JP4798489B2 - Optical characteristic measuring method and apparatus, and exposure apparatus - Google Patents

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

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本発明は、被検光学系の波面収差等の光学特性を計測するための光学特性計測技術、及びこ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 wavefront aberration of a test optical system, and an exposure technique using this optical characteristic measurement technique.

例えば半導体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レジストが塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)の各ショット領域に転写するために、ステッパー又はスキャニングステッパー等の露光装置が使用されている。これらの露光装置を用いて微細パターンをウエハ上に高精度に転写するためには、投影光学系の光学特性としての収差特性が所定条件を満たすことが要求される。そのためには、先ず投影光学系の収差を正確に計測(評価)する必要があり、従来より様々な計測装置が使用されている。   For example, in a lithography process for manufacturing a semiconductor device, a pattern of a reticle (or a photomask) is transferred to each shot area of a wafer (or a glass plate, etc.) coated with a resist via a projection optical system. An exposure apparatus such as a stepper or a scanning stepper is used. In order to transfer a fine pattern onto a wafer with high accuracy using these exposure apparatuses, it is required that aberration characteristics as optical characteristics of the projection optical system satisfy a predetermined condition. For this purpose, first, it is necessary to accurately measure (evaluate) the aberration of the projection optical system, and various measuring apparatuses have been used conventionally.

例えば投影光学系の波面収差を計測するために、投影光学系を介して開口パターンの一次像を投影し、その一次像からの光束を複数に波面分割し、このように波面分割された複数の光束からそれぞれ二次像を形成し、これらの二次像を光電検出する方式の計測装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この計測装置では、一例として、複数の二次像の所定の基準位置からの横シフト量等に基づいて、その投影光学系の波面収差が求められている。
特開2002−71514号公報
For example, in order to measure the wavefront aberration of the projection optical system, a primary image of the aperture pattern is projected through the projection optical system, the light beam from the primary image is divided into a plurality of wavefronts, and a plurality of wavefront-divided plural images are thus obtained. There has been proposed a measuring apparatus that forms secondary images from light beams and photoelectrically detects these secondary images (see, for example, Patent Document 1). In this measuring apparatus, as an example, the wavefront aberration of the projection optical system is obtained based on the amount of lateral shift from a predetermined reference position of a plurality of secondary images.
JP 2002-71514 A

半導体デバイス等が益々微細化するのに応じて、露光装置においては、解像度や焦点深度等の結像特性を向上するために、露光用の照明光として直線偏光の光又は照明光学系の瞳面における輪帯状の領域においてほぼ円周方向に偏光した光のように、所定の偏光状態の光を用いるいわゆる偏光照明が使用されている。偏光照明を用いて種々のパターンを露光する場合の投影光学系の収差を正確に計算(予測)するためには、予め照明光学系又は投影光学系の瞳面のほぼ全面における照明光の偏光状態を所定の状態に制御して、収差を計測しておくことが望ましい。   In order to improve imaging characteristics such as resolution and depth of focus in an exposure apparatus as semiconductor devices and the like become increasingly finer, linearly polarized light or illumination optical system pupil planes are used as exposure illumination light. So-called polarized illumination using light in a predetermined polarization state is used, such as light polarized in a substantially circumferential direction in the ring-shaped region in FIG. In order to accurately calculate (predict) the aberration of the projection optical system when various patterns are exposed using polarized illumination, the polarization state of the illumination light on the entire illumination optical system or the entire pupil plane of the projection optical system in advance It is desirable to measure aberrations by controlling to a predetermined state.

しかしながら、従来の計測装置又は露光装置は、投影光学系の収差を計測する際に、照明光の偏光状態を考慮して計測できなかった。
本発明は、このような課題に鑑み、照明光学系や投影光学系等の光学系の光学特性を計測する際に、照明光の偏光状態を考慮して計測できるようにすることを目的とする。
However, the conventional measuring apparatus or exposure apparatus cannot measure the aberration of the projection optical system in consideration of the polarization state of the illumination light.
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to enable measurement in consideration of the polarization state of illumination light when measuring optical characteristics of an optical system such as an illumination optical system and a projection optical system. .

本発明による第1の光学特性計測装置は、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、その被検光学系を照明光で照明する照明系(1,12)と、その照明光の偏光状態を設定する偏光部材(2,38)と、その被検光学系を介した光をその被検光学系の瞳面における位相情報に対応する光量分布を持つ光に変換する受光系(23,24)と、その受光系で変換された光を検出する光電検出器(25)とを備え、その受光系は、その被検光学系の瞳面と共役な面又はこの近傍の面においてその被検光学系を介した光束を分割する波面分割素子(24)と、その波面分割素子の近傍に配置されて所定の偏光状態の光を選択する偏光素子(40)とを含むものである。 A first optical characteristic measuring apparatus according to the present invention is an optical characteristic measuring apparatus that measures optical characteristics of a test optical system, and illuminates the test optical system with illumination light (1, 12); The polarization member (2, 38) that sets the polarization state of the illumination light and the light passing through the test optical system are converted into light having a light amount distribution corresponding to the phase information on the pupil plane of the test optical system. A light receiving system (23, 24) and a photoelectric detector (25) for detecting light converted by the light receiving system, the light receiving system being a plane conjugate with or near the pupil plane of the optical system to be tested A wavefront splitting element (24) for splitting a light beam through the optical system to be tested and a polarizing element (40) arranged in the vicinity of the wavefront splitting element for selecting light in a predetermined polarization state Is.

本発明によれば、その偏光部材によってその照明光の偏光状態を通常の使用時とは異なる状態に制御できる。
また、本発明による第2の光学特性計測装置は、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、その被検光学系を照明光で照明する照明系(1,12)と、その被検光学系の瞳面と共役な面又はこの近傍の面においてその被検光学系を介した光束を分割する波面分割素子(24)と、その波面分割素子の近傍に配置されて所定の偏光状態の光を選択する偏光素子(40)と、その波面分割素子及びその偏光素子を介した光を受光する光電検出器(25)とを備えたものである。本発明によれば、その偏光素子によって、通常の使用時とは異なる偏光状態の照明光を受光できる。
また、本発明による第3の光学特性計測装置は、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、その被検光学系を照明光で照明する照明系(1,12)と、その照明光の偏光状態を互いに異なる複数の偏光状態に設定する偏光部材(2,38)と、その被検光学系を介した光を前記被検光学系の瞳面における位相情報に対応する光量分布を持つ光に変換する受光系(23,24)と、その受光系で変換された光を検出する光電検出器(25)と、その偏光部材によって設定された複数の偏光状態毎に、その光電検出器によってそれぞれ得られる検出結果に基づいて、その被検光学系の光学特性を算出する演算装置(20)と、を備えたものである。本発明によれば、その偏光部材によってその照明光の偏光状態を通常の使用時とは異なる状態に制御できる。
According to the present invention, the polarization state of the illumination light can be controlled to be different from that during normal use by the polarizing member.
The second optical characteristic measuring apparatus according to the present invention is an optical characteristic measuring apparatus for measuring optical characteristics of a test optical system, and illuminates the test optical system with illumination light (1, 12). A wavefront splitting element (24) for splitting a light beam through the test optical system on a plane conjugate to or near the pupil plane of the test optical system, and a wavefront splitting element arranged near the wavefront splitting element A polarizing element (40) for selecting light in a predetermined polarization state, a wavefront splitting element, and a photoelectric detector (25) for receiving light via the polarizing element are provided. According to the present invention, the polarizing element can receive illumination light having a polarization state different from that during normal use.
A third optical characteristic measuring apparatus according to the present invention is an optical characteristic measuring apparatus that measures the optical characteristics of a test optical system, and illuminates the test optical system with illumination light (1, 12). And a polarization member (2, 38) for setting the polarization state of the illumination light to a plurality of different polarization states, and the light passing through the test optical system corresponds to the phase information on the pupil plane of the test optical system For each of a plurality of polarization states set by the light receiving system (23, 24) for converting light having a light quantity distribution to be detected, a photoelectric detector (25) for detecting light converted by the light receiving system, and the polarizing member And an arithmetic unit (20) for calculating the optical characteristics of the optical system to be detected based on the detection results respectively obtained by the photoelectric detectors. According to the present invention, the polarization state of the illumination light can be controlled to be different from that during normal use by the polarizing member.

また、本発明による露光装置は、マスクを照明する照明光学系(12)と、そのマスクのパターンを感光体上に転写する投影光学系(PL)とを有する露光装置において、その感光体を保持して2次元平面内を移動するステージ(WST)と、そのステージに設けられ、その照明光学系及びその投影光学系の少なくとも一方をその被検光学系とする本発明の光学特性計測装置(1,12,21)と、その光学特性計測装置の計測結果に基づいて、その照明光学系及びその投影光学系の少なくとも一方の光学特性を調整する調整機構(26,PL)とを備えたものである。   Further, an exposure apparatus according to the present invention holds the photoconductor in an exposure apparatus having an illumination optical system (12) for illuminating the mask and a projection optical system (PL) for transferring the mask pattern onto the photoconductor. Then, the stage (WST) that moves in the two-dimensional plane, and the optical characteristic measuring device (1) of the present invention in which at least one of the illumination optical system and the projection optical system is provided as the test optical system. , 12, 21) and an adjustment mechanism (26, PL) for adjusting at least one of the optical characteristics of the illumination optical system and the projection optical system based on the measurement result of the optical characteristic measurement device. is there.

また、本発明による光学特性計測方法は、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法であって、その被検光学系を照明光で照明し、その照明光の偏光状態を互いに異なる複数の偏光状態に設定し、その被検光学系を介した光をその被検光学系の瞳面における位相情報に対応する光量分布を持つ光に変換し、その変換された光を検出し、設定された複数の偏光状態毎に得られるそれぞれの検出結果に基づいて、その被検光学系の光学特性を算出するものである。本発明によれば、照明光の偏光状態を考慮して被検光学系の光学特性を計測できる。 The optical characteristic measuring method according to the present invention is an optical characteristic measuring method for measuring the optical characteristic of a test optical system, wherein the test optical system is illuminated with illumination light, and the polarization states of the illumination light are different from each other. Set to a plurality of polarization states, convert the light through the test optical system to light having a light amount distribution corresponding to the phase information on the pupil plane of the test optical system, detect the converted light, Based on the respective detection results obtained for each of a plurality of set polarization states, the optical characteristics of the optical system to be detected are calculated . According to the present invention, it is possible to measure the optical characteristics of the test optical system in consideration of the polarization state of the illumination light.

なお、以上の本発明の所定の要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。   In addition, although the code | symbol with the parenthesis attached | subjected to the predetermined element of the above this invention respond | corresponds to the member in drawing which shows one Embodiment of this invention, each code | symbol is used for easy understanding of this invention. However, the present invention is not limited to the configuration of the embodiment.

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図1〜図11を参照して説明する。
図1は、本例のスキャニングステッパーよりなる走査露光型の露光装置100の概略構成を示し、この図1において、露光用の光源1及び照明光学系12よりなる照明系、レチクル(マスク)を保持して移動するレチクルステージRST、投影光学系PL、レジストが塗布されたウエハW(感光体)を保持して移動するウエハステージWST、並びにコンピュータからなり装置全体を統括制御するとともに、種々の演算処理を行う主制御装置20(演算装置)等を備えている。光源1として、ここではArFエキシマレーザ光源(波長193nm)が使用されている。なお、光源1としては、KrFエキシマレーザ光源(波長247nm)、F2 レーザ光源(波長157nm)、Kr2 レーザ光源(波長146nm)、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)の高調波発生装置なども使用することができる。光源1においては、主制御装置20からの制御情報に基づいて、パルス発振するレーザビームLBの出力のオン・オフ、パルスエネルギー、発振周波数、中心波長、及びスペクトル幅などが制御される。
Hereinafter, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a scanning exposure type exposure apparatus 100 composed of a scanning stepper of this example. In FIG. 1, an illumination system composed of an exposure light source 1 and an illumination optical system 12 and a reticle (mask) are held. And a reticle stage RST that moves, a projection optical system PL, a wafer stage WST that holds and moves a resist-coated wafer W (photoreceptor), and a computer, and performs overall control of the entire apparatus, and various arithmetic processes The main controller 20 (arithmetic unit) etc. which performs is provided. Here, an ArF excimer laser light source (wavelength 193 nm) is used as the light source 1. The light source 1 includes a KrF excimer laser light source (wavelength 247 nm), an F 2 laser light source (wavelength 157 nm), a Kr 2 laser light source (wavelength 146 nm), a harmonic generation light source of a YAG laser, and a solid-state laser (semiconductor laser, etc.). A harmonic generator or the like can also be used. In the light source 1, on / off of the output of the pulsed laser beam LB, pulse energy, oscillation frequency, center wavelength, spectrum width, and the like are controlled based on control information from the main controller 20.

照明光学系12は、光源1からのレーザビームLBを伝達するビームマッチングユニット(不図示)、偏光制御ユニット2、偏光変換ユニット3、オプティカル・インテグレータ(ホモジナイザ)5、照明系開口絞り板6、第1リレーレンズ8A、固定レチクルブラインド(視野絞り)9A、可動レチクルブラインド9B、第2リレーレンズ8B、光路折り曲げ用のミラーM、及びコンデンサレンズ10等を備えている。   The illumination optical system 12 includes a beam matching unit (not shown) that transmits the laser beam LB from the light source 1, a polarization control unit 2, a polarization conversion unit 3, an optical integrator (homogenizer) 5, an illumination system aperture stop plate 6, 1 relay lens 8A, fixed reticle blind (field stop) 9A, movable reticle blind 9B, second relay lens 8B, optical path bending mirror M, condenser lens 10 and the like.

本例の偏光制御ユニット2は、照明光学系12の光軸を中心に主制御装置20によって回転可能な1/2波長板を備えている。光源1から出力されるレーザビームLBは直線偏光であり、その1/2波長板の回転角を制御することによって、偏光制御ユニット2を通過して偏光変換ユニット3に入射する際のレーザビームLBの偏光方向を制御できる。偏光変換ユニット3には、入射するレーザビームLBの偏光方向の分布を円周方向等に設定するための複数の偏光光学部(不図示)が備えられ、主制御装置20が駆動装置4を介して偏光変換ユニット3を回転することで、所定の偏光光学部がレーザビームLBの光路上に設置される。各偏光光学部は、例えばそれぞれ所定形状で進相軸の方向が所定方向の複数の1/2波長板と、偏光方向を変えない透過板(又は光を素通しする開口部)とを組み合わせて形成されているが、1/4波長板や偏光板等を用いて形成することも可能である。偏光制御ユニット2及び偏光変換ユニット3によって種々の偏光照明を設定できる。   The polarization control unit 2 of this example includes a half-wave plate that can be rotated by the main controller 20 around the optical axis of the illumination optical system 12. The laser beam LB output from the light source 1 is linearly polarized light, and the laser beam LB when entering the polarization conversion unit 3 through the polarization control unit 2 by controlling the rotation angle of the half-wave plate. The polarization direction can be controlled. The polarization conversion unit 3 includes a plurality of polarization optical units (not shown) for setting the distribution of the polarization direction of the incident laser beam LB in the circumferential direction and the like, and the main controller 20 is connected via the drive unit 4. By rotating the polarization conversion unit 3, a predetermined polarization optical unit is installed on the optical path of the laser beam LB. Each polarization optical unit is formed by combining, for example, a plurality of half-wave plates each having a predetermined shape and a fast axis direction and a transmission plate (or an opening through which light passes) that does not change the polarization direction. However, it can be formed using a quarter-wave plate, a polarizing plate, or the like. Various polarization illuminations can be set by the polarization control unit 2 and the polarization conversion unit 3.

偏光変換ユニット3を通過したレーザビームLBは、オプティカル・インテグレータ5及び照明系開口絞り板6中の1つの開口絞りを経て露光用の照明光ILとして射出される。オプティカル・インテグレータ5として本例ではフライアイレンズが使用されているが、その他に内面反射型インテグレータ(ロッドインテグレータ)又は回折光学素子等も使用できる。照明系開口絞り板6は、照明光学系12の瞳面PILに配置されて、通常照明用の円形の開口絞り(σ絞り)、小さいコヒーレンスファクタ(小σ)用の開口絞り、輪帯照明用の開口絞り、2つの開口よりなる2極照明用の開口絞り、及び光軸に対して斜め方向の複数箇所(例えば4箇所)に配置された開口よりなる変形照明用の開口絞りなどが形成された回転可能な円板である。主制御装置20が駆動装置7を介して照明系開口絞り板6を回転することで、選択された照明条件等に対応する開口絞りがレーザビームLBの光路に設置される。   The laser beam LB that has passed through the polarization conversion unit 3 is emitted as illumination light IL for exposure through the optical integrator 5 and one aperture stop in the illumination system aperture stop plate 6. In this example, a fly-eye lens is used as the optical integrator 5, but an internal reflection type integrator (rod integrator) or a diffractive optical element can also be used. The illumination system aperture stop plate 6 is disposed on the pupil plane PIL of the illumination optical system 12, and is a circular aperture stop (σ stop) for normal illumination, an aperture stop for a small coherence factor (small σ), or for annular illumination. An aperture stop for dipole illumination composed of two apertures, an aperture stop for modified illumination composed of openings disposed at a plurality of positions (for example, four locations) oblique to the optical axis, and the like. It is a rotatable disc. The main controller 20 rotates the illumination system aperture stop plate 6 via the drive unit 7 so that an aperture stop corresponding to the selected illumination condition and the like is installed in the optical path of the laser beam LB.

照明系開口絞り板6中の所定の開口絞りを通過した照明光ILは、第1リレーレンズ8A、レチクルブラインド9A,9B、第2リレーレンズ8B、ミラーM、及びコンデンサレンズ10等を介して、レチクルステージRST上のレチクルのパターン面(下面)のスリット状の照明領域で照明する。照明光ILのもとで、レチクル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(βは1/4,1/5等)で、その像面に投影される。可動レチクルブラインド9Bは、照明領域を走査方向に開閉する機能と、照明領域の非走査方向の幅を制限する機能とを有する。   The illumination light IL that has passed through a predetermined aperture stop in the illumination system aperture stop plate 6 passes through the first relay lens 8A, the reticle blinds 9A and 9B, the second relay lens 8B, the mirror M, the condenser lens 10, and the like. Illumination is performed using a slit-shaped illumination region on the reticle pattern surface (lower surface) on reticle stage RST. Under the illumination light IL, the pattern in the illumination area of the reticle is projected onto the image plane at a projection magnification β (β is 1/4, 1/5, etc.) via the projection optical system PL. The movable reticle blind 9B has a function of opening and closing the illumination area in the scanning direction and a function of limiting the width of the illumination area in the non-scanning direction.

なお、図1は、投影光学系PLの波面収差を計測する状態を示しているため、レチクルステージRST上には評価用のレチクル(テストレチクル)13がロードされ、投影光学系PLの下方には波面収差の計測部21(詳細後述)が位置している。通常の露光時には、レチクルステージRST上にデバイス用の原版パターンが形成されたレチクルRがロードされ、投影光学系PLの下方にレジストが塗布されたウエハWが位置しており、レチクルRのパターンがウエハW上の一つのショット領域上のスリット状の露光領域内に投影される。投影光学系PLとしては、屈折系の他に反射屈折系等も使用できる。   Since FIG. 1 shows a state in which the wavefront aberration of the projection optical system PL is measured, an evaluation reticle (test reticle) 13 is loaded on the reticle stage RST, and below the projection optical system PL. A wavefront aberration measuring unit 21 (detailed later) is located. During normal exposure, a reticle R on which an original pattern for a device is formed is loaded on a reticle stage RST, and a wafer W coated with a resist is positioned below the projection optical system PL. Projection is performed in a slit-shaped exposure region on one shot region on the wafer W. As the projection optical system PL, a catadioptric system or the like can be used in addition to the refractive system.

本例の投影光学系PLには、その結像特性(光学特性)としての球面収差及びディストーション等を調整するために、投影光学系PL内の所定の複数のレンズエレメントの光軸方向の位置、及びX軸、Y軸の周りの傾斜角を制御するピエゾ素子等の駆動素子を含む結像特性調整機構が組み込まれている。主制御装置20が制御系26を介してその結像特性調整機構を駆動することで、投影光学系PLの上記結像特性を所定の許容範囲内に維持することができる。その結像特性は、照明光ILの照射エネルギーによっても変化するため、例えば照射エネルギーの積算値のモニタ結果に応じてその結像特性調整機構による調整量を制御することで、結像特性の変動が抑制される。なお、球面収差及びディストーション等の収差は、波面収差によっても表すことができるため、本例では一例として光源1、照明光学系12、及び計測部21よりなる計測装置による波面収差の計測結果から、投影光学系PLの結像特性としての収差を求めるものとする。以下、図1において、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の紙面に垂直にX軸を、図1の紙面に平行にY軸を取って説明する。走査露光時のレチクルR及びウエハWの走査方向はY軸に平行な方向(Y方向)である。   In the projection optical system PL of this example, in order to adjust spherical aberration, distortion, and the like as its imaging characteristics (optical characteristics), positions of a plurality of predetermined lens elements in the projection optical system PL in the optical axis direction, And an imaging characteristic adjusting mechanism including a driving element such as a piezo element for controlling an inclination angle around the X axis and the Y axis. The main controller 20 drives the imaging characteristic adjusting mechanism via the control system 26, so that the imaging characteristics of the projection optical system PL can be maintained within a predetermined allowable range. Since the imaging characteristics change depending on the irradiation energy of the illumination light IL, for example, by controlling the adjustment amount by the imaging characteristic adjustment mechanism according to the monitoring result of the integrated value of the irradiation energy, the fluctuation of the imaging characteristics Is suppressed. In addition, since aberrations such as spherical aberration and distortion can also be expressed by wavefront aberration, in this example, as an example, from the measurement result of wavefront aberration by the measuring device including the light source 1, the illumination optical system 12, and the measuring unit 21, It is assumed that aberration as an imaging characteristic of the projection optical system PL is obtained. Hereinafter, in FIG. 1, 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 paper surface of FIG. 1 in the plane perpendicular to the Z-axis, and the Y-axis is parallel to the paper surface of FIG. Take and explain. The scanning direction of reticle R and wafer W during scanning exposure is a direction parallel to the Y axis (Y direction).

露光時にはレチクルステージRST上にレチクルRが吸着保持され、レチクルステージRSTはレチクルベース(不図示)上でY方向に一定速度で移動するとともに、X方向、Y方向、Z軸の周りの回転方向に微動して、レチクルRの同期誤差を補正する。レチクルステージRSTのXY平面内での位置は移動鏡15R及びレーザ干渉計16Rによって計測され、その計測値に基づいて主制御装置20がリニアモータ等の駆動機構(不図示)を介してレチクルステージRSTの速度及び位置を制御する。   During exposure, the reticle R is attracted and held on the reticle stage RST, and the reticle stage RST moves on the reticle base (not shown) at a constant speed in the Y direction, and in the rotational directions around the X, Y, and Z axes. It is finely moved to correct the synchronization error of the reticle R. The position of reticle stage RST in the XY plane is measured by moving mirror 15R and laser interferometer 16R. Based on the measured values, main controller 20 drives reticle stage RST via a drive mechanism (not shown) such as a linear motor. Control the speed and position of the.

一方、ウエハWは、ウエハステージWST上にウエハホルダ18を介して吸着保持されている。ウエハステージWSTは、ウエハベース14上をX方向、Y方向に駆動されるとともに、ウエハW及び計測部21のフォーカス位置(Z方向の位置)とX軸及びY軸の周りの傾斜角(チルト角)とを制御するZレベリング駆動部を備えている。ウエハステージWSTのXY平面内での位置は、移動鏡15Wとレーザ干渉計16Wとによって計測されている。この計測値に基づいて、主制御装置20がリニアモータ等の駆動機構17を介してウエハステージWSTのX方向、Y方向の速度及び位置を制御する。   On the other hand, wafer W is sucked and held via wafer holder 18 on wafer stage WST. Wafer stage WST is driven on wafer base 14 in the X and Y directions, and the focus position (position in the Z direction) of wafer W and measurement unit 21 and the tilt angle (tilt angle) around the X and Y axes. Z leveling drive unit for controlling The position of wafer stage WST in the XY plane is measured by moving mirror 15W and laser interferometer 16W. Based on this measurement value, main controller 20 controls the speed and position of wafer stage WST in the X and Y directions via drive mechanism 17 such as a linear motor.

また、図1の露光装置100は、レチクルR上のアライメントマークの位置を計測するための1対のレチクルアライメント顕微鏡(不図示)と、ウエハW上のアライメントマークの位置を計測するためのオフ・アクシス方式でFIA(Field Image Alignment)方式のアライメントセンサASと、ウエハステージWST上に固定されて所定の基準マークが形成された基準マーク部材(不図示)とを備えている。さらに、露光装置100は、ウエハWの表面又は計測部21の入射面のフォーカス位置を検出するために、複数のスリット像を投影する投射光学系19Aと、それらのスリット像を再結像する受光光学系19Bとからなる斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサを備えている。このオートフォーカスセンサの計測値に基づいて、主制御装置20は、ウエハWの表面又は計測部21の入射面が投影光学系PLの像面に合焦されるように、ウエハステージWSTのZレベリング駆動部を制御する。   In addition, the exposure apparatus 100 in FIG. 1 includes a pair of reticle alignment microscopes (not shown) for measuring the position of the alignment mark on the reticle R, and an off-counter for measuring the position of the alignment mark on the wafer W. It includes an alignment sensor AS of FIA (Field Image Alignment) system in the Axis system, and a reference mark member (not shown) fixed on wafer stage WST and having a predetermined reference mark formed thereon. Further, the exposure apparatus 100 detects a focus position of the surface of the wafer W or the incident surface of the measurement unit 21, and a projection optical system 19A that projects a plurality of slit images, and a light reception that re-images those slit images. An oblique incidence type multi-point autofocus sensor including the optical system 19B is provided. Based on the measurement value of the autofocus sensor, main controller 20 performs Z leveling of wafer stage WST so that the surface of wafer W or the incident surface of measurement unit 21 is focused on the image plane of projection optical system PL. Control the drive.

そして、ウエハWの露光時には、レチクルR及びウエハWのアライメントを行った後、照明系開口絞り板6の駆動によって所定の照明条件に対応する開口絞りが選択され、偏光制御ユニット2及び偏光変換ユニット3の駆動によって所定の偏光照明の状態(開口絞り内のレーザビームの偏光方向の分布状態)が設定される。その後、照明光ILの照射を開始して、レチクルステージRST及びウエハステージWSTを駆動して、レチクルRとウエハWとを投影光学系PLに対して投影倍率比で同期移動する動作と、ウエハステージWSTを駆動してウエハWをX方向、Y方向にステップ移動する動作とがステップ・アンド・スキャン方式で繰り返されて、ウエハW上の各ショット領域に順次レチクルRのパターン像が転写される。   At the time of exposure of the wafer W, after aligning the reticle R and the wafer W, an aperture stop corresponding to a predetermined illumination condition is selected by driving the illumination system aperture stop plate 6, and the polarization control unit 2 and the polarization conversion unit 3 is set to a predetermined polarization illumination state (distribution state of the polarization direction of the laser beam in the aperture stop). Thereafter, the irradiation of the illumination light IL is started, the reticle stage RST and the wafer stage WST are driven, and the reticle R and the wafer W are moved synchronously with respect to the projection optical system PL at a projection magnification ratio, and the wafer stage The operation of stepping and moving the wafer W in the X and Y directions by driving the WST is repeated by the step-and-scan method, and the pattern image of the reticle R is sequentially transferred to each shot area on the wafer W.

この露光に際しての偏光照明の一例は、以下のようなものである。
図4(A)は、図1の照明光学系12の瞳面PILにおける照明光ILの偏光状態の一例を示し、この図4(A)では、輪帯照明用の開口絞りが配置され、その開口絞り内の照明光IL(レーザビームLB)の偏光方向がほぼ円周方向(いわゆるアジマス方向)に設定されている。なお、図4(A)以下の照明光学系12の瞳面PILにおけるX軸、Y軸は、それぞれ図1の投影光学系PLの像面におけるX軸、Y軸に対応する方向を示している。その偏光方向の分布をほぼ円周方向にするために、図4(A)の例では、輪帯状の開口をX方向に離れた1対の領域31A,31Cと、Y方向に離れた1対の領域31B,31Dとからなる4個のほぼ扇型の領域に分割し、1対の領域31A,31Cを通過する照明光をY軸に平行な方向32Yに偏光した直線偏光として、他の1対の領域31B,31Dを通過する照明光をX軸に平行な方向32Xに偏光した直線偏光とする。
An example of polarized illumination during this exposure is as follows.
4A shows an example of the polarization state of the illumination light IL on the pupil plane PIL of the illumination optical system 12 of FIG. 1, and in FIG. 4A, an aperture stop for annular illumination is arranged, The polarization direction of the illumination light IL (laser beam LB) in the aperture stop is set to a substantially circumferential direction (so-called azimuth direction). Note that the X axis and the Y axis in the pupil plane PIL of the illumination optical system 12 in FIG. 4A and subsequent figures respectively indicate directions corresponding to the X axis and the Y axis in the image plane of the projection optical system PL in FIG. . In order to make the distribution of the polarization direction substantially the circumferential direction, in the example of FIG. 4A, a pair of regions 31A and 31C separated from the annular opening in the X direction and a pair separated in the Y direction. The illumination light passing through the pair of regions 31A and 31C is linearly polarized in the direction 32Y parallel to the Y axis and divided into four substantially fan-shaped regions composed of the regions 31B and 31D. The illumination light passing through the pair of regions 31B and 31D is linearly polarized light polarized in a direction 32X parallel to the X axis.

なお、このような偏光状態は、一例として、図1の偏光制御ユニット2を通過するレーザビームLBの偏光方向をY軸に平行な方向32Yとして、偏光変換ユニット3の偏光光学部を、図4(A)の領域31A,31Cに対応する部分が偏光方向を変えない透過部で、領域31B,31Dに対応する部分が偏光方向を90°回転するために、X軸に45°で交差する方向を進相軸とする1/2波長板となるように形成すればよい。図4(A)の偏光照明を用いることによって、図4(B)の投影光学系PLの像面上の拡大図で示すように、X方向及びY方向に微細なピッチで配列されるライン・アンド・スペースパターン(以下、L&Sパターンと言う。)の像33X及び33Yは、それぞれ主にY軸及びX軸に平行な方向32Y及び32X(即ち、個々のラインパターンの像の長手方向)に偏光した照明光によって高解像度に形成される。   For example, the polarization state of the polarization conversion unit 3 is shown in FIG. 4 with the polarization direction of the laser beam LB passing through the polarization control unit 2 in FIG. 1 as the direction 32Y parallel to the Y axis. The portion corresponding to the regions 31A and 31C in (A) is a transmissive portion that does not change the polarization direction, and the portions corresponding to the regions 31B and 31D rotate the polarization direction by 90 °, so that the direction intersects the X axis at 45 °. It may be formed so as to be a half-wave plate with a fast axis as. By using the polarized illumination of FIG. 4 (A), as shown in the enlarged view on the image plane of the projection optical system PL of FIG. 4 (B), lines arranged in a fine pitch in the X direction and the Y direction. Images 33X and 33Y of an AND space pattern (hereinafter referred to as L & S pattern) are mainly polarized in directions 32Y and 32X parallel to the Y-axis and X-axis, respectively (that is, the longitudinal direction of the image of each line pattern). It is formed with high resolution by the illuminated light.

なお、照明光ILの偏光方向を照明光学系12の光軸を中心としてほぼ半径方向(放射状)に設定することも可能である。このためには、図4(A)に破線で示すように、X方向に離れた領域31A,31C、及びY方向に離れた領域31B,31Dを通過する照明光の偏光方向をそれぞれX軸及びY軸に平行な方向34X及び34Yとすればよい。これ以外にも種々の偏光照明を設定することができる。   It is also possible to set the polarization direction of the illumination light IL substantially in the radial direction (radial) with the optical axis of the illumination optical system 12 as the center. For this purpose, as shown by a broken line in FIG. 4A, the polarization directions of the illumination light passing through the regions 31A and 31C separated in the X direction and the regions 31B and 31D separated in the Y direction are respectively set to the X axis and The directions 34X and 34Y may be parallel to the Y axis. In addition to this, various polarized illuminations can be set.

このような露光に際して、レチクルRのパターンの像をウエハW上に常に高解像度で、且つ忠実に転写するために、主制御装置20が、一例として照明条件とレチクルRのパターンの種類(ピッチ、周期方向等)とから求められる投影光学系PLの瞳面における光量分布、及び照明光ILの照射エネルギーの積算値に応じて投影光学系PLの結像特性の変動量を所定の時間間隔で予測し、この変動量を相殺するように、制御系26及び上記の結像特性調整機構を介して投影光学系PLの結像特性を調整する。この場合、転写対象のパターンはレチクルRによって様々であり、そのパターンに応じて投影光学系PLの瞳面における結像光束の光量分布が変化する。そこで、様々のパターンについて結像特性の変動量を正確に予測するためには、予め例えば照明光ILの照射エネルギーを所定量ずつ増加させる毎に、投影光学系PLの瞳のほぼ全面での波面収差を計測して、その波面収差データを主制御装置20の記憶部に記憶しておくことが望ましい。これによって、実際にデバイス用のパターンを露光する際には、一例としてこのパターンから計算で求められる瞳内の結像光束の分布と、この分布に対応する波面収差データとから、投影光学系PLの波面収差の変化を正確に予測できる。   In such exposure, in order to always transfer the image of the pattern of the reticle R onto the wafer W with high resolution and faithful transfer, the main controller 20 exemplifies the illumination conditions and the type of pattern of the reticle R (pitch, The fluctuation amount of the imaging characteristics of the projection optical system PL is predicted at a predetermined time interval according to the light amount distribution on the pupil plane of the projection optical system PL obtained from the periodic direction and the integrated value of the irradiation energy of the illumination light IL. Then, the image formation characteristic of the projection optical system PL is adjusted via the control system 26 and the image formation characteristic adjustment mechanism so as to cancel out the fluctuation amount. In this case, the pattern to be transferred varies depending on the reticle R, and the light amount distribution of the imaging light flux on the pupil plane of the projection optical system PL changes according to the pattern. Therefore, in order to accurately predict the fluctuation amount of the imaging characteristics with respect to various patterns, for example, every time the irradiation energy of the illumination light IL is increased by a predetermined amount, the wavefront on almost the entire surface of the pupil of the projection optical system PL. It is desirable to measure the aberration and store the wavefront aberration data in the storage unit of the main controller 20. Thus, when actually exposing a pattern for a device, as an example, the projection optical system PL is calculated from the distribution of the imaging light flux in the pupil obtained by calculation from this pattern and the wavefront aberration data corresponding to this distribution. The change in wavefront aberration can be accurately predicted.

さらに、本例では偏光照明が使用されるため、その波面収差の計測に際して、投影光学系PLの瞳面のほぼ全面、又はその瞳面の所定領域での照明光の偏光状態を、例えば直線偏光のような所定状態に設定できることが望ましい。なお、照明光学系12の瞳面と投影光学系PLの瞳面とは共役であるため、投影光学系PLの瞳面での照明光の偏光状態を所定状態に設定する代わりに、照明光学系12の瞳面での照明光の偏光状態を設定してもよい。以下では、先ず計測部21を用いて投影光学系PLの波面収差を計測する動作の一例につき説明した後、さらに照明光の偏光状態の設定動作を併用して波面収差を計測する方法につき説明する。   Further, since polarized illumination is used in this example, when measuring the wavefront aberration, the polarization state of the illumination light on almost the entire pupil surface of the projection optical system PL or a predetermined region of the pupil surface is, for example, linearly polarized light. It is desirable that the predetermined state can be set. Since the pupil plane of the illumination optical system 12 and the pupil plane of the projection optical system PL are conjugate, instead of setting the polarization state of the illumination light on the pupil plane of the projection optical system PL to a predetermined state, the illumination optical system The polarization state of the illumination light on the 12 pupil planes may be set. In the following, an example of an operation of measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL using the measurement unit 21 will be described first, and then a method of measuring the wavefront aberration using the setting operation of the polarization state of the illumination light will be described. .

本例の計測部21は、投影光学系PLの波面収差をメンテナンス時等に随時計測できるように、露光装置100のウエハステージWSTに着脱自在に固定されている。なお、計測部21を、レチクルステージRSTに着脱自在に固定することも可能であり、これによって照明光学系12の波面収差を計測することも可能である。
図1は、投影光学系PLの波面収差を計測するために、計測部21の筐体としての箱状部材21aを不図示のクランプ部材によってウエハステージWSTの凹部CAに固定し、レチクルステージRST上に収差計測用のレチクル13をロードした状態を示し、この図1において、ウエハステージWSTを駆動することによって、計測部21の入射面が投影光学系PLの露光領域に移動している。
The measurement unit 21 of this example is detachably fixed to the wafer stage WST of the exposure apparatus 100 so that the wavefront aberration of the projection optical system PL can be measured at any time during maintenance or the like. Note that the measurement unit 21 can be detachably fixed to the reticle stage RST, whereby the wavefront aberration of the illumination optical system 12 can be measured.
In FIG. 1, in order to measure the wavefront aberration of the projection optical system PL, a box-shaped member 21a as a housing of the measurement unit 21 is fixed to the concave portion CA of the wafer stage WST by a not-shown clamp member, and is mounted on the reticle stage RST. 1 shows a state in which a reticle 13 for aberration measurement is loaded. In FIG. 1, by driving the wafer stage WST, the incident surface of the measuring unit 21 is moved to the exposure region of the projection optical system PL.

図2は、図1中の投影光学系PLの波面収差を計測するための装置構成を示す図であり、この図2において、レチクル13が照明光ILで照明される。レチクル13には、遮光膜中に収差計測用の円形状の開口部13aがX方向及びY方向に沿って複数個(図2ではそのうちの中央の1個のみを示す)マトリックス状に形成されている。その中央の開口部13aは、ほぼ投影光学系PLの光軸AX上に位置決めされている。レチクル13には、開口部13aに対して所定の位置関係でアライメントマークも形成され、そのアライメントマークを検出することでその開口部13aを位置決めできる。   FIG. 2 is a diagram showing an apparatus configuration for measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL in FIG. 1. In FIG. 2, the reticle 13 is illuminated with the illumination light IL. In the reticle 13, a plurality of circular openings 13 a for aberration measurement are formed in a matrix shape in the light shielding film along the X and Y directions (only one of them is shown in the center in FIG. 2). Yes. The central opening 13a is positioned substantially on the optical axis AX of the projection optical system PL. An alignment mark is also formed on the reticle 13 in a predetermined positional relationship with respect to the opening 13a, and the opening 13a can be positioned by detecting the alignment mark.

また、投影光学系PLの下方に配置された計測部21は、ウエハステージWST上においてウエハWの表面とほぼ同じ高さ位置(Z方向位置)に取り付けられた標示板22を備えている。標示板22は、例えばガラス基板からなり、投影光学系PLの光軸AXに垂直な、ひいては後述する計測用光学系の光軸AX1に垂直な基準平面22cを有する。標示板22の基準平面22cには、その中央部に開口部(光透過部)22aが形成されている。また、開口部22aに対して所定の位置関係でアライメントマーク(不図示)も形成されている。ここで、開口部22aは、投影光学系PLを介して形成されるレチクル13の開口部13aの像よりも大きく設定されている。更に、基準平面22c上で、開口部22a及びアライメントマークを除く領域には、反射面が形成されている。反射面は、例えばガラス基板にクロム(Cr)を蒸着することにより形成されている。   The measurement unit 21 disposed below the projection optical system PL includes a sign plate 22 that is mounted on the wafer stage WST at substantially the same height position (Z-direction position) as the surface of the wafer W. The marking plate 22 is made of, for example, a glass substrate, and has a reference plane 22c that is perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL and thus perpendicular to the optical axis AX1 of a measurement optical system described later. In the reference plane 22c of the marking plate 22, an opening (light transmission part) 22a is formed at the center. An alignment mark (not shown) is also formed with a predetermined positional relationship with the opening 22a. Here, the opening 22a is set larger than the image of the opening 13a of the reticle 13 formed via the projection optical system PL. Further, on the reference plane 22c, a reflective surface is formed in a region excluding the opening 22a and the alignment mark. The reflecting surface is formed by evaporating chromium (Cr) on a glass substrate, for example.

更に、計測部21において、投影光学系PLを介してその像面に形成されたレチクル13の開口部13aの像からの光が、開口部22a及びコリメートレンズ23を介して、マイクロレンズアレイ24に入射する。マイクロレンズアレイ24は、X方向及びY方向にそれぞれ稠密に配列された正方形状の正屈折力を有する多数の微小レンズ24aからなる光学素子である。マイクロレンズアレイ24は、例えば平行平面ガラス板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。   Further, in the measurement unit 21, light from the image of the opening 13 a of the reticle 13 formed on the image plane via the projection optical system PL passes to the microlens array 24 via the opening 22 a and the collimating lens 23. Incident. The microlens array 24 is an optical element including a large number of microlenses 24a having a positive refracting power in a square shape that are densely arranged in the X direction and the Y direction, respectively. The microlens array 24 is configured, for example, by forming a microlens group by performing an etching process on a parallel flat glass plate.

従って、マイクロレンズアレイ24に入射した光束は多数の微小レンズ24aにより2次元的に分割され、各微小レンズ24aの後側焦点面の近傍にはそれぞれ1つの開口部13aの像が形成される。換言すると、マイクロレンズアレイ24の後側焦点面の近傍には、開口部13aの像が多数形成される。こうして形成された多数の像は、CCDよりなる2次元の撮像素子25によって検出される。撮像素子25の光電変換部に配列された多数の微細な画素から読み出される検出信号が、主制御装置20に供給される。このように、マイクロレンズアレイ24は、投影光学系PLの像面に形成されたテストレチクル13の開口部13aの一次像からの光を波面分割して開口部13aの二次像を多数形成するための波面分割素子を構成している。そして、撮像素子25によってその多数の二次像が光電検出され、主制御装置20において撮像素子25の検出信号をデジタルデータに変換して、所定の演算処理によってその多数の二次像の位置ずれ量を求めることによって投影光学系PLの波面収差が求められる。なお、主制御装置20ではその検出信号をデジタルデータに変換して記憶するのみで、その演算処理は主制御装置20に接続されたホストコンピュータ(不図示)等で行ってもよい。   Therefore, the light beam incident on the microlens array 24 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses 24a, and an image of one opening 13a is formed in the vicinity of the rear focal plane of each microlens 24a. In other words, a large number of images of the opening 13 a are formed in the vicinity of the rear focal plane of the microlens array 24. A large number of images formed in this way are detected by a two-dimensional image sensor 25 comprising a CCD. Detection signals read from a large number of fine pixels arranged in the photoelectric conversion unit of the image sensor 25 are supplied to the main controller 20. As described above, the microlens array 24 forms a large number of secondary images of the opening 13a by wave-dividing light from the primary image of the opening 13a of the test reticle 13 formed on the image plane of the projection optical system PL. Therefore, a wavefront splitting element is configured. Then, a large number of secondary images are photoelectrically detected by the image sensor 25, the detection signal of the image sensor 25 is converted into digital data in the main controller 20, and the misalignment of the many secondary images is performed by a predetermined calculation process. By determining the quantity, the wavefront aberration of the projection optical system PL is determined. The main control device 20 may convert the detection signal into digital data and store it, and the arithmetic processing may be performed by a host computer (not shown) connected to the main control device 20.

また、投影光学系PLの開口数NAが大きくなると、投影光学系PLから射出されて撮像素子25に入射する照明光のうちで、光軸AXに対する角度が大きい光束は光電変換後の検出信号が小さくなる。そこで、撮像素子25に入射する照明光の検出信号に対して、投影光学系PLから射出される際の光軸AXに対する角度に対して次第に大きくなる係数を乗じてもよい。これによって、投影光学系PLの開口数NAが大きい場合でも、正確に波面収差の計測ができる。   Further, when the numerical aperture NA of the projection optical system PL is increased, among the illumination light emitted from the projection optical system PL and incident on the image sensor 25, a light beam having a large angle with respect to the optical axis AX has a detection signal after photoelectric conversion. Get smaller. Therefore, the detection signal of the illumination light incident on the image sensor 25 may be multiplied by a coefficient that gradually increases with respect to the angle with respect to the optical axis AX when emitted from the projection optical system PL. Thereby, even when the numerical aperture NA of the projection optical system PL is large, the wavefront aberration can be accurately measured.

本例では、標示板22、コリメートレンズ23、マイクロレンズアレイ24及び撮像素子25が、投影光学系PLの波面収差を計測するための計測用光学系を構成し、そのうちのコリメートレンズ23及びマイクロレンズアレイ24が、投影光学系PL(被検光学系)を介した光をその瞳面PPLにおける位相情報(波面収差情報)に対応する光量分布を持つ光に変換する受光系を構成している。そして、標示板22から撮像素子25までの部材が、図1の箱状部材21a(計測部21)内に収納されている。なお、本例では、コリメートレンズ23からの光を直接マイクロレンズアレイ24に導いているが、特開2002−71514号公報に開示されているように、コリメートレンズ23とマイクロレンズアレイ24との間にリレー光学系を配置して、その計測用光学系を構成してもよい。この場合、計測部21のZ方向の高さを短くするために、計測光の光路の途中に複数のミラーを配置してその光路を折り曲げてもよい。   In this example, the marking plate 22, the collimating lens 23, the microlens array 24, and the imaging element 25 constitute a measuring optical system for measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL, of which the collimating lens 23 and the microlens. The array 24 constitutes a light receiving system that converts light through the projection optical system PL (test optical system) into light having a light amount distribution corresponding to phase information (wavefront aberration information) on the pupil plane PPL. And the member from the marking board 22 to the image pick-up element 25 is accommodated in the box-shaped member 21a (measurement part 21) of FIG. In this example, the light from the collimating lens 23 is directly guided to the microlens array 24. However, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-71514, the space between the collimating lens 23 and the microlens array 24 is used. The optical system for measurement may be configured by arranging a relay optical system. In this case, in order to shorten the height of the measurement unit 21 in the Z direction, a plurality of mirrors may be arranged in the middle of the optical path of the measurement light and the optical path may be bent.

一般に、露光装置では、照明光学系12から供給される照明光ILの開口数NAが投影光学系PLの物体側開口数NApよりも小さく設定されている。従って、照明光学系12を用いてレチクル13の開口部13aを照明しても、開口部13aを介した光が不充分な開口数で投影光学系PLに入射することになる。そこで、本例では図2に示すように投影光学系PLの物体側開口数NAp(=sin φP)以上の開口数NAi(=sin φI)で開口部13aを照明(インコヒーレント照明)するために、図1に示すように、照明光学系12とレチクル13との間の光路中に挿脱自在に配置されて光束を拡散するための擦りガラス等の拡散板38を備えている。なお、拡散板38の代わりに、入射光を種々の方向に回折する回折光学素子39を用いてもよい。さらに、拡散板38の代わりに、レモンスキン板を用いてもよい。   In general, in the exposure apparatus, the numerical aperture NA of the illumination light IL supplied from the illumination optical system 12 is set smaller than the object-side numerical aperture NAp of the projection optical system PL. Therefore, even if the illumination optical system 12 is used to illuminate the opening 13a of the reticle 13, light through the opening 13a enters the projection optical system PL with an insufficient numerical aperture. Therefore, in this example, as shown in FIG. 2, the aperture 13a is illuminated (incoherent illumination) with a numerical aperture NAi (= sin φI) equal to or larger than the object-side numerical aperture NAp (= sin φP) of the projection optical system PL. As shown in FIG. 1, a diffusing plate 38 such as rubbed glass for diffusing a light beam is provided, which is detachably disposed in an optical path between the illumination optical system 12 and the reticle 13. Instead of the diffuser plate 38, a diffractive optical element 39 that diffracts incident light in various directions may be used. Furthermore, a lemon skin plate may be used instead of the diffusion plate 38.

本例では、上述したように、投影光学系PLの物体側開口数NAp以上の開口数NAiで開口部13aを照明する。この場合、図2に示すように、計測用光学系のマイクロレンズアレイ24の各微小レンズ24a毎に互いに独立な多数の結像光学系が存在すると考えることが可能である。各結像光学系は、各微小レンズ24aの大きさに相当する波面収差の一部分の影響を受けて開口部13aの像をそれぞれインコヒーレント結像する。このとき、光学系の配置は、標示板22の開口部22aの中央に開口部13aの像が形成されるように設定される。即ち、開口部22aは、投影光学系PLを介して形成される開口部13aの像よりも実質的に大きく設定されている。   In this example, as described above, the opening 13a is illuminated with a numerical aperture NAi that is equal to or larger than the object-side numerical aperture NAp of the projection optical system PL. In this case, as shown in FIG. 2, it can be considered that there are a large number of imaging optical systems independent of each other for each micro lens 24a of the micro lens array 24 of the measurement optical system. Each imaging optical system incoherently forms an image of the opening 13a under the influence of a part of wavefront aberration corresponding to the size of each microlens 24a. At this time, the arrangement of the optical system is set so that an image of the opening 13 a is formed at the center of the opening 22 a of the sign plate 22. That is, the opening 22a is set substantially larger than the image of the opening 13a formed through the projection optical system PL.

図3は、撮像素子25の受光面を示す拡大図であり、この図3に示すように、図2の個々の微小レンズ24a(仮に5行×5列とする)によって集光された光が、それぞれ図2の開口部13aの像(二次像)ILA,ILB,…,ILYを形成する。これらの像の光量重心をそれぞれ結像位置とすると、所定の基準位置53A,53B,…,53Yから対応する結像位置までの変位を表すベクトル51A,51B,…,51Yが波面収差の情報(投影光学系PLの瞳面における照明光の位相情報)を含んでいる。撮像素子25の各画素からの検出信号を画像処理することによって、図2の主制御装置20では、一例としてそのベクトル51A〜51Yの情報を求め、この情報から投影光学系PLを通過した照明光の波面収差を求める。なお、主制御装置20において、そのベクトルに加えて、図3の各像ILA〜ILYの拡がり量の情報(各光束のパワーの情報)を求め、この情報をも使用してもよい。   FIG. 3 is an enlarged view showing the light receiving surface of the image sensor 25. As shown in FIG. 3, the light condensed by the individual microlenses 24a (assumed to be 5 rows × 5 columns) in FIG. 2 respectively form images (secondary images) ILA, ILB,..., ILY of the openings 13a in FIG. Assuming that the center of light quantity of these images is the imaging position, vectors 51A, 51B,..., 51Y representing displacements from predetermined reference positions 53A, 53B,. Phase information of illumination light on the pupil plane of the projection optical system PL). The main control device 20 in FIG. 2 obtains information on the vectors 51A to 51Y as an example by performing image processing on detection signals from the respective pixels of the image sensor 25, and illumination light that has passed through the projection optical system PL from this information. Is determined. In addition to the vector, main controller 20 may obtain information on the amount of spread of each image ILA to ILY (information on the power of each light beam) in FIG. 3 and use this information as well.

具体的に、投影光学系PLを通過した光に波面収差が残存していない場合、開口部13aの各像の光量重心位置は計測用の各基準位置に形成される。計測用光学系に波面収差などに起因する誤差がない場合、図3の計測用の各基準位置53A〜53Yは、マイクロレンズアレイ24の各微小レンズ24aの光軸上に設定される。実際には、投影光学系PL及び計測用光学系に波面収差が残存しているため、開口部13aの各像の光量重心位置は各基準位置から位置ずれする。従って、本例では、図3の各像ILA〜ILYの位置ずれ量に対応するベクトル51A〜51Yの情報に基づいて、図2に示すように、コリメートレンズ23中を通過する照明光の波面52を計算で求めることによって、投影光学系PLの瞳面PPLにおける照明光の波面収差を計測することになる。この波面収差の計測値から球面収差やディストーション等を求めることができる。   Specifically, when the wavefront aberration does not remain in the light that has passed through the projection optical system PL, the light intensity centroid position of each image of the opening 13a is formed at each reference position for measurement. When there is no error due to wavefront aberration or the like in the measurement optical system, the measurement reference positions 53A to 53Y in FIG. 3 are set on the optical axis of each microlens 24a of the microlens array 24. Actually, since the wavefront aberration remains in the projection optical system PL and the measurement optical system, the light intensity barycentric position of each image of the opening 13a is displaced from each reference position. Therefore, in this example, as shown in FIG. 2, the wavefront 52 of the illumination light passing through the collimator lens 23 based on the information of the vectors 51A to 51Y corresponding to the positional deviation amounts of the images ILA to ILY in FIG. Is calculated to measure the wavefront aberration of the illumination light on the pupil plane PPL of the projection optical system PL. Spherical aberration, distortion and the like can be obtained from the measured value of the wavefront aberration.

この際に、レチクル13には複数個の開口部13aが設けられているため、ウエハステージWSTをX方向、Y方向に駆動して計測部21の開口部22aを順次、その複数個の開口部13aの像の位置に移動してそれぞれ波面収差を計測することもできる。
なお、本例では、撮像素子25において解像可能な大きさの開口部13aの像を結像させる方式であるため、開口部13aを極小ピンホールとして形成して球面波を発生させる必要はない。即ち、本例では開口部13aの形状は円形状に限定されることがない。また、開口部13aから撮像素子25までの光路における透過率は計測用光学系を構成する光学部材の透過率に依存して決定されるため、撮像素子25に対して極小ピンホールを用いる場合に比して著しく大きな照度を提供することが可能となる。なお、波面収差の計測原理については、特開2002−71514号公報にも開示されている。
At this time, since the reticle 13 is provided with a plurality of openings 13a, the wafer stage WST is driven in the X direction and the Y direction to sequentially open the openings 22a of the measurement unit 21. The wavefront aberration can also be measured by moving to the position of the image 13a.
In this example, since the image of the opening 13a having a size that can be resolved by the image sensor 25 is formed, it is not necessary to generate the spherical wave by forming the opening 13a as a minimal pinhole. . That is, in this example, the shape of the opening 13a is not limited to a circular shape. In addition, since the transmittance in the optical path from the opening 13a to the image sensor 25 is determined depending on the transmittance of the optical member constituting the measurement optical system, when using a minimal pinhole for the image sensor 25 In comparison, it is possible to provide significantly higher illuminance. The measurement principle of wavefront aberration is also disclosed in JP-A-2002-71514.

次に、この計測部21を用いる波面収差の計測に際して、照明光の偏光状態を所定状態に設定する種々の方法につき説明する。
先ず第1の方法では、図4(A)のように照明光の偏光方向を円周方向に設定する場合の波面収差を求めるために、照明光学系12の瞳面において、図5(A)及び(B)に示すように、順次X方向及びY方向に離れたほぼ扇型の領域31A,31C及び31B,31Dを通過する照明光の偏光方向をY軸に平行な方向32Y、及びX軸に平行な方向32Xにそれぞれ設定して、それぞれ図2の計測部21を用いて波面収差を計測する。その後、2つの計測結果を主制御装置20において合成することによって、図4(A)の偏光照明での波面収差を求めることができる。その合成方法としては、図3の波面を示すベクトルの段階で加算する方法と、図3の波面を示すベクトルから求めた波面収差からツェルニケ多項式の係数を求め、この係数を加算する方法とのいずれの方法でもよい(詳細は後述する)。
Next, various methods for setting the polarization state of the illumination light to a predetermined state when measuring the wavefront aberration using the measurement unit 21 will be described.
First, in the first method, as shown in FIG. 4A, in order to obtain the wavefront aberration when the polarization direction of the illumination light is set to the circumferential direction, the pupil plane of the illumination optical system 12 is subjected to FIG. And, as shown in (B), the polarization direction of the illumination light passing through the substantially fan-shaped regions 31A, 31C and 31B, 31D that are sequentially separated in the X direction and the Y direction, the direction 32Y parallel to the Y axis, and the X axis The wavefront aberration is measured using the measurement unit 21 of FIG. 2 respectively. Thereafter, by combining the two measurement results in the main controller 20, the wavefront aberration in the polarized illumination in FIG. 4A can be obtained. As the synthesis method, either the method of adding at the stage of the vector indicating the wavefront of FIG. 3 or the method of calculating the coefficient of the Zernike polynomial from the wavefront aberration obtained from the vector indicating the wavefront of FIG. (The details will be described later).

なお、順次、領域31A,31C及び31B,31Dのみで照明光を通すために、図1の照明系開口絞り板6にはそれぞれ開口絞り36A及び36Bが設けられている。また、この方法で、照明光の偏光方向を光軸を中心として半径方向にした場合の波面収差を求めるには、図5(A)及び(B)における照明光の偏光方向をそれぞれX軸及びY軸に平行な方向34X及び34Yとすればよい。   In order to allow illumination light to pass through only the regions 31A, 31C and 31B, 31D, the aperture stop aperture plate 36A and 36B are respectively provided in the illumination system aperture stop plate 6 of FIG. Further, in this method, in order to obtain the wavefront aberration when the polarization direction of the illumination light is set to the radial direction centering on the optical axis, the polarization direction of the illumination light in FIGS. The directions 34X and 34Y may be parallel to the Y axis.

また、図4(A)の偏光照明と同様に図6(A)に示すように、照明光学系12の瞳面上で、X方向及びY方向に離れた楕円状の領域35A,35C及び35B,35Dで偏光方向をそれぞれY軸及びX軸に平行な方向32Y及び32Xとする場合がある。この偏光照明における波面収差を求めるためには、照明光学系12の瞳面において、図6(B)及び(C)に示すように、順次X方向及びY方向に離れた楕円型の領域35A,35C及び35B,35Dを通過する照明光の偏光方向をY軸及びX軸に平行な方向32Y及び32Xに設定して、それぞれ図2の計測部21を用いて波面収差を計測した後、2つの計測結果を主制御装置20において合成すればよい。この場合にも、順次、領域35A,35C及び35B,35Dのみで照明光を通すために、図1の照明系開口絞り板6にそれぞれ開口絞り37A及び37Bを設けておけばよい。   Further, as in the polarized illumination of FIG. 4A, as shown in FIG. 6A, on the pupil plane of the illumination optical system 12, elliptical regions 35A, 35C, and 35B separated in the X direction and the Y direction. , 35D, the polarization directions may be directions 32Y and 32X parallel to the Y axis and the X axis, respectively. In order to obtain the wavefront aberration in this polarized illumination, elliptical regions 35A, which are sequentially separated in the X direction and the Y direction on the pupil plane of the illumination optical system 12, as shown in FIGS. 6 (B) and (C). The polarization direction of the illumination light passing through 35C, 35B, and 35D is set to directions 32Y and 32X parallel to the Y axis and the X axis, and the wavefront aberration is measured using the measurement unit 21 in FIG. What is necessary is just to synthesize | combine a measurement result in the main controller 20. FIG. Also in this case, the aperture stops 37A and 37B may be provided on the illumination system aperture stop plate 6 of FIG. 1 in order to transmit the illumination light sequentially only in the regions 35A, 35C and 35B, 35D.

次に第2の方法では、投影光学系PLの瞳内のほぼ全面で照明光の偏光方向をY軸又はX軸に平行に設定して、図2の計測部21を用いて投影光学系PLの波面収差を計測する。そのために、一例として、図1の照明系開口絞り板6では輪帯照明用又は小σ照明用の開口絞りを選択し、偏光制御ユニット2によってレーザビームLBの偏光方向をY軸又はX軸に平行に設定し、偏光変換ユニット3は使用することなく(例えば素通しに設定すればよい)、レチクル13の上方近傍に拡散板38(又は回折光学素子39等)を配置する。この構成では、偏光制御ユニット2及び拡散板38によって、投影光学系PLの瞳面PPLにおける照明光の偏光状態が設定される。   Next, in the second method, the polarization direction of the illumination light is set parallel to the Y axis or the X axis on almost the entire surface in the pupil of the projection optical system PL, and the projection optical system PL is measured using the measurement unit 21 in FIG. Measure wavefront aberration. Therefore, as an example, the illumination system aperture stop plate 6 in FIG. 1 selects an aperture stop for annular illumination or small σ illumination, and the polarization control unit 2 changes the polarization direction of the laser beam LB to the Y axis or the X axis. The diffusing plate 38 (or the diffractive optical element 39 or the like) is disposed in the vicinity of the upper portion of the reticle 13 without using the polarization conversion unit 3 (for example, simply setting it through). In this configuration, the polarization state of the illumination light on the pupil plane PPL of the projection optical system PL is set by the polarization control unit 2 and the diffusion plate 38.

この例で輪帯照明用の開口絞りが選択された場合には、照明光学系12の瞳面上で照明光IL(レーザビームLB)は図7(A)及び(C)に示すように、コヒーレンスファクタが1の円周PP1の内側の輪帯状の領域41内を通過し、その偏光方向は図7(A)及び(C)ではそれぞれY軸及びX軸に平行な方向32Y及び32Xである。この場合、レチクル13の近傍に配置されている拡散板38によって、照明光の拡散方向が投影光学系PLの物体側の開口数以上に拡げられるため、図7(A)及び(C)に対応する投影光学系PLの瞳面での照明光の偏光方向は、それぞれ図7(B)及び(D)に示すように瞳PP2のほぼ全面でY軸及びX軸に平行な方向32Y及び32Xとなる。従って、図7(B)及び(D)の場合について順次、計測部21を用いて投影光学系PLの波面収差を計測することで、投影光学系PLの瞳のほぼ全面で照明光の偏光方向がY方向及びX方向となる場合の波面収差を計測でき、この計測結果が波面収差データとして記憶される。   When an aperture stop for annular illumination is selected in this example, the illumination light IL (laser beam LB) on the pupil plane of the illumination optical system 12 is as shown in FIGS. 7A and 7C. The coherence factor passes through a ring-shaped region 41 inside the circumference PP1 having a coherence factor of 1, and the polarization directions thereof are directions 32Y and 32X parallel to the Y axis and the X axis in FIGS. 7A and 7C, respectively. . In this case, the diffusion plate 38 disposed in the vicinity of the reticle 13 expands the diffusion direction of the illumination light beyond the numerical aperture on the object side of the projection optical system PL, which corresponds to FIGS. 7A and 7C. The polarization direction of the illumination light on the pupil plane of the projection optical system PL is as follows. The directions 32Y and 32X are parallel to the Y axis and the X axis on almost the entire surface of the pupil PP2, as shown in FIGS. Become. Accordingly, in the cases of FIGS. 7B and 7D, the wavefront aberration of the projection optical system PL is sequentially measured using the measurement unit 21, so that the polarization direction of the illumination light is applied to almost the entire pupil of the projection optical system PL. The wavefront aberration can be measured when Y is the Y direction and the X direction, and the measurement result is stored as wavefront aberration data.

その後、デバイス製造用のレチクル上の任意のパターンを偏光方向がX方向又はY方向の偏光照明で照明して露光する際には、そのパターンから投影光学系PLの瞳面上での結像光束の分布を計算する。そして、この分布に対応する上記の偏光照明で求めた波面収差データを用いることによって、そのパターンを偏光照明した場合の投影光学系PLの波面収差の変動を高精度に予測できる。   Thereafter, when an arbitrary pattern on a reticle for manufacturing a device is exposed by illuminating with a polarized illumination whose polarization direction is the X direction or the Y direction, an imaging light beam on the pupil plane of the projection optical system PL is exposed from the pattern. Calculate the distribution of. Then, by using the wavefront aberration data obtained by the polarized illumination corresponding to this distribution, it is possible to predict with high accuracy the fluctuation of the wavefront aberration of the projection optical system PL when the pattern is polarized.

一方、この例で小σ照明用の開口絞りが選択された場合には、照明光学系12の瞳面上で照明光IL(レーザビームLB)は図8(A)及び(C)に示すように、小さい円形の領域42内を通過し、その偏光方向は図8(A)及び(C)ではそれぞれY軸及びX軸に平行な方向32Y及び32Xである。この場合には、照明光の拡散角を大きくするために、拡散板38の代わりに回折光学素子39を用いることが望ましい。回折光学素子39を用いることによって、図8(A)及び(C)に対応する投影光学系PLの瞳面での照明光の偏光方向は、それぞれ図8(B)及び(D)に示すように瞳PP2のほぼ全面でY軸及びX軸に平行な方向32Y及び32Xとなる。従って、この場合にも、それぞれ計測部21を用いて投影光学系PLの波面収差を計測することで、投影光学系PLの瞳のほぼ全面で照明光の偏光方向がY方向及びX方向となる場合の波面収差を計測できる。   On the other hand, when an aperture stop for small σ illumination is selected in this example, the illumination light IL (laser beam LB) on the pupil plane of the illumination optical system 12 is as shown in FIGS. In addition, the light passes through a small circular region 42, and the polarization directions thereof are directions 32Y and 32X parallel to the Y axis and the X axis in FIGS. 8A and 8C, respectively. In this case, it is desirable to use a diffractive optical element 39 instead of the diffusion plate 38 in order to increase the diffusion angle of the illumination light. By using the diffractive optical element 39, the polarization directions of the illumination light on the pupil plane of the projection optical system PL corresponding to FIGS. 8A and 8C are as shown in FIGS. 8B and 8D, respectively. The directions 32Y and 32X are parallel to the Y axis and the X axis on almost the entire surface of the pupil PP2. Accordingly, in this case as well, by measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL using the measurement unit 21, the polarization direction of the illumination light becomes the Y direction and the X direction on almost the entire surface of the pupil of the projection optical system PL. Wavefront aberration can be measured.

次に、2回の計測結果を合成して、投影光学系PLの瞳内のほぼ全面で照明光の偏光方向をY軸若しくはX軸、又はY軸及びX軸に(円周方向に)平行に設定した場合の投影光学系PLの波面収差を求める方法について説明する。そのために、一例として、図1の照明系開口絞り板6ではX方向及びY方向に離れた開口よりなる2極照明用の開口絞りを順次選択し、偏光制御ユニット2によってレーザビームLBの偏光方向をY軸又はX軸に平行に設定し、偏光変換ユニット3は使用することなく(例えば素通しに設定すればよい)、レチクル13の上方近傍に拡散板38(又は回折光学素子39等)を配置する。この構成でも、偏光制御ユニット2及び拡散板38によって、投影光学系PLの瞳面PPLにおける照明光の偏光状態が設定される。   Next, the two measurement results are combined, and the polarization direction of the illumination light is parallel to the Y axis, the X axis, or the Y axis and the X axis (circumferential direction) on almost the entire surface in the pupil of the projection optical system PL. A method for obtaining the wavefront aberration of the projection optical system PL when set to ## EQU2 ## will be described. For this purpose, as an example, in the illumination system aperture stop plate 6 of FIG. 1, an aperture stop for dipole illumination consisting of openings separated in the X direction and the Y direction is sequentially selected, and the polarization direction of the laser beam LB is selected by the polarization control unit 2. Is set parallel to the Y-axis or X-axis, and the diffusing plate 38 (or the diffractive optical element 39 or the like) is disposed in the vicinity of the upper portion of the reticle 13 without using the polarization conversion unit 3 (for example, simply setting it through). To do. Even in this configuration, the polarization control unit 2 and the diffusion plate 38 set the polarization state of the illumination light on the pupil plane PPL of the projection optical system PL.

この例で、図9に示すように、照明光の偏光方向がY軸に平行な方向32Yとされ、照明光学系12の瞳面上でX方向に離れた楕円状の領域35A,35Cからなる開口絞り37Aが選択されたときには、拡散板38の作用によって照明光は、投影光学系PLの瞳PP2を4分割した領域の内のX方向に対向するほぼ2つの領域内に、Y方向に偏光した状態で分布する。この状態で図2の計測部21を用いることで、波面を示すベクトル分布43Bが求められる。その後、照明光学系12の瞳面上でY方向に離れた楕円状の領域35B,35Dからなる開口絞り37Bが選択されたときには、照明光は、投影光学系PLの瞳PP2を4分割した領域の内のY方向に対向するほぼ2つの領域内に、Y方向に偏光した状態で分布する。この状態で図2の計測部21を用いることで、波面を示すベクトル分布43Dが求められる。なお、領域45Aは照明光が通過する明部、領域45Bは暗部である。その後、2つのベクトル分布43B及び43Dを加算することで、瞳PP2のほぼ全面をY方向に偏光した照明光が通過するときの波面に対応するベクトル分布43Eが求められ、このベクトル分布から波面収差43Fが求められる。   In this example, as shown in FIG. 9, the polarization direction of the illumination light is a direction 32Y parallel to the Y axis, and is composed of elliptical regions 35A and 35C separated in the X direction on the pupil plane of the illumination optical system 12. When the aperture stop 37A is selected, the illumination light is polarized in the Y direction by the action of the diffusing plate 38 in approximately two regions facing the X direction in the region obtained by dividing the pupil PP2 of the projection optical system PL into four. Distributed in the state. By using the measurement unit 21 in FIG. 2 in this state, a vector distribution 43B indicating the wavefront is obtained. Thereafter, when an aperture stop 37B composed of elliptical regions 35B and 35D separated in the Y direction on the pupil plane of the illumination optical system 12 is selected, the illumination light is a region obtained by dividing the pupil PP2 of the projection optical system PL into four parts. Are distributed in a state polarized in the Y direction in almost two regions facing each other in the Y direction. In this state, the vector distribution 43D indicating the wavefront is obtained by using the measurement unit 21 of FIG. The region 45A is a bright part through which illumination light passes, and the region 45B is a dark part. Thereafter, by adding the two vector distributions 43B and 43D, a vector distribution 43E corresponding to the wavefront when illumination light polarized in the Y direction passes through almost the entire surface of the pupil PP2 is obtained, and wavefront aberration is obtained from this vector distribution. 43F is required.

また、図9において、照明光の偏光方向をX方向とすることによって、投影光学系PLの瞳PP2のほぼ全面をX方向に偏光した照明光が通過するときの波面収差が求められる。
また、この例で図10に示すように、照明光の偏光方向がY軸に平行な方向32Yとされ、照明光学系12の瞳面上でX方向に離れた領域からなる2極照明用の開口絞り37Aが選択されたときには、図9の場合と同様に、投影光学系PLの瞳PP2を4分割した領域の内のX方向に対向するほぼ2つの領域内での波面を示すベクトル分布44Bが求められる。その後、同じ開口絞り37Aを用いて、照明光の光量を上げることによって、投影光学系PLの瞳PP2内のX方向に対向する2つの領域45Cでは光量の飽和によって、照明光が無い場合と等価となる。そのため、瞳PP2内でY方向に対向するほぼ2つの領域内での波面を示すベクトル分布44Dが求められる。その後、2つのベクトル分布44B及び44Dを加算することで、瞳PP2のほぼ全面をY方向に偏光した照明光が通過するときの波面に対応するベクトル分布44Eが求められ、このベクトル分布から波面収差44Fが求められる。
In FIG. 9, by setting the polarization direction of the illumination light to the X direction, the wavefront aberration is obtained when the illumination light polarized in the X direction passes through almost the entire surface of the pupil PP2 of the projection optical system PL.
In this example, as shown in FIG. 10, the polarization direction of the illumination light is a direction 32 Y parallel to the Y axis, and for dipole illumination composed of regions separated in the X direction on the pupil plane of the illumination optical system 12. When the aperture stop 37A is selected, as in the case of FIG. 9, the vector distribution 44B showing the wavefronts in approximately two regions facing the X direction in the region obtained by dividing the pupil PP2 of the projection optical system PL into four. Is required. Thereafter, by using the same aperture stop 37A to increase the amount of illumination light, the two regions 45C facing the X direction in the pupil PP2 of the projection optical system PL are equivalent to the case where there is no illumination light due to the saturation of the amount of light. It becomes. For this reason, a vector distribution 44D indicating wavefronts in approximately two regions facing each other in the Y direction in the pupil PP2 is obtained. Thereafter, by adding the two vector distributions 44B and 44D, a vector distribution 44E corresponding to the wavefront when the illumination light polarized in the Y direction passes through almost the entire surface of the pupil PP2 is obtained, and wavefront aberration is obtained from this vector distribution. 44F is required.

また、図10においても、照明光の偏光方向をX方向とすることによって、投影光学系PLの瞳PP2のほぼ全面をX方向に偏光した照明光が通過するときの波面収差が求められる。
次に、照明光の偏光方向を直交させた2回の計測結果を合成して、図6(A)のような円周方向に偏光した照明光を用いる場合の投影光学系PLの波面収差を求める。
Also in FIG. 10, by setting the polarization direction of the illumination light to the X direction, the wavefront aberration is obtained when the illumination light polarized in the X direction passes through almost the entire surface of the pupil PP2 of the projection optical system PL.
Next, the wavefront aberration of the projection optical system PL when the illumination light polarized in the circumferential direction as shown in FIG. 6A is synthesized by combining the two measurement results obtained by orthogonalizing the polarization directions of the illumination light. Ask.

この例で、図11に示すように、照明光の偏光方向がY軸に平行な方向32Yとされ、照明光学系12の瞳面上でX方向に離れた領域からなる2極照明の開口絞り37Aが選択されたときには、拡散板38の作用によって照明光は、投影光学系PLの瞳PP2を4分割した領域の内のX方向に対向するほぼ2つの領域内に、Y方向に偏光した状態で分布する。この状態で図2の計測部21を用いることで、波面を示すベクトル分布46Bが求められる。その後、照明光の偏光方向がX軸に平行な方向32Xとされ、照明光学系12の瞳面上でY方向に離れた領域からなる2極照明の開口絞り37Bが選択されたときには、照明光は、投影光学系PLの瞳PP2を4分割した領域の内のY方向に対向するほぼ2つの領域内に、X方向に偏光した状態で分布し、波面を示すベクトル分布46Dが求められる。その後、2つのベクトル分布46B及び46Dを加算することで、瞳PP2のほぼ全面を4分割した領域をほぼ円周方向に偏光した照明光が通過するときの波面に対応するベクトル分布46Eが求められ、このベクトル分布から波面収差46Fが求められる。   In this example, as shown in FIG. 11, the polarization direction of the illumination light is a direction 32Y parallel to the Y-axis, and the aperture stop of the dipole illumination consisting of a region separated in the X direction on the pupil plane of the illumination optical system 12 When 37A is selected, the illumination light is polarized in the Y direction by the action of the diffusing plate 38 in approximately two regions opposed to the X direction in the region obtained by dividing the pupil PP2 of the projection optical system PL into four. Distributed by. In this state, the vector distribution 46B indicating the wavefront is obtained by using the measurement unit 21 in FIG. Thereafter, when the polarization direction of the illumination light is set to a direction 32X parallel to the X axis, and the dipole illumination aperture stop 37B consisting of a region separated in the Y direction on the pupil plane of the illumination optical system 12 is selected, the illumination light Is distributed in approximately two regions facing in the Y direction out of the four regions divided by the pupil PP2 of the projection optical system PL in a state of being polarized in the X direction, and a vector distribution 46D indicating a wavefront is obtained. Thereafter, by adding the two vector distributions 46B and 46D, a vector distribution 46E corresponding to a wavefront when illumination light polarized in a substantially circumferential direction passes through a region obtained by dividing substantially the entire surface of the pupil PP2 into four parts is obtained. The wavefront aberration 46F is obtained from this vector distribution.

また、図11において、照明光の偏光方向を90°回転することによって、投影光学系PLの瞳PP2のほぼ全面を半径方向に偏光した照明光が通過するときの波面収差が求められる。
なお、図2の計測部21において、投影光学系PLを通過した照明光ILのうちから所定の偏光状態、例えばZ軸の周りに任意の角度で回転した方向に偏光した状態の照明光のみを受光するために、2点鎖線で示すように、マイクロレンズアレイ24の上方の近傍(又は下方の近傍でもよい)に偏光板40を配置してもよい。また、偏光板40の代わりに、ワイヤーグリッド、又はマイクロレンズアレイ24の入射面の全面を覆う偏光ビームスプリッタ等の偏光子を配置してもよい。また、偏光板40は不図示のモータにより回転可能であり、種々の方向に直線偏光した光を選択可能となっている。
In FIG. 11, by rotating the polarization direction of the illumination light by 90 °, wavefront aberration is obtained when the illumination light polarized in the radial direction passes through almost the entire surface of the pupil PP2 of the projection optical system PL.
2, only illumination light in a predetermined polarization state, for example, polarized light in a direction rotated around the Z axis at an arbitrary angle from the illumination light IL that has passed through the projection optical system PL. In order to receive light, as indicated by a two-dot chain line, a polarizing plate 40 may be disposed in the vicinity near the top of the microlens array 24 (or the vicinity near the bottom). Further, instead of the polarizing plate 40, a polarizer such as a wire grid or a polarizing beam splitter that covers the entire incident surface of the microlens array 24 may be disposed. Further, the polarizing plate 40 can be rotated by a motor (not shown), and can select light linearly polarized in various directions.

このように偏光板40を配置した場合、第1の検出方法として、図1の偏光制御ユニット2で設定する照明光ILの偏光方向と偏光板40で通過させる偏光方向とを平行にする。このとき、偏光制御ユニット2で設定した偏光方向の照明光ILのみを撮像素子25で受光できるため、偏光照明下での投影光学系PLの波面収差を高精度に計測できる。また、第2の検出方法として、図1の偏光制御ユニット2で設定する照明光ILの偏光方向に対して偏光板40で通過させる偏光方向を直交させてもよい。この場合、偏光制御ユニット2で設定した偏光方向に直交する偏光方向の照明光ILのみを撮像素子25で受光できるため、照明光学系12及び投影光学系PLを通過することによる照明光ILの偏光状態の変化を計測できる。   When the polarizing plate 40 is arranged in this way, as a first detection method, the polarization direction of the illumination light IL set by the polarization control unit 2 in FIG. 1 and the polarization direction transmitted by the polarizing plate 40 are made parallel. At this time, since only the illumination light IL in the polarization direction set by the polarization control unit 2 can be received by the imaging device 25, the wavefront aberration of the projection optical system PL under the polarization illumination can be measured with high accuracy. As a second detection method, the polarization direction that is passed through the polarizing plate 40 may be orthogonal to the polarization direction of the illumination light IL set by the polarization control unit 2 in FIG. In this case, since only the illumination light IL in the polarization direction orthogonal to the polarization direction set by the polarization control unit 2 can be received by the imaging device 25, the polarization of the illumination light IL by passing through the illumination optical system 12 and the projection optical system PL. Changes in state can be measured.

また、第3の検出方法として、図1の偏光変換ユニット3を使用しない状態で、偏光制御ユニット2を1/4波長板として、照明系開口絞り板6を通過した照明光ILの偏光状態を円偏光、即ち実質的に無偏光としてもよい。また、光源1から射出される光が仮に円偏光又はランダム偏光である場合には、その光をそのまま照明光学系12を介してレチクル13に照射してもよい。これらの場合でも、拡散板38(又は回折光学素子39等)が配置されているとともに、偏光板40が設けられているため、撮像素子25で受光される光束は、投影光学系PLの瞳のほぼ全面でX方向、又はY方向に偏光していた偏光成分である。従って、計測部21内に偏光板40を設けるだけの簡単な構成で、照明光ILが所定状態に偏光している場合の投影光学系PLの波面収差を計測することができる。   Further, as a third detection method, the polarization state of the illumination light IL that has passed through the illumination system aperture stop plate 6 is determined using the polarization control unit 2 as a quarter wavelength plate without using the polarization conversion unit 3 of FIG. Circularly polarized light, that is, substantially non-polarized light may be used. If the light emitted from the light source 1 is circularly polarized light or random polarized light, the light may be irradiated to the reticle 13 via the illumination optical system 12 as it is. Even in these cases, since the diffusing plate 38 (or the diffractive optical element 39 or the like) is disposed and the polarizing plate 40 is provided, the light beam received by the imaging element 25 is reflected on the pupil of the projection optical system PL. It is a polarization component that is polarized in the X direction or the Y direction on almost the entire surface. Therefore, the wavefront aberration of the projection optical system PL when the illumination light IL is polarized in a predetermined state can be measured with a simple configuration in which the polarizing plate 40 is simply provided in the measurement unit 21.

なお、本発明は、図2の計測部21を持つ計測系(いわゆるシャックハルトマンセンサ)のみならず、シヤリング干渉計方式の計測系やポイントディフラクション方式の計測系で投影光学系PLの波面収差を計測する場合にも適用できる。
次に、本発明の実施形態の他の例につき図12を参照して説明する。本例は、波面収差評価用のレチクル自体に、入射する照明光の偏光状態を所定状態に設定するための偏光部材を設けたものである。本例のレチクルは、例えば図1の露光装置の投影光学系PLの偏光照明下での波面収差を計測する際に使用できるが、この際に偏光制御ユニット2及び偏光変換ユニット3は必ずしも必要ではない。
In the present invention, the wavefront aberration of the projection optical system PL is not limited to a measurement system (so-called Shack-Hartmann sensor) having the measurement unit 21 of FIG. 2 but also a shearing interferometer type measurement system and a point diffraction type measurement system. It can also be applied when measuring.
Next, another example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this example, a polarization member for setting the polarization state of incident illumination light to a predetermined state is provided on the reticle itself for wavefront aberration evaluation. The reticle of this example can be used, for example, when measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL of the exposure apparatus shown in FIG. 1 under the polarization illumination. In this case, the polarization control unit 2 and the polarization conversion unit 3 are not necessarily required. Absent.

図12(A)は、本例のレチクル47(マスク)の一部を正面から見た断面図、図12(B)は、図12(A)の平面図であり、図12(A)のX軸及びY軸は、それぞれレチクル47を図1のレチクルステージRST上にロードしたときのステージ座標系のX軸及びY軸に対応している。図12(A)に示すように、ガラス基板よりなるレチクル47のパターン面(下面)には遮光膜48が形成され、遮光膜48中に図2のレチクル13の開口部13aと同様の複数の開口部48a,48b,48c,48d,48eが形成されている。そして、レチクル47の上面の開口部48a〜48eに対向する点を中心とする凹部領域にそれぞれY軸に対する回転角が0°、45°、90°、135°(−45°)、0°の小型の偏光ビームスプリッタ49A,49B,49C,49D,49Eが埋め込まれている。なお、偏光ビームスプリッタ49A〜49Eは、単にレチクル47の上面に固定するだけでもよい。さらに、右端の偏光ビームスプリッタ49Eの上面は擦りガラス面49Ea(拡散面)とされている。なお、偏光ビームスプリッタ49Eの上面を擦りガラス面に加工する代わりに、その上面に図1と同じ拡散板38又は回折光学素子39を小型化した部材を固定してもよい。   12A is a cross-sectional view of a portion of the reticle 47 (mask) of this example as viewed from the front, and FIG. 12B is a plan view of FIG. 12A. FIG. The X axis and the Y axis respectively correspond to the X axis and the Y axis of the stage coordinate system when the reticle 47 is loaded on the reticle stage RST of FIG. As shown in FIG. 12A, a light shielding film 48 is formed on the pattern surface (lower surface) of a reticle 47 made of a glass substrate, and a plurality of light shielding films 48 similar to the openings 13a of the reticle 13 in FIG. Openings 48a, 48b, 48c, 48d, and 48e are formed. The rotation angles with respect to the Y axis are 0 °, 45 °, 90 °, 135 ° (−45 °), and 0 °, respectively, in the recessed regions centered on the points facing the openings 48a to 48e on the upper surface of the reticle 47. Small polarizing beam splitters 49A, 49B, 49C, 49D, and 49E are embedded. The polarization beam splitters 49 </ b> A to 49 </ b> E may be simply fixed to the upper surface of the reticle 47. Furthermore, the upper surface of the polarizing beam splitter 49E at the right end is a rubbed glass surface 49Ea (diffusion surface). Instead of processing the upper surface of the polarizing beam splitter 49E into a rubbing glass surface, a member in which the same diffuser plate 38 or diffractive optical element 39 as in FIG. 1 is miniaturized may be fixed to the upper surface.

この結果、図12(B)に示すように、レチクル47に入射する照明光のうちで偏光ビームスプリッタ49A,49B,49C,49D,49Eを通過して図12(A)の開口部48a〜48eから射出される照明光は、それぞれY軸に平行な方向32Y、Y軸に対して45°傾斜した方向32A、X軸に平行な方向32X、Y軸に対して135°傾斜した方向32B、及びY軸に平行な方向32Yに偏光している。次に、図1の露光装置において、例えば照明系開口絞り板6を通過した照明光ILの偏光状態を円偏光として、拡散板38を配置して、レチクル47を図1のレチクルステージRST上にロードする。そして、図12(A)の開口部48a〜48dを順次、計測部21の開口部22aと共役な位置に移動して投影光学系PLの波面収差を計測する。これによって、レチクル47に照射される照明光ILが実質的に無偏光であっても、通常の使用状態とは異なり、投影光学系PLの瞳のほぼ全面をY方向に対して0°、45°、90°、135°で交差する方向に偏光した照明光が通過する際の波面収差を計測できる。 As a result, as shown in FIG. 12 (B), the illumination light incident on the reticle 47 passes through the polarization beam splitters 49A, 49B, 49C, 49D, and 49E, and the openings 48a to 48e in FIG. 12 (A). The illumination light emitted from each of the direction 32Y parallel to the Y axis, the direction 32A inclined 45 ° with respect to the Y axis, the direction 32X parallel to the X axis, the direction 32B inclined 135 ° with respect to the Y axis, and The light is polarized in the direction 32Y parallel to the Y axis. Next, in the exposure apparatus of FIG. 1, for example, the diffusing plate 38 is arranged with the polarization state of the illumination light IL that has passed through the illumination system aperture stop plate 6 as circularly polarized light, and the reticle 47 is placed on the reticle stage RST of FIG. Load it. Then , the apertures 48a to 48d in FIG. 12A are sequentially moved to a position conjugate with the aperture 22a of the measurement unit 21 to measure the wavefront aberration of the projection optical system PL. Thereby, even if the illumination light IL irradiated to the reticle 47 is substantially non-polarized light, unlike the normal use state, the entire surface of the pupil of the projection optical system PL is 0 °, 45 ° with respect to the Y direction. It is possible to measure the wavefront aberration when illumination light polarized in the directions intersecting at degrees of 90, 135, and 135 degrees passes.

また、図1の配置で拡散板38(又は回折光学素子39)が無い場合には、図12(A)の偏光ビームスプリッタ49Eに対向する開口部48eを図1の計測部21の開口部22aと共役な位置に移動することによって、擦りガラス面49Eaの作用によって、投影光学系PLの瞳のほぼ全面をY方向に偏光した照明光が通過する際の波面収差を計測できる。このように、露光装置自体が偏光制御ユニット2や偏光変換ユニット3を備えていない場合であっても、レチクル47を用いることによって、種々の偏光照明下での投影光学系PLの波面収差を容易に計測することができる。   Further, when the diffusing plate 38 (or the diffractive optical element 39) is not provided in the arrangement shown in FIG. 1, the opening 48e facing the polarization beam splitter 49E shown in FIG. By moving to a position conjugated with the lens, the wavefront aberration when the illumination light polarized in the Y direction passes through almost the entire pupil of the projection optical system PL can be measured by the action of the frosted glass surface 49Ea. As described above, even when the exposure apparatus itself does not include the polarization control unit 2 or the polarization conversion unit 3, the use of the reticle 47 facilitates wavefront aberration of the projection optical system PL under various polarized illuminations. Can be measured.

なお、レチクル47の開口部48a〜48e(及び偏光ビームスプリッタ49A〜49E)の個数及び配置は任意であり、これらを例えばマトリックス状に配置してもよい。また、レチクル47の上面に固定又は形成する偏光部材としては、偏光ビームスプリッタ49A〜49Eの他に、拡散板、入射光の偏光方向を回転して射出する旋光素子、又は偏光板も使用できる。さらに、これらの拡散板、旋光素子、偏光板、及び偏光ビームスプリッタを組み合わせた部材を用いてもよい。さらに、レチクル47のパターン面の遮光膜48及び開口部48a〜48eを省いて、通常の露光用のデバイスパターンを形成してもよい。この場合、局所的に偏光状態を変えながら偏光照明を行うことができる。   Note that the number and arrangement of the openings 48a to 48e (and the polarization beam splitters 49A to 49E) of the reticle 47 are arbitrary, and they may be arranged in a matrix, for example. In addition to the polarizing beam splitters 49A to 49E, a polarizing plate, an optical rotator that rotates the polarization direction of incident light, or a polarizing plate can be used as the polarizing member fixed or formed on the upper surface of the reticle 47. Furthermore, you may use the member which combined these diffusing plates, an optical rotator, a polarizing plate, and a polarizing beam splitter. Furthermore, the light exposure film 48 and the openings 48a to 48e on the pattern surface of the reticle 47 may be omitted to form a normal exposure device pattern. In this case, polarized illumination can be performed while locally changing the polarization state.

このレチクル47に遮光膜48、すなわち、複数の開口部を形成することなく、単に偏光ビームスプリッタ及びレチクルを透過させることによって、照明光学系12で設定された照明光ILの偏光状態に影響されることなく、投影光学系PLを通過した照明光ILの偏光状態を計測することができる。この場合、擦りガラス面49Ea、拡散板38、回折光学素子39は、必ずしも設ける必要もない。
この計測を行う場合には、図2の計測部21において、偏光板40を配置してマイクロレンズアレイ24を照明光の光路中から取り外してもよい。
また、計測部21として、マイクロレンズアレイ24の代わりに、λ/4板(位相子)及び偏光子(偏光ビームスプリッタ)を光軸方向に沿って順次配置する。すると、コリメータレンズ23を介した光は、λ/4板及び偏光ビームスプリッタを介した後、撮像素子25に達する。そして、λ/4板を光軸廻りに回転させながら撮像素子25の撮像面における光強度分布の変化を検出し、この検出結果から回転移相子法により照明光の偏光状態を測定してもよい。
By simply transmitting the polarization beam splitter and the reticle without forming the light shielding film 48, that is, the plurality of openings, on the reticle 47, the polarization state of the illumination light IL set by the illumination optical system 12 is affected. It is possible to measure the polarization state of the illumination light IL that has passed through the projection optical system PL. In this case, the frosted glass surface 49Ea, the diffusion plate 38, and the diffractive optical element 39 are not necessarily provided.
When performing this measurement, the micro lens array 24 may be removed from the optical path of the illumination light by disposing the polarizing plate 40 in the measurement unit 21 of FIG.
In addition, instead of the microlens array 24, a λ / 4 plate (phaser) and a polarizer (polarization beam splitter) are sequentially arranged as the measurement unit 21 along the optical axis direction. Then, the light passing through the collimator lens 23 reaches the image sensor 25 after passing through the λ / 4 plate and the polarization beam splitter. Then, a change in the light intensity distribution on the image pickup surface of the image pickup device 25 is detected while rotating the λ / 4 plate around the optical axis, and the polarization state of the illumination light is measured by the rotational phase shift method from the detection result. Good.

また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、エッチング等の回路パターンを形成するステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、及び検査ステップ等を経て製造される。   Further, when a semiconductor device is manufactured using the exposure apparatus of the above-described embodiment, the semiconductor device includes a step of designing a function and performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on this step, and a wafer from a silicon material. Forming, aligning with the projection exposure apparatus of the above embodiment to expose the pattern of the reticle onto the wafer, forming a circuit pattern such as etching, device assembly step (dicing process, bonding process, packaging process) Including) and an inspection step.

なお、本発明は、例えば国際公開第99/49504号パンフレットなどに開示される液浸型露光装置で投影光学系の結像特性を計測する場合にも適用することができる。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、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程(露光装置)にも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ことは勿論である。   The present invention can also be applied to the case where the imaging characteristics of the projection optical system are measured with an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, International Publication No. 99/49504 pamphlet. 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 an exposure apparatus for manufacturing various devices such as an image sensor (CCD, etc.), micromachine, thin film magnetic head, and DNA chip. Furthermore, the present invention can also be applied to an exposure process (exposure apparatus) when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which mask patterns of various devices are formed using a photolithography process. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

本発明を露光装置に適用することにより、偏光照明下での投影光学系の結像特性等を高精度に計測できる。従って、その結果を用いて投影光学系の結像特性等を補正することによって、偏光照明を用いて微細パターンを高精度に製造できる。   By applying the present invention to an exposure apparatus, it is possible to measure the imaging characteristics of the projection optical system under polarized illumination with high accuracy. Therefore, by correcting the imaging characteristics of the projection optical system using the result, a fine pattern can be manufactured with high accuracy using polarized illumination.

本発明の実施形態の一例の露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。1 is a partially cutaway view showing a schematic configuration of an exposure apparatus as an example of an embodiment of the present invention. 図1中の投影光学系PLに対する波面収差計測用の装置構成を示す図である。It is a figure which shows the apparatus structure for the wavefront aberration measurement with respect to the projection optical system PL in FIG. 図2の撮像素子25の受光面に形成される多数の二次像を示す拡大平面図である。FIG. 3 is an enlarged plan view showing a number of secondary images formed on the light receiving surface of the image sensor 25 of FIG. 2. (A)は円周方向又は半径方向に偏光した照明光を用いる場合の開口絞りの一例を示す図、(B)は偏光照明で高精度に露光されるパターンの一例を示す拡大図である。(A) is a figure which shows an example of the aperture stop in the case of using the illumination light polarized in the circumferential direction or radial direction, (B) is an enlarged view which shows an example of the pattern exposed with high precision by polarized illumination. (A)はX方向に離れた一対の開口を持つ開口絞りを示す図、(B)はY方向に離れた一対の開口を持つ開口絞りを示す図である。(A) is a diagram showing an aperture stop having a pair of openings separated in the X direction, and (B) is a diagram showing an aperture stop having a pair of openings separated in the Y direction. (A)は円周方向に偏光した照明光を用いる場合の開口絞りの他の例を示す図、(B)はX方向に離れた一対の開口を持つ開口絞りを示す図、(C)はY方向に離れた一対の開口を持つ開口絞りを示す図である。(A) is a diagram showing another example of an aperture stop in the case of using illumination light polarized in the circumferential direction, (B) is a diagram showing an aperture stop having a pair of apertures separated in the X direction, (C) It is a figure which shows the aperture stop which has a pair of opening apart in the Y direction. (A)は輪帯照明用の開口絞りを用いる場合の偏光状態の一例を示す図、(B)は図7(A)に対応する投影光学系の瞳面上での偏光状態を示す図、(C)は輪帯照明用の開口絞りを用いる場合の偏光状態の他の例を示す図、(D)は図7(C)に対応する投影光学系の瞳面上での偏光状態を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the polarization state in the case of using the aperture stop for annular illumination, (B) is a figure which shows the polarization state on the pupil plane of the projection optical system corresponding to FIG. 7 (A), (C) is a diagram showing another example of the polarization state when using an aperture stop for annular illumination, and (D) shows the polarization state on the pupil plane of the projection optical system corresponding to FIG. 7 (C). FIG. (A)は小σ照明用の開口絞りを用いる場合の偏光状態の一例を示す図、(B)は図8(A)に対応する投影光学系の瞳面上での偏光状態を示す図、(C)は小σ照明用の開口絞りを用いる場合の偏光状態の他の例を示す図、(D)は図8(C)に対応する投影光学系の瞳面上での偏光状態を示す図である。(A) is a diagram showing an example of a polarization state when using an aperture stop for small σ illumination, (B) is a diagram showing a polarization state on the pupil plane of the projection optical system corresponding to FIG. 8 (A), (C) is a diagram showing another example of the polarization state when an aperture stop for small σ illumination is used, and (D) shows the polarization state on the pupil plane of the projection optical system corresponding to FIG. 8 (C). FIG. 異なる開口絞りを用いる2回の波面収差の計測結果を合成して、偏光照明下での投影光学系の波面収差を求める動作の説明図である。It is explanatory drawing of the operation | movement which calculates | requires the wavefront aberration of the projection optical system under polarization illumination by combining the measurement result of the wavefront aberration of 2 times using a different aperture stop. 異なる光量を用いる2回の波面収差の計測結果を合成して、偏光照明下での投影光学系の波面収差を求める動作の説明図である。It is explanatory drawing of the operation | movement which synthesize | combines the measurement result of two wavefront aberrations using different light quantity, and calculates | requires the wavefront aberration of the projection optical system under polarization illumination. 異なる開口絞りを異なる偏光照明で用いる2回の波面収差の計測結果を合成して、偏光照明下での投影光学系の波面収差を求める動作の説明図である。It is explanatory drawing of operation | movement which calculates | requires the wavefront aberration of the projection optical system under polarization illumination by combining the measurement result of two times of wavefront aberration using different aperture stops with different polarization illumination. (A)は本発明の実施形態の他の例のレチクルの一部を示す断面図、(B)は図12(A)の平面図である。(A) is sectional drawing which shows a part of reticle of the other example of embodiment of this invention, (B) is a top view of FIG. 12 (A).

符号の説明Explanation of symbols

1…光源、2…偏光制御ユニット、3…偏光変換ユニット、6…照明系開口絞り板、12…照明光学系、13,47…評価用のレチクル、R…レチクル、PL…投影光学系、W…ウエハ、20…主制御装置、21…計測部、22…標示板、23…コリメートレンズ、24…マイクロフライアイ、25…撮像素子、38…拡散板、39…回折光学素子、40…偏光板、49A〜49E…偏光ビームスプリッタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... Polarization control unit, 3 ... Polarization conversion unit, 6 ... Illumination system aperture stop plate, 12 ... Illumination optical system, 13, 47 ... Reticle for evaluation, R ... Reticle, PL ... Projection optical system, W DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Wafer, 20 ... Main controller, 21 ... Measuring part, 22 ... Marking plate, 23 ... Collimating lens, 24 ... Micro fly eye, 25 ... Imaging element, 38 ... Diffusing plate, 39 ... Diffractive optical element, 40 ... Polarizing plate , 49A to 49E ... Polarizing beam splitter

Claims (18)

被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、
前記被検光学系を照明光で照明する照明系と、
前記照明光の偏光状態を設定する偏光部材と、
前記被検光学系を介した光を前記被検光学系の瞳面における位相情報に対応する光量分布を持つ光に変換する受光系と、
前記受光系で変換された光を検出する光電検出器とを備え、
前記受光系は、前記被検光学系の瞳面と共役な面又はこの近傍の面において前記被検光学系を介した光束を分割する波面分割素子と、前記波面分割素子の近傍に配置されて所定の偏光状態の光を選択する偏光素子とを含むことを特徴とする光学特性計測装置。
An optical property measuring device for measuring optical properties of a test optical system,
An illumination system that illuminates the test optical system with illumination light;
A polarizing member for setting the polarization state of the illumination light;
A light receiving system for converting light through the test optical system into light having a light amount distribution corresponding to phase information on a pupil plane of the test optical system;
A photoelectric detector for detecting light converted by the light receiving system;
The light receiving system is disposed in the vicinity of the wavefront splitting element, a wavefront splitting element that splits a light beam through the test optical system on a plane conjugate with or near the pupil plane of the test optical system. An optical characteristic measuring apparatus comprising: a polarizing element that selects light having a predetermined polarization state.
前記偏光部材で設定する前記照明光の偏光方向と、前記偏光素子で選択する光の偏光方向とが異なることを特徴とする請求項に記載の光学特性計測装置。 Wherein the polarization direction of the illumination light to set the polarization member, the optical property measuring apparatus according to claim 1 in which the polarization direction of the light selected by said polarization element are different from each other. 前記被検光学系の物体面に配置されたマスクをさらに備え、
前記偏光部材の少なくとも一部が、前記マスクに設けられたことを特徴とする請求項1又は2に記載の光学特性計測装置。
A mask disposed on the object plane of the test optical system;
Wherein at least a portion of the polarization member, the optical property measurement apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that provided in the mask.
前記マスクに設けられる部材は、拡散素子、旋光素子、偏光板、及び偏光ビームスプリッタのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項に記載の光学特性計測装置。 The optical property measuring apparatus according to claim 3 , wherein the member provided on the mask includes at least one of a diffusing element, an optical rotator, a polarizing plate, and a polarizing beam splitter. 被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、
前記被検光学系を照明光で照明する照明系と、
前記被検光学系の瞳面と共役な面又はこの近傍の面において前記被検光学系を介した光束を分割する波面分割素子と、
前記波面分割素子の近傍に配置されて所定の偏光状態の光を選択する偏光素子と、
前記波面分割素子及び前記偏光素子を介した光を受光する光電検出器とを備えたことを特徴とする光学特性計測装置。
An optical property measuring device for measuring optical properties of a test optical system,
An illumination system that illuminates the test optical system with illumination light;
A wavefront splitting element that splits a light beam through the test optical system on a plane conjugate to or near the pupil plane of the test optical system;
A polarizing element that is disposed in the vicinity of the wavefront splitting element and selects light having a predetermined polarization state;
An optical characteristic measuring apparatus comprising: a photoelectric detector that receives light via the wavefront splitting element and the polarizing element.
前記照明光の偏光状態を設定する偏光部材を有し、
前記偏光部材で設定する前記照明光の偏光方向と、前記偏光素子で選択する光の偏光方向とが異なることを特徴とする請求項に記載の光学特性計測装置。
A polarizing member for setting a polarization state of the illumination light;
6. The optical characteristic measuring apparatus according to claim 5 , wherein a polarization direction of the illumination light set by the polarizing member is different from a polarization direction of the light selected by the polarizing element.
前記被検光学系の物体面に配置されたマスクをさらに備え、
前記偏光部材の少なくとも一部が、前記マスクに設けられたことを特徴とする請求項に記載の光学特性計測装置。
A mask disposed on the object plane of the test optical system;
The optical characteristic measuring apparatus according to claim 6 , wherein at least a part of the polarizing member is provided on the mask.
前記マスクに設けられる部材は、拡散素子、旋光素子、偏光板、及び偏光ビームスプリッタのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項に記載の光学特性計測装置。 The optical property measuring apparatus according to claim 7 , wherein the member provided on the mask includes at least one of a diffusing element, an optical rotatory element, a polarizing plate, and a polarizing beam splitter. 被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、
前記被検光学系を照明光で照明する照明系と、
前記照明光の偏光状態を互いに異なる複数の偏光状態に設定する偏光部材と、
前記被検光学系を介した光を前記被検光学系の瞳面における位相情報に対応する光量分布を持つ光に変換する受光系と、
前記受光系で変換された光を検出する光電検出器と、
前記偏光部材によって設定された複数の偏光状態毎に、前記光電検出器によってそれぞれ得られる検出結果に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する演算装置と、
を備えたことを特徴とする光学特性計測装置。
An optical property measuring device for measuring optical properties of a test optical system,
An illumination system that illuminates the test optical system with illumination light;
A polarizing member that sets the polarization state of the illumination light to a plurality of different polarization states ;
A light receiving system for converting light through the test optical system into light having a light amount distribution corresponding to phase information on a pupil plane of the test optical system;
A photoelectric detector for detecting light converted by the light receiving system;
For each of a plurality of polarization states set by the polarizing member, an arithmetic device that calculates the optical characteristics of the optical system to be measured based on detection results obtained by the photoelectric detectors;
An optical characteristic measuring device comprising:
前記偏光部材は、前記照明光の偏光方向を設定する偏光素子と、前記被検光学系の物体面又はこの面との共役面の近傍に配置されて前記照明光を拡散する拡散素子とを含むことを特徴とする請求項に記載の光学特性計測装置。 The polarizing member includes a polarizing element that sets a polarization direction of the illumination light, and a diffusing element that is disposed in the vicinity of the object plane of the optical system to be measured or a conjugate plane with this surface and diffuses the illumination light. The optical characteristic measuring apparatus according to claim 9 . 前記拡散素子は、拡散板又は回折光学素子であることを特徴とする請求項10に記載の光学特性計測装置。 The optical characteristic measurement apparatus according to claim 10 , wherein the diffusion element is a diffusion plate or a diffractive optical element. 前記照明系は、前記照明系の瞳面において光軸から離れた2つの領域で他の領域に対して光量が大きくなる2極照明で前記被検光学系を照明可能であり
前記偏光部材は、前記照明光の偏光方向を設定する偏光素子と、前記被検光学系の物体面又はこの面との共役面の近傍に配置されて前記照明光を拡散する拡散素子とを含むことを特徴とする請求項に記載の光学特性計測装置。
The illumination system is capable of illuminating the optical system under test with two-pole illumination in which the amount of light is larger with respect to other regions in two regions away from the optical axis on the pupil plane of the illumination system,
The polarizing member includes a polarizing element that sets a polarization direction of the illumination light, and a diffusing element that is disposed in the vicinity of the object plane of the optical system to be measured or a conjugate plane with this surface and diffuses the illumination light. The optical characteristic measuring apparatus according to claim 9 .
前記被検光学系の物体面に配置されたマスクをさらに備え、
前記偏光部材の少なくとも一部が、前記マスクに設けられたことを特徴とする請求項9から12のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
A mask disposed on the object plane of the test optical system;
The optical characteristic measuring apparatus according to claim 9 , wherein at least a part of the polarizing member is provided on the mask.
前記マスクに設けられる部材は、拡散素子、旋光素子、偏光板、及び偏光ビームスプリッタのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項13に記載の光学特性計測装置。 The optical property measuring apparatus according to claim 13 , wherein the member provided on the mask includes at least one of a diffusing element, an optical rotatory element, a polarizing plate, and a polarizing beam splitter. 前記被検光学系の開口数に応じて前記光電検出器の検出結果を補正することを特徴とする請求項1から14のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。 The optical characteristic measuring apparatus according to any one of claims 1, wherein the correcting the detection result of the photoelectric detector in accordance with the numerical aperture of the optical system to be measured 14. マスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンを感光体上に転写する投影光学系とを有する露光装置において、
前記感光体を保持して2次元平面内を移動するステージと、
前記ステージに設けられ、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方を前記被検光学系とする請求項1から15のいずれか一項に記載の光学特性計測装置と、
前記光学特性計測装置の計測結果に基づいて、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を調整する調整機構とを備えたことを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus having an illumination optical system for illuminating a mask and a projection optical system for transferring a pattern of the mask onto a photoconductor,
A stage holding the photoreceptor and moving in a two-dimensional plane;
The optical property measurement apparatus according to any one of claims 1 to 15 , wherein the optical characteristic measurement apparatus is provided on the stage, and at least one of the illumination optical system and the projection optical system is the test optical system.
An exposure apparatus comprising: an adjustment mechanism that adjusts at least one optical characteristic of the illumination optical system and the projection optical system based on a measurement result of the optical characteristic measurement apparatus.
被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法であって、
前記被検光学系を照明光で照明し、
前記照明光の偏光状態を互いに異なる複数の偏光状態に設定し、
前記被検光学系を介した光を前記被検光学系の瞳面における位相情報に対応する光量分布を持つ光に変換し、
前記変換された光を検出し、
設定された複数の偏光状態毎に得られるそれぞれの検出結果に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出することを特徴とする光学特性計測方法。
An optical property measurement method for measuring optical properties of a test optical system,
Illuminating the test optical system with illumination light,
Setting the polarization state of the illumination light to a plurality of different polarization states ,
Converting light through the test optical system into light having a light amount distribution corresponding to phase information on the pupil plane of the test optical system;
Detecting the converted light;
An optical characteristic measuring method , comprising: calculating optical characteristics of the optical system to be detected based on detection results obtained for each of a plurality of set polarization states .
前記照明光の偏光状態を設定するときに、前記被検光学系の物体面又はこの面との共役面の近傍で前記照明光を拡散することを特徴とする請求項17に記載の光学特性計測方法。The optical characteristic measurement according to claim 17, wherein when setting the polarization state of the illumination light, the illumination light is diffused in the vicinity of an object plane of the optical system to be measured or a conjugate plane with the object plane. Method.
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