JP2006196555A - Method and apparatus of measuring aberration and of exposure - Google Patents

Method and apparatus of measuring aberration and of exposure Download PDF

Info

Publication number
JP2006196555A
JP2006196555A JP2005004590A JP2005004590A JP2006196555A JP 2006196555 A JP2006196555 A JP 2006196555A JP 2005004590 A JP2005004590 A JP 2005004590A JP 2005004590 A JP2005004590 A JP 2005004590A JP 2006196555 A JP2006196555 A JP 2006196555A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
image
projection optical
function
aberration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005004590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsuneyuki Hagiwara
恒幸 萩原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2005004590A priority Critical patent/JP2006196555A/en
Publication of JP2006196555A publication Critical patent/JP2006196555A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the aberration of a projection optical system with high precision for a short time. <P>SOLUTION: An image 1AB by a projection optical system PL of a line pattern is scanned by a slit 9A, and the image surface amplitude function F1(X) of the image is found. The Fourier transformation is performed in the image surface function obtained from a predetermined image surface phase function G1(θ) and predetermined image surface amplitude function F1(X), and a pupil plane function (amplitude function f1(X) and a phase function g1(θ)) are found. The phase function g1(θ) is obtained when an image surface amplitude function obtained by performing inverse Fourier transform of the pupil plane function obtained from the function which gives the defocus effect to the phase function and the amplitude function f1(X), and the image surface phase function F2(X) measured by actually defocusing, are approximately matched. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、投影光学系の収差を計測するための収差計測技術に関し、例えば半導体素子、撮像素子(CCD等)、及び液晶表示素子等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクのパターンを基板上に転写するために使用される投影露光装置の投影光学系の収差を計測する際に使用して好適なものである。さらに本発明は、その収差計測技術を用いる露光技術に関する。   The present invention relates to an aberration measurement technique for measuring an aberration of a projection optical system, for example, a mask pattern in a lithography process for manufacturing devices such as a semiconductor element, an imaging element (CCD, etc.), and a liquid crystal display element. It is suitable for use in measuring the aberration of the projection optical system of the projection exposure apparatus used for transferring the image onto the substrate. The present invention further relates to an exposure technique using the aberration measurement technique.

従来より、半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクとしてのレチクル(又はフォトマスク等)のパターンを、投影光学系を介して感光材料が塗布された基板(ウエハ又はガラスプレート等)上に転写するために、一括露光型の投影露光装置(ステッパー等)及び走査露光型の投影露光装置(スキャニングステッパー等)が使用されている。半導体素子等の集積度及び微細度が益々向上するのに応じて、投影露光装置の投影光学系に要求される諸収差等の結像特性の精度も高くなってきている。   Conventionally, in a lithography process for manufacturing a semiconductor element or the like, a reticle (or photomask or the like) pattern as a mask is coated with a photosensitive material through a projection optical system (wafer or glass plate or the like). A batch exposure type projection exposure apparatus (such as a stepper) and a scanning exposure type projection exposure apparatus (such as a scanning stepper) are used for transferring the image onto the top. As the integration degree and fineness of semiconductor elements and the like are further improved, the accuracy of imaging characteristics such as various aberrations required for the projection optical system of the projection exposure apparatus is also increasing.

また、露光を継続することによって投影光学系に蓄積される露光光の熱エネルギー、並びに投影光学系の周囲の気圧及び温度等の環境条件の変化によって、投影光学系の結像特性は次第に変動する。そこで、投影露光装置には、投影光学系を構成する一部のレンズエレメントの姿勢を制御したり、又は所定のレンズエレメント間の空間(レンズ室)内の気圧を制御したりすることによって、歪曲収差や球面収差等の所定の結像特性を所定の状態に制御できる結像特性制御機構が備えられている。この結像特性制御機構を用いて投影光学系の結像特性を制御するためには、投影光学系が投影露光装置に搭載された状態(オンボディ)で、その結像特性を高精度に計測する必要がある。さらに、例えば、投影露光装置の組立調整時又はメンテナンス時等にも、オンボディで投影光学系の結像特性を高精度に計測する必要がある。   In addition, the imaging characteristics of the projection optical system gradually vary due to changes in environmental conditions such as the thermal energy of the exposure light accumulated in the projection optical system and the atmospheric pressure and temperature around the projection optical system by continuing the exposure. . Therefore, in the projection exposure apparatus, the distortion is controlled by controlling the posture of some lens elements constituting the projection optical system or by controlling the atmospheric pressure in a space (lens chamber) between predetermined lens elements. An imaging characteristic control mechanism that can control predetermined imaging characteristics such as aberration and spherical aberration to a predetermined state is provided. In order to control the imaging characteristics of the projection optical system using this imaging characteristics control mechanism, the imaging characteristics are measured with high accuracy while the projection optical system is mounted on the projection exposure apparatus (on-body). There is a need to. Further, for example, it is necessary to measure the imaging characteristics of the projection optical system with high accuracy on-body during assembly adjustment or maintenance of the projection exposure apparatus.

従来の結像特性の計測方法としては、所定のパターンが形成されたテストレチクルを用いて、ウエハをそのパターンの投影像で露光し、そのウエハを現像することによって得られるレジスト像を計測した結果に基づいて結像特性を算出する方法(以下、「焼き付け法」と呼ぶ)が、主に用いられていた。しかしながら、この焼き付け法は計測に長い時間を要する。   As a conventional method for measuring imaging characteristics, a test reticle on which a predetermined pattern is formed is used to expose a wafer with a projected image of the pattern and measure the resist image obtained by developing the wafer. The method of calculating the imaging characteristics based on the above (hereinafter referred to as “baking method”) has been mainly used. However, this baking method requires a long time for measurement.

そこで、実際にウエハを露光することなく、露光光に照明されたテストレチクルの計測マークの空間像を投影光学系を介して投影し、その空間像(投影像)を計測し、この計測結果に基づいてその投影光学系の結像特性を算出する方法(以下、「空間像計測法」と呼ぶ)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、この空間像計測法の別の例として、複数の回折格子を照明し、投影光学系を介して得られる各回折格子の像強度を、投影光学系の複数のフォーカス位置にて計測し、その結果に基づいてその投影光学系の波面収差を求める方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、ピンホールの投影像の光強度分布の計測結果に基づいて、投影光学系の波面収差を求める方法も提案されている。
特開平10−170399号公報 特開2001−57337号公報
Therefore, without actually exposing the wafer, the aerial image of the measurement mark of the test reticle illuminated by the exposure light is projected via the projection optical system, and the aerial image (projected image) is measured. Based on this, a method of calculating the imaging characteristics of the projection optical system (hereinafter referred to as “aerial image measurement method”) has been proposed (see, for example, Patent Document 1). As another example of this aerial image measurement method, a plurality of diffraction gratings are illuminated, and the image intensity of each diffraction grating obtained through the projection optical system is measured at a plurality of focus positions of the projection optical system, A method for obtaining the wavefront aberration of the projection optical system based on the result has also been proposed (see, for example, Patent Document 2). There has also been proposed a method for obtaining the wavefront aberration of the projection optical system based on the measurement result of the light intensity distribution of the projected image of the pinhole.
JP-A-10-170399 JP 2001-57337 A

上記の如く、オンボディで投影光学系の収差を計測する場合、従来の計測対象は低次の収差であった。一般に、投影光学系の射出瞳(又は瞳面)上の波面収差を示す収差関数をW(ρ,θ)とすると、収差関数W(ρ,θ)は極座標形式で表されており、ρは投影光学系の射出瞳(又は瞳面)の半径方向の規格化された位置(動径)であり、θは角度である。その収差関数W(ρ,θ)は、その動径ρと角度θとが分離した形で表される完全直交系の多項式、例えば次式で示されるツェルニケ多項式(Zernike's Polynomial)を用いて級数展開することが可能である。   As described above, when the aberration of the projection optical system is measured on-body, the conventional measurement object is low-order aberration. In general, when an aberration function indicating wavefront aberration on the exit pupil (or pupil plane) of the projection optical system is W (ρ, θ), the aberration function W (ρ, θ) is expressed in a polar coordinate format, and ρ is It is a normalized position (radial radius) in the radial direction of the exit pupil (or pupil plane) of the projection optical system, and θ is an angle. The aberration function W (ρ, θ) is series-expanded by using a completely orthogonal system polynomial in which the radial ρ and the angle θ are separated, for example, Zernike's Polynomial represented by the following equation: Is possible.

Figure 2006196555
Figure 2006196555

ここで、Zi は、投影光学系の諸収差のうちで、i次のツェルニケ多項式fi(ρ,θ)によって表される収差の大きさを表す係数である。なお、以下では説明の便宜上、係数Zi(iは1以上の整数)をi次のツェルニケ多項式によって表される収差(又は収差量)ともみなす。
この場合、その低次の収差とは、一般的に9次までのツェルニケ多項式で表される収差、即ちZ9 までの収差を指す。このような低次の収差は、投影光学系内のレンズエレメントの相対的な間隔や角度の変化、又はレンズエレメントの温度変化による曲率の変化等によって変化しうる。従って、低次の収差量は時間や温度に依存して変化する可能性がある。また、このような低次の収差の一部は、上記の結像特性制御機構によって補正することが可能である。
Here, Z i is a coefficient representing the magnitude of the aberration represented by the i-th order Zernike polynomial fi (ρ, θ) among the various aberrations of the projection optical system. Hereinafter, for convenience of explanation, the coefficient Z i (i is an integer of 1 or more) is also regarded as an aberration (or aberration amount) represented by an i-th order Zernike polynomial.
In this case, the low-order aberration generally indicates an aberration represented by a Zernike polynomial up to the ninth order, that is, an aberration up to Z 9 . Such low-order aberrations can change due to changes in the relative spacing and angle of the lens elements in the projection optical system, changes in curvature due to changes in the temperature of the lens elements, and the like. Therefore, the low-order aberration amount may change depending on time and temperature. Moreover, a part of such low-order aberrations can be corrected by the imaging characteristic control mechanism.

一方、高次の収差は、投影光学系内のレンズエレメントの形状の誤差によって殆ど決定されており、従来は高次の収差は、一般に温度や時間によって変化する可能性は低いと考えられていた。しかしながら、本発明者が投影光学系の温度変化に依存した収差変動を解析した結果、例えば軸対称の収差に関しては、Z9 ,Z16,Z25までの収差が変化することが分かった。従って、これらの9次のツェルニケ多項式を超える高次の収差を分離して正確に計測できることが望ましい。このように高次の収差が正確に計測できれば、例えば上記の結像特性制御機構を用いてその収差を補正できる可能性もある。 On the other hand, high-order aberrations are mostly determined by the error in the shape of the lens elements in the projection optical system. Conventionally, high-order aberrations were generally considered to be unlikely to change with temperature and time. . However, as a result of analyzing the aberration fluctuation depending on the temperature change of the projection optical system, the present inventor has found that the aberrations up to Z 9 , Z 16 , and Z 25 change with respect to, for example, axially symmetric aberration. Therefore, it is desirable that high-order aberrations exceeding these 9th-order Zernike polynomials can be separated and accurately measured. If high-order aberrations can be accurately measured in this way, there is a possibility that the aberrations can be corrected using, for example, the imaging characteristic control mechanism described above.

また、従来の計測方法のうちでピンホールの投影像を計測する方法は、光量が少ないためにSN比が低く、計測精度を高めにくいとともに、光電センサとして2次元撮像素子が必要となり、計測装置が複雑化するという問題があった。
本発明は、斯かる点に鑑み、投影光学系の収差を短時間に高精度に計測できる収差計測技術を提供することを第1の目的とする。
Further, among the conventional measurement methods, a method for measuring a projected image of a pinhole has a low S / N ratio due to a small amount of light, and it is difficult to improve measurement accuracy, and a two-dimensional image sensor is required as a photoelectric sensor. There was a problem that became complicated.
In view of such a point, the present invention has a first object to provide an aberration measurement technique capable of measuring an aberration of a projection optical system with high accuracy in a short time.

また、本発明は、投影光学系の高次の収差を短時間に高精度に計測できる収差計測技術を提供することを第2の目的とする。
また、本発明は、投影光学系が投影露光装置(露光装置)に搭載された状態で、その投影光学系の収差を短時間に高精度に計測できる露光技術を提供することを第3の目的とする。
A second object of the present invention is to provide an aberration measurement technique capable of measuring high-order aberrations of a projection optical system with high accuracy in a short time.
A third object of the present invention is to provide an exposure technique capable of measuring the aberration of the projection optical system in a short time with high accuracy in a state where the projection optical system is mounted on the projection exposure apparatus (exposure apparatus). And

本発明による収差計測方法は、投影光学系(PL)の収差を計測する収差計測方法であって、ラインパターン(1A〜1F)の像をその投影光学系を介して投影し、そのラインパターンの像の幅方向の光強度分布情報を求める第1工程(ステップ111)と、その第1工程で求められた光強度分布情報からその投影光学系の瞳面上でのそのラインパターンの像の結像光束の位相分布情報を求める第2工程(ステップ113〜121)と、その第2工程で求められた位相分布情報に基づいてその投影光学系の収差を求める第3工程(ステップ122)とを有するものである。   An aberration measurement method according to the present invention is an aberration measurement method for measuring an aberration of a projection optical system (PL), and projects an image of a line pattern (1A to 1F) through the projection optical system, and the line pattern A first step (step 111) for obtaining light intensity distribution information in the width direction of the image, and the image of the line pattern on the pupil plane of the projection optical system from the light intensity distribution information obtained in the first step. A second step (steps 113 to 121) for obtaining the phase distribution information of the image light beam, and a third step (step 122) for obtaining the aberration of the projection optical system based on the phase distribution information obtained in the second step. It is what you have.

本発明によれば、その第2工程においては、その第1工程の空間像計測で求められた光強度分布情報(光量分布情報)を用いて例えば位相回復法によって、その投影光学系の瞳面上での結像光束の位相分布情報を短時間に求めることができる。そして、その位相分布情報から、例えば所定次数までのツェルニケ多項式によって表される波面収差を求めることができる。この際に、そのラインパターンの像の光量はピンホールの像に比べれば十分大きいため、SN比が高くなり、高い計測精度が得られる。   According to the present invention, in the second step, the pupil plane of the projection optical system is obtained, for example, by the phase recovery method using the light intensity distribution information (light amount distribution information) obtained by the aerial image measurement in the first step. The phase distribution information of the imaged light beam can be obtained in a short time. Then, from the phase distribution information, for example, a wavefront aberration represented by a Zernike polynomial up to a predetermined order can be obtained. At this time, since the light amount of the image of the line pattern is sufficiently larger than that of the pinhole image, the SN ratio becomes high, and high measurement accuracy can be obtained.

本発明において、一例として、その第1工程は、そのラインパターンの像とスリット状の開口パターン(9A〜9F)とをそのラインパターンの像の幅方向に相対走査しつつその開口パターンを通過する光を受光する工程を含むものである。これによって、簡単な機構で、かつ高いSN比でそのラインパターンの像の幅方向の光強度分布を計測できる。
また、一例としてその第2工程は、その第1工程で求められた光強度分布情報から得られる第1像面振幅関数に第1像面位相関数を乗じて得られる関数をフーリエ変換してその投影光学系の瞳面上の第1振幅関数及び第1位相関数を求める第4工程(ステップ113〜116)と、その第4工程で求められたその第1位相関数にそのラインパターンの像の光強度分布の所定変化に対応する演算を施して第2位相関数を求める第5工程(ステップ117)と、その第4工程で求められたその第1振幅関数にその第5工程で求められたその第2位相関数を乗じて得られる関数を逆フーリエ変換してその投影光学系の像面上での第2像面振幅関数及び第2像面位相関数を求める第6工程(ステップ118,119)と、そのラインパターンの像の光強度分布にその所定変化を与えた状態で、そのラインパターンの像の幅方向の光強度分布情報を求め、該光強度分布情報から第3像面振幅関数を求める第7工程(ステップ120)と、その第6工程で求められたその第2像面振幅関数とその第7工程で求められたその第3像面振幅関数とが許容範囲内にあるときに、その第4工程で求められたその第1位相関数からその投影光学系の瞳面上での結像光束の位相分布情報を求める第8工程(ステップ121)とを含むものである。
In the present invention, as an example, in the first step, the line pattern image and the slit-shaped opening patterns (9A to 9F) pass through the opening pattern while relatively scanning in the width direction of the line pattern image. It includes a step of receiving light. Thereby, the light intensity distribution in the width direction of the image of the line pattern can be measured with a simple mechanism and at a high S / N ratio.
Further, as an example, in the second step, the function obtained by multiplying the first image plane amplitude function by the first image plane amplitude function obtained from the light intensity distribution information obtained in the first step is Fourier-transformed. A fourth step (steps 113 to 116) for obtaining a first amplitude function and a first phase function on the pupil plane of the projection optical system, and an image of the line pattern is added to the first phase function obtained in the fourth step. A fifth step (step 117) for obtaining a second phase function by performing an operation corresponding to a predetermined change in the light intensity distribution, and the first amplitude function obtained in the fourth step is obtained in the fifth step. A sixth step (steps 118 and 119) for obtaining a second image plane amplitude function and a second image plane phase function on the image plane of the projection optical system by performing inverse Fourier transform on the function obtained by multiplying the second phase function. ) And the light of the line pattern image A seventh step (step 120) of obtaining light intensity distribution information in the width direction of the image of the line pattern and obtaining a third image plane amplitude function from the light intensity distribution information in a state where the predetermined change is given to the degree distribution; When the second image plane amplitude function obtained in the sixth step and the third image plane amplitude function obtained in the seventh step are within an allowable range, the second image plane amplitude function was obtained in the fourth step. And an eighth step (step 121) for obtaining phase distribution information of the imaged light beam on the pupil plane of the projection optical system from the first phase function.

このように、計算された第2像面振幅関数と計測された第3像面振幅関数とが許容範囲内にあるときのその第1位相関数を用いることによって、位相回復法で正確にその投影光学系の瞳面上での位相分布情報を求めることができる。
また、一例として、その第1像面位相関数は、予め定められている分布定数であり、その第4工程におけるそのラインパターンの像の光強度分布の所定変化とは、そのラインパターンの像のフォーカス位置を変えたときの光強度分布の変化である。そのようにフォーカス位置を変えたときの位相関数の変化は既知であるため、その第6工程で容易に、その像面上での第2像面振幅関数及び第2像面位相関数を求めることができる。
Thus, by using the first phase function when the calculated second image plane amplitude function and the measured third image plane amplitude function are within the allowable range, the projection can be accurately performed by the phase recovery method. Phase distribution information on the pupil plane of the optical system can be obtained.
As an example, the first image plane phase function is a predetermined distribution constant, and the predetermined change in the light intensity distribution of the line pattern image in the fourth step is the line pattern image. This is a change in the light intensity distribution when the focus position is changed. Since the change of the phase function when the focus position is changed in this way is known, the second image plane amplitude function and the second image plane phase function on the image plane can be easily obtained in the sixth step. Can do.

また、その第8工程では、その第2像面振幅関数とその第3像面振幅関とがその許容範囲内で合致しているときに、その投影光学系の瞳面上での結像光束の位相分布情報を求めるようにしてもよい。これによって容易にその位相分布情報を求めることができる。
また、その第8工程で、その第2像面振幅関数とその第3像面振幅関数とがその許容範囲内で合致していないときに、その第7工程で得られた光強度分布情報をその第1工程で得られた光強度分布情報とみなし、その第6工程で得られたその第2像面位相関数をその第1像面位相関数とみなして、その第4工程からその第8工程までを繰り返してもよい(ステップ123〜136)。このように計算、計測、比較を繰り返すことによって、次第にその瞳面上での結像光束の位相分布情報の精度を高めることができる。
Further, in the eighth step, when the second image plane amplitude function and the third image plane amplitude function match within the allowable range, the imaging light flux on the pupil plane of the projection optical system The phase distribution information may be obtained. Thereby, the phase distribution information can be easily obtained.
In the eighth step, when the second image plane amplitude function and the third image plane amplitude function do not match within the allowable range, the light intensity distribution information obtained in the seventh step is It is regarded as the light intensity distribution information obtained in the first step, the second image plane phase function obtained in the sixth step is regarded as the first image plane phase function, and the fourth step to the eighth step. You may repeat to a process (steps 123-136). By repeating the calculation, measurement, and comparison in this manner, the accuracy of the phase distribution information of the imaged light beam on the pupil plane can be gradually increased.

また、一例として、その第1工程で投影されるそのラインパターンは、互いに異なる方向に配列された6個のラインパターンを含むものである。
本発明者によれば、所定の2以上の整数をMとしたとき、投影光学系の瞳面上でその投影光学系の光軸を中心とした互いに異なる少なくともM個の方向に沿ってそれぞれ配置された少なくともM個の点における結像光束の位相情報を求めることによって、その投影光学系の実質的にM2 次までのツェルニケ多項式によって表わされる波面収差を求めることができる。また、異なる方向に配列された6個のラインパターンの像を計測することで、37次(図9の場合)までの高次のツェルニケ多項式によって表わされる波面収差を求めることができる。また、9方向で81次、11方向で121次までのツェルニケ係数を分解することができる。
As an example, the line pattern projected in the first step includes six line patterns arranged in different directions.
According to the present inventor, when a predetermined integer equal to or greater than 2 is M, they are arranged on the pupil plane of the projection optical system along at least M different directions around the optical axis of the projection optical system. By obtaining the phase information of the imaged light flux at the at least M points, the wavefront aberration represented by the Zernike polynomial up to the M 2 order of the projection optical system can be obtained. Further, by measuring images of six line patterns arranged in different directions, wavefront aberrations expressed by higher-order Zernike polynomials up to the 37th order (in the case of FIG. 9) can be obtained. Also, Zernike coefficients up to the 81st order in the 9 direction and the 121st order in the 11 direction can be decomposed.

また、本発明による収差計測装置は、投影光学系(PL)の収差を計測する収差計測装置であって、その投影光学系の物体面側に配置されたラインパターン(1A〜1F)と、そのラインパターンを照明する照明系(12)と、その投影光学系の像面側に配置されてそのラインパターンのその投影光学系による像の長手方向と実質的に平行な方向に延びたスリット状の開口パターン(9A〜9F)と、そのラインパターンのその投影光学系による像とその開口パターンとをそのラインパターンの像の幅方向に相対走査する走査機構(WST)と、その開口パターンを通過した光を受光して、そのラインパターンの像の光強度分布情報を検出する光電センサ(94)と、その光電センサで検出される光強度分布情報に基づいてその投影光学系の瞳面上でのそのラインパターンの像の結像光束の位相分布情報を求める第1演算装置(50)と、その第1演算装置で求められる位相分布情報に基づいてその投影光学系の収差を求める第2演算装置(50)とを備えたものである。この収差計測装置によって本発明の収差計測方法を実施できる。   An aberration measuring apparatus according to the present invention is an aberration measuring apparatus for measuring the aberration of the projection optical system (PL), and includes line patterns (1A to 1F) arranged on the object plane side of the projection optical system, and An illumination system (12) for illuminating the line pattern, and a slit-like shape arranged on the image plane side of the projection optical system and extending in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the image of the line pattern by the projection optical system A scanning mechanism (WST) that relatively scans the aperture pattern (9A to 9F), the image of the line pattern by the projection optical system, and the aperture pattern in the width direction of the image of the line pattern, and the aperture pattern. A photoelectric sensor (94) that receives light and detects the light intensity distribution information of the image of the line pattern, and the projection optical system based on the light intensity distribution information detected by the photoelectric sensor. A first computing device (50) for obtaining the phase distribution information of the imaging light beam of the image of the line pattern on the surface, and obtaining the aberration of the projection optical system based on the phase distribution information obtained by the first computing device And a second arithmetic unit (50). With this aberration measuring apparatus, the aberration measuring method of the present invention can be implemented.

この場合、一例として、そのラインパターンは、互いに異なる方向に配列された6個のラインパターンを含み、その開口パターンは、その6個のラインパターンに対応する6個の開口パターンを含み、そのラインパターンの像とその開口パターンとをその投影光学系の光軸方向に相対変位させるステージ機構(38)をさらに備えてもよい。そのステージ機構によってそのラインパターンの像をデフォーカスさせることによって、その投影光学系の瞳面上での結像光束の位相分布情報を容易に求めることができる。   In this case, as an example, the line pattern includes six line patterns arranged in different directions, and the opening pattern includes six opening patterns corresponding to the six line patterns. A stage mechanism (38) that relatively displaces the pattern image and the opening pattern in the optical axis direction of the projection optical system may be further provided. By defocusing the image of the line pattern by the stage mechanism, the phase distribution information of the imaged light beam on the pupil plane of the projection optical system can be easily obtained.

また、本発明による露光方法は、露光ビームで第1物体(R)を照明し、その露光ビームでその第1物体及び投影光学系(PL)を介して第2物体(W)を露光する露光方法において、その投影光学系の収差を本発明の収差計測方法で計測するものである。本発明によれば、露光工程の途中でも容易にその投影光学系の収差を計測できる。
本発明において、その収差計測方法で計測された収差に応じてその投影光学系の結像特性を補正してもよい。これによって、その投影光学系の結像特性を所定の状態に維持できる。
The exposure method according to the present invention illuminates the first object (R) with an exposure beam, and exposes the second object (W) with the exposure beam via the first object and the projection optical system (PL). In the method, the aberration of the projection optical system is measured by the aberration measuring method of the present invention. According to the present invention, the aberration of the projection optical system can be easily measured even during the exposure process.
In the present invention, the imaging characteristics of the projection optical system may be corrected according to the aberration measured by the aberration measuring method. Thereby, the imaging characteristics of the projection optical system can be maintained in a predetermined state.

また、本発明による露光装置は、露光ビームで第1物体(R)を照明し、その露光ビームでその第1物体及び投影光学系(PL)を介して第2物体(W)を露光する露光装置において、その投影光学系の収差を計測するために、本発明の収差計測装置を備えたものである。本発明によれば、オンボディでその投影光学系の収差を計測できる。   The exposure apparatus according to the present invention illuminates the first object (R) with an exposure beam, and exposes the second object (W) with the exposure beam via the first object and the projection optical system (PL). The apparatus is provided with the aberration measuring apparatus of the present invention in order to measure the aberration of the projection optical system. According to the present invention, the aberration of the projection optical system can be measured on-body.

本発明によれば、ラインパターンの空間像を計測することによって、投影光学系の収差を短時間に高精度に計測することができる。
また、本発明において、第1工程で投影されるラインパターンが、互いに異なる方向に配列された6個のラインパターンを含む場合には、37次までの高次のツェルニケ多項式によって表わされる波面収差を求めることができる。
According to the present invention, the aberration of the projection optical system can be measured with high accuracy in a short time by measuring the aerial image of the line pattern.
Further, in the present invention, when the line pattern projected in the first step includes six line patterns arranged in different directions, the wavefront aberration represented by a higher-order Zernike polynomial up to the 37th order is obtained. Can be sought.

また、本発明の露光方法及び装置によれば、投影光学系が露光装置に搭載された状態で、その投影光学系の収差を短時間に高精度に計測することができる。   Further, according to the exposure method and apparatus of the present invention, the aberration of the projection optical system can be measured with high accuracy in a short time in a state where the projection optical system is mounted on the exposure apparatus.

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。
図1は、本例の投影露光装置10の概略構成を示す。本発明の露光装置に対応する投影露光装置10は、スキャニングステッパー方式の走査露光型の投影露光装置である。
図1において、投影露光装置10は、レーザビームLBを発生する光源14(露光光源)、照明光学系12(照明ユニット又は照明系)、マスクとしてのレチクルRを保持して移動するレチクルステージRST、投影光学系PL、基板(又は感光体)としてのウエハWを保持して移動するウエハステージWST(走査機構)、及びこれらを制御する制御系等を備えている。そして、光源14及び制御系以外の部分は、実際には、内部の温度等の環境条件が高精度に制御され一定に維持されている不図示の環境チャンバ内に収容されている。
Hereinafter, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus 10 of this example. The projection exposure apparatus 10 corresponding to the exposure apparatus of the present invention is a scanning stepper type scanning exposure type projection exposure apparatus.
In FIG. 1, a projection exposure apparatus 10 includes a light source 14 (exposure light source) that generates a laser beam LB, an illumination optical system 12 (illumination unit or illumination system), a reticle stage RST that holds and moves a reticle R as a mask, Projection optical system PL, wafer stage WST (scanning mechanism) that holds and moves wafer W as a substrate (or photoconductor), a control system that controls these, and the like are provided. The parts other than the light source 14 and the control system are actually housed in an environmental chamber (not shown) in which environmental conditions such as the internal temperature are controlled with high accuracy and are maintained constant.

本例では、光源14として、ArFエキシマレーザ光源(発振波長193nm)が用いられている。光源14は、装置全体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御装置50(第1及び第2演算装置)によってそのレーザ発光のオン・オフや、中心波長、スペクトル半値幅、繰り返し周波数などが制御される。なお、露光光源として、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、F2 レーザ(波長157nm)、YAGレーザの高調波発生装置、固体レーザ(半導体レーザ等)の高調波発生装置、又は水銀ランプ(i線等)等も使用できる。 In this example, an ArF excimer laser light source (oscillation wavelength 193 nm) is used as the light source 14. The light source 14 is controlled by a main controller 50 (first and second arithmetic units) comprising a computer that controls the overall operation of the apparatus, on / off of the laser emission, center wavelength, spectral half width, repetition frequency, and the like. Is done. As an exposure light source, KrF excimer laser (wavelength 248 nm), F 2 laser (wavelength 157 nm), harmonic generator of YAG laser, harmonic generator of solid-state laser (semiconductor laser, etc.), or mercury lamp (i-line etc.) ) Etc. can also be used.

照明光学系12は、光源14から供給されるレーザビームLBの断面形状を整形するビーム整形光学系18、オプティカル・インテグレータ(ユニフォマイザ又はホモジナイザ)としてのフライアイレンズ22、照明系開口絞り板24、第1リレーレンズ28A及び第2リレーレンズ28Bから成るリレー光学系、固定レチクルブラインド30A、可動レチクルブラインド30B、ミラーM、並びにコンデンサレンズ32等を備えている。なお、オプティカル・インテグレータとして、内面反射型インテグレータ(例えばロッドインテグレータ)又は回折光学素子等を用いてもよい。フライアイレンズ22を構成する多数の微小レンズは、それぞれビーム整形光学系18からのレーザビームLBを射出側の焦点面に集光し、その焦点面に2次光源(面光源)が形成される。以下では、フライアイレンズ22によって形成される2次光源から射出されるレーザビームLBを、露光ビーム(露光光)としての「照明光IL」と呼ぶ。   The illumination optical system 12 includes a beam shaping optical system 18 that shapes the cross-sectional shape of the laser beam LB supplied from the light source 14, a fly-eye lens 22 as an optical integrator (a homogenizer or a homogenizer), an illumination system aperture stop plate 24, A relay optical system including a first relay lens 28A and a second relay lens 28B, a fixed reticle blind 30A, a movable reticle blind 30B, a mirror M, a condenser lens 32, and the like are provided. As the optical integrator, an internal reflection type integrator (for example, a rod integrator) or a diffractive optical element may be used. A large number of microlenses constituting the fly-eye lens 22 each focus the laser beam LB from the beam shaping optical system 18 on the focal plane on the emission side, and a secondary light source (surface light source) is formed on the focal plane. . Hereinafter, the laser beam LB emitted from the secondary light source formed by the fly-eye lens 22 is referred to as “illumination light IL” as an exposure beam (exposure light).

光源14及び照明光学系12は、後述の空間像計測時の照明系としても使用される。照明光学系12において、フライアイレンズ22の射出側焦点面の近傍には、円板状部材から成る照明系開口絞り板24が配置されている。この照明系開口絞り板24には、ほぼ等角度間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り(通常絞り)、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための開口絞り(小σ絞り)、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り(輪帯絞り)、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り(例えば2極照明又は4極照明用の開口絞り)等が配置されている。この照明系開口絞り板24は、主制御装置50により制御されるモータ等の駆動装置40により回転されるようになっており、この回転動作により、いずれかの開口絞りが照明光ILの光路上に選択的に設定される。   The light source 14 and the illumination optical system 12 are also used as an illumination system for a later-described aerial image measurement. In the illumination optical system 12, an illumination system aperture stop plate 24 made of a disk-like member is disposed in the vicinity of the exit-side focal plane of the fly-eye lens 22. The illumination system aperture stop plate 24 is provided with an aperture stop (small aperture) made up of, for example, a normal circular aperture, and an aperture stop (small size) for reducing the σ value that is a coherence factor made up of a small circular aperture at substantially equal angular intervals. σ stop), an annular aperture stop for annular illumination (annular aperture stop), and a modified aperture stop (for example, for dipole illumination or quadrupole illumination) in which a plurality of apertures are decentered for the modified light source method. ) And the like are arranged. The illumination system aperture stop plate 24 is rotated by a drive device 40 such as a motor controlled by the main control device 50, and any one of the aperture stops is on the optical path of the illumination light IL by this rotation operation. Selectively set.

照明系開口絞り板24から出た照明光ILの光路上に、反射率が小さく透過率の大きなビームスプリッタ26が配置され、さらにこの後方の光路上に、レチクルブラインド30A、30Bを介在させてリレー光学系(28A,28B)が配置されている。
固定レチクルブラインド30Aは、レチクルRのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置されており、その固定レチクルブラインド30Aには、レチクルR上での照明領域IARを規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レチクルブラインド30Aの近傍には、走査露光時の走査方向、及びこれに直交する非走査方向に光学的にそれぞれ対応して位置及び幅が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド30Bが配置されている。走査露光の開始時及び終了時において、主制御装置50からの指示により、固定レチクルブラインド30Aによって規定されている照明領域IARが、可動レチクルブラインド30Bによってさらに制限されることによって、不要な部分(レチクルR上の回路パターン等の転写すべき部分以外の部分)の露光が防止されるようになっている。また、本例では、可動レチクルブラインド30Bは、必要に応じて後述する空間像計測の際の照明領域の設定にも用いられる。
A beam splitter 26 having a low reflectance and a high transmittance is disposed on the optical path of the illumination light IL emitted from the illumination system aperture stop plate 24, and further, relays are provided on the rear optical path with reticle blinds 30A and 30B interposed therebetween. Optical systems (28A, 28B) are arranged.
The fixed reticle blind 30A is disposed on a surface slightly defocused from the conjugate plane with respect to the pattern surface of the reticle R, and the fixed reticle blind 30A is formed with a rectangular opening that defines the illumination area IAR on the reticle R. Has been. Also, in the vicinity of the fixed reticle blind 30A, there is a movable reticle blind 30B having an opening whose position and width are optically corresponding to the scanning direction at the time of scanning exposure and the non-scanning direction orthogonal thereto. Has been placed. At the start and end of scanning exposure, the illumination area IAR defined by the fixed reticle blind 30A is further restricted by the movable reticle blind 30B according to instructions from the main controller 50, so that unnecessary portions (reticles) The exposure of the portion other than the portion to be transferred such as the circuit pattern on R is prevented. In this example, the movable reticle blind 30B is also used for setting an illumination area when performing aerial image measurement, which will be described later, as necessary.

一方、照明光学系12内のビームスプリッタ26で反射された照明光ILの光路上には、集光レンズ44と、受光素子から成るインテグレータセンサ46とが配置されている。
そして、露光時に光源14から射出されたレーザビームLBは、照明光学系12内で照明光ILとなり、照明光ILは、ミラーMによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ32を経て、レチクルRのパターン面(下面)の非走査方向に細長いスリット状の照明領域IARを均一な照度分布で照明する。
On the other hand, a condenser lens 44 and an integrator sensor 46 including a light receiving element are disposed on the optical path of the illumination light IL reflected by the beam splitter 26 in the illumination optical system 12.
The laser beam LB emitted from the light source 14 at the time of exposure becomes illumination light IL in the illumination optical system 12, and the illumination light IL is bent vertically downward by the mirror M and then passes through the condenser lens 32. A slit-like illumination area IAR elongated in the non-scanning direction of the pattern surface (lower surface) of the reticle R is illuminated with a uniform illuminance distribution.

一方、ビームスプリッタ26で反射された照明光ILの一部は、集光レンズ44を介してインテグレータセンサ46で受光され、インテグレータセンサ46の光電変換信号が、ピークホールド回路及びA/D変換器を有する信号処理装置80を介して主制御装置50に供給される。本例では、インテグレータセンサ46の計測値は、ウエハWに対する露光量制御に用いられる他、投影光学系PLに対する照射量の計算に用いられる。この照射量は、ウエハ反射率(これは、インテグレータセンサ46の出力と不図示の反射率モニタの出力とに基づいて求めることもできる)とともに、投影光学系PLの照明光吸収による結像特性の変化量の算出にも用いられる。   On the other hand, a part of the illumination light IL reflected by the beam splitter 26 is received by the integrator sensor 46 via the condenser lens 44, and the photoelectric conversion signal of the integrator sensor 46 passes through the peak hold circuit and the A / D converter. It is supplied to the main controller 50 through the signal processing device 80 having the same. In this example, the measurement value of the integrator sensor 46 is used not only for exposure amount control on the wafer W but also for calculation of the irradiation amount for the projection optical system PL. This irradiation amount is not only the wafer reflectivity (which can also be obtained based on the output of the integrator sensor 46 and the output of the reflectivity monitor (not shown)) and the imaging characteristics due to the absorption of illumination light of the projection optical system PL. It is also used to calculate the amount of change.

本例では、主制御装置50によって、その照明光ILの照射量がインテグレータセンサ46の出力に基づいて所定の時間間隔で計測され、その計測結果が照射履歴として、メモリ51(記憶装置)内に記憶されるようになっている。
その照明光ILのもとで、レチクルRの照明領域IAR内のパターンの、両側(又はウエハ側に片側)テレセントリックの投影光学系PLによって形成された像は、感光材料としてのフォトレジストが塗布されたウエハWの一つのショット領域上の露光領域IAに投影される。露光領域IAは照明領域IARと共役であり、投影光学系PLは、レチクルR(第1物体)のパターン面(第1面又は物体面)のパターンの像をウエハW(第2物体)の上面(第2面又は像面)に形成している。投影光学系PLの投影倍率は、例えば1/4又は1/5等の縮小倍率であるが、以下の説明では、投影光学系PLの投影倍率は1/4であるとする。本例の投影光学系PLは、屈折系であるが、投影光学系PLとしては、反射屈折系なども使用できる。また、図3に示すように、投影光学系PLの瞳面PPの近傍には、投影光学系PLの開口数NAを制御するための可変開口絞りASが配置されている。
In this example, the main controller 50 measures the irradiation amount of the illumination light IL at predetermined time intervals based on the output of the integrator sensor 46, and the measurement result is stored in the memory 51 (storage device) as an irradiation history. It has come to be remembered.
Under the illumination light IL, an image formed by the telecentric projection optical system PL on both sides (or one side on the wafer side) of the pattern in the illumination area IAR of the reticle R is coated with a photoresist as a photosensitive material. And projected onto an exposure area IA on one shot area of the wafer W. The exposure area IA is conjugate with the illumination area IAR, and the projection optical system PL converts the pattern image (first surface or object surface) of the reticle R (first object) to the upper surface of the wafer W (second object). It is formed on the (second surface or image surface). The projection magnification of the projection optical system PL is, for example, a reduction magnification such as 1/4 or 1/5. In the following description, it is assumed that the projection magnification of the projection optical system PL is 1/4. Although the projection optical system PL of this example is a refraction system, a catadioptric system or the like can also be used as the projection optical system PL. As shown in FIG. 3, a variable aperture stop AS for controlling the numerical aperture NA of the projection optical system PL is disposed in the vicinity of the pupil plane PP of the projection optical system PL.

以下、投影光学系PLの光軸AXに平行な方向にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で図1の紙面に垂直な方向にX軸を、図1の紙面に平行な方向にY軸を取って説明する。本例では、走査露光時のレチクルR及びウエハWの走査方向は、Y軸に平行な方向(Y方向)であり、レチクルR上の照明領域IAR、及びウエハW上の露光領域IAはそれぞれ非走査方向(X方向)に細長い領域である。   Hereinafter, the Z-axis is taken in a direction parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the X-axis is taken in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 within a plane perpendicular to the Z-axis, and the direction parallel to the paper surface of FIG. A description will be given taking the Y axis. In this example, the scanning direction of the reticle R and the wafer W during scanning exposure is a direction parallel to the Y axis (Y direction), and the illumination area IAR on the reticle R and the exposure area IA on the wafer W are not in each case. This is an elongated region in the scanning direction (X direction).

本例の投影光学系PLには、その所定の結像特性を制御(補正)するための結像特性制御機構が備えられている。
図2は、図1中の投影光学系PLの結像特性制御機構を示す一部を断面とした図であり、この図2において、説明の便宜上、投影光学系PLを構成するように光軸AXに沿って配置された多数のレンズエレメントのうちの8枚のレンズエレメント131、132、…、138 のみを図示している。この場合、レンズエレメント131、132、…、138 のうち、その一部、例えばレンズエレメント131、132は、それぞれ複数の駆動素子(例えばピエゾ素子など)20によって光軸AX方向及びXY平面に対する傾斜方向に微小駆動可能に構成されている。また、各レンズエレメントの間には、不図示のガス供給機構から圧力調整機構41を介してクリーンな気体、例えば窒素が供給されるようになっている。
The projection optical system PL of this example is provided with an imaging characteristic control mechanism for controlling (correcting) the predetermined imaging characteristics.
2 is a cross-sectional view showing a part of the imaging characteristic control mechanism of the projection optical system PL in FIG. 1. In FIG. 2, for convenience of explanation, the optical axis is configured so as to constitute the projection optical system PL. Of the many lens elements arranged along AX, only eight lens elements 13 1 , 13 2 ,..., 13 8 are shown. In this case, some of the lens elements 13 1 , 13 2 ,..., 13 8 , for example, the lens elements 13 1 , 13 2 , are respectively arranged in the direction of the optical axis AX by a plurality of drive elements (for example, piezoelectric elements) 20 It is configured so that it can be finely driven in an inclination direction with respect to the XY plane. A clean gas such as nitrogen is supplied between the lens elements via a pressure adjusting mechanism 41 from a gas supply mechanism (not shown).

本例では、各駆動素子20に与えられる駆動電圧(駆動素子の駆動量)が、図1の主制御装置50からの指令に応じて結像特性補正コントローラ78により制御される。このように、駆動素子20、及び結像特性補正コントローラ78を含んで結像特性制御機構が構成されている。これによって、投影光学系PLの結像特性、例えば、像面湾曲、ディストーション、倍率、コマ収差、非点収差、球面収差等が補正される。なお、その可動レンズエレメントの数は任意で良い。但し、この場合、可動レンズエレメントの数が、フォーカスを除く、投影光学系PLの結像特性の補正可能な種類に対応するので、補正が必要な結像特性の種類に応じて可動レンズエレメントの数を定めれば良い。   In this example, the drive voltage (drive amount of the drive element) applied to each drive element 20 is controlled by the imaging characteristic correction controller 78 in accordance with a command from the main controller 50 in FIG. As described above, the image formation characteristic control mechanism is configured including the drive element 20 and the image formation characteristic correction controller 78. This corrects the imaging characteristics of the projection optical system PL, such as field curvature, distortion, magnification, coma aberration, astigmatism, spherical aberration, and the like. The number of movable lens elements may be arbitrary. However, in this case, since the number of movable lens elements corresponds to the types that can correct the imaging characteristics of the projection optical system PL, excluding the focus, the movable lens elements can be adjusted according to the types of imaging characteristics that need to be corrected. The number should be determined.

図1に戻り、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(又は静電吸着)により固定されている。レチクルステージRSTは、リニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系56Rにより、レチクルベースRBS上のXY平面内で2次元的に(X方向、Y方向、及びZ軸回りの回転方向(回転角θz)に)微少駆動可能であるとともに、レチクルベースRBS上をY方向に指定された走査速度で移動可能となっている。   Returning to FIG. 1, the reticle R is fixed on the reticle stage RST by, for example, vacuum suction (or electrostatic suction). Reticle stage RST is two-dimensionally (X direction, Y direction, and rotational direction (rotation angle θz) around the Z axis) in the XY plane on reticle base RBS by reticle stage drive system 56R including a linear motor or the like. ) It can be driven minutely and can move on the reticle base RBS at a scanning speed designated in the Y direction.

また、レチクルステージRST上には、レーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)54Rからのレーザビームを反射する移動鏡52Rが固定されており、レチクルステージRSTのXY平面内の位置はレチクル干渉計54Rによって、例えば0.1〜1nm程度の分解能で常時検出される。即ち、実際には、移動鏡52Rは、Y方向の位置を2箇所で計測するための2つのY軸の移動鏡と、X軸の移動鏡とから構成され、レーザ干渉計54Rもそれに対応して3軸のレーザ干渉計から構成されている。   A movable mirror 52R that reflects a laser beam from a laser interferometer (hereinafter referred to as “reticle interferometer”) 54R is fixed on the reticle stage RST. The position of the reticle stage RST in the XY plane is the reticle stage RST. For example, the interferometer 54R always detects with a resolution of about 0.1 to 1 nm. In other words, the moving mirror 52R is actually composed of two Y-axis moving mirrors for measuring the position in the Y direction at two locations, and the X-axis moving mirror, and the laser interferometer 54R also corresponds thereto. And a three-axis laser interferometer.

レチクル干渉計54RからのレチクルステージRSTの位置情報は、ステージ制御装置70、及びこれを介して主制御装置50に送られる。ステージ制御装置70は、主制御装置50の指示により、レチクルステージ駆動系56Rを介してレチクルステージRSTの移動を制御する。
また、レチクルステージRSTの−Y方向の端部近傍には、空間像計測用基準マーク(計測用パターン)が形成されたマーク形成部材としてのレチクルフィデューシャルマーク板(以下、「レチクルマーク板」と略述する)RFMが、レチクルRと並ぶように配置されている。このレチクルマーク板RFM(詳細後述)は、レチクルRと同材質の照明光ILを透過するガラス素材、例えば合成石英や蛍石、又はフッ化リチウムその他のフッ化物結晶などから構成されており、レチクルステージRSTに固定されている。レチクルステージRSTは、レチクルRの全面とレチクルマーク板RFMの全面とが少なくとも投影光学系PLの光軸AXを横切ることができる程度のY方向の移動ストロークを有している。また、レチクルステージRSTには、レチクルR及びレチクルマーク板RFMの下方に、照明光ILを通すための開口がそれぞれ形成されている。また、レチクルベースRBSの投影光学系PLのほぼ真上の部分(光軸AXを中心とする部分)にも、照明光ILの通路となる、少なくとも照明領域IARより大きな長方形状の開口が形成されている。
Position information of reticle stage RST from reticle interferometer 54R is sent to stage controller 70 and main controller 50 via this. The stage controller 70 controls the movement of the reticle stage RST via the reticle stage drive system 56R according to an instruction from the main controller 50.
In addition, a reticle fiducial mark plate (hereinafter referred to as a “reticle mark plate”) as a mark forming member in which an aerial image measurement reference mark (measurement pattern) is formed in the vicinity of the end in the −Y direction of the reticle stage RST. The RFM is abbreviated to be aligned with the reticle R. This reticle mark plate RFM (described later in detail) is made of a glass material that transmits the illumination light IL of the same material as the reticle R, such as synthetic quartz, fluorite, or lithium fluoride or other fluoride crystals. It is fixed to the stage RST. Reticle stage RST has a movement stroke in the Y direction such that the entire surface of reticle R and the entire surface of reticle mark plate RFM can cross at least optical axis AX of projection optical system PL. In addition, openings for passing illumination light IL are formed in reticle stage RST below reticle R and reticle mark plate RFM, respectively. Also, a rectangular opening at least larger than the illumination area IAR, which is a passage for the illumination light IL, is formed in a portion almost directly above the projection optical system PL of the reticle base RBS (portion centered on the optical axis AX). ing.

また、レチクルRの上方には、投影光学系PLを介してレチクルR上又はレチクルマーク板RFM上のマークと、ウエハステージWST上の後述する基準マーク板(不図示)上の基準マークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたTTR(Through The Reticle)方式の一対のレチクルアライメント顕微鏡(以下、便宜上「RA検出系」と呼ぶ)(不図示)が設けられている。これらのRA検出系の検出信号は、不図示のアライメント制御装置を介して、主制御装置50に供給される。なお、そのRA検出系と同等の構成は、例えば特開平7−176468号公報等に開示されている。   Also, above the reticle R, a mark on the reticle R or on the reticle mark plate RFM and a reference mark on a later-described reference mark plate (not shown) on the wafer stage WST are simultaneously provided via the projection optical system PL. A pair of TTR (Through The Reticle) type reticle alignment microscopes (hereinafter referred to as “RA detection system” for convenience) (not shown) (not shown) using light having an exposure wavelength for observation is provided. The detection signals of these RA detection systems are supplied to the main controller 50 through an alignment controller (not shown). A configuration equivalent to that of the RA detection system is disclosed in, for example, JP-A-7-176468.

図1において、ウエハステージWSTは、XYステージ42と、このXYステージ42上に搭載されたZチルトステージ38(投影像と空間像の計測系とを投影光学系PLの光軸方向に相対変位させるステージ機構)とを含んで構成されている。XYステージ42は、ウエハベース16の上面の上方に不図示のエアベアリングによって例えば数μm程度のクリアランスを介して浮上支持されている。さらに、XYステージ42は、ウエハステージ駆動系56Wを構成する不図示のリニアモータ等によって走査方向であるY方向及びこれに直交するX方向に2次元駆動可能に構成されている。このXYステージ42上にZチルトステージ38が搭載され、Zチルトステージ38上にウエハホルダ25が固定されている。このウエハホルダ25によって、ウエハWが真空吸着等により保持されている。   In FIG. 1, a wafer stage WST relatively displaces an XY stage 42 and a Z tilt stage 38 (projected image and aerial image measurement system) mounted on the XY stage 42 in the optical axis direction of the projection optical system PL. Stage mechanism). The XY stage 42 is levitated and supported above the upper surface of the wafer base 16 by an air bearing (not shown) with a clearance of about several μm, for example. Further, the XY stage 42 is configured to be capable of two-dimensional driving in the Y direction which is the scanning direction and the X direction orthogonal thereto by a linear motor (not shown) constituting the wafer stage drive system 56W. A Z tilt stage 38 is mounted on the XY stage 42, and the wafer holder 25 is fixed on the Z tilt stage 38. The wafer W is held by the wafer holder 25 by vacuum suction or the like.

Zチルトステージ38は、図2に示すように、3つのZ位置駆動部27A、27B、27C(但し、図2の紙面奥側のZ位置駆動部27Cは不図示)によってXYステージ42上に3点で支持されている。これらのZ位置駆動部27A〜27Cは、Zチルトステージ38下面のそれぞれの支持点を投影光学系PLの光軸方向(Z方向)に独立して駆動する3つのアクチュエータ(例えばボイスコイルモータなど)21A,21B,21C(但し、図2の紙面奥側のアクチュエータ21Cは不図示)と、Z位置駆動部27A,27B,27CによるZ方向の駆動量(基準位置からの変位)を検出するエンコーダ23A,23B,23C(但し、図2の紙面奥側のエンコーダ23Cは不図示)とを含んで構成されている。   As shown in FIG. 2, the Z tilt stage 38 is placed on the XY stage 42 by three Z position driving units 27A, 27B, and 27C (however, the Z position driving unit 27C on the back side in FIG. 2 is not shown). Supported by a point. These Z position driving units 27A to 27C have three actuators (for example, a voice coil motor) that independently drive the respective support points on the lower surface of the Z tilt stage 38 in the optical axis direction (Z direction) of the projection optical system PL. 21A, 21B, and 21C (however, the actuator 21C on the back side of FIG. 2 is not shown) and the encoder 23A that detects the driving amount (displacement from the reference position) in the Z direction by the Z position driving units 27A, 27B, and 27C. , 23B, 23C (however, the encoder 23C on the back side of FIG. 2 is not shown).

本例では、アクチュエータ21A〜21Cによって、Zチルトステージ38(ウエハW)の光軸AX方向(Z方向又はフォーカス方向)の位置、X軸回りの回転角θx、及びY軸回りの回転角θyを制御する。図1のステージ制御装置70は、露光中にはウエハWの上面が投影光学系PLの像面に合焦されるように、Zチルトステージ38のZ方向の位置及びレベリング量(回転角θx,θy)を算出し、この算出結果を用いてアクチュエータ21A〜21Cを駆動する。なお、図1では、XYステージ42を駆動するリニアモータ等、及び図2のZ位置駆動部27A〜27Cがまとめてウエハステージ駆動系56Wとして示されている。   In this example, the position of the Z tilt stage 38 (wafer W) in the optical axis AX direction (Z direction or focus direction), the rotation angle θx about the X axis, and the rotation angle θy about the Y axis are set by the actuators 21A to 21C. Control. The stage controller 70 in FIG. 1 adjusts the position and leveling amount (rotation angle θx, rotation angle θx, Z) of the Z tilt stage 38 so that the upper surface of the wafer W is focused on the image plane of the projection optical system PL during exposure. θy) is calculated, and the actuators 21A to 21C are driven using the calculation result. In FIG. 1, the linear motor and the like for driving the XY stage 42 and the Z position driving units 27A to 27C in FIG. 2 are collectively shown as a wafer stage driving system 56W.

図1において、Zチルトステージ38上には、レーザ干渉計(以下、「ウエハ干渉計」という)54Wからのレーザビームを反射する移動鏡52Wが固定されている。ウエハ干渉計54Wによって、Zチルトステージ38(ウエハステージWST)のXY平面内の位置が、例えば0.1〜1nm程度の分解能で常時検出されるようになっている。実際には、Zチルトステージ38上には、走査方向(Y方向)に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向(X方向)に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、これに対応してウエハ干渉計もX方向、Y方向にそれぞれ複数軸設けられ、Zチルトステージ38の5自由度方向の位置(X方向、Y方向の位置、及び回転角θx,θy,θz)が計測可能となっている。ウエハステージWSTの位置情報(又は速度情報)は、ステージ制御装置70、及びこれを介して主制御装置50に供給される。ステージ制御装置70は、主制御装置50の指示に応じてウエハステージ駆動系56Wを介してウエハステージWSTのXY平面内の位置を制御する。   In FIG. 1, a movable mirror 52 </ b> W that reflects a laser beam from a laser interferometer (hereinafter referred to as “wafer interferometer”) 54 </ b> W is fixed on the Z tilt stage 38. The position of the Z tilt stage 38 (wafer stage WST) in the XY plane is always detected by the wafer interferometer 54W with a resolution of, for example, about 0.1 to 1 nm. Actually, on the Z tilt stage 38, a movable mirror having a reflective surface orthogonal to the scanning direction (Y direction) and a movable mirror having a reflective surface orthogonal to the non-scanning direction (X direction) are provided. The wafer interferometer is also provided with a plurality of axes in the X direction and the Y direction, respectively, and the position of the Z tilt stage 38 in the direction of five degrees of freedom (the position in the X direction, the Y direction, and the rotation angles θx, θy, θz). Measurement is possible. Position information (or speed information) of wafer stage WST is supplied to stage controller 70 and main controller 50 via this. Stage control device 70 controls the position of wafer stage WST in the XY plane via wafer stage drive system 56W in accordance with an instruction from main control device 50.

また、本例の投影露光装置には、投影光学系PLの結像特性(光学特性)の計測に用いられる空間像計測装置59(空間像計測系)が備えられている。その空間像計測装置59を構成する光学系の一部がZチルトステージ38の内部に配置されている。
図3は、空間像計測装置59を示す一部を切り欠いた図であり、この図3において、空間像計測装置59は、Zチルトステージ38に設けられたステージ側構成部分、即ちパターン形成部材としてのスリット板90、レンズ84,86から成るリレー光学系、光路をほぼ水平方向に折り曲げるミラー88、及び送光レンズ87と、ウエハステージWST外部に設けられたステージ外構成部分、即ち光路を上方に折り曲げるミラー96、受光レンズ89、光電変換素子から成る光センサ94(光電センサ)等とを備えている。
Further, the projection exposure apparatus of the present example is provided with an aerial image measurement device 59 (aerial image measurement system) used for measuring the imaging characteristics (optical characteristics) of the projection optical system PL. A part of the optical system constituting the aerial image measurement device 59 is arranged inside the Z tilt stage 38.
FIG. 3 is a partially cutaway view showing the aerial image measuring device 59. In FIG. 3, the aerial image measuring device 59 is a stage side component provided on the Z tilt stage 38, that is, a pattern forming member. As a slit plate 90, a relay optical system comprising lenses 84 and 86, a mirror 88 that bends the optical path in a substantially horizontal direction, a light transmission lens 87, and a component outside the stage provided outside the wafer stage WST, that is, the optical path upward. A mirror 96, a light receiving lens 89, an optical sensor 94 (photoelectric sensor) including a photoelectric conversion element, and the like.

これをさらに詳述すると、スリット板90は、ウエハステージWSTのZチルトステージ38の端部上面に設けられて上部に開口が形成された突設部58に対し、その開口を覆う状態で上方から嵌め込まれている。このスリット板90は、XY平面に平行な長方形の平板状のガラス基板82の上面に遮光膜を兼ねる反射膜83を形成して構成され、その反射膜83の一部に所定幅2Dの照明光ILを透過するスリット状の開口パターン(以下、「スリット」と呼ぶ)122が形成されている。なお、図3のスリット122は、スリット板90に設けられた複数のスリット(図5参照)のうちの一つを代表的に示している。ガラス基板82の素材としては、ここでは、ArFエキシマレーザ光に対する透過性の良い合成石英又は蛍石などが用いられる。   More specifically, the slit plate 90 is provided on the upper surface of the end portion of the Z tilt stage 38 of the wafer stage WST, and the projecting portion 58 formed with an opening in the upper portion is covered with the opening from above. It is inserted. The slit plate 90 is configured by forming a reflection film 83 also serving as a light shielding film on the upper surface of a rectangular flat glass substrate 82 parallel to the XY plane, and illumination light having a predetermined width of 2D is formed on a part of the reflection film 83. A slit-like opening pattern (hereinafter referred to as “slit”) 122 that transmits IL is formed. 3 representatively shows one of a plurality of slits (see FIG. 5) provided in the slit plate 90. As the material of the glass substrate 82, here, synthetic quartz or fluorite having good transparency to ArF excimer laser light is used.

また、図3の状態では、照明光ILの照明領域に、レチクルマーク板RFMに形成された計測用マークPM(計測用パターン)が位置しており、そのマークの像が投影光学系PLによってスリット板90上に投影されている。そして、その照明光ILよりなる結像光束の一部がスリット122を通過している。スリット122下方のZチルトステージ38内部には、スリット122を介してほぼ鉛直下向きに入射した照明光IL(結像光束)の光路をほぼ水平に折り曲げるミラー88を介在させてレンズ84及び86から成るリレー光学系(84,86)が配置されている。また、このリレー光学系(84,86)の光路後方のZチルトステージ38の+Y方向側の側壁には、リレー光学系(84,86)によってリレーされた照明光をウエハステージWSTの外部のほぼ+Y方向に送光する送光レンズ87が固定されている。   In the state of FIG. 3, the measurement mark PM (measurement pattern) formed on the reticle mark plate RFM is located in the illumination area of the illumination light IL, and the image of the mark is slit by the projection optical system PL. Projected onto the plate 90. A part of the imaging light beam made of the illumination light IL passes through the slit 122. Inside the Z tilt stage 38 below the slit 122, lenses 84 and 86 are formed by interposing a mirror 88 that bends the optical path of the illumination light IL (imaging light beam) incident substantially vertically downward through the slit 122 almost horizontally. Relay optical systems (84, 86) are arranged. In addition, illumination light relayed by the relay optical system (84, 86) is almost outside the wafer stage WST on the side wall on the + Y direction side of the Z tilt stage 38 behind the optical path of the relay optical system (84, 86). A light transmission lens 87 that transmits light in the + Y direction is fixed.

送光レンズ87によってウエハステージWSTの外部に送り出された照明光ILの光路は、X方向に所定長さを有し傾斜角45°で斜設されたミラー96によって、ほぼ鉛直上方に向けて90°折り曲げられる。この折り曲げられた光路上に、送光レンズ87に比べて大きい受光レンズ89が配置され、この上方に光センサ94が配置されている。これら受光レンズ89及び光センサ94は、所定の位置関係を保ってケース92内に収納され、ミラー96も不図示の支持部材を介してケース92に固定されている。そして、ミラー96で上方に反射された照明光ILは、受光レンズ89によって光センサ94の受光面に集光される。ケース92は、取付け部材93を介してウエハベース16の上面に植設された支柱97の上端部近傍に固定されている。   The optical path of the illumination light IL sent out of the wafer stage WST by the light sending lens 87 is 90 substantially vertically upward by a mirror 96 having a predetermined length in the X direction and inclined at an inclination angle of 45 °. ° Folded. On the bent optical path, a light receiving lens 89 that is larger than the light transmitting lens 87 is disposed, and an optical sensor 94 is disposed above the light receiving lens 89. The light receiving lens 89 and the optical sensor 94 are housed in the case 92 while maintaining a predetermined positional relationship, and the mirror 96 is also fixed to the case 92 via a support member (not shown). The illumination light IL reflected upward by the mirror 96 is condensed on the light receiving surface of the optical sensor 94 by the light receiving lens 89. The case 92 is fixed to the vicinity of the upper end portion of the support column 97 implanted on the upper surface of the wafer base 16 via the mounting member 93.

光センサ94としては、微弱な光を精度良く検出することが可能な光電変換素子(光電センサ)、例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ(PMT、光電子増倍管)などが用いられる。光センサ94からの光電変換信号PSは、図1の信号処理装置80を介して主制御装置50に送られるようになっている。信号処理装置80は、例えば増幅器、サンプルホールド回路、A/Dコンバータなどを含んで構成することができる。また、スリット122で代表している実際の複数のスリットの配置及び形状については後述する。   As the optical sensor 94, a photoelectric conversion element (photoelectric sensor) capable of accurately detecting weak light, for example, a photomultiplier tube (PMT, photomultiplier tube) or the like is used. The photoelectric conversion signal PS from the optical sensor 94 is sent to the main controller 50 via the signal processing device 80 of FIG. The signal processing device 80 can be configured to include, for example, an amplifier, a sample hold circuit, an A / D converter, and the like. The arrangement and shape of the actual plurality of slits represented by the slit 122 will be described later.

上述のようにして構成された空間像計測装置59によると、レチクルマーク板RFM(又はレチクルR)に形成された計測用マークPM(又はレチクルRに形成されたマーク)の投影光学系PLを介して得られる投影像(空間像)の計測の際に、そのスリット122を通過した光量(受光量)に応じた光電変換信号(光量信号)PSが光センサ94から図1の信号処理装置80を介して主制御装置50に出力される。   According to the aerial image measuring device 59 configured as described above, the measurement mark PM (or mark formed on the reticle R) formed on the reticle mark plate RFM (or reticle R) is projected via the projection optical system PL. In the measurement of the projection image (aerial image) obtained in this manner, a photoelectric conversion signal (light amount signal) PS corresponding to the amount of light (light reception amount) that has passed through the slit 122 is transferred from the optical sensor 94 to the signal processing device 80 of FIG. To the main controller 50.

本例では、計測マークの投影像(空間像)の光強度分布(光量分布)の計測がスリットスキャン方式によって実行されるので、その際には、送光レンズ87が、受光レンズ89及び光センサ94に対してX方向及びY方向に移動することになる。そこで、空間像計測装置59では、所定範囲内で移動する送光レンズ87を介した光がすべて受光レンズ89に入射するように、受光レンズ89の直径は送光レンズ87の直径よりも大きく設定されている。本例の空間像計測装置59においては、Zチルトステージ38に設けられたスリット板90を含む移動部と、ケース92に設けられた光センサ94を含む固定部とは、機械的に分離されている。そして、空間像計測に際してのみ、その移動部とその固定部とは、ミラー96を介して光学的に接続される。これによって、光センサ94の発熱による計測精度の低下が抑制される。   In this example, the measurement of the light intensity distribution (light quantity distribution) of the projected image (aerial image) of the measurement mark is performed by the slit scan method. In this case, the light transmission lens 87 is replaced by the light receiving lens 89 and the optical sensor. It moves in the X direction and the Y direction with respect to 94. Therefore, in the aerial image measuring device 59, the diameter of the light receiving lens 89 is set larger than the diameter of the light transmitting lens 87 so that all the light passing through the light transmitting lens 87 moving within a predetermined range is incident on the light receiving lens 89. Has been. In the aerial image measurement device 59 of this example, the moving unit including the slit plate 90 provided in the Z tilt stage 38 and the fixed unit including the optical sensor 94 provided in the case 92 are mechanically separated. Yes. The moving part and the fixed part are optically connected via the mirror 96 only when the aerial image is measured. Thereby, a decrease in measurement accuracy due to heat generation of the optical sensor 94 is suppressed.

なお、空間像計測装置59において、送光レンズ87と受光レンズ89との間の光路を可撓な光ファイバケーブルで接続するようにしてもよい。また、例えば光センサ94の発熱が少ない場合、又は冷却機構によってその発熱の影響を軽減できる場合等には、光センサ94及び受光レンズ89を、例えば投影光学系PLの+Y方向の側面に固定することも可能である。さらに、光センサ94をウエハステージWST(Zチルトステージ38)の内部に設けることも可能である。なお、空間像計測装置59を用いて行われる空間像計測及び収差計測方法などについては、後に詳述する。   In the aerial image measuring device 59, the optical path between the light transmitting lens 87 and the light receiving lens 89 may be connected by a flexible optical fiber cable. Further, for example, when the heat generation of the optical sensor 94 is small, or when the influence of the heat generation can be reduced by the cooling mechanism, the optical sensor 94 and the light receiving lens 89 are fixed to the side surface in the + Y direction of the projection optical system PL, for example. It is also possible. Further, the optical sensor 94 can be provided inside the wafer stage WST (Z tilt stage 38). The aerial image measurement and the aberration measurement method performed using the aerial image measurement device 59 will be described in detail later.

図1に戻り、投影光学系PLの側面には、ウエハW上のアライメントマーク又は所定の基準マークを検出するマーク検出系としてのオフアクシス方式で画像処理方式のアライメント系ALGが設けられている。このアライメント系ALGからの撮像信号、及びウエハ干渉計54Wの出力であるウエハステージWSTの位置情報に基づいて、主制御装置50は、レチクルRのパターンの投影像の中心とアライメント系ALGの検出中心との間隔(ベースライン)の算出、及びウエハW上の各ショット領域の配列座標の算出等を行う。   Returning to FIG. 1, an alignment system ALG of an off-axis image processing system as a mark detection system for detecting an alignment mark on the wafer W or a predetermined reference mark is provided on the side surface of the projection optical system PL. Based on the imaging signal from alignment system ALG and the position information of wafer stage WST which is the output of wafer interferometer 54W, main controller 50 determines the center of the projection image of the pattern on reticle R and the detection center of alignment system ALG. And the calculation of the array coordinates of each shot area on the wafer W, etc.

さらに、本例の投影露光装置10では、図1に示すように、照射系60a及び受光系60bから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系(60a,60b)が設けられている。照射系60aは、ウエハWの表面又はスリット板90の表面である被検面に複数のスリット像を光軸AXに対して斜めに投影し、受光系60bは、被検面からの反射光を受光してそれらのスリット像を再結像する。そして、受光系60bは、それらの再結像された複数のスリット像の横ずれ量に対応する検出信号をステージ制御装置70に供給する。ステージ制御装置70では、一例としてそれらの検出信号をデフォーカス量に換算し、複数のデフォーカス量から、その被検面の投影光学系PLの像面に対するZ方向へのデフォーカス量と、X軸及びY軸の回りの傾斜角とを求める。なお、この多点焦点位置検出系(60a,60b)と同様の多点焦点位置検出系の詳細な構成は、例えば特開平6−283403号公報等に開示されている。   Further, as shown in FIG. 1, the projection exposure apparatus 10 of this example is provided with an oblique incidence type multipoint focal position detection system (60a, 60b) comprising an irradiation system 60a and a light receiving system 60b. The irradiation system 60a projects a plurality of slit images obliquely with respect to the optical axis AX on the test surface that is the surface of the wafer W or the surface of the slit plate 90, and the light receiving system 60b reflects the reflected light from the test surface. It receives light and re-images those slit images. Then, the light receiving system 60b supplies a detection signal corresponding to the lateral shift amount of the re-imaged slit images to the stage controller 70. In the stage control device 70, as an example, these detection signals are converted into defocus amounts, and the defocus amount in the Z direction with respect to the image plane of the projection optical system PL of the test surface from the plurality of defocus amounts, and X An inclination angle about the axis and the Y axis is obtained. The detailed configuration of a multipoint focal position detection system similar to the multipoint focal position detection system (60a, 60b) is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-283403.

通常の露光時には、ステージ制御装置70は、多点焦点位置検出系(60a,60b)の検出結果を用いて、ウエハWの表面が投影光学系PLの像面に合焦されるように、オートフォーカス方式及びオートレベリング方式でウエハステージ駆動系56Wを介してZチルトステージ38のZ方向の位置及び傾斜角を制御する。また、露光中又は空間像計測中に主制御装置50からの指令に基づいて、ステージ制御装置70は、ウエハステージ駆動系56Wを介してウエハWの表面又はスリット板90の表面を投影光学系PLの像面に対してZ方向に指示された量だけデフォーカスさせることもできる。   During normal exposure, the stage controller 70 uses the detection result of the multipoint focal position detection system (60a, 60b) to automatically focus the surface of the wafer W on the image plane of the projection optical system PL. The position and tilt angle of the Z tilt stage 38 are controlled via the wafer stage drive system 56W by the focus method and the auto leveling method. Further, based on a command from the main controller 50 during exposure or aerial image measurement, the stage controller 70 projects the surface of the wafer W or the surface of the slit plate 90 via the wafer stage drive system 56W. It is also possible to defocus the image plane by an amount designated in the Z direction.

また、図1の投影光学系PL近傍には、大気圧変動や温度変動を検知する環境センサ81が設けられている。この環境センサ81による計測結果は主制御装置50に供給されている。また、主制御装置50に接続されたメモリ51内には、例えば予め投影光学系PLの組立調整時等に計測されていた所定の高次の収差の情報、及び後述の収差計測方法によって求められる投影光学系PLの収差の情報などが記憶される。   In addition, an environmental sensor 81 for detecting atmospheric pressure fluctuations and temperature fluctuations is provided in the vicinity of the projection optical system PL in FIG. The measurement result by the environment sensor 81 is supplied to the main controller 50. Further, in the memory 51 connected to the main control device 50, for example, information on predetermined higher-order aberrations previously measured at the time of assembly adjustment of the projection optical system PL and the like and an aberration measurement method described later are obtained. Information on aberrations of the projection optical system PL is stored.

次に、本例の投影露光装置10における走査露光動作について簡単に説明する。先ず、主制御装置50は、レチクルRを用いた露光に最適な照明条件をオペレータの指示に基づいて設定する。次に、上記のレチクルアライメント顕微鏡、及びウエハ側のアライメント系ALGを用いて、レチクルRのアライメント及びウエハWのアライメントが行われる。その後、ウエハステージWSTのステッピングによって、ウエハW上で次に露光されるショット領域が光軸AXの手前側に位置決めされる。そして、照明光ILの照射が開始されて、レチクルステージRSTを介して照明領域に対してレチクルRをY方向に速度Vrで移動するのに同期して、ウエハステージWSTを介して露光領域に対してウエハW上の一つのショット領域がY方向に速度β・Vr(βは投影光学系PLの投影倍率)で移動する。このようにして、ショット間のステッピング動作とショット毎の同期走査動作とが繰り返されて、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハW上の全てのショット領域にレチクルRのパターン像が転写される。   Next, the scanning exposure operation in the projection exposure apparatus 10 of this example will be briefly described. First, main controller 50 sets an illumination condition optimal for exposure using reticle R based on an operator's instruction. Next, the alignment of the reticle R and the alignment of the wafer W are performed using the reticle alignment microscope and the wafer side alignment system ALG. Thereafter, the next shot area to be exposed on the wafer W is positioned on the front side of the optical axis AX by stepping the wafer stage WST. Then, the irradiation of the illumination light IL is started, and in synchronization with the movement of the reticle R in the Y direction at the speed Vr with respect to the illumination area via the reticle stage RST, the exposure area via the wafer stage WST. Thus, one shot area on the wafer W moves in the Y direction at a velocity β · Vr (β is the projection magnification of the projection optical system PL). In this way, the stepping operation between shots and the synchronous scanning operation for each shot are repeated, and the pattern image of the reticle R is transferred to all shot regions on the wafer W by the step-and-scan method.

ところで、上述した走査露光動作において、レチクルRのパターンを投影光学系PLを介して高い解像度で高精度にウエハW上に転写するためには、投影光学系PLの結像特性が所定の状態に調整されている必要がある。そのためには、その結像特性を高精度に計測する必要がある。以下では、計測及び調整対象の投影光学系PLの結像特性を所定の収差であるとする。   By the way, in the above-described scanning exposure operation, in order to transfer the pattern of the reticle R onto the wafer W with high resolution and high accuracy via the projection optical system PL, the imaging characteristics of the projection optical system PL are in a predetermined state. It needs to be adjusted. For this purpose, it is necessary to measure the imaging characteristics with high accuracy. In the following, it is assumed that the imaging characteristics of the projection optical system PL to be measured and adjusted are predetermined aberrations.

また、その収差を分類するために、波面収差を用いるものとして、投影光学系PLの射出瞳(又は瞳面)上の波面収差を示す収差関数をW(ρ,θ)とする。このとき、ρは投影光学系PLの射出瞳の半径方向の規格化された位置(動径)であり、θは角度であるとすると、その収差関数W(ρ,θ)は、上述の(1)式のようにi次(i=1,2,…)のツェルニケ多項式(Zernike's Polynomial)fi(ρ,θ)及びその係数Zi を用いて級数展開することが可能である。なお、ツェルニケ多項式は、フリンジツェルニケ多項式又はツェルニケの円多項式(circle polynomials)とも呼ばれることがある。 In addition, assuming that wavefront aberration is used to classify the aberration, an aberration function indicating the wavefront aberration on the exit pupil (or pupil plane) of the projection optical system PL is W (ρ, θ). In this case, ρ is a normalized position (radial radius) in the radial direction of the exit pupil of the projection optical system PL, and θ is an angle, the aberration function W (ρ, θ) is the above ( As shown in equation (1), series expansion can be performed using i-th order (i = 1, 2,...) Zernike's Polynomial fi (ρ, θ) and its coefficient Z i . The Zernike polynomials may also be referred to as Fringe Zernike polynomials or Zernike circle polynomials.

なお、一例として1次〜37次までのツェルニケ多項式fiを対応する係数Zi とともに例示すると、次の表1のようになる。 As an example, the Zernike polynomials fi of the first order to the 37th order are illustrated together with the corresponding coefficients Z i as shown in Table 1 below.

Figure 2006196555
Figure 2006196555

上記表1に示されるように、各次数のツェルニケ多項式fi(ρ,θ)は、動径(ρ)の関数である動径関数と、角度(θ)の関数とが分離した形で表現される。また、ツェルニケ多項式は、その動径関数が奇関数であるものと、偶関数であるものとに分類することができる。動径関数が奇関数で表されるツェルニケ多項式に対応する収差を奇関数収差と呼び、動径関数が偶関数で表されるツェルニケ多項式に対応する収差を偶関数収差と呼ぶ。   As shown in Table 1, the Zernike polynomial fi (ρ, θ) of each order is expressed in a form in which a radial function that is a function of the radial diameter (ρ) and a function of the angle (θ) are separated. The Zernike polynomials can be classified into those whose radial function is an odd function and those that are an even function. An aberration corresponding to a Zernike polynomial whose radial function is expressed by an odd function is called an odd function aberration, and an aberration corresponding to a Zernike polynomial whose radial function is expressed by an even function is called an even function aberration.

投影光学系PLの収差は像の横シフトである横収差と、像のコントラストの変化である縦収差とに分類でき、前者の横収差が奇関数収差であり、後者の縦収差が偶関数収差である。従って、投影光学系PLの収差のうちの球面収差やデフォーカス等は、偶関数収差であり、コマ収差は奇関数収差である。また、i次のツェルニケ多項式の係数Zi で、そのi次のツェルニケ多項式で表される収差を表わすものとする。本例では、図2の結像特性補正コントローラ78を含む投影光学系PLの結像特性制御機構によって、球面収差(偶関数収差)である収差Z9,Z16、コマ収差(奇関数収差)である収差Z7,Z8,Z14,Z15、及びディストーション(奇関数収差)である収差Z2,Z3 を含む複数の収差を補正できるように構成されている。本例では、これらの奇関数収差及び偶関数収差の計測に、前述した空間像計測装置59が用いられる。以下、この空間像計測装置59による空間像計測、及び投影光学系PLの収差の計測等について詳述する。 The aberrations of the projection optical system PL can be classified into lateral aberrations, which are lateral shifts of the image, and longitudinal aberrations, which are changes in the contrast of the image. The former lateral aberration is an odd function aberration, and the latter longitudinal aberration is an even function aberration. It is. Accordingly, spherical aberration, defocus, and the like among the aberrations of the projection optical system PL are even function aberrations, and the coma aberration is an odd function aberration. Further, the coefficient Z i of the i-th order Zernike polynomial represents the aberration expressed by the i-th order Zernike polynomial. In this example, the aberration Z 9 and Z 16 , which are spherical aberrations (even function aberrations), and coma aberration (odd function aberrations) are performed by the imaging characteristic control mechanism of the projection optical system PL including the imaging characteristic correction controller 78 of FIG. A plurality of aberrations including aberrations Z 7 , Z 8 , Z 14 , Z 15 , and aberrations Z 2 , Z 3 , which are distortion (odd function aberration), can be corrected. In this example, the above-described aerial image measurement device 59 is used to measure these odd-function aberration and even-function aberration. Hereinafter, aerial image measurement by the aerial image measurement device 59, measurement of aberration of the projection optical system PL, and the like will be described in detail.

図3には、空間像計測装置59を用いて、レチクルマーク板RFMに形成された計測用マークPMの空間像が計測されている状態が示されている。なお、レチクルマーク板RFMに代えて、空間像計測専用のテストレチクル、あるいはデバイスの製造に用いられるレチクルRに専用の計測用パターンを形成したものなどを用いることも可能である。ここで、レチクルマーク板RFMには、所定箇所にX方向を長手方向とした細長い矩形の開口パターンからなる計測用のラインマークPM(ラインパターン)が形成されているものとする。なお、このようなラインマークPMは、実際にはレチクルマーク板RFM上の複数の計測領域にそれぞれ異なる方向を向いて複数個設けられているマークのうちの一つである。   FIG. 3 shows a state in which the aerial image of the measurement mark PM formed on the reticle mark plate RFM is measured using the aerial image measuring device 59. Instead of the reticle mark plate RFM, it is also possible to use a test reticle dedicated to aerial image measurement, or a reticle R used for manufacturing a device on which a dedicated measurement pattern is formed. Here, on the reticle mark plate RFM, it is assumed that a measurement line mark PM (line pattern) composed of an elongated rectangular opening pattern having the X direction as a longitudinal direction is formed at a predetermined location. Note that such a line mark PM is actually one of a plurality of marks provided in a plurality of measurement areas on the reticle mark plate RFM in different directions.

ここで、空間像計測装置59を用いた空間像計測の方法について簡単に説明する。なお、スリット板90には、例えば図4(A)に示されるように、X方向に延びる所定幅2Dのスリット122(開口パターン)が形成されているものとする。ラインマークPMの投影像の幅はそのスリット122の幅2Dよりも広く設定され、ラインマークPMの投影像の長手方向の長さはそのスリット122の長さよりも長く設定されている。   Here, a method of aerial image measurement using the aerial image measurement device 59 will be briefly described. For example, as shown in FIG. 4A, the slit plate 90 is formed with a slit 122 (opening pattern) having a predetermined width 2D extending in the X direction. The width of the projected image of the line mark PM is set wider than the width 2D of the slit 122, and the length of the projected image of the line mark PM in the longitudinal direction is set longer than the length of the slit 122.

そして、空間像の計測にあたり、図1の主制御装置50によって、可動レチクルブラインド30Bが不図示のブラインド駆動装置を介して駆動され、図3に示されるように、レチクルRの照明光ILの照明領域がラインマークPMを含む所定領域のみに制限される。
この状態で、照明光ILがレチクルマーク板RFMに照射されると、図4(A)に示されるように、ラインマークPMによって回折、散乱した光(照明光IL)は、投影光学系PLにより屈折され、投影光学系PLの像面にラインマークPMの空間像(投影像)PM’が形成される。このとき、スリット板90上のスリット122の+Y方向側(−Y方向側でもよい)にその空間像PM’が形成されているものとする。なお、投影光学系PLの投影倍率が1/4であるとすると、この空間像PM’の線幅は、ほぼラインマークPMの線幅の1/4となる。なお、以下の説明では、各ラインマーク等の線幅等は、それぞれその空間像の線幅等を指しているものとする。
In measuring the aerial image, the main reticle 50 of FIG. 1 drives the movable reticle blind 30B via a blind driving device (not shown). As shown in FIG. 3, the illumination light IL of the reticle R is illuminated. The area is limited only to a predetermined area including the line mark PM.
In this state, when the illumination light IL is irradiated onto the reticle mark plate RFM, as shown in FIG. 4A, the light (illumination light IL) diffracted and scattered by the line mark PM is transmitted by the projection optical system PL. Refracted and a spatial image (projected image) PM ′ of the line mark PM is formed on the image plane of the projection optical system PL. At this time, it is assumed that the aerial image PM ′ is formed on the + Y direction side (or the −Y direction side) of the slit 122 on the slit plate 90. If the projection magnification of the projection optical system PL is ¼, the line width of the spatial image PM ′ is approximately ¼ of the line width of the line mark PM. In the following description, it is assumed that the line width or the like of each line mark indicates the line width or the like of the aerial image.

そして、主制御装置50によって、図1のウエハステージ駆動系56Wを介してウエハステージWST(走査機構)が図4(A)中に矢印Fで示されるように+Y方向に駆動されると、スリット122が空間像PM’に対してY方向に走査される。この走査中に、スリット122を通過する光(照明光IL)が図3のウエハステージWST内の光学系、ミラー96、受光レンズ89を介して光センサ94で受光され、その光電変換信号PSが信号処理装置80を介して主制御装置50に供給される。主制御装置50は、その光電変換信号及びウエハステージWSTの次第に変化する座標位置(ここではY座標)に基づいて空間像PM’に対応する光強度分布情報を取得する。なお、空間像PM’とスリット122とは、スリット122の幅方向に相対走査すればよい。そのため、スリット122を静止させておいて、図1のレチクルステージRST(走査機構)を介してレチクルマーク板RFMを移動させることによって、空間像PM’側を移動してもよい。   When the main controller 50 drives the wafer stage WST (scanning mechanism) in the + Y direction as shown by the arrow F in FIG. 4A via the wafer stage drive system 56W of FIG. 122 is scanned in the Y direction with respect to the aerial image PM ′. During this scanning, light (illumination light IL) that passes through the slit 122 is received by the optical sensor 94 via the optical system in the wafer stage WST in FIG. 3, the mirror 96, and the light receiving lens 89, and the photoelectric conversion signal PS is obtained. The signal is supplied to the main controller 50 via the signal processing device 80. Main controller 50 acquires light intensity distribution information corresponding to aerial image PM ′ based on the photoelectric conversion signal and a coordinate position (Y coordinate in this case) that gradually changes on wafer stage WST. Note that the aerial image PM ′ and the slit 122 may be relatively scanned in the width direction of the slit 122. Therefore, the aerial image PM ′ side may be moved by moving the reticle mark plate RFM via the reticle stage RST (scanning mechanism) in FIG.

図4(B)には、上記の空間像計測の際に得られる光電変換信号(光強度信号)PSの一例が示されている。この場合、空間像PM’は、スリット122の走査方向(Y方向)の幅(2D)の積分効果で光量変化が緩やかになる。従って、スリット122の走査方向(ここではY方向)の透過率分布をp(y)とし、空間像の光強度分布をi(y)とし、観測される光強度信号をm(y)とすると、空間像の強度分布i(y)と観測される強度信号m(y)との関係は、以下の(2)式で表される。なお、この(2)式において、強度分布i(y)、強度信号m(y)の単位は、単位長さ当たりの強度であり、u軸は、y軸と同一の座標軸であるとする。   FIG. 4B shows an example of a photoelectric conversion signal (light intensity signal) PS obtained in the above aerial image measurement. In this case, the change in the amount of light of the aerial image PM ′ becomes gentle due to the integration effect of the width (2D) of the slit 122 in the scanning direction (Y direction). Therefore, if the transmittance distribution in the scanning direction (here Y direction) of the slit 122 is p (y), the light intensity distribution of the aerial image is i (y), and the observed light intensity signal is m (y). The relationship between the intensity distribution i (y) of the aerial image and the observed intensity signal m (y) is expressed by the following equation (2). In equation (2), the unit of intensity distribution i (y) and intensity signal m (y) is the intensity per unit length, and the u axis is the same coordinate axis as the y axis.

Figure 2006196555
Figure 2006196555

但し、スリット122の透過率分布の関数p(y)は、以下の(3)式で表される。   However, the function p (y) of the transmittance distribution of the slit 122 is expressed by the following equation (3).

Figure 2006196555
Figure 2006196555

即ち、観測される強度信号m(y)は、スリッ卜122の関数p(y)と空間像の光強度分布i(y)とのコンボリューションになる。
従って、計測精度の面からは、スリット122の走査方向(ここではY方向)の幅(以下、単に「スリット幅」と呼ぶ)2Dは小さい程良い。本例のように、フォト・マルチプライヤ・チューブ(PMT)を光センサ94として用いる場合には、スリット幅が非常に小さくなっても走査速度を遅くして計測に時間をかければ光量(光強度)の検出は可能である。しかしながら、現実には、スループットの面から空間像計測時の走査速度に一定の制約があるため、スリット幅2Dがあまりにも小さいと、スリット122を透過する光量が小さくなり過ぎて、計測が困難となってしまう。
That is, the observed intensity signal m (y) is a convolution of the function p (y) of the slit 122 and the light intensity distribution i (y) of the aerial image.
Therefore, in terms of measurement accuracy, the width (hereinafter simply referred to as “slit width”) 2D of the slit 122 in the scanning direction (Y direction) is preferably as small as possible. As in this example, when a photomultiplier tube (PMT) is used as the optical sensor 94, even if the slit width becomes very small, if the scanning speed is slowed and the measurement takes time, the light intensity (light intensity ) Can be detected. However, in reality, since there is a certain restriction on the scanning speed at the time of aerial image measurement from the viewpoint of throughput, if the slit width 2D is too small, the amount of light transmitted through the slit 122 becomes too small and measurement is difficult. turn into.

具体的に、露光波長をλ、投影光学系PLの開口数をNAとすると、一例として幅2Dはλ/(2・NA)以下に設定される。λを193nm、開口数NAを0.9とすると、幅2Dは107nm以下、例えば100nm程度に設定される。ただし、必要な計測精度によっては、幅2Dをλ/(2・NA)よりも大きい値、例えば100〜150nm程度に設定してもよい。また、データのサンプリングピッチは、λ/(4・NA)以下が望ましい。ラインマークとしては、線幅の設計値がウエハ上でλ/(2・NA)以下となるマークを用いることができる。そのマークのレチクル上の線幅は、λ/(2・NA)に縮小倍率の逆数を乗じた値になる。   Specifically, assuming that the exposure wavelength is λ and the numerical aperture of the projection optical system PL is NA, as an example, the width 2D is set to λ / (2 · NA) or less. When λ is 193 nm and the numerical aperture NA is 0.9, the width 2D is set to 107 nm or less, for example, about 100 nm. However, depending on the required measurement accuracy, the width 2D may be set to a value larger than λ / (2 · NA), for example, about 100 to 150 nm. The data sampling pitch is preferably λ / (4 · NA) or less. As the line mark, a mark whose line width design value is λ / (2 · NA) or less on the wafer can be used. The line width of the mark on the reticle is a value obtained by multiplying λ / (2 · NA) by the reciprocal of the reduction ratio.

このように空間像計測装置59を用いた空間像計測動作によって、ラインマークPMの空間像(投影像)PM’における光強度分布を計測することができる。その計測された光強度分布の情報は図1の主制御装置50に供給される。その光強度分布の情報には、空間像PM’の横方向の結像位置(横シフト)及び振幅(コントラスト)の情報が含まれているため、主制御装置50(演算装置)は、その情報を用いて収差を求めることができる(詳細後述)。さらに、その光強度分布情報を用いて、投影光学系PLに対するベストフォーカス位置のキャリブレーションを行うことができるとともに、所定のマーク像のX方向、Y方向の位置も求めることができる。   Thus, the light intensity distribution in the aerial image (projected image) PM ′ of the line mark PM can be measured by the aerial image measuring operation using the aerial image measuring device 59. Information on the measured light intensity distribution is supplied to the main controller 50 of FIG. Since the information on the light intensity distribution includes information on the horizontal image formation position (lateral shift) and amplitude (contrast) of the aerial image PM ′, the main controller 50 (arithmetic unit) determines that information. Can be used to determine the aberration (details will be described later). Furthermore, using the light intensity distribution information, it is possible to calibrate the best focus position with respect to the projection optical system PL, and it is also possible to obtain the positions of a predetermined mark image in the X direction and the Y direction.

また、本例では、9次を超える所定次数までのツェルニケ多項式によって表される収差を計測するものとする。このためには、空間像PM’として、後述のように方向の異なる種々のラインマークの空間像を計測する必要がある。そのためには、スリット板90にも複数の方向に配列されたスリット(開口パターン)を形成しておく必要がある。
図5は、本例のスリット板90に形成された開口パターンとしての複数のスリットの実際の配置を示し、この図5において、スリット板90上には、Y方向に伸びるスリット幅2Dで長さLのスリット122bと、このスリット122bを90°回転した形状のX方向に伸びるスリット122aとが形成されている。さらに、スリット板90上には、それぞれ幅2Dで長さL1の4個のスリット9B,9C,9E,9Fが形成されている。4個のスリット9B〜9Fはほぼ正方形の4個の頂点の位置にあり、2本のスリット122a及び122bはほぼその正方形の隣り合う2辺を構成している。これらのスリット122a,122b,9B〜9Fを通過した照明光は、図3の光センサ94で受光される。この場合、スリット122a,122b,9B〜9Fを通過した照明光を個別に検出するために、例えばスリット板90の底面にスリット選択部材としての液晶パネルを設けて、選択された一つのスリットを通過した照明光のみが光センサ94に入射するようにしてもよい。
In this example, it is assumed that the aberration represented by the Zernike polynomial up to a predetermined order exceeding 9th order is measured. For this purpose, as the aerial image PM ′, it is necessary to measure aerial images of various line marks having different directions as described later. For this purpose, it is necessary to form slits (opening patterns) arranged in a plurality of directions on the slit plate 90 as well.
FIG. 5 shows an actual arrangement of a plurality of slits as opening patterns formed in the slit plate 90 of this example. In FIG. 5, the slit plate 90 has a slit width 2D extending in the Y direction. An L-shaped slit 122b and a slit 122a that extends in the X direction and is formed by rotating the slit 122b by 90 ° are formed. Further, four slits 9B, 9C, 9E, and 9F each having a width 2D and a length L1 are formed on the slit plate 90. The four slits 9B to 9F are substantially at the positions of the four apexes of the square, and the two slits 122a and 122b constitute two adjacent sides of the square. The illumination light that has passed through these slits 122a, 122b, 9B to 9F is received by the optical sensor 94 in FIG. In this case, in order to individually detect the illumination light that has passed through the slits 122a, 122b, and 9B to 9F, for example, a liquid crystal panel as a slit selection member is provided on the bottom surface of the slit plate 90 and passes through one selected slit. Only the illuminated light may be incident on the optical sensor 94.

一例として、各スリットのスリット幅2Dは上述のように100〜150nm程度、スリット122a,122bの長さLは18μm、スリット9B,9C,9E,9Fの長さL1は3μmである。この場合、スリット122a及び122bは、ともにベストフォーカス位置のキャリブレーション及びマーク像の位置計測を行うために使用される。具体的に、例えば図3のレチクルマーク板RFMのパターン面には、ベストフォーカス位置計測用のX軸及びY軸のマーク(フォーカス用マーク)と、位置計測用のX軸及びY軸のマーク(像位置用マーク)とが形成されており、これらの投影像はそれぞれ図5の像62XP,62YPと像63XP,63YPとなる。この場合、X軸のフォーカス用マークの像62XPは、線幅が110nmのY方向に伸びた複数のラインパターン(明部)をデューティ比が1:1でX方向に配列した像である。また、Y軸のフォーカス用マークの像62YPは、X軸の像62XPを90°回転したものである。また、X軸の像位置用マークの像63XPは、線幅が1μmのY方向に伸びた複数のラインパターン(明部)をデューティ比が1:1でX方向に配列した像である。また、Y軸の像位置用マークの像63YPは、X軸の像63XPを90°回転したものである。この場合、像62XP,63XPのY方向の幅、及び像62YP,63YPのX方向の幅はそれぞれスリット122a,122bの長さLよりも長く設定されている。   As an example, the slit width 2D of each slit is about 100 to 150 nm as described above, the length L of the slits 122a and 122b is 18 μm, and the length L1 of the slits 9B, 9C, 9E, and 9F is 3 μm. In this case, the slits 122a and 122b are both used for calibration of the best focus position and position measurement of the mark image. Specifically, for example, on the pattern surface of the reticle mark plate RFM of FIG. 3, the X-axis and Y-axis marks for measuring the best focus position (focus marks) and the X-axis and Y-axis marks for position measurement ( Image position marks) are formed, and these projected images are images 62XP and 62YP and images 63XP and 63YP of FIG. In this case, the X-axis focus mark image 62XP is an image in which a plurality of line patterns (bright portions) extending in the Y direction having a line width of 110 nm are arranged in the X direction with a duty ratio of 1: 1. The Y-axis focus mark image 62YP is obtained by rotating the X-axis image 62XP by 90 °. Further, the image 63XP of the X-axis image position mark is an image in which a plurality of line patterns (bright portions) extending in the Y direction with a line width of 1 μm are arranged in the X direction with a duty ratio of 1: 1. The Y-axis image position mark image 63YP is obtained by rotating the X-axis image 63XP by 90 °. In this case, the width in the Y direction of the images 62XP and 63XP and the width in the X direction of the images 62YP and 63YP are set longer than the length L of the slits 122a and 122b, respectively.

そして、投影光学系PLのベストフォーカス位置を求める場合には、図3のウエハステージWSTを順次X方向及びY方向に駆動して、それぞれ図5のスリット122b及び122aでフォーカス用マークの像62XP及び62YPを走査して、光強度分布を検出する動作を、図3のZチルトステージ38のZ方向の位置、即ち投影光学系PLの光軸AXに沿った方向の位置(以下、「フォーカス位置」と言う)を次第に変えながら複数回実行する。このとき、得られる光強度分布のコントラスト(振幅)が最も大きくなるときのフォーカス位置からベストフォーカス位置を求めることができる。これによって、例えば図1の多点焦点位置検出系(60a,60b)のベストフォーカス位置のキャリブレーションを行うことができる。この後は、多点焦点位置検出系(60a,60b)で検出されるデフォーカス量が、正確に投影光学系PLの像面からのずれ量を示すことになる。   When obtaining the best focus position of the projection optical system PL, the wafer stage WST in FIG. 3 is sequentially driven in the X direction and the Y direction, and the focus mark images 62XP and slits 122b and 122a in FIG. The operation of scanning 62YP and detecting the light intensity distribution is performed by changing the position in the Z direction of the Z tilt stage 38 in FIG. Are executed multiple times while gradually changing. At this time, the best focus position can be obtained from the focus position at which the contrast (amplitude) of the obtained light intensity distribution becomes the largest. Thereby, for example, calibration of the best focus position of the multipoint focus position detection system (60a, 60b) of FIG. 1 can be performed. Thereafter, the defocus amount detected by the multipoint focal position detection system (60a, 60b) accurately indicates the amount of deviation from the image plane of the projection optical system PL.

また、像位置用マークの像63XP及び63YPの位置を求める場合には、図3のウエハステージWSTを順次X方向及びY方向に駆動して、それぞれスリット122b及び122aで像63XP及び63YPを走査して光強度分布を検出し、この光強度分布のX方向及びY方向の中心を求めればよい。その像位置用マークを例えばレチクルR上に形成しておくことによって、レチクルRのアライメントを行うこともできる。   When obtaining the positions of the image position mark images 63XP and 63YP, the wafer stage WST in FIG. 3 is sequentially driven in the X direction and the Y direction, and the images 63XP and 63YP are scanned by the slits 122b and 122a, respectively. Thus, the light intensity distribution is detected, and the centers of the light intensity distribution in the X direction and the Y direction may be obtained. By forming the image position mark on the reticle R, for example, the reticle R can be aligned.

また、スリット9B,9C,9E,9Fは、それぞれ収差計測を行うために使用される。本例では、スリット122a及び122bはそれぞれ収差計測用のスリット9D及び9Aを兼用している。このとき、6個のスリット9A(122b)、スリット9B、スリット9C、スリット9D(122a)、スリット9E、及びスリット9Fの長手方向(配列方向)は、それぞれX軸に対して反時計回りに90°、120°、135°、0°、30°、及び45°で交差する方向であり、これらの配列方向は互いに異なっている。この場合、各スリット9A〜9Fは、対応する空間像に対してその長手方向に直交する方向(計測方向)に相対的に走査される。言い換えると、6個のスリット9A,9B,9C,9D,9E,及び9Fの計測方向は、それぞれX軸に対して反時計回りに0°、30°、45°、90°、120°、及び135°で交差している。   Further, the slits 9B, 9C, 9E, and 9F are used for measuring aberrations, respectively. In this example, the slits 122a and 122b also serve as aberration measurement slits 9D and 9A, respectively. At this time, the longitudinal direction (arrangement direction) of the six slits 9A (122b), slit 9B, slit 9C, slit 9D (122a), slit 9E, and slit 9F is 90 counterclockwise with respect to the X axis. The directions intersect at degrees, 120 degrees, 135 degrees, 0 degrees, 30 degrees, and 45 degrees, and these arrangement directions are different from each other. In this case, each of the slits 9A to 9F is scanned relative to a corresponding aerial image in a direction (measurement direction) orthogonal to the longitudinal direction. In other words, the measurement directions of the six slits 9A, 9B, 9C, 9D, 9E, and 9F are 0 °, 30 °, 45 °, 90 °, 120 °, and counterclockwise with respect to the X axis, respectively. Cross at 135 °.

このように本例の6個のスリット9A〜9E(開口パターン)を順次対応する計測方向に相対走査することによって、計測方向(長手方向に直交する方向)が互いに異なる6方向のラインマークの空間像の光強度分布情報を計測することができる。
図6は、そのような6方向のラインマーク1A,1B,1C,1D,1E,1F(ラインパターン)の配列の一例を示し、この図6のラインマーク1A〜1Fは、図3のレチクルマーク板RFMのパターン面に形成されている。なお、それらのラインマークをレチクルRの一部に形成しておいてもよく、又はレチクルステージRST上にロードされるテストレチクルに形成しておいてもよい。
As described above, the six slits 9A to 9E (opening patterns) of this example are sequentially scanned in the corresponding measurement directions, thereby allowing the space of the six-direction line marks having different measurement directions (directions orthogonal to the longitudinal direction). The light intensity distribution information of the image can be measured.
FIG. 6 shows an example of the arrangement of such six-direction line marks 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, and 1F (line patterns). The line marks 1A to 1F in FIG. 6 are the reticle marks in FIG. It is formed on the pattern surface of the plate RFM. These line marks may be formed on a part of reticle R, or may be formed on a test reticle loaded on reticle stage RST.

図6において、レチクルマーク板RFMの付属マーク領域61には、ベストフォーカス位置計測用のX軸のマーク62X及びY軸のマーク62Y(フォーカス用マーク)と、投影像の位置計測用のX軸のマーク63X及びY軸のマーク63Y(像位置用マーク)とが形成されている。付属マーク領域61の大きさは、投影光学系PLによる投影像で表わすとほぼ60μm角であり、マーク62X,62Y,63X,63Yの配置は投影像の状態での配置を表している。また、前者のマーク62X及び62Yの投影像が図5の像62XP及び62YPであり、後者のマーク63X及び63Yの投影像が図5の像63XP及び63YPである。   In FIG. 6, the attached mark area 61 of the reticle mark plate RFM includes an X-axis mark 62X for measuring the best focus position and a Y-axis mark 62Y (focus mark) and an X-axis for measuring the position of the projected image. A mark 63X and a Y-axis mark 63Y (image position mark) are formed. The size of the attached mark region 61 is approximately 60 μm square when represented by a projection image by the projection optical system PL, and the arrangement of the marks 62X, 62Y, 63X, and 63Y represents the arrangement in the state of the projection image. Further, the projection images of the former marks 62X and 62Y are the images 62XP and 62YP in FIG. 5, and the projection images of the latter marks 63X and 63Y are the images 63XP and 63YP in FIG.

また、レチクルマーク板RFMの付属マーク領域61に近接した領域に、ラインマーク1A〜1Fが形成されている。各ラインマーク1A〜1Fは図3を参照して説明したラインマークPMと同じ形状の幅dの透過パターンで、回転角が同じか又は異なるだけである。そして、ラインマーク1A及び1Dの幅方向である計測方向はそれぞれX方向及びY方向に平行であり、ラインマーク1B,1C,1E,及び1Fの計測方向はそれぞれX軸に対して反時計周りに角度φ1、φ2、φ3、及びφ4で交差しており、本例では角度φ1は30°、角度φ2は45°、角度φ3は120°、角度φ4は135°である。従って、図6のラインマーク1A,1B,1C,1D,1E,及び1Fの投影像の光強度分布は、それぞれ図5のスリット板90上のスリット9A,9B,9C,9D,9E,及び9Fを対応する計測方向に相対走査することで計測することができる。   Further, line marks 1A to 1F are formed in an area close to the attached mark area 61 of the reticle mark plate RFM. Each of the line marks 1A to 1F is a transmission pattern having the same shape as the line mark PM described with reference to FIG. 3 and having a width d, and has the same or different rotation angle. The measurement directions that are the width directions of the line marks 1A and 1D are parallel to the X direction and the Y direction, respectively, and the measurement directions of the line marks 1B, 1C, 1E, and 1F are counterclockwise with respect to the X axis, respectively. The angles φ1, φ2, φ3, and φ4 cross each other. In this example, the angle φ1 is 30 °, the angle φ2 is 45 °, the angle φ3 is 120 °, and the angle φ4 is 135 °. Accordingly, the light intensity distributions of the projected images of the line marks 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, and 1F in FIG. 6 are respectively slits 9A, 9B, 9C, 9D, 9E, and 9F on the slit plate 90 in FIG. Can be measured by relative scanning in the corresponding measurement direction.

本発明者によれば、所定の2以上の整数をMとしたとき、投影光学系の瞳面上でその投影光学系の光軸を中心とした互いに異なる少なくともM個の方向に沿ってそれぞれ配置された少なくともM個の点における結像光束の位相情報を求めることによって、その投影光学系の実質的にM2 次までのツェルニケ多項式によって表わされる波面収差を求めることができる。従って、異なる6個の方向に配列されたラインパターン1A〜1Fの像を計測することで、少なくとも36次までの高次のツェルニケ多項式によって表わされる波面収差を求めることができる。また、図9の例のように、角度方向によって半径方向のサンプルピッチを変えることにより37次までのツェルニケ係数(ツェルニケ多項式の係数)の分解が可能である。 According to the present inventor, when a predetermined integer equal to or greater than 2 is M, they are arranged on the pupil plane of the projection optical system along at least M different directions around the optical axis of the projection optical system. By obtaining the phase information of the imaged light flux at the at least M points, the wavefront aberration represented by the Zernike polynomial up to the M 2 order of the projection optical system can be obtained. Accordingly, by measuring the images of the line patterns 1A to 1F arranged in six different directions, the wavefront aberration represented by the higher-order Zernike polynomial up to at least the 36th order can be obtained. Further, as in the example of FIG. 9, the Zernike coefficients up to the 37th order (coefficients of the Zernike polynomial) can be decomposed by changing the radial sample pitch according to the angular direction.

なお、計測対象の収差が、9次を超えて16次までのツェルニケ多項式で表される収差でよい場合には、図5のスリット板90上の4個のスリット9A,9C,9D及び9F、即ち計測方向がX軸に対して0°、45°、90°、及び135°で交差する4個のスリット(開口パターン)を使用するのみでもよい。このときには、図6のラインマーク1A〜1F中で4個のラインマーク1A,1C,1D及び1Fのみが使用される。   When the aberration to be measured may be an aberration expressed by a Zernike polynomial from the 9th order to the 16th order, the four slits 9A, 9C, 9D and 9F on the slit plate 90 in FIG. That is, it is possible to use only four slits (opening patterns) whose measurement directions intersect with the X axis at 0 °, 45 °, 90 °, and 135 °. At this time, only four line marks 1A, 1C, 1D and 1F are used in the line marks 1A to 1F in FIG.

次に、奇関数収差及び偶関数収差を含む収差を理論的に定量的に表わすために、以下の計算を行う。この場合の計測対象の空間像を、図3のラインマークPMの空間像PM’とする。ここで、ラインマークPMの空間像PM’における図4(A)のY方向の複素振幅分布をo(y)とし、その空間周波数スペクトルをO(s)とする(sは、空間周波数軸上の座標である)。ラインマークPMの空間像PM’の周期パターンに含まれる空間周波数成分のうち、2つの空間周波数成分をそれぞれf’、f”とすると、そのスペクトルO(f’)、O(f”)のビートによって生じる干渉縞に、ある重みを掛けたものを全体の空間周波数で積分したものがラインマークPMの空間像PM’の強度分布i(y)となる。この重みをクロスモジュレーション係数(The Cross modulation coefficient)T(f’,f”)というが、このクロスモジュレーション係数T(f’,f”)は、以下の(4)式によって定義される。   Next, in order to theoretically and quantitatively express aberrations including odd-function aberration and even-function aberration, the following calculation is performed. The aerial image to be measured in this case is the aerial image PM ′ of the line mark PM in FIG. Here, in the spatial image PM ′ of the line mark PM, the complex amplitude distribution in the Y direction in FIG. 4A is o (y), and the spatial frequency spectrum is O (s) (s is on the spatial frequency axis) Coordinates). Of the spatial frequency components included in the periodic pattern of the spatial image PM ′ of the line mark PM, if two spatial frequency components are f ′ and f ″, beats of the spectra O (f ′) and O (f ″) are obtained. The intensity distribution i (y) of the aerial image PM ′ of the line mark PM is obtained by integrating the interference fringes generated by the above by applying a certain weight at the entire spatial frequency. This weight is referred to as the cross modulation coefficient T (f ′, f ″), and the cross modulation coefficient T (f ′, f ″) is defined by the following equation (4).

Figure 2006196555
Figure 2006196555

この式において、Fは投影光学系PLの射出瞳(又は瞳面)における瞳関数であり(* は複素共役を示す)、σ(ξ,η)は有効光源である。なお、ξ,ηは、投影光学系PLの射出瞳上における直交座標軸である。従って、部分コヒーレント照明によるラインマークPMの結像式は、以下の(5)式によって表される。 In this equation, F is a pupil function at the exit pupil (or pupil plane) of the projection optical system PL ( * indicates a complex conjugate), and σ (ξ, η) is an effective light source. Note that ξ and η are orthogonal coordinate axes on the exit pupil of the projection optical system PL. Therefore, the imaging formula of the line mark PM by partial coherent illumination is represented by the following formula (5).

Figure 2006196555
Figure 2006196555

次に、ツェルニケ多項式で表される収差について、7次及び8次のツェルニケ多項式で表される収差Z7 及びZ8 を例にとって説明する。図7には7次の収差Z7 が、図8には8次の収差Z8 がそれぞれ示されている。図7及び図8において、投影光学系の像面QBの直交座標系(X,Y)に対して、投影光学系の瞳QAの直交座標系(瞳座標)(X444,Y444)は平行であるが、X444軸の方向がX軸に対して逆向きになっている。また、瞳座標上の点は通常は上記の極座標(ρ,θ)で示される。 Next, the aberration represented by the Zernike polynomial will be described taking the aberrations Z 7 and Z 8 represented by the 7th and 8th order Zernike polynomials as an example. FIG. 7 shows the seventh-order aberration Z 7 , and FIG. 8 shows the eighth-order aberration Z 8 . 7 and 8, the orthogonal coordinate system (pupil coordinates) (X444, Y444) of the pupil QA of the projection optical system is parallel to the orthogonal coordinate system (X, Y) of the image plane QB of the projection optical system. However, the direction of the X444 axis is opposite to the X axis. A point on the pupil coordinates is usually indicated by the polar coordinates (ρ, θ).

収差は瞳面の位相の進み又は遅れであり、図7の7次の収差Z7 は、Y444方向の1θ成分である。図7において、Y444>0の領域の点(ρ0,φ0)で収差Hは位相の遅れ−H0 であり、Y444<0の領域の点(ρ1,φ1)では収差Hは位相の進み+H0 であり、像QCのシフトは+Y方向にH0 である(単位は位相)。なお、空間像はピッチP0 のライン・アンド・スペースパターンで表している。 The aberration is the advance or delay of the phase of the pupil plane, and the seventh-order aberration Z 7 in FIG. 7 is a 1θ component in the Y444 direction. In FIG. 7, the aberration H is a phase delay −H 0 at a point (ρ 0 , φ 0 ) in the region of Y444> 0, and the aberration H is a phase at a point (ρ 1 , φ 1 ) in the region of Y444 <0. a of proceeds + H 0, the shift of the image QC is H 0 in the + Y direction (in phase). The aerial image is represented by a line and space pattern with a pitch P 0 .

また、図8の8次の収差Z8 は、X444方向の1θ成分である。図8において、X444>0の領域の点(ρ3,φ3)で収差Hは位相の遅れ−H1 であり、X444<0の領域の点(ρ4,φ4)では収差Hは位相の進み+H1 であり、像QDのシフトは−X方向にH1 である(単位は位相)。なお、空間像はピッチP1 のライン・アンド・スペースパターンで表している。 Further, the eighth-order aberration Z 8 in FIG. 8 is a 1θ component in the X444 direction. In FIG. 8, at the point (ρ 3 , φ 3 ) in the region of X444> 0, the aberration H is the phase delay −H 1 , and at the point (ρ 4 , φ 4 ) in the region of X444 <0, the aberration H is the phase. a of proceeds + H 1, the shift of the image QD is H 1 in the -X direction (in phase). The aerial image is represented by a line and space pattern with a pitch P 1 .

瞳内の計測点での収差量と像シフト量とは単位を位相とすれば絶対値が一致する。長さの単位から位相の単位への換算は次式で表される。
像シフト量(位相)=(像シフト量(長さ)/マークピッチ)×360°…(K1)
なお、瞳内の計測点の収差量は有効照明サイズ(照明光学系の瞳面における2次光源の大きさ)で決まり、その2次光源の一例は小輪帯状である。
The absolute value of the aberration amount and the image shift amount at the measurement point in the pupil coincide with each other if the unit is a phase. Conversion from the unit of length to the unit of phase is expressed by the following equation.
Image shift amount (phase) = (image shift amount (length) / mark pitch) × 360 ° (K1)
Note that the amount of aberration at the measurement point in the pupil is determined by the effective illumination size (the size of the secondary light source on the pupil plane of the illumination optical system), and an example of the secondary light source is a small annular zone.

また、瞳内の計測点を極座標(ρ,θ)で示すと、θはマークの周期方向(ラインマークでは幅方向)と一致し、動径ρは、マークピッチP、投影光学系の開口数NA、及び露光波長λを用いて次のようになる。
ρ=λ/(P・NA) …(K2)
このように投影光学系PLの瞳面における位相分布によって各次数のツェルニケ多項式の収差(係数)が決定される。
Further, when the measurement point in the pupil is represented by polar coordinates (ρ, θ), θ coincides with the mark periodic direction (width direction for the line mark), and the radius ρ is the mark pitch P and the numerical aperture of the projection optical system. Using NA and exposure wavelength λ:
ρ = λ / (P · NA) (K2)
Thus, the aberration (coefficient) of the Zernike polynomial of each order is determined by the phase distribution on the pupil plane of the projection optical system PL.

また、投影光学系PLの瞳(射出瞳)上の極座標(ρ,θ)を最大半径が1となるように規格化した座標系を考え、この規格化座標系上の位相の計測位置を(ρp ,Ψp)(p=1,2,…)とする。この位置(ρp ,Ψp)での位相分布である波面収差H(ρp,Ψp)は、後述のように6方向のラインマーク1A〜1Fの投影像の光強度分布の計測によって求めることができる。 Also, consider a coordinate system in which the polar coordinates (ρ, θ) on the pupil (exit pupil) of the projection optical system PL are normalized so that the maximum radius is 1, and the phase measurement position on the normalized coordinate system is ( Let ρ p , Ψ p ) (p = 1, 2,...). The wavefront aberration H (ρ p , Ψ p ), which is the phase distribution at this position (ρ p , Ψ p ), is obtained by measuring the light intensity distribution of the projected images of the six-direction line marks 1A to 1F as will be described later. be able to.

次に、その投影光学系PLの波面収差H(ρp,Ψp)を、(1)式のようにn次(nは9より大きい整数)までのツェルニケ多項式fj(ρp,Ψp)(j=1〜n)とその係数Zj との積の和で表わすものとする。即ち、ツェルニケ多項式を用いて、波面収差H(ρp,Ψp)の関数フィッティングを行う。投影光学系PLの波面収差の関数フィッティングは、通常は37次までのツェルニケ多項式を用いて行われる。しかしながら、本例は投影光学系PLの収差をオンボディで計測することを想定しているため、例えば36次(n=36)のツェルニケ多項式までの関数フィッティングでも実用可能である。 Next, the wavefront aberration H (ρ p , Ψ p ) of the projection optical system PL is changed to the Zernike polynomial fj (ρ p , Ψ p ) up to the nth order (n is an integer larger than 9) as shown in the equation (1). It is expressed by the sum of products of (j = 1 to n) and its coefficient Z j . That is, function fitting of the wavefront aberration H (ρ p , Ψ p ) is performed using a Zernike polynomial. The function fitting of the wavefront aberration of the projection optical system PL is usually performed using Zernike polynomials up to the 37th order. However, since this example assumes that the aberration of the projection optical system PL is measured on-body, the function fitting up to, for example, a 36th order (n = 36) Zernike polynomial is also practical.

また、波面収差H(ρp,Ψp)を、n次までのツェルニケ多項式fj(ρp,Ψp)(j=1〜n)を用いて関数フィッティングを行う場合、投影光学系PLの射出瞳(又は瞳面)上のm箇所(mはほぼn又はそれよりも大きい整数)の位置(ρk,Ψk)(k=1〜m)上の計測点で波面収差H(ρk,Ψk)を求める必要がある。このm個の波面収差H(ρk,Ψk)が、本発明の投影光学系の瞳面上での位相分布情報に対応する。なお、以下では位置(ρk,Ψk)を計測点(ρk,Ψk)と呼ぶ。このとき、例えば参考文献("Adaptive optics and optical structures", SPIE, Vol. 1271, p. 80-86 (1990))より、計測点(ρk,Ψk)でのj次のツェルニケ多項式の値fj(ρk,Ψk)(j=1〜n)と、その係数aj (係数Zj に対応する未知数)と、計測誤差εk とを用いると、波面収差H(ρk,Ψk)は次のように表わすことができる。計測誤差εk は、例えば図3のラインマークPM(図6のラインマーク1A〜1F)の描画誤差、ウエハステージWSTのX座標、Y座標の計測誤差、及びスリット板90のフォーカス位置の計測誤差等に基づいて予め求められている位相誤差である。 Further, when the wavefront aberration H (ρ p , Ψ p ) is function-fitted using the Zernike polynomials fj (ρ p , Ψ p ) (j = 1 to n) up to the nth order, the projection optical system PL emits light. Wavefront aberration H (ρ k , k ) at measurement points on positions (ρ k , Ψ k ) (k = 1 to m) at m points (m is an integer greater than or equal to n) on the pupil (or pupil plane). Ψ k ) needs to be obtained. The m wavefront aberrations H (ρ k , Ψ k ) correspond to phase distribution information on the pupil plane of the projection optical system of the present invention. Hereinafter, the position (ρ k , Ψ k ) is referred to as a measurement point (ρ k , Ψ k ). At this time, for example, from the reference document ("Adaptive optics and optical structures", SPIE, Vol. 1271, p. 80-86 (1990)), the value of the j-th order Zernike polynomial at the measurement point (ρ k , Ψ k ) Using fj (ρ k , Ψ k ) (j = 1 to n), its coefficient a j (unknown number corresponding to coefficient Z j ), and measurement error ε k , wavefront aberration H (ρ k , Ψ k ) Can be expressed as follows: The measurement error ε k is, for example, a drawing error of the line mark PM of FIG. 3 (line marks 1A to 1F of FIG. 6), a measurement error of the X coordinate and the Y coordinate of the wafer stage WST, and a measurement error of the focus position of the slit plate 90. This is a phase error obtained in advance based on the above.

Figure 2006196555
Figure 2006196555

ここで、計測値である波面収差H(ρk,Ψk)(k=1〜m)を元とするm次元ベクトルをH、表1から計算できるj次のツェルニケ多項式の値fj(ρk,Ψk)(j=1〜n;k=1〜m)を元とするm行×n列の行列をD、未知数である係数aj を元とする未知のn次元ベクトルをA、計測誤差εk を元とするm次元ベクトルをεとすると、(21)式は次の(22)式となる。 Here, H is an m-dimensional vector based on the measured wavefront aberration H (ρ k , Ψ k ) (k = 1 to m), and the value fj (ρ k) of the j-th order Zernike polynomial that can be calculated from Table 1. , Ψ k ) (j = 1 to n; k = 1 to m) based on m rows × n columns matrix D, unknown n-dimensional vector based on unknown coefficient a j , A, measurement If an m-dimensional vector based on the error ε k is ε, the equation (21) becomes the following equation (22).

H=DA+ε …(22)
図1の主制御装置50内の演算部(第2の演算装置)は、(22)式を解いてベクトルAのn個の元(係数aj)を求める。これらの係数aj が、投影光学系PLの波面収差をn次までのツェルニケ多項式で表した場合のj次(j=1〜n)のツェルニケ多項式fjの係数となる。これが、本発明の第3工程に対応しており、これによって、投影光学系PLの波面収差が求められたことになる。
H = DA + ε (22)
The computing unit (second computing device) in the main controller 50 in FIG. 1 finds n elements (coefficients a j ) of the vector A by solving equation (22). These coefficients a j are the coefficients of the j-th order (j = 1 to n) Zernike polynomial fj in the case where the wavefront aberration of the projection optical system PL is represented by the Zernike polynomial up to the n-th order. This corresponds to the third step of the present invention, whereby the wavefront aberration of the projection optical system PL is obtained.

実際に(22)式を解くには、行列Dの転置行列をDT 、ベクトル(H−ε)をGとおくことによって、(22)式を次のように変形する。
(DTD)A=DTG …(23)
そして、この式の両辺にn行×n列の行列(DTD)の逆行列(DTD)-1を乗じることによって、ベクトルAは次のように求めることができる。
To actually solve the equation (22), the transposition matrix of the matrix D is set to D T , and the vector (H−ε) is set to G, so that the equation (22) is transformed as follows.
(D T D) A = D T G (23)
Then, the vector A can be obtained as follows by multiplying both sides of this equation by an inverse matrix (D T D) −1 of an n-row × n-column matrix (D T D).

A=(DTD)-1TG …(24)
従って、ベクトルAが解けるための条件は、逆行列(DTD)-1が存在することである。原則として、m=nであれば、ベクトルAは(24)式から一意的に求めることができる。一方、m>nのときは、(22)式は過剰決定体系(overdetermined sysytem)となり、ベクトルAは最小二乗法によって解くことが出来る。(22)式に最小二乗法を適用するためには、ベクトル(H−DA−ε)と、この転置ベクトルとの内積が最小になるようにベクトルAの各元を定めればよい。
A = (D T D) −1 D T G (24)
Therefore, the condition for solving the vector A is that an inverse matrix (D T D) −1 exists. In principle, if m = n, the vector A can be uniquely obtained from the equation (24). On the other hand, when m> n, Equation (22) becomes an overdetermined system, and the vector A can be solved by the least square method. In order to apply the least square method to the equation (22), each element of the vector A may be determined so that the inner product of the vector (H-DA-ε) and the transposed vector is minimized.

なお、(21)式を解くためには、(24)式に現れる逆行列(DTD)-1ができるだけ安定であること(計測点の位置が僅かにシフトした場合の変動量が少ないこと)が望ましい。その安定性を表わす数値を条件数(condition number)と言い、その条件数が小さい程、その逆行列は安定である。条件数は生データの誤差が解に与える影響を表す。その条件数は、次のように行列Dの最大の特異値を最小の特異値で割った結果の平方根であり、その条件数は「Cond(D)」 と表される場合もある。 In order to solve the equation (21), the inverse matrix (D T D) −1 appearing in the equation (24) is as stable as possible (the amount of fluctuation is small when the position of the measurement point is slightly shifted). ) Is desirable. A numerical value representing the stability is called a condition number, and the smaller the condition number, the more stable the inverse matrix. The condition number represents the influence of the raw data error on the solution. The condition number is the square root of the result of dividing the maximum singular value of the matrix D by the minimum singular value as follows, and the condition number may be expressed as “Cond (D)”.

条件数=(行列Dの最大の特異値/行列Dの最小の特異値)1/2 …(24D)
さらに、誤差伝播率行列Edを行列Dを用いて次のように定義する。
Ed=D+(D+T …(24E)
なお、D+ =(DTD)-1T である。誤差伝播率行列Edの各対角成分の平方根はそれぞれツェルニケ係数への誤差伝播率を示しており、その誤差伝播率が小さいほど、そのツェルニケ係数に対応する波面収差の計測誤差が小さくなる。
Condition number = (maximum singular value of matrix D / minimum singular value of matrix D) 1/2 (24D)
Further, the error propagation rate matrix Ed is defined using the matrix D as follows.
Ed = D + (D + ) T (24E)
Note that D + = (D T D) −1 D T. The square root of each diagonal component of the error propagation rate matrix Ed indicates the error propagation rate to the Zernike coefficient, and the smaller the error propagation rate, the smaller the wavefront aberration measurement error corresponding to the Zernike coefficient.

その後、求められたn次までのツェルニケ多項式で表される収差を相殺するように、主制御装置50は、図2の結像特性補正コントローラ78を含む結像特性制御機構を介して投影光学系PLの収差を補正する(結像特性の補正工程)。その後、補正後の投影光学系PLを介してレチクルRのパターンをウエハW上に露光する(露光工程)ことによって、レチクルRのパターンを高精度に転写できる。   After that, the main controller 50 performs a projection optical system via an imaging characteristic control mechanism including the imaging characteristic correction controller 78 of FIG. PL aberration is corrected (imaging characteristic correction step). Thereafter, the pattern of the reticle R is exposed onto the wafer W via the corrected projection optical system PL (exposure process), so that the pattern of the reticle R can be transferred with high accuracy.

以上の説明は、照明光学系の有効光源が十分に小さくコヒーレント照明と見なせる場合に適用できるが、有効光源の大きさが或る程度大きい場合は、(21)式中のツェルニケ多項式によって決まる値fj(ρk,Ψk)は、その有効光源の面積内の平均値を用いればよい。
本例では、(24D)式の条件数Cond(D) が例えば10程度以下の十分に小さい値になるように、投影光学系PLの規格化瞳座標上での位相情報の計測点(実際には、計算によって位相を推測する点である)の配置を最適化する。以下では、本例の位相情報の計測点の配置について説明する。
The above description can be applied when the effective light source of the illumination optical system is sufficiently small and can be regarded as coherent illumination. However, when the effective light source is somewhat large, the value fj determined by the Zernike polynomial in equation (21). (Ρ k , Ψ k ) may be an average value within the area of the effective light source.
In this example, the measurement point of phase information on the normalized pupil coordinates of the projection optical system PL (actually, so that the condition number Cond (D) of the expression (24D) becomes a sufficiently small value of about 10 or less, for example. Is the point of estimating the phase by calculation). Below, arrangement | positioning of the measurement point of the phase information of this example is demonstrated.

図9は、本例の投影光学系PL(図1参照)の規格化瞳座標(X,Y)上での位相情報の計測点の配置の一例を示し、この図9において、規格化瞳座標(X,Y)の原点は投影光学系PLの光軸AXであるとする。また、図9の複数の計測点は、X軸に対して反時計周りに0°の方向D1、30°の方向D2、45°の方向D3、90°の方向D4、120°の方向D5、及び135°の方向D6よりなる6個の方向に沿って配置されている。この場合も、各方向D1〜D6において、複数の計測点はそれぞれ中心に関して対称に配置されている。また、方向D1、D3、D4、及びD6については、計測点の対称中心から半径方向のオフセットがrofで、間隔がrrとなるように計測点SP1が設定され、方向D2及びD5については、その対称中心から半径方向のオフセットがrof2で、間隔がrr2となるように計測点SP2が設定されている。さらに、全体の計測点の配置が光軸AXに対してX方向及びY方向にオフセットXof及びYofを持つ場合も想定されている。このようなオフセット(Xof,Yof)を与えるためには、計測マークを照明する際の照明光の主光線をX方向、Y方向に対応する角度だけ傾斜させればよい。   FIG. 9 shows an example of the arrangement of phase information measurement points on the normalized pupil coordinates (X, Y) of the projection optical system PL (see FIG. 1) of this example. The origin of (X, Y) is assumed to be the optical axis AX of the projection optical system PL. In addition, the plurality of measurement points in FIG. 9 include a 0 ° direction D1, a 30 ° direction D2, a 45 ° direction D3, a 90 ° direction D4, and a 120 ° direction D5, counterclockwise with respect to the X axis. And 6 directions composed of a direction D6 of 135 °. Also in this case, in each of the directions D1 to D6, the plurality of measurement points are arranged symmetrically with respect to the center. Further, for the directions D1, D3, D4, and D6, the measurement point SP1 is set so that the radial offset from the symmetry center of the measurement point is rof and the interval is rr. For the directions D2 and D5, The measurement point SP2 is set so that the radial offset from the center of symmetry is rof2 and the interval is rr2. Furthermore, it is assumed that the entire measurement point arrangement has offsets Xof and Yof in the X and Y directions with respect to the optical axis AX. In order to give such an offset (Xof, Yof), the chief ray of the illumination light for illuminating the measurement mark may be inclined by an angle corresponding to the X direction and the Y direction.

そして、一例として、(Xof,Yof)=(0,0)、rr=0.166、rof=0.1、rr2=0.036、rof2=0.75と設定した。この場合、30°方向及び120°方向(方向D2、D5)の計測点SP2が瞳の最外周付近に配置されている。言い換えると、30°方向及び120°方向の計測点は、投影光学系PLの瞳の外周から半径方向の50%以内に複数の計測点(計測位置)が配置されていると共に、その間隔rr2(=0.036)はその瞳の半径(1に規格化されている)の5%以下となっている。このマークを用いた場合、37次までのツェルニケ多項式で表される収差の抽出が可能である。   As an example, (Xof, Yof) = (0, 0), rr = 0.166, rof = 0.1, rr2 = 0.036, and rof2 = 0.75 were set. In this case, the measurement points SP2 in the 30 ° direction and the 120 ° direction (directions D2 and D5) are arranged near the outermost periphery of the pupil. In other words, as for the measurement points in the 30 ° direction and the 120 ° direction, a plurality of measurement points (measurement positions) are arranged within 50% in the radial direction from the outer periphery of the pupil of the projection optical system PL, and the interval rr2 ( = 0.036) is 5% or less of the radius of the pupil (normalized to 1). When this mark is used, it is possible to extract aberrations represented by Zernike polynomials up to the 37th order.

この場合の計測マークに対する照明をコヒーレント照明(σ値の小さい照明)としたコンピュータによるシミュレーションの結果、(24D)式の条件数Cond(D) は5.727と10以下になった。また、(24E)式で表される誤差伝播率行列Edの各対角成分の平方根である誤差伝播率は、最大で1.7(収差Z25の場合)となり、極めて高精度に波面収差を計測することができる。 As a result of simulation by a computer in which the illumination for the measurement mark in this case is coherent illumination (illumination with a small σ value), the condition number Cond (D) in Expression (24D) is 5.727, which is 10 or less. Further, the error propagation rate, which is the square root of each diagonal component of the error propagation rate matrix Ed represented by the equation (24E), is 1.7 (in the case of aberration Z 25 ) at the maximum, and the wavefront aberration can be obtained with extremely high accuracy. It can be measured.

次に、上記の(21)式中の投影光学系PLの瞳面における波面収差H(ρk,Ψk)を求める方法について説明する。ここでは、図9の規格化瞳座標上の光軸AXを通りX軸に平行な直線に沿う複数の計測点での波面収差を求めるものとする。この場合には、図6のラインマーク1A〜1F中の計測方向がX方向のラインマーク1Aと、図5のスリット9A〜9E中の対応するスリット9Aとが使用される。図9の他の方向の計測点での波面収差を求める場合には、対応するラインマーク及びスリットを使用すればよい。
例えば、後述の図11のデータ取得範囲の幅をIL、サンプリング間隔をSL、IL=SL×m(mは整数)とする。この領域の光量分布をフーリエ変換すると、基本周波数fo=1/ILで、最高周波数fs=m/(2・IL)までの三角関数の級数で示されることになる。また、ピッチPのパターンの周波数は1/Pで、規格化瞳座標はλ/(P・NA)であるため、その関係から所望の瞳座標上のサンプリング点(計測点)をサンプリングできるよう、幅IL及びSLを決めることが望ましい。
Next, a method for obtaining the wavefront aberration H (ρ k , Ψ k ) on the pupil plane of the projection optical system PL in the above equation (21) will be described. Here, it is assumed that wavefront aberrations are obtained at a plurality of measurement points along a straight line passing through the optical axis AX on the normalized pupil coordinates in FIG. 9 and parallel to the X axis. In this case, the line mark 1A whose measurement direction in the line marks 1A to 1F in FIG. 6 is the X direction and the corresponding slit 9A in the slits 9A to 9E in FIG. 5 are used. When obtaining wavefront aberration at measurement points in other directions in FIG. 9, corresponding line marks and slits may be used.
For example, the width of the data acquisition range of FIG. 11 described later is IL, the sampling interval is SL, and IL = SL × m (m is an integer). When the light quantity distribution in this region is Fourier-transformed, it is represented by a trigonometric function series up to the maximum frequency fs = m / (2 · IL) at the basic frequency fo = 1 / IL. Further, since the frequency of the pattern of the pitch P is 1 / P and the normalized pupil coordinate is λ / (P · NA), the sampling point (measurement point) on the desired pupil coordinate can be sampled from the relationship. It is desirable to determine the widths IL and SL.

図10は、ラインマーク1Aの像を投影光学系PLを介して図5のスリット9Aの近傍に投影した状態を示し、この図10において、投影光学系PLの瞳QAの直交座標系(瞳座標)(X444,Y444)は像面QBの直交座標系(X,Y)に対して平行であるが、X444軸の方向がX軸に対して逆向きになっている。図10において、ラインマーク1Aからの光束が瞳QAにおいて回折パターン1AAとなり、その回折パターン1AAからの光束が像面QBで像1ABとなる。また、その回折パターン1AAはX444軸上に分布しており、その回折パターン1AA上の任意の計測点SPでの位相がその計測点SPでの波面収差となる。その計測点SPの配置は、図9の配置に基づいて定められる。   FIG. 10 shows a state in which the image of the line mark 1A is projected onto the vicinity of the slit 9A in FIG. 5 via the projection optical system PL. In FIG. 10, the orthogonal coordinate system (pupil coordinates) of the pupil QA of the projection optical system PL is shown. ) (X444, Y444) is parallel to the Cartesian coordinate system (X, Y) of the image plane QB, but the direction of the X444 axis is opposite to the X axis. In FIG. 10, the light beam from the line mark 1A becomes the diffraction pattern 1AA in the pupil QA, and the light beam from the diffraction pattern 1AA becomes the image 1AB on the image plane QB. Further, the diffraction pattern 1AA is distributed on the X444 axis, and the phase at an arbitrary measurement point SP on the diffraction pattern 1AA becomes the wavefront aberration at the measurement point SP. The arrangement of the measurement points SP is determined based on the arrangement shown in FIG.

図11は、図10の像面での像1ABの光強度分布を示し、この図11において、スリット9AをX方向に走査することによって、像1Aの光強度分布を計測することができる。この計測された座標Xの関数としての光強度分布の情報が図1の主制御装置50内の位相回復部(第1の演算装置)に供給される。主制御装置50内の位相回復部では、その光強度分布(これを、H1(X)とする)の情報から以下で説明する位相回復法によって瞳QAの回折パターン1AA上の位相分布を求める。   FIG. 11 shows the light intensity distribution of the image 1AB on the image plane of FIG. 10. In FIG. 11, the light intensity distribution of the image 1A can be measured by scanning the slit 9A in the X direction. Information on the light intensity distribution as a function of the measured coordinate X is supplied to the phase recovery unit (first arithmetic unit) in the main controller 50 of FIG. The phase recovery unit in the main controller 50 obtains the phase distribution on the diffraction pattern 1AA of the pupil QA from the information of the light intensity distribution (hereinafter referred to as H1 (X)) by the phase recovery method described below.

ここで図12を参照して、位相回復法の原理につき説明する。先ず、図12のステップ101において、計測された像面振幅関数を求める。この場合には、計測された座標Xの関数としての光強度分布H1(X)の平方根の関数(H1(X))1/2 が像面振幅関数となる。次にステップ102において、均一ランダム雑音生成器を用いて像面位相関数として−πからπまでの間の初期位相を生成する。次のステップ103において、その像面振幅関数に像面位相関数を乗じて得られる関数を像面関数とする。この段階では、動作は次のステップ104に移行して、その像面関数をFFT(Fast Fourier Transfomrm) の手法でフーリエ変換して、投影光学系PLの瞳面での結像光束の関数である瞳面関数を求める。次のステップ105において、その瞳面関数から位相関数のみを求める。また、ステップ106において、仮に投影光学系PLの瞳面での振幅関数(フーリエ面振幅関数)を計測しておく。 Here, the principle of the phase recovery method will be described with reference to FIG. First, in step 101 of FIG. 12, a measured image plane amplitude function is obtained. In this case, the square root function (H1 (X)) 1/2 of the light intensity distribution H1 (X) as a function of the measured coordinate X is the image plane amplitude function. Next, in step 102, an initial phase between -π and π is generated as an image plane phase function using a uniform random noise generator. In the next step 103, a function obtained by multiplying the image plane amplitude function by the image plane phase function is defined as an image plane function. At this stage, the operation shifts to the next step 104, where the image plane function is Fourier transformed by the FFT (Fast Fourier Transfomrm) method, and is a function of the imaged light flux on the pupil plane of the projection optical system PL. Find the pupil plane function. In the next step 105, only the phase function is obtained from the pupil plane function. In step 106, an amplitude function (Fourier plane amplitude function) on the pupil plane of the projection optical system PL is measured.

次のステップ107において、その瞳面での振幅関数にその瞳面での位相関数を乗じて、新たな瞳面関数を求める。次にステップ108において、その新たな瞳面関数をIFFT(Inverse Fast Fourier Transfomrm) の手法で逆フーリエ変換して新たな像面関数を求める。次のステップ109において、その新たな像面関数を像面振幅関数と像面位相関数とに分離する。続いてステップ103に戻り、ステップ101で計測された像面振幅関数とステップ109で計算された像面振幅関数とが所定の許容範囲内に入ったとき、好ましくは、計測された像面振幅関数と計算された像面振幅関数とが所定の許容範囲内で合致したときにこの位相回復動作は終了して、ステップ105で計算された瞳面での位相関数が、投影光学系PLの瞳面での波面収差となる。その波面収差中の計測位置(ρk,Ψk)における波面収差H(ρk,Ψk)を(21)式中に代入することで、各次数のツェルニケ多項式の係数(収差)を求めることができる。 In the next step 107, a new pupil plane function is obtained by multiplying the amplitude function on the pupil plane by the phase function on the pupil plane. Next, in step 108, the new pupil plane function is subjected to inverse Fourier transform using an IFFT (Inverse Fast Fourier Transfomrm) technique to obtain a new image plane function. In the next step 109, the new image plane function is separated into an image plane amplitude function and an image plane phase function. Subsequently, returning to step 103, when the image plane amplitude function measured in step 101 and the image plane amplitude function calculated in step 109 are within a predetermined allowable range, preferably the measured image plane amplitude function is And the calculated image plane amplitude function match within a predetermined allowable range, the phase recovery operation ends, and the phase function at the pupil plane calculated in step 105 is the pupil plane of the projection optical system PL. This is the wavefront aberration. By substituting the wavefront aberration H (ρ k , Ψ k ) at the measurement position (ρ k , Ψ k ) in the wavefront aberration into the equation (21), the coefficient (aberration) of the Zernike polynomial of each order is obtained. Can do.

また、ステップ103で、ステップ101で計測された像面振幅関数とステップ109で計算された像面振幅関数とが所定の許容範囲内で合致していないときには、ステップ101で計測された像面振幅関数にステップ109で計算された像面位相関数を乗じて得られた関数を新たな像面関数とする。そして、ステップ101で計測された像面振幅関数とステップ109で計算された像面振幅関数とが所定の許容範囲内で合致するまで、ステップ103から109までの動作が繰り返される。これによって、投影光学系PLの瞳面での位相分布情報を回復することができる。   In step 103, when the image plane amplitude function measured in step 101 and the image plane amplitude function calculated in step 109 do not match within a predetermined allowable range, the image plane amplitude measured in step 101 is determined. A function obtained by multiplying the function by the image plane phase function calculated in step 109 is defined as a new image plane function. Then, the operations from Step 103 to Step 109 are repeated until the image plane amplitude function measured in Step 101 matches the image plane amplitude function calculated in Step 109 within a predetermined allowable range. Thereby, the phase distribution information on the pupil plane of the projection optical system PL can be recovered.

しかしながら、本例ではステップ106の動作である投影光学系PLの瞳面での振幅関数の計測を行っていないため、このままでは図12の動作を実行することができない。そこで、投影光学系PLの瞳面での振幅関数を計測することなく、位相回復を行うことができる動作の一例につき、図13を参照して説明する。
先ず、図13のステップ111において、図11の上方の像面(これを「像面1」とする)でラインマークの像1ABの光強度分布(像強度)を計測し、ステップ112において、像面1のX座標Xi(i=1,2,…)における位相関数の初期値θi(予想値)を設定する。本例では、初期値θiは全て0であるが、例えば理論的又は経験的に求められている値の分布を用いてもよい。次のステップ113において、計測された像強度の平方根の関数を像面振幅関数F1(X)(図11参照)として、この像面振幅関数F1(X)にその初期値θiから生成される像面位相関数G1(θ)を乗じて像面関数を求める。
However, in this example, since the measurement of the amplitude function on the pupil plane of the projection optical system PL, which is the operation of step 106, is not performed, the operation of FIG. 12 cannot be executed as it is. Therefore, an example of an operation capable of performing phase recovery without measuring the amplitude function on the pupil plane of the projection optical system PL will be described with reference to FIG.
First, in step 111 of FIG. 13, the light intensity distribution (image intensity) of the image 1AB of the line mark is measured on the upper image plane (referred to as “image plane 1”) in FIG. The initial value θi (predicted value) of the phase function at the X coordinate Xi (i = 1, 2,...) Of the surface 1 is set. In this example, the initial values θi are all 0, but a distribution of values obtained theoretically or empirically may be used, for example. In the next step 113, a function of the square root of the measured image intensity is set as an image plane amplitude function F1 (X) (see FIG. 11), and an image generated from the initial value θi in the image plane amplitude function F1 (X). An image surface function is obtained by multiplying the surface phase function G1 (θ).

次のステップ114で、その像面関数をFFTの手法でフーリエ変換した後、ステップ115において(3)式と逆の演算(デ・コンボリューション)を施すことによって、図11のスリット9Aのスリット幅2Dの積分効果の影響を除去する。この結果、投影光学系PLの瞳面での結像光束の関数である瞳面関数が求められる。なお、そのスリット幅2Dが狭い場合には、ステップ115のデ・コンボリューション演算は省略することも可能である。次のステップ116において、その瞳面関数から振幅関数f1(X)及び位相関数g1(θ)を求める(図11参照)。   In the next step 114, the image plane function is Fourier-transformed by the FFT technique, and then in step 115, the inverse of the equation (3) (deconvolution) is performed, whereby the slit width of the slit 9A in FIG. Eliminate the effects of 2D integration effects. As a result, a pupil plane function that is a function of the imaging light flux on the pupil plane of the projection optical system PL is obtained. When the slit width 2D is narrow, the deconvolution calculation in step 115 can be omitted. In the next step 116, an amplitude function f1 (X) and a phase function g1 (θ) are obtained from the pupil plane function (see FIG. 11).

次に本例では、図1のウエハステージWST中のZチルトステージ38(ステージ機構)を駆動して、Z軸に沿ってスリット板90(像面)をΔZだけデフォーカスさせる。図11において、そのようにデフォーカスした後の像面を像面2とする。そして、ステップ120において、予め像面2でのラインマークの像1ABの光強度分布(像強度)を計測しておく。そして、計測された像強度の平方根の関数を像面振幅関数F2(X)として記憶する。本例では、そのデフォーカスが投影像の光強度分布に所定変化を与える状態に対応している。   Next, in this example, the Z tilt stage 38 (stage mechanism) in the wafer stage WST in FIG. 1 is driven to defocus the slit plate 90 (image plane) by ΔZ along the Z axis. In FIG. 11, the image plane after such defocusing is defined as an image plane 2. In step 120, the light intensity distribution (image intensity) of the line mark image 1AB on the image plane 2 is measured in advance. Then, the function of the square root of the measured image intensity is stored as the image plane amplitude function F2 (X). In this example, the defocus corresponds to a state that gives a predetermined change to the light intensity distribution of the projected image.

この動作と並行して、ステップ117において、ステップ116で求めた位相関数g1(θ)に、ΔZのデフォーカスの既知の位相関数を乗じて位相関数g1* (θ)を求める。そして、この位相関数g1* (θ)に上記の瞳面での振幅関数f1(X)を乗じて新たな瞳面関数を求める。次にステップ118において、その新たな瞳面関数をIFFTの手法で逆フーリエ変換してから、ステップ119において、(3)式と同様の演算(コンボリューション)を施すことによって、図11のスリット9Aのスリット幅2Dの積分効果を与える。この結果、投影光学系PLの像面でスリット9Aを介して計測される像面関数が求められる。なお、ステップ115のデ・コンボリューション演算を省略した場合には、ステップ119のコンボリューション演算も省略される(以下同様)。 In parallel with this operation, in step 117, the phase function g1 * (θ) is obtained by multiplying the phase function g1 (θ) obtained in step 116 by the known phase function of ΔZ defocus. Then, a new pupil plane function is obtained by multiplying the phase function g1 * (θ) by the amplitude function f1 (X) on the pupil plane. Next, in step 118, the new pupil plane function is subjected to inverse Fourier transform by the IFFT method, and then in step 119, the same calculation (convolution) as in the equation (3) is performed, whereby the slit 9A in FIG. The integration effect of the slit width 2D is given. As a result, an image plane function measured through the slit 9A on the image plane of the projection optical system PL is obtained. If the deconvolution operation in step 115 is omitted, the convolution operation in step 119 is also omitted (the same applies hereinafter).

次のステップ121において、その像面関数を像面振幅関数F2* (X)と像面位相関数G2(θ)とに分離する。そして、ステップ120で計測された像面振幅関数F2(X)とその計算された像面振幅関数F2* (X)とが所定の許容範囲内で合致したときに(両者が許容範囲内にあるときでもよい)、この位相回復動作は終了して、ステップ116で計算された瞳面での位相関数g1(θ)が、投影光学系PLの瞳面における波面関数Φ(=|Φ|exp(iθ))となる。そして、ステップ122に移行して、その波面関数(波面収差)中の計測位置(ρk,Ψk)における波面収差H(ρk,Ψk)を(21)式中に代入することで、各次数のツェルニケ多項式の係数(収差)を求めることができる。ステップ111が第1工程に対応し、ステップ113〜121が第2工程に対応し、ステップ122が第3工程に対応している。また、ステップ113〜116、ステップ117、ステップ118,119、ステップ120、及びステップ121がそれぞれ第4工程、第5工程、第6工程、第7工程、及び第8工程に対応している。 In the next step 121, the image plane function is separated into an image plane amplitude function F2 * (X) and an image plane phase function G2 (θ). When the image plane amplitude function F2 (X) measured in step 120 matches the calculated image plane amplitude function F2 * (X) within a predetermined allowable range (both are within the allowable range). This phase recovery operation ends, and the phase function g1 (θ) at the pupil plane calculated at step 116 is the wavefront function Φ (= | Φ | exp ( iθ)). Then, the process proceeds to step 122, and the wavefront aberration H (ρ k , Ψ k ) at the measurement position (ρ k , Ψ k ) in the wavefront function (wavefront aberration) is substituted into the equation (21), The coefficient (aberration) of the Zernike polynomial of each order can be obtained. Step 111 corresponds to the first process, steps 113 to 121 correspond to the second process, and step 122 corresponds to the third process. Steps 113 to 116, step 117, steps 118, 119, step 120, and step 121 correspond to the fourth step, the fifth step, the sixth step, the seventh step, and the eighth step, respectively.

また、ステップ121で、ステップ120で計測された像面振幅関数F2(X)とその計算された像面振幅関数F2* (X)とが所定の許容範囲内で合致していないときには、ステップ120で計測された像面振幅関数F2(X)にその計算された像面位相関数G2(θ)を乗じて得られた関数を新たな像面関数とする。
次のステップ123においてその像面関数をFFTの手法でフーリエ変換した後、ステップ124においてデ・コンボリューション演算を施して、投影光学系PLの瞳面での瞳面関数を求める。次のステップ125において、その瞳面関数から振幅関数f2(X)及び位相関数g2(θ)を求める(図11参照)。
In step 121, when the image plane amplitude function F2 (X) measured in step 120 and the calculated image plane amplitude function F2 * (X) do not match within a predetermined allowable range, step 120 is performed. A function obtained by multiplying the image plane amplitude function F2 (X) measured in step 1 by the calculated image plane phase function G2 (θ) is defined as a new image plane function.
In the next step 123, the image plane function is Fourier-transformed by the FFT method, and then in step 124, a deconvolution operation is performed to obtain a pupil plane function on the pupil plane of the projection optical system PL. In the next step 125, an amplitude function f2 (X) and a phase function g2 (θ) are obtained from the pupil plane function (see FIG. 11).

次に、図1のウエハステージWST中のZチルトステージ38(ステージ機構)を駆動して、Z軸に沿ってスリット板90(像面)をさらにΔZだけデフォーカスさせる。図11において、そのようにデフォーカスした後の像面を像面3とする。そして、ステップ129において、予め像面3でのラインマークの像1ABの光強度分布(像強度)を計測しておく。そして、計測された像強度の平方根の関数を像面振幅関数F3(X)として記憶する。   Next, the Z tilt stage 38 (stage mechanism) in the wafer stage WST of FIG. 1 is driven to further defocus the slit plate 90 (image plane) by ΔZ along the Z axis. In FIG. 11, the image plane after such defocusing is defined as an image plane 3. In step 129, the light intensity distribution (image intensity) of the line mark image 1AB on the image plane 3 is measured in advance. Then, the function of the square root of the measured image intensity is stored as the image plane amplitude function F3 (X).

この動作と並行して、ステップ126において、ステップ125で求めた位相関数g2(θ)に、ΔZのデフォーカスの既知の位相関数を乗じて位相関数g2* (θ)を求める。そして、この位相関数g2* (θ)に上記の瞳面での振幅関数f2(X)を乗じて新たな瞳面関数を求める。次にステップ127において、その新たな瞳面関数をIFFTの手法で逆フーリエ変換してから、ステップ128において、コンボリューション演算を施すことによって、投影光学系PLの像面での像面関数を求める。 In parallel with this operation, in step 126, the phase function g2 * (θ) is obtained by multiplying the phase function g2 (θ) obtained in step 125 by the known phase function of ΔZ defocus. Then, a new pupil plane function is obtained by multiplying the phase function g2 * (θ) by the amplitude function f2 (X) on the pupil plane. Next, in step 127, the new pupil plane function is subjected to inverse Fourier transform using the IFFT method, and in step 128, the image plane function on the image plane of the projection optical system PL is obtained by performing a convolution operation. .

次のステップ130において、その像面関数を像面振幅関数F3* (X)と像面位相関数G3(θ)とに分離する。そして、像面振幅関数F3* (X)をステップ129で計測された像面振幅関数F3(X)で置き換えた後、この像面振幅関数F3(X)にその計算された像面位相関数G3(θ)を乗じて得られた関数を新たな像面関数とする。次のステップ131で、その像面関数をFFTの手法でフーリエ変換して、ステップ132でデ・コンボリューション演算を施すことによって、投影光学系PLの瞳面での瞳面関数を求める。次のステップ133において、その瞳面関数から振幅関数f2(X)及び位相関数g2* (θ)を求める。次のステップ134において、ステップ133で求めた位相関数g2* (θ)に、−ΔZのデフォーカスの既知の位相関数を乗じて位相関数g2(θ)を求める。そして、この位相関数g2(θ)に上記の瞳面での振幅関数f2(X)を乗じて新たな瞳面関数を求める。次にステップ135において、その新たな瞳面関数をIFFTの手法で逆フーリエ変換して、ステップ136において、コンボリューション演算を施すことによって、投影光学系PLの像面での像面関数を求める。 In the next step 130, the image plane function is separated into an image plane amplitude function F3 * (X) and an image plane phase function G3 (θ). Then, after the image plane amplitude function F3 * (X) is replaced with the image plane amplitude function F3 (X) measured in step 129, the calculated image plane phase function G3 is replaced with the image plane amplitude function F3 (X). A function obtained by multiplying (θ) is defined as a new image plane function. In the next step 131, the image plane function is Fourier-transformed by the FFT method, and in step 132, a deconvolution operation is performed to obtain a pupil plane function on the pupil plane of the projection optical system PL. In the next step 133, an amplitude function f2 (X) and a phase function g2 * (θ) are obtained from the pupil plane function. In the next step 134, the phase function g 2 (θ) is obtained by multiplying the phase function g 2 * (θ) obtained in step 133 by the known phase function of −ΔZ defocus. Then, a new pupil plane function is obtained by multiplying the phase function g2 (θ) by the amplitude function f2 (X) on the pupil plane. Next, in step 135, the new pupil plane function is subjected to inverse Fourier transform by the IFFT method, and in step 136, a convolution operation is performed to obtain an image plane function on the image plane of the projection optical system PL.

次にステップ121に戻り、その像面関数を像面振幅関数F2* (X)と像面位相関数G2(θ)とに分離する。そして、ステップ120で計測されている像面振幅関数F2(X)とその計算された像面振幅関数F2* (X)とが所定の許容範囲内で合致したときに、この位相回復動作は終了して、ステップ134で計算された瞳面での位相関数g2(θ)が、投影光学系PLの瞳面における波面関数Φ(=|Φ|exp(iθ))となり、動作はステップ122に移行する。一方、ステップ121で、ステップ120で計測された像面振幅関数F2(X)とその計算された像面振幅関数F2* (X)とが所定の許容範囲内で合致していないときには、ステップ120で計測された像面振幅関数F2(X)にその計算された像面位相関数G2(θ)を乗じて得られた関数を新たな像面関数とする。 Next, returning to step 121, the image plane function is separated into an image plane amplitude function F2 * (X) and an image plane phase function G2 (θ). Then, when the image plane amplitude function F2 (X) measured in step 120 matches the calculated image plane amplitude function F2 * (X) within a predetermined allowable range, the phase recovery operation ends. Then, the phase function g2 (θ) at the pupil plane calculated at step 134 becomes the wavefront function Φ (= | Φ | exp (iθ)) at the pupil plane of the projection optical system PL, and the operation shifts to step 122. To do. On the other hand, when the image plane amplitude function F2 (X) measured in step 120 and the calculated image plane amplitude function F2 * (X) do not match within a predetermined allowable range in step 121, step 120 is performed. A function obtained by multiplying the image plane amplitude function F2 (X) measured in step 1 by the calculated image plane phase function G2 (θ) is defined as a new image plane function.

次のステップ137においてその像面関数をFFTの手法でフーリエ変換した後、ステップ138においてデ・コンボリューション演算を施して、投影光学系PLの瞳面での瞳面関数を求める。次のステップ139において、その瞳面関数から振幅関数f1(X)及び位相関数g1* (θ)を求める。次のステップ140において、ステップ139で求めた位相関数g1* (θ)に、−ΔZのデフォーカスの既知の位相関数を乗じて位相関数g1(θ)を求める。そして、この位相関数g1(θ)に上記の瞳面での振幅関数f1(X)を乗じて新たな瞳面関数を求める。次にステップ141において、その新たな瞳面関数をIFFTの手法で逆フーリエ変換してから、ステップ142において、コンボリューション演算を施すことによって、投影光学系PLの像面での像面関数を求める。次に動作は再びステップ113に戻り、ステップ114から142までの動作が繰り返される。この際に、ステップ121において、計測されている像面振幅関数と計算された像面振幅関数とが所定の許容範囲内で合致したときには、この位相回復動作は終了して、上述のようにステップ122において収差が求められる。 In the next step 137, the image plane function is Fourier-transformed by the FFT method, and then in step 138, a deconvolution operation is performed to obtain a pupil plane function on the pupil plane of the projection optical system PL. In the next step 139, an amplitude function f1 (X) and a phase function g1 * (θ) are obtained from the pupil plane function. In the next step 140, the phase function g1 (θ) is obtained by multiplying the phase function g1 * (θ) obtained in step 139 by the known phase function of −ΔZ defocus. Then, a new pupil plane function is obtained by multiplying the phase function g1 (θ) by the amplitude function f1 (X) on the pupil plane. Next, in step 141, the new pupil plane function is subjected to inverse Fourier transform by the IFFT method, and in step 142, a convolution operation is performed to obtain an image plane function on the image plane of the projection optical system PL. . Next, the operation returns to step 113 again, and the operations from steps 114 to 142 are repeated. At this time, when the measured image plane amplitude function matches the calculated image plane amplitude function within a predetermined allowable range in step 121, the phase recovery operation ends, and the step is performed as described above. At 122, an aberration is determined.

このように本例によれば、デフォーカスさせたラインマークの像の光強度分布を計測するのみで、投影光学系PLの瞳面における位相分布情報を計算によって高精度に求めることができる。従って、その位相分布情報に基づいて、投影光学系PLの収差を短時間に、かつ高精度に求めることができる。また、ラインマークの像の計測は、投影露光装置に備えられているフォーカス位置及びアライメント用の位置計測用のスリットを備えた空間像計測装置で行うことができるため、新たに専用の計測装置を設ける必要がない。   As described above, according to this example, the phase distribution information on the pupil plane of the projection optical system PL can be obtained with high accuracy by only measuring the light intensity distribution of the defocused line mark image. Therefore, the aberration of the projection optical system PL can be obtained in a short time and with high accuracy based on the phase distribution information. In addition, since the measurement of the image of the line mark can be performed by the aerial image measurement device provided with the focus position and alignment position measurement slits provided in the projection exposure apparatus, a dedicated measurement device is newly provided. There is no need to provide it.

なお、上記各実施形態の収差計測方法によって計測された収差量に基づいて、図1の投影光学系PLを調整し、理想的には投影光学系PLの収差を0にすることが望ましいが、実際には、投影光学系PLの調整後にも収差が若干残留する可能性もある。そのため、上記の実施形態の投影露光装置の運用に際しては、投影光学系PLの調整後に、上記実施形態の収差計測方法を用いて、投影光学系PLの残留収差を初期収差量として改めて計測しておいてもよい。この場合、上記実施形態の収差計測方法によって、投影光学系PLの収差変動量を定期的に計測し、経時変化等により収差に変化が生じた場合には、主制御装置50が、図2の結像特性補正コントローラ78を介してそれらの収差量が初期収差量に戻るように投影光学系PLの結像特性を調整すればよい。なお、定期的な収差の計測は、レチクルマーク板RFM等に形成された計測用パターンを用いて行うことが計測の安定性の観点から望ましい。   Note that it is desirable to adjust the projection optical system PL of FIG. 1 based on the aberration amount measured by the aberration measurement method of each of the above embodiments, and ideally, the aberration of the projection optical system PL is set to 0. Actually, some aberrations may remain even after the projection optical system PL is adjusted. Therefore, when the projection exposure apparatus of the above embodiment is operated, after the projection optical system PL is adjusted, the residual aberration of the projection optical system PL is again measured as the initial aberration amount by using the aberration measurement method of the above embodiment. It may be left. In this case, when the aberration fluctuation amount of the projection optical system PL is periodically measured by the aberration measurement method of the above-described embodiment and the aberration changes due to a change over time, the main controller 50 performs the operation shown in FIG. The imaging characteristics of the projection optical system PL may be adjusted via the imaging characteristic correction controller 78 so that these aberration amounts return to the initial aberration amounts. In addition, it is desirable from the viewpoint of measurement stability that periodic aberration measurement is performed using a measurement pattern formed on the reticle mark plate RFM or the like.

また、上記各実施形態では、投影光学系として縮小系を用いる場合について説明したが、これに限らず、投影光学系として等倍あるいは拡大系を用いても良いし、投影光学系は屈折系、反射屈折系、又は反射系のいずれであっても良い。
また、例えば半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいてレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の投影露光装置(露光装置)によりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、及び検査ステップ等を経て製造される。
In each of the above embodiments, the case where the reduction system is used as the projection optical system has been described. However, the present invention is not limited to this, and the projection optical system may be an equal magnification or an enlargement system. Either a catadioptric system or a reflective system may be used.
Further, for example, for a semiconductor device, a step of designing the function / performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on the design step, a step of manufacturing a wafer from a silicon material, and the projection exposure apparatus (exposure apparatus) of the above-described embodiment Thus, the wafer is manufactured through a step of transferring a reticle pattern to a wafer, a device assembly step (including a dicing process, a bonding process, and a package process), an inspection step, and the like.

また、上記各実施形態では、本発明が走査露光型の投影露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、マスクとウエハとを静止した状態でマスクのパターンをウエハに転写するステッパー等の静止露光型(一括露光型)の投影露光装置にも本発明を適用することができる。また、本発明は、例えば国際公開第99/49504号パンフレットに開示されている液浸型露光装置で投影光学系の収差を計測する場合にも適用することができる。   In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to a scanning exposure type projection exposure apparatus has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the mask pattern is transferred to the wafer while the mask and the wafer are stationary. The present invention can also be applied to a static exposure type (collective exposure type) projection exposure apparatus such as a stepper. The present invention can also be applied to the case where the aberration of the projection optical system is measured by an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, WO 99/49504.

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、及び撮像素子(CCDなど)、有機EL、マイクロマシーン、DNAチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。   Further, the present invention is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, but is used for manufacturing a display including a liquid crystal display element, a plasma display, and the like. An exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate and a thin film magnetic head. The present invention can also be applied to an exposure apparatus for transferring a device pattern used in the above to a ceramic wafer, and an exposure apparatus used for manufacturing an imaging device (CCD, etc.), an organic EL, a micromachine, a DNA chip, and the like. In addition to microdevices such as semiconductor elements, circuits for glass substrates or silicon wafers are used to manufacture masks used in optical exposure equipment, EUV exposure equipment, X-ray exposure equipment, and electron beam exposure equipment. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a pattern.

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Of course, a various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明の露光方法及び装置によれば、投影光学系が露光装置に搭載された状態で、その投影光学系の収差を短時間に高精度に計測することができる。従って、例えばその計測結果に応じてその投影光学系の収差を補正することによって、マスクのパターンを基板上に高精度に転写することができる。   According to the exposure method and apparatus of the present invention, the aberration of the projection optical system can be measured with high accuracy in a short time with the projection optical system mounted on the exposure apparatus. Therefore, for example, by correcting the aberration of the projection optical system according to the measurement result, the mask pattern can be transferred onto the substrate with high accuracy.

本発明の実施形態の一例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。It is the figure which partly cut off showing the schematic structure of the projection exposure apparatus of an example of embodiment of this invention. 図1の投影光学系PLの結像特性制御機構及びウエハステージWSTのZチルトステージを示す一部を切り欠いた図である。FIG. 2 is a partially cutaway view showing an imaging characteristic control mechanism of projection optical system PL of FIG. 1 and a Z tilt stage of wafer stage WST. 図1の投影露光装置に備えられた空間像計測装置の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the aerial image measuring device with which the projection exposure apparatus of FIG. 1 was equipped. (A)は、図3のスリット板90上のスリットの一例を示す図、(B)は、空間像計測の際に得られる光電変換信号の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the slit on the slit board 90 of FIG. 3, (B) is a figure which shows an example of the photoelectric conversion signal obtained in the case of an aerial image measurement. 図3のスリット板90上の実際のスリットの配置を示す拡大平面図である。It is an enlarged plan view which shows arrangement | positioning of the actual slit on the slit board 90 of FIG. レチクルマーク板RFM上のラインマークの配置の一例を示す拡大平面図である。It is an enlarged plan view showing an example of the arrangement of line marks on reticle mark plate RFM. 7次のツェルニケ多項式で表される収差成分の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the aberration component represented by a 7th-order Zernike polynomial. 8次のツェルニケ多項式で表される収差成分の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the aberration component represented by an 8th-order Zernike polynomial. 本発明の実施形態における位相情報の計測点の配置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of arrangement | positioning of the measurement point of phase information in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるラインマークと、その回折パターンと、その投影像とを示す図である。It is a figure which shows the line mark in the embodiment of this invention, its diffraction pattern, and its projection image. 図10のラインマークの投影像の光強度分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the light intensity distribution of the projection image of the line mark of FIG. 本発明の実施形態における位相回復動作の原理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the principle of the phase recovery operation | movement in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における位相回復動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the phase recovery operation | movement in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1A〜1F…ラインマーク、9A〜9F…スリット、12…照明光学系、14…光源、50…主制御装置、51…メモリ、59…空間像計測装置、78…結像特性補正コントローラ、80…信号処理装置、90…スリット板、PL…投影光学系、R…レチクル、RST…レチクルステージ、RFM…レチクルマーク板、W…ウエハ、WST…ウエハステージ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A-1F ... Line mark, 9A-9F ... Slit, 12 ... Illumination optical system, 14 ... Light source, 50 ... Main controller, 51 ... Memory, 59 ... Aerial image measuring device, 78 ... Imaging characteristic correction controller, 80 ... Signal processing device, 90 ... slit plate, PL ... projection optical system, R ... reticle, RST ... reticle stage, RFM ... reticle mark plate, W ... wafer, WST ... wafer stage

Claims (12)

投影光学系の収差を計測する収差計測方法であって、
ラインパターンの像を前記投影光学系を介して投影し、前記ラインパターンの像の幅方向の光強度分布情報を求める第1工程と、
前記第1工程で求められた光強度分布情報から前記投影光学系の瞳面上での前記ラインパターンの像の結像光束の位相分布情報を求める第2工程と、
前記第2工程で求められた位相分布情報に基づいて前記投影光学系の収差を求める第3工程とを有することを特徴とする収差計測方法。
An aberration measurement method for measuring an aberration of a projection optical system,
A first step of projecting a line pattern image through the projection optical system to obtain light intensity distribution information in the width direction of the line pattern image;
A second step of obtaining phase distribution information of the imaged light flux of the image of the line pattern on the pupil plane of the projection optical system from the light intensity distribution information obtained in the first step;
And a third step of obtaining an aberration of the projection optical system based on the phase distribution information obtained in the second step.
前記第1工程は、前記ラインパターンの像とスリット状の開口パターンとを前記ラインパターンの像の幅方向に相対走査しつつ前記開口パターンを通過する光を受光する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の収差計測方法。   The first step includes a step of receiving light passing through the opening pattern while relatively scanning the line pattern image and the slit-shaped opening pattern in the width direction of the line pattern image. The aberration measurement method according to claim 1. 前記第2工程は、
前記第1工程で求められた光強度分布情報から得られる第1像面振幅関数に第1像面位相関数を乗じて得られる関数をフーリエ変換して前記投影光学系の瞳面上の第1振幅関数及び第1位相関数を求める第4工程と、
前記第4工程で求められた前記第1位相関数に前記ラインパターンの像の光強度分布の所定変化に対応する演算を施して第2位相関数を求める第5工程と、
前記第4工程で求められた前記第1振幅関数に前記第5工程で求められた前記第2位相関数を乗じて得られる関数を逆フーリエ変換して前記投影光学系の像面上での第2像面振幅関数及び第2像面位相関数を求める第6工程と、
前記ラインパターンの像の光強度分布に前記所定変化を与えた状態で、前記ラインパターンの像の幅方向の光強度分布情報を求め、該光強度分布情報から第3像面振幅関数を求める第7工程と、
前記第6工程で求められた前記第2像面振幅関数と前記第7工程で求められた前記第3像面振幅関数とが許容範囲内にあるときに、前記第4工程で求められた前記第1位相関数から前記投影光学系の瞳面上での結像光束の位相分布情報を求める第8工程とを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の収差計測方法。
The second step includes
A function obtained by multiplying the first image plane amplitude function by the first image plane amplitude function obtained from the light intensity distribution information obtained in the first step is subjected to Fourier transform, and the first on the pupil plane of the projection optical system. A fourth step of obtaining an amplitude function and a first phase function;
A fifth step of obtaining a second phase function by performing an operation corresponding to a predetermined change in the light intensity distribution of the image of the line pattern on the first phase function obtained in the fourth step;
A function obtained by multiplying the first amplitude function obtained in the fourth step by the second phase function obtained in the fifth step is subjected to inverse Fourier transform to obtain a first on the image plane of the projection optical system. A sixth step of obtaining a two image plane amplitude function and a second image plane phase function;
In the state where the predetermined change is given to the light intensity distribution of the image of the line pattern, light intensity distribution information in the width direction of the image of the line pattern is obtained, and a third image plane amplitude function is obtained from the light intensity distribution information. 7 steps,
When the second image plane amplitude function obtained in the sixth step and the third image plane amplitude function obtained in the seventh step are within an allowable range, the obtained in the fourth step The aberration measurement method according to claim 1, further comprising an eighth step of obtaining phase distribution information of the imaged light beam on the pupil plane of the projection optical system from the first phase function.
前記第1像面位相関数は、予め定められている分布定数であり、
前記第4工程における前記ラインパターンの像の光強度分布の所定変化とは、前記ラインパターンの像のフォーカス位置を変えたときの光強度分布の変化であることを特徴とする請求項3に記載の収差計測方法。
The first image plane phase function is a predetermined distribution constant,
The predetermined change in the light intensity distribution of the line pattern image in the fourth step is a change in the light intensity distribution when the focus position of the line pattern image is changed. Aberration measurement method.
前記第8工程は、前記第2像面振幅関数と前記第3像面振幅関とが前記許容範囲内で合致しているときに、前記投影光学系の瞳面上での結像光束の位相分布情報を求めることを特徴とする請求項3に記載の収差計測方法。   In the eighth step, the phase of the imaging light beam on the pupil plane of the projection optical system when the second image plane amplitude function and the third image plane amplitude function match within the allowable range. The aberration measurement method according to claim 3, wherein distribution information is obtained. 前記第8工程で、前記第2像面振幅関数と前記第3像面振幅関数とが前記許容範囲内で合致していないときに、
前記第7工程で得られた光強度分布情報を前記第1工程で得られた光強度分布情報とみなし、前記第6工程で得られた前記第2像面位相関数を前記第1像面位相関数とみなして、前記第4工程から前記第8工程までを繰り返すことを特徴とする請求項5に記載の収差計測方法。
In the eighth step, when the second image plane amplitude function and the third image plane amplitude function do not match within the allowable range,
The light intensity distribution information obtained in the seventh step is regarded as the light intensity distribution information obtained in the first step, and the second image plane phase function obtained in the sixth step is used as the first image plane phase. The aberration measurement method according to claim 5, wherein the fourth to eighth steps are repeated as a function.
前記第1工程で投影される前記ラインパターンは、互いに異なる方向に配列された6個のラインパターンを含むことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の収差計測方法。   The aberration measurement method according to claim 1, wherein the line pattern projected in the first step includes six line patterns arranged in different directions. 投影光学系の収差を計測する収差計測装置であって、
前記投影光学系の物体面側に配置されたラインパターンと、
前記ラインパターンを照明する照明系と、
前記投影光学系の像面側に配置されて前記ラインパターンの前記投影光学系による像の長手方向と実質的に平行な方向に延びたスリット状の開口パターンと、
前記ラインパターンの前記投影光学系による像と前記開口パターンとを前記ラインパターンの像の幅方向に相対走査する走査機構と、
前記開口パターンを通過した光を受光して、前記ラインパターンの像の光強度分布情報を検出する光電センサと、
前記光電センサで検出される光強度分布情報に基づいて前記投影光学系の瞳面上での前記ラインパターンの像の結像光束の位相分布情報を求める第1演算装置と、
前記第1演算装置で求められる位相分布情報に基づいて前記投影光学系の収差を求める第2演算装置とを備えたことを特徴とする収差計測装置。
An aberration measuring apparatus for measuring the aberration of the projection optical system,
A line pattern disposed on the object plane side of the projection optical system;
An illumination system for illuminating the line pattern;
A slit-like opening pattern disposed on the image plane side of the projection optical system and extending in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the image of the line pattern by the projection optical system;
A scanning mechanism for relatively scanning an image of the line pattern by the projection optical system and the opening pattern in a width direction of the image of the line pattern;
A photoelectric sensor that receives light passing through the aperture pattern and detects light intensity distribution information of the image of the line pattern;
A first arithmetic unit that obtains phase distribution information of an image forming light beam of the image of the line pattern on the pupil plane of the projection optical system based on light intensity distribution information detected by the photoelectric sensor;
An aberration measuring device comprising: a second computing device that obtains aberrations of the projection optical system based on phase distribution information obtained by the first computing device.
前記ラインパターンは、互いに異なる方向に配列された6個のラインパターンを含み、前記開口パターンは、前記6個のラインパターンに対応する6個の開口パターンを含み、
前記ラインパターンの像と前記開口パターンとを前記投影光学系の光軸方向に相対変位させるステージ機構をさらに備えたことを特徴とする請求項8に記載の収差計測装置。
The line pattern includes six line patterns arranged in different directions, and the opening pattern includes six opening patterns corresponding to the six line patterns,
9. The aberration measuring apparatus according to claim 8, further comprising a stage mechanism that relatively displaces the image of the line pattern and the opening pattern in an optical axis direction of the projection optical system.
露光ビームで第1物体を照明し、前記露光ビームで前記第1物体及び投影光学系を介して第2物体を露光する露光方法において、
前記投影光学系の収差を請求項1から7のいずれか1項に記載の収差計測方法で計測することを特徴とする露光方法。
In an exposure method of illuminating a first object with an exposure beam and exposing the second object with the exposure beam via the first object and a projection optical system,
An exposure method, comprising: measuring an aberration of the projection optical system by the aberration measurement method according to claim 1.
前記収差計測方法で計測された収差に応じて前記投影光学系の結像特性を補正することを特徴とする請求項10に記載の露光方法。   The exposure method according to claim 10, wherein the imaging characteristics of the projection optical system are corrected according to the aberration measured by the aberration measurement method. 露光ビームで第1物体を照明し、前記露光ビームで前記第1物体及び投影光学系を介して第2物体を露光する露光装置において、
前記投影光学系の収差を計測するために、請求項8又は9に記載の収差計測装置を備えたことを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that illuminates a first object with an exposure beam and exposes the second object with the exposure beam via the first object and a projection optical system,
An exposure apparatus comprising the aberration measuring apparatus according to claim 8 or 9 for measuring aberrations of the projection optical system.
JP2005004590A 2005-01-11 2005-01-11 Method and apparatus of measuring aberration and of exposure Withdrawn JP2006196555A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005004590A JP2006196555A (en) 2005-01-11 2005-01-11 Method and apparatus of measuring aberration and of exposure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005004590A JP2006196555A (en) 2005-01-11 2005-01-11 Method and apparatus of measuring aberration and of exposure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006196555A true JP2006196555A (en) 2006-07-27

Family

ID=36802407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005004590A Withdrawn JP2006196555A (en) 2005-01-11 2005-01-11 Method and apparatus of measuring aberration and of exposure

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006196555A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009010130A (en) * 2007-06-27 2009-01-15 Canon Inc Exposing apparatus, and method of manufacturing device
WO2009017694A2 (en) * 2007-07-26 2009-02-05 General Dynamics Advanced Information Systems, Inc. Optical spatial heterodyne fourier transform interferometer
JP2009182253A (en) * 2008-01-31 2009-08-13 Canon Inc Exposure apparatus and device manufacturing method
JP2009204823A (en) * 2008-02-27 2009-09-10 Toshiba Corp Simulation method and program for simulation
US8230369B2 (en) 2008-02-27 2012-07-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Simulation method and simulation program
JP2015142036A (en) * 2014-01-29 2015-08-03 株式会社オーク製作所 Exposure device and exposure method
JP2019020747A (en) * 2006-08-31 2019-02-07 株式会社ニコン Exposure device, exposure method, and device manufacturing method
JP2022503797A (en) * 2018-09-25 2022-01-12 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー Support for optical elements

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019020747A (en) * 2006-08-31 2019-02-07 株式会社ニコン Exposure device, exposure method, and device manufacturing method
JP2009010130A (en) * 2007-06-27 2009-01-15 Canon Inc Exposing apparatus, and method of manufacturing device
WO2009017694A2 (en) * 2007-07-26 2009-02-05 General Dynamics Advanced Information Systems, Inc. Optical spatial heterodyne fourier transform interferometer
WO2009017694A3 (en) * 2007-07-26 2009-03-26 Gen Dynamics Advanced Inf Sys Optical spatial heterodyne fourier transform interferometer
US7924430B2 (en) 2007-07-26 2011-04-12 General Dynamics Advanced Information Systems Optical heterodyne fourier transform interferometer
JP2009182253A (en) * 2008-01-31 2009-08-13 Canon Inc Exposure apparatus and device manufacturing method
JP2009204823A (en) * 2008-02-27 2009-09-10 Toshiba Corp Simulation method and program for simulation
US8230369B2 (en) 2008-02-27 2012-07-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Simulation method and simulation program
JP2015142036A (en) * 2014-01-29 2015-08-03 株式会社オーク製作所 Exposure device and exposure method
JP2022503797A (en) * 2018-09-25 2022-01-12 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー Support for optical elements
JP7288046B2 (en) 2018-09-25 2023-06-06 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー Support for optics

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4753009B2 (en) Measuring method, exposure method, and exposure apparatus
JP4352458B2 (en) Projection optical system adjustment method, prediction method, evaluation method, adjustment method, exposure method and exposure apparatus, exposure apparatus manufacturing method, program, and device manufacturing method
JP4817702B2 (en) Optical apparatus and exposure apparatus provided with the same
US20020177054A1 (en) Exposure method and apparatus
JP2002246309A (en) Lithographic system, method of manufacturing device, and device manufactured by the method
JP2008244494A (en) Method of adjusting focusing characteristics, exposure method and exposure device, program, information recording medium, method of manufacturing device, and manufacturing method
JP2006196555A (en) Method and apparatus of measuring aberration and of exposure
US20100302523A1 (en) Method and apparatus for measuring wavefront, and exposure method and apparatus
US8343693B2 (en) Focus test mask, focus measurement method, exposure method and exposure apparatus
KR20090040228A (en) Exposure apparatus and method of manufacturing device
JP2005311020A (en) Exposure method and method of manufacturing device
US7295326B2 (en) Apparatus and method for measuring the optical performance of an optical element
JP2006245145A (en) Optical characteristic measuring method and apparatus, and exposure method and apparatus
JP2002324752A (en) Projection optical system manufacturing method and adjusting method, aligner, manufacturing method thereof, device manufacturing method and computer system
JP3762323B2 (en) Exposure equipment
JP2009152251A (en) Exposure device, exposure method, and method for manufacturing device
JP2008186912A (en) Method for evaluating aberration, adjusting method, exposure device, exposure method and manufacturing method for device
JPWO2004059710A1 (en) Aberration measuring method, exposure method, and exposure apparatus
JP4793683B2 (en) Calculation method, adjustment method, exposure method, image forming state adjustment system, and exposure apparatus
JP5668999B2 (en) Exposure method, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2006019691A (en) Aberration measuring method and apparatus, exposure method and apparatus, and mask
JP2006279028A (en) Method and device for measuring aberration, method and device for exposure and method of adjusting projection optical system
JP2002319539A (en) Specification deciding method and computer system
JP2008021830A (en) Measuring method and apparatus, and exposure method and apparatus
JP2004128149A (en) Aberration measuring method, exposure method and aligner

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20080401