JPH11297614A - Coma aberration measuring device and projection aligner provided with the device - Google Patents

Coma aberration measuring device and projection aligner provided with the device

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JPH11297614A
JPH11297614A JP10114160A JP11416098A JPH11297614A JP H11297614 A JPH11297614 A JP H11297614A JP 10114160 A JP10114160 A JP 10114160A JP 11416098 A JP11416098 A JP 11416098A JP H11297614 A JPH11297614 A JP H11297614A
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JP
Japan
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pattern
optical system
coma aberration
projection optical
image
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Application number
JP10114160A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Nagayama
匡 長山
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591Testing optical components
    • G03F7/706Aberration measurement

Landscapes

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure an amount of remained coma aberration of a projection optical system accurately by detecting a synthetic space image intensity distribution obtained by synthesizing space image intensity distributions of patterns, based on information on variation of a light amount, and detecting an amount of remained coma aberration of a detected optical system, based on the synthetic space image intensity distribution. SOLUTION: A pattern space image of a measuring mask 9 is formed via a projection optical system 10 on a stage substrate 15, and a light amount distribution corresponding to the pattern space image is obtained in accordance with an output from a light receiving sensor 18. Based on the variation of the light amount distribution, a space image synthetic intensity distribution is detected in a synthetic space image intensity distribution detecting section 43a of a processing system 43. The space image synthetic intensity distribution is formed by synthesizing a periodic space image intensity distributions of a first pattern and a second pattern. Based on the synthetic space image intensity distribution, an amount of remained coma aberration of the projection optical system 10 of a detected optical system is detected by a coma aberration detecting section 43d of the processing system 43.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はコマ収差測定装置お
よび該装置を備えた投影露光装置に関し、特に半導体素
子または液晶表示素子等をリソグラフィー工程で製造す
る際に使用される投影露光装置における投影光学系の残
存コマ収差量の計測に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coma aberration measuring apparatus and a projection exposure apparatus having the apparatus, and more particularly to a projection optical apparatus used in manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display element in a lithography process. The present invention relates to measurement of a residual coma aberration amount of a system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、投影露光装置における投影光
学系の残存コマ収差量の計測方法として、ウエハ上に塗
布されたレジスト(感光部材)上に限界解像線幅に近い
5本ラインマークからなるマスクパターン像を投影露光
し、現像した後に残存したレジスト像の線幅を走査型電
子顕微鏡(SEM)で測定し、5つのボトム線幅のうち
両端の2つの線幅差から残存コマ収差量を求める方法が
ある。この方法では、投影露光装置の通常の焼き付けと
同様の過程でコマ収差計測用のパターンを焼き付けるた
め、特にコマ収差計測用の特別の機構を付設する必要も
なく投影光学系の残存コマ収差量を計測することができ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of measuring the amount of residual coma aberration of a projection optical system in a projection exposure apparatus, a method of measuring five line marks close to a critical resolution line width on a resist (photosensitive member) coated on a wafer has been used. The line width of the resist image remaining after the mask pattern image is projected and exposed and developed is measured by a scanning electron microscope (SEM), and the residual coma aberration amount is determined from the difference between the two line widths at both ends of the five bottom line widths. There is a way to ask. In this method, since the pattern for coma aberration measurement is printed in the same process as the normal printing of the projection exposure apparatus, it is not necessary to provide a special mechanism for measuring coma aberration, and the residual coma aberration amount of the projection optical system can be reduced. Can be measured.

【0003】また、投影光学系単体での製造調整時に
は、干渉計とミラーとを用いて投影光学系の波面収差を
測定することにより投影光学系の残存コマ収差量を計測
する方法や、投影光学系を介して形成されたマスクパタ
ーン空間像を結像光学系を介して2次元撮像素子に拡大
投影することにより空間像の劣化から投影光学系の残存
コマ収差量を計測する方法などが用いられている。干渉
計を用いる方法および空間像を用いる方法の使用は、製
造段階および調整段階における投影光学系の検査に限ら
れている。
[0003] Further, at the time of manufacturing adjustment of the projection optical system alone, a method of measuring the residual coma aberration amount of the projection optical system by measuring the wavefront aberration of the projection optical system using an interferometer and a mirror, A method of measuring the amount of residual coma aberration of a projection optical system from deterioration of an aerial image by enlarging and projecting a spatial image of a mask pattern formed through a system onto a two-dimensional image sensor through an imaging optical system is used. ing. The use of interferometer and aerial image methods is limited to inspection of the projection optics during the manufacturing and adjustment stages.

【0004】また、走査型電子顕微鏡を用いる方法、干
渉計を用いる方法および空間像を用いる方法において、
計測することのできる収差はコマ収差に限定されること
なく、計測可能な諸収差の1つとしてコマ収差が位置づ
けられている。さらに、これらの方法により計測された
残存コマ収差量を規格内に追い込むことができるように
投影光学系には収差調整機構が設けられ、この収差調整
機構の作用により投影光学系の収差調整が良好になされ
る。
In a method using a scanning electron microscope, a method using an interferometer, and a method using an aerial image,
The measurable aberration is not limited to coma, and coma is positioned as one of various measurable aberrations. Further, the projection optical system is provided with an aberration adjusting mechanism so that the residual coma aberration amount measured by these methods can be brought within the standard, and the aberration adjustment of the projection optical system is favorably performed by the operation of the aberration adjusting mechanism. Is made.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、最終的
に製造された投影露光装置において装置に組み込まれた
投影光学系の残存コマ収差量を計測するには、焼き付け
られたレジスト像を走査型電子顕微鏡で観察するしかな
かった。この方法はレジスト像を用いた非常に直接的な
方法であるが、レジスト像の良否を判定するのに、焼き
付け、現像、SEM測定、計算処理などの多くの過程が
必要になり、非常に多くの時間および手間を要する。ま
た、SEMによるCD(Critical Dimension) ボトム線
幅測定は完全には自動化されておらず、測定者に起因す
る誤差の発生も考えられる。
As described above, in order to measure the amount of residual coma aberration of the projection optical system incorporated in the finally manufactured projection exposure apparatus, a printed resist image is scanned. Observation was made with a scanning electron microscope. Although this method is a very direct method using a resist image, many steps such as printing, development, SEM measurement, and calculation processing are required to judge the quality of the resist image, and the number of processes is extremely large. Time and effort. Also, the measurement of CD (Critical Dimension) bottom line width by SEM is not completely automated, and errors due to the operator may occur.

【0006】一方、干渉計を用いる方法では、波面収差
測定装置の構成が大がかりであるため、この装置を投影
露光装置に組み込むと投影露光装置の本来の機能を損な
う可能性がある。また、波面収差測定装置の光学的な構
成が投影露光装置の光学的な構成とかなり異なるため、
最終的な製品としての投影露光装置に波面収差測定装置
を搭載することは現状では困難である。さらに、投影露
光装置に波面収差測定装置を搭載したとしても、投影露
光装置の重要な構成要素である超高速可動ウエハステー
ジやメイン照明光学系に対して波面収差測定装置が大き
な負荷を及ぼすものと考えられる。超高速可動ウエハス
テージやメイン照明光学系についてはより高性能を目指
した技術開発が現在も続いており、上述のような負荷は
回避することが望ましい。
On the other hand, in the method using an interferometer, the configuration of the wavefront aberration measuring apparatus is large, and if this apparatus is incorporated in a projection exposure apparatus, the original function of the projection exposure apparatus may be impaired. Also, since the optical configuration of the wavefront aberration measurement device is significantly different from the optical configuration of the projection exposure device,
At present, it is difficult to mount a wavefront aberration measuring apparatus on a projection exposure apparatus as a final product. Furthermore, even if the wavefront aberration measuring device is mounted on the projection exposure apparatus, the wavefront aberration measuring device will impose a heavy load on the ultra-high-speed movable wafer stage and main illumination optical system, which are important components of the projection exposure apparatus. Conceivable. Technical development of ultra-high-speed movable wafer stages and main illumination optical systems aiming at higher performance is still ongoing, and it is desirable to avoid the loads described above.

【0007】また、マスクパターン空間像を結像光学系
を介して2次元撮像素子に拡大投影する方法では、空間
像を画像検出するために、ウエハステージの内部に空間
像検出用の結像光学系および2次元撮像素子を搭載しな
ければならない。一般に、ウエハステージの内部空間は
限られており、ウエハステージの内部に搭載される結像
光学系の大きさも制約を受けることになる。したがっ
て、結像光学系は、小型の光学系である必要がある。一
方、結像光学系は、投影光学系を介して形成された空間
像からの光に基づいて像を再形成する光学系である。し
たがって、結像光学系では、その性質上、投影光学系と
比較して十分小さな収差しか許容されない。その結果、
結像光学系を十分小型化することは困難であり、十分小
型化することのできない結像光学系をウエハステージの
内部に搭載して空間像の画像検出により投影光学系のコ
マ収差量を計測する方法は現実的ではない。
In the method of enlarging and projecting an aerial image of a mask pattern onto a two-dimensional image pickup device via an imaging optical system, an image forming optical system for detecting an aerial image is provided inside a wafer stage in order to detect the aerial image. The system and the two-dimensional image sensor must be mounted. Generally, the internal space of the wafer stage is limited, and the size of the imaging optical system mounted inside the wafer stage is also restricted. Therefore, the imaging optical system needs to be a small optical system. On the other hand, an imaging optical system is an optical system that re-forms an image based on light from a spatial image formed via a projection optical system. Therefore, due to its properties, the imaging optical system allows only a sufficiently small aberration as compared with the projection optical system. as a result,
It is difficult to reduce the size of the imaging optical system sufficiently, and the imaging optical system that cannot be reduced in size is mounted inside the wafer stage, and the amount of coma aberration of the projection optical system is measured by detecting an aerial image. How to do it is not practical.

【0008】また、高速度で移動を繰り返すウエハステ
ージの内部に上述のようにほぼ無収差の結像光学系を搭
載した場合、発生する振動や熱の結像光学系への影響を
無視することができない。この観点においても、結像光
学系をウエハステージの内部に搭載して空間像の画像検
出により投影光学系のコマ収差量を計測する方法は現実
的ではない。
Further, when the imaging optical system having almost no aberration is mounted inside the wafer stage which repeatedly moves at a high speed as described above, the influence of the generated vibration and heat on the imaging optical system is neglected. Can not. From this viewpoint, it is not practical to mount the imaging optical system inside the wafer stage and measure the amount of coma aberration of the projection optical system by detecting an image of the aerial image.

【0009】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、たとえば投影露光装置においてパターンの焼
き付け、現像、SEM測定、計算処理などの作業を実際
に行うことなく、簡素な機構により投影光学系の残存コ
マ収差量を精度良く計測することのできるコマ収差測定
装置、該コマ収差測定装置を備えた投影露光装置、およ
び該投影露光装置を用いた半導体デバイスの製造方法を
提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems. For example, a projection exposure apparatus uses a simple mechanism without actually performing operations such as pattern printing, development, SEM measurement, and calculation processing. An object of the present invention is to provide a coma aberration measuring apparatus capable of accurately measuring a residual coma aberration amount of an optical system, a projection exposure apparatus including the coma aberration measuring apparatus, and a method for manufacturing a semiconductor device using the projection exposure apparatus. Aim.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第1発明では、被検光学系の残存コマ収差
量を計測するためのコマ収差測定装置において、前記被
検光学系の結像面に位置決めされ、計測方向と交差する
方向に沿ったエッジラインを有するナイフエッジパター
ンが形成された計測部材と、前記計測方向に沿って並列
的に配置された複数のパターンを有するパターン群が形
成された基準部材が前記被検光学系の物体面に設定され
ることにより、前記被検光学系の結像面に形成される前
記パターン群の空間像からの光を前記ナイフエッジパタ
ーンを介して検出するための光電検出手段と、前記被検
光学系の結像面に形成される前記パターン群の空間像と
前記ナイフエッジパターンとを前記計測方向に沿って相
対移動させるための相対移動手段と、前記相対移動手段
により前記パターン群の空間像と前記ナイフエッジパタ
ーンとを相対移動させたときの前記光電検出手段からの
光量変化情報に基づいて、前記パターン群の空間像の強
度分布として、前記パターン群を形成する各パターンの
空間像の強度分布の合成からなる合成空間像強度分布を
検出するための強度分布検出手段と、前記強度分布検出
手段において得られた合成空間像強度分布に基づいて前
記被検光学系の残存コマ収差量を検出するための処理系
とを備えていることを特徴とするコマ収差測定装置を提
供する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a coma aberration measuring apparatus for measuring an amount of residual coma aberration of an optical system to be measured. A measurement member having a knife edge pattern formed having an edge line along a direction intersecting with the measurement direction, the measurement member being positioned on the image formation plane, and a pattern having a plurality of patterns arranged in parallel along the measurement direction The reference member in which the group is formed is set on the object plane of the optical system to be inspected, so that the light from the spatial image of the pattern group formed on the image plane of the optical system to be inspected is transmitted to the knife edge pattern. And a knife-edge pattern for relatively moving the spatial image of the pattern group formed on the imaging surface of the test optical system and the knife-edge pattern. Relative moving means, and the intensity of the spatial image of the pattern group based on light amount change information from the photoelectric detecting means when the spatial image of the pattern group and the knife edge pattern are relatively moved by the relative moving means. An intensity distribution detecting means for detecting a combined spatial image intensity distribution comprising a combination of the intensity distributions of the spatial images of the respective patterns forming the pattern group; and a combined spatial image intensity obtained by the intensity distribution detecting means. And a processing system for detecting a residual coma aberration amount of the optical system to be detected based on a distribution.

【0011】第1発明の好ましい態様によれば、前記パ
ターン群は、第1のピッチP1を有するラインアンドス
ペースパターンからなる第1パターンと、前記第1のピ
ッチP1よりも大きく且つ前記第1のピッチP1の整数
倍のピッチとは実質的に異なる第2のピッチP2を有す
るラインアンドスペースパターンからなる第2パターン
とを有し、前記第1パターンのピッチP1とライン本数
との積は、前記第2パターンのピッチP2とライン本数
との積とほぼ等しい。また、前記処理系は、前記強度分
布検出手段において得られた合成空間像強度分布を信号
処理することにより、前記パターン群を形成する少なく
とも2つのパターンの各々に関して、前記結像面に形成
されるパターン像のピッチを基準とする所定の空間周波
数に対するフーリエ係数をそれぞれ求め、求めた各フー
リエ係数に基づいて前記少なくとも2つのパターンに関
する前記空間周波数成分間での前記結像面上の相対位置
ずれを算出し、算出した前記相対位置ずれに基づいて被
検光学系の残存コマ収差量を検出することが好ましい。
According to a preferred aspect of the first invention, the pattern group includes a first pattern composed of a line and space pattern having a first pitch P1, and a first pattern which is larger than the first pitch P1 and is larger than the first pitch P1. A second pattern consisting of a line-and-space pattern having a second pitch P2 substantially different from a pitch that is an integral multiple of the pitch P1, and the product of the pitch P1 of the first pattern and the number of lines is It is almost equal to the product of the pitch P2 of the second pattern and the number of lines. Further, the processing system performs signal processing on the combined spatial image intensity distribution obtained by the intensity distribution detecting means, thereby forming at least two patterns forming the pattern group on the image plane. A Fourier coefficient for a predetermined spatial frequency based on the pitch of the pattern image is determined, and a relative position shift on the image plane between the spatial frequency components for the at least two patterns is determined based on the determined Fourier coefficients. It is preferable that the calculated amount of residual coma of the optical system to be detected be detected based on the calculated relative positional deviation.

【0012】また、本発明の第2発明によれば、第1発
明のコマ収差測定装置と、マスクを照明するための照明
光学系と、前記マスクに形成された転写用パターンの像
を感光性基板上に投影するための投影光学系とを備え、
前記コマ収差測定装置は、前記被検光学系としての前記
投影光学系の残存コマ収差量を計測することを特徴とす
る投影露光装置を提供する。第2発明の好ましい態様に
よれば、前記相対移動手段は、前記感光性基板を保持し
且つ前記投影光学系に対して移動可能な基板ステージを
有し、前記コマ収差測定装置の前記計測部材は、前記基
板ステージ上において前記感光位基板の露光面に対応す
る位置に設けられている。また、前記処理系からの出力
に基づいて前記投影光学系に残存するコマ収差を補正す
るための補正系がさらに配置されていることが好まし
い。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a coma aberration measuring apparatus according to the first aspect, an illumination optical system for illuminating the mask, and a photosensitive pattern for transferring an image of a transfer pattern formed on the mask. A projection optical system for projecting on the substrate,
The coma aberration measuring device measures a residual coma aberration amount of the projection optical system as the test optical system, and provides a projection exposure apparatus. According to a preferred aspect of the second invention, the relative moving means has a substrate stage that holds the photosensitive substrate and is movable with respect to the projection optical system, and the measuring member of the coma aberration measuring device is , On the substrate stage, at a position corresponding to the exposure surface of the photosensitive substrate. It is preferable that a correction system for correcting coma aberration remaining in the projection optical system based on an output from the processing system is further provided.

【0013】また、本発明の第3発明によれば、第2発
明の投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造する方
法において、前記投影光学系の物体面に前記計測用パタ
ーンが形成された前記基準部材を設定し、前記コマ収差
測定装置によって前記投影光学系に残存するコマ収差を
計測する計測工程と、前記投影光学系に残存するコマ収
差を補正する補正工程と、前記投影光学系の物体面に転
写用パターンが形成された転写用マスクを設定し、該転
写用マスクを前記照明光学系により照明する露光用照明
工程と、前記投影光学系を介して前記転写用マスクのパ
ターンを前記感光性基板に露光する露光工程とを含むこ
とを特徴とする半導体デバイスの製造方法を提供する。
According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device using the projection exposure apparatus according to the second aspect of the present invention, it is preferable that the measurement pattern is formed on an object plane of the projection optical system. A measuring step of setting a reference member and measuring the coma remaining in the projection optical system by the coma aberration measuring device; a correcting step of correcting the coma remaining in the projection optical system; and an object of the projection optical system. An exposure illuminating step of setting a transfer mask having a transfer pattern formed on a surface thereof and illuminating the transfer mask with the illumination optical system, and exposing the pattern of the transfer mask to the light through the projection optical system. An exposing step of exposing a conductive substrate to light.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明では、たとえば計測方向に
沿って並列的に配置された複数のパターンを有するパタ
ーン群が形成された基準部材を被検光学系の物体面に位
置決めするとともに、計測方向と交差する方向(たとえ
ば直交する方向)に沿ったエッジラインを有するナイフ
エッジパターンが形成された計測部材を被検光学系の結
像面に位置決めする。そして、被検光学系の結像面に形
成されるパターン群の空間像とナイフエッジパターンと
を所定方向に沿って相対移動させながら、被検光学系の
結像面に形成されたパターン対の空間像からの光をナイ
フエッジパターンを介して光電検出する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, for example, a reference member on which a pattern group having a plurality of patterns arranged in parallel along a measurement direction is formed is positioned on an object surface of an optical system to be inspected, and measurement is performed. A measurement member on which a knife edge pattern having an edge line along a direction intersecting with the direction (for example, a direction orthogonal to the direction) is positioned on an imaging surface of the optical system to be measured. Then, while relatively moving the aerial image of the pattern group formed on the image forming surface of the test optical system and the knife edge pattern along a predetermined direction, the pattern pair formed on the image forming surface of the test optical system is Light from the aerial image is photoelectrically detected via the knife edge pattern.

【0015】こうして、パターン群の空間像とナイフエ
ッジパターンとの相対スキャンに伴って検出される光量
変化情報に基づいて、パターン群の空間像の強度分布と
して、パターン群を形成する各パターンの空間像の強度
分布の合成からなる合成空間像強度分布が検出される。
そして、検出された合成空間像強度分布に基づいて被検
光学系の残存コマ収差量が検出される。さらに具体的に
は、計測用パターンとして2つのパターンからなるパタ
ーン対を用いる場合、検出された合成空間像強度分布は
信号処理され、パターン対を形成する2つのパターンの
各々に関して、結像面に形成されるパターン像のピッチ
を基準とする所定の空間周波数に対するフーリエ係数が
それぞれ求められる。次いで、その求められた各フーリ
エ係数に基づいて2つのパターンに関する空間周波数成
分間での結像面上の相対位置ずれが算出され、その算出
された相対位置ずれに基づいて被検光学系の残存コマ収
差量が計測される。
In this manner, the spatial distribution of each pattern forming the pattern group is determined as the intensity distribution of the spatial image of the pattern group based on the light amount change information detected in accordance with the relative scan between the spatial image of the pattern group and the knife edge pattern. A composite spatial image intensity distribution is detected, which is composed of the image intensity distributions.
Then, a residual coma aberration amount of the test optical system is detected based on the detected composite spatial image intensity distribution. More specifically, when a pattern pair composed of two patterns is used as the measurement pattern, the detected combined spatial image intensity distribution is subjected to signal processing, and the respective two patterns forming the pattern pair are formed on the image plane. Fourier coefficients for a predetermined spatial frequency based on the pitch of the formed pattern image are obtained. Next, a relative position shift on the imaging plane between the spatial frequency components of the two patterns is calculated based on the obtained Fourier coefficients, and based on the calculated relative position shift, the remaining optical system remains. The amount of coma is measured.

【0016】このように、本発明によれば、簡素な機構
により被検光学系の残存コマ収差量を精度良く計測する
ことができる。特に、本発明のコマ収差測定装置を投影
露光装置に搭載した場合、パターンの焼き付け、現像、
SEM測定、計算処理などの作業を実際に行うことなく
簡素な機構により、被検光学系である投影光学系の残存
コマ収差量を精度良く計測することができる。すなわ
ち、投影光学系のNAや、照明光学系のNAや、照明条
件(通常照明、輪帯照明、変形照明など)を変更し、投
影光学系の結像に重要な影響が及んだとしても、投影光
学系の残存コマ収差量を容易に随時計測することができ
る。その結果、計測した残存コマ収差量に基づいて投影
光学系の収差調整を行い、収差状態の良好な投影光学系
を介して良好な半導体デバイスを製造することができ
る。
As described above, according to the present invention, the residual coma aberration amount of the test optical system can be accurately measured by a simple mechanism. In particular, when the coma aberration measuring apparatus of the present invention is mounted on a projection exposure apparatus, pattern printing, development,
By using a simple mechanism without actually performing operations such as SEM measurement and calculation processing, it is possible to accurately measure the amount of residual coma aberration of the projection optical system that is the test optical system. That is, even if the NA of the projection optical system, the NA of the illumination optical system, and the illumination conditions (normal illumination, annular illumination, deformed illumination, and the like) are changed, even if the imaging of the projection optical system is significantly affected, In addition, the residual coma amount of the projection optical system can be easily measured at any time. As a result, the aberration of the projection optical system is adjusted based on the measured residual coma aberration amount, and a good semiconductor device can be manufactured via the projection optical system having a good aberration state.

【0017】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図1は、本発明の実施例にかかるコマ収差測定
装置を備えた投影露光装置の構成を概略的に示す図であ
る。図1では、投影光学系10の光軸AXに平行にZ軸
が、投影光学系10の光軸AXに垂直な面内において図
1の紙面に平行にX軸が、投影光学系10の光軸AXに
垂直な面内において図1の紙面に垂直にY軸がそれぞれ
設定されている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of a projection exposure apparatus provided with a coma aberration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis is parallel to the optical axis AX of the projection optical system 10, and the X axis is parallel to the paper surface of FIG. 1 in a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system 10. In the plane perpendicular to the axis AX, the Y axis is set perpendicular to the plane of FIG.

【0018】図1の投影露光装置は、露光光源として、
たとえば水銀ランプからなる光源1を備えている。な
お、露光光として、例えば水銀ランプのg線やi線など
の輝線や、KrF、ArFなどを媒体としたエキシマレ
ーザ光などを用いることができる。光源1は、回転楕円
面からなる反射面を有する楕円反射鏡2の第1焦点位置
に位置決めされている。したがって、光源1から射出さ
れた照明光束は、楕円反射鏡2の第2焦点位置3に光源
像を形成する。
The projection exposure apparatus shown in FIG.
The light source 1 includes, for example, a mercury lamp. As the exposure light, for example, a bright line such as a g-line or an i-line of a mercury lamp, an excimer laser beam using KrF, ArF or the like as a medium can be used. The light source 1 is positioned at a first focal position of an elliptical reflecting mirror 2 having a reflecting surface formed of a spheroid. Therefore, the illumination light beam emitted from the light source 1 forms a light source image at the second focal position 3 of the elliptical reflecting mirror 2.

【0019】楕円反射鏡2の第2焦点位置3に形成され
た光源像からの光束は、インプットレンズ4によりほぼ
平行な光束に変換された後、所望の波長域の光束のみを
透過するバンドパスフィルター(不図示)に入射する。
バンドパスフィルターで選択された露光波長(たとえば
波長365nmのi線、または波長436nmのg線
等)の照明光は、フライアイインテグレータ5に入射す
る。フライアイインテグレータ5に入射した光束は、フ
ライアイインテグレータ5を構成する複数のレンズエレ
メントにより分割され、フライアイインテグレータ5の
射出側の焦点面に複数の光源像からなる二次光源を形成
する。
A light beam from the light source image formed at the second focal position 3 of the elliptical reflecting mirror 2 is converted into a substantially parallel light beam by the input lens 4 and then transmitted through a band-pass that transmits only a light beam in a desired wavelength range. The light enters a filter (not shown).
Illumination light having an exposure wavelength (for example, an i-line having a wavelength of 365 nm or a g-line having a wavelength of 436 nm) selected by the bandpass filter enters the fly-eye integrator 5. The light beam incident on the fly-eye integrator 5 is divided by a plurality of lens elements constituting the fly-eye integrator 5 to form a secondary light source composed of a plurality of light source images on a focal plane on the exit side of the fly-eye integrator 5.

【0020】二次光源からの光束は、フライアイインテ
グレータ5の射出側の焦点面の近傍に配置された開口絞
り6により制限された後、コンデンサーレンズ7および
折り曲げミラー8を介して、下面に所定のパターンが形
成されたマスク9を重畳的に照明する。マスク9は、X
Y平面内においてマスクステージ12上に支持されてい
る。マスクステージ12のXY座標、ひいてはマスク9
のXY座標は、不図示のマスクステージ用レーザ干渉計
により常時計測されている。マスク9のパターンを透過
した光束は、投影光学系10を介して、感光性基板であ
るウエハ11に達する。こうして、ウエハ11上には、
マスク9のパターン像が形成される。
The luminous flux from the secondary light source is restricted by an aperture stop 6 arranged near a focal plane on the exit side of the fly-eye integrator 5 and then passes through a condenser lens 7 and a bending mirror 8 to a predetermined surface. Is illuminated in a superimposed manner. Mask 9 is X
It is supported on the mask stage 12 in the Y plane. The XY coordinates of the mask stage 12, and thus the mask 9
Are always measured by a mask stage laser interferometer (not shown). The light flux transmitted through the pattern of the mask 9 reaches the wafer 11 as a photosensitive substrate via the projection optical system 10. Thus, on the wafer 11,
A pattern image of the mask 9 is formed.

【0021】ウエハ11は、ウエハホルダ13を介して
XY平面内においてウエハステージ14上に支持されて
いる。ウエハステージ14は、XY平面内において二次
元的にウエハ11の位置決めを行うXYステージ、Z方
向に沿ってウエハ11の位置決めを行うZステージ、お
よびウエハ11の傾斜角の補正を行うレベリングステー
ジ等から構成されている。なお、XYステージ、Zステ
ージおよびレベリングステージは、処理系43により駆
動系45を介して駆動制御されるように構成されてい
る。また、ウエハステージ14のXY座標、ひいてはウ
エハ11のXY座標は、不図示のウエハステージ用レー
ザ干渉計により常時計測されている。
The wafer 11 is supported on a wafer stage 14 in an XY plane via a wafer holder 13. The wafer stage 14 includes an XY stage for positioning the wafer 11 two-dimensionally in an XY plane, a Z stage for positioning the wafer 11 along the Z direction, and a leveling stage for correcting the tilt angle of the wafer 11. It is configured. The XY stage, the Z stage, and the leveling stage are configured to be driven and controlled by the processing system 43 via the driving system 45. Further, the XY coordinates of the wafer stage 14 and thus the XY coordinates of the wafer 11 are constantly measured by a wafer stage laser interferometer (not shown).

【0022】したがって、駆動系45を介してウエハス
テージ14を、ひいてはウエハ11を二次元的に駆動制
御しながら投影露光を行うことにより、ウエハ11の各
露光領域にマスク9のパターンを逐次転写することがで
きる。ウエハステージ14上のウエハホルダ13の近傍
には、たとえば光透過性のガラス基板からなるステージ
基板15が設けられている。なお、ステージ基板15の
上面は、ウエハ11の露光面とほぼ同じ高さ(Z方向に
ほぼ同じ位置)に設定されている。ステージ基板15の
上面には、所定のナイフエッジパターンが形成されてい
るが、その詳細については後述する。
Therefore, the pattern of the mask 9 is sequentially transferred to each exposure area of the wafer 11 by performing projection exposure while controlling the wafer stage 14 and thus the wafer 11 two-dimensionally via the drive system 45. be able to. In the vicinity of the wafer holder 13 on the wafer stage 14, a stage substrate 15 made of, for example, a light-transmitting glass substrate is provided. The upper surface of the stage substrate 15 is set at almost the same height (almost the same position in the Z direction) as the exposure surface of the wafer 11. A predetermined knife edge pattern is formed on the upper surface of the stage substrate 15, the details of which will be described later.

【0023】また、ウエハステージ14の上方には、ウ
エハ11の表面(すなわち露光面)の位置またはステー
ジ基板15の表面(すなわち上面)の位置を検出するた
めの焦点検出系が設けられている。この焦点検出系は、
ウエハ11の表面またはステージ基板15の表面に斜め
から光を照射するための照射部40と、ウエハ11の表
面またはステージ基板15の表面からの反射光の位置を
検出するための焦点検出部41とで構成されている。焦
点検出部41は、ウエハ11の表面またはステージ基板
15の表面からの反射光の位置に基づいて、ウエハ11
の表面またはステージ基板12の表面の位置(Z方向の
高さ位置)を検出する。なお、焦点検出部41からの検
出信号は、処理系43へ供給される。
A focus detection system for detecting the position of the surface of the wafer 11 (ie, the exposure surface) or the position of the surface of the stage substrate 15 (ie, the upper surface) is provided above the wafer stage 14. This focus detection system
An irradiation unit 40 for irradiating the surface of the wafer 11 or the surface of the stage substrate 15 with light obliquely; a focus detection unit 41 for detecting the position of light reflected from the surface of the wafer 11 or the surface of the stage substrate 15; It is composed of The focus detection unit 41 detects the position of the reflected light from the surface of the wafer 11 or the surface of the stage substrate 15 based on the position of the wafer 11.
Or the position of the surface of the stage substrate 12 (height position in the Z direction) is detected. The detection signal from the focus detection unit 41 is supplied to the processing system 43.

【0024】図2は、投影光学系の残存コマ収差量の計
測に際して用いられる計測用マスクに形成された収差計
測用パターンを模式的に示す図である。図2に示すよう
に、計測用マスクの下面には、一対のラインアンドスペ
ース(以下、「L/S」と表記する)パターンからなる
パターン対が計測用パターンとして多数形成されてい
る。各パターン対は、ピッチの異なる2つのL/Sパタ
ーンをピッチ方向に並列的に配置することによって構成
されている。なお、図2において、黒線部分は光透過部
であり、白色部分は遮光部である。各パターン対の構成
的特徴については、図3を参照して後述する。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an aberration measurement pattern formed on a measurement mask used for measuring the amount of residual coma aberration of the projection optical system. As shown in FIG. 2, on the lower surface of the measurement mask, a large number of pattern pairs including a pair of line and space (hereinafter, referred to as “L / S”) patterns are formed. Each pattern pair is configured by arranging two L / S patterns having different pitches in parallel in the pitch direction. In FIG. 2, the black line part is a light transmitting part, and the white part is a light shielding part. The structural features of each pattern pair will be described later with reference to FIG.

【0025】多数のパターン対は4つのパターン群に分
けられ、各パターン群はM個のパターン対を有する。ま
た、各パターン群は、ピッチ方向がX軸に対してそれぞ
れ0度、45度、90度、135度の方向を向くように
配列されている。したがって、各パターン対をLS(m,
n) (m=1〜M,n=0,45,90,135)と表
記することができる。すなわち、ピッチ方向がX軸に対
して0度の方向を向いた第1パターン群は、M個のパタ
ーン対LS(1,0) 、LS(2,0) ・・・LS(M,0)を有す
る。また、ピッチ方向がX軸に対して45度の方向を向
いた第2パターン群は、M個のパターン対LS(1,45)、
LS(2,45)・・・LS(M,45)を有する。以下、ピッチ方
向がX軸に対して90度の方向を向いた第3パターン群
およびピッチ方向がX軸に対して135度の方向を向い
た第4パターン群についても同様である。これら4つの
パターン群は、計測用マスクの下面においてN個の位置
に配置されている。
The number of pattern pairs is divided into four pattern groups, and each pattern group has M pattern pairs. The pattern groups are arranged so that the pitch direction is oriented at 0, 45, 90, and 135 degrees with respect to the X axis. Therefore, each pattern pair is represented by LS (m,
n) (m = 1 to M, n = 0, 45, 90, 135). That is, the first pattern group whose pitch direction is oriented at 0 degree with respect to the X axis is M pattern pairs LS (1,0), LS (2,0)... LS (M, 0) Having. The second pattern group whose pitch direction is oriented at 45 degrees with respect to the X axis includes M pattern pairs LS (1,45),
LS (2,45)... LS (M, 45). Hereinafter, the same applies to the third pattern group whose pitch direction is oriented at 90 degrees to the X axis and the fourth pattern group whose pitch direction is oriented at 135 degrees to the X axis. These four pattern groups are arranged at N positions on the lower surface of the measurement mask.

【0026】図3は、各パターン対の構成的特徴につい
て説明する図である。図3において斜線で示す部分は遮
光部30であり、遮光部30はたとえば露光光に対する
遮光性を有するクロムなどの蒸着膜により形成されてい
る。図3に示すように、各パターン対には、図中鉛直方
向に沿って延びた矩形状の光透過部(ライン)31が図
中水平方向に沿ってピッチP1でJ1本(図3では6
本)だけ配列された第1パターンと、図中鉛直方向に沿
って延びた矩形状の光透過部32が図中水平方向に沿っ
てピッチP2でJ2本(図3では10本)だけ配列され
た第2パターンとが、各パターンのピッチ方向が互いに
平行になるように並列的に配置されている。
FIG. 3 is a diagram for explaining the structural features of each pattern pair. In FIG. 3, a shaded portion is a light-shielding portion 30, and the light-shielding portion 30 is formed of, for example, a deposited film of chrome or the like having a light-shielding property against exposure light. As shown in FIG. 3, each pattern pair includes J1 lines (6 in FIG. 3) of rectangular light transmitting portions (lines) 31 extending in the vertical direction in the figure at a pitch P1 along the horizontal direction in the figure.
1), and J2 (10 in FIG. 3) rectangular light transmitting portions 32 extending in the vertical direction in the figure at a pitch P2 along the horizontal direction in the figure. The second pattern is arranged in parallel so that the pitch directions of the patterns are parallel to each other.

【0027】2つのパターンのピッチP1およびP2
は、P1>P2およびP1≠kP2(kは自然数)の条
件を満たしている。さらに、2つのパターンの「ライン
本数×ピッチ」は等しい、すなわちP1×J1=P2×
J2という条件も満たしている。また、2つのパターン
はその位置関係が座標計測されており、各パターン間の
位置ズレは容易に知ることができる。なお、本実施例で
は各パターンにおいて、ピッチ方向に沿った各光透過部
(ライン)の幅と2つの光透過部の間に形成される各遮
光部(スペース)の幅とは等しくしている。換言する
と、各パターンのピッチは各光透過部(ライン)の幅の
2倍であり、そのデューティ比(ライン/ピッチ)は
0.5である。しかし、特にデューテイ比は0.5に限
る必要はない。
Pitches P1 and P2 of two patterns
Satisfies the conditions of P1> P2 and P1 ≠ kP2 (k is a natural number). Further, “the number of lines × the pitch” of the two patterns is equal, that is, P1 × J1 = P2 ×
The condition of J2 is also satisfied. The positional relationship between the two patterns is measured by coordinates, and the positional deviation between the patterns can be easily known. In this embodiment, in each pattern, the width of each light transmitting portion (line) along the pitch direction is equal to the width of each light shielding portion (space) formed between the two light transmitting portions. . In other words, the pitch of each pattern is twice the width of each light transmitting portion (line), and its duty ratio (line / pitch) is 0.5. However, the duty ratio need not be particularly limited to 0.5.

【0028】なお、信号の後処理のために、各パターン
群において、各パターン対のいずれか一方のパターンの
ピッチと等しいピッチを有するパターンを含むパターン
対が存在するように構成することが望ましい。すなわ
ち、たとえば3個のパターン対を含む各パターン群(M
=3)において第1パターン対LS(1,n) がピッチP1
およびP2を有する場合、第1例として第2パターン対
LS(2,n) がピッチP1およびP3を有し、第3パター
ン対LS(3,n) がピッチP1およびP4を有することが
望ましい。また、第2例として、第2パターン対LS
(2,n) がピッチP1およびP3を有し、第3パターン対
LS(3,n) がピッチP3およびP4を有することが望ま
しい。さらに、第3例として、第2パターン対LS(2,
n) がピッチP1およびP3を有し、第3パターン対L
S(3,n) がピッチP2およびP4を有することが望まし
い。M=3以外の場合でも同様である。
For signal post-processing, it is preferable that each pattern group includes a pattern pair including a pattern having a pitch equal to the pitch of any one of the pattern pairs. That is, for example, each pattern group (M
= 3), the first pattern pair LS (1, n) has a pitch P1
And P2, as a first example, it is desirable that the second pattern pair LS (2, n) has pitches P1 and P3 and the third pattern pair LS (3, n) has pitches P1 and P4. As a second example, the second pattern pair LS
Preferably, (2, n) has pitches P1 and P3, and third pattern pair LS (3, n) has pitches P3 and P4. Further, as a third example, the second pattern pair LS (2,
n) have pitches P1 and P3, and a third pattern pair L
Preferably, S (3, n) has pitches P2 and P4. The same applies to cases other than M = 3.

【0029】図4は、ステージ基板の上面に形成された
ナイフエッジパターンを示す図である。図4に示すよう
に、ステージ基板15の上面は全体的に遮光部(図中斜
線で示す)50で覆われ、この遮光部50の所定位置に
2つの正方形状の光透過部51および52が形成されて
いる。遮光部50は、たとえば露光光に対する遮光性を
有するクロムなどの蒸着膜により形成されている。
FIG. 4 is a diagram showing a knife edge pattern formed on the upper surface of the stage substrate. As shown in FIG. 4, the upper surface of the stage substrate 15 is entirely covered with a light-shielding portion (indicated by oblique lines) 50, and two square light-transmitting portions 51 and 52 are provided at predetermined positions of the light-shielding portion 50. Is formed. The light-shielding portion 50 is formed of, for example, a deposited film of chrome or the like having a light-shielding property with respect to exposure light.

【0030】正方形状の光透過部51の対向する2つの
辺51aおよび51bはX軸に対して90度の方向を向
くように配置され、他の対向する2つの辺51cおよび
51dはX軸に対して0度の方向を向くように配置され
ている。一方、正方形状の光透過部52の対向する2つ
の辺52aおよび52bはX軸に対して135度の方向
を向くように配置され、他の対向する2つの辺52cお
よび52dはX軸に対して45度の方向を向くように配
置されている。したがって、辺51aおよび51bを挟
む遮光部50および光透過部51の部分は、辺51aお
よび51bからなるナイフエッジ(エッジライン)の法
線がX軸に対して0度の方向を向いたナイフエッジパタ
ーンKE(0) を構成している。
The two opposing sides 51a and 51b of the square light transmitting portion 51 are arranged so as to face 90 degrees with respect to the X axis, and the other two opposing sides 51c and 51d are connected to the X axis. It is arranged so as to face a direction of 0 degree. On the other hand, two opposing sides 52a and 52b of the square light transmitting portion 52 are arranged so as to face a direction of 135 degrees with respect to the X axis, and the other two opposing sides 52c and 52d are positioned with respect to the X axis. Are arranged so as to face 45 degrees. Therefore, the portion of the light blocking portion 50 and the light transmitting portion 51 sandwiching the sides 51a and 51b is a knife edge in which the normal line of the knife edge (edge line) composed of the sides 51a and 51b is oriented at 0 degree with respect to the X axis. A pattern KE (0) is formed.

【0031】また、辺51cおよび51dを挟む遮光部
50および光透過部51の部分は、辺51cおよび51
dからなるナイフエッジの法線がX軸に対して90度の
方向を向いたナイフエッジパターンKE(90)を構成して
いる。さらに、辺52aおよび52bを挟む遮光部50
および光透過部52の部分は、辺52aおよび52bか
らなるナイフエッジの法線がX軸に対して45度の方向
を向いたナイフエッジパターンKE(45)を構成してい
る。また、辺52cおよび52dを挟む遮光部50およ
び光透過部52の部分は、辺52cおよび52dからな
るナイフエッジの法線がX軸に対して135度の方向を
向いたナイフエッジパターンKE(135) を構成してい
る。
The portions of the light shielding portion 50 and the light transmitting portion 51 sandwiching the sides 51c and 51d are connected to the sides 51c and 51d.
A knife edge pattern KE (90) in which the normal line of the knife edge made of d is oriented at 90 degrees to the X axis. Further, the light shielding unit 50 sandwiching the sides 52a and 52b
The light transmitting portion 52 forms a knife edge pattern KE (45) in which the normal line of the knife edge composed of the sides 52a and 52b is oriented at 45 degrees to the X axis. The light-shielding portion 50 and the light transmitting portion 52 sandwiching the sides 52c and 52d have a knife edge pattern KE (135) in which the normal line of the knife edge composed of the sides 52c and 52d is oriented at 135 degrees with respect to the X axis. ).

【0032】再び図1を参照すると、ステージ基板15
の図中下方には、投影光学系10を介して形成される計
測用パターンの空間一次像からの光を集光して計測用パ
ターンの空間二次像を形成するための集光光学系16が
設けられている。集光光学系16の図中下方には、集光
光学系16による空間二次像の形成面に位置決めされた
受光面を有する受光センサ18が設けられている。受光
センサ18の出力は、処理系43に供給される。なお、
集光光学系16は、収差が良好に補正された光学系であ
る必要はなく、空間一次像からの光を受光センサ18の
受光面上にほぼ集光する程度の光学系で十分である。ま
た、受光センサ18は、受光する光束に対して十分広い
面積を有し、受光面の感度ムラおよび受光光に対する角
度方向の感度ムラの少ないことが望ましい。なお、本実
施例では、集光光学系16の光路中に空間一次像からの
光を拡散するための拡散板17が配置されているので、
受光センサ18で受光する際の受光面の感度ムラの影響
を抑制することができる。
Referring again to FIG. 1, the stage substrate 15
In the lower part of the figure, a condensing optical system 16 for condensing light from the spatial primary image of the measurement pattern formed via the projection optical system 10 to form a spatial secondary image of the measurement pattern Is provided. A light receiving sensor 18 having a light receiving surface positioned on a surface on which a spatial secondary image is formed by the light collecting optical system 16 is provided below the light collecting optical system 16 in the drawing. The output of the light receiving sensor 18 is supplied to the processing system 43. In addition,
The condensing optical system 16 does not need to be an optical system in which the aberration is satisfactorily corrected, and an optical system enough to converge light from the spatial primary image on the light receiving surface of the light receiving sensor 18 is sufficient. Further, it is desirable that the light receiving sensor 18 has a sufficiently large area for the light beam to be received, and has little unevenness in sensitivity of the light receiving surface and sensitivity in the angular direction with respect to the received light. In this embodiment, since the diffusing plate 17 for diffusing the light from the spatial primary image is disposed in the optical path of the condensing optical system 16,
The effect of sensitivity unevenness on the light receiving surface when receiving light with the light receiving sensor 18 can be suppressed.

【0033】次に、本実施例において、投影光学系10
を介してその結像面に形成される計測用パターンの空間
像の強度分布(強度−位置)を検出し、検出した空間像
強度分布に基づいて投影光学系10の残存コマ収差量を
計測する動作について説明する。まず、図2に示す計測
用マスクをマスクステージ12上に載置して、図1に示
すように、計測用マスクのパターン面を投影光学系10
の物体面と一致するように設定する。そして、計測用マ
スクのパターンの空間像強度分布の検出に際して、投影
光学系10の下方にステージ基板15が位置するよう
に、駆動系45を介してウエハステージ14を移動させ
る。この状態において、ステージ基板15上には、投影
光学系10を介して計測用マスクのパターン空間像が形
成される。
Next, in this embodiment, the projection optical system 10
, The intensity distribution (intensity-position) of the aerial image of the measurement pattern formed on the imaging plane is detected, and the residual coma aberration of the projection optical system 10 is measured based on the detected aerial image intensity distribution. The operation will be described. First, the measurement mask shown in FIG. 2 is placed on the mask stage 12, and the pattern surface of the measurement mask is projected onto the projection optical system 10 as shown in FIG.
Is set to match the object plane of. Then, when detecting the spatial image intensity distribution of the pattern of the measurement mask, the wafer stage 14 is moved via the drive system 45 so that the stage substrate 15 is located below the projection optical system 10. In this state, a pattern space image of the measurement mask is formed on the stage substrate 15 via the projection optical system 10.

【0034】この状態で、駆動系45を介してウエハス
テージ14を所定方向に沿って移動させることによっ
て、計測用パターンのうちの所定のパターン群の空間像
に対してステージ基板15上の所定のナイフエッジパタ
ーンを走査しながら、ナイフエッジパターンを介した空
間像からの光を集光光学系16および拡散板17を介し
て受光センサ18で受光する。こうして、処理系43で
は、受光センサ18からの出力に基づいて、空間像に対
応した光量分布(光量−時間)が得られる。処理系43
では、得られた光量分布を時間で微分することによっ
て、空間像の時間に関する強度分布(強度−時間)を検
出する。
In this state, the wafer stage 14 is moved along a predetermined direction via the drive system 45, so that a predetermined pattern group on the stage substrate 15 with respect to the aerial image of a predetermined pattern group of the measurement patterns. While scanning the knife edge pattern, light from the aerial image via the knife edge pattern is received by the light receiving sensor 18 via the condensing optical system 16 and the diffusion plate 17. Thus, in the processing system 43, a light amount distribution (light amount-time) corresponding to the aerial image is obtained based on the output from the light receiving sensor 18. Processing system 43
Then, the time-dependent intensity distribution (intensity-time) of the aerial image is detected by differentiating the obtained light quantity distribution with time.

【0035】さらに、処理系43では、空間像の時間に
関する強度分布とウエハステージ用のレーザ干渉計から
の位置情報とに基づいて時間情報を位置情報に換算し、
空間像の位置に関する強度分布(強度−位置)すなわち
空間像強度分布を検出する。こうして得られる空間像強
度分布は、投影光学系10を介してその結像面に形成さ
れる空間像の実際の強度分布と良く一致している。本実
施例では、時分割で光量分布を取得して時間に関する強
度分布を得た後、干渉計の位置情報に基づいて位置に関
する強度分布を検出するものとしているが、別の手法で
あっても良い。例えば、ステージを駆動しながら干渉計
の位置情報を非常に短い時間間隔で継続的に取り込み、
所望のステージ位置に達したとき同時に受光素子から信
号電圧取り込みを行うことにより、直接位置に関する強
度分布を得ることができる。なお、本実施例では、ピッ
チの異なる2つのL/Sパターンをピッチ方向に並列的
に配置することによって各パターン対を構成しているの
で、各パターン対の空間像強度分布は第1パターンの空
間像強度分布と第2パターンの空間像強度分布との合成
強度分布となる。
Further, the processing system 43 converts the time information into position information based on the time-related intensity distribution of the aerial image and the position information from the laser interferometer for the wafer stage.
The intensity distribution (intensity-position) related to the position of the aerial image, that is, the aerial image intensity distribution is detected. The aerial image intensity distribution thus obtained is in good agreement with the actual intensity distribution of the aerial image formed on the imaging plane via the projection optical system 10. In the present embodiment, after obtaining the light intensity distribution by time division and obtaining the intensity distribution with respect to time, the intensity distribution with respect to the position is detected based on the position information of the interferometer. good. For example, while driving the stage, the position information of the interferometer is continuously captured at very short time intervals,
By simultaneously taking in the signal voltage from the light receiving element when the desired stage position is reached, it is possible to directly obtain the intensity distribution with respect to the position. In this embodiment, since each pattern pair is configured by arranging two L / S patterns having different pitches in parallel in the pitch direction, the aerial image intensity distribution of each pattern pair is the same as that of the first pattern. A composite intensity distribution of the aerial image intensity distribution and the aerial image intensity distribution of the second pattern is obtained.

【0036】図5は、図3に示すパターン対の合成空間
像強度分布を示す図である。図5に示すように、検出さ
れる合成空間像強度分布は、ピッチP1の第1パターン
の周期的な空間像強度分布とピッチP2の第2パターン
の周期的な空間像強度分布との合成からなるため、全体
的に周期的ではない。ここで、後述する処理系43の合
成空間像強度分布検出部43aにて検出される図5の合
成空間像強度分布に含まれるパターン対の情報並びにパ
ターン対の最適な各ピッチの組合せについて図6を参照
しながら説明する。
FIG. 5 is a diagram showing a composite spatial image intensity distribution of the pattern pair shown in FIG. As shown in FIG. 5, the detected combined aerial image intensity distribution is obtained by combining the periodic aerial image intensity distribution of the first pattern with the pitch P1 and the periodic aerial image intensity distribution of the second pattern with the pitch P2. Therefore, it is not entirely periodic. Here, the information of the pattern pairs included in the combined spatial image intensity distribution of FIG. 5 detected by the combined spatial image intensity distribution detection unit 43a of the processing system 43 to be described later and the optimal combination of each pitch of the pattern pairs are shown in FIG. This will be described with reference to FIG.

【0037】図6は、投影光学系が無収差であるとき
の、図3に示すパターン対の第1パターン空間像の空間
周波数分布および第2パターン空間像の空間周波数分布
を示す図である。図6において、縦軸は振幅を、横軸は
空間周波数(1/P3間隔)を示している。図6の実線
で示す第1パターン空間像の空間周波数分布と図6の点
線で示す第2パターン空間像の空間周渡数分布とを合成
した合成空間周波数分布を、逆フーリエ変換すると、図
5に示す合成空間像強度分布となる。換言すれば、図5
に示すパターン対の合成空間像強度分布をフーリエ変換
するとパターン対の合成空間像の空間周波数分布を得る
ことができる。
FIG. 6 is a diagram showing the spatial frequency distribution of the first pattern spatial image and the spatial frequency distribution of the second pattern spatial image of the pattern pair shown in FIG. 3 when the projection optical system has no aberration. In FIG. 6, the vertical axis represents amplitude, and the horizontal axis represents spatial frequency (1 / P3 interval). The inverse Fourier transform of the combined spatial frequency distribution obtained by combining the spatial frequency distribution of the first pattern spatial image shown by the solid line in FIG. 6 and the spatial frequency distribution of the second pattern spatial image shown by the dotted line in FIG. The composite aerial image intensity distribution shown in FIG. In other words, FIG.
By performing a Fourier transform on the composite spatial image intensity distribution of the pattern pair shown in (1), the spatial frequency distribution of the composite spatial image of the pattern pair can be obtained.

【0038】ここで、図6に示す空間周波数を示すため
のピッチP3は、図3に示すパターン対を構成する各パ
ターン(31,32)の「ライン本数×ピッチ」の値の
2倍で定義されるものである。したがって、図3に示す
パターン対を構成する各パターン(31,32)は、前
述のように、「ライン本数×ピッチ」が互いに等しくな
るように選択されているため、第1パターン31の像の
ピッチをp1とし、第2パターン32の像のピッチをp
2とし、第1パターン31の像の本数をj1とし、第2
パターン32の像の本数をj2とするとき、1/p1=
12/P3(=2×j1/P3)および1/p2=20
/P3(=2×j2/P3)の関係が成立する。なお、
第1パターン31の像のピッチp1と第1パターン31
のピッチP1との間、および第2パターン32の像のピ
ッチp2と第2パターン32のピッチP2との間には、
投影光学系10の結像倍率をβとすると、p1=β×P
1およびp2=β×P2の関係が成立している。
Here, the pitch P3 for indicating the spatial frequency shown in FIG. 6 is defined as twice the value of "the number of lines × pitch" of each pattern (31, 32) constituting the pattern pair shown in FIG. Is what is done. Therefore, since the patterns (31, 32) constituting the pattern pair shown in FIG. 3 are selected such that “the number of lines × pitch” is equal to each other as described above, the image of the first pattern 31 is formed. The pitch is p1, and the pitch of the image of the second pattern 32 is p.
2, the number of images of the first pattern 31 is j1, the second
When the number of images of the pattern 32 is j2, 1 / p1 =
12 / P3 (= 2 × j1 / P3) and 1 / p2 = 20
/ P3 (= 2 × j2 / P3) holds. In addition,
Pitch p1 of image of first pattern 31 and first pattern 31
, And between the pitch p2 of the image of the second pattern 32 and the pitch P2 of the second pattern 32,
Assuming that the imaging magnification of the projection optical system 10 is β, p1 = β × P
1 and p2 = β × P2.

【0039】図6において実線で示す空間周波数分布
は、第1パターン空間像の空間周波数分布であり、第1
パターン像のピッチp1から定まる空間周波数(1/p
1=12/P3)を1次成分とし、そのm倍(mは自然
数)で定められる空間周波数(m/p1=12m/P
3)に主極大または0点を有する。また、図6において
破線で示す空間周波数分布は、第2パターン空間像の空
間周波数分布であり、第2パターン像のピッチp2から
定まる空間周波数(1/p2=20/P3)を1次成分
とし、そのm倍(mは自然数)で定められる空間周波数
(m/p2=20m/P3)に主極大または0点を有す
る。したがって、計測用マスク上のパターン対を構成す
る各パターンは、「ライン本数×ピッチ」が互いに等し
くなるように構成されることによって、お互いのパター
ンによる影響を格段に小さくできることが図6から理解
できる。
The spatial frequency distribution indicated by the solid line in FIG. 6 is the spatial frequency distribution of the first pattern spatial image.
Spatial frequency (1 / p) determined from pattern image pitch p1
1 = 12 / P3) as a primary component, and a spatial frequency (m / p1 = 12 m / P) determined by m times (m is a natural number)
3) has a main maximum or zero point. The spatial frequency distribution indicated by the broken line in FIG. 6 is the spatial frequency distribution of the second pattern spatial image, and the spatial frequency (1 / p2 = 20 / P3) determined from the pitch p2 of the second pattern image is the primary component. , And a main maximum or zero point at a spatial frequency (m / p2 = 20 m / P3) determined by m times (m is a natural number). Therefore, it can be understood from FIG. 6 that the influence of each pattern can be remarkably reduced by configuring each pattern constituting the pattern pair on the measurement mask so that “the number of lines × the pitch” is equal to each other. .

【0040】ところで、本実施例では、計測用マスクの
N個の位置に4つのパターン群LS(m,0) 、LS(m,4
5)、LS(m,90)およびLS(m,135) がそれぞれ配置され
ている。したがって、各位置において、4つのパターン
群LS(m,0) 、LS(m,45)、LS(m,90)およびLS(m,1
35) の各空間像と、ナイフエッジパターンKE(0) 、K
E(45)、KE(90)およびKE(135) とを対応する方向に
それぞれ相対スキャンさせることになる。この相対スキ
ャンは、XY平面においてL/Sパターンのピッチ方向
に駆動系(不図示)を介してマスクステージ12を移動
させて(すなわち空間像を移動させて)行っても良い
し、あるいはXY平面においてナイフエッジパターンの
エッジラインの法線方向に駆動系45を介してウエハス
テージ14を移動させて(すなわちナイフエッジを移動
させて)行っても良い。
In this embodiment, four pattern groups LS (m, 0) and LS (m, 4) are set at N positions of the measurement mask.
5), LS (m, 90) and LS (m, 135) are arranged respectively. Therefore, at each position, four pattern groups LS (m, 0), LS (m, 45), LS (m, 90) and LS (m, 1
35) and the knife edge patterns KE (0), K
E (45), KE (90) and KE (135) are relatively scanned in the corresponding directions. This relative scanning may be performed by moving the mask stage 12 (ie, moving the aerial image) via a drive system (not shown) in the pitch direction of the L / S pattern on the XY plane, or may be performed on the XY plane. In the above, the wafer stage 14 may be moved via the drive system 45 in the normal direction of the edge line of the knife edge pattern (that is, the knife edge may be moved).

【0041】こうして、投影光学系10の結像面上の各
位置L(m,n)(ただし、m=1〜M、n=0、4
5、90、135)に形成される4つのパターン群(L
S(m,0) 、LS(m,45)、LS(m,90)、LS(m,135) )の
空間像の各々に対する合成空間像強度分布を得ることが
できる。なお、合成空間像強度分布は、4つのすべての
方向について計測することもできるし、各位置でのサジ
タル方向とメリディオナル方向との2方向について計測
することもできる。また、パターン群に対してナイフエ
ッジパターンが相対的に回転誤差をもつ場合には、マス
クステージを微小回転させてナイフエッジパターンに合
わせ込めばよい。
Thus, each position L (m, n) on the image plane of the projection optical system 10 (where m = 1 to M, n = 0, 4
5, 90, and 135) (L)
A composite aerial image intensity distribution can be obtained for each of the aerial images of S (m, 0), LS (m, 45), LS (m, 90), and LS (m, 135). Note that the composite aerial image intensity distribution can be measured in all four directions, or in two directions of the sagittal direction and the meridional direction at each position. If the knife edge pattern has a rotation error relative to the pattern group, the mask stage may be slightly rotated to match the knife edge pattern.

【0042】以上においては、図2および図3に示され
るように、複数のパターン対を持つ計測用マスク上の各
パターン群(LS(m,0) 、LS(m,45)、LS(m,90)、L
S(m,135) )を用いて、投影光学系10を介して得られ
る各パターン群の空間像を図4に示すナイフエッジパタ
ーンを走査させながら受光センサー18にて各パターン
群の合成空間像強度分布を光電検出する手法並びに各パ
ターン群中におけるパターン対を構成する2つのパター
ンの最適な講成について説明した。
In the above description, as shown in FIGS. 2 and 3, each pattern group (LS (m, 0), LS (m, 45), LS (m) on the measurement mask having a plurality of pattern pairs. , 90), L
S (m, 135)), the spatial image of each pattern group obtained through the projection optical system 10 is scanned by the knife edge pattern shown in FIG. The method of photoelectrically detecting the intensity distribution and the optimal training of two patterns forming a pattern pair in each pattern group have been described.

【0043】次に、以下において、受光センサー18か
らの出力に基づいて処理系43での動作について説明す
る。処理系43内の空間像強度分布検出部43aは、投
影光学系10の結像面内の各位置L(m,n)に形成さ
れた各パターン群の合成空間像を光電検出する受光セン
サー18からの出力(計測結果)に基づいて、デジタル
処理により微分・スムージング処理を行い、不要なノイ
ズ成分を除去した各合成空間像強度分布データを得る
(図5参照)。
Next, the operation of the processing system 43 based on the output from the light receiving sensor 18 will be described below. The aerial image intensity distribution detector 43a in the processing system 43 includes a light receiving sensor 18 that photoelectrically detects a combined aerial image of each pattern group formed at each position L (m, n) in the image plane of the projection optical system 10. Based on the output (measurement result), the differential and smoothing processing is performed by digital processing to obtain the combined spatial image intensity distribution data from which unnecessary noise components have been removed (see FIG. 5).

【0044】その次に、処理系43内のフーリエ係数導
出部43bは、まず、合成空間像強度分布検出部43a
から出力される各パターン群での多数の合成空間像強度
分布(図5参照)に関するデータに基づいて、各合成空
間像強度分布の中心位置をウエハステージ用レーザ干渉
計を介して電気的に検出する。一例として、フーリエ係
数導出部43bは、図5に示されるあるパターン対の合
成空間像強度分布の両端のピーク位置A、Bを電気的に
検出し、(A+B)/2の関係から得られる中点を電気
的に求め、各パターン対の合成空間像強度分布毎に各合
成空間像強度分布の中心位置Cを求める。そして、これ
らの中心位置Cは各パターン対の合成空間像強度分布の
基準位置とされる。
Next, the Fourier coefficient deriving unit 43b in the processing system 43 firstly outputs the combined spatial image intensity distribution detecting unit 43a
The center position of each combined aerial image intensity distribution is electrically detected via a wafer interferometer based on data on a number of combined aerial image intensity distributions (see FIG. 5) for each pattern group output from the I do. As an example, the Fourier coefficient deriving unit 43b electrically detects the peak positions A and B at both ends of the combined spatial image intensity distribution of a certain pattern pair shown in FIG. The points are electrically determined, and the center position C of each composite spatial image intensity distribution is determined for each composite spatial image intensity distribution of each pattern pair. Then, these center positions C are used as reference positions of the composite spatial image intensity distribution of each pattern pair.

【0045】同時に、フーリエ係数導出部43bにて得
られる各合成空間像強度分布の基準位置は、干渉計47
によって位置検出されるウエハステージ14の2次元的
な座標位置に関する位置情報に基づいて、ウエハステー
ジ14の2次元的な座標位置上での対応づけが行われ
る。ここで、説明を分かりやすくするために、図3に示
すパターン対(31、32)と図5に示す合成空間像強
度分布を代表させて、フーリエ係数導出部43bにおけ
るフーリエ係数の算出について説明する。今、図3に示
すパターン対での第1パターン31および第2パターン
32は、それぞれx方向に沿って周期的なピッチ(P
1、P2)を有しているものと仮定し、図5に示す合成
空間像強度分布の情報はウエハステージ14をx方向へ
移動させたことにより受光センサー18および合成空間
像強度分布検出部43aを介してフーリエ係数導出部4
3bに出力されたものであると仮定する。
At the same time, the reference position of each combined spatial image intensity distribution obtained by the Fourier coefficient deriving unit 43b is
Based on the positional information on the two-dimensional coordinate position of the wafer stage 14 detected by the above, the correspondence on the two-dimensional coordinate position of the wafer stage 14 is performed. Here, for easy understanding, the calculation of the Fourier coefficient in the Fourier coefficient deriving unit 43b will be described using the pattern pair (31, 32) shown in FIG. 3 and the composite spatial image intensity distribution shown in FIG. . Now, the first pattern 31 and the second pattern 32 in the pattern pair shown in FIG. 3 each have a periodic pitch (P
1, P2), the information on the combined aerial image intensity distribution shown in FIG. 5 is obtained by moving the wafer stage 14 in the x-direction and receiving the light receiving sensor 18 and the combined aerial image intensity distribution detector 43a. Via the Fourier coefficient deriving unit 4
3b.

【0046】図5に示す合成空間像強度分布を位置xの
関数としてi(x)とし、ウエハステージ14の座標位
置における図5に示す合成空間像強度分布の中心位置
(基準位置)Cを原点とする。すると、以下に示すよう
に、図3に示す第1パターン31においては、第1パタ
ーン31の像のピッチp1を基準とする空間周波数(1
/p1)を持つサイン関数およびコサイン関数で表現で
きる2つのフーリエ係数(a1、a2)を得ることがで
きる。また、以下に示すように、図3に示す第2パター
ン32においては、第2パターン32の像のピッチp2
を基準とする空間周波数(1/p2)に関する2つのフ
ーリエ係数(b1、b2)を得ることができる。
The composite spatial image intensity distribution shown in FIG. 5 is defined as i (x) as a function of the position x, and the center position (reference position) C of the composite spatial image intensity distribution at the coordinate position of the wafer stage 14 shown in FIG. And Then, as shown below, in the first pattern 31 shown in FIG. 3, the spatial frequency (1
/ P1) and two Fourier coefficients (a1, a2) that can be expressed by a sine function and a cosine function. Further, as shown below, in the second pattern 32 shown in FIG.
, Two Fourier coefficients (b1, b2) for the spatial frequency (1 / p2) can be obtained.

【0047】[0047]

【数1】 (Equation 1)

【0048】したがって、フーリエ係数導出部43b
は、以上にて述べたフーリエ係数導出手法によって各パ
ターン群における各パターン対毎の4つのフーリエ係数
を算出する。さて、次に、フーリエ係数導出部43bか
ら出力される各パターン群における各パターン対毎の4
つのフーリエ係数の情報に関するデータに基づいて、位
置ずれ検出部43cは、それぞれ原点からの位相ずれ成
分に対応するパターンのピッチを掛け合わせることによ
り、投影光学系10の結像面での位置ずれを算出する。
すなわち、位置ずれ検出部43cは、各パターン対の合
成空間像強度分布の中心位置(基準位置)としての原点
位置がらの各パターン対中の各パターンのピッチを基本
空間周波数とする位置ずれ量(Δ1、Δ2)をそれぞれ
算出し、各パターン対中の各パターンのピッチに関する
基本空間周波数成分間の相対位置ずれ量(投影光学系1
0の結像面での各パターン対間の相対位置ずれ量)Δを
求める。
Therefore, the Fourier coefficient deriving unit 43b
Calculates four Fourier coefficients for each pattern pair in each pattern group by the above-described Fourier coefficient deriving method. By the way, next, for each pattern pair in each pattern group output from the Fourier coefficient deriving unit 43b, 4
Based on the data on the information of the four Fourier coefficients, the position shift detecting unit 43c multiplies the pitch of the pattern corresponding to the phase shift component from the origin by multiplying the position shift on the image plane of the projection optical system 10. calculate.
In other words, the displacement detection unit 43c calculates the displacement amount using the pitch of each pattern in each pattern pair from the origin position as the center position (reference position) of the combined spatial image intensity distribution of each pattern pair as the basic spatial frequency. Δ1 and Δ2) are calculated, and the relative positional deviation between the basic spatial frequency components with respect to the pitch of each pattern in each pattern pair (projection optical system 1
The relative positional deviation amount Δ between each pair of patterns on the 0 imaging plane is determined.

【0049】例えば、前述した4つのフーリエ係数(a
1、a2、b1、b2)を例として挙げると、合成空間
像強度分布の中心位置(基準位置)としての原点位置か
らの第1パターン31の像の空間周波数(1/p1)の
位置のずれ量Δ1および合成空間像強度分布の中心位置
(基準位置)としての原点位置からの第2パターン32
の像の空間周波数(1/p1)の位置のずれ量Δ2は、
角度の単位をラジアンとして以下のようになる。 Δ1=(p1/2π)・tan -1(b1/a1) Δ2=(p2/2π)・tan -1(b2/a2)
For example, the above-described four Fourier coefficients (a
1, a2, b1, b2) as an example, a deviation of the position of the spatial frequency (1 / p1) of the image of the first pattern 31 from the origin position as the center position (reference position) of the combined spatial image intensity distribution Amount Δ1 and second pattern 32 from the origin position as the center position (reference position) of the combined spatial image intensity distribution
The shift amount Δ2 of the position of the spatial frequency (1 / p1) of the image of
The unit of the angle is radian as follows. Δ1 = (p1 / 2π) · tan −1 (b1 / a1) Δ2 = (p2 / π) · tan −1 (b2 / a2)

【0050】また、計測マスク上に形成される各パター
ン対における第1パターン31と第2パターン32との
相対的な位置関係に関する情報Δ0は予め処理系43の
内部の記憶部(位置ずれ検出部43c内部の記憶部)に
記憶されている。その理由としては、計測マスクの製造
誤差等の要因により、第1パターン31の位置(第1パ
ターンの中心位置)と第2パターン32の位置(第2パ
ターンの中心位置)との相対的な位置関係がずれる可能
性が大きい。このため、不図示の座標測定装置等のパタ
ーン位置計測装置を用いて、計測マスク上に形成される
各パターン対における第1パターン31と第2パターン
32との設計値に対する相対的な位置ずれ量を予め計測
し、その計測値は処理系43の内部の記憶部に記憶され
る。
The information Δ0 relating to the relative positional relationship between the first pattern 31 and the second pattern 32 in each pattern pair formed on the measurement mask is stored in advance in a storage unit (position shift detection unit) inside the processing system 43. 43c). The reason is that the relative position between the position of the first pattern 31 (the center position of the first pattern) and the position of the second pattern 32 (the center position of the second pattern) is due to factors such as a manufacturing error of the measurement mask. The relationship is likely to be shifted. For this reason, using a pattern position measuring device such as a coordinate measuring device (not shown), a relative positional shift amount of each pair of patterns formed on the measurement mask with respect to the design value of the first pattern 31 and the second pattern 32. Is measured in advance, and the measured value is stored in a storage unit inside the processing system 43.

【0051】なお、計測マスク上に形成される各パター
ン対における第1パターン31と第2パターン32との
相対的なズレ量をδ0とし、投影光学系10の結像倍率
をβとするとき、投影光学系10によって形成される第
1パターン31の像と第2パターン32の像との相対的
なズレ量Δ0は、Δ0=β×δ0の関係で表現できる。
以上のことから、最終的に、各パターン対の内の一方の
第1パターンによる空間周波数成分(1/P1)から得
られる空間像の位置ずれΔ1と、他方の第2のパターン
による空間周波数成分(1/P2)から得られる空間像
の位置ずれ△2との相対的位置ずれ量Δ12は、以下の
関係式で示すように、計測マスク上に形成される各パタ
ーン対における第1パターン31と第2パターン32と
の相対的な位置誤差Δ0でオフセットすることにより、
精度良く検出される。 Δ12=Δ1−Δ2−Δ0
When the relative displacement between the first pattern 31 and the second pattern 32 in each pattern pair formed on the measurement mask is δ0 and the imaging magnification of the projection optical system 10 is β, The relative shift amount Δ0 between the image of the first pattern 31 and the image of the second pattern 32 formed by the projection optical system 10 can be expressed by the relationship Δ0 = β × δ0.
From the above, finally, the positional shift Δ1 of the aerial image obtained from the spatial frequency component (1 / P1) of one of the first patterns in each pattern pair and the spatial frequency component of the other second pattern The relative positional deviation amount Δ12 from the positional deviation △ 2 of the aerial image obtained from (1 / P2) is, as shown by the following relational expression, between the first pattern 31 in each pattern pair formed on the measurement mask. By offsetting by a relative position error Δ0 with respect to the second pattern 32,
It is detected with high accuracy. Δ12 = Δ1-Δ2-Δ0

【0052】ところで、本実施例では各パターン対の2
つのパターンのピッチとライン本数とが前述の2つの条
件を満たすように構成されている。この場合には、図6
の空間周波数分布が示すように、空間周波数1/p1
(=12/P3)における振幅(フーリエ係数)は、ほ
ぼ第1パターン像に起因する成分だけになっており、第
2パターン像に起因する成分は非常に少なく、空間周波
数1/p2(=20/P3)における振幅(フーリエ係
数)は、ほぼ第2パターン像に起因する成分だけになっ
ており、第1パターン像に起因する成分は非常に少な
い。これは、投影光学系に収差が発生している場合でも
同様である。
By the way, in this embodiment, 2 of each pattern pair is used.
The pitch and the number of lines of one pattern satisfy the above two conditions. In this case, FIG.
As shown by the spatial frequency distribution of 1 / p1
The amplitude (Fourier coefficient) at (= 12 / P3) is substantially only the component caused by the first pattern image, the component caused by the second pattern image is very small, and the spatial frequency is 1 / p2 (= 20). The amplitude (Fourier coefficient) in (/ P3) is substantially only the component resulting from the second pattern image, and the component resulting from the first pattern image is very small. This is the same even when an aberration occurs in the projection optical system.

【0053】よって、2つのパターン像を同時に計測し
て合成空間像強度分布を得たにもかかわらず、空間周波
数1/P1成分の位置ズレは第1パターン像の空間周波
数1/p1成分の位置ズレとなり、空問周波数1/P2
成分の位置ズレは第2パターン像の空間周波数1/p2
成分の位置ズレとなる。このように、互いに影響される
ことが無いため、第1パターン像の空間周波数1/p1
成分と第2パターン像の空間周波数1/p2成分との間
の結像面での相対位置ズレ(以下、「ピッチ間の位置ズ
レ」とする)を高精度に検出することができる。また、
本実施例においては2つのパターン対を同時に計測する
ため、それぞれ独立に計測したときに比ベ、干渉計の揺
らぎの影響による計測精度劣化を排除できる。
Thus, despite the simultaneous measurement of two pattern images to obtain a composite spatial image intensity distribution, the positional deviation of the spatial frequency 1 / P1 component is the same as the spatial frequency 1 / p1 component of the first pattern image. Misalignment, air frequency 1 / P2
The component displacement is the spatial frequency 1 / p2 of the second pattern image.
This results in misalignment of components. Thus, since they are not influenced by each other, the spatial frequency 1 / p1 of the first pattern image
A relative position shift (hereinafter, referred to as a “position shift between pitches”) on the imaging plane between the component and the spatial frequency 1 / p2 component of the second pattern image can be detected with high accuracy. Also,
In the present embodiment, since two pattern pairs are measured simultaneously, it is possible to eliminate the deterioration of measurement accuracy due to the influence of fluctuation of the interferometer when measured independently.

【0054】次いで、処理系43内のコマ収差検出部4
3dにおいて、相対位置ずれ検出部43cで得られた各
パターン対の2つのピッチ間の相対位置ずれを統合し
て、多数のピッチ間の相対位置ずれ関係を求めることが
できる。本実施例のように、各パターン群において各パ
ターン対のいずれか一方のパターンのピッチと等しいピ
ッチを有するパターンを含むように構成することによ
り、ある1つのピッチを基準として図7に示すような各
ピッチ間の相対ずれ関係が得られるので都合が良い。こ
こで、相対位置ずれ関係について説明する。例えば、3
個のパターン対を含むパターン群(M=3)において、
第1パターン対LS(1,n)がピッチP1およびP2
を有し、第2パターン対LS(2,n)がピッチP1お
よびP3を有し、第3パターン対LS(3,n)がピッ
チP1およびP4を有している場合、前述した通り、結
像面における各相対ずれ量Δ(例えば、Δ12、Δ1
3、Δ14)を求めることができる。
Next, the coma aberration detector 4 in the processing system 43
In 3d, the relative positional deviation between the two pitches of each pattern pair obtained by the relative positional deviation detecting unit 43c can be integrated to determine the relative positional deviation relationship between a large number of pitches. As in the present embodiment, by configuring each pattern group to include a pattern having a pitch equal to the pitch of any one of the pattern pairs, as shown in FIG. This is convenient because a relative displacement relationship between the pitches can be obtained. Here, the relative positional deviation relationship will be described. For example, 3
In a pattern group including M pattern pairs (M = 3),
The first pattern pair LS (1, n) has pitches P1 and P2
When the second pattern pair LS (2, n) has the pitches P1 and P3 and the third pattern pair LS (3, n) has the pitches P1 and P4, as described above, Each relative shift amount Δ (for example, Δ12, Δ1
3, Δ14) can be obtained.

【0055】ここで、例えば、第1乃至第3パターン対
の一部を構成するピッチP1を持つパターンが投影光学
系10の結像面に形成される時のパターン像のピッチp
1を0.8μmとし、第1パターン対の一部を構成する
ピッチP2を持つパターンが投影光学系10の結像面に
形成される時のパターン像のピッチp2を1.2μmと
し、第2パターン対の一部を構成するピッチP3を持つ
パターンが投影光学系10の結像面に形成される時のパ
ターン像のピッチp3を2μmとし、第3パターン対の
一部を構成するピッチP4を持つパターンが投影光学系
10の結像面に形成される時のパターン像のピッチp4
を3μmとする。そして、横軸をピッチとし縦軸を相対
ずれ量とし、グラフの基準となるピッチとして例えばp
1をとり、その相対位置ずれ量を零とする。その後、ピ
ッチp1を基準とした各ピッチ毎の相対位置ずれ量を求
めれば、図7(b)に示すように、複数ピッチに対する
相対位置ずれ関係が得られる。
Here, for example, the pitch p of the pattern image when a pattern having a pitch P1 that forms a part of the first to third pattern pairs is formed on the image plane of the projection optical system 10.
1 is 0.8 μm, the pattern image pitch p2 is 1.2 μm when a pattern having a pitch P2 forming a part of the first pattern pair is formed on the imaging surface of the projection optical system 10, and the second When a pattern having a pitch P3 forming a part of the pattern pair is formed on the imaging surface of the projection optical system 10, the pitch p3 of the pattern image is set to 2 μm, and the pitch P4 forming a part of the third pattern pair is set to The pitch p4 of the pattern image when the held pattern is formed on the image plane of the projection optical system 10.
Is set to 3 μm. Then, the horizontal axis is the pitch, the vertical axis is the relative displacement amount, and the reference pitch of the graph is, for example, p
1 is taken, and the relative displacement is set to zero. Thereafter, if the relative displacement amount for each pitch is determined based on the pitch p1, a relative displacement relationship for a plurality of pitches can be obtained as shown in FIG. 7B.

【0056】なお、各パターン対のピッチの組合せが変
わり、第2パターン対LS(2,n)がピッチP1およ
びP3を有し、第3パターン対LS(3,n)がピッチ
P3およびP4を有している場合や、第2パターン対L
S(2,n)がピッチP1およびP3を有し、第3パタ
ーン対LS(3,n)がピッチP2およびP4を有して
いる場合等でも、前記構成を満たしていれば良い。以上
の方法でより多くのピッチ間の相対位置ずれ関係を求
め、グラフ表示した例が図7(a)であり、図7(a)
ではコマ収差が残存している例を示している。また、図
7(a)では全体の傾向を表すために、計測点間を滑ら
かな線で結んで表示している。ここで、図7(a)に示
す縦軸の絶対位置は重要ではなく、計測した最小ピッチ
の値を零としておく。したがって、コマ収差検出部43
dは、相対位置ずれ検出部43cからの各パターン群で
の各パターン対毎の位置ずれ情報に基づいて、図7
(a)に示される関係を求める。
It should be noted that the combination of pitches of each pattern pair changes, the second pattern pair LS (2, n) has pitches P1 and P3, and the third pattern pair LS (3, n) has pitches P3 and P4. Or the second pattern pair L
Even when S (2, n) has pitches P1 and P3 and third pattern pair LS (3, n) has pitches P2 and P4, the above configuration may be satisfied. FIG. 7A shows an example in which the relative positional deviation relationship between more pitches is obtained by the above method and displayed in a graph.
Shows an example in which coma remains. In FIG. 7A, the measurement points are connected by a smooth line to represent the overall tendency. Here, the absolute position of the vertical axis shown in FIG. 7A is not important, and the measured minimum pitch value is set to zero. Therefore, the coma aberration detector 43
d is based on positional deviation information for each pattern pair in each pattern group from the relative positional deviation detecting unit 43c, as shown in FIG.
The relationship shown in FIG.

【0057】次に、コマ収差検出部43dは、図7
(a)に示される関係から最小位置ずれ関係の最小ピッ
チの値(ここでは零)を基準とし、各ピッチ成分での相
対位置ずれ量の平均値と分散値を求め、さらに平均値か
ら最小ピッチの値(ここでは零)を引いたときの符号を
求める。このとき、この求められた分散値および符号
は、投影光学系10を介してその結像面において発生す
るコマ収差の大きさおよびその符号との間に相関関係を
有する。したがって、コマ収差検出部43dは、所定の
適切な関数(1次関数等)を用いて、求めた分散値およ
び符号から投影光学系10の残存コマ収差量を算出す
る。このように、投影光学系10の結像面上の各位置L
(m,n)(m=1〜M,n=0,45,90,13
5)に形成されるパターン対の像での計測を繰り返すこ
とにより、投影光学系10の残存コマ収差量を計測する
ことができる。また、最小ピッチは投影光学系で解像で
きる最小ピッチに近い方が望ましい。
Next, the coma aberration detecting section 43 d
From the relationship shown in (a), the average value and the variance of the relative positional deviation amount in each pitch component are obtained based on the value of the minimum pitch (here, zero) of the minimum positional deviation relationship, and the minimum pitch is calculated from the average value. The sign when subtracting the value of (here, zero) is obtained. At this time, the obtained variance value and sign have a correlation between the magnitude of the coma aberration generated on the image plane through the projection optical system 10 and the sign thereof. Therefore, the coma aberration detecting unit 43d calculates the residual coma aberration amount of the projection optical system 10 from the obtained dispersion value and sign using a predetermined appropriate function (such as a linear function). Thus, each position L on the image plane of the projection optical system 10 is
(M, n) (m = 1 to M, n = 0, 45, 90, 13
By repeating the measurement on the image of the pattern pair formed in 5), the amount of residual coma aberration of the projection optical system 10 can be measured. It is desirable that the minimum pitch is closer to the minimum pitch that can be resolved by the projection optical system.

【0058】なお、以上においては、処理系43では図
2に示した4つのパターン群を用いることで投影光学系
10に残存する1つのコマ収差量を計測することについ
て説明したが、実際の計測用マスクには、図2に示した
4つのパターン群がぞれぞれ異なる位置にN個形成され
ている。したがって、計測マスク上の異なる位置に形成
された4つのパターン群をそれぞれ用いて、処理系43
は以上にて述べた処埋をN回行い、N個のコマ収差量を
検出する。
In the above description, the processing system 43 measures the amount of one coma aberration remaining in the projection optical system 10 by using the four pattern groups shown in FIG. In the mask for use, N groups of the four patterns shown in FIG. 2 are formed at different positions. Therefore, the processing system 43 uses the four pattern groups formed at different positions on the measurement mask, respectively.
Performs the above-described processing N times and detects N coma aberration amounts.

【0059】一般的に、たとえば投影光学系のような被
検光学系のコマ収差の状態は、物体面上の1点から出た
光線が像面上に到達する際に発生する横収差量が開口数
(NA)の2乗に比例して大きくなるような分布を有す
る低次成分(ザイデルの5収差で定義されるコマ収差と
同様の収差形状であり3次コマ収差とも言う)と、この
低次成分に加算され横収差分布にうねりを生じさせる高
次成分とに区分される。低次成分および高次成分は、設
計値においても若干は残存しているが、各成分の量は必
要十分に小さく補正されていることが多い。
In general, for example, the state of coma of a test optical system such as a projection optical system is determined by the amount of lateral aberration generated when a light beam emitted from one point on the object plane reaches the image plane. A low-order component having a distribution that increases in proportion to the square of the numerical aperture (NA) (an aberration shape similar to the coma aberration defined by Seidel's five aberrations and also referred to as a third-order coma aberration), It is divided into a higher-order component that is added to the lower-order component and causes undulation in the lateral aberration distribution. The low-order component and the high-order component slightly remain in the design values, but the amounts of the components are often corrected to be small enough.

【0060】一方、被検光学系である投影光学系の製造
時および実使用時においては、一般的に以下のような収
差発生要因があると考えられる。低次コマ収差は、レン
ズ製造時にはレンズ曲率半径誤差、レンズ間隔誤差、レ
ンズ(またはレンズ群)偏心誤差、屈折率誤差により発
生する成分であり、実使用時には設置温度変化や大気圧
変動(環境の屈折率変化)等の微少変化時に発生する成
分である。一方、高次コマ収差は、製造時にはレンズ表
面の凹凸などのような曲率半径誤差以外の成分や屈折率
のレンズ内不均一分布誤差により発生する成分であり、
実使用時には温度分布のレンズ内不均一等により発生す
る成分であると言われている。また、製造時の誤差成分
は静的なものであり製造以後には変動はしないが、実使
用時の誤差成分は動的なものであり性能の変動要因にな
り得るものである。ただし動的な変動要因としては、コ
マ収差変動は一般的に小さく、倍率変動の方が圧倒的に
大きく問題になることが多い。
On the other hand, during the production and actual use of the projection optical system as the test optical system, it is generally considered that there are the following factors that cause aberration. The low-order coma is a component generated by a lens curvature radius error, a lens interval error, a lens (or lens group) eccentricity error, and a refractive index error at the time of manufacturing a lens. This is a component that occurs when a minute change such as a change in the refractive index occurs. On the other hand, high-order coma aberration is a component other than a radius of curvature error such as unevenness of a lens surface or a component caused by a non-uniform distribution error of a refractive index in a lens during manufacturing.
At the time of actual use, it is said to be a component generated due to unevenness in temperature distribution in the lens. The error component at the time of manufacture is static and does not fluctuate after manufacture, but the error component at the time of actual use is dynamic and can be a factor of performance fluctuation. However, coma aberration variation is generally small as a dynamic variation factor, and magnification variation is often overwhelmingly a problem.

【0061】本実施例によるコマ収差計測はコマ収差と
相関関係のある測定値(分散値および符号)を求めるも
のであるが、求める測定値と低次コマ収差の変化とは非
常に良い相関関係を示し、特に微少発生領域では相関関
係を一次関数で良好に近似することができる。但し、こ
の相関関係は、照明系の照明条件(照明NAや変形照
明)によって変化するという性質を持っている。
The coma aberration measurement according to the present embodiment is for obtaining a measured value (dispersion value and sign) having a correlation with the coma aberration, and the measured value and the change of the low-order coma aberration have a very good correlation. In particular, the correlation can be satisfactorily approximated by a linear function in a very small generation region. However, this correlation has the property that it changes depending on the illumination conditions (illumination NA and modified illumination) of the illumination system.

【0062】なお、被検光学系である投影光学系10に
おいて低次コマ収差成分しか発生していない場合には、
照明条件の変化により前記相関関係自体は変化するが、
投影光学系10の収差調整機構等により低次コマ収差成
分をほぼ0に補正することができれば、コマ収差自体が
ほぼ0となるため照明条件の違いに関わりなく前記分散
値はほぼ0になる。換言すると、ある照明条件におい
て、投影光学系10のコマ収差をほぼ0に調整すること
ができれば、他の照明条件においても同様に投影光学系
10のコマ収差はほぼ0になり得る。つまり、前記相関
関係の定数項は照明条件の違いに関わらず0であり、一
次係数(傾き)のみ異なると考えられる。また、このよ
うな低次コマ収差調整機構は、投影光学系10を構成す
る光学部品の間隔調整や偏心・ティルト調整、レンズ内
部圧力の部分変更等により容易に実現される。
When only a low-order coma aberration component is generated in the projection optical system 10 as the test optical system,
The correlation itself changes due to a change in lighting conditions,
If the low-order coma aberration component can be corrected to approximately 0 by the aberration adjusting mechanism or the like of the projection optical system 10, the coma aberration itself becomes approximately 0, so that the dispersion value becomes approximately 0 regardless of a difference in illumination conditions. In other words, if the coma aberration of the projection optical system 10 can be adjusted to approximately 0 under a certain illumination condition, the coma aberration of the projection optical system 10 can also be approximately 0 under other illumination conditions. That is, it is considered that the constant term of the correlation is 0 irrespective of the difference in the illumination condition, and only the primary coefficient (slope) is different. In addition, such a low-order coma aberration adjustment mechanism can be easily realized by adjusting the intervals of optical components constituting the projection optical system 10, adjusting the eccentricity / tilt, partially changing the pressure inside the lens, and the like.

【0063】一方、投影光学系10において高次コマ収
差成分が残存している場合には、ある照明条件で前記分
散値がほぼ0になるように調整しても、他の照明条件に
おいては前記分散値は0にならない。これは、高次コマ
収差成分が残存している場合には前記相関関係の定数項
が0でなく、照明条件に依存して変化することを意味し
ている。各照明条件毎に前記相関関係の定数項を求める
ことができれば、求めた定数項が残存高次コマ収差量の
指標となり得る。例えば、使用する照明条件毎に前記一
次係数を予め求めておけば、各照明条件毎に前記分散値
および符号を計測することにより前記定数項を算出する
ことができる。一次係数を求める方法としては、低次コ
マ収差のみ発生させた場合の光学シミュレーションで求
める方法でも良いし、前記低次コマ収差調整機構にて確
実に低次コマ収差を一定量だけ変化させ、その時の前記
分散値変化を測定し一次係数を求める方法でも良い。本
実施例では、コマ収差検出部43dにおいて、高次コマ
収差の検出を行う。
On the other hand, when the high-order coma aberration component remains in the projection optical system 10, even if the dispersion value is adjusted so as to be substantially zero under a certain illumination condition, the above-mentioned dispersion value may be obtained under another illumination condition. The variance does not become zero. This means that when the high-order coma aberration component remains, the constant term of the correlation is not 0 and changes depending on the illumination condition. If the constant term of the correlation can be obtained for each illumination condition, the obtained constant term can be an index of the remaining higher-order coma aberration amount. For example, if the primary coefficient is obtained in advance for each lighting condition to be used, the constant term can be calculated by measuring the variance and the sign for each lighting condition. As a method of obtaining the first-order coefficient, a method of obtaining it by an optical simulation when only low-order coma is generated may be used, or the low-order coma may be surely changed by a certain amount by the low-order coma adjustment mechanism. May be measured by measuring the variation in the variance value to obtain a first order coefficient. In the present embodiment, the higher-order coma is detected by the coma aberration detector 43d.

【0064】本実施例において、コマ収差検出部43d
で高次コマ収差が検出された場合の調整法として、投影
光学系10内の複数の光学部品間隔を変化させる方法
や、投影光学系10の少なくとも1つのレンズ面または
平面板等を補正研磨する方法などが考えられる。また、
投影光学系10のような被検光学系のNAを変化させて
も、照明条件の変更と同様に相関関係の変化が見られる
が、照明条件の変更と同様に扱うことができる。
In this embodiment, the coma aberration detecting section 43d
As a method of adjusting when high-order coma is detected by the method described above, a method of changing the interval between a plurality of optical components in the projection optical system 10 and correction polishing of at least one lens surface or a flat plate of the projection optical system 10 are performed. A method can be considered. Also,
Even when the NA of the test optical system such as the projection optical system 10 is changed, a change in the correlation is observed similarly to the change in the illumination condition, but it can be handled in the same manner as the change in the illumination condition.

【0065】なお、上記記述ではコマ収差と相関のある
測定値として、平均値からの分散値と最小ピッチと平均
値の間の符号を用いているが、他の方法であっても構わ
ない。例えば、図7に示す各ピッチに対する相対位置関
係を線形近似または多項式近似をして、各係数を利用し
ても構わない。例えば、最小二乗直線近似した場合に
は、その傾きおよび符号がコマ収差の量および符号と相
関がありコマ収差量を計測することができる。また、よ
り簡易的な方法として前記分散値の代わりに1つのパタ
ーン対で求められた位置ズレ量を使用することも可能で
ある。ただし、この場合はコマ収差の変化に対して十分
に分解能があり効果的なパターン対を設定する必要があ
る。
In the above description, the variance from the average value and the sign between the minimum pitch and the average value are used as the measurement values correlated with the coma aberration, but other methods may be used. For example, the coefficients may be used by performing linear approximation or polynomial approximation on the relative positional relationship with respect to each pitch shown in FIG. For example, when the least-squares straight-line approximation is performed, the inclination and the sign have a correlation with the amount and the sign of the coma aberration, and the amount of the coma aberration can be measured. Further, as a simpler method, it is also possible to use the positional deviation amount obtained for one pattern pair instead of the variance value. However, in this case, it is necessary to set an effective pattern pair having a sufficient resolution with respect to a change in coma aberration.

【0066】さて、処理系43内のコマ収差検出部43
dにより得られた結果が良好でない場合、すなわち投影
光学系10の結像面でのコマ収差が悪化している場合に
は、処理系43内に設けられた補正量算出部43eは、
コマ収差検出部43dにより得られた結果に基づいて、
投影光学系10のコマ収差を補正するために、投影光学
系10を構成するレンズ素子等の光学素子(L1 、L
2 )の補正量を算出する。そして、この補正量算出部4
3eは、算出した結果に基づき、駆動系46を介して投
影光学系10中の光学素子(L1 、L2 )を投影光学系
10の光軸方向へ移動させたり、光学素子(L1 、L
2 )を投影光学系10の光軸と直交する面内に移動させ
たり、光学素子(L1 、L2 )を投影光学系10の光軸
に対して傾斜するように移動させたりして、投影光学系
10のコマ収差を補正する。
Now, the coma aberration detector 43 in the processing system 43
When the result obtained by d is not good, that is, when the coma aberration on the imaging surface of the projection optical system 10 is deteriorated, the correction amount calculation unit 43e provided in the processing system 43
Based on the result obtained by the coma aberration detection unit 43d,
In order to correct coma aberration of the projection optical system 10, optical elements (L 1 , L
2 ) Calculate the correction amount. Then, the correction amount calculating section 4
3e, based on the calculated result, moves the optical elements (L 1 , L 2 ) in the projection optical system 10 in the optical axis direction of the projection optical system 10 via the drive system 46, or moves the optical elements (L 1 , L
2) or is moved in the optical axis perpendicular to the plane of the projection optical system 10, and or move to tilt the optical element (L 1, L 2) with respect to the optical axis of the projection optical system 10, The coma of the projection optical system 10 is corrected.

【0067】以上のように、投影光学系10の結像面に
おけるコマ収差特性(あるいは結像特性)が補正される
工程が完了すると、次に、露光の工程(フォトリソグラ
フィ工程)に移行する。まず、露光工程では、投影光学
系10の物体面に設定されている計測用マスクを実際の
露光用マスク9に交換し、マスクステージ12を介して
露光用マスク9を投影光学系10の物体面に設定する。
そして、感光性基板としてのウエハ11がウエハステー
ジ14を介して投影光学系10の結像面に設定される
と、照明光学系(1〜8)によって露光用マスク9が照
明される。そして、露光用マスク9のパターンが投影光
学系10を介してウエハ11上に転写(露光)される。
As described above, when the step of correcting the coma aberration characteristic (or the image forming characteristic) on the image forming surface of the projection optical system 10 is completed, the process proceeds to the exposure step (photolithography step). First, in the exposure step, the measurement mask set on the object plane of the projection optical system 10 is replaced with an actual exposure mask 9, and the exposure mask 9 is connected via the mask stage 12 to the object plane of the projection optical system 10. Set to.
Then, when the wafer 11 serving as a photosensitive substrate is set on the image forming plane of the projection optical system 10 via the wafer stage 14, the exposure mask 9 is illuminated by the illumination optical system (1 to 8). Then, the pattern of the exposure mask 9 is transferred (exposed) onto the wafer 11 via the projection optical system 10.

【0068】なお、以上の露光の工程(フォトリソグラ
フィ工程)を経たウエハ11は、現像する工程を経てか
ら現像したレジスト以外の部分を除去するエッチングの
工程、エッチングの工程後の不要なレジストを除去する
レジスト除去の工程等を経る。そして、露光、エッチン
グ、レジスト除去の工程を繰り返して、ウエハプロセス
が終了する。その後、ウエハプロセスが終了すると、実
際の組立工程にて、焼き付けられた回路毎にウエハを切
断してチップ化するダイシング、各チップに配線等を付
与するボンディイング、各チップ毎にパッケージングす
るパッケージング等の各工程を経て、最終的にLSI等
の半導体デバイスが製造される。
The wafer 11 that has undergone the above-described exposure step (photolithography step) is subjected to an etching step of removing portions other than the developed resist after a development step, and to removing unnecessary resist after the etching step. Through a step of removing the resist. Then, the steps of exposure, etching, and resist removal are repeated to complete the wafer process. After that, when the wafer process is completed, in the actual assembling process, dicing is performed to cut and divide the wafer into chips for each baked circuit, bonding for providing wiring and the like to each chip, and package for packaging each chip Finally, a semiconductor device such as an LSI is manufactured through the respective steps such as ringing.

【0069】以上の説明では、露光装置を用いたウエハ
プロセスでのフォトリソグラフィ工程によりLSI等の
半導体デバイスを製造する例を示したが、露光装置を用
いたフォトリソグラフィ工程によって、液晶表示素子、
薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)等の半導体デバ
イスも製造することができる。このように、本実施例で
は、投影露光装置にコマ収差測定装置を搭載しているの
で、パターンの焼き付け、現像、SEM測定、計算処理
などの作業を実際に行うことなく簡素な機構により、被
検光学系である投影光学系の残存コマ収差量を精度良く
計測することができる。すなわち、投影光学系のNA
や、照明光学系のNAや、照明条件(通常照明、輪帯照
明、変形照明など)を変更し、投影光学系の結像に重要
な影響が及んだとしても、投影光学系の残存コマ収差量
を容易に随時計測することができる。その結果、計測し
た残存コマ収差量に基づいて投影光学系の収差調整を行
い、収差状態の良好な投影光学系を介して良好な半導体
デバイスを製造することができる。
In the above description, an example in which a semiconductor device such as an LSI is manufactured by a photolithography process in a wafer process using an exposure apparatus has been described.
Semiconductor devices such as thin-film magnetic heads and imaging devices (CCD, etc.) can also be manufactured. As described above, in this embodiment, since the coma aberration measuring apparatus is mounted on the projection exposure apparatus, the pattern exposure, development, SEM measurement, calculation processing, etc. are performed by a simple mechanism without actually performing operations. It is possible to accurately measure the residual coma aberration amount of the projection optical system serving as the inspection optical system. That is, the NA of the projection optical system
Also, even if the NA of the illumination optical system and the illumination conditions (normal illumination, annular illumination, deformed illumination, etc.) are changed and the imaging of the projection optical system is significantly affected, the remaining frames of the projection optical system The amount of aberration can be easily measured at any time. As a result, the aberration of the projection optical system is adjusted based on the measured residual coma aberration amount, and a good semiconductor device can be manufactured via the projection optical system having a good aberration state.

【0070】なお、上述の実施例では、ウエハステージ
14に受光センサ18を内蔵し、ウエハステージ14の
内部で受光するタイプのコマ収差測定装置に本発明を適
用しているが、ライトガイドなどを用いてウエハステー
ジ14の外部で受光するタイプのコマ収差測定装置に本
発明を適用することもできる。図8は、ウエハステージ
の外部で受光する第1タイプのコマ収差測定装置を備え
た投影露光装置の構成を概略的に示す図である。図8の
変形例では、投影光学系10の結像面に形成された空間
像からの光がステージ基板15のナイフエッジパターン
を介して集光光学系81に入射する。集光光学系81を
介した光は、ミラー82で反射された後、たとえば光フ
ァイバーのようなライトガイド83の入射端に入射す
る。ライトガイド83の内部を伝搬した光は、その射出
端まで導かれ、射出端に近接して配置された受光センサ
84に達する。受光センサ84の出力は、図示を省略し
た処理系43へ供給される。こうして、第1タイプのコ
マ収差測定装置においても上述の実施例と同様に、投影
光学系10の残存コマ収差量が計測される。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a coma aberration measuring device of a type in which the light receiving sensor 18 is built in the wafer stage 14 and receives light inside the wafer stage 14. The present invention can also be applied to a coma aberration measuring device of a type that receives light outside the wafer stage 14 using the same. FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a projection exposure apparatus provided with a first type of coma aberration measuring device that receives light outside the wafer stage. In the modification of FIG. 8, light from the aerial image formed on the imaging surface of the projection optical system 10 enters the light-collecting optical system 81 via the knife edge pattern of the stage substrate 15. The light having passed through the condensing optical system 81 is reflected by a mirror 82 and then enters an incident end of a light guide 83 such as an optical fiber. The light that has propagated inside the light guide 83 is guided to the emission end thereof, and reaches a light receiving sensor 84 arranged close to the emission end. The output of the light receiving sensor 84 is supplied to a processing system 43 (not shown). In this way, also in the first type of coma aberration measuring device, the residual coma aberration amount of the projection optical system 10 is measured as in the above-described embodiment.

【0071】図9は、ウエハステージの外部で受光する
第2タイプのコマ収差測定装置を備えた投影露光装置の
構成を概略的に示す図である。図9の変形例では、投影
光学系10の結像面に形成された空間像からの光がステ
ージ基板15のナイフエッジパターンを介して集光光学
系91に入射する。集光光学系91およびその内部に配
置された拡散板92を介した光は、たとえば光ファイバ
ーのようなライトガイド93の入射端に入射する。ライ
トガイド93の射出端から射出された光は、たとえば一
対のレンズからなるリレー光学系の一方のレンズ94お
よびウエハステージ14に形成された開口部を介してウ
エハステージ14の外部へ導き出される。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of a projection exposure apparatus provided with a second type of coma aberration measuring device for receiving light outside the wafer stage. In the modification of FIG. 9, light from the aerial image formed on the image plane of the projection optical system 10 is incident on the condensing optical system 91 via the knife edge pattern of the stage substrate 15. The light passing through the condensing optical system 91 and the diffusion plate 92 disposed therein enters the incident end of a light guide 93 such as an optical fiber. The light emitted from the light emitting end of the light guide 93 is guided to the outside of the wafer stage 14 through, for example, one lens 94 of a relay optical system including a pair of lenses and an opening formed in the wafer stage 14.

【0072】ウエハステージ14の外部へ導き出された
光は、リレー光学系の一方のレンズ95を介して受光セ
ンサ96に達する。ここで、ライトガイド93の射出端
と受光センサ96の受光面とは、リレー光学系(94、
95)を介して共役に配置されている。受光センサ96
の出力は、図示を省略したコマ収差測定装置の処理系4
3へ供給される。こうして、第2タイプのコマ収差測定
装置においても上述の実施例と同様に、投影光学系10
の残存コマ収差量が計測される。
The light guided to the outside of the wafer stage 14 reaches the light receiving sensor 96 via one lens 95 of the relay optical system. Here, the exit end of the light guide 93 and the light receiving surface of the light receiving sensor 96 are connected to a relay optical system (94,
95). Light receiving sensor 96
Is output from the processing system 4 of the coma aberration measuring device (not shown).
3. Thus, in the second type of coma aberration measuring apparatus, similarly to the above-described embodiment, the projection optical system 10
Is measured.

【0073】また、第2タイプのコマ収差測定装置を備
えた投影露光装置では、ウエハステージ14の外部に配
置されたレンズ95および受光センサ96からなるユニ
ットと、ウエハステージ14の内部に配置された集光レ
ンズ91、ライトガイド93およびレンズ94からなる
ユニットとが機械的に分離され、コマ収差の計測に際し
てのみ光学的に接続されるように構成されている。した
がって、第2タイプでは、第1タイプとは異なり、ライ
ドガイドがウエハステージの負荷を及ぼすことがなく、
且つライトガイドの使用により送光自由度が高いという
利点を有する。
In the projection exposure apparatus having the second type of coma aberration measuring device, a unit including a lens 95 and a light receiving sensor 96 disposed outside the wafer stage 14 and a unit disposed inside the wafer stage 14 are provided. The unit including the condenser lens 91, the light guide 93, and the lens 94 is mechanically separated from each other, and is optically connected only when measuring coma aberration. Therefore, in the second type, unlike the first type, the ride guide does not exert a load on the wafer stage, and
In addition, the use of the light guide has an advantage that the degree of freedom of light transmission is high.

【0074】上述の実施例および変形例では、投影露光
装置に本発明のコマ収差測定装置を搭載しているが、他
の一般系な被検光学系の残存コマ収差量を計測するため
のコマ収差測定装置に本発明を適用することもできる。
また、上述の実施例では、計測用パターンとして2つの
パターンからなるパターン対を用いているが、並列的に
配置された3つ以上のパターンからなるパターン群を用
いることもできる。さらに、上述の実施例では、計測方
向と直交する方向に沿ったエッジラインを有するナイフ
エッジパターンを用いているが、計測方向と実質的な角
度で交差する方向に沿ったエッジラインを有するナイフ
エッジパターンを用いることもできる。
In the above-described embodiments and modifications, the coma aberration measuring apparatus of the present invention is mounted on the projection exposure apparatus. However, the coma aberration measuring apparatus for measuring the residual coma aberration amount of another general optical system to be inspected is used. The present invention can also be applied to an aberration measurement device.
Further, in the above-described embodiment, a pattern pair including two patterns is used as the measurement pattern. However, a pattern group including three or more patterns arranged in parallel may be used. Furthermore, in the above embodiment, the knife edge pattern having the edge line along the direction orthogonal to the measurement direction is used, but the knife edge having the edge line along the direction intersecting at a substantial angle with the measurement direction. Patterns can also be used.

【0075】[0075]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のコマ収差
測定装置によれば、簡素な機構により被検光学系の残存
コマ収差量を精度良く計測することができる。特に、本
発明のコマ収差測定装置を投影露光装置に搭載した場
合、パターンの焼き付け、現像、SEM測定、計算処理
などの作業を実際に行うことなく投影光学系の残存コマ
収差量を精度良く計測することができる。すなわち、投
影光学系のNAや、照明光学系のNAや、照明条件(通
常照明、輪帯照明、変形照明など)を変更し、投影光学
系の結像に重要な影響が及んだとしても、投影光学系の
残存コマ収差量を容易に随時計測することができる。そ
の結果、計測した残存コマ収差量に基づいて投影光学系
の収差調整を行い、収差状態の良好な投影光学系を介し
て良好な半導体デバイスを製造することができる。
As described above, according to the coma aberration measuring apparatus of the present invention, the amount of residual coma aberration of the test optical system can be accurately measured by a simple mechanism. In particular, when the coma aberration measuring apparatus of the present invention is mounted on a projection exposure apparatus, the residual coma aberration amount of the projection optical system can be accurately measured without actually performing operations such as pattern printing, development, SEM measurement, and calculation processing. can do. That is, even if the NA of the projection optical system, the NA of the illumination optical system, and the illumination conditions (normal illumination, annular illumination, deformed illumination, and the like) are changed, even if the imaging of the projection optical system is significantly affected, In addition, the residual coma amount of the projection optical system can be easily measured at any time. As a result, the aberration of the projection optical system is adjusted based on the measured residual coma aberration amount, and a good semiconductor device can be manufactured via the projection optical system having a good aberration state.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例にかかるコマ収差測定装置を備
えた投影露光装置の構成を概略的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a projection exposure apparatus including a coma aberration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】投影光学系の残存コマ収差量の計測に際して用
いられる計測用マスクに形成された収差計測用パターン
を模式的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an aberration measurement pattern formed on a measurement mask used for measuring a residual coma aberration amount of a projection optical system.

【図3】各パターン対の構成的特徴について説明する図
である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the structural features of each pattern pair.

【図4】図1のステージ基板の上面に形成されたナイフ
エッジパターンを示す図である。
FIG. 4 is a view showing a knife edge pattern formed on an upper surface of the stage substrate of FIG. 1;

【図5】図3に示すパターン対の合成空間像強度分布を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a composite aerial image intensity distribution of the pattern pair shown in FIG. 3;

【図6】投影光学系が無収差であるときの、図3に示す
パターン対の第1パターン空間像の空間周波数分布およ
び第2パターン空間像の空間周波数分布を示す図であ
る。
6 is a diagram showing a spatial frequency distribution of a first pattern spatial image and a spatial frequency distribution of a second pattern spatial image of the pattern pair shown in FIG. 3 when the projection optical system has no aberration.

【図7】パターン空間像の各ピッチに対する位置ズレの
関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between positional shifts with respect to each pitch of a pattern space image.

【図8】ウエハステージの外部で受光する第1タイプの
コマ収差測定装置を備えた投影露光装置の構成を概略的
に示す図である。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a projection exposure apparatus provided with a first type of coma aberration measuring device that receives light outside a wafer stage.

【図9】ウエハステージの外部で受光する第2タイプの
コマ収差測定装置を備えた投影露光装置の構成を概略的
に示す図である。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of a projection exposure apparatus provided with a second type of coma aberration measuring device that receives light outside a wafer stage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 楕円反射鏡 3 第2焦点位置 4 インプットレンズ 5 フライアイインテグレータ 6 開口絞り 7 コンデンサーレンズ 8 折り曲げミラー 9 マスク 10 投影光学系 11 ウエハ 12 マスクステージ 13 ウエハホルダ 14 ウエハステージ 15 ステージ基板 16 集光光学系 17 拡散板 18 受光センサ 40 照射部 41 焦点検出部 43 処理系 45、46 駆動系 Reference Signs List 1 light source 2 elliptical reflecting mirror 3 second focal point position 4 input lens 5 fly-eye integrator 6 aperture stop 7 condenser lens 8 bending mirror 9 mask 10 projection optical system 11 wafer 12 mask stage 13 wafer holder 14 wafer stage 15 stage substrate 16 focusing optics System 17 Diffusion plate 18 Light receiving sensor 40 Irradiation unit 41 Focus detection unit 43 Processing system 45, 46 Drive system

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検光学系の残存コマ収差量を計測する
ためのコマ収差測定装置において、 前記被検光学系の結像面に位置決めされ、計測方向と交
差する方向に沿ったエッジラインを有するナイフエッジ
パターンが形成された計測部材と、 前記計測方向に沿って並列的に配置された複数のパター
ンを有するパターン群が形成された基準部材が前記被検
光学系の物体面に設定されることにより、前記被検光学
系の結像面に形成される前記パターン群の空間像からの
光を前記ナイフエッジパターンを介して検出するための
光電検出手段と、 前記被検光学系の結像面に形成される前記パターン群の
空間像と前記ナイフエッジパターンとを前記計測方向に
沿って相対移動させるための相対移動手段と、 前記相対移動手段により前記パターン群の空間像と前記
ナイフエッジパターンとを相対移動させたときの前記光
電検出手段からの光量変化情報に基づいて、前記パター
ン群の空間像の強度分布として、前記パターン群を形成
する各パターンの空間像の強度分布の合成からなる合成
空間像強度分布を検出するための強度分布検出手段と、 前記強度分布検出手段において得られた合成空間像強度
分布に基づいて前記被検光学系の残存コマ収差量を検出
するための処理系とを備えていることを特徴とするコマ
収差測定装置。
1. A coma aberration measuring device for measuring an amount of residual coma aberration of an optical system to be inspected, wherein an edge line positioned on an image forming plane of the optical system to be inspected and extending along a direction intersecting a measurement direction is defined. A measurement member on which a knife edge pattern is formed and a reference member on which a pattern group having a plurality of patterns arranged in parallel along the measurement direction are set on the object surface of the optical system to be measured. A photoelectric detection unit for detecting light from the spatial image of the pattern group formed on the imaging surface of the optical system to be detected through the knife edge pattern; Relative moving means for relatively moving the spatial image of the pattern group formed on the surface and the knife edge pattern along the measurement direction; and the space of the pattern group by the relative moving means. And the knife edge pattern, the intensity distribution of the spatial image of each pattern forming the pattern group as an intensity distribution of the spatial image of the pattern group based on the light amount change information from the photoelectric detection means when the pattern is relatively moved. An intensity distribution detecting means for detecting a combined spatial image intensity distribution composed of distributions, and a residual coma aberration amount of the test optical system is detected based on the combined spatial image intensity distribution obtained by the intensity distribution detecting means. A coma aberration measuring device, comprising:
【請求項2】 前記パターン群は、第1のピッチP1を
有するラインアンドスペースパターンからなる第1パタ
ーンと、前記第1のピッチP1よりも大きく且つ前記第
1のピッチP1の整数倍のピッチとは実質的に異なる第
2のピッチP2を有するラインアンドスペースパターン
からなる第2パターンとを有し、 前記第1パターンのピッチP1とライン本数との積は、
前記第2パターンのピッチP2とライン本数との積とほ
ぼ等しいことを特徴とする請求項1に記載のコマ収差測
定装置。
2. The pattern group includes a first pattern including a line-and-space pattern having a first pitch P1, and a pitch larger than the first pitch P1 and an integral multiple of the first pitch P1. Has a second pattern consisting of a line-and-space pattern having a substantially different second pitch P2, and the product of the pitch P1 of the first pattern and the number of lines is
2. The coma aberration measuring apparatus according to claim 1, wherein a product of the pitch P2 of the second pattern and the number of lines is substantially equal.
【請求項3】 前記処理系は、前記強度分布検出手段に
おいて得られた合成空間像強度分布を信号処理すること
により、前記パターン群を形成する少なくとも2つのパ
ターンの各々に関して、前記結像面に形成されるパター
ン像のピッチを基準とする所定の空間周波数に対するフ
ーリエ係数をそれぞれ求め、求めた各フーリエ係数に基
づいて前記少なくとも2つのパターンに関する前記空間
周波数成分間での前記結像面上の相対位置ずれを算出
し、算出した前記相対位置ずれに基づいて被検光学系の
残存コマ収差量を検出することを特徴とする請求項1ま
たは2に記載のコマ収差測定装置。
3. The processing system performs signal processing on the combined aerial image intensity distribution obtained by the intensity distribution detecting means, so that each of at least two patterns forming the pattern group is applied to the image plane. Fourier coefficients with respect to a predetermined spatial frequency based on the pitch of the pattern image to be formed are respectively obtained, and a relative position on the image plane between the spatial frequency components for the at least two patterns based on the obtained Fourier coefficients. The coma aberration measuring apparatus according to claim 1, wherein a position shift is calculated, and a residual coma aberration amount of the test optical system is detected based on the calculated relative position shift.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
コマ収差測定装置と、マスクを照明するための照明光学
系と、前記マスクに形成された転写用パターンの像を感
光性基板上に投影するための投影光学系とを備え、 前記コマ収差測定装置は、前記被検光学系としての前記
投影光学系の残存コマ収差量を計測することを特徴とす
る投影露光装置。
4. A coma aberration measuring apparatus according to claim 1, an illumination optical system for illuminating a mask, and a photosensitive substrate for transferring an image of a transfer pattern formed on the mask. A projection optical system for projecting the projection optical system onto the projection optical system, wherein the coma aberration measuring device measures a residual coma aberration amount of the projection optical system as the test optical system.
【請求項5】 前記相対移動手段は、前記感光性基板を
保持し且つ前記投影光学系に対して移動可能な基板ステ
ージを有し、 前記コマ収差測定装置の前記計測部材は、前記基板ステ
ージ上において前記感光位基板の露光面に対応する位置
に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の投
影露光装置。
5. The relative movement means includes a substrate stage which holds the photosensitive substrate and is movable with respect to the projection optical system, wherein the measuring member of the coma aberration measuring device is provided on the substrate stage. The projection exposure apparatus according to claim 4, wherein the projection exposure apparatus is provided at a position corresponding to an exposure surface of the photosensitive substrate.
【請求項6】 前記処理系からの出力に基づいて前記投
影光学系に残存するコマ収差を補正するための補正系が
さらに配置されていることを特徴とする請求項4または
5に記載の投影露光装置。
6. The projection system according to claim 4, further comprising a correction system for correcting coma aberration remaining in the projection optical system based on an output from the processing system. Exposure equipment.
【請求項7】 請求項4乃至6のいずれか1項に記載の
投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造する方法に
おいて、 前記投影光学系の物体面に前記計測用パターンが形成さ
れた前記基準部材を設定し、前記コマ収差測定装置によ
って前記投影光学系に残存するコマ収差を計測する計測
工程と、 前記投影光学系に残存するコマ収差を補正する補正工程
と、 前記投影光学系の物体面に転写用パターンが形成された
転写用マスクを設定し、該転写用マスクを前記照明光学
系により照明する露光用照明工程と、 前記投影光学系を介して前記転写用マスクのパターンを
前記感光性基板に露光する露光工程とを含むことを特徴
とする半導体デバイスの製造方法。
7. A method for manufacturing a semiconductor device using the projection exposure apparatus according to claim 4, wherein the reference having the measurement pattern formed on an object surface of the projection optical system. Setting a member, measuring the coma remaining in the projection optical system by the coma aberration measuring device, correcting the coma remaining in the projection optical system, and the object plane of the projection optical system An exposure illumination step of illuminating the transfer mask with the illumination optical system, and setting the pattern of the transfer mask to the photosensitive mask through the projection optical system. An exposing step of exposing a substrate to light.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6323945B1 (en) * 1998-12-15 2001-11-27 Nec Corporation Coma aberration automatic measuring mark and measuring method
WO2002061505A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-08 Nikon Corporation Mask, optical characteristic measuring method, exposure apparatus adjusting method and exposure method, and device manufacturing method
WO2004059710A1 (en) * 2002-12-24 2004-07-15 Nikon Corporation Aberration measuring method, exposure method and exposure system
JP2009246165A (en) * 2008-03-31 2009-10-22 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Exposure device

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