JP2006245145A - Optical characteristic measuring method and apparatus, and exposure method and apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】 投影光学系の偶関数収差を短時間に求める。
【解決手段】 所定の計測用パターンの像を投影光学系PLを介して投影する際に、可変開口絞りASを用いて0次光L(0)、1次回折光L(+1),L(−1)以外の回折光を遮光する。投影像をスリット122を介して受光して、先ず横方向で光量のピーク位置を求めた後、そのピーク位置にスリット122を位置決めしてから、スリット122をZ方向に走査して光量の変化を計測する。Z方向で光量がピークとなる位置から投影光学系PLの所定の偶関数収差を求める。
【選択図】 図3PROBLEM TO BE SOLVED To obtain an even function aberration of a projection optical system in a short time.
When projecting an image of a predetermined measurement pattern via a projection optical system PL, a 0th-order light L (0), 1st-order diffracted light L (+1), L (−) using a variable aperture stop AS. The diffracted light other than 1) is shielded. The projection image is received through the slit 122, and first the peak position of the light quantity is obtained in the lateral direction. Then, after positioning the slit 122 at the peak position, the slit 122 is scanned in the Z direction to detect the change in the light quantity. measure. A predetermined even function aberration of the projection optical system PL is obtained from the position where the light quantity reaches a peak in the Z direction.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、被検光学系の光学特性を計測するための光学特性計測技術、及びこの光学特性計測技術を用いる露光技術に関し、例えば半導体素子及び液晶表示素子等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクのパターンを基板上に転写するために使用される投影露光装置の投影光学系の光学特性を計測する際に使用して好適なものである。 The present invention relates to an optical characteristic measurement technique for measuring an optical characteristic of a test optical system, and an exposure technique using the optical characteristic measurement technique, for example, a lithography process for manufacturing a device such as a semiconductor element and a liquid crystal display element. Among them, it is suitable for use in measuring optical characteristics of a projection optical system of a projection exposure apparatus used for transferring a mask pattern onto a substrate.
従来より、半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクとしてのレチクル(又はフォトマスク等)のパターンを、投影光学系を介して基板としての感光材料が塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)上に転写する一括露光型の投影露光装置(ステッパー等)、及び走査露光型の投影露光装置(スキャニングステッパー等)が使用されている。半導体素子等の集積度及び微細度が益々向上するのに応じて、投影露光装置の投影光学系に要求される諸収差等の結像特性の精度も高くなってきている。 Conventionally, in a lithography process for manufacturing a semiconductor element or the like, a reticle (or photomask or the like) pattern as a mask is coated with a wafer (or glass plate) coated with a photosensitive material as a substrate via a projection optical system. Etc.) A batch exposure type projection exposure apparatus (stepper or the like) and a scanning exposure type projection exposure apparatus (scanning stepper or the like) to be transferred thereon are used. As the integration degree and fineness of semiconductor elements and the like are further improved, the accuracy of imaging characteristics such as various aberrations required for the projection optical system of the projection exposure apparatus is also increasing.
また、露光を継続することによって投影光学系に蓄積される露光光の熱エネルギー、並びに投影光学系の周囲の気圧及び温度等の環境条件の変化によって、投影光学系の結像特性は次第に変動する。そこで、投影露光装置には、投影光学系を構成する一部のレンズエレメントの姿勢を制御したり、又は所定のレンズエレメント間の空間(レンズ室)内の気圧を制御したりすることによって、歪曲収差や球面収差等の所定の結像特性を所定の状態に制御できる結像特性制御機構が備えられている。この結像特性制御機構を用いて投影光学系の結像特性を制御するためには、投影光学系が投影露光装置に搭載された状態(オンボディ)で、その結像特性を高精度に計測する必要がある。更に、例えば、投影露光装置の組立調整時又はメンテナンス時等にも、オンボディで投影光学系の結像特性を高精度に計測する必要がある。 In addition, the imaging characteristics of the projection optical system gradually vary due to changes in environmental conditions such as the thermal energy of the exposure light accumulated in the projection optical system and the atmospheric pressure and temperature around the projection optical system by continuing the exposure. . Therefore, in the projection exposure apparatus, the distortion is controlled by controlling the posture of some lens elements constituting the projection optical system or by controlling the atmospheric pressure in a space (lens chamber) between predetermined lens elements. An imaging characteristic control mechanism that can control predetermined imaging characteristics such as aberration and spherical aberration to a predetermined state is provided. In order to control the imaging characteristics of the projection optical system using this imaging characteristics control mechanism, the imaging characteristics are measured with high accuracy while the projection optical system is mounted on the projection exposure apparatus (on-body). There is a need to. Further, for example, it is necessary to measure the imaging characteristics of the projection optical system with high accuracy on-body during assembly adjustment or maintenance of the projection exposure apparatus.
従来の結像特性の計測方法としては、所定のパターンが形成されたテストレチクルを用いて、ウエハをパターンの投影像で露光し、そのウエハを現像することによって得られるレジスト像を計測した結果に基づいて結像特性を算出する方法(以下、「焼き付け法」と呼ぶ)が、主に用いられていた。しかしながら、この焼き付け法は計測に長い時間を要する。 As a conventional method for measuring imaging characteristics, a test reticle on which a predetermined pattern is formed is used to expose a wafer with a projected image of the pattern and measure the resist image obtained by developing the wafer. A method of calculating image formation characteristics based on this (hereinafter referred to as “baking method”) has been mainly used. However, this baking method requires a long time for measurement.
そこで、実際にウエハを露光することなく、露光光に照明されたテストレチクルの計測マークの空間像を投影光学系を介して投影し、その空間像(投影像)を計測し、この計測結果に基づいてその投影光学系の結像特性を算出する方法(以下、「空間像計測法」と呼ぶ)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、この空間像計測法の別の例として、複数の回折格子を照明し、投影光学系を介して得られる各回折格子の像強度を、投影光学系の複数のフォーカス位置にて計測し、その結果に基づいてその投影光学系の波面収差を求める方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。
上記の如く、空間像計測法を用いてオンボディで投影光学系の収差を計測する場合、従来は例えば1つ又は複数のフォーカス位置でそれぞれスリットを投影光学系の光軸に垂直な方向に走査して、計測用マークの空間像の光強度分布を計測し、この計測結果をフーリエ解析する必要があった。そのため、計測に時間がかかるという問題があった。
一般に、投影光学系の射出瞳(又は瞳面)上の波面収差を示す収差関数をW(ρ,θ)とすると、収差関数W(ρ,θ)は極座標形式で表されており、ρは投影光学系の射出瞳(又は瞳面)の半径方向の規格化された位置(動径)であり、θは角度である。その収差関数W(ρ,θ)は、その動径ρと角度θとが分離した形で表される完全直交系の多項式、例えば次式で示されるツェルニケ多項式(Zernike's Polynomial)を用いて級数展開することが可能である。
As described above, when measuring the aberration of the projection optical system on-body using the aerial image measurement method, conventionally, for example, the slit is scanned in a direction perpendicular to the optical axis of the projection optical system at one or a plurality of focus positions. Therefore, it is necessary to measure the light intensity distribution of the aerial image of the measurement mark and to perform Fourier analysis on the measurement result. Therefore, there is a problem that it takes time for measurement.
In general, when an aberration function indicating wavefront aberration on the exit pupil (or pupil plane) of the projection optical system is W (ρ, θ), the aberration function W (ρ, θ) is expressed in a polar coordinate format, and ρ is It is a normalized position (radial radius) in the radial direction of the exit pupil (or pupil plane) of the projection optical system, and θ is an angle. The aberration function W (ρ, θ) is series-expanded by using a completely orthogonal system polynomial in which the radial ρ and the angle θ are separated, for example, Zernike's Polynomial represented by the following equation: Is possible.
ここで、Zi は、投影光学系の諸収差のうちで、i次のツェルニケ多項式fi(ρ,θ)によって表される収差の大きさを表す係数である。なお、以下では説明の便宜上、係数Zi(iは1以上の整数)をi次のツェルニケ多項式によって表される収差(又は収差量)ともみなす。このとき、動径関数が奇関数となるツェルニケ多項式で表される収差を奇関数収差と呼び、動径関数が偶関数となるツェルニケ多項式で表される収差を偶関数収差と呼ぶ。 Here, Z i is a coefficient representing the magnitude of the aberration represented by the i-th order Zernike polynomial fi (ρ, θ) among the various aberrations of the projection optical system. Hereinafter, for convenience of explanation, the coefficient Z i (i is an integer of 1 or more) is also regarded as an aberration (or aberration amount) represented by an i-th order Zernike polynomial. At this time, an aberration expressed by a Zernike polynomial in which the radial function becomes an odd function is called an odd function aberration, and an aberration expressed by a Zernike polynomial in which the radial function becomes an even function is called an even function aberration.
一般的に、物体面上のパターンの空間像を像面上に投影する投影光学系において、その投影光学系に奇関数収差が存在する場合には、そのパターンからの各次数の回折光の結像位置はそれぞれ横シフトする。また、その投影光学系に偶関数収差が存在する場合、その各次数の回折光の結像位置は、投影光学系の光軸方向にそれぞれずれる。言い換えると、例えば計測用パターンの像を投影光学系を介して結像すると、その投影光学系の奇関数収差(横収差)によってその像が横方向にシフトして、その投影光学系の偶関数収差(縦収差)によってその像のコントラストが低下する。 In general, in a projection optical system that projects an aerial image of a pattern on the object plane onto the image plane, if there is an odd function aberration in the projection optical system, the diffracted light of each order from the pattern is combined. Each image position is shifted laterally. Further, when there is even function aberration in the projection optical system, the imaging positions of the diffracted lights of the respective orders are shifted in the optical axis direction of the projection optical system. In other words, for example, when an image of a measurement pattern is formed via a projection optical system, the image is shifted in the horizontal direction due to an odd function aberration (lateral aberration) of the projection optical system, and the even function of the projection optical system Aberration (longitudinal aberration) reduces the contrast of the image.
このように偶関数収差はコントラストの低下であるため、偶関数収差を従来の空間像計測法を用いて計測する場合には、例えば多くのフォーカス位置でスリットを投影光学系の光軸に垂直な方向に走査する動作を繰り返す必要があり、特に計測時間が長くなるという問題があった。
本発明は、斯かる点に鑑み、被検光学系の収差等の光学特性を空間像計測法で短時間に計測できる光学特性計測技術を提供することを第1の目的とする。
Thus, even function aberration is a reduction in contrast. Therefore, when measuring even function aberration using a conventional aerial image measurement method, for example, at many focus positions, the slit is perpendicular to the optical axis of the projection optical system. It is necessary to repeat the scanning operation in the direction, and there is a problem that the measurement time is particularly long.
In view of such a point, the present invention has a first object to provide an optical characteristic measurement technique capable of measuring optical characteristics such as aberration of a test optical system in a short time by an aerial image measurement method.
また、本発明は、被検光学系の偶関数収差を空間像計測法で短時間に計測できる光学特性計測技術を提供することを第2の目的とする。
また、本発明は、投影光学系が投影露光装置(露光装置)に搭載された状態で、その投影光学系の光学特性を空間像計測法で短時間に計測できる露光技術を提供することを第3の目的とする。
It is a second object of the present invention to provide an optical characteristic measurement technique that can measure even function aberration of a test optical system in a short time by an aerial image measurement method.
The present invention also provides an exposure technique that can measure the optical characteristics of the projection optical system in a short time by the aerial image measurement method in a state where the projection optical system is mounted on the projection exposure apparatus (exposure apparatus). The purpose of 3.
本発明による収差計測方法は、被検光学系(PL)の光学特性を計測する光学特性計測方法において、複数の互いに異なるピッチのマーク(2A〜2E)のそれぞれからの3つの次数の回折光以外の回折光を遮光するために、その被検光学系の開口数を制御する第1工程と、その3つの次数の回折光がその被検光学系を通過して形成される像の光強度分布を計測する第2工程と、その第2工程で計測される光強度分布に基づいてその被検光学系の光学特性を求める第3工程とを備えたものである。 The aberration measurement method according to the present invention is an optical property measurement method for measuring optical properties of a test optical system (PL), except for diffracted light of three orders from each of a plurality of marks (2A to 2E) having different pitches. A first step of controlling the numerical aperture of the test optical system to shield the diffracted light of the light, and the light intensity distribution of the image formed by the diffracted light of the three orders passing through the test optical system And a third step for obtaining optical characteristics of the optical system to be measured based on the light intensity distribution measured in the second step.
本発明によれば、計測対象のマークからの3つの次数の回折光(3光束干渉)による像を計測することによって、その像の光強度分布がその次数の回折光による像の光強度分布になる。従って、空間像計測法を用いて、複雑なフーリエ解析を行うことなく短時間にその被検光学系の光学特性を計測できる。
本発明において、一例としてその3つの次数の回折光は、0次回折光及び±1次回折光である。これによって、得られる像の光強度分布は基本波成分となるため、計測時間を最も短縮できる。
According to the present invention, by measuring an image of three orders of diffracted light (three-beam interference) from a mark to be measured, the light intensity distribution of the image becomes the light intensity distribution of the image of the order of diffracted light. Become. Therefore, the optical characteristics of the optical system to be measured can be measured in a short time without performing complex Fourier analysis using the aerial image measurement method.
In the present invention, as an example, the three orders of diffracted light are 0th order diffracted light and ± 1st order diffracted light. As a result, the light intensity distribution of the obtained image becomes a fundamental wave component, so that the measurement time can be shortened most.
また、その第2工程は、その複数のマークのそれぞれのその被検光学系による像の光強度分布のその被検光学系の光軸に垂直な方向の特定位置を検出する工程と、その特定位置で、その光軸に平行な方向におけるその被検光学系による像の光強度の変化を検出する工程とを有することができる。
本発明では、3光束干渉を用いているため、空間像の光強度分布が実質的にそのまま所定次数の周波数成分となる。従って、一度その被検光学系の光軸に垂直な方向で特定位置(例えば光強度分布のピーク位置)を検出すると、後は受光面をその光軸に平行に移動するだけで、その光軸に平行な方向におけるその特定位置での光強度の変化を計測できる。また、その光軸に平行な方向で光強度が変化する光学特性は、特に偶関数収差である。従って、特に偶関数収差の計測時間を大幅に短縮できる。
Further, the second step includes a step of detecting a specific position in a direction perpendicular to the optical axis of the optical system to be detected in the light intensity distribution of the image by the optical system to be detected for each of the plurality of marks, And detecting a change in light intensity of the image by the optical system under test in a direction parallel to the optical axis.
In the present invention, since the three-beam interference is used, the light intensity distribution of the aerial image becomes a frequency component of a predetermined order substantially as it is. Therefore, once a specific position (for example, the peak position of the light intensity distribution) is detected in a direction perpendicular to the optical axis of the optical system to be detected, the optical axis is then simply moved in parallel to the optical axis. It is possible to measure the change in light intensity at the specific position in the direction parallel to. Further, the optical characteristic in which the light intensity changes in a direction parallel to the optical axis is particularly an even function aberration. Therefore, especially the measurement time of even function aberration can be greatly shortened.
また、一例としてその第3工程で求められるその被検光学系の光学特性は、その被検光学系の第1の収差であり、その第2工程は、その被検光学系のその第1の収差とは異なる第2の収差を変化させながら、その複数のマークのその被検光学系による像の光強度分布を計測する工程を含む。これによって所定の偶関数収差を容易に計測できる。
また、一例として、その被検光学系のその第2の収差の変化は、その被検光学系中の所定の光学部材(131,132)の変位又はその像の計測位置のデフォーカスによって与えられる。
Further, as an example, the optical characteristic of the test optical system obtained in the third step is the first aberration of the test optical system, and the second step is the first aberration of the test optical system. A step of measuring a light intensity distribution of an image of the plurality of marks by the optical system to be measured while changing a second aberration different from the aberration. Thereby, a predetermined even function aberration can be easily measured.
Further, as an example, the change in the second aberration of the optical system to be detected is caused by the displacement of a predetermined optical member (13 1 , 13 2 ) in the optical system to be detected or the defocus of the measurement position of the image. Given.
また、一例として、その複数の互いに異なるピッチのマークは、異なる2方向に沿って配列されたそれぞれ6種類以上のピッチのマークに含まれる。これによって、計測対象の光学特性を波面収差で表すとともに、波面収差をツェルニケ多項式で表した場合に、16次までのツェルニケ多項式で表される波面収差のうちの0θ、1θ、cos2θ成分が計測可能である。 As an example, the plurality of marks having different pitches are included in marks having pitches of six or more types arranged along two different directions. As a result, when the optical characteristics of the measurement target are represented by wavefront aberration and the wavefront aberration is represented by a Zernike polynomial, 0θ, 1θ, and cos2θ components of the wavefront aberration represented by the Zernike polynomial up to the 16th order can be measured. It is.
また、別の例として、その複数の互いに異なるピッチのマークは、異なる6方向に沿って配列されたそれぞれ6種類以上のピッチのマークに含まれる。これによって、37次までのツェルニケ多項式で表される波面収差が計測可能である。
また、本発明による露光方法は、露光ビームで第1物体(R)及び投影光学系(PL)を介して第2物体(W)を露光する露光方法において、本発明の光学特性計測方法でその投影光学系の光学特性を計測する計測工程と、その計測工程の計測結果に基づいて、その投影光学系の光学特性を補正する補正工程とを有するものである。本発明によってその投影光学系の光学特性を短時間に補正できる。その結果、光学特性が適切な状態に調整された投影光学系を用いて、第1物体のパターンを高精度に第2物体上に転写することが可能となる。
As another example, the plurality of marks having different pitches are included in marks of six or more types of pitches arranged along six different directions. As a result, wavefront aberrations represented by Zernike polynomials up to the 37th order can be measured.
An exposure method according to the present invention is an exposure method in which a second object (W) is exposed via an exposure beam via a first object (R) and a projection optical system (PL). It has a measurement process for measuring the optical characteristics of the projection optical system, and a correction process for correcting the optical characteristics of the projection optical system based on the measurement results of the measurement process. According to the present invention, the optical characteristics of the projection optical system can be corrected in a short time. As a result, it is possible to transfer the pattern of the first object onto the second object with high accuracy using the projection optical system whose optical characteristics are adjusted to an appropriate state.
次に、本発明による光学特性計測装置は、被検光学系(PL)の光学特性を計測する光学特性計測装置において、複数の互いに異なるピッチのマーク(2A〜2E)が形成された基板(RFM)と、その基板を照明する照明系(14,12)と、その複数の互いに異なるピッチのマークのそれぞれからの3つの次数の回折光以外の回折光を遮光するために、その被検光学系の開口数を逐次制御する可変開口絞り(AS)と、その複数の互いに異なるピッチのマークのその3つの次数の回折光を用いてその被検光学系によって形成される像のそれぞれを検出する空間像検出系(59)と、その空間像検出系の検出結果に基づいてその被検光学系の光学特性を求める演算装置(50)とを備えたものである。本発明によって、空間像計測法でその被検光学系の光学特性を短時間に計測できる。 Next, an optical characteristic measuring apparatus according to the present invention is an optical characteristic measuring apparatus for measuring optical characteristics of a test optical system (PL), and a substrate (RFM) on which a plurality of marks (2A to 2E) having different pitches are formed. ), The illumination system (14, 12) for illuminating the substrate, and the optical system under test for shielding diffracted light other than the three orders of diffracted light from each of the plurality of marks having different pitches A space for detecting each of the images formed by the optical system to be detected using the variable aperture stop (AS) for sequentially controlling the numerical aperture of the aperture and the diffracted light of the three orders of the marks having different pitches. An image detection system (59) and an arithmetic unit (50) for obtaining optical characteristics of the optical system to be detected based on the detection result of the aerial image detection system are provided. According to the present invention, the optical characteristics of the optical system to be measured can be measured in a short time by the aerial image measurement method.
本発明において、一例としてその空間像検出系は、その被検光学系による像を検出するスリット状開口パターン(9A〜9F)を有し、そのスリット状開口パターンをその被検光学系の光軸に平行な方向に移動するステージ(WST)をさらに備え、その演算装置は、そのスリット状開口パターンをその被検光学系の光軸に平行な方向に移動したときに得られるその空間像検出系の検出結果に基づいてその被検光学系の光学特性を求める。これによって、特にその被検光学系の偶関数収差を短時間に計測できる。 In the present invention, as an example, the aerial image detection system has slit-like opening patterns (9A to 9F) for detecting images by the test optical system, and the slit-like opening pattern is used as the optical axis of the test optical system. A stage (WST) that moves in a direction parallel to the optical system, and the computing device is a spatial image detection system obtained when the slit-shaped aperture pattern is moved in a direction parallel to the optical axis of the optical system to be tested. Based on the detection result, the optical characteristics of the optical system to be detected are obtained. This makes it possible to measure the even function aberration of the test optical system in a short time.
また、本発明による露光装置は、露光ビームで第1物体(R)を照明し、その露光ビームでその第1物体及び投影光学系(PL)を介して第2物体(W)を露光する露光装置において、本発明の光学特性計測装置と、その第1物体とともに又はその第1物体の代わりにその複数の互いに異なるピッチのマークが形成された基板を保持する第1ステージ(RST)と、その第2物体とともにその空間像検出系の受光部を保持する第2ステージ(WST)とを備え、その光学特性計測装置を用いてその投影光学系の光学特性を計測するものである。これによって、投影光学系の光学特性を空間像計測法を用いてオンボディで短時間に計測できる。 The exposure apparatus according to the present invention illuminates the first object (R) with an exposure beam, and exposes the second object (W) with the exposure beam via the first object and the projection optical system (PL). In the apparatus, the optical characteristic measuring apparatus of the present invention, a first stage (RST) for holding a substrate on which a plurality of marks having different pitches are formed together with the first object or instead of the first object, and A second stage (WST) that holds the light receiving part of the aerial image detection system together with the second object, and measures the optical characteristics of the projection optical system using the optical characteristic measuring device. Thereby, the optical characteristics of the projection optical system can be measured on-body in a short time using the aerial image measurement method.
本発明によれば、3光束干渉を用いることによって、空間像計測法で投影光学系の光学特性を短時間に計測することができる。
また、本発明において、特定位置で被検光学系の光軸に平行な方向におけるその被検光学系による像の光強度の変化を検出する工程を有する場合には、特に偶関数収差を短時間に計測することができる。
According to the present invention, by using three-beam interference, the optical characteristics of the projection optical system can be measured in a short time by the aerial image measurement method.
Further, in the present invention, when there is a step of detecting a change in the light intensity of the image by the test optical system in a direction parallel to the optical axis of the test optical system at a specific position, the even function aberration is particularly reduced for a short time. Can be measured.
また、本発明の露光方法及び装置によれば、投影光学系が露光装置に搭載された状態で、その投影光学系の光学特性を短時間に計測することができる。 Further, according to the exposure method and apparatus of the present invention, the optical characteristics of the projection optical system can be measured in a short time with the projection optical system mounted on the exposure apparatus.
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。
図1は、本例の投影露光装置10の概略構成を示す。本発明の露光装置に対応する投影露光装置10は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置、即ちスキャニングステッパーである。
図1において、投影露光装置10は、レーザビームLBを発生する光源14(露光光源)、照明光学系12(照明ユニット)、マスクとしてのレチクルRを保持して移動するレチクルステージRST、投影光学系PL、基板(又は感光体)としてのウエハWを保持して移動するウエハステージWST、及びこれらを制御する制御系等を備えている。そして、光源14及び制御系以外の部分は、実際には、内部の温度等の環境条件が高精度に制御され一定に維持されている不図示の環境チャンバ内に収容されている。
Hereinafter, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
In FIG. 1, a
本例では、光源14として、ArFエキシマレーザ光源(発振波長193nm)が用いられている。光源14は、装置全体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御装置50によってそのレーザ発光のオン・オフや、中心波長、スペクトル半値幅、繰り返し周波数などが制御される。なお、露光光源として、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、F2 レーザ(波長157nm)、YAGレーザの高調波発生装置、固体レーザ(半導体レーザ等)の高調波発生装置、又は水銀ランプ(i線等)等も使用できる。
In this example, an ArF excimer laser light source (oscillation wavelength 193 nm) is used as the light source 14. The light source 14 is controlled to turn on / off the laser emission, the center wavelength, the spectral half-value width, the repetition frequency, and the like by a
照明光学系12は、光源14から供給されるレーザビームLBの断面形状を整形するビーム整形光学系18、オプティカル・インテグレータ(ユニフォマイザ又はホモジナイザ)としてのフライアイレンズ22、照明系開口絞り板24、第1リレーレンズ28A及び第2リレーレンズ28Bから成るリレー光学系、固定レチクルブラインド30A、可動レチクルブラインド30B、ミラーM、並びにコンデンサレンズ32等を備えている。なお、オプティカル・インテグレータとして、内面反射型インテグレータ(例えばロッドインテグレータ)又は回折光学素子等を用いてもよい。フライアイレンズ22を構成する多数の微小レンズは、それぞれビーム整形光学系18からのレーザビームLBを射出側の焦点面に集光し、その焦点面に2次光源(面光源)が形成される。以下では、フライアイレンズ22によって形成される2次光源から射出されるレーザビームLBを、露光ビーム(露光光)としての「照明光IL」と呼ぶ。
The illumination
光源14及び照明光学系12は、後述の空間像計測時の照明系としても使用される。照
明光学系12において、フライアイレンズ22の射出側焦点面の近傍には、円板状部材から成る照明系開口絞り板24が配置されている。この照明系開口絞り板24には、ほぼ等角度間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り(通常絞り)、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための開口絞り(小σ絞り)、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り(輪帯絞り)、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り(例えば2極照明又は4極照明用の開口絞り)等が配置されている。この照明系開口絞り板24は、主制御装置50により制御されるモータ等の駆動装置40により回転されるようになっており、この回転動作により、いずれかの開口絞りが照明光ILの光路上に選択的に設定される。
The light source 14 and the illumination
照明系開口絞り板24から出た照明光ILの光路上に、反射率が小さく透過率の大きなビームスプリッタ26が配置され、更にこの後方の光路上に、レチクルブラインド30A、30Bを介在させてリレー光学系(28A,28B)が配置されている。
固定レチクルブラインド30Aは、レチクルRのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置されており、その固定レチクルブラインド30Aには、レチクルR上での照明領域IARを規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レチクルブラインド30Aの近傍には、走査露光時の走査方向、及びこれに直交する非走査方向に光学的にそれぞれ対応して位置及び幅が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド30Bが配置されている。走査露光の開始時及び終了時において、主制御装置50からの指示により、固定レチクルブラインド30Aによって規定されている照明領域IARが、可動レチクルブラインド30Bによって更に制限されることによって、不要な部分(レチクルR上の回路パターン等の転写すべき部分以外の部分)の露光が防止されるようになっている。また、本例では、可動レチクルブラインド30Bは、必要に応じて後述する空間像計測の際の照明領域の設定にも用いられる。
A
The fixed
一方、照明光学系12内のビームスプリッタ26で反射された照明光ILの光路上には、集光レンズ44、受光素子から成るインテグレータセンサ46が配置されている。
そして、露光時に光源14から射出されたレーザビームLBは、照明光学系12内で照明光ILとなり、照明光ILは、ミラーMによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ32を経て、レチクルRのパターン面(下面)の非走査方向に細長いスリット状の照明領域IARを均一な照度分布で照明する。
On the other hand, an
The laser beam LB emitted from the light source 14 at the time of exposure becomes illumination light IL in the illumination
一方、ビームスプリッタ26で反射された照明光ILの一部は、集光レンズ44を介してインテグレータセンサ46で受光され、インテグレータセンサ46の光電変換信号が、ピークホールド回路及びA/D変換器を有する信号処理装置80を介して主制御装置50に供給される。本例では、インテグレータセンサ46の計測値は、ウエハWに対する露光量制御に用いられる他、投影光学系PLに対する照射量の計算に用いられる。この照射量は、ウエハ反射率(これは、インテグレータセンサ46の出力と不図示の反射率モニタの出力とに基づいて求めることもできる)とともに、投影光学系PLの照明光吸収による結像特性の変化量の算出にも用いられる。
On the other hand, a part of the illumination light IL reflected by the
本例では、主制御装置50によって、その照明光ILの照射量がインテグレータセンサ46の出力に基づいて所定の時間間隔で計測され、その計測結果が照射履歴として、メモリ51(記憶装置)内に記憶されるようになっている。
その照明光ILのもとで、レチクルRの照明領域IAR内のパターンの、両側(又はウエハ側に片側)テレセントリックの投影光学系PLによって形成された像は、感光材料としてのフォトレジストが塗布されたウエハWの一つのショット領域上の露光領域IAに投影される。露光領域IAは照明領域IARと共役であり、投影光学系PLは、レチクルR(第1物体)のパターン面(第1面)のパターンの像をウエハW(第2物体)の上面(第2面)に形成している。投影光学系PLの投影倍率は、例えば1/4又は1/5等の縮小
倍率であるが、以下の説明では、投影光学系PLの投影倍率は1/4であるとする。本例の投影光学系PLは、屈折系であるが、投影光学系PLとしては、反射屈折系なども使用できる。また、図3に示すように、投影光学系PLの瞳面PPの近傍には、投影光学系PLの開口数NAを制御するための可変開口絞りASが配置されている。
In this example, the
Under the illumination light IL, an image formed by the telecentric projection optical system PL on both sides (or one side on the wafer side) of the pattern in the illumination area IAR of the reticle R is coated with a photoresist as a photosensitive material. And projected onto an exposure area IA on one shot area of the wafer W. The exposure area IA is conjugate with the illumination area IAR, and the projection optical system PL converts the pattern image (first surface) of the reticle R (first object) to the upper surface (second object) of the wafer W (second object). Surface). The projection magnification of the projection optical system PL is, for example, a reduction magnification such as 1/4 or 1/5. In the following description, it is assumed that the projection magnification of the projection optical system PL is 1/4. Although the projection optical system PL of this example is a refraction system, a catadioptric system or the like can also be used as the projection optical system PL. As shown in FIG. 3, a variable aperture stop AS for controlling the numerical aperture NA of the projection optical system PL is disposed in the vicinity of the pupil plane PP of the projection optical system PL.
以下、投影光学系PLの光軸AXに平行な方向にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で図1の紙面に垂直な方向にX軸を、図1の紙面に平行な方向にY軸を取って説明する。本例では、走査露光時のレチクルR及びウエハWの走査方向は、Y軸に平行な方向(Y方向)であり、レチクルR上の照明領域IAR、及びウエハW上の露光領域IAはそれぞれ非走査方向(X方向)に細長い領域である。 Hereinafter, the Z-axis is taken in a direction parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the X-axis is taken in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 within a plane perpendicular to the Z-axis, and the direction parallel to the paper surface of FIG. A description will be given taking the Y axis. In this example, the scanning direction of the reticle R and the wafer W during scanning exposure is a direction parallel to the Y axis (Y direction), and the illumination area IAR on the reticle R and the exposure area IA on the wafer W are not in each case. This is an elongated region in the scanning direction (X direction).
本例の投影光学系PLには、その所定の結像特性を制御(補正)するための結像特性制御機構が備えられている。
図2は、図1中の投影光学系PLの結像特性制御機構を示す一部を断面とした図であり、この図2において、説明の便宜上、投影光学系PLを構成するように光軸AXに沿って配置された多数のレンズエレメントのうちの8枚のレンズエレメント131、132、…、138 のみを図示している。この場合、レンズエレメント131、132、…、138 のうち、その一部、例えばレンズエレメント131、132は、それぞれ複数の駆動素子(例えばピエゾ素子など)20によって光軸AX方向及びXY平面に対する傾斜方向に微小駆動可能に構成されている。また、各レンズエレメントの間には、不図示のガス供給機構から圧力調整機構41を介してクリーンな気体、例えば窒素が供給されるようになっている。
The projection optical system PL of this example is provided with an imaging characteristic control mechanism for controlling (correcting) the predetermined imaging characteristics.
2 is a cross-sectional view showing a part of the imaging characteristic control mechanism of the projection optical system PL in FIG. 1. In FIG. 2, for convenience of explanation, the optical axis is configured so as to constitute the projection optical system PL. Of the many lens elements arranged along AX, only eight lens elements 13 1 , 13 2 ,..., 13 8 are shown. In this case, some of the lens elements 13 1 , 13 2 ,..., 13 8 , for example, the lens elements 13 1 , 13 2 , are respectively arranged in the direction of the optical axis AX by a plurality of drive elements (for example, piezoelectric elements) 20 It is configured so that it can be finely driven in an inclination direction with respect to the XY plane. A clean gas such as nitrogen is supplied between the lens elements via a
本例では、各駆動素子20に与えられる駆動電圧(駆動素子の駆動量)が、図1の主制御装置50からの指令に応じて結像特性補正コントローラ78により制御される。このように、駆動素子20、及び結像特性補正コントローラ78を含んで結像特性制御機構が構成されている。これによって、投影光学系PLの結像特性、例えば、像面湾曲、ディストーション、倍率、コマ収差、非点収差、球面収差等が補正される。なお、その可動レンズエレメントの数は任意で良い。但し、この場合、可動レンズエレメントの数が、フォーカスを除く、投影光学系PLの結像特性の補正可能な種類に対応するので、補正が必要な結像特性の種類に応じて可動レンズエレメントの数を定めれば良い。
In this example, the drive voltage (drive amount of the drive element) applied to each
図1に戻り、レチクルステージRST上には、レチクルRが例えば真空吸着(又は静電吸着)により固定されている。レチクルステージRSTは、リニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系56Rにより、レチクルベースRBS上のXY平面内で2次元的に(X方向、Y方向、及びZ軸回りの回転方向(回転角θz)に)微少駆動可能であるとともに、レチクルベースRBS上をY方向に指定された走査速度で移動可能となっている。
Returning to FIG. 1, the reticle R is fixed on the reticle stage RST by, for example, vacuum suction (or electrostatic suction). Reticle stage RST is two-dimensionally (X direction, Y direction, and rotational direction (rotation angle θz) around the Z axis) in the XY plane on reticle base RBS by reticle
また、レチクルステージRST上には、レーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)54Rからのレーザビームを反射する移動鏡52Rが固定されており、レチクルステージRSTのXY平面内の位置はレチクル干渉計54Rによって、例えば0.1〜1nm程度の分解能で常時検出される。即ち、実際には、移動鏡52Rは、Y方向の位置を2箇所で計測するための2つのY軸の移動鏡と、X軸の移動鏡とから構成され、レーザ干渉計54Rもそれに対応して3軸のレーザ干渉計から構成されている。
A
レチクル干渉計54RからのレチクルステージRSTの位置情報は、ステージ制御装置70、及びこれを介して主制御装置50に送られる。ステージ制御装置70は、主制御装置50の指示により、レチクルステージ駆動系56Rを介してレチクルステージRSTの移動を制御する。なお、レチクルステージRSTの端面を鏡面加工して前述の移動鏡52Rの反射面を形成しても良い。
Position information of reticle stage RST from
また、レチクルステージRSTの−Y方向の端部近傍には、空間像計測用基準マーク(計測用パターン)が形成されたマーク形成部材としてのレチクルフィデューシャルマーク板(以下、「レチクルマーク板」と略述する)RFMが、レチクルRと並ぶように配置されている。このレチクルマーク板RFM(詳細後述)は、レチクルRと同材質のガラス素材、例えば合成石英や蛍石、フッ化リチウムその他のフッ化物結晶などから構成されており、レチクルステージRSTに固定されている。レチクルステージRSTは、レチクルRの全面とレチクルマーク板RFMの全面とが少なくとも投影光学系PLの光軸AXを横切ることができる程度のY方向の移動ストロークを有している。また、レチクルステージRSTには、レチクルR及びレチクルマーク板RFMの下方に、照明光ILを通すための開口がそれぞれ形成されている。また、レチクルベースRBSの投影光学系PLのほぼ真上の部分(光軸AXを中心とする部分)にも、照明光ILの通路となる、少なくとも照明領域IARより大きな長方形状の開口が形成されている。 In addition, a reticle fiducial mark plate (hereinafter referred to as a “reticle mark plate”) as a mark forming member in which an aerial image measurement reference mark (measurement pattern) is formed in the vicinity of the end in the −Y direction of the reticle stage RST. The RFM is abbreviated to be aligned with the reticle R. This reticle mark plate RFM (described later in detail) is made of the same glass material as that of reticle R, for example, synthetic quartz, fluorite, lithium fluoride, and other fluoride crystals, and is fixed to reticle stage RST. . Reticle stage RST has a movement stroke in the Y direction such that the entire surface of reticle R and the entire surface of reticle mark plate RFM can cross at least optical axis AX of projection optical system PL. In addition, openings for passing illumination light IL are formed in reticle stage RST below reticle R and reticle mark plate RFM, respectively. Also, a rectangular opening at least larger than the illumination area IAR, which is a passage for the illumination light IL, is formed in a portion almost directly above the projection optical system PL of the reticle base RBS (portion centered on the optical axis AX). ing.
また、レチクルRの上方には、投影光学系PLを介してレチクルR上又はレチクルマーク板RFM上のマークと、ウエハステージWST上の後述する基準マーク板(不図示)上の基準マークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたTTR(Through The Reticle)方式の一対のレチクルアライメント顕微鏡(以下、便宜上「RA検出系」と呼ぶ)(不図示)が設けられている。これらのRA検出系の検出信号は、不図示のアライメント制御装置を介して、主制御装置50に供給される。なお、そのRA検出系と同等の構成は、例えば特開平7−176468号公報等に開示されている。
Also, above the reticle R, a mark on the reticle R or on the reticle mark plate RFM and a reference mark on a later-described reference mark plate (not shown) on the wafer stage WST are simultaneously provided via the projection optical system PL. A pair of TTR (Through The Reticle) type reticle alignment microscopes (hereinafter referred to as “RA detection system” for convenience) (not shown) (not shown) using light having an exposure wavelength for observation is provided. The detection signals of these RA detection systems are supplied to the
図1において、ウエハステージWSTは、XYステージ42と、このXYステージ42上に搭載されたZチルトステージ38とを含んで構成されている。XYステージ42は、ウエハベース16の上面の上方に不図示のエアベアリングによって例えば数μm程度のクリアランスを介して浮上支持されている。更に、XYステージ42は、ウエハステージ駆動系56Wを構成する不図示のリニアモータ等によって走査方向であるY方向及びこれに直交するX方向に2次元駆動可能に構成されている。このXYステージ42上にZチルトステージ38が搭載され、Zチルトステージ38上にウエハホルダ25が固定されている。このウエハホルダ25によって、ウエハWが真空吸着等により保持されている。
In FIG. 1, wafer stage WST includes
Zチルトステージ38は、図2に示すように、3つのZ位置駆動部27A、27B、27C(但し、図2の紙面奥側のZ位置駆動部27Cは不図示)によってXYステージ42上に3点で支持されている。これらのZ位置駆動部27A〜27Cは、Zチルトステージ38下面のそれぞれの支持点を投影光学系PLの光軸方向(Z方向)に独立して駆動する3つのアクチュエータ(例えばボイスコイルモータなど)21A、21B、21C(但し、図2の紙面奥側のアクチュエータ21Cは不図示)と、Zチルトステージ38のZ位置駆動部27A、27B、27Cによる各支持点のアクチュエータ21A、21B、21CによるZ方向の駆動量(基準位置からの変位)を検出するエンコーダ23A〜23C(但し、図2の紙面奥側のエンコーダ23Cは不図示)とを含んで構成されている。
As shown in FIG. 2, the
本例では、アクチュエータ21A、21B、21Cによって、Zチルトステージ38(ウエハW)の光軸AX方向(Z方向)の位置、X軸回りの回転角θx、及びY軸回りの回転角θyを制御する。図1のステージ制御装置70は、露光中にはウエハWの上面が投影光学系PLの像面に合焦されるように、Zチルトステージ38のZ軸方向の位置及びレベリング量(回転角θx、θy)を算出し、この算出結果を用いてアクチュエータ21A〜21Cを駆動する。なお、図1では、XYステージ42を駆動するリニアモータ等、及び図2のZ位置駆動部27A〜27Cがまとめてウエハステージ駆動系56Wとして示されている。
In this example, the
図1において、Zチルトステージ38上には、レーザ干渉計(以下、「ウエハ干渉計」
という)54Wからのレーザビームを反射する移動鏡52Wが固定されている。ウエハ干渉計54Wによって、Zチルトステージ38(ウエハステージWST)のXY平面内の位置が、例えば0.1〜1nm程度の分解能で常時検出されるようになっている。実際には、Zチルトステージ38上には、走査方向(Y方向)に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向(X方向)に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、これに対応してウエハ干渉計もX方向、Y方向にそれぞれ複数軸設けられ、Zチルトステージ38の5自由度方向の位置(X方向、Y方向の位置、及び回転角θx、θy、θz)が計測可能となっている。ウエハステージWSTの位置情報(又は速度情報)は、ステージ制御装置70、及びこれを介して主制御装置50に供給される。ステージ制御装置70は、主制御装置50の指示に応じてウエハステージ駆動系56Wを介してウエハステージWSTのXY平面内の位置を制御する。なお、Zチルトステージ38の端面を鏡面加工して前述の移動鏡52Wの反射面を形成するようにしてもよい。
In FIG. 1, a laser interferometer (hereinafter referred to as “wafer interferometer”) is placed on the
The
また、本例の投影露光装置には、投影光学系PLの結像特性(光学特性)の計測に用いられる空間像計測装置59(空間像計測系)が備えられている。その空間像計測装置59を構成する光学系の一部がZチルトステージ38の内部に配置されている。
図3は、空間像計測装置59を示す一部を切り欠いた図であり、この図3において、空間像計測装置59は、Zチルトステージ38に設けられたステージ側構成部分、即ちパターン形成部材としてのスリット板90、レンズ84,86から成るリレー光学系、光路折り曲げ用のミラー88、送光レンズ87と、ウエハステージWST外部に設けられたステージ外構成部分、即ちミラー96、受光レンズ89、光電変換素子から成る光センサ94(光電センサ)等とを備えている。
Further, the projection exposure apparatus of the present example is provided with an aerial image measurement device 59 (aerial image measurement system) used for measuring the imaging characteristics (optical characteristics) of the projection optical system PL. A part of the optical system constituting the aerial
FIG. 3 is a partially cutaway view showing the aerial
これを更に詳述すると、スリット板90は、ウエハステージWSTのZチルトステージ38の端部上面に設けられて上部に開口が形成された突設部58に対し、その開口を覆う状態で上方から嵌め込まれている。このスリット板90は、XY平面に平行な長方形の平板状のガラス基板82の上面に遮光膜を兼ねる反射膜83を形成して構成され、その反射膜83の一部に所定幅2Dのスリット状の開口パターン(以下、「スリット」と呼ぶ)122が形成されている。なお、図3のスリット122は、スリット板90に設けられた複数のスリット(図9参照)のうちの一つを代表的に示している。ガラス基板82の素材としては、ここでは、ArFエキシマレーザ光の透過性の良い、合成石英又は蛍石などが用いられる。
More specifically, the
また、図3の状態では、照明光ILの照明領域に、レチクルマーク板RFMに形成された計測用マークPM(計測用パターン)が位置しており、そのマークの像が投影光学系PLによってスリット板90上に投影されている。そして、その照明光ILよりなる結像光束の一部がスリット122を通過している。スリット122下方のZチルトステージ38内部には、スリット122を介して鉛直下向きに入射した照明光IL(結像光束)の光路を水平に折り曲げるミラー88を介在させてレンズ84及び86から成るリレー光学系(84、86)が配置されている。また、このリレー光学系(84、86)の光路後方のZチルトステージ38の+Y方向側の側壁には、リレー光学系(84、86)によってリレーされた照明光をウエハステージWSTの外部のほぼ+Y方向に送光する送光レンズ87が固定されている。
In the state of FIG. 3, the measurement mark PM (measurement pattern) formed on the reticle mark plate RFM is located in the illumination area of the illumination light IL, and the image of the mark is slit by the projection optical system PL. Projected onto the
送光レンズ87によってウエハステージWSTの外部に送り出された照明光ILの光路は、X方向に所定長さを有し傾斜角45°で斜設されたミラー96によって、鉛直上方に向けて90°折り曲げられる。この折り曲げられた光路上に、送光レンズ87に比べて大きい受光レンズ89が配置され、この上方に光センサ94が配置されている。これら受光レンズ89及び光センサ94は、所定の位置関係を保ってケース92内に収納され、ミラー96も不図示の支持部材を介してケース92に固定されている。そして、ミラー96で上方に反射された照明光ILは、受光レンズ89によって光センサ94の受光面に集光される。ケース92は、取付け部材93を介してウエハベース16の上面に植設された支柱97の上端部近傍に固定されている。
The optical path of the illumination light IL sent out of the wafer stage WST by the
光センサ94としては、微弱な光を精度良く検出することが可能な光電変換素子(光電センサ)、例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ(PMT、光電子増倍管)などが用いられる。光センサ94からの光電変換信号PSは、図1の信号処理装置80を介して主制御装置50に送られるようになっている。信号処理装置80は、例えば増幅器、サンプルホールド回路、A/Dコンバータなどを含んで構成することができる。また、スリット122で代表している実際の複数のスリットの配置及び形状については後述する。
As the
上述のようにして構成された空間像計測装置59によると、レチクルマーク板RFM(又はレチクルR)に形成された計測用マークPM(又はレチクルRに形成されたマーク)の投影光学系PLを介して得られる投影像(空間像)の計測の際に、投影光学系PLを透過してきた照明光IL(結像光束)によってスリット板90が照明される。そして、そのスリット板90のスリット122を通過した照明光ILが、レンズ84、ミラー88、レンズ86、及び送光レンズ87を介してウエハステージWSTの外部に導き出される。そして、そのウエハステージWSTの外部に導き出された光は、ミラー96及び受光レンズ89を介して光センサ94によって受光され、光センサ94からその受光量に応じた光電変換信号(光量信号)PSが図1の信号処理装置80を介して主制御装置50に出力される。
According to the aerial
本例では、計測マークの投影像(空間像)の計測がスリットスキャン方式によって実行されるので、その際には、送光レンズ87が、受光レンズ89及び光センサ94に対してX方向及びY方向に移動することになる。そこで、空間像計測装置59では、所定範囲内で移動する送光レンズ87を介した光がすべて受光レンズ89に入射するように、受光レンズ89の直径は送光レンズ87の直径よりも大きく設定されている。本例の空間像計測装置59においては、Zチルトステージ38に設けられたスリット板90を含む移動部と、ケース92に設けられた光センサ94を含む固定部とは、機械的に分離されている。そして、空間像計測に際してのみ、その移動部とその固定部とは、ミラー96を介して光学的に接続される。これによって、光センサ94の発熱による計測精度の低下が抑制される。
In this example, since the measurement of the projected image (aerial image) of the measurement mark is executed by the slit scan method, the
なお、空間像計測装置59において、送光レンズ87と受光レンズ89との間の光路を可撓な光ファイバケーブルで接続するようにしてもよい。また、例えば光センサ94の発熱が少ない場合、又は冷却機構によってその発熱の影響を軽減できる場合等には、光センサ94及び受光レンズ89を、例えば投影光学系PLの+Y方向の側面に固定することも可能である。更に、光センサ94をウエハステージWST(Zチルトステージ38)の内部に設けることも可能である。なお、空間像計測装置59を用いて行われる空間像計測及び収差計測方法などについては、後に詳述する。
In the aerial
図1に戻り、投影光学系PLの側面には、ウエハW上のアライメントマーク又は所定の基準マークを検出するマーク検出系としてのオフアクシス方式のアライメント系ALGが設けられている。本例では、このアライメント系ALGとして、画像処理方式のアライメント系、いわゆるFIA(Field Image Alignment)系が用いられている。このアライメ
ント系ALGからの撮像信号が、不図示のアライメント制御装置に供給される。アライメント制御装置は、その撮像信号とそのときのウエハ干渉計54Wの出力であるウエハステージWSTの位置情報とに基づいて、ウエハ干渉計54Wの計測値で規定されるステージ座標系におけるアライメン卜マーク又は基準マークの座標位置を算出し、算出結果を主制御装置50に供給する。その座標位置に基づいて、主制御装置50は、レチクルRのパターンの投影像の中心とアライメント系ALGの検出中心との間隔(ベースライン)の算出、及びウエハW上の各ショット領域の配列座標の算出等を行う。
Returning to FIG. 1, an off-axis alignment system ALG as a mark detection system for detecting an alignment mark on the wafer W or a predetermined reference mark is provided on the side surface of the projection optical system PL. In this example, an image processing type alignment system, a so-called FIA (Field Image Alignment) system is used as the alignment system ALG. An imaging signal from the alignment system ALG is supplied to an alignment control device (not shown). Based on the imaging signal and the position information of wafer stage WST, which is the output of
更に、本例の投影露光装置10では、図1に示すように、照射系60a及び受光系60bから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系(60a,60b)が設けられている。照射系60aは、ウエハWの表面又はスリット板90の表面である被検面に複数のスリット像を光軸AXに対して斜めに投影し、受光系60bは、被検面からの反射光を受光してそれらのスリット像を再結像する。そして、受光系60bは、それらの再結像された複数のスリット像の横ずれ量に対応する検出信号をステージ制御装置70に供給する。ステージ制御装置70では、一例としてそれらの検出信号をデフォーカス量に換算し、複数のデフォーカス量から、その被検面の投影光学系PLの像面に対するZ方向へのデフォーカス量と、X軸及びY軸の回りの傾斜角とを求める。なお、この多点焦点位置検出系(60a,60b)と、同様の多点焦点位置検出系の詳細な構成は、例えば特開平6−283403号公報等に開示されているため、その構成についての詳細な説明を省略する。
Further, as shown in FIG. 1, the
通常の露光時には、ステージ制御装置70は、多点焦点位置検出系(60a,60b)の検出結果を用いて、ウエハWの表面が投影光学系PLの像面に合焦されるように、オートフォーカス方式及びオートレベリング方式でウエハステージ駆動系56Wを介してZチルトステージ38のZ方向の位置及び傾斜角を制御する。また、露光中又は空間像計測中に主制御装置50からの指令に基づいて、ステージ制御装置70は、ウエハステージ駆動系56Wを介してウエハWの表面又はスリット板90の表面を投影光学系PLの像面に対してZ方向に指示された量だけデフォーカスさせることもできる。
During normal exposure, the
また、図1の投影光学系PL近傍には、大気圧変動や温度変動を検知する環境センサ81が設けられている。この環境センサ81による計測結果は主制御装置50に供給されている。また、主制御装置50に接続されたメモリ51内には、例えば予め投影光学系PLの組立調整時等に計測されていた所定の高次の収差の情報、及び後述の収差計測方法によって求められる投影光学系PLの収差の情報などが記憶される。
In addition, an
次に、本例の投影露光装置10における走査露光動作について簡単に説明する。先ず、主制御装置50は、レチクルRを用いた露光に最適な照明条件をオペレータの指示に基づいて設定する。次に、上記のレチクルアライメント顕微鏡、及びウエハ側のアライメント系ALGを用いて、レチクルRのアライメント及びウエハWのアライメントが行われる。その後、ウエハステージWSTのステッピングによって、ウエハW上で次に露光されるショット領域が光軸AXの手前側に位置決めされる。そして、照明光ILの照射が開始されて、レチクルステージRSTを介して照明領域に対してレチクルRをY方向に速度Vrで移動するのに同期して、ウエハステージWSTを介して露光領域に対してウエハW上の一つのショット領域がY方向に速度β・Vr(βは投影光学系PLの投影倍率)で移動する。このようにして、ショット間のステッピング動作とショット毎の同期走査動作とが繰り返されて、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハW上の全てのショット領域にレチクルRのパターン像が転写される。
Next, the scanning exposure operation in the
ところで、上述した走査露光動作において、レチクルRのパターンを投影光学系PLを介して高い解像度で高精度にウエハW上に転写するためには、投影光学系PLの結像特性が所定の状態に調整されている必要がある。そのためには、その結像特性を高精度に計測する必要がある。以下では、計測及び調整対象の投影光学系PLの結像特性を所定の収差であるとする。 By the way, in the above-described scanning exposure operation, in order to transfer the pattern of the reticle R onto the wafer W with high resolution and high accuracy via the projection optical system PL, the imaging characteristics of the projection optical system PL are in a predetermined state. It needs to be adjusted. For this purpose, it is necessary to measure the imaging characteristics with high accuracy. In the following, it is assumed that the imaging characteristics of the projection optical system PL to be measured and adjusted are predetermined aberrations.
また、その収差を分類するために、波面収差を用いるものとして、投影光学系PLの射出瞳(又は瞳面)上の波面収差を示す収差関数をW(ρ,θ)とする。このとき、ρは投
影光学系PLの射出瞳の半径方向の規格化された位置(動径)であり、θは角度であるとすると、その収差関数W(ρ,θ)は、上述の(1)式のようにi次(i=1,2,…)のツェルニケ多項式(Zernike's Polynomial)fi(ρ,θ)及びその係数Zi を用いて級
数展開することが可能である。なお、ツェルニケ多項式は、フリンジツェルニケ多項式又はツェルニケの円多項式(circle polynomials)とも呼ばれることがある。
In addition, assuming that wavefront aberration is used to classify the aberration, an aberration function indicating the wavefront aberration on the exit pupil (or pupil plane) of the projection optical system PL is W (ρ, θ). In this case, ρ is a normalized position (radial radius) in the radial direction of the exit pupil of the projection optical system PL, and θ is an angle, the aberration function W (ρ, θ) is the above ( As shown in equation (1), series expansion can be performed using i-th order (i = 1, 2,...) Zernike's Polynomial fi (ρ, θ) and its coefficient Z i . The Zernike polynomials may also be referred to as Fringe Zernike polynomials or Zernike circle polynomials.
なお、一例として1次〜37次までのツェルニケ多項式fiを対応する係数Zi とともに例示すると、次の表1のようになる。 As an example, the Zernike polynomials fi of the first order to the 37th order are illustrated together with the corresponding coefficients Z i as shown in Table 1 below.
上記表1に示されるように、各次数のツェルニケ多項式fi(ρ,θ)は、動径(ρ)
の関数である動径関数と、角度(θ)の関数とが分離した形で表現される。また、ツェルニケ多項式は、その動径関数が奇関数であるものと、偶関数であるものとに分類することができる。例えば、表1に示されるf7及びf8については、その動径関数がともに3ρ3−2ρ で、奇関数であり、f5及びf6は、その動径関数がともにρ2 で、偶関数となっている。各次数のツェルニケ多項式中の角度θの関数は、sin(mθ)(mは1以上の整数)、又はcos(mθ)(mは0以上の整数)である。そして、その角度mθを規定する整数mが奇数である場合には、対応する動径関数が奇関数となり、整数mが0又は偶数である場合には、対応する動径関数が偶関数となる。このように、動径関数が奇関数で表されるツェルニケ多項式に対応する収差を奇関数収差と呼び、動径関数が偶関数で表されるツェルニケ多項式に対応する収差を偶関数収差と呼ぶ。
As shown in Table 1 above, the Zernike polynomial fi (ρ, θ) of each order is represented by the radius vector (ρ).
The radial function, which is a function of, and the angle (θ) function are expressed in a separated form. Zernike polynomials can be classified into those whose radial function is an odd function and those that are an even function. For example, for f7 and f8 shown in Table 1, the radial functions are both 3ρ 3 −2ρ and an odd function, and f5 and f6 are both even and the radial functions are ρ 2. Yes. The function of the angle θ in each order Zernike polynomial is sin (mθ) (m is an integer of 1 or more) or cos (mθ) (m is an integer of 0 or more). When the integer m that defines the angle mθ is an odd number, the corresponding radial function is an odd function, and when the integer m is 0 or an even number, the corresponding radial function is an even function. . As described above, an aberration corresponding to a Zernike polynomial whose radial function is expressed by an odd function is called an odd function aberration, and an aberration corresponding to a Zernike polynomial whose radial function is expressed by an even function is called an even function aberration.
投影光学系PLの収差は像の横シフトである横収差と、像のコントラストの変化である縦収差とに分類でき、前者の横収差が奇関数収差であり、後者の縦収差が偶関数収差である。従って、投影光学系PLの収差のうちの球面収差やデフォーカス等は、偶関数収差であり、コマ収差は奇関数収差である。また、i次のツェルニケ多項式の係数Zi で、そのi次のツェルニケ多項式で表される収差を表わすものとする。本例では、図2の結像特性補正コントローラ78を含む投影光学系PLの結像特性制御機構によって、球面収差(偶関数収差)である収差Z9,Z16、コマ収差(奇関数収差)である収差Z7,Z8,Z14,Z15、及びディストーション(奇関数収差)である収差Z2,Z3 を含む複数の収差を補正でき
るように構成されている。本例では、これらの奇関数収差及び偶関数収差の計測に、前述した空間像計測装置59が用いられる。以下、この空間像計測装置59による空間像計測、及び投影光学系PLの収差の計測等について詳述する。
The aberrations of the projection optical system PL can be classified into lateral aberrations, which are lateral shifts of the image, and longitudinal aberrations, which are changes in the contrast of the image. The former lateral aberration is an odd function aberration, and the latter longitudinal aberration is an even function aberration. It is. Accordingly, spherical aberration, defocus, and the like among the aberrations of the projection optical system PL are even function aberrations, and the coma aberration is an odd function aberration. Further, the coefficient Z i of the i-th order Zernike polynomial represents the aberration expressed by the i-th order Zernike polynomial. In this example, the aberration Z 9 and Z 16 , which are spherical aberrations (even function aberrations), and coma aberration (odd function aberrations) are performed by the imaging characteristic control mechanism of the projection optical system PL including the imaging
図3には、空間像計測装置59を用いて、レチクルマーク板RFMに形成された計測用マークPMの空間像が計測されている状態が示されている。なお、レチクルマーク板RFMに代えて、空間像計測専用のテストレチクル、あるいはデバイスの製造に用いられるレチクルRに専用の計測用パターンを形成したものなどを用いることも可能である。ここで、レチクルマーク板RFMには、所定の箇所にY方向に周期性を有しライン部の幅とスペース部の幅との比(デューティ比)が1:1のラインアンドスペースパターン(以下、「L&Sパターン」と呼ぶ)から成る計測用マークPMが形成されているものとする。なお、このような計測用マークPMは、実際にはレチクルマーク板RFM上に複数個設けられているマークのうちの一つである。
FIG. 3 shows a state in which the aerial image of the measurement mark PM formed on the reticle mark plate RFM is measured using the aerial
ここで、空間像計測装置59を用いた空間像計測の方法について簡単に説明する。なお、スリット板90には、例えば図4(A)に示されるように、X方向に延びる所定幅2Dのスリット122(開口パターン)が形成されているものとする。空間像の計測にあたり、図1の主制御装置50によって、可動レチクルブラインド30Bが不図示のブラインド駆動装置を介して駆動され、図3に示されるように、レチクルRの照明光ILの照明領域が計測用マークPMを含む所定領域のみに制限される。
Here, a method of aerial image measurement using the aerial
この状態で、照明光ILがレチクルマーク板RFMに照射されると、図4(A)に示されるように、計測用マークPMによって回折、散乱した光(照明光IL)は、投影光学系PLにより屈折され、投影光学系PLの像面に計測用マークPMの空間像(投影像)PM’が形成される。このとき、ウエハステージWSTは、空間像計測装置59のスリット板90上のスリット122の+Y方向側(−Y方向側でもよい)にその空間像PM’が形成される位置に設定されているものとする。このときのスリット板90を投影光学系PL側から見たときの平面図が図4(A)に示されている。なお、投影光学系PLの投影倍率が1/4であるとすると、この空間像PM’のピッチ(周期)は、計測用マークPMのL&Sパターンのピッチの1/4となる。なお、以下の説明では、各計測マーク等の線幅及びピッチは、それぞれその空間像の線幅及びピッチを指しているものとする。
In this state, when the illumination light IL is irradiated onto the reticle mark plate RFM, as shown in FIG. 4A, the light diffracted and scattered by the measurement mark PM (illumination light IL) is projected onto the projection optical system PL. And a spatial image (projected image) PM ′ of the measurement mark PM is formed on the image plane of the projection optical system PL. At this time, wafer stage WST is set at a position where the aerial image PM ′ is formed on the + Y direction side (or the −Y direction side) of
そして、主制御装置50によって、ウエハステージ駆動系56Wを介してウエハステージWST(走査機構)が図4(A)中に矢印Fで示されるように+Y方向に駆動されると、スリット122が空間像PM’に対してY方向に走査される。この走査中に、スリット122を通過する光(照明光IL)がウエハステージWST内の光学系、ミラー96、受光レンズ89を介して光センサ94で受光され、その光電変換信号PSが信号処理装置80を介して主制御装置50に供給される。主制御装置50は、その光電変換信号に基づいて空間像PM’に対応する光強度分布情報を取得する。なお、空間像PM’とスリット122とは、スリット122に垂直な方向に相対走査すればよい。そのため、スリット122を静止させておいて、図1のレチクルステージRST(走査機構)を介してレチクルマーク板RFMを移動させることによって、空間像PM’側を移動してもよい。
When the
図4(B)には、上記の空間像計測の際に得られる光電変換信号(光強度信号)PSの一例が示されている。この場合、空間像PM’は、スリット122の走査方向(Y方向)の幅(2D)の影響で像が平均化する。従って、スリット122の走査方向(ここではY方向)の透過率分布をp(y)とし、空間像の光強度分布をi(y)とし、観測される光強度信号をm(y)とすると、空間像の強度分布i(y)と観測される強度信号m(y)との関係は、以下の(2)式で表される。なお、この(2)式において、強度分布i(y)、強度信号m(y)の単位は、単位長さ当たりの強度であり、u軸は、y軸と同一の座
標軸であるとする。
FIG. 4B shows an example of a photoelectric conversion signal (light intensity signal) PS obtained in the above aerial image measurement. In this case, the aerial image PM ′ is averaged due to the influence of the width (2D) of the
但し、スリット122の透過率分布の関数p(y)は、以下の(3)式で表される。
However, the function p (y) of the transmittance distribution of the
即ち、観測される強度信号m(y)は、スリッ卜122の関数p(y)と空間像の光強度分布i(y)とのコンボリューションになる。
従って、計測精度の面からは、スリット122の走査方向(ここではY方向)の幅(以下、単に「スリット幅」と呼ぶ)2Dは小さい程良い。本例のように、フォト・マルチプライヤ・チューブ(PMT)を光センサ94として用いる場合には、スリット幅が非常に小さくなっても走査速度を遅くして計測に時間をかければ光量(光強度)の検出は可能である。しかしながら、現実には、スループットの面から空間像計測時の走査速度に一定の制約があるため、スリット幅2Dがあまりにも小さいと、スリット122を透過する光量が小さくなり過ぎて、計測が困難となってしまう。本例では、スリット幅2Dは、200nm程度以下で、例えば100〜150nm程度に設定される。なお、スリット122の代わりに、ピンホールを用いて空間像PM’を走査してもよい。ピンホールの場合には方向性はないが、光量が少なくなる。そこで、特に空間像PM’のピッチが大きいような場合に、ピンホールを使用することができる。また、ピンホールを用いる場合には、受光量を多くするために、その直径はスリット幅2Dの2倍程度、即ち400nm程度以下で例えば200〜300nm程度に設定される。
That is, the observed intensity signal m (y) is a convolution of the function p (y) of the
Therefore, in terms of measurement accuracy, the width (hereinafter simply referred to as “slit width”) 2D of the
このように空間像計測装置59を用いた空間像計測動作によって、計測用マークPMの空間像(投影像)PM’における光強度分布を計測することができる(第1工程)。その計測された光強度分布の情報は図1の主制御装置50に供給される。その光強度分布の情報には、空間像PM’の横方向の結像位置(横シフト)及び振幅(コントラスト)の情報が含まれているため、主制御装置50(演算装置)は、その情報を用いて奇関数収差及び偶関数収差を求めることができる(第2工程)。更に、その光強度分布情報を用いて、投影光学系PLに対するベストフォーカス位置のキャリブレーションを行うことができるとともに、所定のマーク像のX方向、Y方向の位置も求めることができる。
As described above, the light intensity distribution in the aerial image (projected image) PM ′ of the measurement mark PM can be measured by the aerial image measuring operation using the aerial image measuring device 59 (first step). Information on the measured light intensity distribution is supplied to the
また、本例では、9次を超える所定次数までのツェルニケ多項式によって表される収差を計測するものとする。このためには、空間像PM’として、後述のように方向及びピッチの異なる種々の周期マークの空間像を計測する必要がある。そのためには、スリット板90にも複数の方向に配列されたスリット(開口パターン)を形成しておく必要がある。
図9は、本例のスリット板90上に形成された開口パターンとしての複数のスリットの配置を示し、この図9において、スリット板90上には、Y方向に伸びるスリット幅2Dで長さLのスリット122bと、このスリット122bを90°回転した形状のX方向に伸びるスリット122aとが形成されている。更に、スリット板90上には、それぞれ幅2Dで長さL1の6個の収差計測用のスリット9A,9B,9C,9D,9E,9F(スリット状開口パターン)が形成されている。この場合、スリット9A及び9Dはそれぞれスリット122b及び122aの延長上に配置され、残りの4個のスリット9B,9C,9F,9Eはほぼ正方形の4個の頂点の位置にあり、1組のスリット122b及び9Aと、別の1組のスリット122a及び9Dとはほぼその正方形の隣り合う2辺を構成している。また、その正方形のほぼ中心に直径がほぼ4Dのピンホール123が形成されている。これらのスリット122a,122b,9A〜9F、及びピンホール123を通過した照明光は、図3の光センサ94で受光される。この場合、スリット122a及び9D、スリット122b及び9A、スリット9B、スリット9C、スリット9E、スリット9F、並びにピンホール123を通過した照明光を個別に検出するために、例えばスリット板90の底面にスリット選択部材としての液晶パネルを設けて、選択された1組若しくは一つのスリット、又はピンホールを通過した照明光のみが光センサ94に入射するようにしてもよい。
In this example, it is assumed that the aberration represented by the Zernike polynomial up to a predetermined order exceeding 9th order is measured. For this purpose, as the aerial image PM ′, it is necessary to measure aerial images of various periodic marks having different directions and pitches as described later. For this purpose, it is necessary to form slits (opening patterns) arranged in a plurality of directions on the
FIG. 9 shows an arrangement of a plurality of slits as an opening pattern formed on the
本例では、各スリット像のスリット幅2Dは100nm程度、スリット122a,122bの長さLは8μm程度、スリット9A〜9Fの長さL1は3μm程度である。これらのスリット幅及び長さは、投影像の段階での値である。また、スリット122aとスリット9Dとの間隔、及びスリット122bとスリット9Aとの間隔はそれぞれ1〜2μm程度である。この場合、スリット122a及び122bは、ベストフォーカス位置のキャリブレーション及びマーク像の位置計測を行うために使用される。また、スリット122a及び122bを使用する際には、それぞれその延長上にある収差計測用のスリット9D及び9Aも同時に使用される。このようにスリット122a及び122bに対してそれぞれ収差計測用のスリット9D及び9Aを同時に使用することによって、ベストフォーカス位置及び像位置の計測時に十分な光量を確保することができ、計測再現性が向上する。
In this example, the
また、図9の収差計測用のスリット9A,9B,9C,9D,9E,及び9Fの長手方向(配列方向)は、それぞれX軸に対して反時計回りに90°、φ5、φ6、0°、φ7、及びφ8で交差する方向である。この場合、各スリット9A〜9Fは、対応する空間像に対してその長手方向に直交する方向(計測方向)に相対的に走査される。言い換えると、6個のスリット9A,9B,9C,9D,9E,及び9Fの計測方向は、それぞれX軸に対して反時計回りに0°、φ1(=φ5−90°)、φ2(=φ6−90°)、90°、φ3(=φ7+90°)、及びφ4(=φ8+90°)で交差している。一例として、角度φ1は30°、角度φ2は45°、角度φ3は120°、角度φ4は135°である。このように本例のスリット板90を使用することによって、投影光学系PLの光学特性としての収差をオンボディで迅速に計測することができる。
Further, the longitudinal directions (arrangement directions) of the aberration measurement slits 9A, 9B, 9C, 9D, 9E, and 9F in FIG. 9 are respectively 90 °, φ5, φ6, and 0 ° counterclockwise with respect to the X axis. , Φ7, and φ8. In this case, each of the
なお、計測対象の収差が、係数Z37までの0θ、1θ、cos2θ成分である場合には、図9のスリット板90上の2個のスリット9A,9D、即ち計測方向がX軸に対して0°、90°で交差する2個のスリット(開口パターン)を使用するのみでもよい。
次に、奇関数収差及び偶関数収差を理論的に定量的に表わすために、以下の計算を行う。この場合の計測対象の空間像を、図3の計測用マークPMの空間像PM’とする。ここで、計測用マークPMの空間像PM’における図4(A)のY方向の複素振幅分布をo(y)とし、その空間周波数スペクトルをO(s)とする(sは、空間周波数軸上の座標である)。計測用マークPMの空間像PM’の周期パターンに含まれる空間周波数成分のうち、2つの空間周波数成分をそれぞれf’、f”とすると、そのスペクトルO(f’)、O(f”)のビートによって生じる干渉縞に、ある重みを掛けたものを全体の空間周波数で積分したものが計測用マークPMの空間像PM’の強度分布i(y)となる。この重みをクロスモジュレーション係数(The Cross modulation coefficient)T(f’,f”)というが、このクロスモジュレーション係数T(f’,f”)は、以下の(4)式によって定義される。
When the aberration to be measured is 0θ, 1θ, and cos2θ components up to the coefficient Z 37 , the two
Next, in order to theoretically and quantitatively represent the odd-function aberration and the even-function aberration, the following calculation is performed. The aerial image to be measured in this case is defined as an aerial image PM ′ of the measurement mark PM in FIG. Here, in the aerial image PM ′ of the measurement mark PM, the complex amplitude distribution in the Y direction in FIG. 4A is o (y), and the spatial frequency spectrum is O (s) (s is the spatial frequency axis) (The coordinates above). Of the spatial frequency components included in the periodic pattern of the spatial image PM ′ of the measurement mark PM, if the two spatial frequency components are f ′ and f ″, respectively, the spectra O (f ′) and O (f ″) An intensity distribution i (y) of the aerial image PM ′ of the measurement mark PM is obtained by integrating an interference fringe generated by beats multiplied by a certain weight at the entire spatial frequency. This weight is referred to as the cross modulation coefficient T (f ′, f ″). The cross modulation coefficient T (f ′, f ″) is defined by the following equation (4).
この式において、Fは投影光学系PLの射出瞳(又は瞳面)における瞳関数であり(* は複素共役を示す)、σ(ξ,η)は有効光源である。なお、ξ,ηは、投影光学系PLの射出瞳上における直交座標軸である。従って、部分コヒーレント照明による計測用マークPMの結像式は、以下の(5)式によって表される。 In this equation, F is a pupil function at the exit pupil (or pupil plane) of the projection optical system PL ( * indicates a complex conjugate), and σ (ξ, η) is an effective light source. Note that ξ and η are orthogonal coordinate axes on the exit pupil of the projection optical system PL. Therefore, the imaging formula of the measurement mark PM by partial coherent illumination is expressed by the following formula (5).
[奇関数収差(横収差)の計測]
一般に、瞳内の計測点での奇関数収差の収差量と像シフト量とは単位を位相とすれば絶対値が一致する。長さの単位から位相の単位への換算は次式で表される。
像シフト量(位相)=(像シフト量(長さ)/マークピッチ)×360°…(K1)
なお、瞳内の計測点の収差量は有効照明サイズ(照明光学系の瞳面における2次光源の大きさ)で決まり、その2次光源の一例は小輪帯状である。
[Measurement of odd-function aberration (lateral aberration)]
In general, the absolute value of the aberration amount of the odd function aberration and the image shift amount at the measurement point in the pupil coincide with each other if the unit is a phase. Conversion from the unit of length to the unit of phase is expressed by the following equation.
Image shift amount (phase) = (image shift amount (length) / mark pitch) × 360 ° (K1)
Note that the amount of aberration at the measurement point in the pupil is determined by the effective illumination size (the size of the secondary light source on the pupil plane of the illumination optical system), and an example of the secondary light source is a small annular zone.
また、瞳内の計測点を極座標(ρ,θ)で示すと、θは計測マークの配列方向(繰り返し方向及びその反対方向)と一致し、動径ρは、マークピッチP、投影光学系の開口数NA、及び露光波長λを用いて次のようになる。
ρ=λ/(P・NA) …(K2)
ここでは、奇関数収差があるときの(5)式の結像式を具体的に計算する。一例として、その奇関数収差は、7次のツェルニケ多項式f7(ρ,θ)で表されるコマ収差Z7 であるとする。また、ツェルニケ多項式f7(ρ,θ)は、次のように射出瞳上での位相遅れを示す。
When the measurement point in the pupil is indicated by polar coordinates (ρ, θ), θ coincides with the measurement mark arrangement direction (repetition direction and the opposite direction), and the radius ρ is the mark pitch P and the projection optical system. It is as follows using the numerical aperture NA and the exposure wavelength λ.
ρ = λ / (P · NA) (K2)
Here, the imaging formula (5) when there is an odd function aberration is specifically calculated. As an example, it is assumed that the odd-function aberration is a coma aberration Z 7 represented by a seventh-order Zernike polynomial f7 (ρ, θ). The Zernike polynomial f7 (ρ, θ) indicates a phase delay on the exit pupil as follows.
f7(ρ,θ)=(3ρ3 −2ρ)cosθ …(A1)
この場合、説明の便宜上、(5)式の位置yをx’で置き換える。そして、図4(A)に示すように、計測用マークPMの空間像PM’のピッチPhが1/fhであり(Ph=1
/fh)、50%デューティ(ライン幅とスペース幅とが同じ)であるとする。空間像P
M’のピッチPh に対応する空間周波数成分を基本波成分とした場合のN次の高調波成分(Nは奇数)の強度IhN(x’)は、以下の式で示される。なお、この場合、fh は空間像PM’の基本空間周波数である。
f7 (ρ, θ) = (3ρ 3 −2ρ) cos θ (A1)
In this case, for convenience of explanation, the position y in the equation (5) is replaced with x ′. As shown in FIG. 4A, the pitch P h of the aerial image PM ′ of the measurement mark PM is 1 / f h (P h = 1).
/ F h ) and 50% duty (the line width and the space width are the same). Aerial image P
The intensity I hN (x ′) of the Nth-order harmonic component (N is an odd number) when the spatial frequency component corresponding to the pitch P h of M ′ is the fundamental wave component is expressed by the following equation. In this case, f h is the fundamental spatial frequency of the aerial image PM ′.
この式において、c0 及びcN はそれぞれ0次及びN次のフーリエスペクトルの振幅を表す。そして、角度φhNはN次の高調波の収差(横シフト)であり、次式で表される。 In this equation, c 0 and c N represent the amplitudes of the 0th and Nth order Fourier spectra, respectively. The angle φ hN is an Nth-order harmonic aberration (lateral shift) and is expressed by the following equation.
ここで、基本波の位相をコヒーレント照明(コヒーレンスファクタ(σ値)が0)の例で考える。計測用マークPMが、先に述べたように50%デューティでピッチPh が1/fh のL&Sパターンの場合、その複素振幅分布o(x’)は次式にて表される。但し、
フーリエ係数であるc0,c1,c3,c5 ,…の値はそれぞれ1/2,1/4,−1/12,1/20,…である。
Here, the phase of the fundamental wave is considered in an example of coherent illumination (coherence factor (σ value) is 0). When the measurement mark PM is an L & S pattern with a 50% duty and a pitch Ph of 1 / f h as described above, the complex amplitude distribution o (x ′) is expressed by the following equation. However,
The values of Fourier coefficients c 0, c 1, c 3, c 5 ,... Are 1/2, 1/4, −1/12, 1/20,.
ここで、計測用マークPMを0.5μmのL&Sパターン(空間像の線幅が0.5μm)として、図3の投影光学系PLの開口数NAを0.78として、コヒーレント照明の場合を考えると、結像に寄与する高調波は3次までになる。更に、コヒーレント照明では射出瞳上の収差量は各回折光に対して高々1つの位相差を与えるだけである。更に、コマ収差Z7 を表わす7次のツェルニケ多項式f7は、(A1)式から分かるように奇関数であるため、空間周波数fh における収差量をexp(iφ1)、空間周波数3fh における収差量をexp(iφ3)として、(8)式は次の(9)式で表わすことが可能である。 Here, let us consider the case of coherent illumination where the measurement mark PM is 0.5 μm L & S pattern (aerial image line width is 0.5 μm) and the numerical aperture NA of the projection optical system PL in FIG. 3 is 0.78. Then, the harmonics contributing to image formation are up to the third order. Furthermore, in coherent illumination, the amount of aberration on the exit pupil only gives at most one phase difference for each diffracted light. Further, since the seventh-order Zernike polynomial f7 representing the coma aberration Z 7 is an odd function as can be seen from the equation (A1), the aberration amount at the spatial frequency f h is exp (iφ 1 ), and the aberration at the spatial frequency 3f h . When the quantity is exp (iφ 3 ), the equation (8) can be expressed by the following equation (9).
(9)式の各フーリエ成分から1次(基本波)成分を構成する場合を考えると、その1次成分は、0次成分と1次成分とのビートのみで構成されることが明らかである。0次成分と1次成分とのビートを考えると、1次成分の強度分布は(10)式で示され、1次成分の位相φh1は(11)式で示される。 Considering the case where a primary (fundamental) component is constructed from each Fourier component of equation (9), it is clear that the primary component is composed only of beats of the 0th and 1st components. . Considering the beat of the zeroth-order component and the first-order component, the intensity distribution of the first-order component is expressed by the equation (10), and the phase φ h1 of the first-order component is expressed by the equation (11).
また、コヒーレント照明では、1次成分の強度分布は次のようになる。 In coherent illumination, the intensity distribution of the primary component is as follows.
この式は、収差Z7 によって、空間像の位相がφ1 だけ変化して、像シフトが発生することを示している。具体的に収差の変化に対する位相の変化量である感度(ツェルニケ感度)を調べる。この場合、露光波長λが193nm及び開口数NAが0.78のもとで、0.5μmのL&Sパターン(ピッチは1μm)の空間像を考えると、1次回折光の回折角の正弦は0.193となるため、その1次成分の射出瞳上での動径ρ=0.247である。そこで、(A1)式より、7次のツェルニケ多項式f7(ρ,θ)のその1次成分に
対する値(ツェルニケ感度)は次のようになる。
This equation indicates that the phase of the aerial image changes by φ 1 due to the aberration Z 7 and an image shift occurs. Specifically, the sensitivity (Zernike sensitivity) which is the amount of change in phase with respect to the change in aberration is examined. In this case, when considering an aerial image of a 0.5 μm L & S pattern (pitch is 1 μm) under an exposure wavelength λ of 193 nm and a numerical aperture NA of 0.78, the sine of the diffraction angle of the first-order diffracted light is 0. Since 193, the radius ρ = 0.247 on the exit pupil of the primary component. Therefore, from the equation (A1), the value (Zernike sensitivity) for the first-order component of the seventh-order Zernike polynomial f7 (ρ, θ) is as follows.
f7(ρ=0.247,θ=0)=−0.449 …(A2)
例えば20mλの収差が発生すると、収差Z7 =20(mλ)であるため、位相φ1 は次のようになる。なお、λを360°としている。
φ1 =f7 ×Z7 =−0.449×20(mλ)=−3.23° …(A3)
この位相変化は、空間像の横ずれ量(像シフト量)としては、1ピッチが1μmであるため次のようになる。
f7 (ρ = 0.247, θ = 0) = − 0.449 (A2)
For example, when an aberration of 20 mλ occurs, the aberration Z 7 = 20 (mλ), and therefore the phase φ 1 is as follows. Note that λ is 360 °.
φ 1 = f 7 × Z 7 = −0.449 × 20 (mλ) = − 3.23 ° (A3)
This phase change is as follows because the lateral shift amount (image shift amount) of the aerial image is 1 μm per pitch.
像シフト量=1(μm)×(−3.23/360)=−8.97(nm)
従って、図4(A)の空間像PM’の像シフト量を計測し、この計測値と予め計算(光学シミュレーション)によって求めることができるツェルニケ感度とを用いて、7次のツェルニケ多項式によって表されるコマ収差Z7 (横収差量)を計測できる。この場合、何次のツェルニケ多項式までの収差をフィッティングするかによって、測定する計測用マークのピッチ(線幅)又は周期方向を複数用意する必要がある。
Image shift amount = 1 (μm) × (−3.23 / 360) = − 8.97 (nm)
Therefore, the image shift amount of the aerial image PM ′ shown in FIG. 4A is measured, and is expressed by a seventh-order Zernike polynomial using the measured value and the Zernike sensitivity that can be obtained in advance by calculation (optical simulation). The coma aberration Z 7 (lateral aberration amount) can be measured. In this case, it is necessary to prepare a plurality of pitches (line widths) or periodic directions of measurement marks to be measured depending on the order of aberrations up to the Zernike polynomial.
[偶関数収差(縦収差)の計測]
ここでは、偶関数収差があるときの(5)式の結像式を具体的に計算する。一例として、その偶関数収差は、表1の9次、16次、及び25次のツェルニケ多項式f9,f16,f25で表される収差Z9 ,Z16,Z25であるとする。なお、本例で重要な9次のツェルニケ多項式f9(ρ,θ)を以下に示す。16次及び25次のツェルニケ多項式f16(ρ,θ)及びf25(ρ,θ)は表1に示されている。
[Measurement of even function aberration (longitudinal aberration)]
Here, the imaging formula (5) when there is even function aberration is specifically calculated. As an example, the even-function aberration is assumed to be aberrations Z 9 , Z 16 , and Z 25 represented by the 9th, 16th, and 25th order Zernike polynomials f9, f16, and f25 in Table 1. The 9th-order Zernike polynomial f9 (ρ, θ) important in this example is shown below. The 16th and 25th order Zernike polynomials f16 (ρ, θ) and f25 (ρ, θ) are shown in Table 1.
f9(ρ,θ)=(6ρ4−6ρ2+1) …(A4)
図4(A)に示されるように、計測用マークPMの投影像である空間像PM’のピッチPh が1/fh であり、50%デューティ(ライン幅とスペース幅とが同じ)であるとする。空間像PM’のピッチPh に対応する空間周波数成分を基本波成分とした場合のN次の高調波成分(Nは奇数)の強度分布IhN_even(y)は、以下の(15)式で示される。なお、この場合、fh は空間像PM’の基本空間周波数である。
f9 (ρ, θ) = (6ρ 4 −6ρ 2 +1) (A4)
As shown in FIG. 4A, the pitch P h of the aerial image PM ′, which is the projection image of the measurement mark PM, is 1 / f h and is 50% duty (the line width and the space width are the same). Suppose there is. The intensity distribution I hN — even (y) of the Nth-order harmonic component (N is an odd number) when the spatial frequency component corresponding to the pitch P h of the aerial image PM ′ is the fundamental wave component is expressed by the following (15) It is shown by the formula. In this case, f h is the fundamental spatial frequency of the aerial image PM ′.
従って、投影光学系PLの偶関数収差の周波数Nfh における収差量を、0次光を基準としてexp(iφN_even)とすると、コヒーレント照明での前述の強度分布IhN_even_coh(y)は、上述の(15)式から、以下の(16)式で示される。 Therefore, when the amount of aberration at the frequency Nf h of the even function aberration of the projection optical system PL is expressed as exp (iφ N — even ) with respect to the 0th-order light, the aforementioned intensity distribution I hN — even — coh (in coherent illumination) y) is expressed by the following equation (16) from the above equation (15).
上記の(16)式から明らかなように、偶関数収差によって、基本波成分のN次の高調波成分の位相差は変化せず、その成分の振幅が変化する。従って、本例の収差計測方法では、所定次数(N次)の空間周波数成分の振幅に基づいて、投影光学系PLの偶関数収差の量を算出する。なお、本例では、偶数次、例えば2次の高調波成分の振幅に基づいて、偶関数収差を求めるようにしてもよい。しかしながら、デューティ50%のL&Sパターンである計測用マークPMの空間像PM’の空間周波数成分には、2次の高調波成分が原理的には存在しないため、他の次数の高調波成分同士の所定のビート成分をその2次の高調波成分として用いる必要がある。 As is apparent from the above equation (16), the phase difference of the Nth-order harmonic component of the fundamental wave component does not change due to the even function aberration, and the amplitude of the component changes. Therefore, in the aberration measurement method of this example, the amount of even function aberration of the projection optical system PL is calculated based on the amplitude of the spatial frequency component of a predetermined order (Nth order). In this example, even function aberration may be obtained based on the amplitude of even-order, for example, second-order harmonic components. However, since the second-order harmonic component does not exist in principle in the spatial frequency component of the spatial image PM ′ of the measurement mark PM that is the L & S pattern with a duty of 50%, the harmonic components of other orders It is necessary to use a predetermined beat component as the second harmonic component.
次に、本例の投影光学系PLの偶関数収差の計測方法につき詳細に説明する。この計測方法では、投影光学系PLの実際の収差、例えば所定の偶関数収差の量を変化させながら、他の偶関数収差を計測する。一例として、ここでは低次偶関数収差Z9 を変化させ、各周波数成分の振幅のピークを与えるときのZ9 の値を評価量として他の収差、例えばZ16等の高次の偶関数収差の量を計測するものとする。その収差Z9 は、上述のように、図2の結像特性補正コントローラ78を含む投影光学系PLの結像特性制御機構によって制御することができる。
Next, a method for measuring even function aberration of the projection optical system PL of this example will be described in detail. In this measurement method, the actual aberration of the projection optical system PL, for example, another even function aberration is measured while changing the amount of a predetermined even function aberration. As an example, here, the low-order even function aberration Z 9 is changed, and the value of Z 9 when giving the peak of the amplitude of each frequency component is used as an evaluation value for other aberrations, for example, higher order even function aberrations such as Z 16. Shall be measured. The aberration Z 9 can be controlled by the imaging characteristic control mechanism of the projection optical system PL including the imaging
ここで、収差Z16の計測方法について説明する。図5は、投影光学系PLの射出瞳(又は瞳面)上での規格化された位置における偶関数収差の各収差(Z4,Z9,Z16,Z25)による位相遅れを、対応する表1のツェルニケ多項式f4,f9,f16,f25の値をもって位相遅れレベルとして示している。また、図6は、図5に対して収差Z16の量は同じで、収差Z9 の量を変化させた場合の位相遅れレベルを示している。図5に示すように、実線で表されるZ16についての位相遅れレベルは、瞳位置の座標値が±0.525のところで極値を有しており、その値は0.447となっている。その瞳位置の座標値0.525に位置する1次回折光を発生するパターンとしては、光学系の条件を、NA=0.78,σ=0(コヒーレント照明),λ=193nmとした場合に、ピッチ=λ/(NA×0.525)=471nmとなるので、線幅235nmのL&Sパターンを用いることができる。このパターンの空間像の振幅は、投影光学系PLの収差がZ16のみであるとすると、Z16が0のときに最大となる。このことは、(16)式から明らかである。また、収差Z16についての位相遅れレベルは、光軸(瞳位置=0)上では−1となっているため、図5における収差Z16に起因する±0.525の極値での位相遅れレベル(±1次回折光の位相)と、光軸上での位相遅れレベル(0次光の位相)との位相差は、1.447となる。 Here, a method for measuring the aberration Z 16 will be described. FIG. 5 corresponds to the phase delay due to each aberration (Z 4 , Z 9 , Z 16 , Z 25 ) of the even function aberration at the normalized position on the exit pupil (or pupil plane) of the projection optical system PL. The values of Zernike polynomials f4, f9, f16, and f25 in Table 1 are shown as phase delay levels. 6 shows the phase lag level when the amount of aberration Z 9 is changed with the amount of aberration Z 16 being the same as in FIG. As shown in FIG. 5, the phase lag level for Z 16 represented by a solid line has an extreme value when the coordinate value of the pupil position is ± 0.525, and the value is 0.447. Yes. As a pattern for generating the first-order diffracted light located at the coordinate value 0.525 of the pupil position, when the optical system conditions are NA = 0.78, σ = 0 (coherent illumination), λ = 193 nm, Since pitch = λ / (NA × 0.525) = 471 nm, an L & S pattern having a line width of 235 nm can be used. The amplitude of the spatial image of the pattern, the aberration of the projection optical system PL When only Z 16, maximized when Z 16 is zero. This is clear from the equation (16). Further, since the phase lag level for the aberration Z 16 is −1 on the optical axis (pupil position = 0), the phase lag at an extreme value of ± 0.525 due to the aberration Z 16 in FIG. The phase difference between the level (± first-order diffracted light phase) and the phase delay level on the optical axis (zero-order light phase) is 1.447.
このとき、図6において、16次のツェルニケ多項式に乗じる係数(ツェルニケ係数)で表した場合のZ16の収差量がC(今のところ未知数のため「C」と規定している)だけ存在するとした場合、図5の位相差(1.447)を用いると、Z16に起因する瞳座標0.525に位置する1次回折光と光軸上の0次光との位相差Bは、次のようにC×1.447となる。 At this time, in FIG. 6, it is assumed that there is only an aberration amount of Z 16 expressed by a coefficient (Zernike coefficient) multiplied by a 16th-order Zernike polynomial (currently defined as “C” because of an unknown number). If you, using the phase difference in FIG. 5 (1.447), the phase difference B between the zero-order light on the first-order diffracted light and the optical axis is located in the pupil coordinate 0.525 due to Z 16 are the following Thus, C × 1.447.
B=C×1.447 …(A9)
次に、図5において、Z9 に起因する瞳座標0.525に位置する1次回折光と光軸上の0次光との位相差はほぼ−1.2である。従って、図6において、ツェルニケ係数で表した場合のZ9 の収差量をVだけ発生させるものとした場合、Z9 に起因する瞳座標0.525に位置する1次回折光と光軸上の0次光との位相差Aは、次のようになる。
B = C × 1.447 (A9)
Next, in FIG. 5, the phase difference between the first-order diffracted light located at the pupil coordinate 0.525 caused by Z 9 and the zero-order light on the optical axis is approximately −1.2. Accordingly, in FIG. 6, when the aberration amount of Z 9 expressed by the Zernike coefficient is generated only by V, the first-order diffracted light positioned at the pupil coordinate 0.525 caused by Z 9 and 0 on the optical axis. The phase difference A with the next light is as follows.
A=−V×1.2 …(A10)
そして、その位相差Aによって(A9)式のZ16に起因する位相差Bを相殺して(A=−B)、1次回折光と0次光との位相差が0となるときに、線幅235nmのL&Sパターンの空間像の振幅は最大となる。また、位相差Aは、Z9 の収差量Vを変化させることによって任意に設定可能である。そのように、位相差Aによって位相差Bを相殺するための、Z9 の収差量Vは次のようにほぼ1.2Cとなる。
A = −V × 1.2 (A10)
Then, the phase difference A cancels out the phase difference B caused by Z 16 in the equation (A9) (A = −B), and when the phase difference between the first-order diffracted light and the zero-order light becomes zero, The amplitude of the aerial image of the L & S pattern having a width of 235 nm is maximized. Further, the phase difference A can be arbitrarily set by changing the aberration amount V of Z 9 . As described above, the aberration amount V of Z 9 for canceling out the phase difference B by the phase difference A is approximately 1.2C as follows.
V=−B/(−1.2)=C×1.447/1.2≒1.2C …(A11)
この場合、線幅235nmのL&Sパターンの空間像の振幅が最大となるように、Z9 の収差量Vを設定すると、その収差量VにZ16の収差量Cの情報が含まれている。言い換えれば、Z16の値をZ9の値から換算可能ということになる。なお、この際には、計測精
度を高める観点からすれば、Z9を順次変更した際の空間像の基本波成分の振幅が最大と
なるZ9の値から、Z16の値を換算するのが望ましい。
V = −B / (− 1.2) = C × 1.447 / 1.2≈1.2C (A11)
In this case, when the aberration amount V of Z 9 is set so that the amplitude of the aerial image of the L & S pattern having a line width of 235 nm is maximized, the aberration amount V includes information on the aberration amount C of Z 16 . In other words, the value of Z 16 can be converted from the value of Z 9 . In this case, from the viewpoint of improving the measurement accuracy, the value of Z 16 is converted from the value of Z 9 that maximizes the amplitude of the fundamental wave component of the aerial image when Z 9 is sequentially changed. Is desirable.
図7は、Z9を変化させたときの、空間像強度の基本波成分の振幅をシミュレーショ
ンで計算したときの計算結果を示す。このシミュレーションでは、光学系の条件を、NA=0.78、σ=0.1、λ=193nmとし、計測マークを線幅235nmのL&Sパターンとした。また、図7においては、Z16の収差量が0、20、40、60、100(mλ)の場合の基本波成分の振幅の変化が示されている。なお、ここで、Z9を変化さ
せながら基本波成分の振幅の値を順次計測しているのは、振幅のピーク位置を高精度に決定するためである。その振幅のピーク位置はZ9の収差量(以下、「Z9換算値」と言う)で求められる。また、その振幅のピーク位置はZ16の量に比例して変化する。
FIG. 7 shows a calculation result when the amplitude of the fundamental wave component of the aerial image intensity is calculated by simulation when Z 9 is changed. In this simulation, the optical system conditions were NA = 0.78, σ = 0.1, λ = 193 nm, and the measurement mark was an L & S pattern with a line width of 235 nm. FIG. 7 also shows changes in the amplitude of the fundamental wave component when the amount of aberration of Z 16 is 0, 20, 40, 60, 100 (mλ). Here, the reason why the amplitude value of the fundamental wave component is sequentially measured while changing Z 9 is to determine the peak position of the amplitude with high accuracy. The peak position of the amplitude is determined by the amount of aberration of Z 9 (hereinafter referred to as “Z 9 converted value”). The peak position of the amplitude changes in proportion to the amount of Z 16.
図8は、図7のZ16の収差量と振幅のピーク位置(Z9換算値)との相関関係を示
す。図8に示すように、Z16の収差量とZ9換算値でのピーク位置とは、ほぼ完全に比
例関係にあり、相関係数R2=1となっている。Z16の変化に対するピーク位置(Z9換算値)の変化の割合は、いわゆるツェルニケ感度で0.9157と計算される。なお、この感度はNA、σ、波長、計測マークによって変化する。
FIG. 8 shows the correlation between the amount of aberration of Z 16 in FIG. 7 and the peak position of the amplitude (Z 9 converted value). As shown in FIG. 8, the amount of aberration of Z 16 and the peak position in terms of Z 9 are almost completely proportional, and the correlation coefficient R 2 = 1. The ratio of the change of the peak position (Z 9 converted value) to the change of Z 16 is calculated as 0.9157 in terms of so-called Zernike sensitivity. This sensitivity varies depending on NA, σ, wavelength, and measurement mark.
以上述べたように、空間像計測を、投影光学系PLの第1の収差としてのZ9を複数の
量に設定して実行し、計測された空間像、即ち光強度信号に含まれる基本波成分の大きさが最大となる位置と、その所定次数の高調波成分の大きさが最大となる位置とをZ9換算
で求め、これらの位置の差を評価量として第2の収差としてのZ16を算出することができる。
As described above, the aerial image measurement is executed by setting Z 9 as the first aberration of the projection optical system PL to a plurality of amounts, and the measured aerial image, that is, the fundamental wave included in the light intensity signal. A position where the magnitude of the component is maximum and a position where the magnitude of the harmonic component of the predetermined order is maximized are calculated in terms of Z 9, and the difference between these positions is used as an evaluation amount to determine Z as the second aberration. 16 can be calculated.
なお、その他の偶関数成分の収差Z25,Z36も計測する場合、計測マークを3種類以上とし、これらの計測マークにおけるツェルニケ感度をZ16,Z25,Z36に関して求めておき、3種類以上のマークでZ9 換算での振幅のピーク位置δm(m=1,2,3,…)を測定し、所定の連立方程式を解くことによって、Z16,Z25,Z36それぞれの収差量を求めることができる。 In the case of measuring aberrations Z 25 and Z 36 of other even function components, three or more types of measurement marks are used, and Zernike sensitivities at these measurement marks are obtained with respect to Z 16 , Z 25 and Z 36 , and three types are measured. By measuring the peak position δ m (m = 1, 2, 3,...) Of the amplitude in terms of Z 9 with the above marks and solving a predetermined simultaneous equation, each aberration of Z 16 , Z 25 , Z 36 The amount can be determined.
なお、上記の基本波成分(基本周波数成分)の振幅を求める際に、例えば図9のスリット9Aで周期方向がX方向の計測マークの空間像をX方向に走査して検出信号をX座標に対応させて取り込み、1次元の空間像情報を得てから、これをフーリエ変換して基本波成分の振幅を計算する方法は、時間がかかってしまう。特に、例えば図9のスリット板90の位置をZ方向に次第に変えながら、Z方向の各位置で上記のX方向への走査とフーリエ変換を用いる計算とを繰り返すような場合には、計測時間がかなり長くなり、露光工程のスループットが低下する。
When obtaining the amplitude of the fundamental wave component (fundamental frequency component), for example, a spatial image of the measurement mark whose period direction is the X direction is scanned in the X direction by the
そこで、本例では、その計測マークの空間像を3光束干渉状態で検出することによって、投影光学系PLの収差の計測時間を短縮する。これについて図10及び図11を参照して説明する。
図10(A),(B),(C),(D)及び図11(A),(B),(C),(D)は、それぞれ計測マークとしてウエハ上での線幅が478nmのデューティ比が1:1のライン・アンド・スペースパターンの空間像の光強度分布を示している。また、その計測マークは、クロム膜に形成された通常のレチクル用のマークであり、露光波長は193nm、検出用のスリット幅は150nm、投影光学系の開口数NAは0.92、照明光学系の開口数iNAは、0.92×0.045(σ値が0.045)である。
Therefore, in this example, the measurement time of the aberration of the projection optical system PL is shortened by detecting the aerial image of the measurement mark in a three-beam interference state. This will be described with reference to FIGS.
10 (A), (B), (C), (D) and FIGS. 11 (A), (B), (C), (D) each have a line width of 478 nm as a measurement mark on the wafer. The light intensity distribution of the aerial image of the line and space pattern with a duty ratio of 1: 1 is shown. The measurement mark is a mark for a normal reticle formed on a chromium film, the exposure wavelength is 193 nm, the detection slit width is 150 nm, the numerical aperture NA of the projection optical system is 0.92, and the illumination optical system The numerical aperture iNA is 0.92 × 0.045 (σ value is 0.045).
そして、図10(A)、図11(A)はベストフォーカス位置での空間像、図10(B)、図11(B)は0.3μmデフォーカスしたときの空間像、図10(C)、図11(C)は2.0μmデフォーカスしたときの空間像、図10(D)、図11(D)は2.34μmデフォーカスしたときの空間像を示している。
また、図10(A)〜(D)はそれぞれ投影光学系の開口数NAを最大値(0.92)のままとしたときの空間像の光強度分布(横軸は位置(μm))を示し、波線Aは空間像そのもの、正弦波曲線A1は基本波成分(基本周波数成分)、直線DCは直流成分、他の複数の曲線AHは高調波成分を表している。本例のようにデューティ比が1:1の(光の透過するスペースの幅と光の透過しないラインの幅との寸法が等しい)計測マークでは、0次光以外の偶数次数の回折光を発生しない。
10A and 11A are aerial images at the best focus position, FIG. 10B and FIG. 11B are aerial images when 0.3 μm is defocused, and FIG. 10C. FIG. 11C shows the aerial image when 2.0 μm is defocused, and FIG. 10D and FIG. 11D show the aerial image when 2.34 μm is defocused.
10A to 10D show the light intensity distribution of the aerial image when the numerical aperture NA of the projection optical system is kept at the maximum value (0.92) (the horizontal axis indicates the position (μm)). The wave line A represents the aerial image itself, the sine wave curve A1 represents the fundamental wave component (fundamental frequency component), the straight line DC represents the DC component, and the other plurality of curves AH represent the harmonic components. As in this example, the measurement mark having a duty ratio of 1: 1 (the width of the light transmitting space is equal to the width of the non-light transmitting line) generates even-order diffracted light other than the zero-order light. do not do.
この条件では投影光学系のテレセントリシティのずれが無ければ、投影光学系を通過する回折光は0次光、±1次光、±3次光までとなり、言うなれぱ5光束干渉の状態である。この状態では、空間像のフーリエスペクトルとしては基本波の他に高調波として2次、3次、4次、5次、6次高調波までが含まれる。空間像の1点での強度を計測することで基本波の振幅を計測できれば良いのであるが、例えば図10(A)の空間像Aは山部(高レベル部分)の頂上が2つに割れており、さらにコマ収差の影響で非対称になっている。山部の頂上が割れている原因は3次高調波の位相が反転していることに依存する。 Under this condition, if there is no deviation in the telecentricity of the projection optical system, the diffracted light passing through the projection optical system is up to the 0th order light, ± 1st order light, and ± 3rd order light. is there. In this state, the Fourier spectrum of the aerial image includes not only the fundamental wave but also harmonics up to the second, third, fourth, fifth, and sixth harmonics. It is only necessary to measure the amplitude of the fundamental wave by measuring the intensity at one point of the aerial image. For example, in the aerial image A in FIG. 10A, the top of the mountain (high level portion) is broken into two. Furthermore, it is asymmetric due to the effect of coma. The cause of the crack at the top of the peak depends on the phase of the third harmonic being inverted.
そこで、一例として空間像の振幅が最大となる位置は、基本波成分の振幅が最大になる位置であるとする。このときには、図10(A)の右端部から最初に基本波成分A1の正弦波の振幅が最大になる辺り、つまりほぼ−0.478μmの位置での基本波成分A1の信号強度を計測すればよい。
さらに、0.3μmデフォーカスしたときの空間像を示す図10(B)において、このときは3次成分の位相が反転しており、空間像Aの−0.478μm付近での振幅はむしろ増大している一方で、基本波成分A1の振幅は減少している。これは、空間像Aの振幅が最大になるときのデフォーカス量と、基本波成分A1の振幅が最大になるときのデフォーカス量とは異なっていることを意味している。また、1μmのデフォーカスを与えた図10(C)、2.34μmのデフォーカスを与えた図10(D)のいずれにしても、5光束干渉の空間像Aの1点での強度情報から、基本波成分A1の振幅が最大となるときのデフォーカス位置を計測することは困難である。
Therefore, as an example, the position where the amplitude of the aerial image is maximized is assumed to be the position where the amplitude of the fundamental wave component is maximized. At this time, if the amplitude of the sine wave of the fundamental wave component A1 is first maximized from the right end of FIG. 10A, that is, the signal intensity of the fundamental wave component A1 at a position of approximately −0.478 μm is measured. Good.
Further, in FIG. 10B showing the aerial image when 0.3 μm is defocused, the phase of the third-order component is reversed at this time, and the amplitude of the aerial image A near −0.478 μm is rather increased. On the other hand, the amplitude of the fundamental wave component A1 decreases. This means that the defocus amount when the amplitude of the aerial image A is maximized is different from the defocus amount when the amplitude of the fundamental wave component A1 is maximized. Further, in either of FIG. 10C given 1 μm defocus and FIG. 10D given 2.34 μm defocus, the intensity information at one point of the five-beam interference aerial image A is used. It is difficult to measure the defocus position when the amplitude of the fundamental wave component A1 is maximized.
そこで、本例ではこのような5光束以上の干渉状態になる計測マークの像の偶関数収差を計測する際に、図3の投影光学系PLの可変開口絞りASを絞って、強制的に0次回折光及び±1次回折光の3光束干渉状態とする(第1工程)。この後、図9のスリット9A〜9Fを用いて空間像の光強度分布の計測を行い(第2工程)、その計測結果に基づいて投影光学系PLの収差を求める(第3工程)。ここでも、上述の例と同じく、投影光学系PLの最大の開口数NAは0.92、照明光学系の開口数iNAは0.92×0.045、露光波長λは193nmの場合を考える。この場合、図3の可変開口絞りASを用いて投影光学系PLの開口数NAを0.56に絞ることで3光束干渉の状態になる。
Therefore, in this example, when the even function aberration of the image of the measurement mark that is in an interference state of five or more light beams is measured, the variable aperture stop AS of the projection optical system PL shown in FIG. A three-beam interference state of first-order diffracted light and ± first-order diffracted light is set (first step). Thereafter, the light intensity distribution of the aerial image is measured using the
3光束干渉とするための条件は、絞ったあとの開口数NAをNAaft 、マークピッチをPとすると次式で示される。
λ/P+iNA≦NAaft ≦3λ/P−iNA … (17)
さて、このように開口数NAaft を0.56に絞った場合の空間像A、基本波成分A1、高調波成分AFを図11(A)〜(D)に示す。高調波成分AFは2次高調波成分のみが存在する。3次以上の高調波成分も若干見受けられるが、これは電気系の非線形性も含んだシミュレーションのためであり、光学的には2次高調波までである。2次高調波は基本周波数成分と同位相で、ピーク位置が一致している。また、図11(B)、(C)、(D)に示すようにデフォーカスによって2次高調波成分の振幅はほとんど変わらない。これは2次高調波成分が±1次回折光による2光束干渉によって形成されているためである。ちなみに照明光学系の開口数iNA=0の状態では、原理的にはデフォーカスによって振幅の変化は無くなる。また、2光束干渉によって像が形成されているので、収差は投影光学系中の±1次回折光のあたっている部分の影響のみを受ける。
The condition for the three-beam interference is expressed by the following equation, where NA aft is the numerical aperture NA after focusing and P is the mark pitch.
λ / P + iNA ≦ NA aft ≦ 3λ / P-iNA (17)
Now, the spatial image A, fundamental wave component A1, and harmonic wave component AF when the numerical aperture NA aft is reduced to 0.56 are shown in FIGS. The harmonic component AF has only the second harmonic component. Third-order and higher-order harmonic components are also observed, but this is for simulation including non-linearity of the electrical system, and is optically up to the second-order harmonic. The second harmonic has the same phase as the fundamental frequency component, and the peak positions match. Further, as shown in FIGS. 11B, 11C, and 11D, the amplitude of the second harmonic component is hardly changed by defocusing. This is because the second harmonic component is formed by two-beam interference caused by ± first order diffracted light. Incidentally, in the state where the numerical aperture iNA = 0 of the illumination optical system, in principle, the change in amplitude is eliminated by defocusing. Further, since the image is formed by the two-beam interference, the aberration is influenced only by the portion of the projection optical system that is exposed to the ± first-order diffracted light.
ここで図10(A)と同様に基本波成分A1の振幅を計測するために、図11(A)の右端部から−0.478μm付近の光強度を計測するとする。空間像Aのピーク位置は奇関数の収差によって位置が変位するが、1次高調波と2次高調波とのウエハ面内での収差による横ずれ量は一致する。これは両者の収差による位置ずれ量が±1次回折光のあたっている部分の収差量で決まるためである。従って、奇関数収差の存在によって基本波成分と2次高調波成分とは同じ量だけシフトするので、これらから形成される空間像のピーク位置と基本波成分及び2次高調波成分のピーク位置とは一致する。空間像は基本波と2次高調波成分とからなり、これら3者のピーク位置は一致するのであるから、ピーク位置に対して空間像は対称な形状であることはいうまでも無い。 Here, in order to measure the amplitude of the fundamental wave component A1 as in FIG. 10A, it is assumed that the light intensity in the vicinity of −0.478 μm from the right end of FIG. Although the position of the peak position of the aerial image A is displaced by an odd function of aberration, the lateral shift amounts due to the aberration in the wafer surface of the first harmonic and the second harmonic coincide with each other. This is because the amount of misalignment due to both aberrations is determined by the amount of aberration in the portion where the ± first-order diffracted light strikes. Accordingly, the fundamental wave component and the second harmonic component are shifted by the same amount due to the presence of the odd function aberration, so that the peak position of the aerial image formed from these and the peak position of the fundamental wave component and the second harmonic component are Match. Since the aerial image is composed of a fundamental wave and a second harmonic component, and these three peak positions coincide with each other, it goes without saying that the aerial image has a symmetrical shape with respect to the peak position.
従って、空間像Aを適当な閾値で横方向の位置に関して2値化して、例えばハイレベルとなる部分のエッジの中心を検出することで、容易に基本波成分A1のピーク位置を推定できる。このように求めたピーク位置の1点で、図3の空間像計測装置59の受光面を投影光学系の光軸に平行に移動させて、光強度を計測することにより、図7を参照して説明したように基本波成分の振幅強度ピークを与えるもう一つの偶関数収差量を計測可能である。基本波成分の振幅最大を与えるもう一つの偶関数収差量は、2次高調波成分の最大振幅を与えるもう一つの偶関数収差成分と全く同じとは限らないが、照明光学系の開口数iNAが小さい(概ねiNAが0.1程度以下)場合は、それぞれの回折光が投影光学系の瞳面内で占める面積内の収差は均一と考えられる。その場合は2次高調波成分の振幅は一定と考えられるので、基本波成分の振幅の最大値を与える、もう一つの偶関数収差成分の収差量を計測することができる。
Accordingly, the peak position of the fundamental wave component A1 can be easily estimated by binarizing the aerial image A with respect to the position in the lateral direction with an appropriate threshold and detecting the center of the edge of the high level portion, for example. By measuring the light intensity by moving the light receiving surface of the aerial
一方、デフォーカスの収差よりも高次の偶関数収差が無視できないほど存在し、計測時の照明光学系の開口数iNAが比較的大きい場合は、2次高調波成分の振幅を最大とするもう一つの偶関数収差量は基本波成分を最大とする偶関数収差量と異なる可能性が高い。
図12を参照してこの現象について説明する。図12は偶関数で表される波面の一例を示し、この図12において、座標(ξ、η)は瞳座標系を示し、この面に直交する方向は任意単位の収差量を示す。また、0次光と±1次回折光とが通過する場所を、照明光学系の開口数iNAの大きさを表す円で示している。円内の波面は平面で近似できるとする。この場合、±1次回折光の通過部を示す円形部が互いに平行なときに、2光束干渉によって形成される2次高調波の振幅は最大になる。従って、もう一つの偶関数収差を図12と同じ程度の低次の偶関数収差で与えると、これらの2つの円形部の相対的な傾きを制御できるので、図12の状態よりも2次高調波の振幅を大きくすることができる可能性がある。一方、基本波成分の振幅が最大になる状態は、図12の±1次回折光が通過する円形部内の平均収差量と0次光が通過する円形部内の平均収差量とが一致するように、もう一つの偶関数収差を与えたときであり、2次高調波の振幅が最大になるところと一致する保証はない。このように照明光学系の開口数iNAの大きさと高次偶関数収差の存在とによって発生する、偶関数収差量の計測誤差はシミュレーションによって確認し、事前に最適な照明光学系の開口数iNAの大きさとすることが望ましい。
On the other hand, when the higher order even function aberration than the defocus aberration is not negligible and the numerical aperture iNA of the illumination optical system at the time of measurement is relatively large, the amplitude of the second harmonic component is maximized. There is a high possibility that one even function aberration amount is different from the even function aberration amount that maximizes the fundamental wave component.
This phenomenon will be described with reference to FIG. FIG. 12 shows an example of a wavefront represented by an even function. In FIG. 12, coordinates (ξ, η) indicate a pupil coordinate system, and a direction orthogonal to this plane indicates an aberration amount in an arbitrary unit. Further, the places through which the 0th-order light and the ± 1st-order diffracted light pass are indicated by circles representing the numerical aperture iNA of the illumination optical system. It is assumed that the wavefront in the circle can be approximated by a plane. In this case, the amplitude of the second harmonic formed by the two-beam interference is maximized when the circular portions indicating the passing portions of the ± first-order diffracted light are parallel to each other. Therefore, if another even-function aberration is given with a low-order even-function aberration of the same level as in FIG. 12, the relative inclination of these two circular portions can be controlled. There is a possibility that the amplitude of the wave can be increased. On the other hand, the state in which the amplitude of the fundamental wave component is maximized is such that the average aberration amount in the circular portion through which the ± first-order diffracted light of FIG. 12 passes matches the average aberration amount in the circular portion through which the zero-order light passes. When another even aberration is given, there is no guarantee that the amplitude of the second harmonic becomes maximum. Thus, the measurement error of the even function aberration amount caused by the size of the numerical aperture iNA of the illumination optical system and the presence of higher order even function aberration is confirmed by simulation, and the numerical aperture iNA of the optimum illumination optical system is determined in advance. The size is desirable.
以上の点に注意して、空間像の1点での光強度を計測しながら、もう一つの偶関数収差を変化させることで、基本波成分の振幅を最大とさせるもう一つの偶関数収差量、すなわち計測対象のピッチのマークによって決定すされ投影光学系PLの瞳面上の収差計測点での偶関数収差量が計測可能となる。計測の際に所定量のもう一つの偶関数を与える方法は、図2の投影光学系PLのレンズエレメント131 ,132 等の移動、又は図3の空間像計測装置59の受光部(スリット板90)のデフォーカスによって与えられる。
Paying attention to the above points, another even-function aberration amount that maximizes the amplitude of the fundamental component by changing the other even-function aberration while measuring the light intensity at one point of the aerial image. That is, the even function aberration amount at the aberration measurement point on the pupil plane of the projection optical system PL determined by the mark of the pitch to be measured can be measured. A method for giving another even function of a predetermined amount at the time of measurement is the movement of the lens elements 13 1 , 13 2, etc. of the projection optical system PL in FIG. 2, or the light receiving part (slit) of the aerial
次に、ツェルニケ多項式の37次までの係数で表される収差を計測する場合に、図9のスリット板90(スリット9A〜9F)と組み合わせて使用する計測用パターンの例を図13に示す。図13の計測用パターンは、図3のレチクルマーク板RFMのパターン面に形成されたものであるが、その計測用パターンをレチクルRの代わりにレチクルステージRST上にロードされるテストレチクルに形成しておいてもよい。
Next, FIG. 13 shows an example of a measurement pattern used in combination with the slit plate 90 (
図13において、レチクルマーク板RFMの付属マーク領域61には、ベストフォーカス位置計測用のX軸のマーク62X及びY軸のマーク62Y(フォーカス用マーク)と、投影像の位置計測用のX軸のマーク63X及びY軸のマーク63Y(像位置用マーク)とが形成されている。付属マーク領域61の大きさは、投影光学系PLによる投影像で表わすとほぼ60μm角であり、マーク62X,62Y,63X,63Yの配置は投影像の状態での配置を表している。X軸のマーク62X,63Xの像に対して図9のスリット122bをX方向に走査し、Y軸のマーク62Y,63Yの像に対して図9のスリット122aをY方向に走査して、それらの空間像の光強度分布を計測することによって、レチクルマーク板RFMの投影像のデフォーカス量、及びその付属マーク領域61の像のX方向、Y方向の位置を計測することができる。
In FIG. 13, the attached
また、レチクルマーク板RFMの付属マーク領域61に近接した領域に、X方向に次第に小さくなるピッチで形成されてデューティ比が1:1の5個のL&Sパターン(ライン・アンドス・ペースパターン)2A,2B,2C,2D,2Eを含む第1の周期マーク1Aが形成され、この周期マーク1Aの−X方向側にX方向に次第に小さくなるピッチで形成されてデューティ比が1:1の6個のL&Sパターン6A,6B,6C,6D,6E,6Fを含む第1の周期マーク5Aが形成されている。即ち、周期マーク1A及び5A(周期的マーク)の周期方向はX方向であり、周期マーク1A及び5Aは、X軸に平行に配列されている。
Further, five L & S patterns (line and pace patterns) 2A, which are formed at a pitch gradually decreasing in the X direction and have a duty ratio of 1: 1 in an area close to the attached
一例として、L&Sパターン2A〜2E及びL&Sパターン6A〜6Fの線幅(ピッチの1/2)及びラインパターンの本数は、それぞれ次の表2(A)の上段及び下段に示す値となる(1nm以下の端数は四捨五入されている)。また、L&Sパターン2A〜2E及び6A〜6Fの周期方向に直交する方向の長さは4μmに、即ち図9のスリット9B,9C,9E,9Fの長さ(3μm)よりも30%程度長く設定されている。なお、本例で使用されるパターンの長さ、線幅、及びピッチは、全て投影光学系PLによる空間像における値で表されている。
As an example, the line width (1/2 of the pitch) and the number of line patterns of the L &
表2(A)より、L&Sパターン2A〜2Eの線幅は、最大の1080nmから次第に120nm(ピッチで240nm)まで小さくなり、L&Sパターン6A〜6Fの線幅は、最大の1320nmから次第に120nm(ピッチで240nm)まで小さくなっている。そして、L&Sパターン2A〜2E中で最も小さいピッチと、L&Sパターン6A〜6F中で最も小さいピッチとは等しく240nmに設定されている。また、L&Sパターン2A〜2Eのそれぞれのラインパターンの本数は、L&Sパターン2A〜2Eの周期方向(計測方向)の長さ(ひいては面積)が互いにほぼ等しくなるように設定されている。即ち、L&Sパターン2A〜2Eの周期方向(計測方向)の長さは共通にほぼ10μmに設定されている。
From Table 2 (A), the line widths of the L &
図13において、周期マーク1Aの上方に、それぞれ周期マーク1A及び5Aを反時計回りに角度φ1だけ回転した形状の第2の周期マーク1B及び5Bが平行に形成され、周期マーク1Aの下方に、それぞれ周期マーク1A及び5Aを反時計回りに角度φ2だけ回転した形状の第3の周期マーク1C及び5Cが平行に形成されている。また、周期マーク1A及び5Aの間に、Y軸に平行にそれぞれ周期マーク1A及び5Aを時計回りに90°だけ回転した形状の第4の周期マーク1D及び5Dが平行に形成されている。更に、周期マーク5Aの上方に、それぞれ周期マーク1A及び5Aを反時計回りに角度φ3だけ回転した形状の第5の周期マーク1E及び5Eが平行に形成され、周期マーク5Aの下方に、それぞれ周期マーク1A及び5Aを反時計回りに角度φ4だけ回転した形状の第6の周期マーク1F及び5Fが平行に形成されている。本例の角度φ1、φ2、φ3、及びφ4は、それぞれ図9中の対応する角度と同じく30°、45°、120°、及び135°である。
In FIG. 13, second
図13のレチクルマーク板RFMにおいて、周期マーク1A,1B,1C,1D,1E,1Fを+Y方向に平行移動した位置にそれぞれ周期マーク3A,3B,3C,3D,3E,3Fが形成され、周期マーク5A,5B,5C,5D,5E,5Fを+Y方向に平行移動した位置にそれぞれ周期マーク7A,7B,7C,7D,7E,7Fが形成されている。そして、周期マーク3A〜3Fの周期方向は周期マーク1A〜1Fの周期方向と平行であり、周期マーク3A〜3F内には周期方向に対して次第に小さくなるピッチでデューティ比が1:1の5個のL&Sパターン4A,4B,4C,4D,4Eが形成されている。また、周期マーク7A〜7Fの周期方向は周期マーク5A〜5Fの周期方向と平行であり、周期マーク7A〜7F内には周期方向に対して次第に小さくなるピッチでデューティ比が1:1の6個のL&Sパターン8A,8B,8C,8D,8E,8Fが形成されている。L&Sパターン4A〜4E及びL&Sパターン8A〜8Fの線幅(ピッチの1/29及びラインパターンの本数は、それぞれ表2(B)の上段及び下段に示す値となっている(1nm以下の端数は四捨五入されている)。
In the reticle mark plate RFM of FIG. 13,
表2(B)より、L&Sパターン4A〜4Eの線幅は、最大の1620nmから次第に180nm(ピッチで360nm)まで小さくなり、L&Sパターン8A〜8Fの線幅は、最大の1980nmから次第に180nm(ピッチで360nm)まで小さくなっている。そして、L&Sパターン4A〜4E中で最も小さいピッチと、L&Sパターン8A〜8F中で最も小さいピッチとは等しく360nmに設定されている。
From Table 2 (B), the line widths of the L &
図13中の周期マーク1A〜1F及び3A〜3Fはそれぞれ5個のL&Sパターン2A〜2E及び4A〜4Eを含んでいる、従って、図3の照明光ILで図13の計測用パターンを照明すると、周期マーク1A,1B,1C,1D,1E,1F、及び周期マーク3A,3B,3C,3D,3E,3Fからの±1次回折光は、それぞれ投影光学系PLの瞳面上の6個の方向に沿って配列された10個(片側で5個)の位置を通過する。そのため、それらの±1次回折光が通過する位置が位相の計測点となる。
The
一方、図13の周期マーク5A〜5F及び7A〜7Fはそれぞれ6個のL&Sパターン6A〜6F及び8A〜8Fを含んでいるため、周期マーク5A〜5F及び7A〜7Fからの±1次回折光は、それぞれ投影光学系PLの瞳面上の6個の方向に沿って配列された12個(片側で6個)の位置を通過する。そして、それらの±1次回折光が通過する位置が位相の計測点となる。従って、周期マーク5A〜5F又は7A〜7Fを用いて位相情報を計測する場合には、より高次のツェルニケ多項式によって表される収差の情報を求めることができる。
On the other hand, since the
具体的に、異なる2方向に沿って配列されたそれぞれ6種類以上のピッチのマークを用いることによって、波面収差をツェルニケ多項式で表した場合に、16次までのツェルニケ多項式で表される波面収差のうちの0θ、1θ、cos2θ成分が計測可能である。また、異なる6方向に沿って配列されたそれぞれ6種類以上のピッチのマークを用いることによって、37次までのツェルニケ多項式で表される波面収差が計測可能である。 Specifically, by using marks of six or more pitches arranged along two different directions, when the wavefront aberration is represented by a Zernike polynomial, the wavefront aberration represented by the Zernike polynomial up to the 16th order is represented. Among them, 0θ, 1θ, and cos2θ components can be measured. Further, by using marks of six or more pitches arranged along six different directions, wavefront aberrations expressed by Zernike polynomials up to the 37th order can be measured.
また、図13において、−Y方向側の周期マーク1A〜1F内のL&Sパターン2A〜2E及び周期マーク5A〜5F内のL&Sパターン6A〜6Fの最小ピッチは、+Y方向側の周期マーク3A〜3F内のL&Sパターン4A〜4E及び周期マーク7A〜7F内のL&Sパターン8A〜8Fの最小ピッチよりも小さく設定されている。この場合、よりピッチの小さい周期マークからの回折光ほど投影光学系PLの瞳面において外側の領域を通過するため、投影光学系PLの収差計測時には、−Y方向側の周期マーク1A〜1F及び5A〜5Fと、+Y方向側の周期マーク3A〜3F及び7A〜7Fとのうちで、その最小ピッチが転写対象のレチクルのパターンの最小ピッチにより近い方の周期マークを用いるようにしてもよい。これによって、実際の露光対象のレチクルのパターンを投影光学系PLを介して転写する際の収差に近い収差を計測できる。
In FIG. 13, the minimum pitches of the L &
具体的に、例えば図13の周期マーク1A〜1F中のL&Sパターン2A〜2Eから発生した回折光を検出する場合につき説明する。この場合、図13の周期マーク1A〜1Fをその投影像とみなすと、先ず周期マーク1Aの投影像の周期方向(ここではX方向)の端部に、点線で示すように図9のスリット9Aを移動した後、図3のウエハステージWSTを駆動してスリット9Aで周期マーク1A中のL&Sパターン2A〜2Eの像をその周期方向に平行な計測方向に走査して光強度分布のピーク位置(特定位置)を計測する。このピーク位置は、前述したように基本波成分A1のピーク位置を求めることに相当する。この際に図3の投影光学系PLの可変開口絞りASを駆動して、0次光及び±1次回折光以外の回折光を遮光する(以下同様)。その後、スリット板90をZ方向に移動して光強度の変化を計測して、所定の収差を計測する(詳細後述)。
Specifically, for example, a case where diffracted light generated from the L &
次に、図13の周期マーク1Bの投影像の周期方向(ここではX軸に対して角度φ1で交差する方向)の端部にスリット9Bを移動した後、スリット9Bで周期マーク1B中のL&Sパターン2A〜2Eの像をその周期方向に平行な計測方向に走査して光強度分布のピーク位置を計測してから、スリット板90をZ方向に移動して光強度の変化を計測する。同様に、図13の周期マーク1C〜1Fの投影像の周期方向の端部にスリット9C〜9Fを順次移動した後、それぞれスリット9C〜9Fで周期マーク1C〜1F中のL&Sパターン2A〜2Eの像をその周期方向に平行な計測方向に走査して光強度分布のピーク位置を計測してから、スリット板90をZ方向に移動して光強度の変化を計測する。
Next, after moving the
同様に、図13の周期マーク5A〜5F、周期マーク3A〜3F、及び周期マーク7A〜7Fの投影像に対してそれぞれスリット9A〜9Fを周期方向である計測方向に走査してピーク位置を求めた後、スリット板90をZ方向に移動することで、対応する瞳面の計測点を通過する収差を計測できる。
図13の収差計測マーク1A〜1I(L&Sパターン2A〜2E)等と、図9のスリット板90とを用いて投影光学系PLの偶関数収差の計測を行う際、以下のような順序で計測する。
Similarly, the peak positions are obtained by scanning the
When the even function aberration of the projection optical system PL is measured using the aberration measurement marks 1A to 1I (L &
1)図13の多数の計測マーク中から実際に計測する計測マークを選択する。
2)計測マークのピッチPに応じて、(17)式を満たすように、図3の可変開口絞りASを駆動して、計測マーク(PMとする)からの±3次回折光L(+3),L(−3)以上の回折光を遮光して、0次光L(0)、±1次回折光L(+1),L(−1)のみを投影光学系PL内を通過させる。
1) A measurement mark to be actually measured is selected from the many measurement marks in FIG.
2) Depending on the pitch P of the measurement mark, the variable aperture stop AS of FIG. 3 is driven so as to satisfy the expression (17), and ± 3rd order diffracted light L (+3), The diffracted light of L (−3) or more is shielded, and only the 0th-order light L (0) and ± 1st-order diffracted lights L (+1) and L (−1) are allowed to pass through the projection optical system PL.
3)計測マークの空間像の光強度分布の光軸AXに垂直な方向のピーク位置(特定位置)を計測する。例えば計測マーク(計測方向をX方向とする)が奇数本であれば、空間像を対応する図9の対応するスリット9AでX方向に走査して、光強度分布に対応する信号を得た後、その光強度分布のセンター位置を計測する。
4)3)で計測された空間像の光強度分布のピーク位置にスリット9Aを位置させる。
3) The peak position (specific position) in the direction perpendicular to the optical axis AX of the light intensity distribution of the spatial image of the measurement mark is measured. For example, if the number of measurement marks (measurement direction is X direction) is an odd number, after the aerial image is scanned in the X direction by the
4) The
図14は、そのように計測マークの空間像Bの光強度分布のX方向のピーク位置にスリット9Aを位置させた状態を示す。なお、そのピーク位置は、投影光学系PLの光軸AXに一致している必要はない。
5)計測用のスリット9Aを介して検出される光強度を計測しながら、スリット9Aを投影光学系PLの像面に垂直な方向、即ち光軸AXに平行な方向(Z方向)に走査する。Z方向への走査中も図3の空間像計測装置59において、光強度の検出信号(光強度信号)は連続的に取り込む。
FIG. 14 shows a state where the
5) While measuring the light intensity detected through the
6)得られたスリット9AのZ方向の位置と光強度信号との関係から、最大の光強度信号を与えるスリット9AのZ方向の位置を求める。この際に、そのZ方向の位置から予め計測してある基準となる面の位置を差し引いて、スリット9Aのデフォーカス量を算出する。このデフォーカス量から図7及び図8に対応する関係を用いて所定の(もう一つの)偶関数収差量が求められる。
6) From the relationship between the Z-direction position of the obtained slit 9A and the light intensity signal, the Z-direction position of the
即ち、得られた光強度信号は図15のような強度信号曲線B1となり、曲線B1のピーク位置の基準位置からのずれ量ΔEAから収差量が判明する。また、図15の横軸は、制御可能な偶関数収差量EAを示している。制御可能な偶関数収差がデフォーカスの収差の場合、デフォーカス量から収差量に換算する。
7)得られた偶関数収差量を、その計測マークに対応する投影光学系PLの瞳面上の計測点での偶関数収差量とする。
That is, the obtained light intensity signal becomes an intensity signal curve B1 as shown in FIG. 15, and the amount of aberration is determined from the deviation amount ΔEA of the peak position of the curve B1 from the reference position. Further, the horizontal axis of FIG. 15 indicates the controllable even function aberration amount EA. When the controllable even function aberration is a defocus aberration, the defocus amount is converted into an aberration amount.
7) The obtained even function aberration amount is set as the even function aberration amount at the measurement point on the pupil plane of the projection optical system PL corresponding to the measurement mark.
以上はデフォーカスによって偶関数収差を変化させて計測する場合であるが、これを図2の投影光学系PLのレンズエレメントの移動によって、他の偶関数収差を変化させることによって計測する方法が第2の方法となる。
以上、本例の偶関数収差計測方法を説明した。また、奇関数成分の収差計測については、それぞれの空間像の基本波成分の位相をフーリエ変換によって求める方法が精度及び計測時間の観点から望ましい。奇関数成分に関しては空間像をフーリエ変換できるので、投影光学系PLの開口数NAを絞って3光束状態にする必要はない。
The above is a case where measurement is performed by changing the even function aberration by defocusing. However, a method of measuring this by changing the other even function aberration by moving the lens element of the projection optical system PL in FIG. This is the second method.
The even function aberration measurement method of this example has been described above. For aberration measurement of odd function components, a method of obtaining the phase of the fundamental wave component of each aerial image by Fourier transform is desirable from the viewpoint of accuracy and measurement time. Since the aerial image can be Fourier-transformed with respect to the odd function component, it is not necessary to reduce the numerical aperture NA of the projection optical system PL to the three-beam state.
なお、上記各実施形態の収差計測方法によって計測された収差量に基づいて、図1の投影光学系PLを調整し、理想的には投影光学系PLの収差を0にすることが望ましいが、実際には、投影光学系PLの調整後にも収差が若干残留する可能性もある。そのため、上記の実施形態の投影露光装置の運用に際しては、投影光学系PLの調整後に、上記実施形態の収差計測方法を用いて、投影光学系PLの残留収差を初期収差量として改めて計測しておいてもよい。この場合、上記実施形態の収差計測方法によって、投影光学系PLの収差変動量を定期的に計測し、経時変化等により収差に変化が生じた場合には、主制御装置50が、図2の結像特性補正コントローラ78を介してそれらの収差量が初期収差量に戻るように投影光学系PLの結像特性を調整すればよい。なお、定期的な収差の計測は、レチクルマーク板RFM等に形成された計測用パターンを用いて行うことが計測の安定性の観点から望ましい。
Note that it is desirable to adjust the projection optical system PL of FIG. 1 based on the aberration amount measured by the aberration measurement method of each of the above embodiments, and ideally, the aberration of the projection optical system PL is set to 0. Actually, some aberrations may remain even after the projection optical system PL is adjusted. Therefore, when the projection exposure apparatus of the above embodiment is operated, after the projection optical system PL is adjusted, the residual aberration of the projection optical system PL is again measured as the initial aberration amount by using the aberration measurement method of the above embodiment. It may be left. In this case, when the aberration fluctuation amount of the projection optical system PL is periodically measured by the aberration measurement method of the above-described embodiment and the aberration changes due to a change over time, the
また、上記各実施形態では、投影光学系として縮小系を用いる場合について説明したが、これに限らず、投影光学系として等倍あるいは拡大系を用いても良いし、投影光学系は屈折系、反射屈折系、又は反射系のいずれであっても良い。
また、例えば半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいてレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の投影露光装置(露光装置)によりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、及び検査ステップ等を経て製造される。
In each of the above embodiments, the case where the reduction system is used as the projection optical system has been described. However, the present invention is not limited to this, and the projection optical system may be an equal magnification or an enlargement system. Either a catadioptric system or a reflective system may be used.
Further, for example, for a semiconductor device, a step of designing the function / performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on the design step, a step of manufacturing a wafer from a silicon material, and the projection exposure apparatus (exposure apparatus) of the above-described embodiment Thus, the wafer is manufactured through a step of transferring a reticle pattern to a wafer, a device assembly step (including a dicing process, a bonding process, and a package process), an inspection step, and the like.
また、上記各実施形態では、本発明が走査露光型の投影露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、マスクとウエハとを静止した状態でマスクのパターンをウエハに転写するステッパー等の静止露光型(一括露光型)の投影露光装置にも本発明を適用することができる。また、本発明は、例えば国際公開第99/49504号パンフレットに開示されている液浸型露光装置で投影光学系の収差を計測する場合にも適用することができる。 In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to a scanning exposure type projection exposure apparatus has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the mask pattern is transferred to the wafer while the mask and the wafer are stationary. The present invention can also be applied to a static exposure type (collective exposure type) projection exposure apparatus such as a stepper. The present invention can also be applied to the case where the aberration of the projection optical system is measured by an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, WO 99/49504.
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、及び撮像素子(CCDなど)、有機EL、マイクロマシーン、DNAチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。 Further, the present invention is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, but is used for manufacturing a display including a liquid crystal display element, a plasma display, and the like. An exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate and a thin film magnetic head. The present invention can also be applied to an exposure apparatus for transferring a device pattern used in the above to a ceramic wafer, and an exposure apparatus used for manufacturing an imaging device (CCD, etc.), an organic EL, a micromachine, a DNA chip, and the like. In addition to microdevices such as semiconductor elements, circuits for glass substrates or silicon wafers are used to manufacture masks used in optical exposure equipment, EUV exposure equipment, X-ray exposure equipment, and electron beam exposure equipment. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a pattern.
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Of course, a various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.
本発明の露光方法及び装置によれば、投影光学系が露光装置に搭載された状態で、その投影光学系の光学特性を短時間に計測することができる。従って、その計測結果に応じてその投影光学系の光学特性を補正することによって、マスクのパターンを基板上に高精度に転写することができる。 According to the exposure method and apparatus of the present invention, the optical characteristics of the projection optical system can be measured in a short time with the projection optical system mounted on the exposure apparatus. Therefore, the mask pattern can be transferred onto the substrate with high accuracy by correcting the optical characteristics of the projection optical system in accordance with the measurement result.
9A〜9F…スリット、1A〜1F,3A〜3F,5A〜5F,7A〜7F…周期マーク、2A〜2E,4A〜4E,6A〜6F,8A〜8F…L&Sパターン、12…照明光学系、14…光源、50…主制御装置、51…メモリ、59…空間像計測装置、78…結像特性補正コントローラ、80…信号処理装置、90…スリット板、123…ピンホール、PL…投影光学系、AS…可変開口絞り、R…レチクル、RST…レチクルステージ、RFM…レチクルマーク板、W…ウエハ、WST…ウエハステージ 9A to 9F: Slit, 1A to 1F, 3A to 3F, 5A to 5F, 7A to 7F ... Periodic mark, 2A to 2E, 4A to 4E, 6A to 6F, 8A to 8F ... L & S pattern, 12 ... Illumination optical system, DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 ... Light source, 50 ... Main controller, 51 ... Memory, 59 ... Aerial image measuring device, 78 ... Image formation characteristic correction controller, 80 ... Signal processing apparatus, 90 ... Slit plate, 123 ... Pinhole, PL ... Projection optical system AS ... Variable aperture stop, R ... Reticle, RST ... Reticle stage, RFM ... Reticle mark plate, W ... Wafer, WST ... Wafer stage
Claims (11)
複数の互いに異なるピッチのマークのそれぞれからの3つの次数の回折光以外の回折光を遮光するために、前記被検光学系の開口数を制御する第1工程と、
前記3つの次数の回折光が前記被検光学系を通過して形成される像の光強度分布を計測する第2工程と、
前記第2工程で計測される光強度分布に基づいて前記被検光学系の光学特性を求める第3工程とを備えたことを特徴とする光学特性計測方法。 In an optical property measurement method for measuring optical properties of a test optical system,
A first step of controlling the numerical aperture of the test optical system in order to shield diffracted light other than diffracted light of three orders from each of a plurality of marks having different pitches;
A second step of measuring a light intensity distribution of an image formed when the three orders of diffracted light pass through the optical system to be tested;
And a third step of obtaining an optical characteristic of the optical system to be measured based on the light intensity distribution measured in the second step.
前記複数のマークのそれぞれの前記被検光学系による像の光強度分布の前記被検光学系の光軸に垂直な方向の特定位置を検出する工程と、
前記特定位置で、前記光軸に平行な方向における前記被検光学系による像の光強度の変化を検出する工程とを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学特性計測方法。 The second step includes
Detecting a specific position in a direction perpendicular to the optical axis of the test optical system of a light intensity distribution of an image by the test optical system of each of the plurality of marks;
The optical characteristic measurement method according to claim 1, further comprising: detecting a change in light intensity of the image by the test optical system in the direction parallel to the optical axis at the specific position.
前記第2工程は、前記被検光学系の前記第1の収差とは異なる第2の収差を変化させながら、前記複数のマークの前記被検光学系による像の光強度分布を計測する工程を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光学特性計測方法。 The optical characteristic of the test optical system obtained in the third step is a first aberration of the test optical system,
The second step includes a step of measuring a light intensity distribution of an image of the plurality of marks by the test optical system while changing a second aberration different from the first aberration of the test optical system. The optical characteristic measuring method according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
請求項1から7のいずれか1項に記載の光学特性計測方法で前記投影光学系の光学特性を計測する計測工程と、
前記計測工程の計測結果に基づいて、前記投影光学系の光学特性を補正する補正工程とを有することを特徴とする露光方法。 In an exposure method of exposing a second object with an exposure beam via a first object and a projection optical system,
A measurement step of measuring the optical characteristics of the projection optical system by the optical characteristic measurement method according to any one of claims 1 to 7,
An exposure method comprising: a correction step of correcting an optical characteristic of the projection optical system based on a measurement result of the measurement step.
複数の互いに異なるピッチのマークが形成された基板と、
前記基板を照明する照明系と、
前記複数の互いに異なるピッチのマークのそれぞれからの3つの次数の回折光以外の回折光を遮光するために、前記被検光学系の開口数を逐次制御する可変開口絞りと、
前記複数の互いに異なるピッチのマークの前記3つの次数の回折光を用いて前記被検光学系によって形成される像のそれぞれを検出する空間像検出系と、
前記空間像検出系の検出結果に基づいて前記被検光学系の光学特性を求める演算装置とを備えたことを特徴とする光学特性計測装置。 In an optical property measuring device that measures the optical properties of a test optical system,
A substrate on which a plurality of marks having different pitches are formed;
An illumination system for illuminating the substrate;
A variable aperture stop for sequentially controlling the numerical aperture of the optical system to be shielded in order to shield diffracted light other than diffracted light of three orders from each of the plurality of marks having different pitches;
An aerial image detection system that detects each of the images formed by the test optical system using the diffracted light of the three orders of the plurality of marks having different pitches;
An optical characteristic measuring apparatus comprising: an arithmetic unit that obtains optical characteristics of the optical system to be detected based on a detection result of the aerial image detection system.
前記スリット状開口パターンを前記被検光学系の光軸に平行な方向に移動するステージをさらに備え、
前記演算装置は、前記スリット状開口パターンを前記被検光学系の光軸に平行な方向に移動したときに得られる前記空間像検出系の検出結果に基づいて前記被検光学系の光学特性を求めることを特徴とする請求項9に記載の光学特性計測装置。 The aerial image detection system has a slit-like opening pattern for detecting an image by the test optical system,
A stage that moves the slit-shaped opening pattern in a direction parallel to the optical axis of the optical system to be tested;
The arithmetic unit calculates optical characteristics of the test optical system based on a detection result of the aerial image detection system obtained when the slit-shaped opening pattern is moved in a direction parallel to the optical axis of the test optical system. The optical characteristic measuring apparatus according to claim 9, wherein the optical characteristic measuring apparatus is obtained.
請求項9又は10に記載の光学特性計測装置と、
前記第1物体とともに又は前記第1物体の代わりに前記複数の互いに異なるピッチのマークが形成された基板を保持する第1ステージと、
前記第2物体とともに前記空間像検出系の受光部を保持する第2ステージとを備え、
前記光学特性計測装置を用いて前記投影光学系の光学特性を計測することを特徴とする露光装置。 In an exposure apparatus that illuminates a first object with an exposure beam and exposes the second object with the exposure beam via the first object and a projection optical system,
The optical property measuring device according to claim 9 or 10,
A first stage for holding a substrate on which the plurality of marks having different pitches are formed together with the first object or instead of the first object;
A second stage that holds the light receiving unit of the aerial image detection system together with the second object,
An exposure apparatus for measuring an optical characteristic of the projection optical system using the optical characteristic measuring apparatus.
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