JP2011220981A - Optical characteristic measuring method and device, and exposure method and device - Google Patents

Optical characteristic measuring method and device, and exposure method and device Download PDF

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure optical characteristics of an optical system even with high numerical aperture of the optical system.SOLUTION: A characteristic measurement device 20 comprises: a line&space (L&S) pattern 21A and a L&S pattern 23A which are disposed on an object plane and an image plane, respectively, of a projection optical system PL; an illumination light system ILS which illuminates the L&S pattern 21A and illuminates the L&S pattern 23A through the projection optical system PL; a fluorescent film 24 which reduces opening angle of light passing through the L&S pattern 23A; condenser lenses 32A-32E and photoelectric detectors 33A-33E which collect and detect light passing through the fluorescent membrane 24; and a measuring unit 17 which determine the optical characteristics of the projection optical system PL based on a signal detected by condenser lenses 32A-33E.

Description

本発明は、被検光学系のディストーション等の光学特性を計測する光学特性計測技術、及びその光学特性計測技術を用いる露光技術に関する。   The present invention relates to an optical characteristic measurement technique for measuring optical characteristics such as distortion of a test optical system, and an exposure technique using the optical characteristic measurement technique.

例えば半導体デバイス等の電子デバイス(マイクロデバイス)を製造するためのリソグラフィ工程中で、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ウエハ(又はガラスプレート等)の各ショット領域に転写露光するために、一括露光型又は走査露光型等の露光装置が使用されている。これらの露光装置は、投影光学系のディストーション等の光学特性を所定の状態に維持するために、従来より例えばオンボディの計測装置を備えている。   For example, in a lithography process for manufacturing an electronic device (microdevice) such as a semiconductor device, a pattern of a reticle (or photomask) is transferred to each shot area of a wafer (or glass plate) via a projection optical system. In order to perform exposure, an exposure apparatus such as a batch exposure type or a scanning exposure type is used. These exposure apparatuses are conventionally provided with, for example, an on-body measuring apparatus in order to maintain optical characteristics such as distortion of the projection optical system in a predetermined state.

従来のディストーションの計測装置として、第1のライン・アンド・スペースパターン(以下、L&Sパターンという。)が形成されたテストレチクルと、ウエハステージ又は計測用ステージに設けられた第2のL&Sパターンと、その第1及び第2のL&Sパターンを通過した光を検出する光電検出器とを備えた計測装置が知られている。この計測装置によれば、その第1及び第2のL&Sパターンを通過した光によって形成されるモアレ縞から、その2つのL&Sパターンの相対的な位置ずれ量、ひいては投影光学系のディストーションを求めることができる(例えば、特許文献1参照)。   As a conventional distortion measurement apparatus, a test reticle on which a first line and space pattern (hereinafter referred to as an L & S pattern) is formed, a second L & S pattern provided on a wafer stage or a measurement stage, There is known a measuring apparatus including a photoelectric detector that detects light that has passed through the first and second L & S patterns. According to this measuring apparatus, the relative misalignment between the two L & S patterns, and hence the distortion of the projection optical system, is obtained from the moire fringes formed by the light that has passed through the first and second L & S patterns. (For example, refer to Patent Document 1).

米国特許出願公開2005/0122506号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0122506

最近の露光装置においては、例えば液浸法の適用等によって、投影光学系の開口数が増大している。このように投影光学系の開口数が増大すると、従来のディストーションの計測装置のように、単に投影光学系の像面側のL&Sパターンを通過した光を光電検出器で受光した場合には、開き角(入射角)の大きい光、即ち微細構造の情報を含む光が殆ど光電検出器に入射できないため、投影光学系のディストーションを正確に計測できない恐れがある。   In recent exposure apparatuses, the numerical aperture of the projection optical system has increased due to, for example, the application of a liquid immersion method. When the numerical aperture of the projection optical system is increased in this way, it opens when the light passing through the L & S pattern on the image plane side of the projection optical system is received by the photoelectric detector as in a conventional distortion measurement device. Since light having a large angle (incident angle), that is, light including information on the fine structure cannot be incident on the photoelectric detector, there is a possibility that the distortion of the projection optical system cannot be accurately measured.

本発明はこのような課題に鑑み、被検光学系の開口数が大きい場合にも、被検光学系の光学特性を正確に計測することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to accurately measure the optical characteristics of a test optical system even when the test optical system has a large numerical aperture.

本発明の第1の態様によれば、第1面のパターンの像を第2面に形成する光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置が提供される。この光学特性計測装置は、その第1面に配置される第1の周期的パターンが形成された第1部材と、その第2面に配置される第2の周期的パターンが形成された第2部材と、その第1の周期的パターン及びその光学系を介してその第2の周期的パターンを照明する照明系と、その第2の周期的パターンを通過した光の開き角を小さくする開口数制限部材と、その開口数制限部材を通過した光を集光する集光素子と、その集光素子によって集光された光を検出する光電検出器と、その光電検出器から得られる検出信号に基づいてその光学系の光学特性を求める演算装置と、を備えるものである。   According to the first aspect of the present invention, there is provided an optical characteristic measuring device that measures the optical characteristic of an optical system that forms an image of a pattern of a first surface on a second surface. The optical characteristic measuring apparatus includes a first member on which a first periodic pattern is disposed on the first surface, and a second member on which a second periodic pattern is disposed on the second surface. A member, an illumination system that illuminates the second periodic pattern via the first periodic pattern and the optical system, and a numerical aperture that reduces the opening angle of the light that has passed through the second periodic pattern A limiting member, a condensing element that condenses the light that has passed through the numerical aperture limiting member, a photoelectric detector that detects the light collected by the condensing element, and a detection signal obtained from the photoelectric detector And an arithmetic unit that obtains the optical characteristics of the optical system based thereon.

また、本発明の第2の態様によれば、照明光学系からの照明光でパターンを照明し、その照明光でそのパターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光装置が提供される。この露光装置は、その投影光学系の光学特性を計測するために本発明の光学特性計測装置を備え、その照明光学系がその光学特性計測装置のその照明系を兼用するものである。
また、本発明の第3の態様によれば、第1面のパターンの像を第2面に形成する光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法が提供される。この光学特性計測方法は、その第1面に配置される第1の周期的パターン及びその光学系を介してその第2面に配置される第2の周期的パターンを照明し、その第2の周期的パターンを通過した光の開き角を小さくし、その開き角が小さくされた光を集光し、その集光された光を受光して得られる検出信号に基づいてその光学系の光学特性を求めるものである。
According to the second aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus that illuminates a pattern with illumination light from an illumination optical system and exposes an object with the illumination light through the pattern and the projection optical system. This exposure apparatus includes the optical characteristic measuring apparatus of the present invention in order to measure the optical characteristics of the projection optical system, and the illumination optical system also serves as the illumination system of the optical characteristic measuring apparatus.
According to the third aspect of the present invention, there is provided an optical property measuring method for measuring the optical properties of an optical system that forms an image of a pattern on the first surface on the second surface. The optical characteristic measurement method illuminates a first periodic pattern disposed on the first surface and a second periodic pattern disposed on the second surface via the optical system, and the second periodic pattern is illuminated by the second periodic pattern. Optical characteristics of the optical system based on the detection signal obtained by reducing the opening angle of the light that has passed through the periodic pattern, condensing the light with the reduced opening angle, and receiving the collected light Is what you want.

また、本発明の第4の態様によれば、照明光でパターンを照明し、その照明光でそのパターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光方法が提供される。この露光方法は、本発明の光学特性計測方法を用いてその投影光学系の光学特性を計測するものである。
また、本発明の第5の態様によれば、本発明の露光装置又は露光方法を用いて感光性基板を露光することと、その露光された感光性基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
Moreover, according to the 4th aspect of this invention, the exposure method which illuminates a pattern with illumination light and exposes an object with the illumination light through the pattern and a projection optical system is provided. This exposure method measures the optical characteristics of the projection optical system using the optical characteristic measurement method of the present invention.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a device manufacturing method comprising: exposing a photosensitive substrate using the exposure apparatus or exposure method of the present invention; and processing the exposed photosensitive substrate. A method is provided.

本発明によれば、第1の周期的パターンの像と第2の周期的パターンとの周期方向及び/又は高さ方向の相対的な位置関係によってその第2の周期的パターンを通過する光の光量又は光量分布が変化するため、その第2の周期的パターンを通過する光を検出することによって、その相対的な位置関係、ひいては光学系のディストーション及び/又はベストフォーカス位置等の光学特性を求めることができる。   According to the present invention, the light passing through the second periodic pattern is determined by the relative positional relationship between the periodic direction and / or the height direction of the image of the first periodic pattern and the second periodic pattern. Since the light amount or the light amount distribution changes, by detecting the light passing through the second periodic pattern, the relative positional relationship, and thus the optical characteristics such as the distortion of the optical system and / or the best focus position are obtained. be able to.

さらに、その第2の周期的パターンを通過した光の開き角を小さくして検出しているため、その光学系の開口数が大きい場合に、開き角(入射角)の大きい光の情報があまり失われない。従って、その光学系(被検光学系)の光学特性を正確に計測できる。   Furthermore, since the detection is performed by reducing the opening angle of the light that has passed through the second periodic pattern, there is not much information on light having a large opening angle (incident angle) when the numerical aperture of the optical system is large. Not lost. Accordingly, the optical characteristics of the optical system (test optical system) can be accurately measured.

実施形態の一例の露光装置の概略構成を示す一部が切り欠かれた図である。1 is a partially cutaway view showing a schematic configuration of an exposure apparatus as an example of an embodiment. 投影光学系PLの結像特性を計測中の特性計測装置20を示す一部が切り欠かれた図である。It is the figure in which a part which shows characteristic measuring device 20 which is measuring the image formation characteristic of projection optical system PL was notched. (A)は図2のレチクルマーク板RFMに形成された複数のパターンを示す平面図、(B)は図3(A)中のL&Sパターン21Aを示す拡大図、(C)は図2の基準部材22に形成された複数のパターンを示す平面図、(D)は図3(C)中のL&Sパターン23Aを示す拡大図、(E)は図2の受光系30の要部を示す拡大断面図である。(A) is a plan view showing a plurality of patterns formed on the reticle mark plate RFM of FIG. 2, (B) is an enlarged view showing the L & S pattern 21A in FIG. 3 (A), and (C) is a reference of FIG. FIG. 3D is a plan view showing a plurality of patterns formed on the member 22, FIG. 3D is an enlarged view showing the L & S pattern 23A in FIG. 3C, and FIG. 3E is an enlarged cross section showing the main part of the light receiving system 30 in FIG. FIG. (A)はL&Sパターン21A〜21Cの像の強度分布の一例を示す図、(B)はL&Sパターン23A〜23Cを透過した光の強度分布の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of intensity distribution of the image of L & S pattern 21A-21C, (B) is a figure which shows an example of intensity distribution of the light which permeate | transmitted L & S pattern 23A-23C. (A)は基準部材22を移動したときのL&Sパターン23A〜23Cを透過した光の強度分布を示す図、(B)は基準部材22をさらに移動したときのL&Sパターン23A〜23Cを透過した光の強度分布を示す図である。(A) is a figure which shows intensity distribution of the light which permeate | transmitted L & S pattern 23A-23C when the reference member 22 is moved, (B) is the light which permeate | transmitted L & S pattern 23A-23C when the reference member 22 was moved further It is a figure which shows intensity distribution. (A)、(B)、(C)はそれぞれ基準部材22をX方向に移動したときに得られる検出信号DS1,D2,DS3の変化を示す図、(D)は基準部材22をZ方向に移動してからX方向に移動したときに得られる検出信号DS2の変化を示す図である。(A), (B), and (C) are diagrams showing changes in detection signals DS1, D2, and DS3 obtained when the reference member 22 is moved in the X direction, and (D) is a diagram showing the reference member 22 in the Z direction. It is a figure which shows the change of detection signal DS2 obtained when it moves to X direction after moving. 基準部材22をZ方向に移動したときに基準部材22上に形成されるL&Sパターン21A〜21Cの像の強度分布の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the intensity distribution of the image of L & S pattern 21A-21C formed on the reference member 22, when the reference member 22 is moved to a Z direction. 特性計測装置20を用いた計測動作の一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating an example of a measurement operation using the characteristic measurement device 20. (A)は実施形態の変形例の物体面側の2つのL&Sパターンを示す拡大図、(B)は実施形態の変形例の像面側の2つのL&Sパターンを示す拡大図である。(A) is an enlarged view showing two L & S patterns on the object plane side of the modification of the embodiment, and (B) is an enlarged view showing two L & S patterns on the image plane side of the modification of the embodiment. 電子デバイスの製造工程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 manufacturing process of an electronic device.

以下、本発明の実施形態の一例につき図1〜図8を参照して説明する。
図1は本実施形態の露光装置EXの概略構成を示す。図1において、露光装置EXは、露光光源1と、露光光源1からの露光用の照明光IL(露光光)でレチクルR(マスク)のパターン面を照明する照明光学系ILSと、レチクルRを保持して移動するレチクルステージRSTと、そのパターン面(物体面)のパターンの像をウエハWの表面(像面)に投影する投影光学系PLと、ウエハWを保持して移動するウエハステージWSTと、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御系11と、その他の計測装置及び駆動装置等とを備えている。露光光源1としては、ArFエキシマレーザ光源(波長193nm)が使用されているが、その他にKrFエキシマレーザ光源(波長248nm)、YAGレーザの高調波発生光源、固体レーザ(半導体レーザなど)の高調波発生装置、又は水銀ランプ等も使用できる。
Hereinafter, an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus EX of the present embodiment. In FIG. 1, an exposure apparatus EX includes an exposure light source 1, an illumination optical system ILS that illuminates a pattern surface of a reticle R (mask) with exposure illumination light IL (exposure light) from the exposure light source 1, and a reticle R. Reticle stage RST that holds and moves, projection optical system PL that projects a pattern image of the pattern surface (object surface) onto the surface (image surface) of wafer W, and wafer stage WST that moves while holding wafer W And a main control system 11 comprising a computer for comprehensively controlling the operation of the entire apparatus, and other measuring devices and driving devices. As the exposure light source 1, an ArF excimer laser light source (wavelength 193 nm) is used. In addition, a KrF excimer laser light source (wavelength 248 nm), a harmonic generation light source of a YAG laser, and a harmonic wave of a solid-state laser (semiconductor laser, etc.) A generator or a mercury lamp can also be used.

露光光源1から射出されるほぼ直線偏光の紫外線よりなる照明光ILは、周知のビーム送光系2を介して、照明光ILの偏光状態を異なる方向の直線偏光又は円偏光等に変換する偏光状態可変部3に入射する。偏光状態可変部3を通過した照明光ILは、光束の断面形状を変化させるためのビーム形状可変部4を介して、マイクロフライアイレンズ(又はフライアイレンズ)5に入射する。マイクロフライアイレンズ5の射出面(照明光学系ILSの瞳面)に多数の二次光源からなる面光源が形成される。なお、マイクロフライアイレンズ5の代わりに、ロッドインテグレータ(内面反射型インテグレータ)等のオプティカルインテグレータを使用しても良い。また、照明光学系ILSの瞳面には、通常照明、輪帯照明、2極照明、変形照明等の種々の照明に切り替えるための可変開口絞り部(不図示)が設置されている。なお、可変開口絞り部とともに、又は可変開口絞りの代わりに、照明光ILの光量分布を制御するための回折光学素子等を設けてもよい。   Illumination light IL made of substantially linearly polarized ultraviolet light emitted from the exposure light source 1 is polarized light that converts the polarization state of the illumination light IL into linearly polarized light, circularly polarized light, or the like in a different direction via a known beam transmission system 2. The light enters the state variable unit 3. The illumination light IL that has passed through the polarization state varying unit 3 is incident on a micro fly's eye lens (or fly eye lens) 5 through a beam shape varying unit 4 for changing the cross-sectional shape of the light beam. A surface light source including a large number of secondary light sources is formed on the exit surface of the micro fly's eye lens 5 (pupil surface of the illumination optical system ILS). Instead of the micro fly's eye lens 5, an optical integrator such as a rod integrator (an internal reflection type integrator) may be used. In addition, a variable aperture stop (not shown) for switching to various illuminations such as normal illumination, annular illumination, dipole illumination, and modified illumination is installed on the pupil plane of the illumination optical system ILS. A diffractive optical element or the like for controlling the light amount distribution of the illumination light IL may be provided together with the variable aperture stop or in place of the variable aperture stop.

マイクロフライアイレンズ5から射出された照明光ILは、第1リレー光学系6、レチクルブラインド7、第2リレー光学系8A、コンデンサ光学系8B、及び光路折り曲げ用のミラー9を介して、レチクルRのパターン面(下面)のX方向に細長い矩形の照明領域50R(図3(A)参照)を均一な照度分布で照明する。ビーム送光系2からコンデンサ光学系8B及びミラー9までの部材を含んで照明光学系ILSが構成されている。露光光源1、偏光状態可変部3、及びビーム形状可変部4の動作は、主制御系11内の照明系制御部によって制御されている。   The illumination light IL emitted from the micro fly's eye lens 5 passes through the first relay optical system 6, the reticle blind 7, the second relay optical system 8A, the condenser optical system 8B, and the mirror 9 for bending the optical path, and the reticle R. A rectangular illumination area 50R (see FIG. 3A) elongated in the X direction on the pattern surface (lower surface) is illuminated with a uniform illuminance distribution. The illumination optical system ILS includes members from the beam transmission system 2 to the condenser optical system 8B and the mirror 9. The operations of the exposure light source 1, the polarization state variable unit 3, and the beam shape variable unit 4 are controlled by an illumination system control unit in the main control system 11.

照明光ILのもとで、レチクルRの照明領域内のパターンは、投影光学系PLを介して投影倍率β(例えば1/4,1/5等の縮小倍率)で、ウエハWの一つのショット領域内の露光領域50W(照明領域と光学的に共役な領域、図3(C)参照)に転写露光される。ウエハWは、シリコン又はSOI(silicon on insulator)等からなる直径が200〜450mm程度の円板状の基材の表面にフォトレジスト(感光剤)を塗布したものである。投影光学系PLは、一例として屈折系であるが、その外に反射屈折系等も使用可能である。以下、投影光学系PLの光軸AXに平行に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。   Under the illumination light IL, the pattern in the illumination area of the reticle R is one shot of the wafer W at the projection magnification β (for example, a reduction magnification of 1/4, 1/5, etc.) via the projection optical system PL. Transfer exposure is performed on an exposure area 50W in the area (an area optically conjugate with the illumination area, see FIG. 3C). The wafer W is obtained by applying a photoresist (photosensitive agent) to the surface of a disk-shaped substrate having a diameter of about 200 to 450 mm made of silicon or SOI (silicon on insulator). The projection optical system PL is a refractive system as an example, but a catadioptric system or the like can also be used. Hereinafter, the Z-axis is taken in parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the X-axis is perpendicular to the plane of FIG. 1 in the plane perpendicular to the Z-axis, and the Y-axis is parallel to the plane of FIG. Take and explain.

図1に示すように、投影光学系PLを構成する所定の光学部材、例えばレンズエレメント14A,14Bは、不図示のレンズ枠及びZ方向に伸縮可能な3箇所の駆動素子13A,13Bを介して鏡筒に支持されている。主制御系11内の結像特性制御部が、駆動系12を介して駆動素子13A,13Bを駆動することによって、レンズエレメント14A,14BのZ方向の位置、並びにX軸及びY軸に平行な軸の回り(θx方向及びθy方向)の傾斜角を制御できる。このように、駆動素子13A等及び駆動系12を含む結像特性制御機構によって、投影光学系PLの所定の結像特性(例えばディストーション(倍率誤差を含む)等)を補正できる。なお、駆動可能なレンズエレメント14A,14Bの位置及び個数は、制御対象の結像特性に応じて任意に設定可能である。   As shown in FIG. 1, predetermined optical members constituting the projection optical system PL, for example, lens elements 14A and 14B, are connected via a lens frame (not shown) and three drive elements 13A and 13B that can expand and contract in the Z direction. Supported by a lens barrel. The imaging characteristic control unit in the main control system 11 drives the drive elements 13A and 13B via the drive system 12, whereby the lens elements 14A and 14B are positioned in the Z direction and parallel to the X axis and the Y axis. The tilt angle around the axis (θx direction and θy direction) can be controlled. As described above, a predetermined imaging characteristic (for example, distortion (including a magnification error)) of the projection optical system PL can be corrected by the imaging characteristic control mechanism including the driving element 13A and the like and the driving system 12. Note that the position and the number of the lens elements 14A and 14B that can be driven can be arbitrarily set according to the imaging characteristics to be controlled.

次に、レチクルRを吸着保持するレチクルステージRSTは、レーザ干渉計(不図示)の計測値に基づいてステージ制御系18(図2参照)によって、レチクルベース(不図示)上の光軸AXに垂直な平面内でレチクルRのY方向への移動、並びにX方向の位置及びZ軸の回り(θz方向)の傾斜角の調整を行う。一方、ウエハWをウエハホルダ(不図示)を介して吸着保持するウエハステージWSTは、レーザ干渉計(不図示)の計測値に基づいてステージ制御系18(図2参照)によって、ウエハベースWB上の光軸AXに垂直な平面内でY方向への移動、並びにX方向、Y方向へのステップ移動を行う。また、ウエハステージWSTには、不図示のオートフォーカスセンサの計測値に基づいて、ウエハWの表面を投影光学系PLの像面に合焦させるために、ウエハWのフォーカス位置(光軸AX方向の位置)であるZ位置、及びθx方向、θy方向の傾斜角を制御するZステージ機構も組み込まれている。   Next, the reticle stage RST that sucks and holds the reticle R is placed on the optical axis AX on the reticle base (not shown) by the stage control system 18 (see FIG. 2) based on the measurement value of the laser interferometer (not shown). The reticle R is moved in the Y direction in the vertical plane, and the position in the X direction and the tilt angle around the Z axis (θz direction) are adjusted. On the other hand, wafer stage WST that holds wafer W by suction via a wafer holder (not shown) is placed on wafer base WB by stage control system 18 (see FIG. 2) based on the measurement value of a laser interferometer (not shown). Movement in the Y direction and step movement in the X and Y directions are performed within a plane perpendicular to the optical axis AX. Further, the wafer stage WST has a focus position (in the optical axis AX direction) of the wafer W in order to focus the surface of the wafer W on the image plane of the projection optical system PL based on a measurement value of an autofocus sensor (not shown). A Z stage mechanism for controlling the Z position and the tilt angle in the θx direction and θy direction is also incorporated.

また、本実施形態の露光装置EXは例えば米国特許出願公開第2005/259234号明細書に示すような液浸型である。露光装置EXは、図2に示すように、投影光学系PLの露光領域に照射される照明光ILの光路を含む局所的な液浸空間に照明光ILを透過する純水等の液体Lqを供給する局所液浸装置80を備えている。図2において、局所液浸装置80は、投影光学系PLの最下端の光学素子とウエハステージWSTの上面の部材との間に純水等の液体Lqを保持するリング状のノズルユニット81と、ノズルユニット81に液体Lqを供給する液体供給装置82及び配管83と、供給された液体Lqをノズルユニット81に設けたフィルタ部材84を介して回収する配管85及び液体回収装置86とを備えている。   The exposure apparatus EX of the present embodiment is of an immersion type as shown in, for example, US Patent Application Publication No. 2005/259234. As shown in FIG. 2, the exposure apparatus EX applies a liquid Lq such as pure water that transmits the illumination light IL to a local immersion space including the optical path of the illumination light IL irradiated to the exposure area of the projection optical system PL. A local liquid immersion device 80 is provided. In FIG. 2, the local liquid immersion device 80 includes a ring-shaped nozzle unit 81 that holds a liquid Lq such as pure water between the lowermost optical element of the projection optical system PL and a member on the upper surface of the wafer stage WST. A liquid supply device 82 and a pipe 83 for supplying the liquid Lq to the nozzle unit 81, and a pipe 85 and a liquid recovery device 86 for recovering the supplied liquid Lq through a filter member 84 provided in the nozzle unit 81 are provided. .

露光時には、主制御系11内の露光制御部の制御のもとで不図示のアライメント系によってレチクルRとウエハWとのアライメントが行われた後、偏光状態可変部3によって照明光ILの偏光状態が所定状態に設定される。その後、局所液浸装置80による液体Lqの供給を開始し、図1において、露光光源1の発光を開始して、レチクルRのパターンの一部の像を投影光学系PLを介してウエハWの一つのショット領域に露光しつつ、レチクルRとウエハWとをY方向に同期して移動することにより、ウエハWの当該ショット領域が走査露光される。その後、露光光源1の発光を停止して、ウエハWをステップ移動する動作と、その走査露光動作とを繰り返すことで、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハWの全部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。   At the time of exposure, the alignment of the reticle R and the wafer W is performed by an alignment system (not shown) under the control of the exposure control unit in the main control system 11, and then the polarization state of the illumination light IL by the polarization state variable unit 3 Is set to a predetermined state. Thereafter, the supply of the liquid Lq by the local liquid immersion device 80 is started, and in FIG. 1, the light emission of the exposure light source 1 is started, and a partial image of the pattern of the reticle R is projected onto the wafer W via the projection optical system PL. By moving the reticle R and the wafer W in synchronization with the Y direction while exposing one shot area, the shot area of the wafer W is scanned and exposed. Thereafter, the light emission of the exposure light source 1 is stopped, and the operation of moving the wafer W stepwise and the scanning exposure operation are repeated, so that the pattern of the reticle R is formed on the entire shot area of the wafer W by the step-and-scan method. The image is transferred.

露光装置EXによる露光に際しては、投影光学系PLの光学特性としての結像特性が所定の状態に調整されている必要がある。また、照明光ILの照射熱の影響等によって結像特性は次第に変動するため、例えば予め求めてある変動特性モデルに基づいて結像特性の変動量を推定し、この変動量を補正(相殺)するように上記の結像特性制御機構が駆動される。この場合、照明条件等によってその変動特性モデルによる変動量の推定値と実際の変動量との間に僅かな相違があると、結像特性が次第にその所定の状態に対する許容範囲から外れる恐れがある。そこで、例えば定期的に投影光学系PLの残存する結像特性の変動量を計測し、この変動量を補正(相殺)するように結像特性制御機構を駆動することが好ましい。本実施形態の露光装置EXは、投影光学系PLの結像特性の残存する変動量としてのディストーション及びベストフォーカス位置(ひいては像面湾曲)を計測するための特性計測装置20を備えている。   At the time of exposure by the exposure apparatus EX, the imaging characteristics as the optical characteristics of the projection optical system PL need to be adjusted to a predetermined state. Further, since the imaging characteristics gradually change due to the influence of the irradiation heat of the illumination light IL, for example, the fluctuation amount of the imaging characteristics is estimated based on a fluctuation characteristic model obtained in advance, and the fluctuation amount is corrected (offset). Thus, the imaging characteristic control mechanism is driven. In this case, if there is a slight difference between the estimated value of the amount of variation by the variation characteristic model and the actual amount of variation depending on the illumination conditions, the imaging characteristics may gradually deviate from the allowable range for the predetermined state. . Therefore, for example, it is preferable to periodically measure the amount of fluctuation of the imaging characteristics remaining in the projection optical system PL and drive the imaging characteristic control mechanism so as to correct (cancel) this fluctuation amount. The exposure apparatus EX of the present embodiment is provided with a characteristic measuring apparatus 20 for measuring the distortion and the best focus position (and thus the field curvature) as the remaining fluctuation amount of the imaging characteristic of the projection optical system PL.

特性計測装置20は、計測用の照明光ILを発生する照明系としての照明光学系ILSと、レチクルステージRSTのレチクルRに対してY方向(走査方向)に近接した位置に固定されて、その下面に透過型の複数(ここでは5個)のライン・アンド・スペースパターン(以下、L&Sパターンという)21A,21B,21C,21D,21E(図3(A)参照)がX方向に等間隔で形成されたレチクルマーク板RFMと、ウエハステージWSTの上面のウエハWの近傍に固定されて、その表面に透過型の複数のL&Sパターン(ライン・アンド・スペースパターン)23A,23B,23C,23D,23E(図3(C)参照)がX方向に等間隔で形成された基準部材22と、を備えている。本実施形態では、L&Sパターン23A〜23Eの個数はL&Sパターン21A〜21Eの個数と同じである。   The characteristic measuring device 20 is fixed at a position close to the Y direction (scanning direction) with respect to the illumination optical system ILS as an illumination system that generates illumination light IL for measurement and the reticle R of the reticle stage RST. A plurality of transmission type line-and-space patterns (hereinafter referred to as L & S patterns) 21A, 21B, 21C, 21D, and 21E (see FIG. 3A) (see FIG. 3A) on the lower surface are equally spaced in the X direction. Reticle mark plate RFM thus formed and wafer W on the upper surface of wafer stage WST are fixed in the vicinity of wafer W, and a plurality of transmissive L & S patterns (line and space patterns) 23A, 23B, 23C, 23D, 23E (see FIG. 3C) includes a reference member 22 formed at equal intervals in the X direction. In the present embodiment, the number of L & S patterns 23A to 23E is the same as the number of L & S patterns 21A to 21E.

さらに、特性計測装置20は、基準部材22を駆動する装置としてのウエハステージWSTと、ウエハステージWST内の基準部材22の底面に配置されて、L&Sパターン23A等を通過した光を検出する受光系30と、受光系30の検出信号が供給される計測部17(演算装置)とを備えている。計測部17には、図2のステージ制御系18を介して、不図示のレーザ干渉計によって計測されるウエハステージWSTのX方向及びY方向の位置の情報も供給されている。計測部17は、受光系30からの検出信号及びウエハステージWSTの座標を用いて投影光学系PLの結像特性を求め、求めた結像特性の情報を主制御系11内の結像特性制御部に供給する。   Further, the characteristic measuring apparatus 20 is a wafer stage WST as an apparatus for driving the reference member 22, and a light receiving system that is disposed on the bottom surface of the reference member 22 in the wafer stage WST and detects light that has passed through the L & S pattern 23A or the like. 30 and a measuring unit 17 (arithmetic unit) to which a detection signal of the light receiving system 30 is supplied. Information about the position of wafer stage WST in the X and Y directions measured by a laser interferometer (not shown) is also supplied to measurement unit 17 via stage control system 18 in FIG. The measuring unit 17 obtains the imaging characteristics of the projection optical system PL using the detection signal from the light receiving system 30 and the coordinates of the wafer stage WST, and uses the obtained imaging characteristics information to control the imaging characteristics in the main control system 11. Supply to the department.

レチクルマーク板RFMのL&Sパターン21A等が形成された面(下面)は、レチクルRのパターン面、ひいては投影光学系PLの物体面と同じ高さ(Z位置)に設定されている。基準部材22の表面は、通常はウエハWの表面、ひいては投影光学系PLの像面(それまでの計測でベストフォーカス位置とされた面)と同じZ位置に設定される。基準部材22は例えば照明光ILを透過するガラス板より形成され、その表面に照明光ILを遮光する金属(例えばクロム等)の膜を背景として複数の開口パターンよりなるL&Sパターン23A等が形成されている。基準部材22の表面には液浸露光用の液体に対して撥液性の膜が形成されている。   The surface (lower surface) of the reticle mark plate RFM on which the L & S pattern 21A and the like are formed is set to the same height (Z position) as the pattern surface of the reticle R and, consequently, the object surface of the projection optical system PL. The surface of the reference member 22 is normally set at the same Z position as the surface of the wafer W and eventually the image plane of the projection optical system PL (the plane that has been the best focus position in the measurement so far). The reference member 22 is formed of, for example, a glass plate that transmits the illumination light IL, and an L & S pattern 23A composed of a plurality of opening patterns is formed on the surface of the metal member (for example, chromium) that blocks the illumination light IL. ing. A liquid-repellent film is formed on the surface of the reference member 22 with respect to the liquid for immersion exposure.

本実施形態では、特性計測装置20の照明系として照明光学系ILSが兼用されているが、専用の照明系を設けてもよい。また、基準部材22及び受光系30は、ウエハステージWSTとは独立にウエハベースWB上を移動する計測ステージ等(不図示)に設けてもよい。
図3(A)に示すように、レチクルマーク板RFMの互いに同一形状のX方向に所定周期の複数のL&Sパターン21A〜21Eは、照明光ILの照明領域50R内に収まるようにX方向に配列されている。図3(B)に示すように、L&Sパターン21Aは、遮光膜中にX方向の幅P1/2でY方向に細長い長方形の複数の開口パターン21AaをX方向に周期(ピッチ)P1で配列したものである。また、図3(C)に示すように、基準部材22の表面の互いに同一形状のX方向に所定周期の複数のL&Sパターン23A〜23Eは、露光領域50W内に収まるようにX方向に配列されている。図3(D)に示すように、L&Sパターン23Aは、遮光膜を背景として、X方向の幅P2/2でY方向に細長い長方形の複数の開口パターン23AaをX方向に周期P2で配列したものである。
In the present embodiment, the illumination optical system ILS is also used as the illumination system of the characteristic measurement device 20, but a dedicated illumination system may be provided. Further, the reference member 22 and the light receiving system 30 may be provided on a measurement stage (not shown) that moves on the wafer base WB independently of the wafer stage WST.
As shown in FIG. 3A, a plurality of L & S patterns 21A to 21E having a predetermined period in the X direction having the same shape on the reticle mark plate RFM are arranged in the X direction so as to be within the illumination region 50R of the illumination light IL. Has been. As shown in FIG. 3B, in the L & S pattern 21A, a plurality of rectangular opening patterns 21Aa having a width P1 / 2 in the X direction and elongated in the Y direction are arranged in the light shielding film at a period (pitch) P1 in the X direction. Is. Further, as shown in FIG. 3C, the plurality of L & S patterns 23A to 23E having a predetermined period in the X direction on the surface of the reference member 22 are arranged in the X direction so as to be within the exposure region 50W. ing. As shown in FIG. 3D, the L & S pattern 23A is a pattern in which a plurality of rectangular opening patterns 23Aa having a width P2 / 2 in the X direction and elongated in the Y direction are arranged with a period P2 in the X direction with a light shielding film as a background. It is.

基準部材22のL&Sパターン23Aの形状は、レチクルマーク板RFMのL&Sパターン21Aを投影光学系PLの投影倍率β(設計値)で縮小したものである。即ち、L&Sパターン23Aの形状は、収差がないときの投影光学系PLによるL&Sパターン21Aの像21APとほぼ同じ形状であり、L&Sパターン23Aの周期P2はL&Sパターン21Aの周期P1をβ倍(β<1)で縮小したものである。周期P2は、例えば数100nm〜数μm程度であり、一例として周期P2は2μm程度である。   The shape of the L & S pattern 23A of the reference member 22 is obtained by reducing the L & S pattern 21A of the reticle mark plate RFM by the projection magnification β (design value) of the projection optical system PL. That is, the shape of the L & S pattern 23A is substantially the same as the image 21AP of the L & S pattern 21A by the projection optical system PL when there is no aberration, and the period P2 of the L & S pattern 23A is β times (β <1) is reduced. The period P2 is, for example, about several hundred nm to several μm. For example, the period P2 is about 2 μm.

また、基準部材22のL&Sパターン23A〜23EのX方向の間隔は、レチクルマーク板RFMのL&Sパターン21A〜21EのX方向の間隔を投影光学系PLの投影倍率β(設計値)で縮小したものである。一例として露光領域50WのX方向の幅は26mm、Y方向の幅は8mmであり、L&Sパターン23A〜23EのX方向の間隔は6mm程度である。   Further, the interval in the X direction of the L & S patterns 23A to 23E of the reference member 22 is obtained by reducing the interval in the X direction of the L & S patterns 21A to 21E of the reticle mark plate RFM by the projection magnification β (design value) of the projection optical system PL. It is. As an example, the width of the exposure region 50W in the X direction is 26 mm, the width in the Y direction is 8 mm, and the interval between the L & S patterns 23A to 23E in the X direction is about 6 mm.

図2に示すように、投影光学系PLの結像特性の計測時には、レチクルステージRSTを駆動することによって、照明光学系ILSからの照明光ILの照明領域内の複数の計測点にレチクルマーク板RFMのL&Sパターン21A〜21Eの中心が設定される。この際に、中央のL&Sパターン21Cの中心は、投影光学系PLの光軸AX上に配置される。そして、ウエハステージWSTを駆動することによって、L&Sパターン21A〜21Eの投影光学系PLによる像の中心(露光領域内の計測点)に対して−X方向(又は+X方向)側の手前に基準部材22のL&Sパターン23A〜23Eの中心が設定される。また、結像特性の計測時にも、局所液浸装置80によって、投影光学系PLと基準部材22の表面との間には液浸露光用の液体Lqが供給される。   As shown in FIG. 2, when measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL, the reticle mark plate is placed at a plurality of measurement points in the illumination area of the illumination light IL from the illumination optical system ILS by driving the reticle stage RST. The centers of the RFM L & S patterns 21A to 21E are set. At this time, the center of the central L & S pattern 21C is arranged on the optical axis AX of the projection optical system PL. Then, by driving wafer stage WST, the reference member is positioned in front of the −X direction (or + X direction) side with respect to the center of the image (measurement point in the exposure area) of projection optical system PL of L & S patterns 21A to 21E. The centers of the 22 L & S patterns 23A to 23E are set. In addition, the liquid immersion exposure liquid Lq is supplied between the projection optical system PL and the surface of the reference member 22 by the local liquid immersion device 80 also when measuring the imaging characteristics.

特性計測装置20において、照明光学系ILSからの照明光ILが、レチクルマーク板RFMのL&Sパターン21A〜21Eを照明し、L&Sパターン21A〜21Eの投影光学系PLによる像がそれぞれ基準部材22の表面のL&Sパターン23A〜23Eを含む領域又はこの近傍の領域に形成される。基準部材22の裏面には、紫外光である照明光ILの照射によって例えば可視光を含む蛍光ILFをほぼ等方的に発生する蛍光膜24が形成されている。蛍光膜24は、例えばフッ化物(例えばフッ化ランタン(LaF3))の母材に対して遷移金属及び希土類元素から選択される賦活剤(例えばユーロピウム(Eu))をドープした材料で形成される。なお、賦活剤の濃度は、フッ化物の母材に対して例えば陽イオン比で1モル%〜10モル%の範囲で設定され、好ましくは約5モル%である。また、蛍光膜24の表面を覆うように、例えば二酸化ケイ素の薄膜よりなり、その蛍光を透過する保護膜が形成されている。 In the characteristic measuring device 20, the illumination light IL from the illumination optical system ILS illuminates the L & S patterns 21A to 21E of the reticle mark plate RFM, and images of the L & S patterns 21A to 21E by the projection optical system PL are the surfaces of the reference member 22, respectively. Are formed in a region including the L & S patterns 23A to 23E or in the vicinity thereof. On the back surface of the reference member 22, a fluorescent film 24 that generates, for example, fluorescent ILF including visible light isotropically by irradiation with illumination light IL that is ultraviolet light is formed. The fluorescent film 24 is formed of, for example, a material obtained by doping a base material of a fluoride (for example, lanthanum fluoride (LaF 3 )) with an activator (for example, europium (Eu)) selected from a transition metal and a rare earth element. . The concentration of the activator is set, for example, in the range of 1 mol% to 10 mol% as a cation ratio with respect to the fluoride base material, and preferably about 5 mol%. Further, a protective film made of, for example, a silicon dioxide thin film and transmitting the fluorescence is formed so as to cover the surface of the fluorescent film 24.

基準部材22の表面のL&Sパターン23A〜23Eを通過して基準部材22を透過した光(透過光)は、基準部材22の裏面の蛍光膜24に入射し、蛍光膜24からその透過光の光量分布に応じた光量分布でほぼ等方的に蛍光ILFが発生する。L&Sパターン23A〜23Eに対向している部分の蛍光膜24で発生した蛍光ILFの一部がそれぞれコンデンサーレンズ32A,32B,32C,32D,32Eを介してフォトダイオード等の光電検出器33A,33B,33C,33D,33Eで受光される。従って、基準部材22を透過した開口数の大きい透過光(開き角の大きい光)ILTが蛍光膜24に入射すると、蛍光膜24からは開口数の小さい光(開き角の小さい)蛍光ILFも発生するため、この開口数の小さい蛍光ILFは、確実に光電検出器33A〜33Eで受光される。光電検出器33A〜33Eからの検出信号DS1,DS2,DS3等が計測部17に供給される。また、蛍光膜24のうちでL&Sパターン23A〜23Eに対向している部分(以下、蛍光発生部という)で発生する蛍光ILFが他の部分に影響しないように、複数の蛍光発生部の境界部に平板状の遮光板31が配置されている。蛍光膜24、コンデンサーレンズ32A〜32E、光電検出器33A〜33E、及び遮光板31を含んで受光系30が構成されている。   Light (transmitted light) that has passed through the reference member 22 through the L & S patterns 23A to 23E on the surface of the reference member 22 is incident on the fluorescent film 24 on the back surface of the reference member 22, and the amount of transmitted light from the fluorescent film 24 Fluorescent ILF is generated almost isotropically with a light amount distribution corresponding to the distribution. A part of the fluorescent ILF generated in the fluorescent film 24 at the part facing the L & S patterns 23A to 23E is respectively photoelectrically detected by the photoelectric detectors 33A, 33B such as photodiodes via the condenser lenses 32A, 32B, 32C, 32D, 32E. Light is received by 33C, 33D, and 33E. Therefore, when the transmitted light having a large numerical aperture (light having a large opening angle) ILT transmitted through the reference member 22 enters the fluorescent film 24, light having a small numerical aperture (a small opening angle) is generated from the fluorescent film 24. Therefore, the fluorescent ILF having a small numerical aperture is reliably received by the photoelectric detectors 33A to 33E. Detection signals DS1, DS2, DS3 and the like from the photoelectric detectors 33A to 33E are supplied to the measurement unit 17. In addition, a boundary portion between the plurality of fluorescence generation portions so that the fluorescence ILF generated in the portion of the fluorescent film 24 facing the L & S patterns 23A to 23E (hereinafter referred to as the fluorescence generation portion) does not affect other portions. A flat light-shielding plate 31 is disposed. The light receiving system 30 includes the fluorescent film 24, the condenser lenses 32 </ b> A to 32 </ b> E, the photoelectric detectors 33 </ b> A to 33 </ b> E, and the light shielding plate 31.

投影光学系PLの開口数NAは液浸露光時に例えば1.35であり、受光系30のコンデンサーレンズ32A〜32Eの入射側の開口数NAclは、投影光学系PLの開口数NAの1/10〜1/20程度、例えば0.1程度に設定されている。また、コンデンサーレンズ32A〜32Eは、蛍光膜24の対応する蛍光発生部の像をほぼ1/3に縮小した像を光電検出器33A〜33Eの受光面に形成している。   The numerical aperture NA of the projection optical system PL is, for example, 1.35 during immersion exposure, and the numerical aperture NAcl on the incident side of the condenser lenses 32A to 32E of the light receiving system 30 is 1/10 of the numerical aperture NA of the projection optical system PL. About 1/20, for example, about 0.1. Further, the condenser lenses 32A to 32E are formed on the light receiving surfaces of the photoelectric detectors 33A to 33E by reducing the image of the corresponding fluorescence generation part of the fluorescent film 24 to approximately 1/3.

図3(E)は、図2のL&Sパターン23A,23Bが形成されている部分の基準部材22を示す拡大断面図である。図3(E)において、基準部材22の厚さは例えば0.5mmであり、蛍光膜24の厚さは基準部材22よりも薄い。また、投影光学系PLからの照明光ILが照射されるL&Sパターン23A(他のL&Sパターン23B等も同様)上の照射領域を直径D1の円形領域であるとして、直径D1を例えば100μmとする。この場合、基準部材22に入射する照明光ILの開口数を1.35とすると、基準部材22を透過する透過光ILTの蛍光膜24上での照射領域(蛍光発生部)の直径D2は3.3mmとなる。そして、図2のコンデンサーレンズ32Aの倍率は1/3であるため、その蛍光発生部に対応する光電検出器33Aの受光面の必要な直径D3は1.1mmとなる。従って、光電検出器33Aとしては、受光面が例えば1.1mm角又はこれ以上の光電検出器を使用することが好ましい。   FIG. 3E is an enlarged cross-sectional view showing the reference member 22 in a portion where the L & S patterns 23A and 23B of FIG. 2 are formed. In FIG. 3E, the thickness of the reference member 22 is 0.5 mm, for example, and the fluorescent film 24 is thinner than the reference member 22. Further, assuming that the irradiation area on the L & S pattern 23A (same for other L & S patterns 23B and the like) irradiated with the illumination light IL from the projection optical system PL is a circular area having a diameter D1, the diameter D1 is set to 100 μm, for example. In this case, if the numerical aperture of the illumination light IL incident on the reference member 22 is 1.35, the diameter D2 of the irradiation region (fluorescence generation part) on the fluorescent film 24 of the transmitted light ILT transmitted through the reference member 22 is 3 3 mm. Since the magnification of the condenser lens 32A in FIG. 2 is 1/3, the required diameter D3 of the light receiving surface of the photoelectric detector 33A corresponding to the fluorescence generating portion is 1.1 mm. Therefore, it is preferable to use a photoelectric detector having a light receiving surface of 1.1 mm square or more as the photoelectric detector 33A.

また、大気換算の開口数の効率はほぼ(0.1/1)2 =0.01となり、蛍光膜24における蛍光効率は0.1〜0.5%程度である。この条件下で光電検出器33Aが受光する光量は、例えば投影光学系PLの波面収差を計測するために、投影光学系PLの像面にある直径が10μm程度の開口からの光束を25×1000個の画素を有する撮像素子で受光するときの各画素の受光量に対してほぼ2倍〜10倍程度になる。従って、蛍光膜24からの蛍光ILFを受光した光電検出器33AからはSN比の高い検出信号が得られる。これは他の光電検出器33B〜33Eも同様である。 In addition, the efficiency of the numerical aperture in terms of air is approximately (0.1 / 1) 2 = 0.01, and the fluorescent efficiency in the fluorescent film 24 is about 0.1 to 0.5%. The amount of light received by the photoelectric detector 33A under this condition is, for example, 25 × 1000 from the aperture having a diameter of about 10 μm on the image plane of the projection optical system PL in order to measure the wavefront aberration of the projection optical system PL. The amount of light received by each pixel when receiving light by an image sensor having a number of pixels is approximately 2 to 10 times. Therefore, a detection signal with a high S / N ratio is obtained from the photoelectric detector 33A that receives the fluorescent ILF from the fluorescent film 24. The same applies to the other photoelectric detectors 33B to 33E.

次に、特性計測装置20を用いた投影光学系PLの結像特性の計測原理につき説明する。以下では、説明の便宜上、レチクルマーク板RFMには3個のL&Sパターン21A〜21Cのみが形成され、基準部材22には3個のL&Sパターン23A〜23Cのみが形成されているものとする。図4(A)は、レチクルマーク板RFMのL&Sパターン21A〜21Cを通過した照明光ILTが、投影光学系PLを介して基準部材22の表面のL&Sパターン23A〜23Cが形成された領域に照射される状態、即ちL&Sパターン21A〜21Cの投影光学系PLによる像がL&Sパターン23A〜23C上に形成される状態を表している。なお、図4(A)及び後述の図4(B)、図5(A)、図5(B)、及び図7では、説明の便宜上、投影光学系PLを正面図で表し、L&Sパターン21A〜21C及びL&Sパターン23A〜23Cを拡大平面図で表している。   Next, the measurement principle of the imaging characteristics of the projection optical system PL using the characteristic measuring device 20 will be described. Hereinafter, for convenience of explanation, it is assumed that only three L & S patterns 21A to 21C are formed on the reticle mark plate RFM, and only three L & S patterns 23A to 23C are formed on the reference member 22. In FIG. 4A, the illumination light ILT that has passed through the L & S patterns 21A to 21C of the reticle mark plate RFM irradiates the area where the L & S patterns 23A to 23C on the surface of the reference member 22 are formed via the projection optical system PL. This represents a state where images of the L & S patterns 21A to 21C by the projection optical system PL are formed on the L & S patterns 23A to 23C. 4A and FIG. 4B, FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 7 to be described later, for convenience of explanation, the projection optical system PL is represented by a front view and an L & S pattern 21A. To 21C and L & S patterns 23A to 23C are shown in an enlarged plan view.

図4(A)において、レチクルマーク板RFMのL&Sパターン21Bの中心から両側のL&Sパターン21A,21Cの中心までのX方向の距離をXR1,XR2とすると、基準部材22のL&Sパターン23Bの中心から両側のL&Sパターン23A,23Cの中心までのX方向の距離XW1,XW2は、投影倍率βを用いて次のようになる。なお、本実施形態では、XR1=XR2である。   In FIG. 4A, assuming that the distance in the X direction from the center of the L & S pattern 21B of the reticle mark plate RFM to the centers of the L & S patterns 21A and 21C on both sides is XR1 and XR2, from the center of the L & S pattern 23B of the reference member 22. The distances XW1, XW2 in the X direction to the centers of the L & S patterns 23A, 23C on both sides are as follows using the projection magnification β. In the present embodiment, XR1 = XR2.

XW1=β・XR1 …(1A), XW2=β・XR2 …(1B)
本実施形態では、一例として投影光学系PLは倒立像を形成しているため、L&Sパターン23A〜23Cの配列は、L&Sパターン21A〜21Cの配列に対してX方向に倒立している。なお、説明の便宜上、図4(A)等では、L&Sパターン21A〜21C及びL&Sパターン23A〜23Cは、その一部のみを拡大して示している。投影光学系PLの結像特性の計測時には、一例として、レチクルマーク板RFMの中央のL&Sパターン21B(実際には、図3(A)のL&Sパターン21C)の中心は、投影光学系PLの光軸AXを通りY軸に平行な直線上にあり、他のL&Sパターン21A,21Cは照明領域内でX方向の両端部に近い位置にある。
XW1 = β · XR1 (1A), XW2 = β · XR2 (1B)
In this embodiment, since the projection optical system PL forms an inverted image as an example, the arrangement of the L & S patterns 23A to 23C is inverted in the X direction with respect to the arrangement of the L & S patterns 21A to 21C. For convenience of explanation, in FIG. 4A and the like, only a part of the L & S patterns 21A to 21C and the L & S patterns 23A to 23C are shown enlarged. When measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL, as an example, the center of the L & S pattern 21B at the center of the reticle mark plate RFM (actually, the L & S pattern 21C in FIG. 3A) is the light of the projection optical system PL. The other L & S patterns 21A and 21C are on a straight line that passes through the axis AX and is parallel to the Y axis, and are close to both ends in the X direction within the illumination area.

図4(A)において、投影光学系PLが無収差の場合には、L&Sパターン21A,21B,21Cの投影光学系PLによる像の強度分布は、点線で示す正弦波状の強度分布37A,37B,37Cとなる。投影光学系PLが無収差の場合には、強度分布37A〜37Cの中心のX方向の距離は、L&Sパターン23A〜23Cの中心のX方向の距離と等しい。そして、投影光学系PLに或る程度の収差が残存し、ディストーションが発生している場合には、L&Sパターン21A,21B,21Cの像の実線で示す強度分布36A,36B,36Cの中心は、無収差のときの強度分布37A,37B,37Cの中心に対してX方向にDi1,Di2,Di3だけシフトする。   4A, when the projection optical system PL has no aberration, the intensity distribution of the images of the L & S patterns 21A, 21B, 21C by the projection optical system PL is sinusoidal intensity distributions 37A, 37B, 37C. When the projection optical system PL has no aberration, the distance in the X direction of the centers of the intensity distributions 37A to 37C is equal to the distance in the X direction of the centers of the L & S patterns 23A to 23C. Then, when some aberration remains in the projection optical system PL and distortion occurs, the centers of the intensity distributions 36A, 36B, and 36C indicated by the solid lines of the images of the L & S patterns 21A, 21B, and 21C are Shifted by Di1, Di2, and Di3 in the X direction with respect to the centers of the intensity distributions 37A, 37B, and 37C when there is no aberration.

なお、一例として中央のL&Sパターン21Bの中心を光軸AX上に配置するものとする。これによって、中央のL&Sパターン21Bの像のディストーションはほぼ0になる。そこで、強度分布36Bの中心とL&Sパターン23Bの中心とをX方向に合わせた状態を基準として(Di2=0として)、強度分布36A,36Cの中心と対応する両端のL&Sパターン23A,23Cの中心とのX方向のシフト量Di1,Di3を求めることによって、L&Sパターン21A,21Cの像のディストーションはそれぞれDi1及びDi3となる。なお、ディストーションDi1,Di3は実際にはL&Sパターン23Aの周期P2に比べてかなり小さいが、図4(A)等では分かり易いように、Di1,Di3をかなり大きく表している。   As an example, the center of the central L & S pattern 21B is arranged on the optical axis AX. As a result, the distortion of the image of the central L & S pattern 21B becomes almost zero. Therefore, using the state where the center of the intensity distribution 36B and the center of the L & S pattern 23B are aligned in the X direction as a reference (Di2 = 0), the centers of the L & S patterns 23A and 23C at both ends corresponding to the centers of the intensity distributions 36A and 36C. By obtaining the shift amounts Di1 and Di3 in the X direction, the distortions of the images of the L & S patterns 21A and 21C become Di1 and Di3, respectively. Although the distortions Di1 and Di3 are actually considerably smaller than the period P2 of the L & S pattern 23A, Di1 and Di3 are shown to be considerably large in FIG.

また、強度分布36A〜36C(L&Sパターン21A〜21Cの像)を持つ光のうちで、L&Sパターン23A〜23Cの各開口パターンを通過して基準部材22を透過した光(透過光)によって図2の蛍光膜24から蛍光ILFが発生し、この蛍光ILFが光電検出器33A〜33C(実際には光電検出器33A〜33E)で検出される。光電検出器33A〜33Cの検出信号DS1〜DS3の大きさは、強度分布36A〜36Cのうちで、L&Sパターン23A〜23Cの各開口パターンと重なった部分の光量の総和にほぼ比例している。   Further, among the light having the intensity distributions 36A to 36C (images of the L & S patterns 21A to 21C), the light (transmitted light) transmitted through the reference member 22 through the respective opening patterns of the L & S patterns 23A to 23C is shown in FIG. The fluorescent ILF is generated from the fluorescent film 24, and the fluorescent ILF is detected by the photoelectric detectors 33A to 33C (actually, the photoelectric detectors 33A to 33E). The magnitudes of the detection signals DS1 to DS3 of the photoelectric detectors 33A to 33C are substantially proportional to the total light amount of the portions of the intensity distributions 36A to 36C that overlap the opening patterns of the L & S patterns 23A to 23C.

そして、図4(A)のようなディストーションが発生している場合に、ウエハステージWSTを駆動して、図4(B)の矢印35Aで示すように、L&Sパターン21A〜21Cの像を基準部材22のL&Sパターン23A〜23Cで+X方向に走査すると、検出信号DS1,DS2,DS3は、図6(A)、図6(B)、図6(C)に示すように、ウエハステージWSTのX方向の位置に関してL&Sパターン23A〜23Cの周期P2と同じ周期で正弦波状に変化する。なお、より正確には、検出信号DS1〜DS3が正弦波状に変化するのは、L&Sパターン23A〜23Cの周期が投影光学系PLの解像限界付近の場合である。L&Sパターン23A〜23Cの周期が投影光学系PLの解像限界よりも大きい場合には、検出信号DS1〜DS3はウエハステージWSTの位置に関して矩形波状に変化する。なお、実際のディストーションは周期P2に比べてかなり小さいため、基準部材22のX方向の実際の移動範囲は、L&Sパターン21Bの像の中心とL&Sパターン23Bの中心とが合致する位置(検出信号DS2が最大になる位置)を中心として幅P2/2程度の範囲でもよい。なお、検出信号DS1〜DS3をフーリエ解析する場合には、各L&Sパターン23A〜23C内の開口パターンの個数を例えば数10として、基準部材22を周期P2の数倍〜10倍程度の範囲で移動してもよい。   When the distortion as shown in FIG. 4A occurs, the wafer stage WST is driven, and the images of the L & S patterns 21A to 21C are used as reference members as indicated by the arrow 35A in FIG. 4B. When the 22 L & S patterns 23A to 23C are scanned in the + X direction, the detection signals DS1, DS2, and DS3 are generated as shown in FIGS. 6 (A), 6 (B), and 6 (C). The directional position changes in a sine wave shape with the same period as the period P2 of the L & S patterns 23A to 23C. More precisely, the detection signals DS1 to DS3 change in a sine wave shape when the period of the L & S patterns 23A to 23C is near the resolution limit of the projection optical system PL. When the period of the L & S patterns 23A to 23C is larger than the resolution limit of the projection optical system PL, the detection signals DS1 to DS3 change in a rectangular wave shape with respect to the position of the wafer stage WST. Since the actual distortion is considerably smaller than the period P2, the actual movement range of the reference member 22 in the X direction is a position where the center of the image of the L & S pattern 21B matches the center of the L & S pattern 23B (detection signal DS2 May be in the range of about width P2 / 2 with the center at the position where the maximum is. When the detection signals DS1 to DS3 are Fourier-analyzed, the number of opening patterns in each of the L & S patterns 23A to 23C is, for example, several 10 and the reference member 22 is moved within a range of several times to 10 times the period P2. May be.

その走査中、図4(B)において、L&Sパターン21Aの像(強度分布36A)の中心とL&Sパターン23Aの中心とが合致するときのウエハステージWSTのX座標をX1とする。このとき、L&Sパターン23Aを通過した光ILTの強度分布38Aは、ほぼ像面の強度分布36Aの最大強度の部分に対応し、発生する蛍光も最大になるため、検出信号DS1は最大になる(図6(A)参照)。一方、L&Sパターン21Bの像(強度分布36B)とL&Sパターン23Bとはほぼ1/2周期ずれているため、L&Sパターン23Bを通過する光の強度分布38Bは、強度分布36Bの最小強度の部分に対応し、発生する蛍光も最小になるため、検出信号SD2は最小になる(図6(B)参照)。これに対して、L&Sパターン21Cの像(強度分布36C)とL&Sパターン23Cとはほぼ1/4周期ずれているため、L&Sパターン23Cを通過する光の強度分布38Cは、強度分布36Cのうち最大強度の部分のほぼ1/2の幅の部分に対応し、検出信号DS3は最大値よりも低下している(図6(C)参照)。   During the scanning, in FIG. 4B, the X coordinate of the wafer stage WST when the center of the image (intensity distribution 36A) of the L & S pattern 21A and the center of the L & S pattern 23A coincide is assumed to be X1. At this time, the intensity distribution 38A of the light ILT that has passed through the L & S pattern 23A substantially corresponds to the maximum intensity portion of the intensity distribution 36A on the image plane, and the generated fluorescence is also maximized, so that the detection signal DS1 is maximized ( (See FIG. 6A). On the other hand, since the image (intensity distribution 36B) of the L & S pattern 21B and the L & S pattern 23B are shifted from each other by almost ½ period, the intensity distribution 38B of light passing through the L & S pattern 23B is in the minimum intensity portion of the intensity distribution 36B. Correspondingly, since the generated fluorescence is also minimized, the detection signal SD2 is minimized (see FIG. 6B). On the other hand, since the image (intensity distribution 36C) of the L & S pattern 21C and the L & S pattern 23C are shifted by almost ¼ period, the intensity distribution 38C of the light passing through the L & S pattern 23C is the maximum of the intensity distribution 36C. Corresponding to a portion having a width that is approximately ½ of the intensity portion, the detection signal DS3 is lower than the maximum value (see FIG. 6C).

その後、さらに基準部材22を矢印35Aで示す+X方向に移動して、ウエハステージWSTのX座標がX2になると、図5(A)に示すように、中央のL&Sパターン21Bの像(強度分布36B)の中心とL&Sパターン23Bの中心とが合致し、L&Sパターン23Bを通過する光ILTの強度分布39Bは最大強度の部分となり、蛍光も最大になるため、検出信号DS2は最大になる(図6(B)参照)。一方、L&Sパターン23Aを通過する光の強度分布39Aは最小強度の部分となり、検出信号DS1は最小になる(図6(A)参照)。また、L&Sパターン23Cの透過光の強度分布39Cは、最大強度の部分の他方のほぼ1/2の幅の部分となり、検出信号DS3は最小値よりも上昇している(図6(C)参照)。   Thereafter, the reference member 22 is further moved in the + X direction indicated by the arrow 35A, and when the X coordinate of the wafer stage WST becomes X2, as shown in FIG. 5A, an image (intensity distribution 36B) of the center L & S pattern 21B is obtained. ) And the center of the L & S pattern 23B coincide with each other, and the intensity distribution 39B of the light ILT passing through the L & S pattern 23B becomes the maximum intensity portion and the fluorescence becomes maximum, so that the detection signal DS2 becomes maximum (FIG. 6). (See (B)). On the other hand, the intensity distribution 39A of the light passing through the L & S pattern 23A becomes the minimum intensity portion, and the detection signal DS1 becomes the minimum (see FIG. 6A). Further, the intensity distribution 39C of the transmitted light of the L & S pattern 23C is a portion having a width that is approximately ½ of the other portion of the maximum intensity, and the detection signal DS3 is higher than the minimum value (see FIG. 6C). ).

さらに基準部材22を矢印35Aで示す+X方向に移動して、ウエハステージWSTのX座標がX3になると、図5(B)に示すように、端部のL&Sパターン21Cの像(強度分布36C)の中心とL&Sパターン23Cの中心とが合致し、L&Sパターン23Cを通過する光ILTの強度分布40Cは最大強度の部分となり、検出信号DS3は最大になる(図6(C)参照)。一方、L&Sパターン23A,23Bを通過する光の強度分布40A,40Bは、最大強度の部分のほぼ1/2の幅の部分となり、検出信号DS1,DS2は中間レベルになる。   Further, when the reference member 22 is moved in the + X direction indicated by the arrow 35A and the X coordinate of the wafer stage WST becomes X3, as shown in FIG. 5B, an image of the end L & S pattern 21C (intensity distribution 36C). And the center of the L & S pattern 23C coincide, the intensity distribution 40C of the light ILT passing through the L & S pattern 23C becomes the maximum intensity portion, and the detection signal DS3 becomes maximum (see FIG. 6C). On the other hand, the intensity distributions 40A and 40B of the light passing through the L & S patterns 23A and 23B are approximately half the width of the maximum intensity part, and the detection signals DS1 and DS2 are at an intermediate level.

計測部17は、一例として図6(A)〜図6(C)に示す検出信号DS1,DS2,DS3がそれぞれ最大値になるときのウエハステージWSTのX座標X1,X2,X3を求める。この際に、中央のL&Sパターン21Bの像はほぼディストーションがないとともに、図4(A)の基準部材22のL&Sパターン23A〜23CのX方向の位置関係は、収差がないときの投影光学系PLによるL&Sパターン21A〜21Cの像の位置関係と同じである。このため、検出信号DS2が最大値になるときの位置X2を基準として、検出信号DS1(DS3)が最大値になるときの位置X1(位置X3)と位置X2との差がL&Sパターン21A(21C)の像のディストーションDi1(Di3)となる。即ち、計測部17は次式からディストーションDi1,Di3を計算できる。   As an example, measurement unit 17 obtains X coordinates X1, X2, and X3 of wafer stage WST when detection signals DS1, DS2, and DS3 shown in FIGS. At this time, the image of the center L & S pattern 21B has almost no distortion, and the positional relationship in the X direction of the L & S patterns 23A to 23C of the reference member 22 in FIG. This is the same as the positional relationship of the images of the L & S patterns 21A to 21C. Therefore, with reference to the position X2 when the detection signal DS2 becomes the maximum value, the difference between the position X1 (position X3) and the position X2 when the detection signal DS1 (DS3) becomes the maximum value is the L & S pattern 21A (21C ) Image distortion Di1 (Di3). That is, the measurement unit 17 can calculate the distortions Di1 and Di3 from the following equation.

Di1=X1−X2 …(2A), Di3=X3−X2 …(2B)
さらに、図7において、基準部材22のL&Sパターン23A〜23Cが形成されている表面のZ方向の位置Z21が投影光学系PLのベストフォーカス位置であるときに、レチクルマーク板RFMのL&Sパターン21A〜21Cの像の強度分布36A〜36Cはコントラストが最大になる。そのベストフォーカス位置から基準部材22の表面を+Z方向に位置Z23まで上昇させると、L&Sパターン21A〜21Cの像の強度分布36A1〜36C1のコントラストは低下する。逆に、そのベストフォーカス位置から基準部材22の表面を−Z方向に位置Z33まで降下させても、L&Sパターン21A〜21Cの像の強度分布36A2〜36C2のコントラストは低下する。
Di1 = X1-X2 (2A), Di3 = X3-X2 (2B)
Further, in FIG. 7, when the position Z21 in the Z direction on the surface where the L & S patterns 23A to 23C of the reference member 22 are formed is the best focus position of the projection optical system PL, the L & S patterns 21A to 21A of the reticle mark plate RFM. The intensity distributions 36A to 36C of the 21C image have the maximum contrast. When the surface of the reference member 22 is raised to the position Z23 in the + Z direction from the best focus position, the contrast of the image intensity distributions 36A1 to 36C1 of the L & S patterns 21A to 21C is lowered. Conversely, even if the surface of the reference member 22 is lowered from the best focus position to the position Z33 in the −Z direction, the contrast of the image intensity distributions 36A2 to 36C2 of the L & S patterns 21A to 21C is lowered.

このように強度分布36A〜36Cのコントラストが低下すると、基準部材22をX方向に移動して得られる検出信号DS1〜DS3のコントラストも低下する。例えば中央のL&Sパターン23Bを通過する光の検出信号DS2は、図6(D)の曲線C1〜C4で示すように、基準部材22のZ位置がベストフォーカス位置Z21から次第に位置Z22,Z23,Z24に低下(又は上昇)するとコントラスト(=振幅/直流成分)が低下する。そこで、本実施形態では、基準部材22をZ方向に移動してから、基準部材22をX方向に移動して検出信号DS1〜DS3を取り込み、検出信号DS1〜DS3のコントラストが最大になるときの各信号毎のZ位置を求めることで、基準部材22の各L&Sパターン23A〜23C(各計測点)毎のベストフォーカス位置を求めることができる。   Thus, when the contrast of the intensity distributions 36A to 36C decreases, the contrast of the detection signals DS1 to DS3 obtained by moving the reference member 22 in the X direction also decreases. For example, the detection signal DS2 of the light passing through the central L & S pattern 23B is such that the Z position of the reference member 22 gradually moves from the best focus position Z21 to the positions Z22, Z23, Z24 as shown by the curves C1 to C4 in FIG. When it decreases (or increases), contrast (= amplitude / DC component) decreases. Therefore, in the present embodiment, when the reference member 22 is moved in the Z direction and then the reference member 22 is moved in the X direction to capture the detection signals DS1 to DS3, the contrast of the detection signals DS1 to DS3 is maximized. By obtaining the Z position for each signal, the best focus position for each L & S pattern 23A to 23C (each measurement point) of the reference member 22 can be obtained.

次に、図1の露光装置EXを用いた露光工程中で、例えば定期的に特性計測装置20を用いて投影光学系PLの結像特性又はこの変動量を計測する場合の動作(計測方法)の一例につき、図8のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御系11によって制御される。まず、ステップ111において、図2に示すように、レチクルステージRSTをY方向に駆動して、投影光学系PLの物体面上で照明光学系ILSの照明領域内にレチクルマーク板RFMのL&Sパターン21A〜21Eを配置する。次のステップ112において、ウエハステージWST(基準部材22及び受光系30)をX方向、Y方向に駆動して、基準部材22のL&Sパターン23A〜23Eの中心を投影光学系PLの像面の露光領域内のL&Sパターン21A〜21Eの像の中心(計測点)に対して−X方向にずれた位置に配置し、基準部材22の表面のZ位置(以下、単にウエハステージWSTのZ位置という)をそれまでのベストフォーカス位置に対して所定量(想定される最大の変動量を超える量)だけ降下した位置(下限)に設定する。   Next, during the exposure process using the exposure apparatus EX of FIG. 1, for example, the characteristic measurement apparatus 20 is used to measure the imaging characteristics of the projection optical system PL or the amount of variation thereof periodically (measurement method). One example will be described with reference to the flowchart of FIG. This operation is controlled by the main control system 11. First, in step 111, as shown in FIG. 2, the reticle stage RST is driven in the Y direction so that the L & S pattern 21A of the reticle mark plate RFM is within the illumination area of the illumination optical system ILS on the object plane of the projection optical system PL. Place ~ 21E. In the next step 112, wafer stage WST (reference member 22 and light receiving system 30) is driven in the X and Y directions, and the centers of L & S patterns 23A to 23E of reference member 22 are exposed on the image plane of projection optical system PL. It is arranged at a position shifted in the −X direction with respect to the centers (measurement points) of the images of the L & S patterns 21A to 21E in the region, and the Z position of the surface of the reference member 22 (hereinafter simply referred to as the Z position of wafer stage WST). Is set to a position (lower limit) lowered by a predetermined amount (an amount exceeding the assumed maximum fluctuation amount) with respect to the best focus position so far.

その後、照明光学系ILSからの照明光ILでレチクルマーク板RFMのL&Sパターン21A〜21E及び投影光学系PLを介して基準部材22のL&Sパターン23A〜23Eを照明する(ステップ113)。これにより、基準部材22のL&Sパターン23A〜23Eを透過した光によって蛍光膜24から発生する蛍光ILFが、受光系30の光電検出器33A〜33Eで受光される(ステップ114)。この状態で、ウエハステージWSTを駆動して、L&Sパターン21A〜21Eの像をL&Sパターン23A〜23Eが走査するように基準部材22をX方向に移動(走査)しながら、ウエハステージWSTのX座標に対応させて、受光系30から出力される検出信号DS1等を計測部17に取り込む(ステップ115)。次に、計測部17は、各L&Sパターン21A〜21E毎の検出信号DS1等のコントラスト及びピーク位置のX座標を求め、これらの計測値をZ位置に対応させて記憶する(ステップ116)。   Thereafter, the illumination light IL from the illumination optical system ILS illuminates the L & S patterns 21A to 21E of the reticle mark plate RFM and the L & S patterns 23A to 23E of the reference member 22 through the projection optical system PL (step 113). Thereby, the fluorescent ILF generated from the fluorescent film 24 by the light transmitted through the L & S patterns 23A to 23E of the reference member 22 is received by the photoelectric detectors 33A to 33E of the light receiving system 30 (step 114). In this state, wafer stage WST is driven, and reference member 22 is moved (scanned) in the X direction so that L & S patterns 23A to 23E scan the images of L & S patterns 21A to 21E. Corresponding to the above, the detection signal DS1 or the like output from the light receiving system 30 is taken into the measuring unit 17 (step 115). Next, the measurement part 17 calculates | requires X coordinate of contrast and peak position, such as detection signal DS1 for each L & S pattern 21A-21E, and memorize | stores these measured values corresponding to Z position (step 116).

次のステップ117において、ウエハステージWSTのZ位置が上限(ベストフォーカス位置の変動後の想定される最大の高さを超える位置)に達していない場合には、動作はステップ118に移行して、主制御系11はステージ制御系18を介してウエハステージWSTのZ位置をδZだけ高くする。δZは、ベストフォーカス位置の計測精度に応じて設定される。その後、動作はステップ113に戻り、ステップ113〜116の動作が繰り返されて、各L&Sパターン21A〜21E毎の検出信号DS1等のコントラスト及びピーク位置のX座標が求めて記憶される。   In the next step 117, if the Z position of wafer stage WST has not reached the upper limit (position exceeding the assumed maximum height after the change of the best focus position), the operation proceeds to step 118, Main control system 11 raises the Z position of wafer stage WST by δZ through stage control system 18. δZ is set according to the measurement accuracy of the best focus position. Thereafter, the operation returns to step 113, and the operations of steps 113 to 116 are repeated to obtain and store the contrast and the X coordinate of the peak position such as the detection signal DS1 for each of the L & S patterns 21A to 21E.

そして、ステップ117において、ウエハステージWSTのZ位置が上限に達したときに、動作はステップ119に移行する。なお、実際には、レチクルステージRSTをY方向に駆動して、レチクルマーク板RFMのL&Sパターン21A〜21Cを照明領域内でY方向に移動させてから、ステップ112〜117の動作を繰り返すことによって、露光領域内の他の列の3つの計測点においても、検出信号DS1等のコントラスト及びピーク位置のX座標が求めて記憶される。この動作を繰り返すことによって、投影光学系PLの露光領域内でY方向に所定間隔で配列される複数列の計測点において、検出信号DS1等のコントラスト及びピーク位置のX座標が求められる。この際に、投影光学系PLの光軸AXの近傍の計測点においても検出信号DS3のコントラスト及びピーク位置のX座標(X2)を求めるようにする。このX座標(X2)は、他の計測点におけるディストーションを計算するときの基準となる。その後、レチクルマーク板RFMは照明領域外に退避させ、基準部材22も露光領域外に退避させる。   In step 117, when the Z position of wafer stage WST reaches the upper limit, the operation proceeds to step 119. Actually, the reticle stage RST is driven in the Y direction to move the L & S patterns 21A to 21C of the reticle mark plate RFM in the Y direction within the illumination area, and then the operations in steps 112 to 117 are repeated. The contrast of the detection signal DS1 and the X coordinate of the peak position are also obtained and stored at three measurement points in other columns in the exposure area. By repeating this operation, the contrast of the detection signal DS1 and the X coordinate of the peak position are obtained at a plurality of measurement points arranged at predetermined intervals in the Y direction within the exposure area of the projection optical system PL. At this time, the contrast of the detection signal DS3 and the X coordinate (X2) of the peak position are obtained also at a measurement point near the optical axis AX of the projection optical system PL. The X coordinate (X2) is a reference when calculating distortion at other measurement points. Thereafter, reticle mark plate RFM is retracted outside the illumination area, and reference member 22 is also retracted outside the exposure area.

そして、ステップ119において、計測部17は、露光領域内の複数の計測点に関してそれぞれ検出信号DS1等のコントラストが最大になるときのZ位置(ベストフォーカス位置)を例えば補間を行って求め、例えば各計測点のベストフォーカス位置の平均値を平均的な像面とする。この場合、各計測点におけるベストフォーカス位置から像面湾曲を求めることができる。   In step 119, the measurement unit 17 obtains a Z position (best focus position) at which the contrast of the detection signal DS1 or the like is maximized for each of a plurality of measurement points in the exposure region by performing interpolation, for example, The average value of the best focus positions of the measurement points is taken as the average image plane. In this case, the field curvature can be obtained from the best focus position at each measurement point.

さらに、計測部17は、各計測点において、例えばベストフォーカス位置に最も近いZ位置で計測された検出信号がピーク値を取るときのウエハステージWSTのX座標を求め、このX座標から上記の光軸AXの近傍の計測点に関して計測されるX座標を差し引いてディストーションのX成分を求める。これらの平均的な像面、像面湾曲、及びディストーションのX成分の計測結果は主制御系11に供給される。   Further, the measurement unit 17 obtains the X coordinate of the wafer stage WST when the detection signal measured at the Z position closest to the best focus position, for example, takes the peak value at each measurement point. An X component of the distortion is obtained by subtracting the X coordinate measured for the measurement point in the vicinity of the axis AX. Measurement results of these average image plane, field curvature, and distortion X component are supplied to the main control system 11.

次のステップ120において、主制御系11の結像特性制御部は、計測されたディストーションを相殺するように、結像特性制御機構の駆動系12を介して投影光学系PLの結像特性を補正する。その後、レチクルステージRSTにレチクルRがロードされ(ステップ121)、ウエハステージWSTに順次ロードされる複数のウエハの各ショット領域にレチクルRのパターンの像が露光される(ステップ122)。この際に、投影光学系PLの結像特性が補正されているため、常に高精度にレチクルRのパターンの像を投影光学系PLを介してウエハ上に露光できる。   In the next step 120, the imaging characteristic control unit of the main control system 11 corrects the imaging characteristic of the projection optical system PL via the drive system 12 of the imaging characteristic control mechanism so as to cancel the measured distortion. To do. Thereafter, reticle R is loaded onto reticle stage RST (step 121), and an image of the pattern of reticle R is exposed to each shot area of a plurality of wafers sequentially loaded onto wafer stage WST (step 122). At this time, since the imaging characteristics of the projection optical system PL are corrected, the pattern image of the reticle R can always be exposed onto the wafer via the projection optical system PL with high accuracy.

本実施形態の効果等は次の通りである。
(1)本実施形態の特性計測装置20(光学特性計測装置)は、物体面(第1面)のレチクルRのパターンの像を像面(第2面)に形成する投影光学系PLの結像特性(光学特性)を計測する装置である。特性計測装置20は、その物体面に配置されるL&Sパターン21A〜21E(第1の周期的パターン)が形成されたレチクルマーク板RFM(第1部材)と、その像面に配置されるL&Sパターン23A〜23E(第2の周期的パターン)が形成された基準部材22(第2部材)と、L&Sパターン21A〜23E及び投影光学系PLを介してL&Sパターン23A〜23Eを照明する照明光学系ILSと、L&Sパターン23A〜23Eを通過した光の開き角(開口数)を小さくする蛍光膜24(開口数制限部材)と、蛍光膜24を通過した光を集光するコンデンサーレンズ32A〜32Eと、コンデンサーレンズ32A〜32Eによって集光された光を検出する光電検出器33A〜33Eと、光電検出器32A〜33Eから得られる検出信号に基づいて投影光学系PLの光学特性を求める計測部17(演算装置)とを備えている。
The effects and the like of this embodiment are as follows.
(1) The characteristic measurement apparatus 20 (optical characteristic measurement apparatus) of the present embodiment is a combination of the projection optical system PL that forms an image of the reticle R pattern on the object plane (first surface) on the image plane (second surface). This is a device for measuring image characteristics (optical characteristics). The characteristic measuring apparatus 20 includes a reticle mark plate RFM (first member) on which L & S patterns 21A to 21E (first periodic patterns) arranged on the object plane are formed, and an L & S pattern arranged on the image plane. A reference member 22 (second member) on which 23A to 23E (second periodic pattern) are formed, and an illumination optical system ILS that illuminates the L & S patterns 23A to 23E via the L & S patterns 21A to 23E and the projection optical system PL A fluorescent film 24 (numerical aperture limiting member) that reduces the opening angle (numerical aperture) of the light that has passed through the L & S patterns 23A to 23E, condenser lenses 32A to 32E that condense the light that has passed through the fluorescent film 24, Photoelectric detectors 33A to 33E that detect the light collected by the condenser lenses 32A to 32E, and detections obtained from the photoelectric detectors 32A to 33E. And a measuring unit 17 for determining the optical characteristics of the projection optical system PL (computing unit) based on the signal.

また、特性計測装置20を用いた投影光学系PLの結像特性(光学特性)の計測方法は、その物体面に配置されるL&Sパターン21A〜21E及び投影光学系PLを介してその像面に配置されるL&Sパターン23A〜23Eを照明するステップ113と、L&Sパターン23A〜23Eを通過した光の開き角を小さくし、その開き角が小さくされた光を集光して受光するステップ114,115と、その受光によって得られる検出信号DS1等に基づいて投影光学系PLの結像特性を求めるステップ116,119とを含んでいる。   In addition, a method for measuring the imaging characteristics (optical characteristics) of the projection optical system PL using the characteristic measurement device 20 is performed on the image plane via the L & S patterns 21A to 21E and the projection optical system PL arranged on the object plane. Steps 113 and 115 for illuminating the arranged L & S patterns 23A to 23E, steps 114 and 115 for reducing the opening angle of the light passing through the L & S patterns 23A to 23E, and condensing and receiving the light with the reduced opening angle. And steps 116 and 119 for determining the imaging characteristics of the projection optical system PL based on the detection signal DS1 and the like obtained by the light reception.

本実施形態によれば、L&Sパターン21A〜21Eの像とL&Sパターン23A〜23Eとの周期方向(X方向)及び/又は高さ方向(Z方向)の相対的な位置関係によってL&Sパターン23A〜23Eを通過する光の光量又は光量分布が変化する。従って、L&Sパターン23A〜23Eを通過する光を検出することによって、その相対的な位置関係、ひいては投影光学系PLのディストーション及び/又はベストフォーカス位置等の結像特性を求めることができる。   According to the present embodiment, the L & S patterns 23A to 23E depend on the relative positional relationship between the images of the L & S patterns 21A to 21E and the L & S patterns 23A to 23E in the periodic direction (X direction) and / or the height direction (Z direction). The amount of light passing through the light or the light amount distribution changes. Therefore, by detecting the light passing through the L & S patterns 23A to 23E, it is possible to obtain the relative positional relationship, and hence the imaging characteristics such as the distortion of the projection optical system PL and / or the best focus position.

さらに、蛍光膜24によってL&Sパターン23A〜23Eを通過した光の開き角を小さくして検出しているため、投影光学系PLの開口数が大きい場合に、開き角の大きい光の情報が失われない。従って、投影光学系PLの結像特性を正確に計測できる。
(2)また、特性計測装置20は、レチクルマーク板RFMと基準部材22とをL&Sパターン23A〜23Eの周期方向(X方向)に相対移動するウエハステージWST(移動装置)を備え、計測部17は、L&Sパターン21A〜21Eの像とL&Sパターン23A〜23EとをX方向に相対移動したときに光電検出器33A〜33Eから得られる検出信号に基づいて投影光学系PLの結像特性を求めている。この場合、例えば各検出信号のピーク位置を求めることで、投影光学系PLのディストーションを求めることができる。
Furthermore, since the opening angle of the light that has passed through the L & S patterns 23A to 23E is detected by the fluorescent film 24, information on light having a large opening angle is lost when the numerical aperture of the projection optical system PL is large. Absent. Therefore, it is possible to accurately measure the imaging characteristics of the projection optical system PL.
(2) The characteristic measuring apparatus 20 includes a wafer stage WST (moving apparatus) that relatively moves the reticle mark plate RFM and the reference member 22 in the periodic direction (X direction) of the L & S patterns 23A to 23E. Obtains the imaging characteristics of the projection optical system PL based on detection signals obtained from the photoelectric detectors 33A to 33E when the images of the L & S patterns 21A to 21E and the L & S patterns 23A to 23E are relatively moved in the X direction. Yes. In this case, for example, the distortion of the projection optical system PL can be obtained by obtaining the peak position of each detection signal.

なお、本実施形態では、L&Sパターン21A〜21Eの像とL&Sパターン23A〜23Eとを相対移動するためにウエハステージWSTで基準部材22を移動しているが、その代わりにレチクルステージRSTによってレチクルマーク板RFM側をX方向に移動してもよい。
(3)また、本実施形態の計測方法は、ウエハステージWSTのZステージ機構によって、L&Sパターン21A〜21Eの像とL&Sパターン23A〜23Eとを投影光学系PLの光軸AXに平行なZ方向に相対移動するステップ118と、上記のL&Sパターン21A〜21Eの像とL&Sパターン23A〜23EとをX方向に相対移動しつつ、L&Sパターン23A〜23Eを通過した光を受光して検出信号DS1等を得るステップ114,115とを繰り返している。従って、その検出信号DS1等のコントラストが最大になるときのZ位置から、投影光学系PLのベストフォーカス位置及び像面湾曲を求めることができる。
In the present embodiment, the reference member 22 is moved on the wafer stage WST in order to move the images of the L & S patterns 21A to 21E and the L & S patterns 23A to 23E, but instead, the reticle mark is used by the reticle stage RST. The plate RFM side may be moved in the X direction.
(3) Further, in the measurement method of this embodiment, the Z stage mechanism of wafer stage WST causes the images of L & S patterns 21A to 21E and L & S patterns 23A to 23E to be parallel to the optical axis AX of projection optical system PL. , And the L & S patterns 21A to 21E and the L & S patterns 23A to 23E are relatively moved in the X direction while receiving the light passing through the L & S patterns 23A to 23E and the detection signal DS1 and the like. Steps 114 and 115 for obtaining are repeated. Therefore, the best focus position and field curvature of the projection optical system PL can be obtained from the Z position when the contrast of the detection signal DS1 or the like becomes maximum.

(4)また、L&Sパターン21A〜21E及びL&Sパターン23A〜23Eは5対形成されており、計測部17は、5対のL&Sパターンに関してそれぞれ結像特性を求めている。従って、ウエハステージWSTの1回の移動(相対移動)で、5つの計測点の結像特性を求めることができるため、計測効率が高い。
なお、レチクルマーク板RFMに形成されるL&Sパターン21A〜21Eの個数は任意であり、レチクルマーク板RFMには一つのL&Sパターン21Cのみを形成しておいてもよい。同様に、基準部材22に形成されるL&Sパターン23A〜23Eの個数は任意であり、基準部材22には一つのL&Sパターン23Cのみを形成しておいてもよい。L&Sパターン21Cのみ及び/又はL&Sパターン23Cのみが設けられている場合には、計測効率は低下するが、レチクルステージRST及び/又はウエハステージWSTでそれぞれL&Sパターン21C及び/又はL&Sパターン23Cを計測点又はこの近傍に移動してから上記の計測を行えばよい。
(4) Further, five pairs of L & S patterns 21A to 21E and L & S patterns 23A to 23E are formed, and the measurement unit 17 obtains imaging characteristics with respect to the five pairs of L & S patterns. Accordingly, since the imaging characteristics of the five measurement points can be obtained by one movement (relative movement) of wafer stage WST, the measurement efficiency is high.
The number of L & S patterns 21A to 21E formed on the reticle mark plate RFM is arbitrary, and only one L & S pattern 21C may be formed on the reticle mark plate RFM. Similarly, the number of the L & S patterns 23A to 23E formed on the reference member 22 is arbitrary, and only one L & S pattern 23C may be formed on the reference member 22. When only the L & S pattern 21C and / or only the L & S pattern 23C is provided, the measurement efficiency is lowered, but the L & S pattern 21C and / or the L & S pattern 23C are measured at the reticle stage RST and / or the wafer stage WST, respectively. Alternatively, the measurement may be performed after moving to the vicinity.

(5)また、本実施形態では、照明光ILは紫外光であり、投影光学系PLからの照明光ILの開き角を小さくする部材として紫外光の照射によって蛍光を発生する蛍光膜24が使用されている。この場合、蛍光膜24は薄いため、受光系30の構成が大型化又は複雑化することがない。
なお、投影光学系PLからの照明光ILの開き角を小さくする部材として、基準部材22の裏面に形成された擦りガラス面等の照明光ILを拡散する拡散部(拡散面)、又は拡散板を使用してもよい。
(5) In the present embodiment, the illumination light IL is ultraviolet light, and the fluorescent film 24 that generates fluorescence by irradiation with ultraviolet light is used as a member for reducing the opening angle of the illumination light IL from the projection optical system PL. Has been. In this case, since the fluorescent film 24 is thin, the configuration of the light receiving system 30 does not increase in size or complexity.
As a member for reducing the opening angle of the illumination light IL from the projection optical system PL, a diffusion part (diffusion surface) that diffuses the illumination light IL such as a rubbed glass surface formed on the back surface of the reference member 22, or a diffusion plate May be used.

(6)また、本実施形態の露光装置EXは、照明光学系ILSからの照明光ILでレチクルRのパターンを照明し、照明光ILでそのパターン及び投影光学系PLを介してウエハW(物体)を露光する露光装置において、投影光学系PLの結像特性を計測するために特性計測装置20を備え、照明光学系ILSが特性計測装置20の照明系を兼用している。   (6) Further, the exposure apparatus EX of the present embodiment illuminates the pattern of the reticle R with the illumination light IL from the illumination optical system ILS, and the wafer W (object) through the pattern and the projection optical system PL with the illumination light IL ) Is provided with a characteristic measuring device 20 for measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL, and the illumination optical system ILS is also used as the illumination system of the characteristic measuring device 20.

また、露光装置EXによる露光方法は、照明光ILでレチクルRのパターンを照明し、照明光ILでそのパターン及び投影光学系PLを介してウエハWを露光する露光方法において、本実施形態の計測方法を用いて投影光学系PLの結像特性を計測している。
本実施形態によれば、特性計測装置20によって投影光学系PLの結像特性を高精度に計測できる。従って、この計測結果に基づいてその結像特性を補正することによって、レチクルRのパターンの像をウエハWの各ショット領域に高精度に露光できる。また、照明光学系ILSを特性計測装置20の照明系として兼用しているため、別途専用の照明系を設ける必要がない。
The exposure method using the exposure apparatus EX is an exposure method in which the pattern of the reticle R is illuminated with the illumination light IL, and the wafer W is exposed with the illumination light IL via the pattern and the projection optical system PL. The imaging characteristic of the projection optical system PL is measured using this method.
According to the present embodiment, the characteristic measurement device 20 can measure the imaging characteristics of the projection optical system PL with high accuracy. Accordingly, the image of the pattern of the reticle R can be exposed to each shot area of the wafer W with high accuracy by correcting the imaging characteristics based on the measurement result. Further, since the illumination optical system ILS is also used as the illumination system of the characteristic measuring device 20, it is not necessary to provide a dedicated illumination system.

なお、上記の実施形態では、次のような変形が可能である。
(1)図2に示すように、特性計測装置20の受光系30において、各コンデンサーレンズ32A〜32Eと蛍光膜24との間に、蛍光膜24から発生した蛍光を内面反射でコンデンサーレンズ32A〜32Eに導く例えば反射率の高い円筒型の反射部材31を設けてもよい。これにより、蛍光膜24で発生した蛍光を光電検出器33A〜33Eで効率的に受光できる。
In the above embodiment, the following modifications are possible.
(1) As shown in FIG. 2, in the light receiving system 30 of the characteristic measuring device 20, the fluorescence generated from the fluorescent film 24 is reflected between the condenser lenses 32A to 32E and the fluorescent film 24 by internal reflection. For example, a cylindrical reflection member 31 having high reflectivity leading to 32E may be provided. Thereby, the fluorescence generated in the fluorescent film 24 can be efficiently received by the photoelectric detectors 33A to 33E.

(2)図2のレチクルマーク板RFMに形成されたL&Sパターン21A〜21E及び基準部材22に形成されたL&Sパターン23A〜23EはX方向を周期方向とするパターンである。しかしながら、図9(A)に拡大して示すように、レチクルマーク板RFMのL&Sパターン21Aの近傍に、L&Sパターン21Aを90°回転した形状のY方向を周期方向とするL&Sパターン21AYを形成し、他のL&Sパターン21B〜21Eの近傍にもY方向を周期方向とするL&Sパターンを形成しておいてもよい。この場合には、図9(B)に拡大して示すように、基準部材22のL&Sパターン23Aの近傍に、L&Sパターン23Aを90°回転した形状のY方向を周期方向とするL&Sパターン23AYを形成し、他のL&Sパターン23B〜23Eの近傍にもY方向を周期方向とするL&Sパターンを形成しておく。また、図2の光電検出器33A〜33EでX方向及びY方向を周期方向とするL&Sパターン21A,21AY等を通過した反射光を受光してもよいが、L&Sパターン21A,21AY等を通過した反射光を別の光電検出器で受光してもよい。   (2) The L & S patterns 21A to 21E formed on the reticle mark plate RFM of FIG. 2 and the L & S patterns 23A to 23E formed on the reference member 22 are patterns having the X direction as a periodic direction. However, as shown in an enlarged view in FIG. 9A, an L & S pattern 21AY having a periodic direction in the Y direction of the shape obtained by rotating the L & S pattern 21A by 90 ° is formed in the vicinity of the L & S pattern 21A of the reticle mark plate RFM. The L & S pattern having the Y direction as the periodic direction may also be formed in the vicinity of the other L & S patterns 21B to 21E. In this case, as shown in an enlarged view in FIG. 9B, in the vicinity of the L & S pattern 23A of the reference member 22, an L & S pattern 23AY having the Y direction of the shape obtained by rotating the L & S pattern 23A by 90 ° as a periodic direction is provided. The L & S pattern having the Y direction as a periodic direction is also formed in the vicinity of the other L & S patterns 23B to 23E. In addition, the photoelectric detectors 33A to 33E in FIG. 2 may receive reflected light that has passed through the L & S patterns 21A, 21AY, etc. with the X direction and the Y direction as periodic directions, but have passed through the L & S patterns 21A, 21AY, etc. The reflected light may be received by another photoelectric detector.

この変形例では、図8のステップ115に対応する工程で、基準部材22を矢印35Aで示すX方向に移動して、X軸のL&Sパターン21A等の像をX軸のL&Sパターン23A等で走査して検出信号DS1等を取り込んだ後、基準部材22を矢印35Bで示すY方向に移動して、Y軸のL&Sパターン21AY等の像をY軸のL&Sパターン23AY等で走査して検出信号(DSY1等とする)を取り込むようにする。そして、ステップ116に対応する工程では、検出信号DS1等の処理とともに、検出信号DSY1等のコントラスト及びピーク位置のY座標を求める処理を施すことによって、投影光学系PLの各計測点におけるディストーションのY成分、及び投影光学系PLのY方向に開いた光束によるベストフォーカス位置、ひいては投影光学系PLの非点収差を求めることができる。   In this modification, in a process corresponding to step 115 in FIG. 8, the reference member 22 is moved in the X direction indicated by the arrow 35A, and an image such as the X-axis L & S pattern 21A is scanned with the X-axis L & S pattern 23A or the like. After capturing the detection signal DS1 and the like, the reference member 22 is moved in the Y direction indicated by the arrow 35B, and an image such as the Y-axis L & S pattern 21AY is scanned with the Y-axis L & S pattern 23AY and the detection signal ( DSY1 etc.). In the process corresponding to step 116, the processing of the detection signal DS1 and the like and the processing of obtaining the contrast of the detection signal DSY1 and the Y coordinate of the peak position are performed, so that the distortion Y at each measurement point of the projection optical system PL is obtained. It is possible to obtain the component and the best focus position by the light beam opened in the Y direction of the projection optical system PL, and astigmatism of the projection optical system PL.

(3)上記の実施形態では、レチクルマーク板RFMのL&Sパターン21A〜21Eは、透過率がほぼ0%の遮光膜を背景とした2値パターンである。その外に、L&Sパターン21A〜21Eを、所定(例えば数%)の透過率を持つ遮光膜を背景としたハーフトーンパターンとしてもよく、L&Sパターン21A〜21Eを位相シフトパターンとしてもよい。   (3) In the above embodiment, the L & S patterns 21A to 21E of the reticle mark plate RFM are binary patterns with a light shielding film having a transmittance of approximately 0% as a background. In addition, the L & S patterns 21A to 21E may be halftone patterns with a light shielding film having a predetermined (for example, several percent) transmittance as a background, and the L & S patterns 21A to 21E may be phase shift patterns.

(4)また、L&Sパターン21A〜21Eは、レチクルマーク板RFMではなく、図1のレチクルステージRSTに対してレチクルRと交換可能にロード可能なテストレチクルR1等に形成しておいてもよい。
また、上記の実施形態の露光装置EX(又は露光方法)を用いて半導体デバイス等の電子デバイス(又はマイクロデバイス)を製造する場合、電子デバイスは、図10に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ221、この設計ステップに基づいたマスク(レチクル)を製作するステップ222、デバイスの基材である基板(ウエハ)を製造してレジストを塗布するステップ223、前述した実施形態の露光装置(又は露光方法)によりレチクルのパターンを基板(感応基板)に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱(キュア)及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ224、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む)225、並びに検査ステップ226等を経て製造される。
(4) Further, the L & S patterns 21A to 21E may be formed not on the reticle mark plate RFM but on a test reticle R1 that can be exchanged for the reticle R with respect to the reticle stage RST of FIG.
Further, when an electronic device (or microdevice) such as a semiconductor device is manufactured using the exposure apparatus EX (or exposure method) of the above embodiment, the electronic device has functions and functions of the electronic device as shown in FIG. Step 221 for performing performance design, Step 222 for manufacturing a mask (reticle) based on this design step, Step 223 for manufacturing a substrate (wafer) as a base material of the device and applying a resist, Exposure of the above-described embodiment Substrate processing step 224 including device exposure process (or exposure method) to expose a reticle pattern to a substrate (sensitive substrate), developing the exposed substrate, heating (curing) and etching the developed substrate, and device assembly Steps (including processing processes such as dicing, bonding, and packaging) ) 225, and an inspection step 226, and the like.

従って、このデバイス製造方法は、上記の実施形態の露光装置又は露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理すること(ステップ224)とを含んでいる。その露光装置等によれば、レチクルのパターンを高精度に露光できるため、電子デバイスを高精度に製造できる。
なお、上記の実施形態では、露光装置として走査露光型の露光装置が使用されているが、本発明は、ステッパー等の一括露光型の露光装置の投影光学系の光学特性を計測する場合にも適用できる。また、本発明は、ドライ露光型の露光装置の投影光学系の光学特性を計測する場合にも適用できる。
Therefore, in this device manufacturing method, the pattern of the photosensitive layer is formed on the substrate using the exposure apparatus or the exposure method of the above embodiment, and the substrate on which the pattern is formed is processed (step 224). Is included. According to the exposure apparatus or the like, since the reticle pattern can be exposed with high accuracy, an electronic device can be manufactured with high accuracy.
In the above embodiment, a scanning exposure type exposure apparatus is used as the exposure apparatus. However, the present invention is also applicable to measuring the optical characteristics of the projection optical system of a batch exposure type exposure apparatus such as a stepper. Applicable. The present invention can also be applied when measuring the optical characteristics of the projection optical system of a dry exposure type exposure apparatus.

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、MEMS(Microelectromechanical Systems:微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスやマスク自体を製造するための露光装置にも広く適用できる。   In addition, the present invention is not limited to application to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, for example, an exposure apparatus for a display device such as a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a plasma display, It can also be widely applied to various devices such as imaging devices (CCDs, etc.), micromachines, MEMS (Microelectromechanical Systems), thin film magnetic heads, and DNA chips, and exposure apparatuses for manufacturing masks themselves.

また、本発明は、露光装置の投影光学系の光学特性の計測のみならず、各種の光学装置、例えば、天体望遠鏡、眼科的検査装置、又は携帯カメラ若しくは携帯電話に備えられる小型カメラ等の光学系のディストーション等の光学特性を計測する際にも同様に適用することができる。
このように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。
The present invention not only measures the optical characteristics of the projection optical system of the exposure apparatus, but also various optical devices such as an astronomical telescope, an ophthalmic examination device, or an optical device such as a small camera provided in a portable camera or a cellular phone. The present invention can also be applied in the same way when measuring optical characteristics such as distortion of the system.
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

EX…露光装置、ILS…照明光学系、R…レチクル、RFM…レチクルマーク板、PL…投影光学系、WST…ウエハステージ、W…ウエハ、17…計測部、20…特性計測装置、21A〜21E…第1のL&Sパターン、22…基準部材、23A〜23E…第2のL&Sパターン、30…受光系   EX ... exposure apparatus, ILS ... illumination optical system, R ... reticle, RFM ... reticle mark plate, PL ... projection optical system, WST ... wafer stage, W ... wafer, 17 ... measurement unit, 20 ... characteristic measurement apparatus, 21A to 21E ... 1st L & S pattern, 22 ... Reference member, 23A-23E ... 2nd L & S pattern, 30 ... Light receiving system

Claims (16)

第1面のパターンの像を第2面に形成する光学系の光学特性を計測する装置において、
前記第1面に配置される第1の周期的パターンが形成された第1部材と、
前記第2面に配置される第2の周期的パターンが形成された第2部材と、
前記第1の周期的パターン及び前記光学系を介して前記第2の周期的パターンを照明する照明系と、
前記第2の周期的パターンを通過した光の開き角を小さくする開口数制限部材と、
前記開口数制限部材を通過した光を集光する集光素子と、
前記集光素子によって集光された光を検出する光電検出器と、
前記光電検出器から得られる検出信号に基づいて前記光学系の光学特性を求める演算装置と、
を備えることを特徴とする光学特性計測装置。
In an apparatus for measuring optical characteristics of an optical system that forms an image of a pattern on the first surface on the second surface,
A first member formed with a first periodic pattern disposed on the first surface;
A second member formed with a second periodic pattern disposed on the second surface;
An illumination system for illuminating the second periodic pattern via the first periodic pattern and the optical system;
A numerical aperture limiting member that reduces an opening angle of light that has passed through the second periodic pattern;
A condensing element that condenses the light that has passed through the numerical aperture limiting member;
A photoelectric detector for detecting the light collected by the light collecting element;
An arithmetic device for obtaining optical characteristics of the optical system based on a detection signal obtained from the photoelectric detector;
An optical property measuring device comprising:
前記第1部材と前記第2部材とを前記第2の周期的パターンの周期方向に相対移動する移動装置を備え、
前記演算装置は、前記移動装置により前記第1部材及び前記第2部材を介して、前記第1の周期的パターンの前記光学系による像と前記第2の周期的パターンとを前記周期方向に相対移動したときに前記光電検出器から得られる検出信号に基づいて前記光学系の光学特性を求めることを特徴とする請求項1に記載の光学特性計測装置。
A moving device that relatively moves the first member and the second member in a periodic direction of the second periodic pattern;
The arithmetic unit causes the moving device to cause an image of the first periodic pattern and the second periodic pattern relative to each other in the periodic direction via the first member and the second member. The optical characteristic measuring apparatus according to claim 1, wherein the optical characteristic of the optical system is obtained based on a detection signal obtained from the photoelectric detector when moved.
前記移動装置は、前記第1部材と前記第2部材とを前記光学系の光軸に平行な方向に相対移動する機構を有し、
前記演算装置は、前記移動装置により前記第1部材及び前記第2部材を介して、前記第1の周期的パターンの像と前記第2の周期的パターンとを前記光軸に平行な方向に相対移動した後、前記第1の周期的パターンの像と前記第2の周期的パターンとを前記周期方向に相対移動したときに前記光電検出器から得られる検出信号に基づいて前記光学系の光学特性を求めることを特徴とする請求項2に記載の光学特性計測装置。
The moving device has a mechanism for relatively moving the first member and the second member in a direction parallel to the optical axis of the optical system,
The arithmetic device causes the moving device to cause the image of the first periodic pattern and the second periodic pattern to be relative to each other in a direction parallel to the optical axis via the first member and the second member. After moving, the optical characteristic of the optical system based on a detection signal obtained from the photoelectric detector when the image of the first periodic pattern and the second periodic pattern are relatively moved in the periodic direction. The optical characteristic measuring device according to claim 2, wherein:
前記照明系から照射される光は紫外光であり、
前記開口数制限部材は、前記紫外光の照射によって蛍光を発する蛍光膜を含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
The light emitted from the illumination system is ultraviolet light,
4. The optical property measuring apparatus according to claim 1, wherein the numerical aperture limiting member includes a fluorescent film that emits fluorescence when irradiated with the ultraviolet light. 5.
前記集光素子は、前記開口数制限部材を通過した光を内面反射で導く内面反射部材を有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。   5. The optical characteristic measuring apparatus according to claim 1, wherein the light collecting element includes an inner surface reflecting member that guides light that has passed through the numerical aperture limiting member by inner surface reflection. 前記第1の周期的パターンの像は、第1方向に周期性を持つ第1パターン部及び前記前記第1方向に直交する第2方向に周期性を持つ第2パターン部を含み、
前記第2の周期的パターンは、前記第1方向に周期性を持つ第3パターン部及び前記第2方向に周期性を持つ第4パターン部を含み、
前記集光素子及び前記光電検出器は、前記第1パターン部及び前記第3パターン部、並びに前記第2パターン部及び前記第4パターン部に対応してそれぞれ2つ設けられることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
The image of the first periodic pattern includes a first pattern portion having periodicity in a first direction and a second pattern portion having periodicity in a second direction orthogonal to the first direction,
The second periodic pattern includes a third pattern portion having periodicity in the first direction and a fourth pattern portion having periodicity in the second direction,
The condensing element and the photoelectric detector are provided in two corresponding to the first pattern portion, the third pattern portion, and the second pattern portion and the fourth pattern portion, respectively. The optical property measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5.
前記第1及び第2の周期的パターン、並びに前記集光素子、及び前記光電検出器は、複数組形成されており、
前記演算装置は、複数組の前記第1及び第2の周期的パターンに関してそれぞれ前記光学系の光学特性を求めることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
A plurality of sets of the first and second periodic patterns, the light collecting element, and the photoelectric detector are formed,
7. The optical characteristic according to claim 1, wherein the arithmetic unit obtains an optical characteristic of the optical system for each of a plurality of sets of the first and second periodic patterns. 8. Measuring device.
照明光学系からの照明光でパターンを照明し、前記照明光で前記パターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光装置において、
前記投影光学系の光学特性を計測するために請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の光学特性計測装置を備え、
前記照明光学系が前記光学特性計測装置の前記照明系を兼用することを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that illuminates a pattern with illumination light from an illumination optical system and exposes an object with the illumination light through the pattern and the projection optical system,
In order to measure the optical characteristics of the projection optical system, comprising the optical characteristic measuring device according to any one of claims 1 to 7,
An exposure apparatus, wherein the illumination optical system also serves as the illumination system of the optical characteristic measuring apparatus.
第1面のパターンの像を第2面に形成する光学系の光学特性を計測する方法において、
前記第1面に配置される第1の周期的パターン及び前記光学系を介して前記第2面に配置される第2の周期的パターンを照明し、
前記第2の周期的パターンを通過した光の開き角を小さくし、
前記開き角が小さくされた光を集光し、
前記集光された光を受光して得られる検出信号に基づいて前記光学系の光学特性を求める、
ことを特徴とする光学特性計測方法。
In a method for measuring optical characteristics of an optical system for forming an image of a pattern on a first surface on a second surface,
Illuminating a first periodic pattern disposed on the first surface and a second periodic pattern disposed on the second surface via the optical system;
Reducing the opening angle of the light that has passed through the second periodic pattern;
Condensing the light having a small opening angle,
Obtaining optical characteristics of the optical system based on a detection signal obtained by receiving the condensed light;
An optical property measuring method characterized by the above.
前記光学系の光学特性を求めるときに、
前記第1の周期的パターンの像と前記第2の周期的パターンとを前記周期方向に相対移動して、前記第2の周期的パターンを通過した光を検出することを特徴とする請求項9に記載の光学特性計測方法。
When determining the optical characteristics of the optical system,
10. The light having passed through the second periodic pattern is detected by relatively moving the image of the first periodic pattern and the second periodic pattern in the periodic direction. The optical property measuring method described in 1.
前記光学系の光学特性を求めるときに、
前記第1の周期的パターンの像と前記第2の周期的パターンとを前記光軸に平行な方向に相対移動した後、前記第1の周期的パターンの像と前記第2の周期的パターンとを前記周期方向に相対移動して、前記第2の周期的パターンを通過した光を検出することを特徴とする請求項10に記載の光学特性計測方法。
When determining the optical characteristics of the optical system,
After relatively moving the first periodic pattern image and the second periodic pattern in a direction parallel to the optical axis, the first periodic pattern image and the second periodic pattern The optical characteristic measuring method according to claim 10, wherein light that has passed through the second periodic pattern is detected by relatively moving the sensor in the periodic direction.
前記第1の周期的パターンの像は、第1方向に周期性を持つ第1パターン部及び前記前記第1方向に直交する第2方向に周期性を持つ第2パターン部を含み、
前記第2の周期的パターンは、前記第1方向に周期性を持つ第3パターン部及び前記第2方向に周期性を持つ第4パターン部を含み、
前記光学系の光学特性を求めるときに、前記第1パターン部及び前記第3パターン部、並びに前記第2パターン部及び前記第4パターン部を通過した光を互いに独立に検出して、それぞれ前記光学特性を求めることを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
The image of the first periodic pattern includes a first pattern portion having periodicity in a first direction and a second pattern portion having periodicity in a second direction orthogonal to the first direction,
The second periodic pattern includes a third pattern portion having periodicity in the first direction and a fourth pattern portion having periodicity in the second direction,
When obtaining the optical characteristics of the optical system, light that has passed through the first pattern portion, the third pattern portion, and the second pattern portion and the fourth pattern portion is detected independently of each other, and the respective optical characteristics are detected. The optical characteristic measuring method according to claim 9, wherein the characteristic is obtained.
前記第1及び第2の周期的パターンは複数組形成されており、
前記光学系の光学特性を求めるときに、複数組の前記第1及び第2の周期的パターンに関してそれぞれ前記光学系の光学特性を求めることを特徴とする請求項9から請求項12のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
A plurality of sets of the first and second periodic patterns are formed,
The optical characteristic of the optical system is obtained for each of a plurality of sets of the first and second periodic patterns when the optical characteristic of the optical system is obtained. The optical property measuring method according to item.
照明光でパターンを照明し、前記照明光で前記パターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光方法において、
請求項9から請求項13のいずれか一項に記載の光学特性計測方法を用いて前記投影光学系の光学特性を計測することを特徴とする露光方法。
In an exposure method of illuminating a pattern with illumination light and exposing an object with the illumination light via the pattern and a projection optical system,
An exposure method, comprising: measuring an optical characteristic of the projection optical system using the optical characteristic measurement method according to any one of claims 9 to 13.
請求項8に記載の露光装置を用いて感光性基板を露光することと、
前記露光された感光性基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
Exposing a photosensitive substrate using the exposure apparatus according to claim 8;
Processing the exposed photosensitive substrate.
請求項14に記載の露光方法を用いて感光性基板を露光することと、
前記露光された感光性基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
Exposing the photosensitive substrate using the exposure method according to claim 14;
Processing the exposed photosensitive substrate.
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CN111141493A (en) * 2019-12-27 2020-05-12 中国科学院合肥物质科学研究院 Instrument linear function measuring method of laser heterodyne spectrometer

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