JP2004079671A - Optical characteristics measuring method and apparatus, adjustment method of optical system, and exposing apparatus - Google Patents

Optical characteristics measuring method and apparatus, adjustment method of optical system, and exposing apparatus Download PDF

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JP2004079671A JP2002235720A JP2002235720A JP2004079671A JP 2004079671 A JP2004079671 A JP 2004079671A JP 2002235720 A JP2002235720 A JP 2002235720A JP 2002235720 A JP2002235720 A JP 2002235720A JP 2004079671 A JP2004079671 A JP 2004079671A
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Toru Fujii
藤井　透
Takahiro Shoda
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To calculate, with high accuracy, optical characteristics of a projection type optical system in an optical characteristic measuring apparatus. <P>SOLUTION: A plurality of pattern images are formed by changing (step 119) a diameter of a photosensitive aperture used for measurement depending on the focusing condition of a pin-hole pattern in the vicinity of the focusing surface by the projection type optical system and then dividing, with a wavefront dividing optical system, the wavefront of the light sequentially transferred via the photosensitive aperture and an optical system for measuring wavefront abberation, in view of detecting respective position information of a plurality of pattern images (step 122). Moreover, optical characteristic of the projection type optical system is calculated (step 125) based on the position information of a plurality of detected pattern images. Namely, since it is possible to prevent the phenomenon that the circumferential portion of the pattern images formed via the projection type optical system is shielded and cannot pass through the photosensitive aperture by changing the aperture used for the measurement, the optical characteristic of the projection type optical system can be calculated with higher accuracy without relation to the focusing condition. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学特性測定方法及び光学特性測定装置、光学系の調整方法、並びに露光装置に係り、更に詳しくは、被検光学系の光学特性を測定する光学特性測定方法及び光学特性測定装置、前記光学特性測定方法を使用する光学系の調整方法、並びに前記光学特性測定装置を備える露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「マスク」と総称する）に形成されたパターン（以下、「レチクルパターン」とも呼ぶ）を投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「基板」と総称する）上に転写する露光装置が用いられている。こうした露光装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の露光装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ等の走査露光型の露光装置が主として用いられている。
【０００３】
かかる露光装置においては、レチクルに形成されたパターンを基板に、高い解像力で、忠実に投影する必要がある。このため、投影光学系は、諸収差が十分に低減された良好な光学特性を有するように設計されている。
【０００４】
しかし、投影光学系を完全に設計どおりに製造することは困難であり、実際に製造された投影光学系には様々な要因に起因する諸収差が残存してしまう。このため、実際に製造された投影光学系の光学特性は、設計上の光学特性とは異なるものとなってしまう。
【０００５】
そこで、実際に製造された投影光学系等を被検光学系とし、その被検光学系の収差等の光学特性を測定するための様々な技術が提案されている。かかる様々な提案技術の中で、（ａ）ピンホールパターンを用いて発生させた球面波を被検光学系に入射させ、（ｂ）被検光学系を通過した後の球面波若しくは被検光学系を通過した後の球面波を一旦平行光に変換した後の波面を複数に分割し、（ｃ）その分割された波面ごとにスポット像を形成し、（ｄ）分割波面ごとのスポット像の形成位置に基づいて被検光学系の波面収差を測定する、波面収差測定方法が注目されている。
【０００６】
この方法を使用する波面収差測定装置には、例えば、被検光学系を通過した光以外の光を遮光するための所定の開口を介して装置内に入射する入射光の波面を分割して、分割波面ごとにスポット像を形成する波面分割素子として、平行光の理想波面と平行な２次元平面に沿って微小なレンズが多数配列されたマイクロレンズアレイを採用するものがある。この装置では、マイクロレンズアレイが形成した多数のスポット像がＣＣＤ等の撮像素子によって撮像される。そして、各スポット像の撮像信号波形の重心を重心法により求めたり、各スポット像の撮像信号波形とテンプレート波形との最大相関位置を相関法により求めたりすることにより、スポット像位置が検出され、検出された各スポット像位置の設計位置からのズレに基づいて波面収差が求められる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発明者等による鋭意研究の結果、被検光学系の波面収差を計測する初期段階においては、収差が比較的大きな場合があり、計測対象のピンホールパターンの像に対応する光束（以下、適宜「像光束」と呼ぶ）が前記波面収差計測装置に設けられた開口を通過する際に、開口縁にピンホールパターンの像のぼけた周辺部分がかかってしまい、開口にピンホールパターンの像光束が実質的に入るような状態で計測を行なう場合と比べ、計測精度が低下することが最近になって分かってきた。
【０００８】
これを解消するため、上記のような周辺部分がぼけたピンホールパターンの像光束が通過するよう、波面収差計測装置に、より大きな開口を設けることもできるが、この場合には、波面収差計測装置内の光学系の較正に用いられる開口の径と計測用に用いられる開口の径との差が大きくなってしまい、特に撮像素子としてＣＣＤを用いる場合に生じるスポット位置計測の量子化誤差が、増大するという不都合が生じ得ることが判明した。
【０００９】
本発明は、かかる事情の下になされたものであり、その第１の目的は、被検光学系の光学特性を高精度に算出することができる光学特性測定方法及び光学特性測定装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、被検光学系の光学特性を高精度に調整することが可能な光学系の調整方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の第３の目的は、露光精度を向上することが可能な露光装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、測定用開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨｊ）が形成されたパターン形成部材（ＲＴ）及び被検光学系（ＰＬ）を順次介した後、前記被検光学系による前記測定用開口パターンの像の結像面近傍に設けられた受光用開口（ＯＰ１〜ＯＰ３）に到達した光（ＩＬ）に基づいて、前記被検光学系の光学特性を測定する光学特性測定方法であって、前記測定用開口パターン及び前記受光用開口の少なくとも一方の径の大きさを、前記被検光学系による前記結像面近傍の前記測定用開口パターンの結像状態に応じて調整する開口径調整工程と；前記受光用開口及び対物光学系を順次介した光を波面分割光学系（９４）により波面分割して複数のパターン像を形成し、前記複数のパターン像それぞれの位置情報を検出するパターン像位置検出工程と；前記パターン像位置検出工程において検出された前記複数のパターン像それぞれの位置情報に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する光学特性算出工程と；を含む光学特性測定方法である。
【００１３】
これによれば、測定用開口パターン及び受光用開口の少なくとも一方の径の大きさを被検光学系による結像面近傍の測定用開口パターンの結像状態に応じて調整し（開口径調整工程）、受光用開口及び対物光学系を順次介した光を波面分割光学系により波面分割して複数のパターン像を形成し、前記複数のパターン像それぞれの位置情報を検出する（パターン像位置検出工程）。そして、検出された複数のパターン像それぞれの位置情報に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する（光学特性算出工程）。すなわち、開口径調整工程において、被検光学系による結像面近傍の測定用開口パターンの結像状態に応じて、測定用開口パターン及び受光用開口の少なくとも一方の径の大きさを調整することにより、被検光学系を介して形成されるパターン像の周縁部が受光用開口を通過せずに遮られてしまうという事態を防止することができる。したがって、受光用開口を介した光を波面分割して形成される複数のパターン像それぞれの位置情報を検出することで、結像状態にかかわらず、被検光学系の光学特性を高精度に算出することが可能となる。
【００１４】
この場合において、請求項２に記載の光学特性測定方法の如く、前記開口径調整工程は、前記被検光学系による前記結像面近傍の前記測定用開口パターンの結像状態に応じて、前記受光用開口内に前記測定用開口パターンの像を実質的に入れることができる前記受光用開口の最小開口径を定める最小開口径決定工程を含むこととすることができる。
【００１５】
この場合において、請求項３に記載の光学特性測定方法の如く、前記受光用開口は、その開口径が可変であり、前記開口径調整工程は、前記受光用開口の径を調整し、前記受光用開口の径を前記最小開口径以上の径に調整する開口設定工程を更に含むこととしても良いし、請求項４に記載の光学特性測定方法の如く、前記結像面近傍には、互いに径が異なる複数の開口が設けられ、前記開口径調整工程は、前記開口設定工程では、前記複数の開口の中から前記最小開口径に相当する開口径を有する開口を前記受光用開口として選択する開口設定工程を更に含むこととしても良い。
【００１６】
上記請求項４及び５に記載の各光学特性測定方法において、請求項５に記載の光学特性測定方法の如く、前記測定用開口パターンの径をＲＰ、前記被検光学系の結像倍率をβ、前記対物光学系の開口数をＮＡ、前記光の波長をλとしたとき、前記複数の開口の径の中で最も小さな径ＲＲ１は、
ＲＰ・β＋２・λ／ＮＡ≦ＲＲ１＜ＲＰ・β＋１０・λ／ＮＡ
で表される条件を満たし、前記複数の開口の径の中で２番目に小さな径ＲＲ２は、
ＲＰ・β＋１０・λ／ＮＡ≦ＲＲ２≦ＲＰ・β＋２０・λ／ＮＡ
で表される条件を満たすこととすることができる。
【００１７】
上記請求項２〜５に記載の各光学特性測定方法において、請求項６に記載の光学特性測定方法の如く、前記パターン形成部材には、較正用開口パターン（９８）が更に形成され、前記開口径調整工程の後に、前記較正用開口パターン、前記被検光学系、及び前記受光用開口を介した光に基づいて、前記対物光学系及び前記波面分割光学系を含む測定光学系の光学特性を測定する較正用測定工程と；前記測定光学系の光学特性を用いて、前記光学特性算出工程で算出された前記被検光学系の光学特性を補正する光学特性補正工程と；を更に含むこととすることができる。
【００１８】
上記請求項１に記載の光学特性測定方法において、請求項７に記載の光学特性測定方法の如く、前記開口径調整工程は、前記被検光学系の光学特性による前記結像面近傍の前記測定用開口パターンの結像状態に応じて、前記測定用開口パターンの像が前記受光用開口の内部に実質的に含まれる前記測定用開口パターンの最大開口径を定める最大開口径決定工程を含むこととすることができる。
【００１９】
この場合において、請求項８に記載の光学特性測定方法の如く、前記測定用開口パターンは、その開口径が可変であり、前記開口径調整工程は、前記測定用開口パターンの径を調整し、前記測定用開口パターンの径を前記最大開口径以上の径に設定する開口設定工程を更に含むこととしても良いし、請求項９に記載の光学特性測定方法の如く、前記パターン形成部材には、互いに径が異なる複数の開口パターン（ＰＨ１１〜ＰＨ３ｊ）が形成され、前記開口径調整工程は、前記複数の開口の中から前記最大開口径に相当する開口径を有する開口パターンを前記測定用開口パターンとして選択する開口設定工程を更に含むこととしても良い。
【００２０】
上記請求項８及び９に記載の各光学特性測定方法において、請求項１０に記載の光学特性測定方法の如く、前記被検光学系の結像倍率をβ、前記受光用開口の径をＲＲ、前記対物光学系の開口数をＮＡ、前記光の波長をλとしたとき、前記複数の開口パターンの径の中で最も大きな径ＲＰ１は、
ＲＲ−１０・λ／ＮＡ＜ＲＰ１／β≦ＲＲ−２・λ／ＮＡ
で表される条件を満たし、前記複数の開口パターンの径の中で２番目に大きな径ＲＰ２は、
ＲＲ−２０・λ／ＮＡ≦ＲＰ２／β≦ＲＲ−１０・λ／ＮＡ
で表される条件を満たすこととすることができる。
【００２１】
上記請求項７〜１０に記載の各光学特性測定方法において、請求項１１に記載の光学特性測定方法の如く、前記パターン形成部材には、較正用開口パターンが更に形成され、前記較正用開口パターン、前記被検光学系、及び前記受光用開口を介した光に基づいて、前記対物光学系及び前記波面分割光学系を含む測定光学系の光学特性を測定する較正用測定工程と；前記測定光学系の光学特性を用いて、前記光学特性算出工程で算出された前記被検光学系の光学特性を補正する光学特性補正工程と；を更に含むこととすることができる。
【００２２】
上記請求項１〜１１に記載の各光学特性測定方法において、請求項１２に記載の光学特性測定方法の如く、前記パターン像は、ピンホールパターン像であることとすることができる。
【００２３】
上記請求項１〜１２に記載の各光学特性測定方法において、請求項１３に記載の光学特性測定方法の如く、前記光学特性は、波面収差であることとすることができる。
【００２４】
請求項１４に記載の発明は、測定用開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨ３）が形成されたパターン形成部材（ＲＴ）及び被検光学系（ＰＬ）を順次介した後に、前記被検光学系による前記測定用開口パターンの像の結像面近傍に設けられた受光用開口（ＯＰ１〜ＯＰ３）に到達した光に基づいて、前記被検光学系の光学特性を測定する光学特性測定装置であって、前記測定用開口パターン及び前記受光用開口の少なくとも一方の径の大きさを、前記被検光学系による前記結像面近傍の前記測定用開口パターンの結像状態に応じて調整する開口径調整装置（１９，２０，２４，ＷＳＴ）と；前記受光用開口を介した光を波面分割して複数のパターン像を形成し、前記複数のパターン像それぞれの位置情報を検出するパターン像位置検出装置（９０）と；前記パターン像位置検出装置により検出された前記複数のパターン像それぞれの位置情報に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する光学特性算出装置（２０）と；を備える光学特性測定装置である。
【００２５】
これによれば、開口径調整装置により、測定用開口パターン及び受光用開口の少なくとも一方の径の大きさが、被検光学系による結像面近傍の測定用開口パターンの結像状態に応じて調整され、パターン像位置検出装置により、受光用開口を介した光を波面分割して形成された複数のパターン像それぞれの位置情報が検出される。そして、光学特性算出装置により、パターン像位置検出装置により検出された複数のパターン像それぞれの位置情報に基づいて、被検光学系の光学特性が算出される。すなわち、開口径調整装置が、被検光学系による結像面近傍の測定用開口パターンの結像状態に応じて、測定用開口パターン及び受光用開口の少なくとも一方の径の大きさを調整することによって、被検光学系を介して形成されるパターン像の周縁部が受光用開口を通過せずに遮られるような事態が防止される。したがって、受光用開口を介した光を波面分割して形成される複数のパターン像それぞれの位置情報を検出することで、測定用開口パターンの結像状態にかかわらず、被検光学系の光学特性を高精度に算出することが可能となる。
【００２６】
この場合において、請求項１５に記載の光学特性測定装置の如く、前記受光用開口の径を可変に設定できる第１の絞り機構を更に備え、前記開口径調整装置は、前記第１の絞り機構を制御して、前記受光用開口の径を調整することとしても良いし、請求項１６に記載の光学特性測定装置の如く、互いに径が異なる複数の開口が形成された開口板部材を更に備え、前記開口径調整装置は、前記複数の開口の中の一つを前記受光用開口に設定することにより、前記受光用開口の径を調整することとしても良い。
【００２７】
上記請求項１４〜１６に記載の各光学特性測定装置において、請求項１７に記載の光学特性測定装置の如く、前記測定用開口パターンの径を可変に設定できる第２の絞り機構を更に備え、前記開口径調整装置は、前記第２の絞り機構を制御して、前記測定用開口パターンの径を調整することとしても良いし、請求項１８に記載の光学特性測定装置の如く、前記パターン形成部材には、互いに径が異なる複数の開口パターンが形成され、前記開口径調整装置は、前記複数の開口パターンの中の一つを前記測定用開口パターンに設定することにより、前記測定用開口パターンの径を調整することとしても良い。
【００２８】
上記請求項１４〜１８に記載の各光学特性測定装置において、請求項１９に記載の光学特性測定装置の如く、前記光学特性は、波面収差であることとすることができる。
【００２９】
請求項２０に記載の発明は、光学系（ＰＬ）の光学特性を調整する光学系の調整方法であって、前記光学系の光学特性を、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学特性測定方法を用いて測定する光学特性測定工程と；前記光学特性測定工程における測定結果に基づいて、前記光学系の光学特性を調整する光学特性調整工程と；を含む光学系の調整方法である。
【００３０】
これによれば、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学特性測定方法を用いて光学系の光学特性が計測されるので、高精度な光学系の光学特性の計測が行われる。したがって、この高精度な計測結果に基づいて光学系の光学特性を調整することから、光学系の光学特性を高精度に調整することが可能となる。
【００３１】
請求項２１に記載の発明は、露光光（ＩＬ）を基板（Ｗ）に照射することにより、所定のパターンを前記基板に転写する露光装置であって、露光光の光路上に配置された投影光学系（ＰＬ）と；前記投影光学系を被検光学系とする請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の光学特性測定装置と；を備える露光装置である。
【００３２】
これによれば、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の光学特性測定装置により、投影光学系の光学特性が計測されることにより、高精度な投影光学系の光学特性の計測が行われるので、この計測結果に基づいて投影光学系の光学特性を調整することで、高精度な投影光学系の光学特性の調整、ひいては露光精度の向上を図ることが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図７を参照して説明する。
【００３４】
図１には、本第１の実施形態に係る露光装置１００の概略構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。この露光装置１００は、露光装置本体６０と、パターン像位置検出装置としての波面収差測定装置７０とを備えている。
【００３５】
前記露光装置本体６０は、照明系１０、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、被検光学系としての投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハＷが搭載されるウエハステージＷＳＴ、アライメント検出系ＡＳ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制御するステージ制御系１９、並びに装置全体を統括制御する主制御系２０等を備えている。
【００３６】
前記照明系１０は、光源、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイックミラー等（いずれも不図示）を含んで構成されている。オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）、あるいは回折光学素子などを用いることができる。こうした照明系の構成は、例えば、特開平６−３４９７０１号公報等に開示されている。照明系１０では、回路パターン等が描かれたレチクルＲ上のレチクルブラインドで規定されたスリット状の照明領域部分を露光光としての照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）等の近紫外光（遠紫外光）、あるいはＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光などが用いられる。照明光ＩＬとして、超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）を用いることも可能である。
【００３７】
前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リニアモータなどから成る不図示のレチクルステージ駆動部によって、照明系１０の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査方向（ここでは図１の紙面左右方向であるＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００３８】
レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置はレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報（又は速度情報）はステージ制御系１９を介して主制御系２０に送られ、主制御系２０は、この位置情報（又は速度情報）に基づき、ステージ制御系１９及びレチクルステージ駆動部（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
【００３９】
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとしては、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する不図示の複数のレンズエレメントから構成されている。また、この投影光学系ＰＬとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／６などのものが使用されている。このため、上述のようにして、照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域が照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小された像（部分倒立像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域に投影され転写される。
【００４０】
なお、本実施形態では、上記の複数のレンズエレメントのうち、特定のレンズエレメント（例えば、所定の５つのレンズエレメント）がそれぞれ独立に移動可能となっている。かかるレンズエレメントの移動は、特定レンズエレメントを支持するレンズ支持部材を支持し、鏡筒部と連結する、特定レンズごとに設けられた３個のピエゾ素子等の駆動素子によって行われるようになっている。すなわち、特定レンズエレメントを、それぞれ独立に、各駆動素子の変位量に応じて光軸ＡＸに沿って平行移動させることもできるし、光軸ＡＸと垂直な平面に対して所望の傾斜を与えることもできるようになっている。そして、これらの駆動素子に与えられる駆動指示信号が、主制御系２０からの指令に基づいて結像特性補正コントローラ５１によって制御され、これによって各駆動素子の変位量が制御されるようになっている。
【００４１】
こうして構成された投影光学系ＰＬでは、主制御系２０による結像特性補正コントローラ５１を介したレンズエレメントの移動制御により、ディストーション、像面湾曲、非点収差、コマ収差、又は球面収差等の光学特性が調整可能となっている。なお、主制御系２０により、不図示の光源の発振波長をシフトさせることによって、光学特性を調整することも可能である。
【００４２】
前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置されている。このウエハステージＷＳＴは、実際には、リニアモータ等の駆動装置によってベースの上面に沿ってＸＹ２次元方向に駆動される不図示のＸＹステージと、該ＸＹステージ上に載置され、不図示の駆動装置により、投影光学系ＰＬの光軸直交面に対し、任意方向に傾斜可能で、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）にも微動可能な基板テーブルとを含んで構成される。ここで、基板テーブルは、Ｚ軸回りの回転方向（θｚ方向）にも、微小回転が可能に構成されているものとする。
【００４３】
ウエハステージＷＳＴは、前述の如く、ＸＹステージと基板テーブルとの２部分を含んで構成され、駆動装置もＸＹステージと基板テーブルとでそれぞれ設けられているが、図１では、これらが代表的にウエハステージＷＳＴ、ウエハステージ駆動部２４として代表的に示されている。従って、以下においては、ウエハステージＷＳＴは、ウエハステージ駆動部２４によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に自在に駆動され、かつＺ軸方向、θｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向）、θｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向）及びθｚ方向に微小駆動される単一のステージであるものとして説明を行う。
【００４４】
ウエハステージＷＳＴ（正確には前述の基板テーブル）の上には、ウエハホルダ２５が載置され、その上面にウエハＷが例えば真空吸着等によって固定されている。
【００４５】
また、ウエハステージＷＳＴの＋Ｘ方向かつ＋Ｙ方向端部近傍には、後述する波面センサ９０を着脱可能とする着脱機構の一部が設けられている（形成されている）。この着脱機構としては、ねじ止めあるいはマグネット等を利用した着脱機構等が用いられる。また、波面センサ９０の一部と、ウエハステージＷＳＴの一部に形成され、波面センサ９０の一部が嵌合可能な溝とにより着脱機構を構成しても良い。
【００４６】
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置はウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１８によって、移動鏡１７を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）はステージ制御系１９を介して主制御系２０に送られ、主制御系２０は、この位置情報（又は速度情報）に基づき、ステージ制御系１９及びウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴの駆動制御を行う。
【００４７】
前記アライメント検出系ＡＳは、投影光学系ＰＬの側面に配置され、本実施形態では、ウエハＷ上に形成されたストリートラインや位置検出用マーク（ファインアライメントマーク）を撮像する結像式アライメントセンサから成るオフ・アクシス方式の顕微鏡が用いられている。このアライメント検出系ＡＳの詳細な構成は、例えば特開平９−２１９３５４号公報等に開示されている。アライメント検出系ＡＳによる撮像結果は、主制御系２０に供給される。
【００４８】
更に、図１の装置には、ウエハＷ表面の露光領域内部及びその近傍の領域のＺ軸方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出するための斜入射方式のフォーカス検出系（焦点検出系）の一つである、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）が設けられている。この多点フォーカス位置検出系（２１，２２）は、光ファイバ束、集光レンズ、パターン形成板、レンズ、ミラー、及び照射対物レンズ（いずれも不図示）から成る照射光学系２１と、集光対物レンズ、回転方向振動板、結像レンズ、受光用スリット板、及び多数のフォトセンサを有する受光器（いずれも不図示）から成る受光光学系２２とから構成されている。この多点フォーカス位置検出系（２１，２２）の詳細な構成等については、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示されている。多点フォーカス位置検出系（２１，２２）による検出結果は、ステージ制御系１９及びこれを介して主制御系２０に供給される。
【００４９】
前記波面収差測定装置７０は、波面センサ９０と、波面データ処理装置８０とから構成されている。
【００５０】
前記波面センサ９０は、図２に示されるように、ＹＺ断面が略Ｕ字状の内部空間を有する収納部材（筐体）９７と、該収納部材９７の内部に所定の位置関係で配置された複数の光学素子から成る波面収差測定光学系と、収納部材９７の内部の＋Ｙ側端部に配置された撮像素子としてのＣＣＤ９５とを備えている。この波面センサ９０としては、ここでは、シャック−ハルトマン（Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ）方式の波面収差計測器が用いられている。
【００５１】
これを更に詳述すると、前記収納部材９７は、ＹＺ断面略Ｕ字状の中空部材から成り、その−Ｙ側端部の最上部（＋Ｚ方向端部）には、収納部材９７の内部に上方から光が入射するように開口（これについては後に詳述する）が形成された開口板部材としての標示板９１が設けられている。
【００５２】
前記波面収差測定光学系は、収納部材９７内部の標示板９１の下方に順次配置された、対物レンズ９２，折り曲げミラー９６ａと、該折り曲げミラー９６ａの＋Ｙ側に順次配列されたリレーレンズ９３ａ，９３ｂから成るリレーレンズ系９３，折り曲げミラー９６ｂと、該折り曲げミラー９６ｂの＋Ｚ側に順次配置されたマイクロレンズアレイ９４、折り曲げミラー９６ｃとから構成されている。折り曲げミラー９６ａは、４５°で斜設されており、該折り曲げミラー９６ａによって、上方から鉛直下向きに対物レンズ９２に対して入射した光の光路がリレーレンズ系９３に向けて折り曲げられるようになっている。また、折り曲げミラー９６ｂも、４５°で斜設されており、該折り曲げミラー９６ｂによって、リレーレンズ系９３から射出された光の光路がマイクロレンズアレイ９４に向けて折り曲げられるようになっている。更に折り曲げミラー９６ｃも４５°で斜設されており、該折り曲げミラー９６ｃによって、下方から鉛直上向きにマイクロレンズアレイ９４から射出された光の光路がＣＣＤ９５に向けて折り曲げられるようになっている。なお、対物レンズ９２、リレーレンズ９３ａ，９３ｂ、マイクロレンズアレイ９４、ＣＣＤ９５は、収納部材９７の壁の内側に不図示の保持部材を介してそれぞれ固定され、折り曲げミラー９６ａ〜９６ｃは、収納部材９７の内壁に埋め込まれた状態でそれぞれ固定されている。
【００５３】
前記標示板９１は、例えばガラス基板を基材とし、ウエハホルダ２５に固定されたウエハＷの表面と同じ高さ位置（Ｚ軸方向位置）に、光軸ＡＸ１と直交するように配置されている（図２参照）。この標示板９１の表面には、図３に示されるように、その中央部近傍（光軸ＡＸ１上）に受光用開口としての開口ＯＰ３が形成され、該開口ＯＰ３の両隣に受光用開口としての開口ＯＰ１，ＯＰ２が形成されている（以下、各開口ＯＰｎについて「第ｎ開口ＯＰｎ」と呼ぶものとする）。これら第１〜第３開口ＯＰ１〜ＯＰ３のうち、第１開口ＯＰ１が最も大きな径を有し、第３開口ＯＰ３が最も小さな径を有し、第２開口ＯＰ２が第１開口ＯＰ１よりも小さく、かつ第３開口ＯＰ３よりも大きな径を有している。
【００５４】
これを更に詳述すると、後述する計測用レチクルに形成されたピンホールパターンの径をＲＰ、投影光学系ＰＬの投影倍率をβ、波面収差測定光学系の開口数をＮＡ、照明光ＩＬの波長をλとすると、最も小さい第３開口ＯＰ３の径ＲＲ１は、
ＲＰ・β＋２・λ／ＮＡ≦ＲＲ１＜ＲＰ・β＋１０・λ／ＮＡ　　…（１）
で表される条件を満たし、２番目に小さな開口である第２開口ＯＰ２の径ＲＲ２は、
ＲＰ・β＋１０・λ／ＮＡ≦ＲＲ２≦ＲＰ・β＋２０・λ／ＮＡ　　…（２）
で表される条件を満たしている。
【００５５】
一例として、本実施形態では、ＲＰ＝２４μｍ、β＝１／４、λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝０．７５であり、ＲＰ１＝７．５μｍ、ＲＰ２＝１０．５μｍとなっている。この場合、第３開口ＯＰ３、第２開口ＯＰ２は、球面波を発生させるのに十分な大きさとなっており、波面収差測定光学系の後述するキャリブレーション（較正）の際に用いることが可能となっている。
【００５６】
また、隣接する開口ＯＰｎ間の間隔は、１つの開口を用いて計測している際に、像の外縁が他の開口にかからない程度に離れている。
【００５７】
また、標示板９１の表面における第１〜第３開口ＯＰ１〜ＯＰ３の周辺には、３組以上（図３では、４組）の２次元位置検出用マークＭが形成されている。この２次元位置検出用マークＭとしては、本実施形態では、Ｘ軸方向に沿って形成された（Ｘ軸方向を周期方向とする）ラインアンドスペースマークＭａと、Ｙ軸方向に沿って形成された（Ｙ軸方向を周期方向とする）ラインアンドスペースマークＭｂとの組合せが採用されている。なお、ラインアンドスペースマークＭａ，Ｍｂは、上述のアライメント検出系ＡＳによって撮像可能となっている。また、第１〜第３開口ＯＰ１〜ＯＰ３及び２次元位置検出用マークＭを除く標示板９１の表面は反射面加工がなされている。かかる反射面加工は、例えば、ガラス基板にクロム（Ｃｒ）を蒸着することによって行われている。
【００５８】
図２に戻り、前記コリメータレンズ９２は、開口ＯＰ１〜ＯＰ３のうちのいずれか１つの開口（ここでは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に配置された開口）を通って、波面センサ９０に入射した光を平行光に変換する。
【００５９】
前記マイクロレンズアレイ９４は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、マトリクス状に正の屈折力を有する正方形状の多数のマイクロレンズ９４ａが稠密に配列されたものである。ここで、各マイクロレンズ９４ａの光軸は互いにほぼ平行となっている。なお、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）においては、マイクロレンズ９４ａが７×７のマトリクス状に配列されたものが、一例として示されている。マイクロレンズ９４ａは、正方形状に限らず長方形状であっても良く、また、マイクロレンズ９４ａは、全てが同一形状でなくとも良い。また、マイクロレンズアレイ９４におけるマイクロレンズ９４ａの配列は、不等ピッチ配列でも良いし、また、斜め並び配列であっても良い。
【００６０】
このようなマイクロレンズアレイ９４は、平行平面ガラス板にエッチング処理を施すことにより作成される。マイクロレンズアレイ９４は、リレーレンズ系９３を介した光を入射したマイクロレンズ９４ａごとに、開口ＯＰ１〜ＯＰ３のうちの１つの開口に形成される後述するピンホールパターンの像をそれぞれ異なる位置に結像する。
【００６１】
図２に戻り、前記ＣＣＤ９５は、マイクロレンズアレイ９４に対して、所定距離離れた位置に配置されている。具体的には、マイクロレンズアレイ９４の各マイクロレンズ９４ａによって開口ＯＰ１〜ＯＰ３のうちのいずれか１つの開口に形成された後述するピンホールパターンの像が結像される結像面に配置される。すなわち、ＣＣＤ９５は、波面収差測定光学系における開口ＯＰ１〜ＯＰ３の形成面の共役面に受光面を有し、その受光面に結像された多数のピンホールパターンの像（以下、単に「スポット像」とも呼ぶ）を撮像する。このスポット像の撮像結果は、撮像データとして波面データ処理装置８０に供給される。
【００６２】
制御系は、図１に示されるように、装置全体を統括的に制御する主制御系２０を中心に、この主制御系２０の配下にあるステージ制御系１９及びその他の制御系等を含んで構成されている。主制御系２０は、マイクロコンピュータ又はワークステーションを含んで構成されている。
【００６３】
ここで、以下において説明する投影光学系の波面収差の計測に用いられるパターン形成部材としての計測用レチクルＲＴについて、該計測用レチクルの平面図である図６に基づいて説明する。
【００６４】
この計測用レチクルＲＴには、図６に示されるように、複数個（図６では、９個）の測定用開口パターンとしてのピンホールパターン（ほぼ理想的な点光源となって球面波を発生するピンホール（本実施形態における球面波とは、波面収差計測時において、球面波と見なせる光を含む））ＰＨ１〜ＰＨｊ（図６では、ｊ＝９）がＸ軸方向及びＹ軸方向に沿ってマトリクス状に形成されている。なお、ピンホールパターンＰＨ１〜ＰＨｊは、図６において点線で示されるスリット状の照明領域の大きさを有する領域ＡＲ内に形成されており、この領域ＡＲの近傍には、平面視（上から見て）矩形の較正用開口パターンとしての開口９８が形成されている。この開口９８は、後述する較正（キャリブレーション）に用いられるので、以下においては「較正用開口９８」と呼ぶものとする。また、この計測用レチクルＲＴには、その中心（レチクルセンタ）に位置する中央のピンホールパターンＰＨ１から同一距離だけ、＋Ｘ方向、−Ｘ方向にそれぞれ離れた位置で領域ＡＲの外側の位置に後述するレチクルアライメント用の一対の基準マーク（図示省略）が形成されている。
【００６５】
なお、ここで用いられる計測用レチクルＲＴには、上面に拡散面を設けるなどして、投影光学系ＰＬの全てのＮ．Ａ．を通過する光線の波面を求めることができるように、すなわち、投影光学系ＰＬの全Ｎ．Ａ．に亘る波面収差が計測できるようになっているものとする。
【００６６】
次に、本実施形態の露光装置１００における投影光学系ＰＬの波面収差の計測、及びその計測結果を用いた投影光学系の波面収差の調整（光学特性の調整）方法について、主制御系２０内のＣＰＵの処理アルゴリズムを示す図５に沿って、適宜他の図面を参照しながら説明する。
【００６７】
前提として、波面センサ９０はウエハステージＷＳＴに既に装着されており、また、波面データ処理装置８０と主制御系２０とが信号線又は無線などの通信路を介して接続されているものとする。また、ウエハステージＷＳＴに装着された波面センサ９０の標示板９１の第１〜第３開口ＯＰ１〜ＯＰ３とウエハステージＷＳＴとの位置関係は、２次元位置検出用マークＭをアライメント検出系ＡＳで観察することにより正確に求められている、すなわち、ウエハ干渉計１８から出力される位置情報（速度情報）に基づいて、開口ＯＰ１〜ＯＰ３のＸＹ位置が正確に検出でき、かつ、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴの位置を制御することにより、開口ＯＰ１〜ＯＰ３のいずれをも所望のＸＹ位置に精度良く位置決めできるものとする。
【００６８】
なお、本実施形態では、開口ＯＰ１〜ＯＰ３とウエハステージＷＳＴとの位置関係は、アライメント検出系ＡＳによる４つの２次元位置検出用マークＭの位置の検出結果に基づいて、例えば特開昭６１−４４４２９号公報等に開示されているような最小自乗法等を用いた統計演算により正確に検出されるものとする。
【００６９】
また、図５のフローチャートが開始される以前に、未調整の投影光学系ＰＬの波面収差を予備計測やシミュレーション等を行い、ピンホールパターンの像の結像状態に応じた像の大きさを予め把握しておき、その像の大きさよりも大きな径を有する開口ＯＰｎ（ｎは１〜３のいずれか）が予め求められ、その開口ＯＰｎに対応するｎの値が、後述する波面収差の計測の際に用いられる開口の種別を示すカウンタｎの初期値として決定されている。ここでは、カウンタｎの初期値として１が設定されているものとする。
【００７０】
まず、図５のステップ１１１において、不図示のレチクルローダにレチクルステージＲＳＴへの計測用レチクルＲＴのロードを指示する。この指示に応じ、レチクルローダにより、計測用レチクルＲＴがレチクルステージＲＳＴ上にロードされる。
【００７１】
次のステップ１１２では、計測用レチクルＲＴのレチクルアライメントを行う。ここで、本実施形態の露光装置１００は、スキャニング・ステッパであるが、投影光学系ＰＬの波面収差の計測は、計測用レチクルＲＴを静止させた状態で行われるので、このステップ１１２においては、ステッパなどの静止型露光装置におけるレチクルアライメントと同様の手法で、レチクルアライメントが行われる。すなわち、ウエハステージＷＳＴ上に配置された不図示の一対の基準マークの投影光学系ＰＬを介した像と、これに対応する計測用レチクルＲＴ上の前述のレチクルアライメント用の一対の基準マークとの位置関係を、不図示のレチクルアライメント顕微鏡を用いて検出し、対応するマーク同士の位置誤差がともに最小となるようにステージ制御系１９を介してレチクルステージＲＳＴのＸＹ面内の位置を調整する。
【００７２】
従って、レチクルアライメントが終了した時点では、計測用レチクルＲＴの中心に位置するピンホールパターンＰＨ１が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上にほぼ一致するように、レチクルステージＲＳＴが位置決めされることとなる。
【００７３】
次のステップ１１３では、所定のフラグＦを初期化する（Ｆ←０）。このフラグの役割については後述する。
【００７４】
次のステップ１１４では、計測に用いられるピンホールパターンの番号を示すカウンタｉを初期化する（ｉ←１）。
【００７５】
次のステップ１１５では、前述のカウンタｎが１より大きいか否かを判断することにより、波面センサ９０を構成する波面収差測定光学系におけるキャリブレーションが必要か否かを判断する。ここで、ｎが１より大きいか否かを判断するのは、次のような理由による。
【００７６】
すなわち、本実施形態の場合、第１開口ＯＰ１を用いた計測を行う際には、未だ投影光学系ＰＬの波面収差が大きいため、波面収差測定光学系自身の波面収差が投影光学系ＰＬの波面収差計測に与える影響は少ない。従って、より高精度な計測を必要とするｎ＝２，３のとき（すなわち第２開口ＯＰ２及び第３開口ＯＰ３を用いた計測のとき）にのみ波面収差測定光学系のキャリブレーションを行うこととしているからである。
【００７７】
この場合、カウンタｎは１に初期化されているので、このステップ１１５における判断は否定され、ステップ１１９に移行する。
【００７８】
このステップ１１９では、第ｉ番目のピンホールパターンの像の結像点へ第ｎ開口ＯＰｎ（ここでは第１開口ＯＰ１）を移動させるべく、ステージ制御系１９に、ウエハステージＷＳＴの移動を指示する。この指示に応じ、ステージ制御系１９によって、ウエハ干渉計１８の計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴが移動される。この結果、波面センサ９０の標示板９１上の第ｎ開口ＯＰｎ（ここでは、第１開口ＯＰ１）がピンホールパターンＰＨｉ（この場合、ＰＨ１）の投影光学系ＰＬによる結像位置に一致する。また、これとともに、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）の検出結果に基づいて、ピンホールパターンＰＨｉ（この場合、ＰＨ１）の像が結像される像面に波面センサ９０の標示板９１上面を一致させるべく、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に微少駆動する。このとき、必要に応じてウエハステージＷＳＴ及び波面センサ９０の傾斜を調整しても良い。これにより、ピンホールパターンＰＨｉ（この場合、ＰＨ１）の共役位置へ第ｎ開口ＯＰｎ（ここでは、第１開口ＯＰ１）が位置決めされ、ピンホールパターンＰＨｉ（ここでは、ピンホールパターンＰＨ１）からの光に関する投影光学系ＰＬの波面収差測定のための光学的な各装置の配置が終了する。図７には、この場合における波面センサ９０の光軸ＡＸ１及び投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿って展開した光学的配置が示されている。
【００７９】
次のステップ１２０では、不図示の光源に対してレーザビーム発光を指示する。これに応じて、光源からはレーザビームの発光がなされ、これにより照明系１０からの照明光ＩＬが、計測用レチクルＲＴの領域ＡＲに照射される。これにより、レチクルＲＴ上のピンホールパターンＰＨｉ（ｉ＝１〜ｊ）からの光が投影光学系ＰＬを介して像面上に集光され、ピンホールパターンＰＨｉの像が像面に結像される。
【００８０】
次のステップ１２１では、照明系１０内の不図示の可動レチクルブラインドを、不図示の駆動装置を介して駆動し、計測用レチクルＲＴ上のピンホールパターンＰＨｉ（ｉ＝１〜ｊ）のうちの着目するピンホールパターンＰＨｉ（ここでは、ＰＨ１）のみを含む微小領域部分にのみ照明光ＩＬが照射されるように、照明領域を制限する。これにより、着目するピンホールパターンＰＨｉ（ここではＰＨ１）からの光のみが投影光学系ＰＬを介して像面上に集光され、その着目するピンホールパターンＰＨｉの像が波面センサで撮像され、その撮像信号が波面データ処理装置８０に供給される。
【００８１】
これを更に詳述すると、レチクルＲＴ上の前述の着目するピンホールＰＨｉ（この場合ＰＨ１）からは球面波が発生し、この球面波が、投影光学系ＰＬ、波面センサ９０の第ｎ開口ＯＰｎ（この場合ＯＰ１）を介して波面収差測定光学系を構成する対物レンズ９２に入射し、この入射した球面波（光）がコリメータレンズ９２、リレーレンズ系９３を介して平行光束となって、マイクロレンズアレイ９４を照射する。これにより、投影光学系ＰＬの瞳面がマイクロレンズアレイ９４にリレーされ、分割される。そして、このマイクロレンズアレイ９４の各マイクロレンズ９４ａによってそれぞれの光がＣＣＤ９５の受光面に集光され、該受光面にピンホールパターンの像（スポット像）がそれぞれ結像される。
【００８２】
このとき、投影光学系ＰＬが、波面収差の無い理想的な光学系であるならば、投影光学系ＰＬの瞳面における波面は理想的な波面（ここでは平面）になり、その結果、マイクロレンズアレイ９４に入射する平行光束が平面波となり、その波面は理想的な波面、すなわち、図７中に点線で示されるような波面（光軸ＡＸ１と直交する平面）ＷＦとなる筈である。
【００８３】
しかるに、投影光学系ＰＬには通常、波面収差が存在するため、図７中に二点鎖線（仮想線）で示されるように、マイクロレンズアレイ９４に入射する平行光束の波面は理想的な波面からずれ、各スポット像の結像位置がマイクロレンズアレイ９４の各マイクロレンズ９４ａの光軸上の位置からずれることとなる。この場合、各スポット像の基準点（各マイクロレンズ９４ａの光軸上の位置）からの位置のずれは、波面の傾きに対応している。
【００８４】
そして、ＣＣＤ９５を構成する受光素子上の各集光点に入射した光（スポット像の光束）が受光素子でそれぞれ光電変換され、該光電変換信号、すなわち各スポット像の結像位置に応じた撮像信号が波面データ処理装置８０に送られる。
【００８５】
そこで、次のステップ１２２では、波面データ処理装置８０に対して、スポット像位置の検出を指示する。この指示に応じて、波面データ処理装置８０により、次のようにして、スポット像の位置が検出される。
【００８６】
すなわち、波面データ処理装置８０は、前記光電変換信号に基づいて各スポット像の結像位置を算出し、更に、その算出結果と既知の基準点の位置データとを用いて、位置ずれ（Δξ，Δη）を算出してＲＡＭに格納する。このとき、波面データ処理装置８０のＲＡＭ内には、ウエハ干渉計１８のそのときの計測値（Ｘｉ，Ｙｉ）が供給されている。
【００８７】
上述のようにして、第ｉ番目のピンホールパターンＰＨｉ（ここでは、ＰＨ１）の像の結像点におけるスポット像の位置ずれの計測が終了すると、次のステップ１２３に移行して、カウンタｉを参照して、計測用レチクルＲＴ上の全てのピンホールパターンについてのスポット像の位置検出が終了したか否かを判断する。ここでは、カウンタｉ＝１であり、第１番目のピンホールパターンＰＨ１の像について位置検出が終了したのみなので、このステップ１２３における判断は否定され、ステップ１２４に移行して、カウンタｉを１インクリメントした（ｉ←ｉ＋１）後、ステップ１１９に戻る。
【００８８】
そして、その後、ステップ１２３における判断が肯定されるまで、上記ステップ１１９→１２０→１２１→１２２→１２３→１２４のループにおける処理、判断を繰り返す。すなわち、残りの計測対象である着目するピンホールパターンＰＨｉ（ｉ＝２〜ｊ）のそれぞれについて、以下の動作を順次行う。すなわち、着目するピンホールパターンＰＨｉの像の結像点に波面センサ９０の開口ＯＰ１のほぼ中心を位置決めし、可動レチクルブラインドによる照明領域の制限を行い、その着目するピンホールパターンからの光に由来する各スポット像の結像位置を波面センサ９０及び波面データ処理装置８０を用いて検出する。
【００８９】
このようにして、全ピンホールパターン像についてのスポット像位置の検出が終了すると、カウンタｉ＝ｊ（ｊはピンホールパターンの総数）となってステップ１２３における判断が肯定され、ステップ１２５に移行する。この段階では、波面データ処理装置８０のＲＡＭ内には、前述した各ピンホール像の結像点における位置ずれデータ（Δξ，Δη）と、各結像点の座標データ（各ピンホール像の結像点における計測を行った際のウエハ干渉計１８の計測値（Ｘｉ，Ｙｉ））とが格納されている。
【００９０】
そこで、ステップ１２５では、波面データ処理装置８０からＲＡＭ内に格納されているデータを、前述の通信路を介して受け取り、各ピンホール像の結像点に対応する投影光学系ＰＬの瞳面における波面の傾きに対応する位置ずれ（Δξ，Δη）に基づいて、例えば、周知のツェルニケ多項式を用いて、波面を復元する、すなわち波面収差を算出する。なお、この波面収差の算出方法は、周知であるから、詳細な説明は省略するが、位置ずれ（スポット像の位置）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（ツェルニケ多項式）を選ぶこと、ツェルニケ多項式は軸対称な面の展開に適した級数であり、円周方向は三角級数に展開すること、波面を極座標系（ρ，θ）で表すこと、波面の微分が上記の位置ずれ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、最小自乗法で行うことなどが、効率的な演算のためのポイントとなる。
【００９１】
なお、ツェルニケ多項式のそれぞれの項はディストーション、フォーカス成分、非点収差、コマ収差、球面収差などの各光学収差に対応しており、しかも低次の項はザイデル収差にほぼ対応することが知られている。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の結像性能（各収差）を求めることができる。
【００９２】
ここで、前述の波面収差測定光学系のキャリブレーションが実行され、その結果データが得られている場合には、上記ステップ１２５において、そのキャリブレーション結果のデータを考慮して、前述の波面収差の算出が行われるようになっている。
【００９３】
次のステップ１２６では、前述の開口の種別を示すカウンタｎが３であるか否かを判断する。ここでは、ｎ＝１であるので、ここでの判断は否定され、ステップ１２７に移行して、カウンタｎを１インクリメントした後、ステップ１２８に移行する。
【００９４】
このステップ１２８では、投影光学系ＰＬの波面収差の測定結果に基づき、その波面収差を低減させるような結像特性の調整量を算出して、その調整量を目標値として与えることにより、結像特性補正コントローラ５１に対して投影光学系ＰＬの波面収差の調整を指示する。この指示に応じて結像特性補正コントローラ５１は、レンズエレメントの移動制御等を行い、投影光学系ＰＬの波面収差を調整する。なお、場合によっては、不図示の表示装置に波面収差の情報を表示し、この情報に基づいてオペレータ等が投影光学系ＰＬのレンズエレメントのＸＹ平面内での移動やレンズエレメントの交換を行うこととしても良い。
【００９５】
この調整が終了すると、ステップ１１４に戻って、計測に用いられるピンホールパターンの番号を示すカウンタｉを初期化する（ｉ←１）。
【００９６】
次のステップ１１５では、前述のカウンタｎが１より大きいか否かを再び判断する。この場合、ｎ＝２である（波面センサ９０（波面収差測定光学系）のキャリブレーションが必要である）ため、ここでの判断は肯定され、ステップ１１６に移行する。
【００９７】
このステップ１１６では、前述のフラグＦが１であるか否かを判断する。この場合、フラグＦは初期化されたままであるため、Ｆ＝０である。従って、ここでの判断は否定されてステップ１１７に移行する。このフラグＦは、本実施形態では、第３開口ＯＰ３を用いた計測の際に一度波面センサ９０のキャリブレーションが終了した後は再度キャリブレーションを行う必要性は殆どないと考えられるので、再度キャリブレーションが行われることがないようにするためのものである。従って、フラグＦは、後述するように、第３開口ＯＰ３を用いた波面収差の計測が完了した時点で立てる（Ｆ←１）ようになっている。
【００９８】
ステップ１１７では、波面収差測定光学系のキャリブレーションを、以下の手順で行う。
【００９９】
まず、計測用レチクルＲＴに形成された矩形の較正用開口９８が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置するように、ステージ制御系１９を介してレチクルステージＲＳＴを移動する。これとともに、波面センサ９０の第２開口ＯＰ２が光軸ＡＸ上に位置するように、ステージ制御系１９を介してウエハステージＷＳＴを移動する。
【０１００】
次いで、照明系１０内の光源からのレーザビームの発光を開始する。このレーザビームの発光開始により、照明系１０から照明光ＩＬが投影光学系ＰＬを介して標示板９１上の第２開口ＯＰ２を含む領域に照射される。較正用開口９８は、充分に大きい開口面積を有しているので、投影光学系ＰＬは、単なるリレー光学系としての機能を果たすに過ぎず、開口は、投影光学系ＰＬの波面収差等の影響を受けないものとみなせる条件で照明光ＩＬによって照明される。
【０１０１】
照明光ＩＬの照射により、第２開口ＯＰ２から球面波（本実施形態における球面波とは、波面収差計測時において、球面波と見なせる光を含む）が発生する。そして、この球面波がコリメータレンズ９２、リレーレンズ系９３を介して平行光束となって、マイクロレンズアレイ９４を照射する。そして、このマイクロレンズアレイ９４の各マイクロレンズ９４ａによってそれぞれ光がＣＣＤ９５の受光面に集光され、該受光面に第２開口ＯＰ２の像がそれぞれ結像される。
【０１０２】
このとき、ＣＣＤ９５に至る光路の途中に配置された波面収差測定光学系（コリメータレンズ９２、リレーレンズ系９３）が、波面収差の無い理想的な光学系であるならば、マイクロレンズアレイ９４に入射する平行光束は平面波であり、その波面は理想的な波面となる筈である。この場合、マイクロレンズアレイ９４を構成する各マイクロレンズ９４ａの光軸上の位置にスポット像（以下、「スポット」とも呼ぶ）が結像する。
【０１０３】
しかるに、波面収差測定光学系（コリメータレンズ９２、リレーレンズ系９３）には通常、波面収差が存在するため、マイクロレンズアレイ９４に入射する平行光束の波面は理想的な波面（ここでは平面）からずれ、そのずれ、すなわち波面の理想波面に対する傾きに応じて、各スポットの結像位置がマイクロレンズアレイ３６の各マイクロレンズ９４ａの光軸上の位置からずれることとなる。この場合、各スポットの基準点（各レンズエレメントの光軸上の位置）からの位置のずれは、波面の傾きに対応している。
【０１０４】
前述の如く、ＣＣＤ９５上の各集光点に入射した光（スポット像の光束）がＣＣＤ９５でそれぞれ光電変換され、該光電変換信号が波面データ処理装置８０に送られ、該波面データ処理装置８０では、その光電変換信号に基づいて各スポットの結像位置を算出し、さらに、その算出結果と既知の基準点の位置データとを用いて、前述した位置ずれ（Δｘ，Δｙ）を算出して内部のメモリに格納する。これにより、波面収差測定装置７０のキャリブレーションが終了し、このキャリブレーションの終了及び得られた位置ずれ（Δｘ，Δｙ）のデータが波面データ処理装置８０から主制御系２０に通知される。
【０１０５】
上述のキャリブレーションが終了すると、ステップ１１８に移行し、計測用レチクルＲＴの基準位置（レチクルアライメントが終了し計測が開始される前の位置）への移動をステージ制御系１９に指示する。この指示に応じて、ステージ制御系１９は、計測用レチクルＲＴの中心に位置するピンホールパターンＰＨ１が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上にほぼ一致する基準位置に、レチクルステージＲＳＴを移動する。この移動の後、ステップ１１９に移行する。
【０１０６】
以後、ステップ１２３における判断が肯定されるまで、上記ステップ１１９→１２０→１２１→１２２→１２３→１２４のループにおける処理、判断を前述と同様に繰り返す。すなわち、計測対象である着目するピンホールパターンＰＨｉ（ｉ＝１〜ｊ）の像の結像点に波面センサ９０の開口ＯＰ２のほぼ中心を位置決めし、可動レチクルブラインドによる照明領域の制限を行い、その着目するピンホールパターンからの光に由来する各スポット像の結像位置を波面センサ９０及び波面データ処理装置８０を用いて検出する。
【０１０７】
このようにして、全ピンホールパターン像についてのスポット像位置の検出が終了すると、カウンタｉ＝ｊ（ｊはピンホールパターンの総数）となってステップ１２３における判断が肯定され、ステップ１２５に移行する。
【０１０８】
このステップ１２５では、波面データ処理装置８０からＲＡＭ内に格納されているデータを、前述の通信路を介して受け取り、各ピンホール像の結像点に対応する投影光学系ＰＬの瞳面における波面の傾きに対応する位置ずれ（Δξ，Δη）に基づいて、前述と同様にして、波面収差を算出する。この場合、ステップ１１７において波面収差測定光学系のキャリブレーションが実行され、その結果データが得られているので、このステップ１２５においては、そのキャリブレーション結果のデータを考慮して、前述の波面収差の算出が行われる。
【０１０９】
次のステップ１２６では、前述の開口の種別を示すカウンタｎが３であるか否かを判断する。ここでは、ｎ＝２であるので、ここでの判断は否定され、ステップ１２７に移行して、カウンタｎを１インクリメントした後、ステップ１２８に移行する。
【０１１０】
このステップ１２８では、投影光学系ＰＬの波面収差の測定結果に基づき、前述と同様にして結像特性補正コントローラ５１に対して投影光学系ＰＬの波面収差の調整を指示する。この指示に応じて結像特性補正コントローラ５１により波面収差が調整される。
【０１１１】
この調整が終了すると、ステップ１１４に戻って、計測に用いられるピンホールパターンの番号を示すカウンタｉを初期化する（ｉ←１）。
【０１１２】
次のステップ１１５では、前述のカウンタｎが１より大きいか否かを再び判断する。この場合、ｎ＝３である（波面センサ９０（波面収差測定光学系）のキャリブレーションが必要である）ため、ここでの判断は肯定され、ステップ１１６に移行する。
【０１１３】
このステップ１１６では、前述のフラグＦが１であるか否かを判断する。この場合、フラグＦは初期化されたままであるため、Ｆ＝０である。従って、ここでの判断は否定されてステップ１１７に移行する。
【０１１４】
ステップ１１７では、前述の開口ＯＰ２を用いて行った場合と同様の手順で、波面収差測定光学系のキャリブレーションを、開口ＯＰ３を用いて行う。このキャリブレーションが終了すると、ステップ１１８に移行し、計測用レチクルＲＴをステージ制御系１９を介して基準位置へ移動した後、ステップ１１９に移行する。
【０１１５】
以後、ステップ１２３における判断が肯定されるまで、上記ステップ１１９→１２０→１２１→１２２→１２３→１２４のループにおける処理、判断を前述と同様に繰り返す。すなわち、計測対象である着目するピンホールパターンＰＨｉ（ｉ＝１〜ｊ）の像の結像点に波面センサ９０の開口ＯＰ３のほぼ中心を位置決めし、可動レチクルブラインドによる照明領域の制限を行い、その着目するピンホールパターンからの光に由来する各スポット像の結像位置を波面センサ９０及び波面データ処理装置８０を用いて検出する。
【０１１６】
このようにして、全ピンホールパターン像についてのスポット像位置の検出が終了すると、カウンタｉ＝ｊ（ｊはピンホールパターンの総数）となってステップ１２３における判断が肯定され、ステップ１２５に移行する。
【０１１７】
このステップ１２５では、波面データ処理装置８０からＲＡＭ内に格納されているデータを、前述の通信路を介して受け取り、各ピンホール像の結像点に対応する投影光学系ＰＬの瞳面における波面の傾きに対応する位置ずれ（Δξ，Δη）に基づいて、前述と同様にして、波面収差を算出する。この場合も、ステップ１１７において波面収差測定光学系のキャリブレーションが実行され、その結果データが得られているので、このステップ１２５においては、そのキャリブレーション結果のデータを考慮して、前述の波面収差の算出が行われる。
【０１１８】
次のステップ１２６では、前述の開口の種別を示すカウンタｎが３であるか否かを判断する。ここでは、ｎ＝３であるので、ここでの判断は肯定され、ステップ１２９に移行して、フラグＦを立てる（Ｆ←１）。
【０１１９】
次のステップ１３０では、上記ステップ１２５において算出された波面収差が予め定められている許容値以下であるか否かを判断をする。ここでの判断が否定されると、ステップ１２８に戻り、投影光学系ＰＬの波面収差の測定結果に基づき、前述と同様にして結像特性補正コントローラ５１を介して波面収差を調整する。
【０１２０】
この調整が終了すると、ステップ１１４に戻って、計測に用いられるピンホールパターンの番号を示すカウンタｉを初期化する（ｉ←１）。
【０１２１】
次のステップ１１５では、前述のカウンタｎが１より大きいか否かを再び判断する。この場合、ｎ＝３であるため、ここでの判断は肯定され、ステップ１１６に移行し、前述のフラグＦが１であるか否かを判断するが、この場合、フラグＦ＝１である。従って、ここでの判断は肯定されてステップ１３１に移行し、フラグＦを降ろす（Ｆ←０）。
【０１２２】
その後、ステップ１１９に移行して、以後、ステップ１１９→１２０→１２１→１２２→１２３→１２４のスポット像位置計測の処理ループ→ステップ１２５→１２６→１２９→１３０→１２８→１１４→１１５→１１６→１３１の多重ループの処理を、ステップ１３０における判断が肯定されるまで、繰り返す。すなわち、このようにして、第３開口ＯＰ３を用いたピンホールパターンＰＨｉ（ｉ＝１〜ｊ）からの光に由来する各スポット像の結像位置の計測、その計測結果及び先にステップ１１７で得たキャリブレーション結果のデータに基づく波面収差の算出、及び波面収差の調整を繰り返す。
【０１２３】
そして、このようにして、投影光学系ＰＬの波面収差が許容値以下になった場合、あるいは当初から波面収差が許容値以下であった場合には、ステップ１３０における判断が肯定され、本ルーチンの一連の処理を終了する。その後、オペレータにより、波面センサ９０のウエハステージＷＳＴからの取り外し、必要な場合には波面データ処理装置８０と主制御系２０との接続の切断が行われることとなる。
【０１２４】
次に、本実施形態の露光装置１００におけるデバイスパターンの転写のための露光動作、特にウエハＷに対して第２層目以降のパターンを転写する際の露光動作について、簡単に説明する。この露光動作に先立って、前述の波面収差の計測及びその計測結果に基づく投影光学系の波面収差の調整が行われている。
【０１２５】
この露光動作に際して、主制御系２０は、不図示のレチクルローダを用いてレチクルステージＲＳＴ上へ転写対象のパターンが形成されたレチクルＲをロードするとともに、不図示のウエハローダを用いて露光対象のウエハＷをウエハステージＷＳＴ上にロードする。
【０１２６】
次に、主制御系２０は、ウエハステージＷＳＴ上に配置された不図示の基準マーク板上に形成された少なくとも一対のレチクルアライメント用の基準マークの投影光学系ＰＬを介した像と、これらの基準マークに対応してレチクルＲ上に形成されたレチクルマークとを、前述のレチクルアライメント顕微鏡で検出して、対応するマーク同士の位置関係（以下、「第１の位置関係」と呼ぶ）を検出し、その検出結果と検出時のレチクル干渉計１６、ウエハ干渉計１８の計測値とに基づいて、レチクル干渉計１６の測長軸で規定されるレチクルステージ座標系とウエハ干渉計１８の測長軸で規定されるウエハステージ座標系との関係を求める、いわゆるレチクルアライメントを行う。また、主制御系２０は、アライメント検出系ＡＳのベースライン、すなわち投影光学系ＰＬによるレチクルパターンの投影位置とアライメント検出系ＡＳの検出中心との位置関係の計測をも行う。このベースラインの計測は、前述のレチクルアライメントの後、ウエハステージをベースラインの設計値分移動して基準マーク板上のベースライン計測用の基準マークをアライメント検出系ＡＳを用いて検出し、その指標中心と基準マークとの位置関係（以下、「第２の位置関係」と呼ぶ）を計測し、その計測結果と前述のレチクルアライメントの際に得られた上記第１の位置関係と、ベースラインの設計値と、第１の位置関係、第２の位置関係の検出時のレチクル干渉計１６、ウエハ干渉計１８の計測値とに基づいて算出する。
【０１２７】
次いで、主制御系２０は、アライメント検出系ＡＳを用いたウエハアライメント、例えば特開昭６１−４４４２９号公報などに詳細に開示される、ＥＧＡ方式のウエハアライメントなどを行い、ウエハＷ上におけるショット領域の配列座標を精度良く検出する。
【０１２８】
次いで、主制御系２０では、ウエハアライメントの結果に基づいて、ステージ制御系１９を介してウエハＷのＸＹ位置がウエハＷ上の最初のショット領域（ファースト・ショット）の露光のための走査開始位置（加速開始位置）となるように、ウエハステージＷＳＴを移動する。同時に、主制御系２０は、レチクルＲの位置が走査開始位置となるようにステージ制御系１９を介してレチクルステージＲＳＴを移動する。
【０１２９】
そして、主制御系２０は、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）によって検出されたウエハのＺ位置情報、レチクル干渉計１６によって計測されたレチクルＲのＸＹ位置情報、ウエハ干渉計１８によって計測されたウエハＷのＸＹ位置情報に基づき、ステージ制御系１９を介して、ウエハＷの面位置の調整を行いつつ、レチクルＲとウエハＷとを相対移動させて走査露光を行う。
【０１３０】
こうして、最初のショット領域の露光が終了すると、主制御系２０は、ステージ制御系１９を介して、次のショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）となるように、ウエハステージＷＳＴをＸＹ面内で移動するとともに、レチクルステージＲＳＴを走査開始位置（加速開始位置）に移動する。そして、当該ショット領域に関する走査露光が、上述の最初のショット領域と同様にして行われる。以後、同様にして各ショット領域について走査露光が行われ、１枚のウエハに対する露光動作が完了する。
【０１３１】
これまでの説明から明らかなように、本第１の実施形態では、ステージ制御系１９、ウエハステージ駆動部２４及びウエハステージＷＳＴ、並びに主制御系２０、より具体的にはＣＰＵとソフトウェアプログラムとによって、開口径調整装置が実現されている。すなわち、波面センサ９０がウエハステージＷＳＴに装着された状態で、ＣＰＵが、ステージ制御系１９、ウエハステージ駆動部２４及びウエハステージＷＳＴを介して行う上記ステップ１１９の処理によって、複数の開口ＯＰｎの一つを計測に用いる受光用開口として選択的に設定する開口径調整装置が実現されている。また、主制御系２０のＣＰＵが行うステップ１２５の処理によって光学特性算出装置が実現され、該光学特性算出装置と上記開口径調整装置とを含んで光学特性測定装置が実現されている。なお、上記のソフトウェアプログラムで実現した構成部分の少なくとも一部をハードウェアにて構成しても良いことは勿論である。
【０１３２】
以上説明したように、本実施形態に係る光学特性計測装置によると、主制御系２０により、投影光学系ＰＬによる結像面近傍のピンホールパターンの結像状態に応じた大きさの系を有する開口（波面センサ９０の標示板９１に設けられた開口ＯＰ１〜ＯＰ３のうちの一つ）がピンホールパターンの結像位置に移動するようにステージ制御系１９を介してウエハステージＷＳＴが移動される。すなわち、このようにして、受光用開口の径の大きさが、投影光学系ＰＬによる結像面近傍の測定用開口パターンの結像状態に応じて前述の開口系調整装置により調整される。そして、パターン像位置検出装置を構成する波面センサ９０により受光用開口を介した光が波面分割され、それによりＣＣＤの受光面に形成された複数のパターン像それぞれの位置情報が、波面データ処理装置８０によって検出される。そして、主制御系２０により、検出された複数のパターン像それぞれの位置情報に基づいて、投影光学系ＰＬの光学特性が算出される。すなわち、投影光学系ＰＬによる結像面近傍のピンホールパターンＰＨ１〜ＰＨｊの結像状態に応じて、計測に用いられる開口を選択することにより、投影光学系を介して形成されるピンホールパターン像の周縁部が開口を通過せずに遮られるような事態が防止される。したがって、開口を介した光を波面分割して形成される複数のピンホールパターン像それぞれの位置情報を検出することで、ピンホールパターンの結像状態にかかわらず、投影光学系ＰＬの光学特性を高精度に算出することが可能となる。
【０１３３】
また、本実施形態の露光装置によると、光学特性測定装置を用いて前述の如くして高精度に算出された投影光学系ＰＬの波面収差に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差の調整を行うことにより、投影光学系ＰＬの波面収差の高精度な調整、ひいては高精度な露光を実現することが可能となる。
【０１３４】
また、本実施形態によると、計測用レチクルＲＴには、較正用開口パターン９８が形成され、主制御系２０が、使用する開口を選択した後に、較正用開口パターン９８、投影光学系ＰＬ、及び開口（ＯＰ１〜ＯＰ３）を介した光に基づいて、波面収差測定光学系の波面収差を測定し、これを用いて投影光学系ＰＬの波面収差を補正（キャリブレーション）する。従って、波面センサ９０内の波面収差測定光学系の収差の影響を受けることなく、投影光学系ＰＬの高精度な調整を行うことが可能である。
【０１３５】
さらに、本実施形態では、最も径の小さい開口ＯＰ３が波面収差測定光学系の光軸ＡＸ１上に形成されているので、開口ＯＰ３を用いた高精度な投影光学系ＰＬの収差計測を実現することができる。
【０１３６】
なお、上記実施形態では、開口としては、径がそれぞれ異なる３つの開口（ＯＰ１〜ＯＰ３）を設けることとしたが、これに限らず、径の異なる開口を４つ以上設けることとしても良いし、あるいは、径の異なる２つの開口を設けることとしても良い。
【０１３７】
また、径の異なる複数の開口を設ける場合に限らず、例えば、径の調整が可能な第１の絞り機構としての絞り機構（例えば虹彩絞り機構など）を設け、波面収差の計測が進むにつれてその径を段階的に小さくすることとしても良い。
【０１３８】
なお、上記実施形態では開口の番号を表すカウンタｎの初期設定値を１とすることとしたが、これは前述のように予備計測などにより決定されるものであるから、カウンタｎの初期設定値が２、３のいずれであっても良く、この場合には、カウンタｎ＝１（又は、ｎ＝１及び２）の場合の上記動作が省略されることとなる。
【０１３９】
また、上記実施形態では、ｎ＝２、３の場合にはスポット像を計測する以前に波面センサ９０を構成する波面収差測定光学系のキャリブレーションを行うこととしたが、ｎ＝１の場合についても、第１開口ＯＰ１から球面波を発生することが可能な場合には、ｎ＝２，３の場合と同様にキャリブレーションを行うこととしても良いし、あるいは、実験等によりキャリブレーションが無視できる程度に小さい場合には、キャリブレーションを行わなくても良い。また、例えば、キャリブレーションを行う必要性を判断するタイマーや温度センサを設けておき、それらに基づいて、定期的に（又は不定期で）キャリブレーションを行うこととしても良い。
【０１４０】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態について図８及び図９に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用いるとともに、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
【０１４１】
この第２の実施形態においては、前述した第１の実施形態と比べて、波面センサ９０の標示板９１の開口、及び計測に用いられるレチクルの構成が一部異なり、これに伴って投影光学系ＰＬの波面収差の計測方法が異なるのみで、その他の部分の構成等は同一である。従って、以下では、この相違点を中心として説明するものとする。
【０１４２】
本第２の実施形態においては、波面センサ９０の標示板９１には、上記第１実施形態において説明した径の最も小さな開口（第３開口ＯＰ３）と同様の開口（以下、「開口ＯＰ」とする）が波面収差測定光学系の光軸ＡＸ１上に設けられている。
【０１４３】
図８には、本第２の実施形態にかかる計測用レチクルＲＴ’が示されている。この図８に示されるように計測用レチクルＲＴ’には、上記第１の実施形態と同様の較正用開口９８と、最も小さな径を有するピンホールパターンＰＨ１１〜ＰＨ１ｊが所定数（ここでは９個）形成された領域（以下「第１領域ＡＲ１」と呼ぶ）と、２番目に小さな径を有するピンホールパターンＰＨ２１〜ＰＨ２ｊが所定数（ここでは９個）形成された領域（以下「第２領域ＡＲ２」と呼ぶ）と、最も大きな径を有するピンホールパターンＰＨ３１〜ＰＨ３ｊが所定数（ここでは９個）形成された領域（以下「第３領域ＡＲ３」と呼ぶ）とが設けられている。
【０１４４】
これらピンホールパターンは、最大径のピンホールパターンＰＨ３１〜ＰＨ３ｊであっても、球面波を発生可能な程度の大きさに設定されている。より具体的には、最大径のピンホールパターンＰＨ３１〜ＰＨ３ｊの径ＲＰ１は、投影光学系ＰＬの結像倍率をβ、波面センサ９０の標示板９１に形成された開口ＯＰの径をＲＲ、波面センサ９０内の光学系の開口数をＮＡ、照明光の波長をλとしたときに、
ＲＲ−１０・λ／ＮＡ＜ＲＰ１／β≦ＲＲ−２・λ／ＮＡ　　　…（３）
で表される条件を満たし、２番目に大きなピンホールパターンＰＨ２１〜ＰＨ２ｊの径ＲＰ２は、
ＲＲ−２０・λ／ＮＡ≦ＲＰ２／β≦ＲＲ−１０・λ／ＮＡ　　…（４）
で表される条件を満たしている。
【０１４５】
その他の構成については、上記第１の実施形態と同一である。
【０１４６】
次に、上述したような計測用レチクルＲＴ’及び波面センサを用いた投影光学系ＰＬの波面収差の計測及び調整方法について、主制御系２０内のＣＰＵの処理アルゴリズムを示す図９に基づいて説明する。
【０１４７】
なお、以下の動作の前提として、波面センサ９０はウエハステージＷＳＴに既に装着されており、また、波面データ処理装置８０と主制御系２０とが信号線又は無線などの通信路を介して接続されているものとする。また、ウエハステージＷＳＴに装着された波面センサ９０の開口ＯＰとウエハステージＷＳＴとの位置関係は、２次元位置検出用マークＭをアライメント検出系ＡＳで観察することにより正確に求められている。
【０１４８】
また、上記第１実施形態と同様、図９のフローチャートが開始される以前に、未調整の投影光学系ＰＬの波面収差を予備計測やシミュレーション等で求め、ピンホールパターンの像の結像状態に応じた像の大きさを予め把握しておき、その結果に基づいて、カウンタｎの初期設定値を設定することとしている。なお、本実施形態ではカウンタｎの初期値として１が設定されているものとする。
【０１４９】
まず、図９のステップ２１１において、不図示のレチクルローダにレチクルステージＲＳＴへの計測用レチクルＲＴ’のロードを指示する。この指示に応じ、レチクルローダにより、計測用レチクルＲＴ’がレチクルステージＲＳＴ上にロードされる。
【０１５０】
次のステップ２１２では、計測用レチクルＲＴ’のレチクルアライメントを上記第１の実施形態と同様にして、行う。
【０１５１】
次のステップ２１３では、フラグＦを初期化する（Ｆ←０）。
【０１５２】
次のステップ２１５では、上記第１の実施形態のステップ１１７と同様の手順で、波面収差測定光学系のキャリブレーションを行う。
【０１５３】
すなわち、計測用レチクルＲＴ’に形成された矩形の較正用開口９８が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置するように、ステージ制御系１９を介してレチクルステージＲＳＴを移動するとともに、波面センサ９０の開口ＯＰが光軸ＡＸ上に位置するように、ステージ制御系１９を介してウエハステージＷＳＴを移動し、その後、照明系１０内の光源からのレーザビームを発光することにより行われる。
【０１５４】
そして、キャリブレーションが終了すると、キャリブレーションの終了及び得られた位置ずれ（Δｘ，Δｙ）のデータが波面データ処理装置８０から主制御系２０に通知される。
【０１５５】
次のステップ２１６では、計測に用いられるピンホールパターンの番号を示すカウンタｉを初期化する（ｉ←１）。
【０１５６】
次のステップ２１７では、フラグＦが１であるか否かを判断することにより、計測用レチクルＲＴ’の移動が必要か否かを判断する。この場合、Ｆは初期化されており、計測用レチクルＲＴ’の移動が必要であるので、ここでの判断は否定され、ステップ２１８に移行する。
【０１５７】
このステップ２１８では、照明領域に計測用レチクルＲＴ’の第ｎ領域ＡＲｎ（ここでは第１領域ＡＲ１）が一致するべく、ステージ制御系１９に、レチクルステージＲＳＴの移動を指示する。この指示に応じ、ステージ制御系１９によって、レチクル干渉計１６の計測値をモニタしつつ、不図示のレチクル駆動部を介してレチクルステージＲＳＴが移動される。
【０１５８】
次いで、ステップ２１９では、領域ＡＲｎ内の第ｉ番目のピンホールパターン（ここでは領域ＡＲ１内のピンホールパターンＰＨ１，１）の像の結像点へ開口ＯＰを移動させるべく、ステージ制御系１９に、ウエハステージＷＳＴの移動を指示する。この指示に応じ、ステージ制御系１９によって、ウエハ干渉計１８の計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴが移動される。この結果、波面センサ９０の標示板９１上の開口ＯＰがピンホールパターンＰＨ１，ｉ（この場合、ＰＨ１，１）の投影光学系ＰＬによる結像位置に一致する。また、これとともに、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）の検出結果に基づいて、ピンホールパターンＰＨ１，ｉ（この場合、ＰＨ１，１）の像が結像される像面に波面センサ９０の標示板９１上面を一致させるべく、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に微少駆動する。このとき、必要に応じてウエハステージＷＳＴ及び波面センサ９０の傾斜を調整しても良い。これにより、ピンホールパターンＰＨ１，ｉ（この場合、ＰＨ１，１）の共役位置へ開口ＯＰが位置決めされ、ピンホールパターンＰＨ１，ｉ（ここでは、ピンホールパターンＰＨ１，１）からの光に関する投影光学系ＰＬの波面収差測定のための光学的な各装置の配置が終了する。
【０１５９】
次のステップ２２０では、不図示の光源に対してレーザビーム発光を指示する。これに応じて、光源からはレーザビームの発光がなされ、これにより照明系１０からの照明光ＩＬが、計測用レチクルＲＴ’の領域ＡＲ１に照射される。これにより、計測用レチクルＲＴ’上の領域ＡＲ１内のピンホールパターンＰＨ１，ｉ（ｉ＝１〜ｊ）からの光が投影光学系ＰＬを介して像面上に集光され、ピンホールパターンＰＨ１，ｉの像が像面に結像される。
【０１６０】
次のステップ２２１では、照明系１０内の不図示の可動レチクルブラインドを、不図示の駆動装置を介して駆動し、計測用レチクルＲＴ’上のピンホールパターンＰＨ１，ｉ（ｉ＝１〜ｊ）のうちの着目するピンホールパターンＰＨ１，ｉ（ここでは、ＰＨ１，１）のみを含む微小領域部分にのみ照明光ＩＬが照射されるように、照明領域を制限する。これにより、着目するピンホールパターンＰＨ１，ｉ（ここではＰＨ１，１）からの光のみが投影光学系ＰＬを介して像面上に集光され、その着目するピンホールパターンＰＨ１，ｉの像が波面センサ９０で撮像され、その撮像信号が波面データ処理装置８０に供給される。この計測の原理は上記第１の実施形態と同様である。
【０１６１】
次のステップ２２２では、波面データ処理装置８０に対して、スポット像位置の検出を指示する。この指示に応じて、波面データ処理装置８０により、上記第１の実施形態のステップ１２２と同様にして、スポット像の位置が検出される。
【０１６２】
次のステップ２２３では、カウンタｉを参照して、計測用レチクルＲＴ’上の領域ＡＲ１内の全てのピンホールパターンについてのスポット像の位置検出が終了したか否かを判断する。ここでは、カウンタｉ＝１であり、第１番目のピンホールパターンＰＨ１，１の像について位置検出が終了したのみなので、このステップ２２３における判断は否定され、ステップ２２４に移行して、カウンタｉを１インクリメントした（ｉ←ｉ＋１）後、ステップ２１９に戻る。
【０１６３】
そして、その後、ステップ２２３における判断が肯定されるまで、上記ステップ２１９→２２０→２２１→２２２→２２３→２２４のループにおける処理、判断を繰り返す。すなわち、残りの計測対象である着目するピンホールパターンＰＨ１，ｉ（ｉ＝２〜ｊ）のそれぞれについて、以下の動作を順次行う。すなわち、着目するピンホールパターンＰＨ１，ｉの像の結像点に波面センサ９０の開口ＯＰのほぼ中心を位置決めし、可動レチクルブラインドによる照明領域の制限を行い、その着目するピンホールパターンからの光に由来する各スポット像の結像位置を波面センサ９０及び波面データ処理装置８０を用いて検出する。
【０１６４】
このようにして、領域ＡＲ１内の全ピンホールパターン像についてのスポット像位置の検出が終了すると、カウンタｉ＝ｊ（ｊは領域内のピンホールパターンの総数）となってステップ２２３における判断が肯定され、ステップ２２５に移行する。この段階では、波面データ処理装置８０のＲＡＭ内には、前述した各ピンホール像の結像点における位置ずれデータ（Δξ，Δη）と、各結像点の座標データ（各ピンホール像の結像点における計測を行った際のウエハ干渉計１８の計測値（Ｘｉ，Ｙｉ））とが格納されている。
【０１６５】
そこで、ステップ２２５では、波面データ処理装置８０からＲＡＭ内に格納されているデータを、前述の通信路を介して受け取り、各ピンホール像の結像点に対応する投影光学系ＰＬの瞳面における波面の傾きに対応する位置ずれ（Δξ，Δη）に基づいて、例えば、周知のツェルニケ多項式を用いて、波面を復元する、すなわち波面収差を算出する。
【０１６６】
ここで、前述のように、ステップ２１５において波面収差測定光学系のキャリブレーションが実行され、その結果データが得られているので、そのキャリブレーション結果のデータを考慮して、波面収差の算出が行われる。
【０１６７】
次のステップ２２６では、領域を示すカウンタｎが３であるか否かを判断する。ここでは、ｎ＝１であるので、ここでの判断は否定され、ステップ２２７に移行して、カウンタｎを１インクリメントした後、ステップ２２８に移行する。
【０１６８】
このステップ２２８では、投影光学系ＰＬの波面収差の測定結果に基づき、その波面収差を低減させるような結像特性の調整量を算出して、その調整量を目標値として与えることにより、結像特性補正コントローラ５１に対して投影光学系ＰＬの波面収差の調整を指示する。この指示に応じて結像特性補正コントローラ５１は、レンズエレメントの移動制御等を行い、投影光学系ＰＬの波面収差を調整する。
【０１６９】
この調整が終了すると、ステップ２１６に戻って、計測に用いられるピンホールパターンの番号を示すカウンタｉを初期化する（ｉ←１）。
【０１７０】
次のステップ２１５では、前述のフラグＦが１であるか否かを再び判断する。この場合、フラグＦは初期化されたままであるため、Ｆ＝０である。従って、ここでの判断は否定され、次のステップ２１８に移行する。
【０１７１】
このステップ２１８では、カウンタｎの値を参照しつつ、照明領域に計測用レチクルの第ｎ領域ＡＲｎ（ここでは第２領域ＡＲ２）を一致させるべく、ステージ制御系１９にレチクルステージＲＳＴの移動を指示する。この指示に応じて、ステージ制御系１９によってレチクル干渉計１６の計測値をモニタしつつ、不図示のレチクル駆動部を介してレチクルステージＲＳＴが移動される。
【０１７２】
その後は、ステップ２１９→２２０→２２１→２２２→２２３→２２４のループにおける処理判断を、ステップ２２３における判断が肯定されるまで、繰り返す。このようにして、第２領域ＡＲ２内の全ピンホールパターン像についてのスポット像位置の検出が終了すると、カウンタｉ＝ｊとなってステップ２２３における判断が肯定され、ステップ２２５に移行する。
【０１７３】
そして、ステップ２２５では、ｎ＝１の場合と同様に、波面収差の算出を行い、次のステップ２２６においてｎ＝３であるか否かが判断される。ここでは、ｎ＝２であるので、判断は否定され、ステップ２２７に移行して、カウンタｎを１インクリメントした後、ステップ２２８に移行する。
【０１７４】
このステップ２２８では、これまでと同様にして、投影光学系ＰＬの波面収差を調整する。
【０１７５】
その後は、ステップ２１６，２１７を経て、ステップ２１８にて、計測用レチクルＲＴ’の第３領域ＡＲ３が照明領域と一致するように、レチクルステージＲＳＴが移動され、ステップ２１９→２２０→２２１→２２２→２２３→２２４のループを、ステップ２２３の判断が肯定されるまで繰り返す。そして、第３領域ＡＲ３内の全ピンホールパターン像についてのスポット像位置の検出が終了すると、カウンタｉ＝ｊとなってステップ２２３における判断が肯定され、ステップ２２５に移行する。
【０１７６】
このステップ２２５では、これまでと同様に投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。
【０１７７】
次いで、ステップ２２６では、カウンタｎが３であるか否かを判断する。ここでは、ｎ＝３であるので、ここでの判断は肯定され、ステップ２２９に移行して、フラグＦを立てる（Ｆ←１）。
【０１７８】
次のステップ２３０では、上記ステップ２２５において算出された波面収差が予め定められている許容値以下であるか否かを判断する。ここでの判断が否定されると、ステップ２２８に戻り、投影光学系ＰＬの波面収差の測定結果に基づき、前述と同様にして結像特性補正コントローラ５１を介して波面収差を調整する。
【０１７９】
この調整が終了すると、ステップ２１６に戻って、計測に用いられるピンホールパターンの番号を示すカウンタｉを初期化する（ｉ←１）。
【０１８０】
次のステップ２１７ではフラグＦが１であるか否かを判断するが、この場合、フラグＦ＝１である。従って、ここでの判断は肯定されてステップ２３１に移行し、フラグＦを降ろす（Ｆ←０）。
【０１８１】
その後、ステップ２１９に移行して、以後、ステップ２１９→２２０→２２１→２２２→２２３→２２４のスポット像位置計測の処理ループ→ステップ２２５→２２６→２２９→２３０→２２８→２１６→２１７→２３１の多重ループの処理を、ステップ２３０における判断が肯定されるまで、繰り返す。すなわち、このようにして、第３領域ＡＲ３内のピンホールパターンＰＨ３，ｉ（ｉ＝１〜ｊ）からの光に由来する各スポット像の結像位置の計測、その計測結果及びステップ２１５で得たキャリブレーション結果のデータに基づく波面収差の算出、及び波面収差の調整を繰り返す。
【０１８２】
そして、このようにして、投影光学系ＰＬの波面収差が許容値以下になった場合、あるいは当初から波面収差が許容値以下であった場合には、ステップ２３０における判断が肯定され、本ルーチンの一連の処理を終了する。その後、オペレータにより、波面センサ９０のウエハステージＷＳＴからの取り外し、必要な場合には波面データ処理装置８０と主制御系２０との接続の切断が行われることとなる。
【０１８３】
その他の構成、動作等については、上記第１の実施形態と同様である。
【０１８４】
これまでの説明から明らかなように、本第２の実施形態では、ステージ制御系１９、レチクル駆動部及びレチクルステージＲＳＴ、並びに主制御系２０、より具体的にはＣＰＵとソフトウェアプログラムとによって、開口径調整装置が実現されている。すなわち、計測用レチクルＲＴ’がレチクルステージＲＳＴに装着された状態で、ＣＰＵが、ステージ制御系１９、レチクル駆動部及びレチクルステージＲＳＴを介して行う上記ステップ２１８の処理によって、３つの領域のうちの１つの領域に形成された複数のピンホールパターンを計測に用いる測定用開口パターンとして選択的に設定する開口径調整装置が実現されている。また、主制御系２０のＣＰＵが行うステップ２２５の処理によって光学特性算出装置が実現され、該光学特性算出装置と上記開口径調整装置とを含んで光学特性測定装置が実現されている。なお、上記のソフトウェアプログラムで実現した構成部分の少なくとも一部をハードウェアにて構成しても良いことは勿論である。
【０１８５】
以上説明したように、本第２の実施形態によると、計測用レチクルＲＴ’に径の異なる３種類のピンホールパターンを設けておき、投影光学系ＰＬの収差の大きさに応じて計測に使用するピンホールパターンを選択し、それぞれの位置情報を検出する。そして、検出された複数のパターン像それぞれの位置情報に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。すなわち、投影光学系の波面収差を、予備計測やシミュレーションにより求めた後、その波面収差が大きいときには、第１領域内のピンホールを使い、その後、波面収差が調整された後に、第２、第３領域内のピンホールを使って波面収差を求めている。従って、投影光学系ＰＬの波面収差に応じて、ピンホールパターンの径の大きさを調整することができ、投影光学系ＰＬを介して形成されるピンホールパターン像の周縁部が開口を通過せずに遮られるのが抑制される。したがって、第１の実施形態と同様に、投影光学系ＰＬの波面収差を高精度に算出することが可能である。
【０１８６】
また、上記のように高精度に算出された投影光学系ＰＬの波面収差の算出結果に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差の調整が行うことにより、高精度な投影光学系ＰＬの波面収差の調整、ひいては高精度な露光を実現することが可能である。
【０１８７】
また、本実施形態では、一連の計測において、１つの開口を用いることとしているので、最初に一回だけキャリブレーションを行えば、全計測結果にそのキャリブレーション結果を反映することが可能である。しかしながら、これに限らず、光学特性測定光学系のキャリブレーションをカウンタｎがインクリメントされる度に行うこととしても良い。
【０１８８】
なお、本実施形態の計測用レチクルとしては、図１０に示されるような計測用レチクルＲＴ”を用いることができる。この計測用レチクルＲＴ”は、図８の計測用レチクルＲＴ’と異なり、径の異なる３種類のピンホールパターンが１つの領域ＡＲ内に形成されている。このような計測用レチクルＲＴ”を採用することにより、図９のフローチャートにおけるフラグを省略することができる（すなわち、ステップ２１３，２１７，２２９，２３１の省略ができる）とともに、ステップ２１８の計測用レチクルの移動をカウンタｎの更新ごとに行う必要がなく、カウンタｎが初期値のときにのみ計測用レチクルの移動を行えば良いこととなる。
【０１８９】
なお、上記実施形態では、計測用レチクルＲＴ’に３種類のピンホールを形成することとしたが、本発明がこれに限られるものではなく、複数のピンホールが形成されていれば、その数は任意であって良い。
【０１９０】
また、上記実施形態では径の異なるピンホールを１枚の計測用レチクルＲＴ’上に形成することとしたが、その径を調整可能なピンホールを計測用レチクルＲＴ’に形成しておき、段階的にその径を調整可能とすることとしても良い。また、計測用レチクルの代わりに、レチクルステージ上に光透過窓を設け、この光透過窓にピンホールパターンを形成しても良い。
【０１９１】
なお、上記各実施形態では、露光にあたっては波面収差計測装置７０を露光装置本体６０から切り離したが、波面収差計測装置７０を露光装置本体６０に装着したままで露光しても良いことは勿論である。
【０１９２】
なお、上記各実施形態では、位置検出の対象像をスポット像としたが、他の形状のパターンの像であっても良い。
【０１９３】
また、上記各実施形態では、露光装置における投影光学系の収差計測に本発明を適用したが、露光装置に限らず、他の種類の装置における結像光学系の諸収差の計測にも本発明を適用することができる。
【０１９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学特性測定方法及び光学特性測定装置によれば、被検光学系の光学特性を高精度に算出することができるという効果がある。
【０１９５】
また、本発明の光学系の調整方法によれば、被検光学系の光学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。
【０１９６】
また、本発明の露光装置によれば、露光精度を向上することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の波面センサの構成を概略的に示す図である。
【図３】図２の標示板の表面状態を説明するための図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、図２のマイクロレンズアレイの構成を説明するための図である。
【図５】第１の実施形態に係る投影光学系の収差測定及び収差調整の処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】第１の実施形態に係る計測用レチクルに形成されたパターンの例を示す図である。
【図７】波面収差測定時における光学配置を説明するための図である。
【図８】第２の実施形態に係る計測用レチクルに計測されたパターンの例を示す図である。
【図９】第２の実施形態に係る投影光学系の収差測定及び収差調整の処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】変形例に係る計測用レチクルを説明するための図である。
【符号の説明】
１９…ステージ制御系（開口径調整装置の一部、光学特性測定装置の一部）、２０…主制御系（開口径調整装置の一部、光学特性測定装置の一部、光学特性算出装置）、２４…ウエハステージ駆動部（開口径調整装置の一部、光学特性測定装置の一部）、９０…波面センサ（パターン像位置検出装置、光学特性測定装置の一部）、９１…標示板（開口板部材）、９４…マイクロレンズアレイ（波面分割光学系）、９８…較正用開口（較正用開口パターン）、１００…露光装置、ＩＬ…照明光（光，露光光）、ＯＰ１〜ＯＰ３…第１〜第３開口（受光用開口）、ＰＨ１〜ＰＨｊ…ピンホールパターン（測定用開口パターン）、ＰＬ…投影光学系（被検光学系）、ＲＴ…計測用レチクル（パターン形成部材）、Ｗ…ウエハ（基板），ＷＳＴ…ウエハステージ（開口径調整装置の一部）。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical property measuring method and an optical property measuring apparatus, a method for adjusting an optical system, and an exposure apparatus, and more particularly, to an optical property measuring method and an optical property measuring apparatus for measuring an optical property of a test optical system, The present invention relates to a method for adjusting an optical system using the optical characteristic measuring method, and an exposure apparatus including the optical characteristic measuring device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a lithography process for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, or the like, a pattern (hereinafter, also referred to as a “reticle pattern”) formed on a mask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a “mask”) is projected. 2. Description of the Related Art An exposure apparatus that transfers a wafer or a glass plate or the like coated with a resist or the like (hereinafter, collectively referred to as “substrate” as appropriate) through a system is used. As such an exposure apparatus, a stationary exposure type exposure apparatus such as a so-called stepper and a scanning exposure type exposure apparatus such as a so-called scanning stepper are mainly used.
[0003]
In such an exposure apparatus, it is necessary to faithfully project a pattern formed on a reticle onto a substrate with high resolution. For this reason, the projection optical system is designed to have good optical characteristics with various aberrations sufficiently reduced.
[0004]
However, it is difficult to manufacture the projection optical system completely as designed, and various aberrations due to various factors remain in the actually manufactured projection optical system. For this reason, the optical characteristics of the actually manufactured projection optical system differ from the designed optical characteristics.
[0005]
Therefore, various techniques have been proposed for measuring an optical characteristic such as aberration of the optical system to be measured by using an actually manufactured projection optical system or the like as an optical system to be measured. Among these various proposed technologies, (a) a spherical wave generated using a pinhole pattern is made incident on a test optical system, and (b) a spherical wave or a test optical beam after passing through the test optical system. After the spherical wave after passing through the system is once converted into parallel light, the wavefront is divided into a plurality of parts, (c) a spot image is formed for each of the divided wavefronts, and (d) a spot image is formed for each divided wavefront. A wavefront aberration measurement method for measuring the wavefront aberration of a test optical system based on the formation position has attracted attention.
[0006]
In the wavefront aberration measuring apparatus using this method, for example, by dividing the wavefront of the incident light that enters the apparatus through a predetermined opening for blocking light other than the light that has passed through the test optical system, As a wavefront splitting element that forms a spot image for each split wavefront, there is an element that employs a microlens array in which a large number of minute lenses are arranged along a two-dimensional plane parallel to an ideal wavefront of parallel light. In this device, a large number of spot images formed by the microlens array are picked up by an image pickup device such as a CCD. Then, the center of gravity of the imaging signal waveform of each spot image is obtained by the centroid method, or the maximum correlation position between the imaging signal waveform of each spot image and the template waveform is obtained by the correlation method, whereby the spot image position is detected. The wavefront aberration is obtained based on the deviation of each detected spot image position from the design position.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, as a result of earnest studies by the inventors, in the initial stage of measuring the wavefront aberration of the optical system to be measured, the aberration may be relatively large, and the luminous flux corresponding to the image of the pinhole pattern to be measured (hereinafter, referred to as “light flux”). When the “image light flux” is passed through the aperture provided in the wavefront aberration measuring apparatus, the blurred peripheral portion of the image of the pinhole pattern is applied to the edge of the aperture, and the image of the pinhole pattern is applied to the aperture. It has recently been found that the measurement accuracy is lower than when the measurement is performed in a state where the light flux substantially enters.
[0008]
To solve this, a larger aperture can be provided in the wavefront aberration measuring device so that the image light flux of the pinhole pattern whose peripheral portion is blurred as described above passes. The difference between the diameter of the aperture used for calibration of the optical system in the apparatus and the diameter of the aperture used for measurement becomes large, and particularly, the quantization error of spot position measurement that occurs when using a CCD as an image sensor, It has been found that the disadvantage of increase can occur.
[0009]
The present invention has been made under such circumstances, and a first object of the present invention is to provide an optical characteristic measuring method and an optical characteristic measuring device capable of calculating an optical characteristic of a test optical system with high accuracy. It is in.
[0010]
A second object of the present invention is to provide an optical system adjustment method capable of adjusting the optical characteristics of a test optical system with high accuracy.
[0011]
Further, a third object of the present invention is to provide an exposure apparatus capable of improving exposure accuracy.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, an opening pattern for measurement (PH 1 ~ PH j ) Is sequentially passed through the pattern forming member (RT) and the test optical system (PL), and thereafter, the light receiving aperture provided near the image forming plane of the measurement aperture pattern image by the test optical system. (OP 1 ~ OP 3 A) measuring the optical characteristics of the optical system to be measured based on the light (IL) that has reached (a), wherein the diameter of at least one of the measurement opening pattern and the light receiving opening is measured. Adjusting the diameter of the aperture pattern for measurement in the vicinity of the image plane by the test optical system in accordance with the state of image formation; and performing wavefront splitting optics on the light passing through the light receiving aperture and the objective optical system sequentially. A pattern image position detecting step of forming a plurality of pattern images by wavefront division by a system (94) and detecting position information of each of the plurality of pattern images; and the plurality of patterns detected in the pattern image position detecting step. An optical characteristic calculating step of calculating optical characteristics of the test optical system based on positional information of each image.
[0013]
According to this, the size of at least one of the measurement aperture pattern and the light receiving aperture is adjusted in accordance with the imaging state of the measurement aperture pattern near the imaging plane by the test optical system (the aperture diameter adjustment step). ), A plurality of pattern images are formed by dividing the light passing through the light receiving aperture and the objective optical system sequentially by the wavefront dividing optical system, and positional information of each of the plurality of pattern images is detected (pattern image position detecting step). ). Then, the optical characteristics of the optical system to be measured are calculated based on the position information of each of the plurality of detected pattern images (optical characteristic calculating step). That is, in the aperture diameter adjusting step, at least one of the diameter of the measurement aperture pattern and the diameter of the light receiving aperture is adjusted in accordance with the imaging state of the measurement aperture pattern in the vicinity of the imaging plane by the test optical system. Accordingly, it is possible to prevent a situation where the peripheral edge of the pattern image formed via the test optical system is blocked without passing through the light receiving opening. Therefore, by detecting the position information of each of a plurality of pattern images formed by dividing the light passing through the light receiving aperture into a wavefront, the optical characteristics of the optical system to be measured can be calculated with high accuracy regardless of the imaging state. It is possible to do.
[0014]
In this case, as in the optical characteristic measuring method according to claim 2, the aperture diameter adjusting step is performed in accordance with an imaging state of the measurement aperture pattern near the imaging plane by the test optical system. The method may further include a step of determining a minimum opening diameter of the light receiving opening that can substantially contain an image of the measurement opening pattern in the light receiving opening.
[0015]
In this case, as in the optical characteristic measuring method according to claim 3, the light receiving opening has a variable opening diameter, and in the opening diameter adjusting step, the diameter of the light receiving opening is adjusted. The method may further include an aperture setting step of adjusting the diameter of the aperture for use to a diameter equal to or larger than the minimum aperture diameter. A plurality of openings are provided, and the opening diameter adjusting step includes the step of selecting, as the light receiving opening, an opening having an opening diameter corresponding to the minimum opening diameter from the plurality of openings in the opening setting step. A setting step may be further included.
[0016]
In each of the optical characteristic measuring methods according to the fourth and fifth aspects, as in the optical characteristic measuring method according to the fifth aspect, the diameter of the measurement opening pattern is RP, and the imaging magnification of the test optical system is β. When the numerical aperture of the objective optical system is NA and the wavelength of the light is λ, the smallest diameter RR1 among the plurality of apertures is:
RP · β + 2 · λ / NA ≦ RR1 <RP · β + 10 · λ / NA
And the second smallest diameter RR2 among the diameters of the plurality of openings is:
RP ・ β + 10 ・ λ / NA ≦ RR2 ≦ RP ・ β + 20 ・ λ / NA
May be satisfied.
[0017]
In each of the optical characteristic measuring methods according to the second to fifth aspects, as in the optical characteristic measuring method according to the sixth aspect, a calibration opening pattern (98) is further formed in the pattern forming member. After the aperture adjustment step, based on the light passing through the calibration aperture pattern, the test optical system, and the light-receiving aperture, the optical characteristics of the measurement optical system including the objective optical system and the wavefront splitting optical system. A calibration measurement step of measuring; and an optical property correction step of correcting the optical property of the test optical system calculated in the optical property calculation step using the optical property of the measurement optical system. can do.
[0018]
In the optical characteristic measuring method according to the first aspect, as in the optical characteristic measuring method according to the seventh aspect, the step of adjusting the aperture diameter may include the step of measuring the vicinity of the image plane by the optical characteristic of the optical system to be measured. A maximum aperture diameter determining step for determining a maximum aperture diameter of the aperture pattern for measurement, in which the image of the aperture pattern for measurement is substantially included inside the aperture for light reception, in accordance with the imaging state of the aperture pattern for measurement. It can be.
[0019]
In this case, as in the optical characteristic measuring method according to claim 8, the measurement opening pattern has a variable opening diameter, and the opening diameter adjustment step adjusts the diameter of the measurement opening pattern. An opening setting step of setting the diameter of the measurement opening pattern to a diameter equal to or larger than the maximum opening diameter may be further included, and as in the optical characteristic measuring method according to claim 9, the pattern forming member includes: A plurality of opening patterns (PH 11 ~ PH 3j ) Is formed, and the opening diameter adjusting step may further include an opening setting step of selecting, as the measurement opening pattern, an opening pattern having an opening diameter corresponding to the maximum opening diameter from the plurality of openings. good.
[0020]
In each of the optical characteristic measuring methods according to claims 8 and 9, as in the optical characteristic measuring method according to claim 10, the imaging magnification of the test optical system is β, the diameter of the light receiving aperture is RR, When the numerical aperture of the objective optical system is NA and the wavelength of the light is λ, the largest diameter RP1 among the diameters of the plurality of aperture patterns is:
RR-10 · λ / NA <RP1 / β ≦ RR-2 · λ / NA
And the second largest diameter RP2 among the diameters of the plurality of opening patterns is
RR-20λ / NA ≦ RP2 / β ≦ RR-10λ / NA
May be satisfied.
[0021]
In each of the optical property measuring methods according to claims 7 to 10, as in the optical property measuring method according to claim 11, a calibration opening pattern is further formed on the pattern forming member, and the calibration opening pattern is provided. A measuring step for measuring optical characteristics of a measuring optical system including the objective optical system and the wavefront splitting optical system based on the light passing through the test optical system and the light receiving aperture; and the measuring optical system. An optical property correction step of correcting the optical property of the test optical system calculated in the optical property calculation step using the optical property of the system.
[0022]
In each of the optical characteristic measuring methods according to the first to eleventh aspects, the pattern image may be a pinhole pattern image as in the optical characteristic measuring method according to the twelfth aspect.
[0023]
In each of the optical property measuring methods according to the first to twelfth aspects, as in the optical property measuring method according to the thirteenth aspect, the optical property may be a wavefront aberration.
[0024]
According to a fourteenth aspect of the present invention, the measurement opening pattern (PH 1 ~ PH 3 ) Is sequentially formed through the pattern forming member (RT) and the test optical system (PL), and thereafter, the light receiving aperture provided near the image forming plane of the measurement aperture pattern image by the test optical system. (OP 1 ~ OP 3 A) measuring the optical characteristics of the optical system under test based on the light that has reached the optical system, and measuring the diameter of at least one of the measurement opening pattern and the light receiving opening by measuring the diameter of the object. An aperture diameter adjusting device (19, 20, 24, WST) that adjusts according to the imaging state of the measurement aperture pattern in the vicinity of the imaging plane by an optical analysis system; and wavefront division of light passing through the light receiving aperture. A pattern image position detecting device (90) for forming a plurality of pattern images and detecting position information of each of the plurality of pattern images; and a position of each of the plurality of pattern images detected by the pattern image position detecting device. An optical characteristic calculating device (20) for calculating the optical characteristics of the test optical system based on the information.
[0025]
According to this, the diameter of at least one of the measurement aperture pattern and the light receiving aperture is adjusted by the aperture diameter adjustment device according to the imaging state of the measurement aperture pattern in the vicinity of the imaging plane by the test optical system. The position information of each of the plurality of pattern images formed by wavefront division of the light that has been adjusted and that has passed through the light receiving aperture through the light receiving opening is detected by the pattern image position detection device. Then, the optical characteristics of the test optical system are calculated by the optical characteristics calculation device based on the position information of each of the plurality of pattern images detected by the pattern image position detection device. That is, the aperture diameter adjusting device adjusts the size of at least one of the measurement aperture pattern and the light receiving aperture according to the imaging state of the measurement aperture pattern in the vicinity of the imaging plane by the test optical system. This prevents a situation in which the peripheral edge of the pattern image formed via the test optical system is blocked without passing through the light receiving opening. Therefore, by detecting the position information of each of a plurality of pattern images formed by dividing the light passing through the light receiving aperture into a wavefront, the optical characteristics of the optical system to be measured can be obtained regardless of the imaging state of the measurement aperture pattern. Can be calculated with high accuracy.
[0026]
In this case, as in the optical characteristic measuring device according to claim 15, further comprising a first stop mechanism capable of variably setting the diameter of the light receiving opening, the opening diameter adjusting device includes the first stop mechanism. May be adjusted to adjust the diameter of the light receiving opening, or the optical characteristic measuring device according to claim 16, further comprising an opening plate member in which a plurality of openings having different diameters are formed. The opening diameter adjusting device may adjust the diameter of the light receiving opening by setting one of the plurality of openings as the light receiving opening.
[0027]
In each of the optical characteristic measuring devices according to claims 14 to 16, as in the optical characteristic measuring device according to claim 17, the optical characteristic measuring device further includes a second aperture mechanism that can variably set the diameter of the measurement aperture pattern. The said aperture diameter adjustment apparatus may control the said 2nd aperture mechanism, and may adjust the diameter of the said opening pattern for a measurement, and may form the said pattern formation like the optical characteristic measuring apparatus of Claim 18. The member is formed with a plurality of opening patterns having different diameters from each other, and the opening diameter adjusting device sets the one of the plurality of opening patterns to the measurement opening pattern, thereby obtaining the measurement opening pattern. May be adjusted.
[0028]
In each of the optical characteristic measuring apparatuses according to the fourteenth to eighteenth aspects, as in the optical characteristic measuring apparatus according to the nineteenth aspect, the optical characteristic may be a wavefront aberration.
[0029]
The invention according to claim 20 is a method for adjusting an optical system that adjusts the optical characteristics of an optical system (PL), wherein the optical characteristics of the optical system are adjusted according to any one of claims 1 to 13. An optical property measuring step of measuring using an optical property measuring method; and an optical property adjusting step of adjusting an optical property of the optical system based on a measurement result in the optical property measuring step. is there.
[0030]
According to this, since the optical characteristics of the optical system are measured using the optical characteristic measuring method according to any one of claims 1 to 13, highly accurate measurement of the optical characteristics of the optical system is performed. Therefore, since the optical characteristics of the optical system are adjusted based on the measurement result with high accuracy, the optical characteristics of the optical system can be adjusted with high accuracy.
[0031]
The invention according to claim 21 is an exposure apparatus for transferring a predetermined pattern onto the substrate by irradiating the substrate (W) with exposure light (IL), wherein the projection device is arranged on an optical path of the exposure light. An exposure apparatus comprising: an optical system (PL); and the optical characteristic measuring device according to any one of claims 14 to 19, wherein the projection optical system is a test optical system.
[0032]
According to this, the optical characteristic of the projection optical system is measured by the optical characteristic measuring device according to any one of claims 14 to 19, so that the optical characteristic of the projection optical system can be measured with high accuracy. Therefore, by adjusting the optical characteristics of the projection optical system based on the measurement result, it is possible to adjust the optical characteristics of the projection optical system with high accuracy and, consequently, to improve the exposure accuracy.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<< 1st Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0034]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 100 according to the first embodiment. The exposure apparatus 100 is a step-and-scan type projection exposure apparatus. The exposure apparatus 100 includes an exposure apparatus main body 60 and a wavefront aberration measurement device 70 as a pattern image position detection device.
[0035]
The exposure apparatus main body 60 includes an illumination system 10, a reticle stage RST for holding a reticle R, a projection optical system PL as a test optical system, a wafer stage WST on which a wafer W as a substrate is mounted, an alignment detection system AS, a reticle. A stage control system 19 for controlling the positions and postures of the stage RST and the wafer stage WST, a main control system 20 for controlling the entire apparatus overall, and the like are provided.
[0036]
The illumination system 10 includes a light source, an illuminance uniforming optical system including an optical integrator, a relay lens, a variable ND filter, a reticle blind, a dichroic mirror, and the like (all not shown). As the optical integrator, a fly-eye lens, a rod integrator (internal reflection type integrator), a diffractive optical element, or the like can be used. The configuration of such an illumination system is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-349701. The illumination system 10 illuminates a slit-shaped illumination area defined by a reticle blind on a reticle R on which a circuit pattern or the like is drawn with illumination light IL as exposure light with substantially uniform illuminance. Here, as the illumination light IL, near ultraviolet light (far ultraviolet light) such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), ArF excimer laser light (wavelength 193 nm), or F 2 Vacuum ultraviolet light such as laser light (wavelength 157 nm) is used. As the illumination light IL, an ultraviolet bright line (g-line, i-line, etc.) from an ultra-high pressure mercury lamp can be used.
[0037]
A reticle R is fixed on the reticle stage RST by, for example, vacuum suction. Here, reticle stage RST is minutely moved in an XY plane perpendicular to an optical axis of illumination system 10 (coincident with optical axis AX of projection optical system PL described later) by a reticle stage driving unit (not shown) including a linear motor or the like. It can be driven and can be driven at a scanning speed specified in a predetermined scanning direction (here, the Y-axis direction, which is the horizontal direction in FIG. 1).
[0038]
The position of the reticle stage RST within the stage movement plane is constantly detected by a reticle laser interferometer (hereinafter, referred to as “reticle interferometer”) 16 through a movable mirror 15 at a resolution of, for example, about 0.5 to 1 nm. The position information (or speed information) of the reticle stage RST from the reticle interferometer 16 is sent to the main control system 20 via the stage control system 19, and based on this position information (or speed information), the main control system 20 The reticle stage RST is driven via the stage control system 19 and a reticle stage driving unit (not shown).
[0039]
The projection optical system PL is disposed below the reticle stage RST in FIG. 1, and the direction of the optical axis AX is the Z-axis direction. The projection optical system PL is, for example, a both-side telecentric reduction system, and includes a plurality of lens elements (not shown) having a common optical axis AX in the Z-axis direction. As the projection optical system PL, one having a projection magnification β of, for example, １ ／, ５, １ ／, or the like is used. Therefore, when the illumination area on the reticle R is illuminated with the illumination light (exposure light) IL as described above, the pattern formed on the reticle R is reduced by the projection optical system PL at the projection magnification β. The image (partially inverted image) is projected and transferred to a slit-shaped exposure area on the wafer W having a surface coated with a resist (photosensitive agent).
[0040]
In the present embodiment, specific lens elements (for example, predetermined five lens elements) among the plurality of lens elements can be independently moved. The movement of the lens element is performed by driving elements such as three piezo elements provided for each specific lens, which support a lens supporting member that supports the specific lens element and are connected to the lens barrel. I have. That is, the specific lens element can be independently translated along the optical axis AX in accordance with the displacement amount of each drive element, and a desired inclination can be given to a plane perpendicular to the optical axis AX. You can also do it. Then, drive instruction signals given to these drive elements are controlled by the imaging characteristic correction controller 51 based on a command from the main control system 20, whereby the displacement amount of each drive element is controlled. I have.
[0041]
In the projection optical system PL configured as described above, the main control system 20 controls the movement of the lens element via the imaging characteristic correction controller 51 to control the optics such as distortion, curvature of field, astigmatism, coma, and spherical aberration. The characteristics are adjustable. The optical characteristics can also be adjusted by shifting the oscillation wavelength of a light source (not shown) by the main control system 20.
[0042]
The wafer stage WST is arranged below the projection optical system PL in FIG. 1 and on a base (not shown). The wafer stage WST is actually driven by a driving device such as a linear motor in an XY two-dimensional direction along an upper surface of a base, and is mounted on the XY stage. The apparatus includes a substrate table that can be tilted in any direction with respect to the plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system PL and that can finely move in the optical axis AX direction (Z-axis direction) of the projection optical system PL. . Here, it is assumed that the substrate table is configured to be capable of minute rotation also in the rotation direction (θz direction) around the Z axis.
[0043]
As described above, wafer stage WST is configured to include two parts, an XY stage and a substrate table, and a driving device is also provided for each of the XY stage and the substrate table. Wafer stage WST and wafer stage drive unit 24 are representatively shown. Therefore, in the following, wafer stage WST is freely driven in the X-axis direction and the Y-axis direction by wafer stage drive unit 24, and is rotated in the Z-axis direction, the θx direction (a rotation direction around the X-axis), and the θy direction The description will be made assuming that the stage is a single stage that is minutely driven in the rotation direction around the Y axis) and the θz direction.
[0044]
A wafer holder 25 is placed on wafer stage WST (to be precise, the above-described substrate table), and wafer W is fixed on the upper surface thereof by, for example, vacuum suction.
[0045]
In the vicinity of the + X direction and + Y direction ends of wafer stage WST, a part of an attachment / detachment mechanism that allows attachment / detachment of a wavefront sensor 90 described later is provided (formed). As this attachment / detachment mechanism, an attachment / detachment mechanism using a screw or a magnet is used. In addition, a part of the wavefront sensor 90 and a groove formed on a part of the wafer stage WST and into which a part of the wavefront sensor 90 can be fitted may constitute an attaching / detaching mechanism.
[0046]
The position of wafer stage WST in the XY plane is constantly detected by wafer laser interferometer (hereinafter, referred to as “wafer interferometer”) 18 through moving mirror 17 with a resolution of, for example, about 0.5 to 1 nm. The position information (or speed information) of wafer stage WST is sent to main control system 20 via stage control system 19, and main control system 20 performs stage control system 19 and wafer control based on this position information (or speed information). Drive control of wafer stage WST is performed via stage drive unit 24.
[0047]
The alignment detection system AS is disposed on a side surface of the projection optical system PL. In the present embodiment, the alignment detection system AS is formed from an image-forming alignment sensor that images a street line and a position detection mark (fine alignment mark) formed on the wafer W. An off-axis microscope is used. The detailed configuration of the alignment detection system AS is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-219354. The imaging result by the alignment detection system AS is supplied to the main control system 20.
[0048]
Further, the apparatus shown in FIG. 1 has an oblique incidence type focus detection system (focus detection system) for detecting the position in the Z-axis direction (optical axis AX direction) of the inside of the exposure area on the surface of the wafer W and the vicinity thereof. , A multi-point focus position detection system (21, 22) is provided. The multi-point focus position detection system (21, 22) includes an irradiation optical system 21 including an optical fiber bundle, a condenser lens, a pattern forming plate, a lens, a mirror, and an irradiation objective lens (all not shown), and a condenser optical system. It comprises an objective lens, a rotational diaphragm, an imaging lens, a light receiving slit plate, and a light receiving optical system 22 including a light receiving device (all not shown) having a number of photo sensors. The detailed configuration of the multi-point focus position detection system (21, 22) is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-283403. The detection result by the multipoint focus position detection system (21, 22) is supplied to the stage control system 19 and the main control system 20 via the stage control system 19.
[0049]
The wavefront aberration measuring device 70 includes a wavefront sensor 90 and a wavefront data processing device 80.
[0050]
As shown in FIG. 2, the wavefront sensor 90 is provided with a storage member (housing) 97 having an internal space having a substantially U-shaped YZ cross section and a predetermined positional relationship inside the storage member 97. The optical system includes a wavefront aberration measuring optical system including a plurality of optical elements, and a CCD 95 serving as an image sensor disposed at an end on the + Y side inside the storage member 97. As the wavefront sensor 90, a Shack-Hartmann wavefront aberration measuring device is used here.
[0051]
More specifically, the storage member 97 is formed of a hollow member having a substantially U-shaped cross section in the YZ section. A marking plate 91 is provided as an opening plate member having an opening (which will be described in detail later) so that light enters from the opening.
[0052]
The wavefront aberration measuring optical system includes an objective lens 92, a bending mirror 96a, and relay lenses 93a, 93b sequentially arranged on the + Y side of the bending mirror 96a, which are sequentially arranged below a sign plate 91 inside the storage member 97. And a bending mirror 96b, and a micro lens array 94 and a bending mirror 96c sequentially arranged on the + Z side of the bending mirror 96b. The bending mirror 96a is inclined at 45 °, and the bending mirror 96a bends the optical path of light incident on the objective lens 92 from above to vertically downward toward the relay lens system 93. I have. The bending mirror 96b is also inclined at 45 °, so that the optical path of the light emitted from the relay lens system 93 is bent toward the microlens array 94 by the bending mirror 96b. Further, the bending mirror 96c is also inclined at 45 °, and the bending mirror 96c bends the optical path of the light emitted from the microlens array 94 from below toward the CCD 95 in a vertically upward direction. The objective lens 92, the relay lenses 93a and 93b, the micro lens array 94, and the CCD 95 are fixed to the inside of the wall of the storage member 97 via a holding member (not shown), and the bending mirrors 96a to 96c are connected to the storage member 97. Each is fixed in a state of being embedded in the inner wall.
[0053]
The marking plate 91 is made of, for example, a glass substrate as a base material, and is arranged at the same height position (Z-axis direction position) as the surface of the wafer W fixed to the wafer holder 25 so as to be orthogonal to the optical axis AX1 ( (See FIG. 2). As shown in FIG. 3, an opening OP serving as a light receiving opening is provided near the center of the sign plate 91 (on the optical axis AX1). 3 Is formed, and the opening OP is formed. 3 Openings OP as light receiving openings on both sides of 1 , OP 2 (Hereinafter, each opening OP n About "n-th opening OP n "). These first to third openings OP 1 ~ OP 3 Of the first opening OP 1 Has the largest diameter and the third opening OP 3 Has the smallest diameter and the second opening OP 2 Is the first opening OP 1 Smaller than the third opening OP 3 It has a larger diameter.
[0054]
More specifically, the diameter of a pinhole pattern formed on a measurement reticle to be described later is RP, the projection magnification of the projection optical system PL is β, the numerical aperture of the wavefront aberration measurement optical system is NA, and the wavelength of the illumination light IL. Let λ be the smallest third opening OP 3 Is the diameter RR1 of
RP · β + 2 · λ / NA ≦ RR1 <RP · β + 10 · λ / NA (1)
The second opening OP that satisfies the condition expressed by 2 The diameter RR2 of
RP · β + 10 · λ / NA ≦ RR2 ≦ RP · β + 20 · λ / NA (2)
The condition represented by is satisfied.
[0055]
As an example, in the present embodiment, RP = 24 μm, β = 1/4, λ = 193 nm, NA = 0.75, RP1 = 7.5 μm, and RP2 = 10.5 μm. In this case, the third opening OP 3 , Second opening OP 2 Is large enough to generate a spherical wave, and can be used at the time of calibration (calibration) of the wavefront aberration measuring optical system described later.
[0056]
In addition, the adjacent opening OP n The distance between them is so large that the outer edge of the image does not cover the other opening when measuring using one opening.
[0057]
Further, the first to third openings OP on the surface of the sign board 91 1 ~ OP 3 , Three or more (four in FIG. 3) two-dimensional position detection marks M are formed. In the present embodiment, the two-dimensional position detection mark M is formed along the X-axis direction (the X-axis direction is a periodic direction), and is formed along the Y-axis direction. A combination with the line and space mark Mb (where the Y-axis direction is a periodic direction) is employed. The line and space marks Ma and Mb can be imaged by the above-described alignment detection system AS. Further, the first to third openings OP 1 ~ OP 3 The surface of the sign plate 91 except for the two-dimensional position detection mark M is subjected to reflection surface processing. Such reflection surface processing is performed, for example, by depositing chromium (Cr) on a glass substrate.
[0058]
Returning to FIG. 2, the collimator lens 92 has an aperture OP 1 ~ OP 3 The light incident on the wavefront sensor 90 through one of the apertures (here, an aperture disposed on the optical axis AX of the projection optical system PL) is converted into parallel light.
[0059]
As shown in FIGS. 4A and 4B, the microlens array 94 is a matrix in which a large number of square microlenses 94a having a positive refractive power are arranged in a matrix in a dense manner. . Here, the optical axes of the microlenses 94a are substantially parallel to each other. FIGS. 4A and 4B show an example in which the microlenses 94a are arranged in a 7 × 7 matrix. The microlens 94a is not limited to a square shape but may be a rectangular shape, and the microlenses 94a may not all have the same shape. The arrangement of the microlenses 94a in the microlens array 94 may be an irregular pitch arrangement or an oblique arrangement.
[0060]
Such a microlens array 94 is formed by performing an etching process on a parallel flat glass plate. The microlens array 94 includes an opening OP for each microlens 94a that has received light through the relay lens system 93. 1 ~ OP 3 The image of a pinhole pattern described later formed in one of the openings is formed at a different position.
[0061]
Returning to FIG. 2, the CCD 95 is arranged at a predetermined distance from the microlens array 94. Specifically, each microlens 94a of the microlens array 94 causes the opening OP 1 ~ OP 3 Are arranged on an image forming plane on which an image of a pinhole pattern described later formed in any one of the openings is formed. That is, the CCD 95 is provided with the aperture OP in the wavefront aberration measuring optical system. 1 ~ OP 3 A light receiving surface is provided on a conjugate surface of the surface on which the image is formed, and images of a large number of pinhole patterns (hereinafter, also simply referred to as “spot images”) formed on the light receiving surface are taken. The imaging result of this spot image is supplied to the wavefront data processing device 80 as imaging data.
[0062]
As shown in FIG. 1, the control system mainly includes a main control system 20 that controls the entire apparatus as a whole, and includes a stage control system 19 and other control systems under the main control system 20. It is configured. The main control system 20 includes a microcomputer or a workstation.
[0063]
Here, the measurement reticle RT as a pattern forming member used for measuring the wavefront aberration of the projection optical system described below will be described with reference to FIG. 6 which is a plan view of the measurement reticle.
[0064]
As shown in FIG. 6, this measurement reticle RT has a plurality of (9 in FIG. 6) pinhole patterns (nearly ideal point light sources) serving as measurement aperture patterns and generates spherical waves. (A spherical wave in the present embodiment includes light that can be regarded as a spherical wave when measuring wavefront aberration)) PH 1 ~ PH j (In FIG. 6, j = 9) is formed in a matrix along the X-axis direction and the Y-axis direction. The pinhole pattern PH 1 ~ PH j Is formed in an area AR having a size of a slit-shaped illumination area indicated by a dotted line in FIG. 6, and near this area AR, a rectangular calibration opening pattern as viewed from above (when viewed from above). An opening 98 is formed. Since this opening 98 is used for calibration (to be described later), it will be hereinafter referred to as “calibration opening 98”. This measurement reticle RT has a central pinhole pattern PH located at the center (reticle center). 1 A pair of reference marks (not shown) for reticle alignment, which will be described later, are formed at positions outside the area AR at the same distance from each other in the + X direction and the −X direction.
[0065]
It should be noted that the measurement reticle RT used here is provided with a diffusion surface on the upper surface or the like, so that all the N.V. A. So that the wavefront of the light beam passing through the projection optical system PL can be determined. A. It is assumed that the wavefront aberration over the range can be measured.
[0066]
Next, the measurement of the wavefront aberration of the projection optical system PL in the exposure apparatus 100 of the present embodiment and the method of adjusting the wavefront aberration (adjustment of optical characteristics) of the projection optical system using the measurement result will be described in the main control system 20. The processing algorithm of the CPU will be described with reference to FIG.
[0067]
As a premise, it is assumed that wavefront sensor 90 is already mounted on wafer stage WST, and that wavefront data processing device 80 and main control system 20 are connected via a communication line such as a signal line or wireless communication. Further, first to third openings OP of marking plate 91 of wavefront sensor 90 mounted on wafer stage WST. 1 ~ OP 3 Is accurately obtained by observing the two-dimensional position detection mark M with the alignment detection system AS, that is, position information (speed information) output from the wafer interferometer 18. Based on the opening OP 1 ~ OP 3 XY position can be accurately detected, and by controlling the position of wafer stage WST via wafer stage driving unit 24, opening OP 1 ~ OP 3 It is assumed that any of these can be accurately positioned at a desired XY position.
[0068]
In the present embodiment, the opening OP 1 ~ OP 3 The positional relationship between the wafer stage WST and the position of the four two-dimensional position detection marks M by the alignment detection system AS is determined based on the detection result of the four two-dimensional position detection marks M, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429. It is assumed that it is accurately detected by a statistical operation using the least square method or the like.
[0069]
Before the flowchart of FIG. 5 is started, preliminary measurement and simulation of the wavefront aberration of the projection optical system PL that has not been adjusted are performed, and the size of the image according to the image formation state of the pinhole pattern image is determined in advance. An opening OP having a diameter larger than the size of the image n (N is one of 1 to 3) is obtained in advance, and the opening OP n Is determined as an initial value of a counter n indicating the type of aperture used when measuring wavefront aberration described later. Here, it is assumed that 1 is set as the initial value of the counter n.
[0070]
First, in step 111 of FIG. 5, a reticle loader (not shown) is instructed to load the reticle RT for measurement onto the reticle stage RST. In response to this instruction, the reticle loader loads the measurement reticle RT onto the reticle stage RST.
[0071]
In the next step 112, reticle alignment of measurement reticle RT is performed. Here, the exposure apparatus 100 of the present embodiment is a scanning stepper, but the measurement of the wavefront aberration of the projection optical system PL is performed with the measurement reticle RT stationary. Reticle alignment is performed in the same manner as in reticle alignment in a stationary exposure apparatus such as a stepper. That is, an image of a pair of reference marks (not shown) arranged on wafer stage WST via projection optical system PL and a corresponding pair of reference marks for reticle alignment on measurement reticle RT corresponding thereto. The positional relationship is detected by using a reticle alignment microscope (not shown), and the position of the reticle stage RST in the XY plane is adjusted via the stage control system 19 so that the positional error between the corresponding marks is minimized.
[0072]
Therefore, when the reticle alignment is completed, the pinhole pattern PH located at the center of the measurement reticle RT 1 Of reticle stage RST will be positioned such that is substantially coincident with optical axis AX of projection optical system PL.
[0073]
In the next step 113, a predetermined flag F is initialized (F ← 0). The role of this flag will be described later.
[0074]
In the next step 114, a counter i indicating the number of the pinhole pattern used for measurement is initialized (i ← 1).
[0075]
In the next step 115, it is determined whether or not the above-mentioned counter n is greater than 1 to determine whether or not calibration is necessary in the wavefront aberration measuring optical system constituting the wavefront sensor 90. Here, it is determined whether or not n is greater than 1 for the following reason.
[0076]
That is, in the case of the present embodiment, the first opening OP 1 When performing the measurement using the wavefront aberration of the projection optical system PL, since the wavefront aberration of the projection optical system PL is still large, the influence of the wavefront aberration of the wavefront aberration measurement optical system itself on the wavefront aberration measurement of the projection optical system PL is small. Therefore, when n = 2, 3 that requires more accurate measurement (ie, the second opening OP 2 And the third opening OP 3 This is because the calibration of the wavefront aberration measuring optical system is performed only at the time of the measurement using.
[0077]
In this case, since the counter n has been initialized to 1, the determination in step 115 is denied, and the process proceeds to step 119.
[0078]
In this step 119, the n-th aperture OP is moved to the imaging point of the image of the i-th pinhole pattern. n (Here, the first opening OP 1 ), The stage control system 19 is instructed to move the wafer stage WST. In response to this instruction, the stage control system 19 moves the wafer stage WST via the wafer stage drive unit 24 while monitoring the measurement value of the wafer interferometer 18. As a result, the n-th opening OP on the signboard 91 of the wavefront sensor 90 n (Here, the first opening OP 1 ) Is the pinhole pattern PH i (In this case, PH 1 ) Coincides with the image forming position by the projection optical system PL. At the same time, the pinhole pattern PH is determined based on the detection result of the multi-point focus position detection system (21, 22). i (In this case, PH 1 The wafer stage WST is minutely driven in the Z-axis direction via the wafer stage driving unit 24 so that the upper surface of the sign plate 91 of the wavefront sensor 90 coincides with the image plane on which the image of FIG. At this time, the inclination of wafer stage WST and wavefront sensor 90 may be adjusted as needed. Thereby, the pinhole pattern PH i (In this case, PH 1 N) opening OP to the conjugate position n (Here, the first opening OP 1 ) Is positioned and the pinhole pattern PH i (Here, the pinhole pattern PH 1 ), The arrangement of the optical devices for measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL with respect to the light from the above is completed. FIG. 7 shows an optical arrangement developed along the optical axis AX1 of the wavefront sensor 90 and the optical axis AX of the projection optical system PL in this case.
[0079]
In the next step 120, a light source (not shown) is instructed to emit a laser beam. In response to this, the light source emits a laser beam, whereby illumination light IL from illumination system 10 is applied to region AR of measurement reticle RT. Thereby, the pinhole pattern PH on the reticle RT i (I = 1 to j) are condensed on the image plane via the projection optical system PL, and the pinhole pattern PH i Is formed on the image plane.
[0080]
In the next step 121, the movable reticle blind (not shown) in the illumination system 10 is driven via a driving device (not shown), and the pinhole pattern PH on the measurement reticle RT is adjusted. i Pinhole pattern PH of interest out of (i = 1 to j) i (Here, PH 1 The illumination area is limited so that the illumination light IL is emitted only to the minute area including only the area (1). As a result, the pinhole pattern PH of interest i (Here PH 1 ) Is converged on the image plane via the projection optical system PL, and the focused pinhole pattern PH i Is captured by the wavefront sensor, and the captured signal is supplied to the wavefront data processing device 80.
[0081]
This will be described in more detail. The above-mentioned pinhole PH of interest on the reticle RT is described. i (In this case PH 1 ) Generates a spherical wave, and this spherical wave is generated by the projection optical system PL and the n-th aperture OP of the wavefront sensor 90. n (In this case OP 1 ) Is incident on the objective lens 92 constituting the wavefront aberration measuring optical system, and the incident spherical wave (light) is converted into a parallel light beam via the collimator lens 92 and the relay lens system 93, and the micro lens array 94 is formed. Irradiate. Thereby, the pupil plane of the projection optical system PL is relayed to the microlens array 94 and divided. Each light is condensed on the light receiving surface of the CCD 95 by each micro lens 94a of the micro lens array 94, and an image (spot image) of the pinhole pattern is formed on the light receiving surface.
[0082]
At this time, if the projection optical system PL is an ideal optical system having no wavefront aberration, the wavefront on the pupil plane of the projection optical system PL becomes an ideal wavefront (here, a plane). The parallel light beam incident on the array 94 becomes a plane wave, and the wavefront should be an ideal wavefront, that is, a wavefront (plane orthogonal to the optical axis AX1) WF as shown by a dotted line in FIG.
[0083]
However, since the projection optical system PL usually has a wavefront aberration, the wavefront of the parallel light beam incident on the microlens array 94 is an ideal wavefront as shown by a two-dot chain line (virtual line) in FIG. , And the image forming position of each spot image is shifted from the position on the optical axis of each micro lens 94a of the micro lens array 94. In this case, the deviation of the position of each spot image from the reference point (the position on the optical axis of each microlens 94a) corresponds to the inclination of the wavefront.
[0084]
Then, the light (light flux of the spot image) incident on each light condensing point on the light receiving element constituting the CCD 95 is photoelectrically converted by the light receiving element, and the photoelectric conversion signal, that is, imaging corresponding to the image forming position of each spot image. The signal is sent to the wavefront data processing device 80.
[0085]
Therefore, in the next step 122, the wavefront data processing device 80 is instructed to detect the spot image position. In response to this instruction, the position of the spot image is detected by the wavefront data processing device 80 as follows.
[0086]
That is, the wavefront data processing device 80 calculates the image formation position of each spot image based on the photoelectric conversion signal, and further uses the calculation result and the position data of the known reference point to shift the position (Δξ, Δη) is calculated and stored in the RAM. At this time, the measured value (X) of the wafer interferometer 18 at that time is stored in the RAM of the wavefront data processing device 80. i , Y i ) Is supplied.
[0087]
As described above, the i-th pinhole pattern PH i (Here, PH 1 When the measurement of the positional shift of the spot image at the image forming point of the image is completed, the process proceeds to the next step 123, where the spot image for all the pinhole patterns on the measurement reticle RT is referred to with reference to the counter i. It is determined whether or not the position detection has been completed. Here, the counter i = 1, and the first pinhole pattern PH 1 Since the position detection has only been completed for the image No., the determination in step 123 is denied, and the routine proceeds to step 124, where the counter i is incremented by 1 (i ← i + 1), and then the routine returns to step 119.
[0088]
Thereafter, the processing and determination in the loop of steps 119 → 120 → 121 → 122 → 123 → 124 are repeated until the determination in step 123 is affirmed. That is, the remaining pinhole pattern PH of interest to be measured i The following operations are sequentially performed for each of (i = 2 to j). That is, the pinhole pattern PH of interest i Aperture OP of the wavefront sensor 90 at the image forming point of the image 1 Of the spot is limited by the movable reticle blind, and the imaging position of each spot image derived from light from the focused pinhole pattern is determined using the wavefront sensor 90 and the wavefront data processing device 80. To detect.
[0089]
When the detection of the spot image positions for all the pinhole pattern images is completed in this way, the counter becomes i = j (j is the total number of pinhole patterns), the judgment in step 123 is affirmed, and the routine proceeds to step 125. . At this stage, in the RAM of the wavefront data processing device 80, the above-described positional deviation data (Δξ, Δη) at the imaging point of each pinhole image and the coordinate data of each imaging point (imaging of each pinhole image) are stored. The measured value of the wafer interferometer 18 (X i , Y i )) Are stored.
[0090]
Therefore, in step 125, the data stored in the RAM from the wavefront data processing device 80 is received via the above-described communication path, and the data on the pupil plane of the projection optical system PL corresponding to the imaging point of each pinhole image is received. Based on the displacement (Δξ, Δη) corresponding to the inclination of the wavefront, the wavefront is restored, that is, the wavefront aberration is calculated using, for example, a well-known Zernike polynomial. Since the method of calculating the wavefront aberration is well known, a detailed description thereof will be omitted. However, it is not easy to integrate the inclination of the wavefront given only by the displacement (position of the spot image) as it is. Therefore, it is assumed that the surface shape is developed into a series and fits the series. In this case, the series should be an orthogonal system (Zernike polynomial). The Zernike polynomial is a series suitable for developing an axisymmetric surface. ), And the derivative of the wavefront is detected as the above-mentioned positional deviation. Therefore, performing fitting by the least square method with respect to the derivative is a point for efficient calculation.
[0091]
It is known that each term of the Zernike polynomial corresponds to each optical aberration such as distortion, focus component, astigmatism, coma aberration, and spherical aberration, and that the lower-order terms almost correspond to Seidel aberration. ing. Therefore, the imaging performance (each aberration) of the projection optical system PL can be obtained by using the Zernike polynomial.
[0092]
Here, when the above-described calibration of the wavefront aberration measuring optical system is performed and the data is obtained, the data of the calibration result is considered in step 125 in consideration of the data of the calibration result. Calculation is performed.
[0093]
In the next step 126, it is determined whether or not the counter n indicating the type of the aforementioned opening is three. Here, since n = 1, the determination here is denied, and the routine proceeds to step 127, where the counter n is incremented by one, and then proceeds to step 128.
[0094]
In this step 128, based on the measurement result of the wavefront aberration of the projection optical system PL, an adjustment amount of the imaging characteristic for reducing the wavefront aberration is calculated, and the adjustment amount is given as a target value, thereby forming an image. The characteristic correction controller 51 is instructed to adjust the wavefront aberration of the projection optical system PL. In response to this instruction, the imaging characteristic correction controller 51 controls the movement of the lens element and adjusts the wavefront aberration of the projection optical system PL. In some cases, information on the wavefront aberration is displayed on a display device (not shown), and an operator or the like moves the lens element of the projection optical system PL in the XY plane or replaces the lens element based on this information. It is good.
[0095]
When the adjustment is completed, the process returns to step 114 to initialize a counter i indicating the number of the pinhole pattern used for measurement (i ← 1).
[0096]
In the next step 115, it is determined again whether or not the aforementioned counter n is larger than one. In this case, since n = 2 (the calibration of the wavefront sensor 90 (wavefront aberration measuring optical system) is necessary), the determination here is affirmed, and the routine proceeds to step 116.
[0097]
In this step 116, it is determined whether or not the aforementioned flag F is "1". In this case, since the flag F remains initialized, F = 0. Therefore, the determination here is denied, and the routine proceeds to step 117. In this embodiment, the flag F is set to the third opening OP. 3 It is considered that there is almost no need to re-calibrate once the calibration of the wavefront sensor 90 has been completed at the time of measurement using, so that the calibration is not performed again. is there. Therefore, the flag F is set to the third opening OP as described later. 3 Is set (F ← 1) when the measurement of the wavefront aberration using is completed.
[0098]
In step 117, the calibration of the wavefront aberration measuring optical system is performed in the following procedure.
[0099]
First, the reticle stage RST is moved via the stage control system 19 so that the rectangular calibration opening 98 formed in the measurement reticle RT is positioned on the optical axis AX of the projection optical system PL. At the same time, the second opening OP of the wavefront sensor 90 2 Is moved via stage control system 19 so that is positioned on optical axis AX.
[0100]
Next, emission of a laser beam from the light source in the illumination system 10 is started. With the start of the emission of the laser beam, the illumination light IL is emitted from the illumination system 10 via the projection optical system PL to the second opening OP on the sign board 91. 2 Is irradiated to the region including. Since the calibration aperture 98 has a sufficiently large aperture area, the projection optical system PL merely functions as a relay optical system, and the aperture is affected by the wavefront aberration and the like of the projection optical system PL. It is illuminated by the illumination light IL under conditions that can be regarded as not receiving the light.
[0101]
Irradiation of the illumination light IL causes the second opening OP 2 , A spherical wave (the spherical wave in the present embodiment includes light that can be regarded as a spherical wave when measuring the wavefront aberration). Then, the spherical wave becomes a parallel light beam via the collimator lens 92 and the relay lens system 93, and irradiates the microlens array 94. The light is condensed on the light receiving surface of the CCD 95 by each micro lens 94a of the micro lens array 94, and the second opening OP is formed on the light receiving surface. 2 Are formed.
[0102]
At this time, if the wavefront aberration measuring optical system (collimator lens 92, relay lens system 93) arranged in the middle of the optical path to the CCD 95 is an ideal optical system having no wavefront aberration, it enters the microlens array 94. The parallel light beam is a plane wave, and its wavefront should be an ideal wavefront. In this case, a spot image (hereinafter, also referred to as a “spot”) is formed at a position on the optical axis of each micro lens 94 a constituting the micro lens array 94.
[0103]
However, since the wavefront aberration is usually present in the wavefront aberration measurement optical system (collimator lens 92, relay lens system 93), the wavefront of the parallel light beam incident on the microlens array 94 is shifted from an ideal wavefront (here, a plane). In accordance with the shift, the shift, that is, the inclination of the wavefront with respect to the ideal wavefront, the image forming position of each spot shifts from the position on the optical axis of each microlens 94a of the microlens array 36. In this case, the displacement of each spot from the reference point (the position of each lens element on the optical axis) corresponds to the inclination of the wavefront.
[0104]
As described above, the light (light flux of the spot image) incident on each condensing point on the CCD 95 is photoelectrically converted by the CCD 95, and the photoelectric conversion signal is sent to the wavefront data processing device 80. Calculating the image forming position of each spot based on the photoelectric conversion signal, further calculating the above-described positional deviation (Δx, Δy) using the calculation result and the position data of the known reference point, and calculating the internal position. In the memory of Thereby, the calibration of the wavefront aberration measurement device 70 is completed, and the data of the completion of the calibration and the obtained positional deviation (Δx, Δy) are notified from the wavefront data processing device 80 to the main control system 20.
[0105]
Upon completion of the above-described calibration, the process proceeds to step 118, and instructs the stage control system 19 to move the measurement reticle RT to a reference position (a position before reticle alignment is completed and measurement is started). In response to this instruction, the stage control system 19 changes the pinhole pattern PH located at the center of the measurement reticle RT. 1 Moves the reticle stage RST to a reference position where the reticle stage almost coincides with the optical axis AX of the projection optical system PL. After this movement, the process moves to step 119.
[0106]
Thereafter, until the determination in step 123 is affirmed, the processing and determination in the loop of steps 119 → 120 → 121 → 122 → 123 → 124 are repeated in the same manner as described above. That is, the pinhole pattern PH of interest that is the target of measurement i The aperture OP of the wavefront sensor 90 is located at the image forming point of the image (i = 1 to j). 2 Of the spot is limited by the movable reticle blind, and the imaging position of each spot image derived from light from the focused pinhole pattern is determined using the wavefront sensor 90 and the wavefront data processing device 80. To detect.
[0107]
When the detection of the spot image positions for all the pinhole pattern images is completed in this way, the counter becomes i = j (j is the total number of pinhole patterns), the judgment in step 123 is affirmed, and the routine proceeds to step 125. .
[0108]
In this step 125, the data stored in the RAM from the wavefront data processing device 80 is received via the above-described communication path, and the wavefront on the pupil plane of the projection optical system PL corresponding to the imaging point of each pinhole image is received. The wavefront aberration is calculated in the same manner as described above, based on the positional deviation (Δξ, Δη) corresponding to the inclination of. In this case, since the calibration of the wavefront aberration measuring optical system is executed in step 117 and the data is obtained as a result, in step 125, the data of the above-mentioned wavefront aberration is considered in consideration of the data of the calibration result. Calculation is performed.
[0109]
In the next step 126, it is determined whether or not the counter n indicating the type of the aforementioned opening is three. Here, since n = 2, the determination here is denied, and the routine proceeds to step 127, where the counter n is incremented by 1, and then proceeds to step 128.
[0110]
In step 128, based on the measurement result of the wavefront aberration of the projection optical system PL, the imaging characteristic correction controller 51 is instructed to adjust the wavefront aberration of the projection optical system PL in the same manner as described above. The wavefront aberration is adjusted by the imaging characteristic correction controller 51 according to this instruction.
[0111]
When the adjustment is completed, the process returns to step 114 to initialize a counter i indicating the number of the pinhole pattern used for measurement (i ← 1).
[0112]
In the next step 115, it is determined again whether or not the aforementioned counter n is larger than one. In this case, since n = 3 (the calibration of the wavefront sensor 90 (wavefront aberration measuring optical system) is necessary), the determination here is affirmed, and the routine proceeds to step 116.
[0113]
In this step 116, it is determined whether or not the aforementioned flag F is "1". In this case, since the flag F remains initialized, F = 0. Therefore, the determination here is denied, and the routine proceeds to step 117.
[0114]
In step 117, the aforementioned opening OP 2 The calibration of the wavefront aberration measurement optical system is performed in the same procedure as when the 3 This is performed using When the calibration is completed, the process proceeds to step 118, where the measurement reticle RT is moved to the reference position via the stage control system 19, and then to step 119.
[0115]
Thereafter, until the determination in step 123 is affirmed, the processing and determination in the loop of steps 119 → 120 → 121 → 122 → 123 → 124 are repeated in the same manner as described above. That is, the pinhole pattern PH of interest that is the target of measurement i The aperture OP of the wavefront sensor 90 is located at the image forming point of the image (i = 1 to j). 3 Of the spot is limited by the movable reticle blind, and the imaging position of each spot image derived from light from the focused pinhole pattern is determined using the wavefront sensor 90 and the wavefront data processing device 80. To detect.
[0116]
When the detection of the spot image positions for all the pinhole pattern images is completed in this way, the counter becomes i = j (j is the total number of pinhole patterns), the judgment in step 123 is affirmed, and the routine proceeds to step 125. .
[0117]
In this step 125, the data stored in the RAM from the wavefront data processing device 80 is received via the above-described communication path, and the wavefront on the pupil plane of the projection optical system PL corresponding to the imaging point of each pinhole image is received. The wavefront aberration is calculated in the same manner as described above, based on the positional deviation (Δξ, Δη) corresponding to the inclination of. Also in this case, since the calibration of the wavefront aberration measuring optical system is executed in step 117 and the result data is obtained, in step 125, the above-described wavefront aberration is considered in consideration of the data of the calibration result. Is calculated.
[0118]
In the next step 126, it is determined whether or not the counter n indicating the type of the aforementioned opening is three. Here, since n = 3, the determination here is affirmed, and the routine proceeds to step 129, where the flag F is set (F ← 1).
[0119]
In the next step 130, it is determined whether or not the wavefront aberration calculated in step 125 is equal to or less than a predetermined allowable value. If the determination here is negative, the process returns to step 128, and based on the measurement result of the wavefront aberration of the projection optical system PL, the wavefront aberration is adjusted via the imaging characteristic correction controller 51 in the same manner as described above.
[0120]
When the adjustment is completed, the process returns to step 114 to initialize a counter i indicating the number of the pinhole pattern used for measurement (i ← 1).
[0121]
In the next step 115, it is determined again whether or not the aforementioned counter n is larger than one. In this case, since n = 3, the determination here is affirmative, and the routine proceeds to step 116, where it is determined whether the aforementioned flag F is 1 or not. In this case, the flag F = 1. Therefore, the determination here is affirmed, and the routine proceeds to step 131, where the flag F is lowered (F ← 0).
[0122]
Thereafter, the process proceeds to step 119, and thereafter, the processing loop of the spot image position measurement of steps 119 → 120 → 121 → 122 → 123 → 124 → steps 125 → 126 → 129 → 130 → 128 → 114 → 115 → 116 → 131. Are repeated until the determination in step 130 is affirmed. That is, in this way, the third opening OP 3 Pinhole pattern PH using i (I = 1 to j), the measurement of the imaging position of each spot image derived from the light, the calculation of the wavefront aberration based on the measurement result and the data of the calibration result previously obtained in step 117, and the calculation of the wavefront aberration Repeat the adjustment.
[0123]
If the wavefront aberration of the projection optical system PL has become equal to or less than the allowable value, or if the wavefront aberration has been equal to or less than the allowable value from the beginning, the determination in step 130 is affirmed, and the routine of this routine is executed. A series of processing ends. After that, the operator removes the wavefront sensor 90 from the wafer stage WST and, if necessary, disconnects the connection between the wavefront data processing device 80 and the main control system 20.
[0124]
Next, an exposure operation for transferring a device pattern in the exposure apparatus 100 of the present embodiment, in particular, an exposure operation for transferring a pattern of the second layer and thereafter to the wafer W will be briefly described. Prior to the exposure operation, the above-described measurement of the wavefront aberration and the adjustment of the wavefront aberration of the projection optical system based on the measurement result are performed.
[0125]
At the time of this exposure operation, the main control system 20 loads the reticle R on which the pattern to be transferred is formed on the reticle stage RST using a reticle loader (not shown) and a wafer to be exposed using a wafer loader (not shown). W is loaded on wafer stage WST.
[0126]
Next, main control system 20 transmits an image of at least one pair of reticle alignment reference marks formed on a reference mark plate (not shown) arranged on wafer stage WST through projection optical system PL, and an image of these images. A reticle mark formed on the reticle R corresponding to the reference mark is detected by the above-described reticle alignment microscope, and a positional relationship between the corresponding marks (hereinafter, referred to as a “first positional relationship”) is detected. The reticle stage coordinate system defined by the measurement axis of the reticle interferometer 16 and the length measurement of the wafer interferometer 18 are performed based on the detection result and the measurement values of the reticle interferometer 16 and the wafer interferometer 18 at the time of detection. A so-called reticle alignment for obtaining a relationship with a wafer stage coordinate system defined by an axis is performed. The main control system 20 also measures the baseline of the alignment detection system AS, that is, the positional relationship between the projection position of the reticle pattern by the projection optical system PL and the detection center of the alignment detection system AS. In the measurement of this baseline, after the above-described reticle alignment, the wafer stage is moved by the design value of the baseline, and the reference mark for baseline measurement on the reference mark plate is detected using the alignment detection system AS. A positional relationship between the index center and the reference mark (hereinafter, referred to as a “second positional relationship”) is measured, and the measurement result is compared with the first positional relationship obtained during the above-described reticle alignment, and a baseline. , And the measured values of the reticle interferometer 16 and the wafer interferometer 18 at the time of detecting the first positional relationship and the second positional relationship.
[0127]
Next, the main control system 20 performs a wafer alignment using the alignment detection system AS, for example, an EGA type wafer alignment disclosed in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429, etc. Is accurately detected.
[0128]
Next, in the main control system 20, based on the result of the wafer alignment, the XY position of the wafer W is set to the scan start position for the exposure of the first shot area (first shot) on the wafer W via the stage control system 19. The wafer stage WST is moved so as to be (acceleration start position). At the same time, the main control system 20 moves the reticle stage RST via the stage control system 19 so that the position of the reticle R becomes the scanning start position.
[0129]
The main control system 20 measures the Z position information of the wafer detected by the multipoint focus position detection system (21, 22), the XY position information of the reticle R measured by the reticle interferometer 16, and the measurement by the wafer interferometer 18. Based on the obtained XY position information of the wafer W, the reticle R and the wafer W are relatively moved to perform scanning exposure while adjusting the surface position of the wafer W via the stage control system 19.
[0130]
When the exposure of the first shot area is completed in this way, the main control system 20 controls the wafer stage via the stage control system 19 so as to be at the scan start position (acceleration start position) for exposure of the next shot area. While moving WST in the XY plane, reticle stage RST is moved to a scanning start position (acceleration start position). Then, the scanning exposure for the shot area is performed in the same manner as in the first shot area. Thereafter, scanning exposure is performed for each shot area in the same manner, and the exposure operation for one wafer is completed.
[0131]
As is clear from the above description, in the first embodiment, the stage control system 19, the wafer stage driving unit 24 and the wafer stage WST, and the main control system 20, more specifically, the CPU and the software program are used. Thus, an opening diameter adjusting device is realized. That is, in the state where the wavefront sensor 90 is mounted on the wafer stage WST, the CPU performs the processing in step 119 through the stage control system 19, the wafer stage driving unit 24, and the wafer stage WST to perform the plurality of openings OP. n An aperture diameter adjusting device that selectively sets one of the apertures as a light receiving aperture used for measurement has been realized. Further, an optical characteristic calculating device is realized by the processing of step 125 performed by the CPU of the main control system 20, and an optical characteristic measuring device including the optical characteristic calculating device and the aperture diameter adjusting device is realized. Needless to say, at least a part of the components realized by the above software program may be configured by hardware.
[0132]
As described above, according to the optical characteristic measuring device according to the present embodiment, the main control system 20 has a system having a size corresponding to the imaging state of the pinhole pattern near the imaging plane by the projection optical system PL. Opening (opening OP provided on the sign board 91 of the wavefront sensor 90) 1 ~ OP 3 The wafer stage WST is moved via the stage control system 19 so that one of them moves to the imaging position of the pinhole pattern. That is, in this manner, the size of the diameter of the light receiving aperture is adjusted by the above-described aperture system adjusting device in accordance with the imaging state of the measurement aperture pattern near the imaging plane by the projection optical system PL. Then, the light passing through the light receiving aperture is wavefront-divided by the wavefront sensor 90 constituting the pattern image position detecting device, whereby the position information of each of the plurality of pattern images formed on the light receiving surface of the CCD is obtained by the wavefront data processing device. 80. Then, the main control system 20 calculates the optical characteristics of the projection optical system PL based on the position information of each of the plurality of detected pattern images. That is, the pinhole pattern PH near the image plane by the projection optical system PL 1 ~ PH j By selecting the aperture used for measurement in accordance with the imaging state of, it is possible to prevent a situation in which the periphery of the pinhole pattern image formed via the projection optical system is blocked without passing through the aperture. You. Therefore, by detecting the position information of each of the plurality of pinhole pattern images formed by dividing the light passing through the aperture into the wavefront, the optical characteristics of the projection optical system PL can be changed regardless of the imaging state of the pinhole pattern. It is possible to calculate with high accuracy.
[0133]
Further, according to the exposure apparatus of the present embodiment, the adjustment of the wavefront aberration of the projection optical system PL is performed based on the wavefront aberration of the projection optical system PL calculated with high accuracy as described above using the optical property measurement apparatus. By doing so, it is possible to achieve high-precision adjustment of the wavefront aberration of the projection optical system PL, and thus, high-precision exposure.
[0134]
Further, according to the present embodiment, the calibration reticle RT is formed with the calibration opening pattern 98, and after the main control system 20 selects the opening to be used, the calibration opening pattern 98, the projection optical system PL, and Opening (OP 1 ~ OP 3 ), The wavefront aberration of the wavefront aberration measuring optical system is measured, and the wavefront aberration of the projection optical system PL is corrected (calibrated) using the measured wavefront aberration. Therefore, the projection optical system PL can be adjusted with high accuracy without being affected by the aberration of the wavefront aberration measuring optical system in the wavefront sensor 90.
[0135]
Further, in the present embodiment, the opening OP having the smallest diameter is used. 3 Is formed on the optical axis AX1 of the wavefront aberration measuring optical system, 3 , It is possible to realize highly accurate aberration measurement of the projection optical system PL.
[0136]
In the above embodiment, three openings (OPs) having different diameters are used as the openings. 1 ~ OP 3 However, the present invention is not limited thereto, and four or more openings having different diameters may be provided, or two openings having different diameters may be provided.
[0137]
Further, the invention is not limited to the case where a plurality of apertures having different diameters are provided. For example, a diaphragm mechanism (for example, an iris diaphragm mechanism) as a first diaphragm mechanism capable of adjusting the diameter is provided, and as the measurement of wavefront aberration progresses, The diameter may be gradually reduced.
[0138]
In the above embodiment, the initial setting value of the counter n indicating the number of the opening is set to 1. However, since this is determined by preliminary measurement as described above, the initial setting value of the counter n is set. May be any one of 2 and 3, and in this case, the above operation when the counter n = 1 (or n = 1 and 2) is omitted.
[0139]
Further, in the above embodiment, when n = 2, 3, the calibration of the wavefront aberration measuring optical system constituting the wavefront sensor 90 is performed before the spot image is measured. Also, the first opening OP 1 When it is possible to generate a spherical wave from, calibration may be performed in the same way as in the case of n = 2, 3, or when the calibration is so small that it can be ignored by experiments or the like. The calibration need not be performed. Further, for example, a timer and a temperature sensor for determining the necessity of performing the calibration may be provided, and the calibration may be performed periodically (or irregularly) based on the timer and the temperature sensor.
[0140]
<< 2nd Embodiment >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the same reference numerals are used for the same or equivalent components as those in the first embodiment, and the description thereof will be simplified or omitted.
[0141]
In the second embodiment, the opening of the sign plate 91 of the wavefront sensor 90 and the configuration of the reticle used for measurement are partially different from those in the first embodiment described above. Only the method of measuring the wavefront aberration of the PL is different, and the configuration of the other parts is the same. Therefore, the following description focuses on this difference.
[0142]
In the second embodiment, the signboard 91 of the wavefront sensor 90 has an opening having the smallest diameter (third opening OP) described in the first embodiment. 3 ) Is provided on the optical axis AX1 of the wavefront aberration measuring optical system.
[0143]
FIG. 8 shows a measurement reticle RT ′ according to the second embodiment. As shown in FIG. 8, the measurement reticle RT ′ has a calibration opening 98 similar to that of the first embodiment and a pinhole pattern PH having the smallest diameter. 11 ~ PH 1j Are formed in a predetermined number (here, nine) (hereinafter referred to as a “first region AR”). 1 ") And the pinhole pattern PH having the second smallest diameter 21 ~ PH 2j Are formed in a predetermined number (here, nine) (hereinafter referred to as a “second region AR”). 2 "), The pinhole pattern PH having the largest diameter. 31 ~ PH 3j Are formed in a predetermined number (here, nine) (hereinafter referred to as “third region AR”). 3 ").
[0144]
These pinhole patterns are the largest diameter pinhole pattern PH 31 ~ PH 3j Is set to such a size that a spherical wave can be generated. More specifically, the maximum diameter pinhole pattern PH 31 ~ PH 3j , The imaging magnification of the projection optical system PL is β, the diameter of the aperture OP formed in the sign plate 91 of the wavefront sensor 90 is RR, the numerical aperture of the optical system in the wavefront sensor 90 is NA, and the When the wavelength is λ,
RR-10 · λ / NA <RP1 / β ≦ RR-2 · λ / NA (3)
The second largest pinhole pattern PH 21 ~ PH 2j The diameter RP2 of
RR-20 · λ / NA ≦ RP2 / β ≦ RR-10 · λ / NA (4)
The condition represented by is satisfied.
[0145]
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0146]
Next, a method of measuring and adjusting the wavefront aberration of the projection optical system PL using the measurement reticle RT ′ and the wavefront sensor as described above will be described with reference to FIG. 9 illustrating a processing algorithm of a CPU in the main control system 20. I do.
[0147]
As a premise of the following operation, the wavefront sensor 90 is already mounted on the wafer stage WST, and the wavefront data processing device 80 and the main control system 20 are connected via a signal line or a communication path such as wireless. It is assumed that Further, the positional relationship between the opening OP of the wavefront sensor 90 mounted on the wafer stage WST and the wafer stage WST is accurately obtained by observing the two-dimensional position detection mark M with the alignment detection system AS.
[0148]
Also, as in the first embodiment, before the flowchart of FIG. 9 is started, the wavefront aberration of the projection optical system PL that has not been adjusted is obtained by preliminary measurement, simulation, or the like, and the imaging state of the pinhole pattern image is determined. The size of the corresponding image is grasped in advance, and the initial setting value of the counter n is set based on the result. In the present embodiment, it is assumed that 1 is set as the initial value of the counter n.
[0149]
First, in step 211 in FIG. 9, a reticle loader (not shown) is instructed to load the measurement reticle RT 'onto the reticle stage RST. In response to this instruction, the reticle loader loads the measurement reticle RT 'onto the reticle stage RST.
[0150]
In the next step 212, reticle alignment of measurement reticle RT 'is performed in the same manner as in the first embodiment.
[0151]
In the next step 213, the flag F is initialized (F ← 0).
[0152]
In the next step 215, the calibration of the wavefront aberration measuring optical system is performed in the same procedure as in step 117 of the first embodiment.
[0153]
That is, the reticle stage RST is moved via the stage control system 19 such that the rectangular calibration opening 98 formed in the measurement reticle RT ′ is located on the optical axis AX of the projection optical system PL, and the wavefront sensor The wafer stage WST is moved via the stage control system 19 so that the opening OP 90 is located on the optical axis AX, and thereafter, the laser beam is emitted from the light source in the illumination system 10.
[0154]
Then, when the calibration is completed, the data of the completion of the calibration and the obtained positional deviation (Δx, Δy) are notified from the wavefront data processing device 80 to the main control system 20.
[0155]
In the next step 216, a counter i indicating the number of the pinhole pattern used for measurement is initialized (i ← 1).
[0156]
In the next step 217, it is determined whether or not the flag F is 1, thereby determining whether or not the movement of the measurement reticle RT 'is necessary. In this case, since F has been initialized and the measurement reticle RT 'needs to be moved, the determination here is denied, and the routine proceeds to step 218.
[0157]
In this step 218, the n-th area AR of the measurement reticle RT 'is placed in the illumination area. n (Here, the first area AR 1 ) Is instructed to move the reticle stage RST to the stage control system 19 in order to make them coincide. In response to this instruction, the stage control system 19 moves the reticle stage RST via a reticle driving unit (not shown) while monitoring the measurement value of the reticle interferometer 16.
[0158]
Next, in step 219, the area AR n In the i-th pinhole pattern (here, the area AR 1 Pinhole pattern PH inside 1,1 In order to move the opening OP to the image forming point of the image in ()), the stage control system 19 is instructed to move the wafer stage WST. In response to this instruction, the stage control system 19 moves the wafer stage WST via the wafer stage drive unit 24 while monitoring the measurement value of the wafer interferometer 18. As a result, the opening OP on the sign board 91 of the wavefront sensor 90 is set to the pinhole pattern PH. 1, i (In this case, PH 1,1 ) Coincides with the image forming position by the projection optical system PL. At the same time, the pinhole pattern PH is determined based on the detection result of the multi-point focus position detection system (21, 22). 1, i (In this case, PH 1,1 The wafer stage WST is minutely driven in the Z-axis direction via the wafer stage driving unit 24 so that the upper surface of the sign plate 91 of the wavefront sensor 90 coincides with the image plane on which the image of FIG. At this time, the inclination of wafer stage WST and wavefront sensor 90 may be adjusted as needed. Thereby, the pinhole pattern PH 1, i (In this case, PH 1,1 ), The opening OP is positioned at the conjugate position, and the pinhole pattern PH 1, i (Here, the pinhole pattern PH 1,1 ), The arrangement of the optical devices for measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL with respect to the light from the above is completed.
[0159]
In the next step 220, a light source (not shown) is instructed to emit a laser beam. In response, the light source emits a laser beam, and the illumination light IL from the illumination system 10 is applied to the area AR of the measurement reticle RT ′. 1 Is irradiated. Thereby, the area AR on the measurement reticle RT ′ 1 Pinhole pattern PH inside 1, i (I = 1 to j) are condensed on the image plane via the projection optical system PL, and the pinhole pattern PH 1, i Is formed on the image plane.
[0160]
In the next step 221, a movable reticle blind (not shown) in the illumination system 10 is driven via a driving device (not shown), and a pinhole pattern PH on the measurement reticle RT 'is obtained. 1, i Pinhole pattern PH of interest out of (i = 1 to j) 1, i (Here, PH 1,1 The illumination area is limited so that the illumination light IL is emitted only to the minute area including only the area (1). As a result, the pinhole pattern PH of interest 1, i (Here PH 1,1 ) Is converged on the image plane via the projection optical system PL, and the focused pinhole pattern PH 1, i Is imaged by the wavefront sensor 90, and the imaged signal is supplied to the wavefront data processing device 80. The principle of this measurement is the same as in the first embodiment.
[0161]
In the next step 222, the wavefront data processing device 80 is instructed to detect the spot image position. In response to this instruction, the position of the spot image is detected by the wavefront data processing device 80 in the same manner as in step 122 of the first embodiment.
[0162]
In the next step 223, the area AR on the measurement reticle RT 'is referred to with reference to the counter i. 1 It is determined whether or not the position detection of the spot image has been completed for all the pinhole patterns. Here, the counter i = 1, and the first pinhole pattern PH 1,1 Since the position detection has only been completed for the image No., the determination in step 223 is denied, and the routine proceeds to step 224, where the counter i is incremented by 1 (i ← i + 1), and then the routine returns to step 219.
[0163]
Then, thereafter, the processing and determination in the loop of steps 219 → 220 → 221 → 222 → 223 → 224 are repeated until the determination in step 223 is affirmed. That is, the remaining pinhole pattern PH of interest to be measured 1, i The following operations are sequentially performed for each of (i = 2 to j). That is, the pinhole pattern PH of interest 1, i The center of the aperture OP of the wavefront sensor 90 is positioned substantially at the image forming point of the image of FIG. 1, the illumination area is limited by the movable reticle blind, and the image forming position of each spot image derived from light from the focused pinhole pattern Is detected using the wavefront sensor 90 and the wavefront data processing device 80.
[0164]
Thus, the area AR 1 When the detection of the spot image positions for all the pinhole pattern images in the area is completed, the counter i = j (j is the total number of the pinhole patterns in the area), the judgment in step 223 is affirmed, and the routine proceeds to step 225. . At this stage, in the RAM of the wavefront data processing device 80, the above-described positional deviation data (Δξ, Δη) at the imaging point of each pinhole image and the coordinate data of each imaging point (imaging of each pinhole image) are stored. The measurement value (Xi, Yi) of the wafer interferometer 18 when the measurement at the image point is performed is stored.
[0165]
Therefore, in step 225, the data stored in the RAM from the wavefront data processing device 80 is received via the above-described communication path, and the data on the pupil plane of the projection optical system PL corresponding to the imaging point of each pinhole image is received. Based on the displacement (Δξ, Δη) corresponding to the inclination of the wavefront, the wavefront is restored, that is, the wavefront aberration is calculated using, for example, a well-known Zernike polynomial.
[0166]
Here, as described above, the calibration of the wavefront aberration measuring optical system is executed in step 215, and the data obtained as a result is obtained. Is
[0167]
In the next step 226, it is determined whether or not the counter n indicating the area is 3. Here, since n = 1, the determination here is denied, and the routine proceeds to step 227, where the counter n is incremented by one, and then proceeds to step 228.
[0168]
In this step 228, based on the measurement result of the wavefront aberration of the projection optical system PL, an adjustment amount of the imaging characteristic for reducing the wavefront aberration is calculated, and the adjustment amount is given as a target value, thereby forming an image. The characteristic correction controller 51 is instructed to adjust the wavefront aberration of the projection optical system PL. In response to this instruction, the imaging characteristic correction controller 51 controls the movement of the lens element and adjusts the wavefront aberration of the projection optical system PL.
[0169]
When the adjustment is completed, the process returns to step 216, and the counter i indicating the number of the pinhole pattern used for measurement is initialized (i ← 1).
[0170]
In the next step 215, it is determined again whether or not the aforementioned flag F is "1". In this case, since the flag F remains initialized, F = 0. Therefore, the determination here is denied, and the routine proceeds to the next step 218.
[0171]
In step 218, the n-th area AR of the measurement reticle is added to the illumination area while referring to the value of the counter n. n (Here, the second area AR 2 ) Are instructed to the stage control system 19 to move the reticle stage RST. In response to this instruction, the reticle stage RST is moved via a reticle driving unit (not shown) while the measurement value of the reticle interferometer 16 is monitored by the stage control system 19.
[0172]
Thereafter, the processing determination in the loop of steps 219 → 220 → 221 → 222 → 223 → 224 is repeated until the determination in step 223 is affirmed. Thus, the second area AR 2 When the detection of the spot image positions with respect to all the pinhole pattern images is completed, the counter i becomes equal to j, and the determination in step 223 is affirmed.
[0173]
Then, in step 225, the wavefront aberration is calculated as in the case of n = 1, and in the next step 226, it is determined whether or not n = 3. Here, since n = 2, the determination is negative, and the process proceeds to step 227, where the counter n is incremented by 1, and then the process proceeds to step 228.
[0174]
In step 228, the wavefront aberration of the projection optical system PL is adjusted in the same manner as before.
[0175]
Thereafter, after steps 216 and 217, in step 218, the third area AR of the measurement reticle RT ' 3 The reticle stage RST is moved so that coincides with the illumination area, and the loop of steps 219 → 220 → 221 → 222 → 223 → 224 is repeated until the determination in step 223 is affirmed. And the third area AR 3 When the detection of the spot image positions with respect to all the pinhole pattern images is completed, the counter i becomes equal to j, and the determination in step 223 is affirmed, and the process proceeds to step 225.
[0176]
In this step 225, the wavefront aberration of the projection optical system PL is calculated in the same manner as before.
[0177]
Next, at step 226, it is determined whether or not the counter n is 3. Here, since n = 3, the determination here is affirmed, and the routine proceeds to step 229, where the flag F is set (F ← 1).
[0178]
In the next step 230, it is determined whether or not the wavefront aberration calculated in step 225 is equal to or smaller than a predetermined allowable value. If the determination here is denied, the process returns to step 228, and based on the measurement result of the wavefront aberration of the projection optical system PL, the wavefront aberration is adjusted via the imaging characteristic correction controller 51 in the same manner as described above.
[0179]
When the adjustment is completed, the process returns to step 216, and the counter i indicating the number of the pinhole pattern used for measurement is initialized (i ← 1).
[0180]
In the next step 217, it is determined whether or not the flag F is 1. In this case, the flag F = 1. Accordingly, the determination here is affirmed, and the process proceeds to step 231 to lower the flag F (F ← 0).
[0181]
Thereafter, the process proceeds to step 219, and thereafter, the processing loop of the spot image position measurement of steps 219 → 220 → 221 → 222 → 223 → 224 → multiplexing of steps 225 → 226 → 229 → 230 → 228 → 216 → 217 → 231. The processing of the loop is repeated until the determination in step 230 is affirmed. That is, in this way, the third area AR 3 Pinhole pattern PH inside 3, i Measurement of the imaging position of each spot image derived from the light from (i = 1 to j), calculation of the wavefront aberration based on the measurement result and the data of the calibration result obtained in step 215, and adjustment of the wavefront aberration repeat.
[0182]
If the wavefront aberration of the projection optical system PL has become equal to or smaller than the allowable value, or if the wavefront aberration has been equal to or smaller than the allowable value from the beginning, the determination in step 230 is affirmed, and the routine of this routine is executed. A series of processing ends. After that, the operator removes the wavefront sensor 90 from the wafer stage WST and, if necessary, disconnects the connection between the wavefront data processing device 80 and the main control system 20.
[0183]
Other configurations, operations, and the like are the same as those in the first embodiment.
[0184]
As is clear from the above description, in the second embodiment, the stage control system 19, the reticle driving unit and the reticle stage RST, and the main control system 20, more specifically, the CPU and the software program are used to open. A caliber adjusting device has been realized. That is, in a state where the measurement reticle RT ′ is mounted on the reticle stage RST, the CPU performs the processing of the above-described step 218 through the stage control system 19, the reticle driving unit, and the reticle stage RST. An aperture diameter adjusting device that selectively sets a plurality of pinhole patterns formed in one area as a measurement aperture pattern used for measurement has been realized. Further, an optical characteristic calculating device is realized by the processing of step 225 performed by the CPU of the main control system 20, and an optical characteristic measuring device including the optical characteristic calculating device and the aperture diameter adjusting device is realized. Needless to say, at least a part of the components realized by the above software program may be configured by hardware.
[0185]
As described above, according to the second embodiment, three types of pinhole patterns having different diameters are provided on the measurement reticle RT ′ and used for measurement according to the magnitude of the aberration of the projection optical system PL. The pinhole pattern to be selected is selected, and the respective position information is detected. Then, the wavefront aberration of the projection optical system PL is calculated based on the position information of each of the plurality of detected pattern images. That is, after the wavefront aberration of the projection optical system is obtained by preliminary measurement or simulation, when the wavefront aberration is large, a pinhole in the first region is used, and after the wavefront aberration is adjusted, the second and second wavefront aberrations are adjusted. Wavefront aberration is obtained using pinholes in three regions. Accordingly, the diameter of the pinhole pattern can be adjusted in accordance with the wavefront aberration of the projection optical system PL, and the peripheral portion of the pinhole pattern image formed via the projection optical system PL passes through the opening. It is suppressed that it is interrupted without it. Therefore, similarly to the first embodiment, the wavefront aberration of the projection optical system PL can be calculated with high accuracy.
[0186]
Further, by adjusting the wavefront aberration of the projection optical system PL based on the calculation result of the wavefront aberration of the projection optical system PL calculated with high accuracy as described above, the wavefront aberration of the projection optical system PL with high accuracy is adjusted. , It is possible to realize high-precision exposure.
[0187]
Further, in the present embodiment, one aperture is used in a series of measurements. Therefore, if calibration is performed only once at first, it is possible to reflect the calibration result in all measurement results. However, the invention is not limited thereto, and the calibration of the optical characteristic measuring optical system may be performed every time the counter n is incremented.
[0188]
The measurement reticle RT ″ as shown in FIG. 10 can be used as the measurement reticle of this embodiment. The measurement reticle RT ″ is different from the measurement reticle RT ′ in FIG. Are formed in one region AR. By employing such a measurement reticle RT ", the flag in the flowchart of FIG. 9 can be omitted (that is, steps 213, 217, 229, and 231 can be omitted), and the measurement reticle of step 218 can be omitted. Does not need to be performed each time the counter n is updated, and the measurement reticle only needs to be moved when the counter n has the initial value.
[0189]
In the above embodiment, three types of pinholes are formed in the measurement reticle RT ′. However, the present invention is not limited to this, and if a plurality of pinholes are formed, May be arbitrary.
[0190]
In the above embodiment, the pinholes having different diameters are formed on one measurement reticle RT '. However, the diameter of the pinholes whose diameter can be adjusted is formed on the measurement reticle RT'. The diameter may be made adjustable in terms of size. Instead of the measurement reticle, a light transmission window may be provided on the reticle stage, and a pinhole pattern may be formed in the light transmission window.
[0191]
In each of the above embodiments, the wavefront aberration measuring device 70 is separated from the exposure device main body 60 during exposure, but it is needless to say that the exposure may be performed while the wavefront aberration measuring device 70 is mounted on the exposure device main body 60. is there.
[0192]
In the above embodiments, the target image for position detection is a spot image, but may be an image of a pattern having another shape.
[0193]
In each of the above embodiments, the present invention is applied to the measurement of the aberration of the projection optical system in the exposure apparatus. However, the present invention is not limited to the exposure apparatus, but may be applied to the measurement of various aberrations of the imaging optical system in other types of apparatuses. Can be applied.
[0194]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical characteristic measuring method and the optical characteristic measuring device of the present invention, there is an effect that the optical characteristic of the optical system to be measured can be calculated with high accuracy.
[0195]
Further, according to the optical system adjusting method of the present invention, there is an effect that the optical characteristics of the test optical system can be adjusted with high accuracy.
[0196]
Further, according to the exposure apparatus of the present invention, there is an effect that the exposure accuracy can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a wavefront sensor of FIG. 1;
FIG. 3 is a view for explaining a surface state of the marking plate of FIG. 2;
FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining the configuration of the microlens array of FIG. 2;
FIG. 5 is a flowchart for describing aberration measurement and aberration adjustment processing of the projection optical system according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a pattern formed on the measurement reticle according to the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram for explaining an optical arrangement when measuring wavefront aberration.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a pattern measured on a measurement reticle according to a second embodiment.
FIG. 9 is a flowchart for explaining aberration measurement and aberration adjustment processing of a projection optical system according to a second embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a measurement reticle according to a modification.
[Explanation of symbols]
19: Stage control system (part of aperture diameter adjusting device, part of optical characteristic measuring device), 20: Main control system (part of aperture diameter adjusting device, part of optical characteristic measuring device, optical characteristic calculating device) 24, a wafer stage drive unit (part of an aperture diameter adjusting device, a part of an optical characteristic measuring device); 90, a wavefront sensor (a part of a pattern image position detecting device, a part of an optical characteristic measuring device); Aperture plate member), 94: microlens array (wavefront splitting optical system), 98: calibration aperture (calibration aperture pattern), 100: exposure apparatus, IL: illumination light (light, exposure light), OP 1 ~ OP 3 ... First to third openings (light receiving openings), PH 1 ~ PH j ... Pinhole pattern (measurement opening pattern), PL ... Projection optical system (test optical system), RT ... Measurement reticle (pattern forming member), W ... Wafer (substrate), WST ... Wafer stage (opening diameter adjusting device) Part of).

Claims (21)

測定用開口パターンが形成されたパターン形成部材及び被検光学系を順次介した後、前記被検光学系による前記測定用開口パターンの像の結像面近傍に設けられた受光用開口に到達した光に基づいて、前記被検光学系の光学特性を測定する光学特性測定方法であって、
前記測定用開口パターン及び前記受光用開口の少なくとも一方の径の大きさを、前記被検光学系による前記結像面近傍の前記測定用開口パターンの結像状態に応じて調整する開口径調整工程と；
前記受光用開口及び対物光学系を順次介した光を波面分割光学系により波面分割して複数のパターン像を形成し、前記複数のパターン像それぞれの位置情報を検出するパターン像位置検出工程と；
前記パターン像位置検出工程において検出された前記複数のパターン像それぞれの位置情報に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する光学特性算出工程と；を含む光学特性測定方法。After sequentially passing through the pattern forming member on which the measurement aperture pattern is formed and the optical system to be measured, the light reaches the light receiving aperture provided in the vicinity of the image plane of the image of the aperture pattern for measurement by the optical system to be measured. An optical property measuring method for measuring optical properties of the test optical system based on light,
An aperture diameter adjusting step of adjusting the size of at least one of the measurement aperture pattern and the light receiving aperture in accordance with the imaging state of the measurement aperture pattern in the vicinity of the image plane by the test optical system; When;
A pattern image position detecting step of forming a plurality of pattern images by wavefront splitting the light sequentially passing through the light receiving aperture and the objective optical system by a wavefront splitting optical system, and detecting position information of each of the plurality of pattern images;
An optical characteristic calculating step of calculating an optical characteristic of the test optical system based on position information of each of the plurality of pattern images detected in the pattern image position detecting step. 前記開口径調整工程は、
前記被検光学系による前記結像面近傍の前記測定用開口パターンの結像状態に応じて、前記受光用開口内に前記測定用開口パターンの像を実質的に入れることができる前記受光用開口の最小開口径を定める最小開口径決定工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学特性測定方法。The opening diameter adjusting step,
The light-receiving aperture, which can substantially include an image of the measurement aperture pattern in the light-receiving aperture, in accordance with an imaging state of the measurement aperture pattern in the vicinity of the image plane by the test optical system. 2. The method for measuring optical characteristics according to claim 1, further comprising a step of determining a minimum aperture diameter for determining the minimum aperture diameter. 前記受光用開口は、その開口径が可変であり、
前記開口径調整工程は、前記受光用開口の径を調整し、前記受光用開口の径を前記最小開口径以上の径に設定する開口設定工程を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の光学特性測定方法。The light receiving aperture has a variable aperture diameter,
The opening diameter adjusting step further includes an opening setting step of adjusting a diameter of the light receiving opening and setting a diameter of the light receiving opening to a diameter equal to or larger than the minimum opening diameter. Of measuring optical characteristics. 前記結像面近傍には、互いに径が異なる複数の開口が設けられ、
前記開口径調整工程は、前記複数の開口の中から前記最小開口径に相当する開口径を有する開口を前記受光用開口として選択する開口設定工程を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の光学特性測定方法。In the vicinity of the image plane, a plurality of openings having different diameters are provided,
The opening diameter adjusting step further includes an opening setting step of selecting, as the light receiving opening, an opening having an opening diameter corresponding to the minimum opening diameter from among the plurality of openings. Of measuring optical properties. 前記測定用開口パターンの径をＲＰ、前記被検光学系の結像倍率をβ、前記対物光学系の開口数をＮＡ、前記光の波長をλとしたとき、前記複数の開口の径の中で最も小さな径ＲＲ１は、
ＲＰ・β＋２・λ／ＮＡ≦ＲＲ１＜ＲＰ・β＋１０・λ／ＮＡ
で表される条件を満たし、前記複数の開口の径の中で２番目に小さな径ＲＲ２は、
ＲＰ・β＋１０・λ／ＮＡ≦ＲＲ２≦ＲＰ・β＋２０・λ／ＮＡ
で表される条件を満たすことを特徴とする請求項３又は４に記載の光学特性測定方法。When the diameter of the measurement aperture pattern is RP, the imaging magnification of the optical system to be inspected is β, the numerical aperture of the objective optical system is NA, and the wavelength of the light is λ, the diameter of the plurality of apertures is Is the smallest diameter RR1
RP · β + 2 · λ / NA ≦ RR1 <RP · β + 10 · λ / NA
And the second smallest diameter RR2 among the diameters of the plurality of openings is:
RP ・ β + 10 ・ λ / NA ≦ RR2 ≦ RP ・ β + 20 ・ λ / NA
The method according to claim 3, wherein a condition represented by the following formula is satisfied. 前記パターン形成部材には、較正用開口パターンが更に形成され、
前記開口径調整工程の後に、前記較正用開口パターン、前記被検光学系、及び前記受光用開口を介した光に基づいて、前記対物光学系及び前記波面分割光学系を含む測定光学系の光学特性を測定する較正用測定工程と；
前記測定光学系の光学特性を用いて、前記光学特性算出工程で算出された前記被検光学系の光学特性を補正する光学特性補正工程と；を更に含むことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の光学特性測定方法。A calibration opening pattern is further formed on the pattern forming member,
After the aperture diameter adjustment step, based on the light passing through the calibration aperture pattern, the test optical system, and the light receiving aperture, the optical system of the measurement optical system including the objective optical system and the wavefront splitting optical system is used. A calibration measuring step for measuring a characteristic;
An optical property correction step of correcting the optical property of the test optical system calculated in the optical property calculation step using the optical property of the measurement optical system. The method for measuring optical properties according to any one of the above. 前記開口径調整工程は、
前記被検光学系の光学特性による前記結像面近傍の前記測定用開口パターンの結像状態に応じて、前記測定用開口パターンの像が前記受光用開口の内部に実質的に含まれる前記測定用開口パターンの最大開口径を定める最大開口径決定工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学特性測定方法。The opening diameter adjusting step,
The measurement in which an image of the measurement aperture pattern is substantially included in the light receiving aperture according to an imaging state of the measurement aperture pattern in the vicinity of the image plane due to optical characteristics of the test optical system. 2. The method for measuring optical characteristics according to claim 1, further comprising a maximum aperture diameter determining step of determining a maximum aperture diameter of the aperture pattern for use. 前記測定用開口パターンは、その開口径が可変であり、
前記開口径調整工程は、前記測定用開口パターンの径を調整し、前記測定用開口パターンの径を前記最大開口径以上の径に設定する開口設定工程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の光学特性測定方法。The aperture pattern for measurement, the aperture diameter is variable,
8. The method according to claim 7, wherein the step of adjusting the opening diameter further includes an opening setting step of adjusting a diameter of the opening pattern for measurement and setting a diameter of the opening pattern for measurement to a diameter equal to or larger than the maximum opening diameter. 4. The method for measuring optical characteristics according to 1. 前記パターン形成部材には、互いに径が異なる複数の開口パターンが形成され、
前記開口径調整工程は、前記複数の開口の中から前記最大開口径に相当する開口径を有する開口パターンを前記測定用開口パターンとして選択する開口設定工程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の光学特性測定方法。A plurality of opening patterns having different diameters are formed on the pattern forming member,
The opening diameter adjusting step further includes an opening setting step of selecting an opening pattern having an opening diameter corresponding to the maximum opening diameter from the plurality of openings as the measurement opening pattern. 4. The method for measuring optical characteristics according to 1. 前記被検光学系の結像倍率をβ、前記受光用開口の径をＲＲ、前記対物光学系の開口数をＮＡ、前記光の波長をλとしたとき、前記複数の開口パターンの径の中で最も大きな径ＲＰ１は、
ＲＲ−１０・λ／ＮＡ＜ＲＰ１／β≦ＲＲ−２・λ／ＮＡ
で表される条件を満たし、前記複数の開口パターンの径の中で２番目に大きな径ＲＰ２は、
ＲＲ−２０・λ／ＮＡ≦ＲＰ２／β≦ＲＲ−１０・λ／ＮＡ
で表される条件を満たすことを特徴とする請求項８又は９に記載の光学特性測定方法。When the imaging magnification of the test optical system is β, the diameter of the light receiving aperture is RR, the numerical aperture of the objective optical system is NA, and the wavelength of the light is λ, the diameter of the plurality of aperture patterns is The largest diameter RP1 is
RR-10 · λ / NA <RP1 / β ≦ RR-2 · λ / NA
And the second largest diameter RP2 among the diameters of the plurality of opening patterns is
RR-20λ / NA ≦ RP2 / β ≦ RR-10λ / NA
10. The method for measuring optical characteristics according to claim 8, wherein a condition represented by the following formula is satisfied. 前記パターン形成部材には、較正用開口パターンが更に形成され、
前記較正用開口パターン、前記被検光学系、及び前記受光用開口を介した光に基づいて、前記対物光学系及び前記波面分割光学系を含む測定光学系の光学特性を測定する較正用測定工程と；
前記測定光学系の光学特性を用いて、前記光学特性算出工程で算出された前記被検光学系の光学特性を補正する光学特性補正工程と；を更に含むことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の光学特性測定方法。A calibration opening pattern is further formed on the pattern forming member,
A calibration measurement step of measuring optical characteristics of a measurement optical system including the objective optical system and the wavefront splitting optical system based on the light passing through the calibration aperture pattern, the test optical system, and the light receiving aperture. When;
11. An optical characteristic correction step of correcting the optical characteristic of the test optical system calculated in the optical characteristic calculation step using the optical characteristic of the measurement optical system. The method for measuring optical properties according to any one of the above. 前記パターン像は、ピンホールパターン像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測定方法。The method according to claim 1, wherein the pattern image is a pinhole pattern image. 前記光学特性は、波面収差であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学特性測定方法。The optical characteristic measuring method according to claim 1, wherein the optical characteristic is a wavefront aberration. 測定用開口パターンが形成されたパターン形成部材及び被検光学系を順次介した後に、前記被検光学系による前記測定用開口パターンの像の結像面近傍に設けられた受光用開口に到達した光に基づいて、前記被検光学系の光学特性を測定する光学特性測定装置であって、
前記測定用開口パターン及び前記受光用開口の少なくとも一方の径の大きさを、前記被検光学系による前記結像面近傍の前記測定用開口パターンの結像状態に応じて調整する開口径調整装置と；
前記受光用開口を介した光を波面分割して複数のパターン像を形成し、前記複数のパターン像それぞれの位置情報を検出するパターン像位置検出装置と；
前記パターン像位置検出装置において検出された前記複数のパターン像それぞれの位置情報に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する光学特性算出装置と；を備える光学特性測定装置。After sequentially passing through the pattern forming member on which the measurement opening pattern is formed and the test optical system, the light reaches the light receiving opening provided near the imaging plane of the image of the measurement aperture pattern by the test optical system. An optical property measurement device that measures optical properties of the test optical system based on light,
An aperture diameter adjustment device that adjusts the size of at least one of the measurement aperture pattern and the light receiving aperture in accordance with the imaging state of the measurement aperture pattern near the imaging plane by the test optical system. When;
A pattern image position detection device configured to form a plurality of pattern images by dividing light passing through the light receiving aperture into a wavefront, and to detect position information of each of the plurality of pattern images;
An optical characteristic calculating device that calculates an optical characteristic of the test optical system based on position information of each of the plurality of pattern images detected by the pattern image position detecting device. 前記受光用開口の径を可変に設定できる第１の絞り機構を更に備え、
前記開口径調整装置は、前記第１の絞り機構を制御して、前記受光用開口の径を調整することを特徴とする請求項１４に記載の光学特性測定装置。A first aperture mechanism that can variably set a diameter of the light-receiving opening;
15. The optical characteristic measuring apparatus according to claim 14, wherein the aperture diameter adjusting device controls the first aperture mechanism to adjust a diameter of the light receiving aperture. 互いに径が異なる複数の開口が形成された開口板部材を更に備え、
前記開口径調整装置は、前記複数の開口の中の一つを前記受光用開口に設定することにより、前記受光用開口の径を調整することを特徴とする請求項１４に記載の光学特性測定装置。Further comprising an opening plate member formed with a plurality of openings having different diameters from each other,
15. The optical characteristic measurement according to claim 14, wherein the aperture diameter adjusting device adjusts a diameter of the light receiving opening by setting one of the plurality of openings to the light receiving opening. apparatus. 前記測定用開口パターンの径を可変に設定できる第２の絞り機構を更に備え、
前記開口径調整装置は、前記第２の絞り機構を制御して、前記測定用開口パターンの径を調整することを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の光学特性測定装置。A second diaphragm mechanism that can variably set the diameter of the measurement aperture pattern;
17. The optical characteristic measuring apparatus according to claim 14, wherein the aperture diameter adjusting device controls the second aperture mechanism to adjust a diameter of the measurement aperture pattern. . 前記パターン形成部材には、互いに径が異なる複数の開口パターンが形成され、
前記開口径調整装置は、前記複数の開口パターンの中の一つを前記測定用開口パターンに設定することにより、前記測定用開口パターンの径を調整することを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の光学特性測定装置。A plurality of opening patterns having different diameters are formed on the pattern forming member,
17. The method according to claim 14, wherein the opening diameter adjusting device adjusts a diameter of the measurement opening pattern by setting one of the plurality of opening patterns to the measurement opening pattern. The optical property measuring device according to claim 1. 前記光学特性は、波面収差であることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の光学特性測定装置。The optical characteristic measuring apparatus according to claim 14, wherein the optical characteristic is a wavefront aberration. 光学系の光学特性を調整する光学系の調整方法であって、前記光学系の光学特性を、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学特性測定方法を用いて測定する光学特性測定工程と；
前記光学特性測定工程における測定結果に基づいて、前記光学系の光学特性を調整する光学特性調整工程と；を含む光学系の調整方法。An optical system adjustment method for adjusting an optical characteristic of an optical system, wherein the optical characteristic of the optical system is measured using the optical characteristic measurement method according to any one of claims 1 to 13. Process;
An optical characteristic adjusting step of adjusting an optical characteristic of the optical system based on a measurement result in the optical characteristic measuring step. 露光光を基板に照射することにより、所定のパターンを前記基板に転写する露光装置であって、
露光光の光路上に配置された投影光学系と；
前記投影光学系を被検光学系とする請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の光学特性測定装置と；を備える露光装置。An exposure apparatus that transfers a predetermined pattern to the substrate by irradiating the substrate with exposure light,
A projection optical system arranged on an optical path of exposure light;
An exposure apparatus comprising: the optical characteristic measurement device according to any one of claims 14 to 19, wherein the projection optical system is a test optical system.
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