JP2011222921A - Method for measuring optical characteristics and apparatus, as well as exposure method and apparatus - Google Patents

Method for measuring optical characteristics and apparatus, as well as exposure method and apparatus Download PDF

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify a configuration of a part of a measuring apparatus disposed on the image plane side of an optical system and measure optical characteristics of the optical system.SOLUTION: A characteristics measuring apparatus 20 comprises: a L&S pattern 21A and an L&S pattern 23A disposed on the object plane and image plane sides of a projection optical system PL; an illumination optical system ILS to illuminate the L&S pattern 21A and through the projection optical system PL the L&S pattern 23A; and a light reception system 30 to receive reflected light from the L&S pattern 23A through the projection optical system PL and the L&S pattern 21A, and imaging characteristics of the projection optical system PL are determined based on detection signals obtained from the light reception system 30 when images of the L&S pattern 21A and the L&S pattern 23A are moved relatively.

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.

例えば従来のディストーションの計測装置として、複数のライン・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て受光用のスリットを有する空間像計測系とを備え、L&Sパターンの投影光学系による像を空間像計測系のスリットで走査することによって、各L&Sパターンの像の位置を求める計測装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   For example, as a conventional distortion measurement apparatus, a test reticle having a plurality of line and space patterns (hereinafter referred to as L & S patterns) and a space provided on a wafer stage or a measurement stage and having a light receiving slit. 2. Description of the Related Art A measurement apparatus that includes an image measurement system and obtains the position of each L & S pattern image by scanning an image of the L & S pattern projection optical system with a slit of the aerial image measurement system is known (for example, Patent Document 1). reference).

特開2002−14005号公報JP 2002-14005 A

最近の露光装置においては、ウエハステージ又は計測用ステージに搭載すべき計測装置又はセンサ等の種類が増加している。従って、ウエハステージ又は計測用ステージの構成の複雑化又は大型化を抑制するためには、各種光学特性を計測する計測装置の本体部(例えば受光部)を投影光学系の物体面側で、例えばレチクルステージに配置し、投影光学系の像面側に配置する部分をできるだけ簡素化(小型化)することが望ましい。   In recent exposure apparatuses, types of measuring apparatuses or sensors to be mounted on a wafer stage or a measuring stage are increasing. Therefore, in order to suppress the complexity or enlargement of the configuration of the wafer stage or the measurement stage, the main body (for example, the light receiving unit) of the measurement device that measures various optical characteristics is placed on the object plane side of the projection optical system, for example, It is desirable to simplify (miniaturize) as much as possible the portion disposed on the reticle stage and disposed on the image plane side of the projection optical system.

本発明は、このような課題に鑑み、計測装置のうちで光学系の像面側に配置する部分の構成を簡素化して、光学系の光学特性を計測することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to simplify the configuration of a portion of the measuring device disposed on the image plane side of the optical system and measure the optical characteristics of the optical system.

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面側に配置される第1の周期的パターンと、その第2面側に配置される第2の周期的パターンと、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の周期的パターンで反射された光を、その光学系及びその第1の周期的パターンを介して受光する受光系と、その第1の周期的パターンのその光学系による像とその第2の周期的パターンとをその第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と、その移動装置を介してその第1の周期的パターンの像とその第2の周期的パターンとをその周期方向に相対移動したときにその受光系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 periodic pattern disposed on the first surface side, a second periodic pattern disposed on the second surface side, the first periodic pattern, and the An illumination system that illuminates the second periodic pattern through the optical system, and light reception that receives light reflected by the second periodic pattern through the optical system and the first periodic pattern. A moving device for relatively moving the system, the image of the first periodic pattern by the optical system and the second periodic pattern in the periodic direction of the second periodic pattern, and via the moving device An arithmetic unit for obtaining optical characteristics of the optical system based on a detection signal obtained from the light receiving system when the image of the first periodic pattern and the second periodic pattern are relatively moved in the periodic direction; , Are provided.

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面側に配置される第1の周期的パターン及びその光学系を介してその第2面側に配置される第2の周期的パターンを照明する工程と、その第1の周期的パターンのその光学系による像とその第2の周期的パターンとをその第2の周期的パターンの周期方向に相対移動しつつ、その第2の周期的パターンで反射された光を、その光学系及びその第1の周期的パターンを介して受光する工程と、その第1の周期的パターンを介して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工程と、を含むものである。
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 includes a step of illuminating a first periodic pattern disposed on the first surface side and a second periodic pattern disposed on the second surface side via the optical system; The image of the first periodic pattern by the optical system and the second periodic pattern are reflected by the second periodic pattern while relatively moving in the periodic direction of the second periodic pattern. A step of receiving light through the optical system and the first periodic pattern, and an optical characteristic of the optical system is obtained based on a detection signal obtained by receiving the light through the first periodic pattern. A process.

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。   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.

本発明によれば、第1面側から第1の周期的パターン及び光学系を介して第2面側の第2の周期的パターンを照明し、第1の周期的パターンの像と第2の周期的パターンとを周期方向に相対移動しながら、この第2の周期的パターンからの反射光を光学系及び第1の周期的パターンを介して受光することによって、その第1の周期的パターンの像の第2面における位置及び/又はコントラスト等、ひいては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高精度に求めることができる。この際に、第2面(像面)側には第2の周期的パターンが形成された部材のみを配置すればよいため、計測装置のうちで光学系の像面側に配置する部分の構成を簡素化できる。   According to the present invention, the second periodic pattern on the second surface side is illuminated from the first surface side via the first periodic pattern and the optical system, and the image of the first periodic pattern and the second periodic pattern are illuminated. By receiving the reflected light from the second periodic pattern through the optical system and the first periodic pattern while relatively moving the periodic pattern in the periodic direction, the first periodic pattern The optical characteristics such as the position and / or contrast on the second surface of the image, and thus the distortion and / or the best focus position can be obtained with high accuracy. At this time, since only the member on which the second periodic pattern is formed needs to be disposed on the second surface (image surface) side, the configuration of the portion disposed on the image surface side of the optical system in the measuring device Can be simplified.

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. (A)は投影光学系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、(B)は図2(A)中の第1のL&Sパターン21Aを示す拡大平面図、(C)は図2(A)中の第2のL&Sパターン23Aを示す拡大平面図である。(A) is a partially cutaway view showing the characteristic measuring apparatus 20 that is measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL, and (B) shows the first L & S pattern 21A in FIG. 2 (A). An enlarged plan view, (C) is an enlarged plan view showing a second L & S pattern 23A in FIG. 2 (A). 図2(A)の特性計測装置20の要部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principal part of the characteristic measuring apparatus 20 of 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からの反射光のうちL&Sパターン21A〜21Cを透過する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 the intensity distribution of the image of L & S pattern 21A-21C, (B) is an example of the intensity distribution of the light which permeate | transmits L & S pattern 21A-21C among the reflected light from L & S pattern 23A-23C. FIG. (A)は基準部材22を移動したときのL&Sパターン21A〜21Cを透過する反射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21A〜21Cを透過する反射光の強度分布を示す図である。(A) is a figure which shows intensity distribution of the reflected light which permeate | transmits L & S pattern 21A-21C when the reference member 22 is moved, (B) permeate | transmits L & S pattern 21A-21C when the reference member 22 is moved further. It is a figure which shows intensity distribution of reflected light. (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.

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)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, but a KrF excimer laser light source (wavelength 248 nm), a mercury lamp, or the like can also be used.

露光光源1から射出されるほぼ直線偏光の照明光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。   A substantially linearly polarized illumination light IL emitted from the exposure light source 1 converts a polarization state of the illumination light IL into linearly polarized light or circularly polarized light in a different direction through a known beam transmission system 2. 3 is incident. 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 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(照明領域と光学的に共役な領域)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 within the area (an area optically conjugate with the illumination area). 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(A)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(A)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)、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 receives light on the reticle base (not shown) by the stage control system 18 (see FIG. 2A) based on the measurement value of the laser interferometer (not shown). The reticle R is moved in the Y direction in a plane perpendicular to the axis AX, and the position in the X direction and the tilt angle around the Z axis (θz direction) are adjusted. On the other hand, the wafer stage WST that holds the wafer W by suction through a wafer holder (not shown) is based on the measurement value of a laser interferometer (not shown) by the stage control system 18 (see FIG. 2A). A movement in the Y direction and a step movement in the X and Y directions are performed in a plane perpendicular to the optical axis AX on the WB. 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). And a Z stage mechanism for controlling the inclination angle in the θx direction and the θy direction is also incorporated.

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、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, light emission from the exposure light source 1 is started, and an image of a part of the pattern of the reticle R is exposed to one shot area of the wafer W via the projection optical system PL, and the reticle R and the wafer W are moved in the Y direction. By moving in synchronism with this, 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.

また、本実施形態の露光装置EXが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場合には、投影光学系PLとウエハステージWSTの上面の部材(ウエハW又は後述の基準部材22)との間の局所的な液浸空間に、局所液浸機構(不図示)によって純水等の液体が供給される。なお、露光装置EXがドライ型である場合には、局所液浸機構は設ける必要がない。   Further, when the exposure apparatus EX of the present embodiment is an immersion type as shown in, for example, US Patent Application Publication No. 2005/259234, members on the upper surfaces of the projection optical system PL and wafer stage WST (wafer W Alternatively, a liquid such as pure water is supplied to a local immersion space between the reference member 22) described later and a local immersion mechanism (not shown). When the exposure apparatus EX is a dry type, it is not necessary to provide a local liquid immersion mechanism.

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たレチクルマーク板RFMと、レチクルステージRSTに支持された受光系30とを備えている。
レチクルマーク板RFMは、レチクルステージRSTに固定される面(一方の面)に、X方向に所定周期の透過型のライン・アンド・スペースパターン(以下、L&Sパターンという)21Aが形成されている。受光系30は、レチクルマーク板RFMの他方の面に対向して配置される。
さらに、特性計測装置20は、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、表面にX方向に所定周期の反射型のL&Sパターン(ライン・アンド・スペースパターン)23A等が形成された基準部材22と、基準部材22が取り付けられ、基準部材22を移動する装置としてのウエハステージWST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、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。
The characteristic measuring apparatus 20 includes an illumination optical system ILS as an illumination system that generates illumination light IL for measurement, and a reticle mark fixed at a position close to the reticle R of the reticle stage RST in the Y direction (scanning direction). A plate RFM and a light receiving system 30 supported by the reticle stage RST are provided.
Reticle mark plate RFM has a transmission line and space pattern (hereinafter referred to as an L & S pattern) 21A having a predetermined period in the X direction formed on a surface (one surface) fixed to reticle stage RST. The light receiving system 30 is disposed to face the other surface of the reticle mark plate RFM.
Further, the characteristic measuring apparatus 20 is fixed in the vicinity of the wafer W on the upper surface of the wafer stage WST, and a reflective L & S pattern (line and space pattern) 23A having a predetermined period is formed on the surface in the X direction. A reference member 22, a wafer stage WST as an apparatus to which the reference member 22 is attached and moves the reference member 22, and a measurement unit 17 (arithmetic unit) to which a detection signal of the light receiving system 30 is supplied are provided. The measurement unit 17 is also supplied with information on the position of the wafer stage WST in the X and Y directions measured by a laser interferometer (not shown) via the stage control system 18. 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(一方の面)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、その表面には照明光ILに対する反射防止膜が形成され、その表面の一部に照明光ILに対して高反射率の金属(例えばクロム等)の膜によってL&Sパターン23A等が形成されている。基準部材22の裏面には照明光ILに対する反射率の低い吸収膜(又は遮光膜)が形成されている。   The surface (one 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 antireflection film for the illumination light IL is formed on a surface thereof, and a metal (high reflectance of the illumination light IL is partially formed on the surface thereof. The L & S pattern 23A and the like are formed by a film of, for example, chrome. An absorption film (or a light shielding film) having a low reflectance with respect to the illumination light IL is formed on the back surface of the reference member 22.

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。
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、図2(A)に示すように、照明光学系ILSからの照明光ILの照明領域内の一つの計測点にレチクルマーク板RFMのL&Sパターン21Aの中心が設定される。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が設定される。
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. Reference member 22 may be provided on a measurement stage (not shown) that moves on wafer base WB independently of wafer stage WST.
When measuring the imaging characteristics of the projection optical system PL, by driving the reticle stage RST, as shown in FIG. 2A, a single measurement point in the illumination area of the illumination light IL from the illumination optical system ILS is obtained. The center of the L & S pattern 21A of the reticle mark plate RFM is set. Then, by driving wafer stage WST, the reference member 22 is moved to the -X direction (or + X direction) side with respect to the center of the image (measurement point in the exposure area) of the L & S pattern 21A by the projection optical system PL. An L & S pattern 23A is set.

図2(B)に示すように、レチクルマーク板RFMの透過型の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。図2(C)に示すように、基準部材22の反射型のL&Sパターン23Aは、光透過部を背景として、X方向の幅P2/2でY方向に細長い長方形の複数の反射パターン23AaをX方向に周期P2で配列したものである。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、L&Sパターン21Aの収差がないときの投影光学系PLによる像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360nm又は2μm程度である。   As shown in FIG. 2B, the transmissive L & S pattern 21A of the reticle mark plate RFM has a plurality of rectangular opening patterns 21Aa elongated in the Y direction in the X direction with a width P1 / 2 in the X direction in the light shielding film. They are arranged with a period (pitch) P1. As shown in FIG. 2C, the reflective L & S pattern 23A of the reference member 22 has a plurality of rectangular reflection patterns 23Aa elongated in the Y direction with a width P2 / 2 in the X direction with the light transmission portion as a background. It is arranged in the direction with a period P2. 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 that of the image 21AP by the projection optical system PL when there is no aberration of the L & S pattern 21A, and the period P2 of the L & S pattern 23A is β times the period P1 of the L & S pattern 21A (β <1) is reduced. The period P2 is, for example, about several hundred nm to several μm, and is about 360 nm or 2 μm as an example.

また、本実施形態では、図3に示すように、レチクルマーク板RFMには、L&Sパターン21Aと同じ形状のL&Sパターン21B,21CがX方向に等間隔で形成されている。また、基準部材22の表面には、L&Sパターン23Aと同じ形状のL&Sパターン23B,23CがX方向に等間隔で形成されている。L&Sパターン23A〜23Cの配列は、L&Sパターン21A〜21Cの配列を投影光学系PLの投影倍率βの比率で縮小したものである。従って、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(図4(A)参照)、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 the present embodiment, as shown in FIG. 3, L & S patterns 21B and 21C having the same shape as the L & S pattern 21A are formed on the reticle mark plate RFM at equal intervals in the X direction. Further, L & S patterns 23B and 23C having the same shape as the L & S pattern 23A are formed on the surface of the reference member 22 at equal intervals in the X direction. The arrangement of the L & S patterns 23A to 23C is obtained by reducing the arrangement of the L & S patterns 21A to 21C at a ratio of the projection magnification β of the projection optical system PL. Accordingly, if the distances in the X direction from the center of the L & S pattern 21B to the centers of the L & S patterns 21A and 21C on both sides are XR1 and XR2 (see FIG. 4A), the L & S patterns 23A and 23A on both sides from the center of the L & S pattern 23B are obtained. The distances XW1 and XW2 in the X direction to the center of 23C 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3及び図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 FIGS. 3 and 4A, etc., 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 is on a straight line passing through the optical axis AX of the projection optical system PL and parallel to the Y axis. The L & S patterns 21A and 21C are at positions close to both ends in the X direction within the illumination region.

特性計測装置20において、照明光学系ILSからの照明光ILのほぼ1/2が、ハーフミラー31を介してレチクルマーク板RFMのL&Sパターン21A〜21Cを照明する。図3のL&Sパターン21A〜21Cを通過した照明光ILTは、投影光学系PLを介してそれぞれ基準部材22のL&Sパターン23A〜23Cを含む領域又はこの近傍の領域に照射される。基準部材22の表面からの反射光ILRは、投影光学系PLを介してレチクルマーク板RFMに照射される。図2(A)において、レチクルマーク板RFMのL&Sパターン21Aを+Z方向に通過した反射光のうちでハーフミラー31で反射された光(これも反射光ILRと呼ぶ)は、集光レンズ32Aによってフォトダイオード等の光電検出器33Aで受光される。光電検出器33Aからの検出信号DS1が計測部17に供給される。   In the characteristic measuring apparatus 20, approximately half of the illumination light IL from the illumination optical system ILS illuminates the L & S patterns 21 </ b> A to 21 </ b> C of the reticle mark plate RFM via the half mirror 31. The illumination light ILT that has passed through the L & S patterns 21A to 21C in FIG. 3 is irradiated to the region including the L & S patterns 23A to 23C of the reference member 22 or the vicinity thereof via the projection optical system PL. The reflected light ILR from the surface of the reference member 22 is applied to the reticle mark plate RFM through the projection optical system PL. In FIG. 2A, light reflected by the half mirror 31 (also referred to as reflected light ILR) among the reflected light that has passed through the L & S pattern 21A of the reticle mark plate RFM in the + Z direction is reflected by the condenser lens 32A. Light is received by a photoelectric detector 33A such as a photodiode. A detection signal DS1 from the photoelectric detector 33A is supplied to the measurement unit 17.

同様に、図3において、レチクルマーク板RFMの他のL&Sパターン21B,21Cを+Z方向に通過してハーフミラー31で反射された反射光ILRも、それぞれ集光レンズ32B,32Cを介して光電検出器33Aと同じ光電検出器33B,33Cで受光される。光電検出器33B,33Cの検出信号DS2,DS3も図2(A)の計測部17に供給される。ハーフミラー31、集光レンズ32A〜32C、光電検出器33A〜33C、及びこれらの部材を保持してレチクルステージRSTに固定されるフレーム34を含んで受光系30が構成されている。なお、複数の集光レンズ32A〜32Cの代わりに、一つの大型の集光レンズを使用することも可能である。   Similarly, in FIG. 3, the reflected light ILR that passes through the other L & S patterns 21B and 21C of the reticle mark plate RFM in the + Z direction and is reflected by the half mirror 31 is also photoelectrically detected through the condenser lenses 32B and 32C, respectively. Light is received by the same photoelectric detectors 33B and 33C as the detector 33A. The detection signals DS2 and DS3 of the photoelectric detectors 33B and 33C are also supplied to the measurement unit 17 in FIG. The light receiving system 30 includes a half mirror 31, condensing lenses 32A to 32C, photoelectric detectors 33A to 33C, and a frame 34 that holds these members and is fixed to the reticle stage RST. In addition, it is also possible to use one large condenser lens instead of the plurality of condenser lenses 32A to 32C.

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。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. 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、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、ピッチが投影光学系PLの解像限界付近であるときには、点線で示す正弦波状の強度分布37A,37B,37Cとなる。そして、L&Sパターン21A,21B,21Cのピッチが解像限界付近より広いときには、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、矩形波(不図示)に近くなる。また、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。   In FIG. 4A, when the projection optical system PL has no aberration, the intensity distribution of the image by the projection optical system PL of the L & S patterns 21A, 21B, and 21C is near the resolution limit of the projection optical system PL. In some cases, sinusoidal intensity distributions 37A, 37B, and 37C indicated by dotted lines are obtained. When the pitch of the L & S patterns 21A, 21B, 21C is wider than the vicinity of the resolution limit, the intensity distribution of the image by the projection optical system PL of the L & S patterns 21A, 21B, 21C is close to a rectangular wave (not shown). 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〜23C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 patterns 23A to 23C, Di1 and Di3 are shown to be considerably large for easy understanding in FIG.

また、強度分布36A〜36C(L&Sパターン21A〜21Cの像)のうちで、反射型のL&Sパターン23A〜23Cと合致している部分からの反射光が投影光学系PLを介して透過型のL&Sパターン21A〜21Cに戻される。この際に、L&Sパターン21A〜21Cから投影光学系PLを介して基準部材22に向かう光の光路と、この光の基準部材22からの反射光が投影光学系PLを介してL&Sパターン21A〜21Cに戻るときの光路とは投影光学系PLの収差に関係なく完全に同一である。従って、投影光学系PL側からL&Sパターン21A〜21Cをそれぞれ+Z方向に通過する反射光ILRの光量の総和(図3の光電検出器33A〜33Cの検出信号DS1〜DS3の大きさ)は、L&Sパターン21A〜21Cの像(強度分布36A〜36C)と、L&Sパターン23A〜23Cの各反射パターンとが重なった部分の光量の総和にほぼ比例している。   In addition, in the intensity distributions 36A to 36C (images of the L & S patterns 21A to 21C), the reflected light from the portions matching the reflective L & S patterns 23A to 23C is transmitted through the projection optical system PL. It returns to the patterns 21A to 21C. At this time, an optical path of light traveling from the L & S patterns 21A to 21C to the reference member 22 via the projection optical system PL, and reflected light from the reference member 22 of the light passes through the projection optical system PL and the L & S patterns 21A to 21C. The optical path when returning to is completely the same regardless of the aberration of the projection optical system PL. Therefore, the total amount of reflected light ILR (the magnitudes of the detection signals DS1 to DS3 of the photoelectric detectors 33A to 33C in FIG. 3) passing through the L & S patterns 21A to 21C in the + Z direction from the projection optical system PL side is L & S. The images of the patterns 21A to 21C (intensity distributions 36A to 36C) and the L & S patterns 23A to 23C are substantially proportional to the total amount of light in the overlapping portion.

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、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. 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 The position may be in the range of about width P2 / 2 with the center at the position where the maximum is.

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、L&Sパターン23Aで反射されて、投影光学系PLを介してL&Sパターン21Aを通過する反射光ILR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、検出信号DS1は最大になる(図6(A)参照)。このときのウエハステージWSTのX座標をX1とする。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からの反射光ILRのうちでL&Sパターン21Bを通過する光の強度分布38Bは、ウエハステージWSTのX座標がX1のときにおいて、強度分布36Bの最小強度の部分から広がった光に対応しており、検出信号DS2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からの反射光ILRのうちでL&Sパターン21C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, when the center of the image (intensity distribution 36A) of the L & S pattern 21A coincides with the center of the L & S pattern 23A in FIG. 4B, the light is reflected by the L & S pattern 23A and passes through the projection optical system PL. The intensity distribution 38A of the reflected light ILR that passes through the L & S pattern 21A substantially corresponds to the maximum intensity portion of the intensity distribution 36A on the image plane, and the detection signal DS1 becomes maximum (see FIG. 6A). The X coordinate of wafer stage WST at this time is assumed to be X1. On the other hand, since the image of the L & S pattern 21B (intensity distribution 36B) 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 21B out of the reflected light ILR from the L & S pattern 23B. Corresponds to light spreading from the minimum intensity portion of the intensity distribution 36B when the X coordinate of the wafer stage WST is X1, and the detection signal DS2 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 substantially ¼ cycle shifted, the light passing through the L & S pattern 21C out of the reflected light ILR from the L & S pattern 23C. The intensity distribution 38C corresponds to a part of the intensity distribution 36C that has a width that is approximately ½ of the maximum intensity part, and 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21Bを通過する反射光ILRの強度分布39Bは最大強度の部分となり、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で反射されてL&Sパターン21Aを通過する反射光ILR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からの反射光ILRのうちでL&Sパターン21Cを通過する光の強度分布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. ) Coincides with the center of the L & S pattern 23B, the intensity distribution 39B of the reflected light ILR passing through the L & S pattern 21B becomes the maximum intensity portion, and the detection signal DS2 becomes maximum (see FIG. 6B). On the other hand, the intensity distribution 39A of the reflected light ILR reflected by the L & S pattern 23A and passing through the L & S pattern 21A becomes the minimum intensity portion, and the detection signal DS1 becomes the minimum (see FIG. 6A). In addition, the intensity distribution 39C of the light passing through the L & S pattern 21C out of the reflected light ILR from 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 less 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21Cを通過する反射光ILR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で反射されてL&Sパターン21A,21Bを通過する反射光ILR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 with each other, the intensity distribution 40C of the reflected light ILR passing through the L & S pattern 21C 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 reflected light ILR reflected by the L & S patterns 23A and 23B and passing through the L & S patterns 21A and 21B are portions having a width approximately half of the maximum intensity portion, and the detection signals DS1 and DS2 Becomes an intermediate level.

計測部17は、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。   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で反射されてL&Sパターン21Bを+Z方向に通過する反射光の検出信号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 reflected light reflected by the central L & S pattern 23B and passing through the L & S pattern 21B in the + Z direction has the best Z position of the reference member 22 as shown by the curves C1 to C4 in FIG. As the focus position Z21 gradually decreases (or increases) to the positions Z22, Z23, and Z24, the 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(A)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の物体面上に特性計測装置20の受光系30を配置し、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〜21Cを配置する。次のステップ112において、ウエハステージWST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〜23C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〜21C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. 2A, the reticle stage RST is driven in the Y direction, the light receiving system 30 of the characteristic measuring device 20 is arranged on the object plane of the projection optical system PL, and illumination optics. L & S patterns 21A to 21C of reticle mark plate RFM are arranged in the illumination area of system ILS. In the next step 112, wafer stage WST is driven in the X direction and the Y direction, and the centers of L & S patterns 23A to 23C of reference member 22 are set to the positions of L & S patterns 21A to 21C in the exposure area of the image plane of projection optical system PL. It is arranged at a position shifted in the −X direction with respect to the center (measurement point) of the image, and the Z position of the surface of the reference member 22 (hereinafter simply referred to as the Z position of wafer stage WST) with respect to the best focus position so far To a position (lower limit) that has been lowered by a predetermined amount (an amount that exceeds the assumed maximum fluctuation amount).

その後、照明光学系ILSからの照明光ILの照射を開始し、照明光ILの一部であるハーフミラー31及びL&Sパターン21A〜21Cを通過した照明光ILTを投影光学系PLに導く(ステップ113)。これにより、照明光ILTが基準部材22のL&Sパターン23A〜23Cを照明する。そして、L&Sパターン23A〜23Cからの反射光ILRを、投影光学系PL及びL&Sパターン21A〜21Cを介して受光系30に供給する(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〜21Cの像をL&Sパターン23A〜23C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〜DS3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〜21C毎の検出信号DS1〜DS3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, irradiation of the illumination light IL from the illumination optical system ILS is started, and the illumination light ILT that has passed through the half mirror 31 and the L & S patterns 21A to 21C that are part of the illumination light IL is guided to the projection optical system PL (step 113). ). Thereby, the illumination light ILT illuminates the L & S patterns 23 </ b> A to 23 </ b> C of the reference member 22. Then, the reflected light ILR from the L & S patterns 23A to 23C is supplied to the light receiving system 30 via the projection optical system PL and the L & S patterns 21A to 21C (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 23C scan the images of L & S patterns 21A to 21C. Corresponding to the above, the detection signals DS1 to DS3 output from the light receiving system 30 are taken into the measuring unit 17 (step 115). Next, the measurement part 17 calculates | requires the X coordinate of the contrast and peak position of detection signal DS1-DS3 for each L & S pattern 21A-21C, 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〜21C毎の検出信号DS1〜DS3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 of the detection signals DS1 to DS3 and the X coordinates of the peak positions for each of the L & S patterns 21A to 21C.

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〜DS3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〜DS3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DS2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、受光系30及びレチクルマーク板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 signals DS1 to DS3 and the X coordinate of the peak position are also obtained and stored at the three measurement points in the other columns in the exposure area. By repeating this operation, the contrast of the detection signals DS1 to DS3 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 DS2 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, the light receiving system 30 and the reticle mark plate RFM are retracted outside the illumination area, and the 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〜DS3のいずれか)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 interpolates, for example, the Z position (best focus position) when the contrast of the detection signal (any one of DS1 to DS3) becomes maximum for each of a plurality of measurement points in the exposure region. For example, an average value of the best focus positions of the respective measurement points is set as an 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(X2)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. The X component (X2) measured for the measurement point near the axis AX is subtracted to obtain the X component of the distortion. 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)本実施形態の投影光学系PL(光学系)の結像特性(光学特性)を計測するための特性計測装置20は、投影光学系PLの物体面(第1面)側に配置されるL&Sパターン21A〜21C(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と、投影光学系PLの像面(第2面)側に配置されるL&Sパターン23A〜23C(第2の周期的パターン)が形成された基準部材22と、L&Sパターン21A〜21C及び投影光学系PLを介してL&Sパターン23A〜23Cを照明する照明光学系ILSと、L&Sパターン23A〜23Cで反射された光を、投影光学系PL及びL&Sパターン21A〜21Cを介して受光する受光系30と、L&Sパターン21A〜21Cの投影光学系PLによる像とL&Sパターン23A〜23CとをX方向(L&Sパターン23A〜23Cの周期方向)に相対移動するウエハステージWST(移動装置)と、その相対移動時に受光系30から得られる検出信号DS1〜DS3に基づいて投影光学系PLの結像特性を求める計測部17と、を備えている。
The effects and the like of this embodiment are as follows.
(1) The characteristic measuring device 20 for measuring the imaging characteristics (optical characteristics) of the projection optical system PL (optical system) of the present embodiment is disposed on the object plane (first surface) side of the projection optical system PL. Reticle mark plate RFM on which L & S patterns 21A to 21C (first periodic patterns) are formed, and L & S patterns 23A to 23C (second surfaces) arranged on the image plane (second surface) side of projection optical system PL. (Periodic pattern) formed on the reference member 22, the illumination optical system ILS that illuminates the L & S patterns 23A to 23C via the L & S patterns 21A to 21C and the projection optical system PL, and the light reflected by the L & S patterns 23A to 23C Is received via the projection optical system PL and the L & S patterns 21A to 21C, and the images of the L & S patterns 21A to 21C by the projection optical system PL and the L & S pattern 23. To 23C relative to the X direction (the periodic direction of the L & S patterns 23A to 23C) and a projection optical system based on detection signals DS1 to DS3 obtained from the light receiving system 30 during the relative movement. And a measuring unit 17 for obtaining the imaging characteristics of the PL.

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、物体面側に配置されるL&Sパターン21A〜21C及び投影光学系PLを介して像面側に配置されるL&Sパターン23A〜23Cを照明するステップ113と、L&Sパターン21A〜21Cの投影光学系PLによる像とL&Sパターン23A〜23CとをX方向に相対移動しつつ、L&Sパターン23A〜23Cで反射された光を、投影光学系PL及びL&Sパターン21A〜21Cを介して受光して検出信号DS1〜DS3を得るステップ114,115と、得られた検出信号DS1〜DS3に基づいて投影光学系の結像特性を求めるステップ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 apparatus 20 is based on the L & S patterns 21A to 21C arranged on the object plane side and the projection optical system PL on the image plane side. The step 113 for illuminating the arranged L & S patterns 23A to 23C, and the images of the L & S patterns 21A to 21C by the projection optical system PL and the L & S patterns 23A to 23C are relatively moved in the X direction, and reflected by the L & S patterns 23A to 23C. Steps 114 and 115 for receiving the received light through the projection optical system PL and the L & S patterns 21A to 21C to obtain the detection signals DS1 to DS3, and the connection of the projection optical system based on the obtained detection signals DS1 to DS3. Determining image characteristics 119.

本実施形態によれば、L&Sパターン21A〜21Cの像とL&Sパターン23A〜23Cとを周期方向に相対移動しつつ、L&Sパターン23A〜23Cからの反射光を投影光学系PL及びL&Sパターン21A〜21Cを介して受光して検出信号DS1〜DS3を取り込むことで、検出信号DS1〜DS3のピーク位置及びコントラストから、L&Sパターン21A〜21Cの像のディストーション等の結像特性を高精度に求めることができる。この際に、像面側のウエハステージWSTには反射型のL&Sパターン23A〜23Cが形成された基準部材22のみを配置すればよいため、特性計測装置20のうちで投影光学系の像面側に配置する部分の構成を簡素化できる。   According to the present embodiment, the reflected light from the L & S patterns 23A to 23C is projected onto the projection optical system PL and the L & S patterns 21A to 21C while relatively moving the images of the L & S patterns 21A to 21C and the L & S patterns 23A to 23C in the periodic direction. And receiving the detection signals DS1 to DS3, the imaging characteristics such as distortion of the images of the L & S patterns 21A to 21C can be obtained with high accuracy from the peak positions and contrasts of the detection signals DS1 to DS3. . At this time, since only the reference member 22 on which the reflective L & S patterns 23A to 23C are formed needs to be arranged on the wafer stage WST on the image plane side, the image plane side of the projection optical system in the characteristic measuring apparatus 20 is used. The structure of the part arrange | positioned to can be simplified.

なお、本実施形態では、L&Sパターン21A〜21Cの像とL&Sパターン23A〜23C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L&Sパターン21A〜21Cが形成されたレチクルマーク板RFM側をX方向に移動してもよい。
(2)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〜21Cの像とL&Sパターン23A〜23C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〜21Cの像とL&Sパターン23A〜23CとをX方向に相対移動しつつ、L&Sパターン23A〜23Cで反射された光を、投影光学系PL及びL&Sパターン21A〜21Cを介して受光して検出信号DS1〜DS3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〜DS3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 relatively move the images of the L & S patterns 21A to 21C and the L & S patterns 23A to 23C. Instead, the L & S pattern is moved on the reticle stage RST. The reticle mark plate RFM side on which 21A to 21C are formed may be moved in the X direction.
(2) Further, in the measurement method of the present embodiment, the Z stage mechanism of wafer stage WST causes the images of L & S patterns 21A to 21C and L & S patterns 23A to 23C to be parallel to the optical axis AX of projection optical system PL. And the light reflected by the L & S patterns 23A to 23C while the image of the L & S patterns 21A to 21C and the L & S patterns 23A to 23C are relatively moved in the X direction. Steps 114 and 115 of receiving the light via the L & S patterns 21A to 21C and obtaining the detection signals DS1 to DS3 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 signals DS1 to DS3 is maximized.

(3)また、L&Sパターン21A〜21C及びL&Sパターン23A〜23Cは3対形成されており、計測部17は、3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、3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〜21C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21B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〜23C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23Bのみを形成しておいてもよい。L&Sパターン21Bのみ及び/又はL&Sパターン23B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21B及び/又はL&Sパターン21B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。
(3) Three pairs of L & S patterns 21A to 21C and L & S patterns 23A to 23C are formed, and the measurement unit 17 obtains imaging characteristics for the three pairs of L & S patterns. Accordingly, since the imaging characteristics of the three 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 21C formed on the reticle mark plate RFM is arbitrary, and only one L & S pattern 21B may be formed on the reticle mark plate RFM. Similarly, the number of L & S patterns 23A to 23C formed on the reference member 22 is arbitrary, and only one L & S pattern 23B may be formed on the reference member 22. When only the L & S pattern 21B and / or only the L & S pattern 23B are provided, the measurement efficiency is lowered, but the L & S pattern 21B and / or the L & S pattern 21B 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.

(4)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。   (4) 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。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。さらに、特性計測装置20のうちでウエハステージWST側にあるのは基準部材22のみであるため、ウエハステージWSTの構成を簡素できる。従って、ウエハステージWSTには例えば照明光ILの露光量モニタ、及びレチクルRのアライメントマークの計測系(空間像計測系)等を余裕を持って配置可能である。
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. 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. Furthermore, since only the reference member 22 is on the wafer stage WST side in the characteristic measuring apparatus 20, the configuration of the wafer stage WST can be simplified. Therefore, for example, an exposure amount monitor of the illumination light IL and an alignment mark measurement system (aerial image measurement system) of the reticle R can be disposed with sufficient margin on the wafer stage WST.

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(A)のレチクルマーク板RFMに形成されたL&Sパターン21A〜21C及び基準部材22に形成されたL&Sパターン23A〜23C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,21C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,23C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3の光電検出器33A〜33C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。
In the above embodiment, the following modifications are possible.
(1) The L & S patterns 21A to 21C formed on the reticle mark plate RFM of FIG. 2A and the L & S patterns 23A to 23C 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. Further, an L & S pattern having the Y direction as a periodic direction may be formed in the vicinity of the other L & S patterns 21B and 21C. 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. An L & S pattern having the Y direction as a periodic direction is also formed in the vicinity of the other L & S patterns 23B and 23C. Further, the photoelectric detectors 33A to 33C in FIG. 3 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〜DS3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〜DSY3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〜DS3の処理とともに、検出信号DSY1〜DSY3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. Then, after the detection signals DS1 to DS3 are captured, 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 or the like. (DSY1 to DSY3) are taken in. In a process corresponding to step 116, the distortion at each measurement point of the projection optical system PL is performed by performing the processing of the detection signals DS1 to DS3 and the processing of obtaining the contrast of the detection signals DSY1 to DSY3 and the Y coordinate of the peak position. , The best focus position due to the light beam opened in the Y direction of the projection optical system PL, and astigmatism of the projection optical system PL can be obtained.

(2)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〜21C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〜21C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〜21Cを位相シフトパターンとしてもよい。   (2) In the above embodiment, the L & S patterns 21A to 21C 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 21C 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 21C may be phase shift patterns.

(3)また、L&Sパターン21A〜21C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。この場合には、特性計測装置20の受光系30は、不図示の移動機構によって、レチクルステージRSTの上方を移動可能にしておけばよい。
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。
(3) Further, the L & S patterns 21A to 21C 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. In this case, the light receiving system 30 of the characteristic measuring apparatus 20 may be moved above the reticle stage RST by a moving mechanism (not shown).
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.

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〜21C…第1のL&Sパターン、22…基準部材、23A〜23C…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 21C ... 1st L & S pattern, 22 ... Reference member, 23A-23C ... 2nd L & S pattern, 30 ... Light receiving system

Claims (12)

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面側に配置される第1の周期的パターンと、
前記第2面側に配置される第2の周期的パターンと、
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の周期的パターンで反射された光を、前記光学系及び前記第1の周期的パターンを介して受光する受光系と、
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と、
前記移動装置を介して前記第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周期方向に相対移動したときに前記受光系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 periodic pattern disposed on the first surface side;
A second periodic pattern disposed on the second surface side;
An illumination system for illuminating the second periodic pattern via the first periodic pattern and the optical system;
A light receiving system that receives light reflected by the second periodic pattern via the optical system and the first periodic pattern;
A moving device for relatively moving an image of the first periodic pattern by the optical system and the second periodic pattern in a periodic direction of the second periodic pattern;
Based on a detection signal obtained from the light receiving system when the image of the first periodic pattern and the second periodic pattern are relatively moved in the periodic direction via the moving device, the optical of the optical system An arithmetic unit for obtaining characteristics;
An optical property measuring device comprising:
前記移動装置は、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、前記移動装置を介して前記第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周期方向に相対移動したときに前記受光系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。
The moving device has a mechanism for relatively moving the image of the first periodic pattern and the second periodic pattern in a direction parallel to the optical axis of the optical system,
The arithmetic device relatively moves the image of the first periodic pattern and the second periodic pattern in the direction parallel to the optical axis via the moving device, and then moves the image via the moving device. An optical characteristic of the optical system is obtained based on a detection signal obtained from the light receiving system 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 1.
前記第1の周期的パターンの像の前記周期方向の周期は、前記第2の周期的パターンの周期と等しいことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光学特性計測装置。   3. The optical characteristic measuring apparatus according to claim 1, wherein a period in the periodic direction of the image of the first periodic pattern is equal to a period of the second periodic pattern. 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、
前記演算装置は、前記移動装置を介して前記第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第1方向及び前記第2方向に相対移動したときに、前記受光系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 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 the arithmetic device relatively moves the image of the first periodic pattern and the second periodic pattern in the first direction and the second direction via the moving device, The optical characteristic measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical characteristic of the optical system is obtained based on the obtained detection signal.
前記第1及び第2の周期的パターンは複数対形成されており、
前記演算装置は、複数対の前記第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4のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
A plurality of pairs of the first and second periodic patterns are formed,
5. The optical characteristic according to claim 1, wherein the arithmetic unit obtains an optical characteristic of the optical system with respect to a plurality of pairs of the first and second periodic patterns. Measuring device.
前記受光系は、前記第1の周期的パターンを介して受光される光を集光する集光光学系と、前記集光光学系によって集光される光を検出する光電検出器とを含む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 light receiving system includes a condensing optical system that condenses light received through the first periodic pattern, and a photoelectric detector that detects light collected by the condensing optical system. The optical characteristic measuring device according to claim 1, wherein 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6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 characteristic of the projection optical system, the optical characteristic measuring device according to any one of claims 1 to 6, comprising:
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面側に配置される第1の周期的パターン及び前記光学系を介して前記第2面側に配置される第2の周期的パターンを照明する工程と、
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第2の周期的パターンの周期方向に相対移動しつつ、前記第2の周期的パターンで反射された光を、前記光学系及び前記第1の周期的パターンを介して受光する工程と、
前記第1の周期的パターンを介して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工程と、
を含む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 side and a second periodic pattern disposed on the second surface side via the optical system;
The image of the first periodic pattern by the optical system and the second periodic pattern are reflected by the second periodic pattern while relatively moving in the periodic direction of the second periodic pattern. Receiving light through the optical system and the first periodic pattern;
Obtaining optical characteristics of the optical system based on a detection signal obtained by receiving light through the first periodic pattern;
An optical property measurement method comprising:
前記光学系の光学特性を求める工程は、
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学系の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受光系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8に記載の光学特性計測方法。
The step of obtaining the optical characteristics of the optical system includes:
After relatively moving the first periodic pattern image and the second periodic pattern in a direction parallel to the optical axis of the optical system, the first periodic pattern image and the second period 9. The optical characteristic measuring method according to claim 8, wherein an optical characteristic of the optical system is obtained based on a detection signal obtained from the light receiving system when the target pattern is relatively moved 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工程は、
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第1方向及び前記第2方向に相対移動したときに、前記受光系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8又は請求項9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,
The step of obtaining the optical characteristics of the optical system includes:
Based on a detection signal obtained from the light receiving system when the image of the first periodic pattern and the second periodic pattern are relatively moved in the first direction and the second direction. The optical characteristic measuring method according to claim 8 or 9, wherein an optical characteristic is obtained.
前記第1及び第2の周期的パターンは複数対形成されており、
前記光学系の光学特性を求める工程は、
複数対の前記第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8から請求項10のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
A plurality of pairs of the first and second periodic patterns are formed,
The step of obtaining the optical characteristics of the optical system includes:
11. The optical characteristic measuring method according to claim 8, wherein the optical characteristic of the optical system is obtained for each of the plurality of pairs of the first and second periodic patterns. 11.
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8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 8 to 11.
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