JP2008153675A - Optical performance measuring method of projection optical system - Google Patents

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Osamu Konouchi
修 此内
Eiichi Murakami
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  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical performance measuring method of a projection optical system, by which the optical performance of the projection optical system can be measured on its main body. <P>SOLUTION: The method for measuring the optical performance of the projection optical system measures the optical performance of the projection optical system with an interferometer mounted on an exposure apparatus, wherein the exposure apparatus includes: an illumination system for illuminating a first object with an exposure light from an exposure light source; and the projection optical system for projecting a pattern of the first object onto a second object. The method includes steps of: generating a reference light based on the exposure light passed through the projection optical system from the exposure light source; and observing interference fringes formed by making the exposure light that has passed through the reference light and the projection optical system interfere with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は投影光学系の光学性能測定方法に関し、例えばICやLSI等の半導体デバイスやCCD等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する際に、マスクやレチクル(以下「レチクル」と総称する)面上の電子回路パターンをウエハー面上に投影光学系を介して投影露光又は走査露光し、高集積度のデバイスを得るリソグラフィー工程で用いる投影露光装置に好適なものである。   The present invention relates to a method for measuring optical performance of a projection optical system. For example, when manufacturing a semiconductor device such as an IC or LSI, an imaging device such as a CCD, a display device such as a liquid crystal panel, or a device such as a magnetic head, a mask or reticle ( Suitable for a projection exposure apparatus used in a lithography process to obtain a highly integrated device by projecting or scanning exposure of an electronic circuit pattern on a surface via a projection optical system onto a wafer surface (hereinafter collectively referred to as “reticle”) It is.

従来より、半導体デバイスや液晶パネル等のデバイスをフォトリソグラフィー技術を用いて製造する際には、レチクル面上のパターンを投影光学系を介してフォトレジスト等が塗布されたウエハー又はガラスプレート等の感光基板上に露光転写している。   Conventionally, when a device such as a semiconductor device or a liquid crystal panel is manufactured using a photolithography technique, a pattern on a reticle surface is exposed to a photosensitive material such as a wafer or a glass plate coated with a photoresist or the like via a projection optical system. Exposure transfer on the substrate.

近年IC,LSI等のデバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半導体ウエハーの微細加工技術の進展も著しい。この微細加工技術の中心をなす投影露光装置として、円弧状の露光領域を持つ等倍のミラー光学系に対してマスクと感光基板を走査しながら露光する等倍投影露光装置(ミラープロジェクションアライナー)やマスクのパターン像を屈折光学系により感光基板上に形成し、感光基板をステップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置(ステッパー)等がある。   In recent years, higher integration of devices such as ICs and LSIs has been accelerated, and the progress of microfabrication technology of semiconductor wafers accompanying this has been remarkable. As a projection exposure apparatus that forms the center of this microfabrication technology, an equal magnification projection exposure apparatus (mirror projection aligner) that performs exposure while scanning a mask and a photosensitive substrate with respect to an equal magnification mirror optical system having an arc-shaped exposure area, There is a reduction projection exposure apparatus (stepper) that forms a pattern image of a mask on a photosensitive substrate by a refractive optical system and exposes the photosensitive substrate by a step-and-repeat method.

最近では、投影露光装置に搭載される投影光学系の高解像力化が進み、それに伴い投影光学系の収差補正にも厳しい要求がなされている。そのため露光装置本体に投影光学系を搭載した後に投影光学系の光学性能を測定し検査することが不可欠となっている。   Recently, as the resolution of a projection optical system mounted on a projection exposure apparatus has been increased, strict demands have also been made for aberration correction of the projection optical system. Therefore, it is indispensable to measure and inspect the optical performance of the projection optical system after the projection optical system is mounted on the exposure apparatus body.

そのために、従来より露光装置本体上での投影光学系の性能、特に収差に関する検査はレチクル上の光透過部に複数の遮光パターン(ラインアンドスペース等)を設け、ウエハーにこのパターンを実際に焼き付け、そのレジスト像を電子顕微鏡等を用いて観察し検査することによりなされている。   For this reason, conventionally, in order to inspect the performance of the projection optical system on the main body of the exposure apparatus, particularly aberrations, a plurality of light-shielding patterns (line and space, etc.) are provided on the light transmitting portion on the reticle, and this pattern is actually printed on the wafer. The resist image is observed and examined using an electron microscope or the like.

投影光学系の光学性能を検査する方法として、ウエハー上に焼き付けられたレジスト像を電子顕微鏡を用いて観察して検査する方法は、露光工程、現像工程等の煩雑な作業を経た後にレジスト像を得るために検査が複雑になり、その結果、検査全体として長時間を必要とするという問題があった。   As a method of inspecting the optical performance of the projection optical system, a method of inspecting and inspecting a resist image baked on a wafer using an electron microscope is a method for inspecting a resist image after performing complicated operations such as an exposure process and a development process. In order to obtain the inspection, the inspection becomes complicated, and as a result, the entire inspection requires a long time.

又、レジスト像の検査には高精度な計測装置が必要であり、現存する装置としては走査型電子顕微鏡(SEM)のみである。しかし、SEMの測定制度は電子光学系の光軸合わせ精度、内部の真空度等によって変化し、作業者の個人差や装置の状態等により測定値に差が生じるという問題があった。   In addition, a high-precision measuring device is necessary for the inspection of the resist image, and the only existing device is a scanning electron microscope (SEM). However, there is a problem that the measurement system of the SEM changes depending on the optical axis alignment accuracy of the electron optical system, the degree of internal vacuum, etc., and there is a difference in measurement values due to individual differences among workers and the state of the apparatus.

加えて、ウエハー上に形成したレジスト像の検査を行うため、レジスト工程(塗布や現像)に誤差が生じた場合には検査精度が悪く、特に検査の再現性が悪いという問題があった。更に、実際のデバイスの焼付けに使用される照明条件毎に焼付けを行う必要があるため、やはり検査に大きな労力を要するという問題があった。   In addition, since the resist image formed on the wafer is inspected, if there is an error in the resist process (coating or developing), the inspection accuracy is poor, and particularly the inspection reproducibility is poor. Furthermore, since it is necessary to perform baking for each illumination condition used for actual device baking, there is still a problem that a large amount of labor is required for inspection.

又、近年ではますます進むデバイスの微細化傾向に伴い、投影光学系には一層の光学性能を維持することが要求されつつある。例えば輸送時の投影光学系の光学性能の微妙な変化を設置時に測定し、光学性能が最良となるように設置後に再調整をする必要も生じている。   In recent years, with the progress of device miniaturization, projection optical systems are required to maintain higher optical performance. For example, a slight change in the optical performance of the projection optical system during transportation is measured at the time of installation, and it is necessary to readjust after the installation so that the optical performance is optimal.

一方では、照明条件の変化に伴う投影光学系の光学性能の変化を極力低減させる必要も生じつつある。そのために、露光装置本体上で様々な照明条件のもとでの投影光学系の性能を短時間で簡便に測定する必要が生じつつある。   On the other hand, it is becoming necessary to reduce the change in the optical performance of the projection optical system due to the change in the illumination conditions as much as possible. Therefore, it is becoming necessary to easily measure the performance of the projection optical system under various illumination conditions on the exposure apparatus body in a short time.

又、実際の露光工程では露光とともに投影光学系が照明系により暖められ、像性能が変化してしまうという問題が生じている。この場合、露光装置上では投影光学系の波面収差測定や像評価を行う手段は無く、又調整する手段も無いため、装置の動作を止める等の処理しかできないのが現状である。   Further, in the actual exposure process, there is a problem that the projection optical system is warmed by the illumination system together with the exposure, and the image performance is changed. In this case, since there is no means for performing wavefront aberration measurement and image evaluation of the projection optical system and no means for adjustment on the exposure apparatus, only the processing such as stopping the operation of the apparatus can be performed at present.

請求項1の発明の投影光学系の光学性能測定方法は、露光光源からの露光光で第1物体を照明する照明系と前記第1物体のパターンを第2物体上に投影する投影光学系とを備える露光装置の、前記投影光学系の光学性能を前記露光装置に搭載された干渉計で測定する投影光学系の光学性能測定方法において、
前記投影光学系を通過した前記露光光源からの露光光から参照光を生成し、該参照光と前記投影光学系を通過した前記露光光とを干渉させることにより形成された干渉縞を、観察するステップを有することを特徴としている。
An optical performance measurement method for a projection optical system according to a first aspect of the present invention includes an illumination system that illuminates a first object with exposure light from an exposure light source, and a projection optical system that projects a pattern of the first object onto a second object. In an optical performance measurement method for a projection optical system, the optical performance of the projection optical system is measured with an interferometer mounted on the exposure apparatus.
Observing interference fringes formed by generating reference light from exposure light from the exposure light source that has passed through the projection optical system and causing the reference light to interfere with the exposure light that has passed through the projection optical system It is characterized by having steps.

本発明によれば、投影光学系の光学性能を本体上で測定することができる投影光学系の光学性能測定方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical performance measuring method of the projection optical system which can measure the optical performance of a projection optical system on a main body can be provided.

図1は本発明の投影光学系の光学性能測定方法で用いる干渉計を搭載した投影露光装置の実施形態1の要部概略図である。本実施形態の投影露光装置は通常のステッパー又は走査型(スキャンタイプ)のステッパー(投影露光装置)に適用した場合を示している。   FIG. 1 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 1 of a projection exposure apparatus equipped with an interferometer used in the optical performance measurement method for a projection optical system of the present invention. The projection exposure apparatus according to this embodiment is applied to a normal stepper or a scanning type (scan type) stepper (projection exposure apparatus).

図1において、例えばエキシマレーザー(ArFエキシマレーザー,KrFエキシマレーザー)等の露光光源1から出射した光束はビーム整形光学系2により光軸に対して対称なビーム形状に変換し、光路切換ミラー3に導光している。光路切換ミラー3は通常の露光時は光路外に配置されている。ビーム整形光学系2を出射した光束はインコヒーレント化ユニット4へ入射し、可干渉性を低下させた後に照明光学系5を透過し、レチクル(第1物体)面15を照明する。各要素2,4,5は照明系の一要素を構成している。16は投影レンズであり、レチクル面15上のパターンをウエハー(第2物体)面17に投影している。   In FIG. 1, for example, a light beam emitted from an exposure light source 1 such as an excimer laser (ArF excimer laser, KrF excimer laser) is converted into a beam shape symmetric with respect to the optical axis by a beam shaping optical system 2, and is transmitted to an optical path switching mirror 3. It is guiding light. The optical path switching mirror 3 is disposed outside the optical path during normal exposure. The light beam emitted from the beam shaping optical system 2 enters the incoherent unit 4, reduces coherence, passes through the illumination optical system 5, and illuminates the reticle (first object) surface 15. Each element 2, 4, 5 constitutes one element of the illumination system. A projection lens 16 projects a pattern on the reticle surface 15 onto a wafer (second object) surface 17.

次に本実施形態の干渉計の構成について説明する。   Next, the configuration of the interferometer of this embodiment will be described.

光路切換ミラー3は露光時以外に光路中に配置されている。ビーム整形光学系2からの露光光束は光路切換ミラー3により反射され、引き回し光学系6へと導かれ、レチクル面15の近傍に配置された干渉計29付近へと導光される。ここで引き回し光学系6は、通常複数枚の反射ミラーで構成されるがファイバーを用いて導光しても良い。その際は、偏波面保存ファイバーであることが好ましい。引き回し光学系6から出射した光束は集光レンズ7により一点に集められる。ここで、集光レンズ7の焦点近傍にはピンホール8が配置されている。ピンホール8を通過した光束は、コリメーターレンズ9により平行光へと変換される。ここでピンホール8の径はコリメーターレンズ9の開口数によって決まるエアリーディスクと同程度に設定されている。この結果、ピンホール8から射出した光束はほぼ理想的な球面波となっている。又、コリメーターレンズ9はほぼ無収差に設計製作されている。従って、コリメーターレンズ9からの光束はほぼ理想的な平面波となって出射する。コリメーターレンズ9からの平行光はハーフミラー10により反射され、XYZステージ13上に配置された平面ミラー11,コリメーターレンズ12へと導かれる。   The optical path switching mirror 3 is disposed in the optical path other than during exposure. The exposure light beam from the beam shaping optical system 2 is reflected by the optical path switching mirror 3, guided to the routing optical system 6, and guided to the vicinity of the interferometer 29 disposed in the vicinity of the reticle surface 15. Here, the routing optical system 6 is normally composed of a plurality of reflecting mirrors, but may be guided using a fiber. In that case, a polarization plane preserving fiber is preferable. The light beam emitted from the drawing optical system 6 is collected at one point by the condenser lens 7. Here, a pinhole 8 is disposed in the vicinity of the focal point of the condenser lens 7. The light beam that has passed through the pinhole 8 is converted into parallel light by the collimator lens 9. Here, the diameter of the pinhole 8 is set to be about the same as the Airy disk determined by the numerical aperture of the collimator lens 9. As a result, the light beam emitted from the pinhole 8 is an almost ideal spherical wave. The collimator lens 9 is designed and manufactured with almost no aberration. Therefore, the light beam from the collimator lens 9 is emitted as an almost ideal plane wave. The parallel light from the collimator lens 9 is reflected by the half mirror 10 and guided to the plane mirror 11 and the collimator lens 12 disposed on the XYZ stage 13.

コリメーターレンズ12への光束の経路に関して図2を用いて詳細に説明する。ハーフミラー10により反射された光束206は、固定ミラー204によりy軸方向に折り曲げられ、その後、yステージ201上に配置されたミラー205によりx軸方向に反射される。更にxステージ202上に配置されたミラー11によりz軸方向へ向きを変え、zステージ203上に配置されたコリメーターレンズ12により図1におけるレチクル面15に集光される。以上説明した経路をたどり、XYZステージ13を移動させることによりハーフミラー10から反射された光束をレチクル15面上の任意の点に集光することを可能としている。ここでXYZステージ13を移動させてコリメーターレンズ12が光路中より挿脱するようにしている。レチクル面15に集光された光束は投影レンズ16によりウエハー面17上に再結像される。   The path of the light beam to the collimator lens 12 will be described in detail with reference to FIG. The light beam 206 reflected by the half mirror 10 is bent in the y-axis direction by the fixed mirror 204 and then reflected in the x-axis direction by the mirror 205 disposed on the y stage 201. Further, the direction is changed in the z-axis direction by the mirror 11 arranged on the x stage 202, and the light is condensed on the reticle surface 15 in FIG. 1 by the collimator lens 12 arranged on the z stage 203. By following the path described above and moving the XYZ stage 13, the light beam reflected from the half mirror 10 can be condensed at an arbitrary point on the surface of the reticle 15. Here, the XYZ stage 13 is moved so that the collimator lens 12 is inserted and removed from the optical path. The light beam condensed on the reticle surface 15 is re-imaged on the wafer surface 17 by the projection lens 16.

ここで、ウエハーステージ(XYZステージ)19の上、或いは内部には反射手段としての球面ミラー20が配置されている。ここで球面ミラー20の曲率中心はウエハー面17上とほぼ一致している。投影レンズ16からの光束は球面ミラー20によって反射され、ほぼ同一光路をたどって投影レンズ16、コリメーターレンズ12、ミラー11,205,204と逆進して、干渉計のハーフミラー10に再び戻り透過し、ハーフミラー21に入射する。   Here, on the wafer stage (XYZ stage) 19 or inside, a spherical mirror 20 is disposed as a reflecting means. Here, the center of curvature of the spherical mirror 20 substantially coincides with that on the wafer surface 17. The light beam from the projection lens 16 is reflected by the spherical mirror 20, travels substantially the same optical path, travels backward to the projection lens 16, the collimator lens 12, and the mirrors 11, 205, 204, and returns to the interferometer half mirror 10 again. The light passes through and enters the half mirror 21.

尚、球面ミラー20は平面ミラーでも良い。このときの平面ミラーはウエハー面17とほぼ一致させる。又、投影レンズ16の結像位置に平面ミラーを駆動させ、光束を頂点反射させるようにしても良い。   The spherical mirror 20 may be a plane mirror. The plane mirror at this time is made to substantially coincide with the wafer surface 17. Alternatively, the plane mirror may be driven to the image forming position of the projection lens 16 to reflect the light beam at the vertex.

実施形態1における干渉計29はラジアルシェアー型となっている。露光装置に搭載されている露光光源の光は、その可干渉距離が短く、干渉計測を行うには参照光束と被検光束の光路長を一致させる必要がある。例えば、光源1がエキシマレーザーの場合で数十mm、又、i線ステッパー等の光源からの光束は干渉フィルターによりスペクトル幅が数nm程度となっているので、可干渉距離は数十μmとなる。従って、干渉計29内部で参照光と被検光の光路長差を前述した干渉距離以下に合わせている。   The interferometer 29 in the first embodiment is a radial share type. The light of the exposure light source mounted on the exposure apparatus has a short coherence distance, and the optical path lengths of the reference light beam and the test light beam must be matched to perform interference measurement. For example, when the light source 1 is an excimer laser, the beam width from the light source such as an i-line stepper is about several nanometers by the interference filter, so that the coherence distance is several tens of μm. . Therefore, the optical path length difference between the reference light and the test light is adjusted within the interferometer 29 to be equal to or less than the above-described interference distance.

次に、干渉計29の内部に関して詳述する。まず、ハーフミラー21によりほぼ強度が1:1となるように透過光と反射光に分割される。反射光束はミラー22で反射後にビームエクスパンダー23により中心部が拡大される。例えば、ビームエクスパンダー23の倍率としては通常10倍以上が用いられる。ビームエクスパンダー23によって中心部が拡大された光束はハーフミラー24を透過し、参照光束としてレンズ27で集光されCCDカメラ28面に入射する。   Next, the inside of the interferometer 29 will be described in detail. First, the half mirror 21 divides the light into transmitted light and reflected light so that the intensity is approximately 1: 1. The reflected light beam is reflected by the mirror 22, and the central portion is expanded by the beam expander 23. For example, the magnification of the beam expander 23 is usually 10 times or more. The light beam whose center is enlarged by the beam expander 23 passes through the half mirror 24, is collected by the lens 27 as a reference light beam, and enters the surface of the CCD camera 28.

一方、ハーフミラー21からの透過光束はミラー25で反射され、更にハーフミラー24により反射され、レンズ27で集光され、CCDカメラ28面に入射し、先の中心部が拡大された参照光束と重なり干渉縞が形成される。ここで観察される干渉縞は、参照光束がビームエクスパンダー23により被検光束の中心部が拡大されているため、ほぼ理想波面とみなせるため被検レンズ(投影レンズ)16と途中光学系(コリメーターレンズ12,球面ミラー20,ミラー等)のもつ波面収差及び形状誤差の和の情報を含んでいる。従って、途中光学系の波面収差及び形状誤差等を事前に別の干渉計で測定しておくか、或いは、所謂システムエラー測定法(集光レンズ12の下に球面ミラー20を配置し、0度,180度及び頂点反射の3つの状態で波面収差を測定し、球面ミラー20とその他の光学系の波面収差を演算により求める方法)により求めておき、前述の投影レンズ16を介して測定された波面収差から減算している。   On the other hand, the transmitted light beam from the half mirror 21 is reflected by the mirror 25, further reflected by the half mirror 24, collected by the lens 27, and incident on the surface of the CCD camera 28. Overlapping interference fringes are formed. The interference fringes observed here are that the central part of the test light beam is magnified by the beam expander 23, so that the reference light beam can be regarded as an ideal wavefront, and therefore the test lens (projection lens) 16 and the intermediate optical system (collimation). Information on the sum of wavefront aberration and shape error of the meter lens 12, spherical mirror 20, mirror, etc.). Accordingly, the wavefront aberration and the shape error of the intermediate optical system are measured in advance with another interferometer, or the so-called system error measuring method (the spherical mirror 20 is arranged under the condenser lens 12 and 0 degrees , 180 degrees and vertex reflection, wavefront aberration is measured, and the wavefront aberration of the spherical mirror 20 and other optical system is obtained by calculation) and measured through the projection lens 16 described above. Subtracted from wavefront aberration.

又、波面収差を正確に測定するためには所謂フリンジスキャン法を用いれば良い。フリンジスキャン法で必要な位相の変調は、例えばPZT素子26によりミラー25を波長程度移動させることにより被検光の被検光路の光路長を変化させれば良い。或いは参照光路側のミラー22を移動させても良い。   In order to accurately measure the wavefront aberration, a so-called fringe scan method may be used. The modulation of the phase required in the fringe scanning method may be performed by changing the optical path length of the test light path of the test light, for example, by moving the mirror 25 by the wavelength by the PZT element 26. Alternatively, the mirror 22 on the reference light path side may be moved.

干渉縞の縞処理方法として、所謂電子モアレ法を用いても良い。この場合は、PZT素子26を必要とせず、例えばミラー25を傾けることにより、所謂キャリアー縞を発生させれば良い。   A so-called electronic moire method may be used as a fringe processing method for interference fringes. In this case, the PZT element 26 is not required, and so-called carrier stripes may be generated by tilting the mirror 25, for example.

本実施形態では、この光学性能測定方法で測定された投影レンズ16の波面収差から投影レンズ16内の所定のレンズを光軸方向又は光軸と直交する方向又は傾き方向に駆動することにより、例えば球面収差、コマ収差、アス等の補正を行っている。   In this embodiment, by driving a predetermined lens in the projection lens 16 in the optical axis direction, the direction orthogonal to the optical axis, or the tilt direction from the wavefront aberration of the projection lens 16 measured by this optical performance measurement method, for example, Correction of spherical aberration, coma aberration, astigmatism, etc. is performed.

図3は本発明の実施形態2に係る干渉計302の要部概略図である。   FIG. 3 is a schematic diagram of a main part of an interferometer 302 according to Embodiment 2 of the present invention.

本実施形態は図1における干渉計29をマッハツェンダー型のラテラルシェアー干渉計302としたものである。ハーフミラー21を透過した光束のみを微少量傾けた平行平面板301へ透過させ、光束を横ずらしする。そしてミラー25で反射させハーフミラー24に入射させている。一方、横ずらししていないハーフミラー21を反射した光束をミラー22で反射させ、ハーフミラー24に入射させ、先の横ずらしした光束と干渉させ、干渉縞をCCDカメラ28により観察する。観察された干渉縞は、投影レンズ16とその他の光学系の和の波面収差の微分値である。従って、これを積分後に実施形態1と同様にシステムエラー分の波面収差を減算すれば投影光学系(投影レンズ)16のみの波面収差を得ることができる。ハーフミラー21の透過側、又は反射側のどちらか一方で光路長を合わせれば可干渉距離の短いExレーザ、スペクトル幅数nmのi線等でも十分干渉計測が可能となる。   In this embodiment, the interferometer 29 in FIG. 1 is a Mach-Zehnder type lateral shear interferometer 302. Only the light beam transmitted through the half mirror 21 is transmitted to the plane parallel plate 301 inclined slightly, and the light beam is shifted laterally. Then, the light is reflected by the mirror 25 and is incident on the half mirror 24. On the other hand, the light beam reflected by the half mirror 21 that has not been laterally shifted is reflected by the mirror 22, is incident on the half mirror 24, is caused to interfere with the previously laterally shifted light beam, and the interference fringes are observed by the CCD camera 28. The observed interference fringes are differential values of the sum of wavefront aberrations of the projection lens 16 and other optical systems. Therefore, if this is integrated and the wavefront aberration corresponding to the system error is subtracted as in the first embodiment, the wavefront aberration of only the projection optical system (projection lens) 16 can be obtained. If the optical path length is adjusted on either the transmission side or the reflection side of the half mirror 21, interference measurement can be sufficiently performed even with an Ex laser with a short coherence distance, i-line with a spectral width of several nm, or the like.

図4は本発明の実施形態3に係る干渉計の一部分の説明図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining a part of the interferometer according to the third embodiment of the present invention.

本実施形態における干渉計もラテラルシェアー型の干渉計が構成されている。平行平面板401へ図1におけるハーフミラー10を透過した光束を斜め入射させている。そして平行平面板401の表裏面からの反射光束を干渉させている。表裏面からの光束は進行方向に対して横方向にシフトしているので、実施形態2と同様に観察される干渉縞は投影レンズ16とその他の光学系の和の波面収差の微分値である。従って、同様に積分してシステムエラー分の波面収差を減算して投影レンズ16のみの波面収差を得ている。   The interferometer in this embodiment is also a lateral shear type interferometer. A light beam transmitted through the half mirror 10 in FIG. The reflected light beams from the front and back surfaces of the plane parallel plate 401 are made to interfere. Since the light beams from the front and back surfaces are shifted laterally with respect to the traveling direction, the interference fringes observed as in the second embodiment are the differential values of the wavefront aberration of the sum of the projection lens 16 and other optical systems. . Therefore, the wavefront aberration of only the projection lens 16 is obtained by similarly integrating and subtracting the wavefront aberration corresponding to the system error.

本実施形態の構成ではCCDカメラ面28まで被検光路と参照光路が同じ共通光路となり、きわめて安定した測定が可能となる。参照光と被検光の光路長差が平行平面板401の肉厚の約2倍相当発生するため、可干渉距離が数cm程度であるエキシマレーザを光源としている場合に有効である。   In the configuration of the present embodiment, the test optical path and the reference optical path are the same common optical path up to the CCD camera surface 28, and extremely stable measurement is possible. Since the optical path length difference between the reference light and the test light is equivalent to about twice the thickness of the parallel flat plate 401, it is effective when an excimer laser having a coherence distance of about several centimeters is used as the light source.

図5は本発明の実施形態4に係る干渉計の要部概略図である。   FIG. 5 is a schematic diagram of a main part of an interferometer according to Embodiment 4 of the present invention.

本実施形態は図1における干渉計29を変形トワイマングリーン型干渉計501としたものである。ハーフミラー21を透過した光束はコリメーターレンズ504により空間フィルター505上に集光され、空間フィルター505を透過後に空間フィルター505のピンホールに曲率中心を有する球面ミラー506により反射されて再度空間フィルター505上に集光し透過する。空間フィルター505のピンホール径はコリメーターレンズ504の開口数で決まるエアリーディスク相当に設定されている。その結果、コリメーターレンズ504からの再出射光は殆ど無収差の平面波となりハーフミラー21により反射され、参照波としている(厳密には、コリメーターレンズ504からの出射波面にはコリメーターレンズ504の透過波面収差が含まれている)。   In the present embodiment, the interferometer 29 in FIG. 1 is a modified Twiman Green interferometer 501. The light beam that has passed through the half mirror 21 is collected on the spatial filter 505 by the collimator lens 504, and after passing through the spatial filter 505, is reflected by the spherical mirror 506 having the center of curvature in the pinhole of the spatial filter 505 and again. Condensed and transmitted above. The pinhole diameter of the spatial filter 505 is set to be equivalent to an Airy disk determined by the numerical aperture of the collimator lens 504. As a result, the re-emitted light from the collimator lens 504 becomes an almost aberration-free plane wave and is reflected by the half mirror 21 to be used as a reference wave (strictly speaking, the output wave surface from the collimator lens 504 has a collimator lens 504 with a wave front. Transmitted wavefront aberration is included).

一方、ハーフミラー21により反射された光束は、平面ミラー502により反射され、ハーフミラー21を透過して被検波となり参照波と干渉し、結像レンズ507によりカメラ508上に干渉縞が結像し観察される。   On the other hand, the light beam reflected by the half mirror 21 is reflected by the plane mirror 502, passes through the half mirror 21, becomes a test wave, interferes with the reference wave, and forms an interference fringe on the camera 508 by the imaging lens 507. Observed.

この時、実施形態1と同様に平面ミラー502はPZT素子503により波長程度の移動が行われ、所謂フリンジスキャン法による縞処理が施される。ここで、縞処理法としては実施形態1でも述べたように電子モアレ法を用いても構わない。この場合は、平面ミラー502を予め傾けておきキャリアー縞を発生させれば良い。   At this time, as in the first embodiment, the plane mirror 502 is moved by about the wavelength by the PZT element 503 and subjected to fringe processing by a so-called fringe scan method. Here, as described in the first embodiment, the electronic moire method may be used as the fringe processing method. In this case, the plane mirror 502 may be tilted in advance to generate carrier stripes.

図6は本発明の実施形態5の要部概略図である。   FIG. 6 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 5 of the present invention.

前述した各実施形態においては干渉計をレチクル(第1物体)側で構成していたが、本実施形態においてはウエハーステージ(第2物体)側に干渉計を構成し、レチクル14側に球面ミラー605を配置したものである。   In each of the embodiments described above, the interferometer is configured on the reticle (first object) side. However, in the present embodiment, the interferometer is configured on the wafer stage (second object) side, and the spherical mirror is positioned on the reticle 14 side. 605 is arranged.

本実施形態の場合は、光路切換ミラー601により波面計測時に露光光源1からの光をビーム整形光学系を介し引き回し光学系602へ導き、干渉計29へと導光している。測定光路は図1の光路と逆になっているだけであり、基本的には同様である。干渉計29としては実施形態1と同タイプのラジアルシェアー型干渉計29を使っているが図3,図4,図5に示すようなラテラルシェアー型、トワイマングリーン型を使っても良い。   In the case of this embodiment, the light from the exposure light source 1 is routed through the beam shaping optical system to the optical system 602 and guided to the interferometer 29 by the optical path switching mirror 601 during wavefront measurement. The measurement optical path is simply the reverse of the optical path in FIG. 1, and is basically the same. As the interferometer 29, the radial shear type interferometer 29 of the same type as in the first embodiment is used, but a lateral shear type or a Twiman Green type as shown in FIGS. 3, 4 and 5 may be used.

本実施形態のように干渉計29をウエハーステージ側に配置することにより、照明光学系5から遠ざけることが可能となり、熱の影響を受けにくくなり、より安定した干渉計測が可能となる。又、コリメーターレンズ604のNAが球面ミラー605のNAよりも大きくなるので所謂システムエラー測定法でのシステムエラー測定時に球面ミラー605の全面の形状(システムエラー)を求めることができるようになる(レチクル側に干渉計を配置した場合は球面ミラーの形状は実際に使う1部のNAしか求めることができない)。   By disposing the interferometer 29 on the wafer stage side as in the present embodiment, it is possible to move away from the illumination optical system 5, and it is less susceptible to heat, and more stable interference measurement is possible. Further, since the NA of the collimator lens 604 is larger than the NA of the spherical mirror 605, the shape (system error) of the entire surface of the spherical mirror 605 can be obtained at the time of system error measurement by the so-called system error measurement method. When the interferometer is arranged on the reticle side, the shape of the spherical mirror can be obtained only for one part of NA actually used).

図7は本発明の実施形態6の要部概略図である。   FIG. 7 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 6 of the present invention.

本実施形態は光源1からの光束をビーム整形光学系2、光路切換ミラー601、引き回し光学系602、ミラー701,603を介して集光レンズ604でウエハーステージ側に導き、ウエハー面17上に集光させている。そしてウエハー面17からの光束は投影光学系16によりレチクル面15に結像し、そこからの光束をレチクル側に配置した図1で示すのと同様の干渉計29により波面収差の計測を行っている。本実施形態では投影光学系16中を一度通過した光束を干渉計に導光するシングルパスでの干渉計を構成している。   In this embodiment, the light beam from the light source 1 is guided to the wafer stage side by the condenser lens 604 via the beam shaping optical system 2, the optical path switching mirror 601, the drawing optical system 602, and the mirrors 701 and 603, and collected on the wafer surface 17. I am making it light. Then, the light beam from the wafer surface 17 is imaged on the reticle surface 15 by the projection optical system 16, and the wavefront aberration is measured by the interferometer 29 similar to that shown in FIG. 1 in which the light beam therefrom is arranged on the reticle side. Yes. In the present embodiment, a single-pass interferometer is configured to guide the light beam that has once passed through the projection optical system 16 to the interferometer.

図8は本発明の実施形態7の要部概略図である。   FIG. 8 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 7 of the present invention.

本実施形態は露光光源1からの光束をビーム整形光学系2、切換ミラー5、引き回し光学系6、ミラー801、レンズ802によってレチクル15側に導き、レチクル15面上に集光させている。そして投影光学系16によりウエハ17上に結像した光束をウエハー17側に配置した図1と同様の干渉計29により波面収差の計測を行っている。本実施形態では実施形態5と同様にシングルパスでの干渉計が構成されているが、干渉計の配置に違いがある。   In this embodiment, the light beam from the exposure light source 1 is guided to the reticle 15 side by the beam shaping optical system 2, the switching mirror 5, the drawing optical system 6, the mirror 801, and the lens 802, and is condensed on the surface of the reticle 15. Then, the wavefront aberration is measured by an interferometer 29 similar to that shown in FIG. 1 in which the light beam imaged on the wafer 17 by the projection optical system 16 is arranged on the wafer 17 side. In this embodiment, a single-path interferometer is configured as in the fifth embodiment, but there is a difference in the arrangement of the interferometer.

以上述べた各実施形態で干渉計がレチクル側に配置されている実施形態1,2,3,4,6においては、レチクル面からの光束を干渉計へ導光するコリメーターレンズ12,703は露光装置に搭載されているTTRアライメントスコープの対物レンズと共有しても構わない。この場合、コリメーターレンズ透過後にハーフミラー或いは切換ミラーを配置して、波面計測及びアライメント観察の切換を行えば良い。   In the first, second, third, fourth, and sixth embodiments in which the interferometer is disposed on the reticle side in each of the embodiments described above, the collimator lenses 12 and 703 that guide the light flux from the reticle surface to the interferometer are as follows. You may share with the objective lens of the TTR alignment scope mounted in the exposure apparatus. In this case, a half mirror or a switching mirror may be arranged after passing through the collimator lens to switch between wavefront measurement and alignment observation.

又、以上述べたいずれの実施形態においても、波面計測で得られる波面の回転非対称成分、特に傾き成分及び回転対称成分、特にデフォーカス成分と測長器等で得られる波面計測時のコリメーターレンズ12及び球面ミラー20のXYZ座標から投影レンズ16の持つ像面湾曲及びディストーションを求めることが可能である。   In any of the embodiments described above, the collimator lens at the time of wavefront measurement obtained by the rotationally asymmetric component of the wavefront obtained by wavefront measurement, particularly the tilt component and rotationally symmetric component, particularly the defocus component and the length measuring device. 12 and the XYZ coordinates of the spherical mirror 20 can determine the field curvature and distortion of the projection lens 16.

本発明では、実施形態1〜7で示した干渉計により測定された投影レンズ16の波面収差及び像面湾曲、ディストーションをもとに投影レンズ16内に設けられている間隔調整機構、偏心調整機構等を使って、所望の収差量に調整・制御している。   In the present invention, an interval adjustment mechanism and an eccentricity adjustment mechanism provided in the projection lens 16 based on the wavefront aberration, field curvature, and distortion of the projection lens 16 measured by the interferometer shown in the first to seventh embodiments. Etc. to adjust / control the desired aberration amount.

以上のように各実施例によれば、投影露光装置本体上で様々な照明条件においても投影光学系の光学性能を簡便に短時間で高精度に測定し検査することが可能な干渉計を搭載した投影露光装置を達成することができる。   As described above, according to each embodiment, an interferometer that can easily and accurately measure and inspect the optical performance of the projection optical system in a short time under various illumination conditions on the projection exposure apparatus main body is installed. The projection exposure apparatus can be achieved.

本発明の実施形態1の要部概略図Schematic diagram of main parts of Embodiment 1 of the present invention 図1におけるレチクル面への光束の経路を示す詳細図Detailed view showing path of light flux to reticle surface in FIG. 本発明の実施形態2に係る干渉計の説明図Explanatory drawing of the interferometer which concerns on Embodiment 2 of this invention 本発明の実施形態3に係る干渉計の説明図Explanatory drawing of the interferometer which concerns on Embodiment 3 of this invention 本発明の実施形態4に係る干渉計の説明図Explanatory drawing of the interferometer which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態5の要部概略図Main part schematic of Embodiment 5 of this invention 本発明の実施形態6の要部概略図Main part schematic of Embodiment 6 of this invention 本発明の実施形態7の要部概略図Main part schematic of Embodiment 7 of this invention

符号の説明Explanation of symbols

1:露光光源
2:ビーム整形光学系
3:光路切換ミラー
4:インコヒーレント化ユニット
5:照明光学系
6:引き回し光学系
7:集光レンズ
8:空間フィルター
9:コリメーターレンズ
10:ハーフミラー
11:反射ミラー
12:コリメーターレンズ
13:XYZステージ
14:コリメーターユニット
15:レチクル面
16:投影レンズ
17:ウエハー面
18:ウエハーチャック
19:ウエハーステージ
20:球面ミラー
21:ハーフミラー
22:反射ミラー
23:ビームエクスパンダー
24:ハーフミラー
25:反射ミラー
26:PZT素子
27:結像レンズ
28:CCDカメラ
201:yステージ
202:xステージ
203:zステージ
204:反射ミラー
205:反射ミラー
206:ハーフミラー10からの光束
301:クサビ付き平行平面板
302:ラテラルシェアー型干渉計
401:クサビ付き平行平面板
402:ラテラルシェアー型干渉計
501:変形トワイマングリーン型干渉計
502:平面ミラー
503:PZT素子
504:集光レンズ
505:空間フィルター
506:球面ミラー
507:結像レンズ
508:CCDカメラ
601:光路切換ミラー
602:引き回し光学系
603:反射ミラー
604:集光レンズ
605:反射ミラー
701:反射ミラー
702:反射ミラー
703:コリメーターレンズ
704:コリメーターユニット
801:反射ミラー
802:集光レンズ
803:集光レンズユニット
804:コリメーターレンズ
805:反射ミラー
1: Exposure light source 2: Beam shaping optical system 3: Optical path switching mirror 4: Incoherent unit 5: Illumination optical system 6: Drawing optical system 7: Condensing lens 8: Spatial filter 9: Collimator lens 10: Half mirror 11 : Reflection mirror 12: Collimator lens 13: XYZ stage 14: Collimator unit 15: Reticle surface 16: Projection lens 17: Wafer surface 18: Wafer chuck 19: Wafer stage 20: Spherical mirror 21: Half mirror 22: Reflection mirror 23 : Beam expander 24: Half mirror 25: Reflection mirror 26: PZT element 27: Imaging lens 28: CCD camera 201: y stage 202: x stage 203: z stage 204: reflection mirror 205: reflection mirror 206: half mirror 10 Light from 301: Parallel plane plate with wedge 302: Lateral shear type interferometer 401: Parallel plane plate with wedge 402: Lateral shear type interferometer 501: Modified twiman green type interferometer 502: Plane mirror 503: PZT element 504: Condensing lens 505: Spatial filter 506: Spherical mirror 507: Imaging lens 508: CCD camera 601: Optical path switching mirror 602: Drawing optical system 603: Reflection mirror 604: Condensing lens 605: Reflection mirror 701: Reflection mirror 702: Reflection mirror 703: Collimator lens 704: Collimator unit 801: Reflection mirror 802: Condensing lens 803: Condensing lens unit 804: Collimator lens 805: Reflection mirror

Claims (1)

露光光源からの露光光で第1物体を照明する照明系と前記第1物体のパターンを第2物体上に投影する投影光学系とを備える露光装置の、前記投影光学系の光学性能を前記露光装置に搭載された干渉計で測定する投影光学系の光学性能測定方法において、
前記投影光学系を通過した前記露光光源からの露光光から参照光を生成し、該参照光と前記投影光学系を通過した前記露光光とを干渉させることにより形成された干渉縞を、観察するステップを有することを特徴とする投影光学系の光学性能測定方法。

An exposure apparatus comprising: an illumination system that illuminates a first object with exposure light from an exposure light source; and a projection optical system that projects a pattern of the first object onto a second object. In the optical performance measurement method of the projection optical system that measures with an interferometer mounted on the apparatus,
Observing interference fringes formed by generating reference light from exposure light from the exposure light source that has passed through the projection optical system and causing the reference light to interfere with the exposure light that has passed through the projection optical system And a step of measuring the optical performance of the projection optical system.

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