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JP2008021830A - Measuring method and apparatus, and exposure method and apparatus - Google Patents

Measuring method and apparatus, and exposure method and apparatus Download PDF

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JP2008021830A
JP2008021830A JP2006192530A JP2006192530A JP2008021830A JP 2008021830 A JP2008021830 A JP 2008021830A JP 2006192530 A JP2006192530 A JP 2006192530A JP 2006192530 A JP2006192530 A JP 2006192530A JP 2008021830 A JP2008021830 A JP 2008021830A
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Japan
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slit
image
periodic
pattern
light
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Withdrawn
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JP2006192530A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoko Ujiie
知子 氏家
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure by using a slit with a high contrast the optical intensity distributions of the spatial images of a plurality of periodic patterns having different periodic directions. <P>SOLUTION: The measuring method is the one wherein the optical intensity distributions of the images 63P, 65P of two L&S patterns arranged in different directions are measured. A slit 61C has as its longitudinal direction the direction orthogonal to the periodic direction of the image 63P of the first L&S pattern to form its light shade 61Cb, in a portion present in its longitudinal direction. The measuring method has a process for subjecting the slit 61C and the image 63P to a relative scanning to receive the light passed through the slit 61C, and has a process for subjecting the slit 61C, and the image 65P of the second L&S pattern to a relative scanning to receive the light passed through the slit 61C. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、周期的パターンの像の光強度分布を計測する計測技術、及びこの計測技術を用いる露光技術に関する。   The present invention relates to a measurement technique for measuring a light intensity distribution of an image of a periodic pattern, and an exposure technique using this measurement technique.

半導体デバイス及び液晶表示デバイス等は、レチクル等のマスク上に形成されたパターンをレジスト(感光材料)が塗布されたウエハ等の基板上に転写する、いわゆるフォトリソグラフィ工程を経て製造される。このフォトリソグラフィ工程において、マスク上のパターンを投影光学系を介して基板上に転写するために、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(ステッパー等)、及びステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(スキャニング・ステッパー等)等の露光装置が使用されている。   A semiconductor device, a liquid crystal display device, and the like are manufactured through a so-called photolithography process in which a pattern formed on a mask such as a reticle is transferred onto a substrate such as a wafer coated with a resist (photosensitive material). In this photolithography process, in order to transfer the pattern on the mask onto the substrate via the projection optical system, a step-and-repeat type projection exposure apparatus (stepper, etc.) and a step-and-scan type projection exposure An exposure apparatus such as an apparatus (scanning stepper, etc.) is used.

この種の露光装置では、半導体デバイス等の高集積化によるパターンの微細化に伴って、投影光学系の波面収差等の結像特性をより向上することが求められている。そのためには、例えば定期的に実際に評価用パターンの像を投影光学系を介して投影し、その像の位置等に基づいて投影光学系の結像特性を計測することが望まれる。その評価用パターンの像の位置等を効率的に計測するために、従来よりステージに組み込まれたスリットでその像(空間像)を走査することによって、その像の光強度分布を計測する空間像計測系が用いられている(例えば、特許文献1参照)。   In this type of exposure apparatus, it is required to further improve imaging characteristics such as wavefront aberration of the projection optical system as the pattern becomes finer due to higher integration of semiconductor devices and the like. For this purpose, for example, it is desirable to periodically actually project an image of the evaluation pattern via the projection optical system and measure the imaging characteristics of the projection optical system based on the position of the image. An aerial image that measures the light intensity distribution of the image by scanning the image (spatial image) with a slit previously incorporated in the stage to efficiently measure the position of the image of the evaluation pattern. A measurement system is used (see, for example, Patent Document 1).

また、波面収差を求める場合、特に例えば波面収差をツェルニケ多項式の係数の形で求める場合には、投影光学系の瞳面上で光軸を通る複数の直線上の計測点、即ち角度方向の異なる複数の計測点での結像光束の位相情報を求めることが望ましい。このために従来は、その評価用パターンとして、周期方向の異なる複数のライン・アンド・スペースパターン(以下、L&Sパターンと言う。)及びそれらの周期方向に直交する方向を長手方向とする複数のスリットを用意し、各L&Sパターンの像をそれぞれ対応するスリットで周期方向に走査して、光強度分布を求めていた。
特開2002−14005号公報
Further, when obtaining wavefront aberrations, particularly when obtaining wavefront aberrations in the form of coefficients of Zernike polynomials, measurement points on a plurality of straight lines passing through the optical axis on the pupil plane of the projection optical system, that is, different angular directions are used. It is desirable to obtain phase information of the imaged light flux at a plurality of measurement points. For this reason, conventionally, as the evaluation pattern, a plurality of line and space patterns (hereinafter referred to as L & S patterns) having different periodic directions and a plurality of slits whose longitudinal direction is a direction orthogonal to the periodic directions. The light intensity distribution was obtained by scanning each L & S pattern image in the periodic direction with the corresponding slit.
JP 2002-14005 A

従来の空間像計測系においては、ステージに確保可能なスペース等の都合で、配置できる方向の異なるスリットの数が限られている場合、各スリットの長手方向に直交する方向を周期方向とするL&Sパターンの像の光強度分布の計測が可能であるため、投影光学系の瞳面上での位相情報の計測点の角度方向が限られる。その結果、波面収差をツェルニケ多項式の係数で求める際の精度が低下する可能性がある。   In a conventional aerial image measurement system, when the number of slits in different directions that can be arranged is limited due to the space that can be secured on the stage, etc., the L & S with the direction orthogonal to the longitudinal direction of each slit as the periodic direction Since the light intensity distribution of the pattern image can be measured, the angle direction of the phase information measurement point on the pupil plane of the projection optical system is limited. As a result, there is a possibility that the accuracy when the wavefront aberration is obtained by the coefficient of the Zernike polynomial is lowered.

また、位相情報の計測点の角度方向の数を増すために、1つのスリットを用いて周期方向の異なる複数のL&Sパターンの像を走査するものとした場合、そのスリットの長手方向に直交する方向と計測対象のL&Sパターンの周期方向とがずれていると、計測される光強度分布のコントラストが低下して、波面収差の計測精度が低下する。
本発明はこのような事情に鑑み、1つのスリットを用いて周期方向が異なる複数の周期的パターンの空間像の光強度分布を高いコントラストで計測できる計測技術、及びこの計測技術を用いる露光技術を提供することを目的とする。
In addition, in order to increase the number of phase information measurement points in the angular direction, when a single slit is used to scan a plurality of L & S pattern images having different periodic directions, the direction orthogonal to the longitudinal direction of the slit And the periodic direction of the L & S pattern to be measured are deviated, the contrast of the measured light intensity distribution is lowered, and the measurement accuracy of the wavefront aberration is lowered.
In view of such circumstances, the present invention provides a measurement technique capable of measuring a light intensity distribution of a spatial image of a plurality of periodic patterns having different periodic directions using a single slit with high contrast, and an exposure technique using the measurement technique. The purpose is to provide.

本発明による計測方法は、異なる方向に配列された第1及び第2の周期的パターンの像(63P,64P)の光強度分布を計測する計測方法であって、その第1の周期的パターンの像の周期方向に直交する方向を長手方向として、この長手方向の一部に遮光部(61b)が形成されたスリット(61)と、その第1の周期的パターンの像とを相対走査して、そのスリットを通過する光を受光する第1工程と、そのスリットとその第2の周期的パターンの像とを相対走査して、そのスリットを通過する光を受光する第2工程とを有するものである。   The measuring method according to the present invention is a measuring method for measuring the light intensity distribution of the images (63P, 64P) of the first and second periodic patterns arranged in different directions, wherein the first periodic pattern The longitudinal direction is a direction orthogonal to the periodic direction of the image, and the slit (61) having the light shielding portion (61b) formed in a part of the longitudinal direction and the image of the first periodic pattern are relatively scanned. A first step of receiving light passing through the slit, and a second step of receiving light passing through the slit by relatively scanning the slit and the image of the second periodic pattern It is.

また、本発明による計測装置は、異なる方向に配列された第1及び第2の周期的パターンの像(63P,64P)の光強度分布を計測する計測装置であって、その第1の周期的パターンの像の周期方向に直交する方向を長手方向として、この長手方向の一部に遮光部(61b)が形成されたスリット(61)と、そのスリットを通過した光を受光する光電検出器(89)と、その第1及び第2の周期的パターンの像とそのスリットとを相対走査する相対走査機構(WST)とを備えたものである。   The measuring device according to the present invention is a measuring device for measuring the light intensity distribution of the images (63P, 64P) of the first and second periodic patterns arranged in different directions, the first periodic A direction perpendicular to the periodic direction of the pattern image is defined as a longitudinal direction, and a slit (61) having a light shielding portion (61b) formed in a part of the longitudinal direction, and a photoelectric detector that receives light passing through the slit (61). 89) and a relative scanning mechanism (WST) that relatively scans the images of the first and second periodic patterns and the slits thereof.

これらの本発明によれば、その第1及び第2の周期的パターンの像とそのスリットとを順次相対走査することで、その第1及び第2の周期的パターンの像の光強度分布を高いコントラストで検出できる。この際に、その第2の周期的パターンの周期方向とそのスリットの長手方向に直交する方向とは非平行である(ずれている)が、そのスリットには遮光部が設けてあるため、コントラストが改善される。   According to the present invention, the first and second periodic pattern images and the slits are sequentially sequentially scanned to increase the light intensity distribution of the first and second periodic pattern images. It can be detected by contrast. At this time, the periodic direction of the second periodic pattern and the direction orthogonal to the longitudinal direction of the slit are not parallel (shifted), but since the light shielding portion is provided in the slit, the contrast is increased. Is improved.

また、本発明による露光方法は、露光ビームでパターンを照明し、その露光ビームでそのパターン及び投影光学系(PL)を介して物体(W)を露光する露光方法において、本発明の計測方法を用いて、その投影光学系の物体面に配置されたその第1及び第2の周期的パターンの像(63P,64P)の光強度分布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結像特性を求める演算工程と、その演算工程の演算結果に基づいてその投影光学系の結像特性を補正する補正工程とを有するものである。   The exposure method according to the present invention is an exposure method in which a pattern is illuminated with an exposure beam, and the object (W) is exposed with the exposure beam through the pattern and the projection optical system (PL). And a measurement process for measuring the light intensity distribution of the images (63P, 64P) of the first and second periodic patterns arranged on the object plane of the projection optical system, and a measurement result of the measurement process. And a calculation step for obtaining the imaging characteristics of the projection optical system, and a correction step for correcting the imaging characteristics of the projection optical system based on the calculation result of the calculation step.

また、本発明による露光装置は、露光ビームでパターンを照明し、その露光ビームでそのパターン及び投影光学系(PL)を介して物体(W)を露光する露光装置において、本発明の計測装置と、その物体を保持して移動するステージ(WST)と、その計測装置のその光電検出器(89)の検出情報を用いてその投影光学系の結像特性を求める演算装置(50)と、その演算装置の演算結果に基づいてその投影光学系の結像特性を補正する補正機構(73,74)とを備えたものである。   An exposure apparatus according to the present invention is an exposure apparatus that illuminates a pattern with an exposure beam and exposes an object (W) with the exposure beam via the pattern and the projection optical system (PL). A stage (WST) that holds and moves the object, an arithmetic unit (50) that obtains imaging characteristics of the projection optical system using detection information of the photoelectric detector (89) of the measuring device, And a correction mechanism (73, 74) for correcting the imaging characteristics of the projection optical system based on the calculation result of the calculation device.

なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。   In addition, although the reference numerals in parentheses attached to the predetermined elements of the present invention correspond to members in the drawings showing an embodiment of the present invention, each reference numeral of the present invention is provided for easy understanding of the present invention. The elements are merely illustrative, and the present invention is not limited to the configuration of the embodiment.

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図1〜図9を参照して説明する。
図1は、本例のスキャニング・ステッパー型の投影露光装置10(露光装置)の概略構成を示し、この図1において、投影露光装置10は、レーザビームLBを発生する露光用の光源14、照明光学系12、レチクルR(マスク)を保持して移動するレチクルステージRST、投影光学系PL、基板(物体)としてのレジストが塗布されたウエハWを保持して移動するウエハステージWST、及びこれらを統括的に制御するコンピュータよりなる主制御装置50等を備えている。
Hereinafter, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a scanning stepper type projection exposure apparatus 10 (exposure apparatus) of this example. In FIG. 1, the projection exposure apparatus 10 includes an exposure light source 14 for generating a laser beam LB, illumination. Optical system 12, reticle stage RST that holds and moves reticle R (mask), projection optical system PL, wafer stage WST that holds and moves wafer W coated with a resist as a substrate (object), and these A main controller 50 including a computer that performs overall control is provided.

本例では、光源14として、主制御装置50によって発光のオン・オフ等が制御されるArFエキシマレーザ光源(発振波長193nm)が用いられている。なお、光源14として、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、F2 レーザ(波長157nm)、固体レーザ(YAG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 of 193 nm) whose on / off of light emission is controlled by the main controller 50 is used as the light source 14. As the light source 14, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm), an F 2 laser (wavelength 157 nm), a harmonic generator of a solid-state laser (YAG laser, semiconductor laser, etc.), a mercury lamp (i-line etc.), or the like can be used. .

照明光学系12は、光源14からのレーザビームLBの断面形状を整形するビーム整形光学系18、そのレーザビームLBから多数の光源像を形成するフライアイレンズ22(オプティカル・インテグレータ)、フライアイレンズ22の射出面(照明光学系12の瞳面)近傍に配置された照明系開口絞り板24、反射率が小さく透過率の大きなビームスプリッタ26、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、固定ブラインド30A、可動ブラインド30B、ミラーM、並びにコンデンサレンズ32等を備えている。以下では、フライアイレンズ22によって形成される光源像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 optical system 12 includes a beam shaping optical system 18 that shapes the cross-sectional shape of the laser beam LB from the light source 14, a fly-eye lens 22 (optical integrator) that forms a large number of light source images from the laser beam LB, and a fly-eye lens. 22 includes an illumination system aperture stop plate 24 disposed in the vicinity of the exit surface 22 (pupil surface of the illumination optical system 12), a beam splitter 26 having a small reflectance and a large transmittance, a first relay lens 28A, and a second relay lens 28B. A relay optical system, a fixed blind 30A, a movable blind 30B, a mirror M, a condenser lens 32, and the like are provided. Hereinafter, the laser beam LB emitted from the light source image formed by the fly-eye lens 22 is referred to as illumination light IL as an exposure beam (exposure light).

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、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(σ値)を小さくする開口絞り(小σ絞り)、輪帯照明用の開口絞り(輪帯絞り)、及び複数の開口を偏心させて配置して成る変形照明(2極照明、4極照明等)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により制御される駆動装置40の回転動作により、いずれかの開口絞りを照明光ILの光路上に選択的に設定する。   The light source 14 and the illumination optical system 12 are also used as an illumination system for a later-described aerial image measurement. In the illumination optical system 12, the illumination system aperture stop plate 24 is provided with an aperture stop (normal stop) made of, for example, a normal circular aperture, and an aperture for reducing the coherence factor (σ value) made of a small circular aperture at substantially equal angular intervals. Aperture (small σ stop), an aperture stop for annular illumination (annular stop), an aperture stop for deformed illumination (bipolar illumination, quadrupole illumination, etc.) formed by decentering a plurality of apertures, etc. Is arranged. The illumination system aperture stop plate 24 selectively sets one of the aperture stops on the optical path of the illumination light IL by the rotation operation of the driving device 40 controlled by the main controller 50.

固定ブラインド30Aは、レチクルRのパターン面(以下、レチクル面と言う。)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、レチクルR上での矩形の照明領域IARを規定する。固定ブラインド30Aの近傍に配置された可動ブラインド30Bは、走査露光の開始時及び終了時において不要な部分の露光を防止するために、主制御装置50からの指示により照明領域IARを更に制限する。可動ブラインド30Bは、照明領域IARの非走査方向の幅を制御するためにも使用される。   The fixed blind 30A is disposed on a surface slightly defocused from the conjugate plane with respect to the pattern surface of the reticle R (hereinafter referred to as the reticle surface), and defines a rectangular illumination area IAR on the reticle R. The movable blind 30B arranged in the vicinity of the fixed blind 30A further restricts the illumination area IAR in accordance with an instruction from the main controller 50 in order to prevent unnecessary exposure at the start and end of scanning exposure. The movable blind 30B is also used to control the width of the illumination area IAR in the non-scanning direction.

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。
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の一部は、集光レンズ44を介して光電検出器よりなる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48を介して主制御装置50に供給される。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。すなわち、主制御装置50において、照明光ILの照射量がインテグレータセンサ46の出力に基づいて積算される。主制御装置50内の結像特性変動予測部(ここではソフトウエア上の機能)は、その積算された値(照射履歴)と予め求められてメモリ51に記憶されている係数とから、その照射履歴に対応する投影光学系PLの所定の結像特性の変動量を予測する。なお、その照射履歴とともに大気圧等の環境条件の変動をも考慮して、その所定の結像特性の変動量を予測してもよい。
The laser beam LB emitted from the light source 14 at the time of exposure becomes illumination light IL in the illumination optical system 12, and the illumination light IL is bent vertically downward by the mirror M and then passes through the condenser lens 32. A slit-like illumination area IAR elongated in the non-scanning direction of the reticle surface is illuminated with a uniform illuminance distribution.
On the other hand, a part of the illumination light IL reflected by the beam splitter 26 in the illumination optical system 12 is received by an integrator sensor 46 including a photoelectric detector via a condenser lens 44, and a photoelectric conversion signal of the integrator sensor 46 is received. The signal is supplied to the main controller 50 via a signal processing device 48 having a peak hold circuit and an A / D converter. The measurement value of the integrator sensor 46 is used not only for exposure amount control on the wafer W but also for calculating the irradiation amount for the projection optical system PL. That is, in main controller 50, the irradiation amount of illumination light IL is integrated based on the output of integrator sensor 46. The imaging characteristic fluctuation prediction unit (here, a function on the software) in the main controller 50 irradiates the irradiation from the accumulated value (irradiation history) and the coefficient previously obtained and stored in the memory 51. A fluctuation amount of a predetermined imaging characteristic of the projection optical system PL corresponding to the history is predicted. Note that the fluctuation amount of the predetermined imaging characteristic may be predicted in consideration of fluctuations in the environmental conditions such as atmospheric pressure along with the irradiation history.

その照明光ILのもとで、レチクルRの照明領域IAR内のパターンは、投影光学系PLを介して所定の投影倍率(例えば1/4、1/5等の縮小倍率)で、レジスト(感光材料)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。本例の投影光学系PLは、屈折系であるが、反射屈折系なども使用できる。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はそれぞれ走査方向に直交する非走査方向(X方向)に細長い領域である。   Under the illumination light IL, the pattern in the illumination area IAR of the reticle R is resist (photosensitive) at a predetermined projection magnification (for example, a reduction magnification of 1/4, 1/5, etc.) via the projection optical system PL. Is projected onto an exposure area IA on one shot area of the wafer W coated with the material. The projection optical system PL of this example is a refractive system, but a catadioptric system or the like can also be used. 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 reticle R and wafer W during scanning exposure is a direction parallel to the Y axis (Y direction), and illumination area IAR on reticle R and exposure area IA on wafer W are in the scanning direction, respectively. This is an elongated region in the non-scanning direction (X direction) orthogonal to.

また、本例の投影光学系PLには、その所定の結像特性を補正(制御)するための結像特性補正装置が備えられている。
図2は、図1の投影光学系PLの結像特性補正装置を示す一部を断面とした図であり、この図2において、投影光学系PLを構成する複数の光学部材のうちの所定のレンズエレメント71は、レンズホルダ72及び光軸の周りの3箇所に配置された駆動素子(例えばピエゾ素子など)73によって、Z方向(光軸方向)及びX軸、Y軸に平行な軸の周りの回転方向に微小駆動可能に支持されている。実際には、レンズエレメント71の他のレンズエレメント(不図示)も、駆動素子によって駆動可能に支持されている。
Further, the projection optical system PL of the present example is provided with an imaging characteristic correction device for correcting (controlling) the predetermined imaging characteristics.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of the imaging characteristic correction apparatus for the projection optical system PL shown in FIG. 1. In FIG. 2, a predetermined one of a plurality of optical members constituting the projection optical system PL is shown. The lens element 71 is rotated around an axis parallel to the Z direction (optical axis direction), the X axis, and the Y axis by a lens holder 72 and driving elements (for example, piezo elements) 73 disposed at three positions around the optical axis. It is supported so that it can be driven minutely in the rotation direction. Actually, other lens elements (not shown) of the lens element 71 are also supported by the drive element so as to be driven.

本例では、各駆動素子73に与えられる駆動電圧(駆動素子の駆動量)が、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74により制御される。駆動素子73及び結像特性補正コントローラ74を含んで結像特性補正装置が構成されている。この補正装置によって、例えば特開平4−134813号公報に開示されているように、上記の主制御装置50内の結像特性変動予測部で予測される所定の結像特性の変動量を相殺するように、その投影光学系PLの所定の結像特性が補正される。なお、その可動のレンズエレメントの数は任意で良い。   In this example, the drive voltage (drive amount of the drive element) applied to each drive element 73 is controlled by the imaging characteristic correction controller 74 in accordance with a command from the main controller 50. An imaging characteristic correction apparatus is configured including the drive element 73 and the imaging characteristic correction controller 74. With this correction device, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-134913, the variation amount of the predetermined imaging characteristic predicted by the imaging characteristic variation prediction unit in the main controller 50 is canceled. As described above, the predetermined imaging characteristics of the projection optical system PL are corrected. The number of movable lens elements may be arbitrary.

図1に戻り、レチクルRは真空吸着等によりレチクルステージRST上に保持され、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X方向、Y方向、及びZ軸回りの回転方向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 held on the reticle stage RST by vacuum suction or the like. The reticle stage RST is moved in the X direction and Y direction within the XY plane on the reticle base RBS by a reticle stage drive system 56R including a linear motor or the like. In the direction of rotation and the rotation direction around the Z axis, and can be moved on the reticle base RBS at a scanning speed designated in the Y direction.

また、レチクルステージRST上には、3軸以上のレーザ干渉計54Rからのレーザビームを反射する移動鏡52R(例えばY軸用の2つのコーナリフレクタとX軸用の移動鏡とを含む。)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0.1nm程度の分解能で常時検出される。レーザ干渉計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49、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49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。   On reticle stage RST, movable mirror 52R (including two corner reflectors for Y axis and a movable mirror for X axis) that reflects a laser beam from laser interferometer 54R having three axes or more is included. The position of the reticle stage RST in the XY plane is always detected by the reticle interferometer 54R with a resolution of about 0.1 nm, for example. Position information of reticle stage RST from laser interferometer 54R is sent to stage controller 49 and to main controller 50 via this. The stage control device 49 controls the movement of the reticle stage RST via the reticle stage drive system 56R according to an instruction from the main control device 50.

また、レチクルステージRSTの−Y方向の端部近傍には、空間像計測用のパターンが形成された基準部材としてのレチクルマーク板RFMが、レチクルRと並ぶように固定されている。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。レチクルステージRST及びレチクルベースRBSには、それぞれ照明光ILを通す開口が形成されている。   In addition, a reticle mark plate RFM as a reference member on which an aerial image measurement pattern is formed is fixed so as to be aligned with reticle R in the vicinity of the end in the −Y direction of 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. Reticle stage RST and reticle base RBS each have an opening through which illumination light IL passes.

図1において、ウエハステージWSTは、ウエハベース16上にリニアモータ等を含むウエハステージ駆動系56WによってX方向及びY方向に2次元駆動可能に載置されたXYステージ42と、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。Zチルトステージ38上にウエハホルダ25を介してウエハWが真空吸着等により保持されている。Zチルトステージ38は、内部の3箇所のZ位置駆動部を独立して駆動することで、ウエハWの光軸AX方向の位置(フォーカス位置)、及びX軸、Y軸の周りの回転角を制御する。   In FIG. 1, a wafer stage WST is mounted on an XY stage 42, which is mounted on a wafer base 16 so that it can be driven two-dimensionally in the X and Y directions by a wafer stage drive system 56W including a linear motor. And a Z tilt stage 38 mounted thereon. A wafer W is held on the Z tilt stage 38 via a wafer holder 25 by vacuum suction or the like. The Z tilt stage 38 independently drives the three internal Z position driving units to adjust the position of the wafer W in the optical axis AX direction (focus position) and the rotation angle around the X axis and Y axis. Control.

また、投影光学系PLの側面に照射系60a及び受光系60bからなり、投影光学系PLの像面側の被検面(ウエハWの表面等)の複数の計測点のフォーカス位置を検出す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。これと同様の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。そのようにして検出されるフォーカス位置の情報はステージ制御装置49に供給され、ステージ制御装置49は、露光中にはその情報に基づいて、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、Zチルトステージ38を駆動する。   In addition, the projection optical system PL includes an irradiation system 60a and a light receiving system 60b on the side surface, and is an oblique detector that detects the focus positions of a plurality of measurement points on the test surface (such as the surface of the wafer W) on the image plane side of the projection optical system PL. An incident type multipoint focal position detection system (60a, 60b) is provided. A detailed configuration of the same focal position detection system is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-283403. Information on the focus position thus detected is supplied to the stage controller 49, and the stage controller 49 aligns the surface of the wafer W with the image plane of the projection optical system PL based on the information during exposure. The Z tilt stage 38 is driven so as to be focused.

図1において、Zチルトステージ38上には、2軸以上のレーザ干渉計54Wからのレーザビームを反射する移動鏡52W(例えばX軸及びY軸の移動鏡を含む。)が固定されている。ウエハ干渉計54Wによって、ウエハステージWST(Zチルトステージ38)のXY平面内の位置が、例えば0.1nm程度の分解能で常時検出される。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49、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49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。   In FIG. 1, a movable mirror 52 </ b> W (including X-axis and Y-axis movable mirrors) that reflects a laser beam from two or more axes of laser interferometer 54 </ b> W is fixed on the Z tilt stage 38. Wafer interferometer 54W always detects the position of wafer stage WST (Z tilt stage 38) in the XY plane with a resolution of, for example, about 0.1 nm. Position information (or speed information) of wafer stage WST is supplied to stage controller 49 and main controller 50 via this. The stage controller 49 controls the position of the wafer stage WST in the XY plane via the wafer stage drive system 56W in accordance with an instruction from the main controller 50.

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上の基準マーク(不図示)とを同時に観察するための一対のレチクルアライメント顕微鏡(不図示)が設けられている。さらに、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オフ・アクシス方式でFIA(Field Image Alignment)方式(画像処理方式)のアライメントセンサALGが設けられている。これらのレチクルアライメント顕微鏡及びアライメントセンサALGの検出結果に基づいて、レチクルR及びウエハWのアライメントが行われる。   Above the reticle R, a pair of reticles for simultaneously observing a mark on the reticle R or reticle mark plate RFM and a reference mark (not shown) on the wafer stage WST via the projection optical system PL. An alignment microscope (not shown) is provided. Further, an FIA (Field Image Alignment) type (image processing type) alignment sensor ALG is provided on the side surface of the projection optical system PL to detect an alignment mark on the wafer W or a predetermined reference mark. Yes. Based on the detection results of these reticle alignment microscope and alignment sensor ALG, alignment of reticle R and wafer W is performed.

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、実露光用のレチクルRを用いた露光に最適な照明条件を設定する。そして、上記のアライメントが行われた後、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。次に、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IARに対してレチクルRをY方向に所定速度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IAに対してウエハW上の一つのショット領域をY方向に速度β・Vr(βは投影光学系PLの投影倍率)で移動する動作と、ショット間のステッピング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 projection exposure apparatus 10 of this example will be briefly described. First, main controller 50 sets an illumination condition optimal for exposure using reticle R for actual exposure. Then, after the above alignment is performed, the shot area to be next exposed on the wafer W is positioned on the front side of the optical axis AX by the stepping of the wafer stage WST. Next, irradiation with the illumination light IL is started, and exposure is performed through the wafer stage WST in synchronization with the movement of the reticle R in the Y direction at a predetermined speed Vr with respect to the illumination area IAR through the reticle stage RST. An operation of moving one shot area on the wafer W with respect to the area IA in the Y direction at a speed β · Vr (β is a projection magnification of the projection optical system PL) and a stepping operation between shots are repeated. The pattern image of the reticle R is transferred to all shot areas on the wafer W by the AND scan method.

ところで、上述の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、本例では、上記のように図1のインテグレータセンサ46の計測値を用いて主制御装置50内の結像特性変動予測部で所定の結像特性の変動量を予測し、この変動量を相殺するように、図2の結像特性補正コントローラ74を含む結像特性補正装置によってその結像特性を補正している。しかしながら、その結像特性の変動量の予測値が実際の変動量から次第にずれる恐れがあるため、本例では、以下のように空間像計測系を用いて例えば定期的に投影光学系PLの所定の結像特性を計測し(計測工程)、この計測結果によってその結像特性の変動量の予測値を補正し(演算工程)、この補正後の予測値に基づいてその結像特性補正装置を用いてその結像特性を補正する(補正工程)。   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. Therefore, in this example, as described above, the fluctuation amount of the predetermined imaging characteristic is predicted by the imaging characteristic fluctuation prediction unit in the main controller 50 using the measurement value of the integrator sensor 46 of FIG. The image formation characteristic is corrected by an image formation characteristic correction apparatus including the image formation characteristic correction controller 74 of FIG. 2 so as to cancel the amount. However, since the predicted value of the fluctuation amount of the imaging characteristics may gradually deviate from the actual fluctuation amount, in this example, the predetermined value of the projection optical system PL is periodically used, for example, using the aerial image measurement system as follows. The imaging characteristic is measured (measurement process), the predicted value of the fluctuation amount of the imaging characteristic is corrected based on the measurement result (calculation process), and the imaging characteristic correction device is operated based on the corrected predicted value. The imaging characteristics are corrected by using (correction step).

以下では、計測及び補正対象の投影光学系PLの所定の結像特性を所定の収差であるとする。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、図2の投影光学系PLの瞳面PP(射出瞳)上の波面収差を示す収差関数をW(ρ,θ)とすると、ρはその瞳面PP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であ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。その級数展開時のi次(iは1以上の整数)のツェルニケ多項式fi(ρ,θ)の係数Zi は、その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)ともみなすことができる。 In the following, it is assumed that a predetermined imaging characteristic of the projection optical system PL to be measured and corrected is a predetermined aberration. Further, assuming that wavefront aberration is used to classify the aberration, and that the aberration function indicating the wavefront aberration on the pupil plane PP (exit pupil) of the projection optical system PL in FIG. 2 is W (ρ, θ), ρ is a normalized position (radial radius) of the pupil plane PP in the radial direction, and θ is an angle. The aberration function W (ρ, θ) can be expanded in series using a Zernike's Polynomial, which is a complete orthogonal system polynomial in which the radial ρ and angle θ are separated. is there. The coefficient Z i of the i-th order (i is an integer of 1 or more) Zernike polynomial fi (ρ, θ) at the time of series expansion may be regarded as an aberration (or aberration amount) represented by the i-th order Zernike polynomial. it can.

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、i次のツェルニケ多項式の係数で表される収差Zi を用いると、球面収差は収差Z9,Z16、コマ収差は収差Z7,Z8,Z14,Z15、及びディストーションは収差Z2,Z3 である。本例では、図2の結像特性補正コントローラ74を含む結像特性補正装置によって、所定次数(例えば16次)までのツェルニケ多項式で表される波面収差を個別に補正することができる。 The aberration of the projection optical system PL can be classified into a lateral aberration that is a lateral shift of the image and a longitudinal aberration that is a change in the contrast of the image. When an aberration Z i represented by a coefficient of an i-th order Zernike polynomial is used, The aberrations are aberrations Z 9 and Z 16 , the coma aberration is aberrations Z 7 , Z 8 , Z 14 , and Z 15 , and the distortion is aberrations Z 2 and Z 3 . In this example, the wavefront aberration represented by the Zernike polynomial up to a predetermined order (for example, the 16th order) can be individually corrected by the imaging characteristic correction apparatus including the imaging characteristic correction controller 74 of FIG.

また、投影光学系PLの高次のツェルニケ多項式の係数で表される波面収差を計測するためには、図2の投影光学系PLの瞳面PPにおいて、光軸を通って交差する複数の直線上の計測点での位相情報を求める必要がある。そのため、図2において、レチクルマーク板RFMのパターン面に周期方向の異なる複数の周期的パターンとして、周期方向がY方向の第1のL&Sパターン(ライン・アンド・スペースパターン)63と、周期方向がY方向から0°より大きく90°より小さい角度でずれた第2のL&Sパターン64とが形成されている。これらのL&Sパターン63及び64の光透過部の幅と遮光部の幅との比(デューティ比)はともに1:1であり、これらのパターンの投影光学系PLによる像(空間像)の位置及びコントラストを計測することで、その瞳面PPにおける光軸を通る2つの直線上の複数の計測点での位相情報を求めることができる。実際には、周期方向が第1のL&Sパターン63と同じでピッチが異なる別の複数のL&Sパターンについても、その像の位置及びコントラストが計測される。   Further, in order to measure the wavefront aberration expressed by the coefficient of the higher-order Zernike polynomial of the projection optical system PL, a plurality of straight lines intersecting with each other through the optical axis in the pupil plane PP of the projection optical system PL of FIG. It is necessary to obtain phase information at the upper measurement point. Therefore, in FIG. 2, a first L & S pattern (line and space pattern) 63 whose periodic direction is in the Y direction and a periodic direction as the plurality of periodic patterns having different periodic directions on the pattern surface of the reticle mark plate RFM. A second L & S pattern 64 shifted from the Y direction by an angle larger than 0 ° and smaller than 90 ° is formed. The ratio (duty ratio) between the width of the light transmitting portion and the width of the light shielding portion of these L & S patterns 63 and 64 is 1: 1, and the positions of the images (aerial images) of these patterns by the projection optical system PL and By measuring the contrast, it is possible to obtain phase information at a plurality of measurement points on two straight lines passing through the optical axis in the pupil plane PP. Actually, the positions and contrasts of the images of the other L & S patterns having the same periodic direction as that of the first L & S pattern 63 but having different pitches are also measured.

図2を参照して、そのために使用される本例のウエハステージWSTに設けられた空間像計測系59の構成につき説明する。図2において、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スリット板90が嵌め込まれている。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X軸に平行な方向を長手方向とするスリット61が形成されている。ガラス基板82の素材としては、ここでは、照明光ILであるArFエキシマレーザ光に対して透過性の良い、合成石英又は蛍石などが用いられる。   With reference to FIG. 2, the configuration of the aerial image measurement system 59 provided in the wafer stage WST of this example used for this purpose will be described. In FIG. 2, a slit plate 90 is fitted from above to a protruding portion 58 provided on the upper surface of the end portion of the Z tilt stage 38 of the wafer stage WST and having an opening formed in the upper portion so as to cover the opening. . The slit plate 90 is configured by forming a reflective film 83 that also serves as a light-shielding film on the upper surface of a rectangular flat glass substrate 82 parallel to the XY plane, and a direction parallel to the X axis in a part of the reflective film 83. A slit 61 is formed in the longitudinal direction. As the material of the glass substrate 82, here, synthetic quartz or fluorite having good transparency with respect to the ArF excimer laser light that is the illumination light IL is used.

図3(A)は、スリット板90の平面図を示し、この図3(A)において、スリット61には長手方向(X方向)に沿って交互に光透過部61aと遮光部61bとが形成されている。言い換えると、スリット61には長手方向に沿って所定ピッチで遮光部61bが形成されている。遮光部61bの長さ及びピッチについては後述する。なお、後の変形例でも示すように、スリット61には遮光部61bを一つ設けるだけでもよい。   3A shows a plan view of the slit plate 90. In FIG. 3A, the slit 61 is formed with light transmitting portions 61a and light shielding portions 61b alternately along the longitudinal direction (X direction). Has been. In other words, the light shielding portions 61b are formed in the slit 61 at a predetermined pitch along the longitudinal direction. The length and pitch of the light shielding part 61b will be described later. As shown in a later modification, the slit 61 may be provided with only one light shielding portion 61b.

本例では、L&Sパターンの像をスリット61で、スリット61の長手方向に直交する矢印Fで示す走査方向(ここではY方向)に相対走査してスリット61を透過する照明光の光強度を計測する。本例では、その相対走査のためにウエハステージWST(相対走査機構)によってスリット61をY方向に移動する。しかしながら、レチクルステージRSTによってL&Sパターンの像をY方向に僅かに移動してもよい。その光強度の計測値をスリット61のY座標に対して記憶することによって、そのL&Sパターンの像のY方向の光強度分布が得られる。そこで、計測精度の面からは、スリット61の走査方向(Y方向)の幅であるスリット幅2Dは小さい程良い。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61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、計測対象の最も小さいピッチのL&Sパターンの像の明部(又は暗部)の幅より小さくなるように設定される。一例として、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。   In this example, the L & S pattern image is measured with the slit 61 and the light intensity of the illumination light transmitted through the slit 61 is relatively scanned in the scanning direction (here, the Y direction) indicated by the arrow F perpendicular to the longitudinal direction of the slit 61. To do. In this example, the slit 61 is moved in the Y direction by the wafer stage WST (relative scanning mechanism) for the relative scanning. However, the L & S pattern image may be slightly moved in the Y direction by the reticle stage RST. By storing the measured value of the light intensity with respect to the Y coordinate of the slit 61, the light intensity distribution in the Y direction of the image of the L & S pattern can be obtained. Therefore, from the aspect of measurement accuracy, the slit width 2D, which is the width of the slit 61 in the scanning direction (Y direction), is preferably as small as possible. However, in reality, since there is a certain restriction on the scanning speed at the time of aerial image measurement in terms of throughput, if the slit width 2D is too small, the amount of light transmitted through the slit 61 becomes too small and measurement is difficult. turn into. In this example, the slit width 2D is set to be smaller than the width of the bright part (or dark part) of the image of the L & S pattern having the smallest pitch to be measured. As an example, the slit width 2D is set to about 200 nm or less, for example, about 100 to 150 nm.

図2は、レチクルマーク板RFMのL&Sパターン63が照明光ILで照明され、投影光学系PLに関してL&Sパターン63とほぼ共役な位置にスリット61が位置している状態を示している。この場合、ウエハステージWSTのZチルトステージ38に設けられた空間像計測系59は、スリット61が形成されたスリット板90と、スリット61を通過した光(照明光IL)をほぼ平行光束にするレンズ84と、レンズ84から射出された光をほぼY方向に反射するミラー88と、ミラー88で反射された光を集光するレンズ86と、その集光された光を光電変換する光電センサ89とを含んで構成されている。レンズ84及び86からリレーレンズ系が構成されている。   FIG. 2 shows a state in which the L & S pattern 63 of the reticle mark plate RFM is illuminated with the illumination light IL, and the slit 61 is located at a position substantially conjugate with the L & S pattern 63 with respect to the projection optical system PL. In this case, the aerial image measurement system 59 provided on the Z tilt stage 38 of the wafer stage WST converts the slit plate 90 on which the slit 61 is formed and the light (illumination light IL) that has passed through the slit 61 into a substantially parallel light beam. A lens 84, a mirror 88 that reflects light emitted from the lens 84 substantially in the Y direction, a lens 86 that collects the light reflected by the mirror 88, and a photoelectric sensor 89 that photoelectrically converts the collected light. It is comprised including. The lens 84 and 86 constitute a relay lens system.

光電センサ89としては、フォトダイオード等を使用できる。また、微弱な光を検出するために、光電センサ89としてフォト・マルチプライヤ・チューブ(光電子増倍管)を使用することも可能である。このように光電センサ89としてフォト・マルチプライヤ・チューブを用いる際に、Zチルトステージ38内に十分なスペースが確保できないような場合には、光電センサ89をZチルトステージ38の外部に配置して、Zチルトステージ38と光電センサ89との間にスリット61を通過した光の送光光学系(又は可撓性を有する光ファイバーケーブルなど)を配置してもよい。光電センサ89からの光電変換信号である検出信号PSは、図1の信号処理装置48内の例えば増幅器、サンプルホールド回路、A/Dコンバータなどを経てデジタルデータに変換されて、主制御装置50内の演算部(例えばソフトウエア上の一つの機能)に供給される。   As the photoelectric sensor 89, a photodiode or the like can be used. In order to detect weak light, a photomultiplier tube (photomultiplier tube) may be used as the photoelectric sensor 89. As described above, when a photomultiplier tube is used as the photoelectric sensor 89 and a sufficient space cannot be secured in the Z tilt stage 38, the photoelectric sensor 89 is disposed outside the Z tilt stage 38. A light transmission optical system (or a flexible optical fiber cable or the like) that passes through the slit 61 may be disposed between the Z tilt stage 38 and the photoelectric sensor 89. The detection signal PS, which is a photoelectric conversion signal from the photoelectric sensor 89, is converted into digital data through, for example, an amplifier, a sample hold circuit, an A / D converter, etc. in the signal processing device 48 of FIG. Is supplied to the operation unit (for example, one function on software).

図2の空間像計測系59を用いて空間像計測を行う際には、図1の主制御装置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を+Y方向(又は−Y方向)に駆動する。これに応じて、図3(A)において、図2のL&Sパターン63の像63P(周期方向がY方向でピッチが任意の明暗パターン)に対してスリット61が+Y方向(又は−Y方向)に走査される。この走査中に、スリット61を通過する光(照明光IL)が図2の光電センサ89で受光され、その検出信号PSが信号処理装置80を介して主制御装置50内の演算部に供給される。その演算部には、その際のスリット61(Zチルトステージ38)のX座標、Y座標の情報も供給されており、その演算部では、スリット61(Zチルトステージ38)のX座標、Y座標に対応させて光電センサ89の検出信号PSをメモリ51に記憶することで、計測対象のL&Sパターンの像の光強度分布の情報が得られる。   When performing aerial image measurement using the aerial image measurement system 59 of FIG. 2, the main controller 50 of FIG. 1 drives the wafer stage WST in the + Y direction (or -Y direction) via the wafer stage drive system 56W. To do. Accordingly, in FIG. 3A, the slit 61 is in the + Y direction (or -Y direction) with respect to the image 63P of the L & S pattern 63 in FIG. 2 (the bright and dark pattern having a periodic direction in the Y direction and a pitch). Scanned. During this scanning, light (illumination light IL) passing through the slit 61 is received by the photoelectric sensor 89 of FIG. 2, and the detection signal PS is supplied to the arithmetic unit in the main controller 50 via the signal processing device 80. The Information on the X and Y coordinates of the slit 61 (Z tilt stage 38) at that time is also supplied to the calculation unit, and the X and Y coordinates of the slit 61 (Z tilt stage 38) are supplied to the calculation unit. By storing the detection signal PS of the photoelectric sensor 89 in the memory 51 in correspondence with the above, information on the light intensity distribution of the image of the L & S pattern to be measured can be obtained.

図3(B)には、上記の空間像計測の際に得られる検出信号(光強度信号)PSの一例が示されている。この場合、検出信号PSは、周期方向がY方向のL&Sパターン63の像に対応しているため、スリット61のY座標の関数として表されている。この場合、図3(A)に示すように、Y方向を周期方向とするL&Sパターンの像63Pに対して、X方向を長手方向とするスリット61をY方向に走査しているため、得られる検出信号PSのコントラストは極めて高く、周期的に遮光部61bが形成されたスリット61を用いても、その像63Pの光強度分布を高精度に計測できる。その光強度分布には、像63P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中の演算部は、その情報を用いて波面収差を求めることができる。   FIG. 3B shows an example of a detection signal (light intensity signal) PS obtained at the time of the aerial image measurement. In this case, the detection signal PS is represented as a function of the Y coordinate of the slit 61 because the periodic direction corresponds to an image of the L & S pattern 63 whose Y direction is the Y direction. In this case, as shown in FIG. 3A, the L & S pattern image 63P having the Y direction as the periodic direction is scanned with the slit 61 having the X direction as the longitudinal direction in the Y direction. The contrast of the detection signal PS is extremely high, and the light intensity distribution of the image 63P can be measured with high accuracy even using the slit 61 in which the light shielding portions 61b are periodically formed. Since the light intensity distribution includes information on the image formation position (lateral shift) and amplitude (contrast) in the horizontal direction of the image 63P, the calculation unit in the main controller 50 uses the information to calculate the wavefront. Aberration can be obtained.

次に、周期方向がY方向から傾斜している図2のL&Sパターン64の像の光強度分布を計測する場合につき説明する。
図4(A)は、図2の第2のL&Sパターン64の像64Pをスリット61で走査する際の状態を示し、図4(A)において、矢印67で示す像64Pの周期方向は、矢印66で示す図3の第1のL&Sパターンの像63Pの周期方向(Y方向)から時計周りに角度θ(deg)(0<θ<90°)だけ傾斜している。また、像64Pは、明部64Paと暗部64Pbとをデューティ比が1:1で周期方向にピッチp1で配列したものであり、暗部64Pbの周期方向の長さdは次のようになる。
Next, a case where the light intensity distribution of the image of the L & S pattern 64 in FIG. 2 whose period direction is inclined from the Y direction is measured will be described.
4A shows a state when the image 64P of the second L & S pattern 64 of FIG. 2 is scanned by the slit 61. In FIG. 4A, the periodic direction of the image 64P indicated by the arrow 67 is indicated by an arrow. 3 is inclined clockwise by an angle θ (deg) (0 <θ <90 °) from the periodic direction (Y direction) of the image 63P of the first L & S pattern shown in FIG. Further, the image 64P is obtained by arranging a bright part 64Pa and a dark part 64Pb with a duty ratio of 1: 1 and a pitch p1 in the periodic direction, and the length d of the dark part 64Pb in the periodic direction is as follows.

d=p1/2 …(1)
また、スリット61の遮光部61bの長手方向(X方向)に対する配列のピッチp2は、次のように設定されている。
p2=p1/sinθ …(2)
これは、点線68で示すスリット61の長手方向に平行なX方向における像64Pの明部及び暗部のピッチをp3とすると、このピッチp3に対してスリット61の遮光部61bのピッチp2を等しく設定することを意味する。なお、図4(A)では、説明の便宜上、ピッチp2及びp3は異なる長さで表されている。
d = p1 / 2 (1)
Further, the pitch p2 of the arrangement with respect to the longitudinal direction (X direction) of the light shielding portion 61b of the slit 61 is set as follows.
p2 = p1 / sinθ (2)
This is because the pitch p2 of the light shielding portion 61b of the slit 61 is set equal to the pitch p3, where p3 is the pitch of the bright and dark portions of the image 64P in the X direction parallel to the longitudinal direction of the slit 61 indicated by the dotted line 68. It means to do. In FIG. 4A, the pitches p2 and p3 are represented by different lengths for convenience of explanation.

また、本例のようにL&Sパターン64(ひいては像64P)のデューティ比が1:1である場合には、スリット61の光透過部61a及び遮光部61bの長手方向の長さは、それぞれピッチp2の1/2であり、式(1)、式(2)より次の関係が成立する。
遮光部61bの長さ=光透過部61aの長さ=p2/2=d/sinθ …(3)
なお、L&Sパターン64のデューティ比が1:1から外れている場合、スリット61の光透過部61aと遮光部61bとの比の値は、L&Sパターン64の光透過部と遮光部との比の値と等しく設定してもよい。
Further, when the duty ratio of the L & S pattern 64 (and thus the image 64P) is 1: 1 as in this example, the lengths of the light transmitting portion 61a and the light shielding portion 61b in the slit 61 in the longitudinal direction are the pitch p2 respectively. And the following relationship is established from the equations (1) and (2).
Length of light shielding part 61b = length of light transmitting part 61a = p2 / 2 = d / sin θ (3)
When the duty ratio of the L & S pattern 64 is out of 1: 1, the value of the ratio of the light transmitting part 61a and the light shielding part 61b of the slit 61 is the ratio of the light transmitting part and the light shielding part of the L & S pattern 64. It may be set equal to the value.

また、図4(A)において、自然数nを用いて、スリット61を構成する光透過部61a及び遮光部61bの全部の個数は(2n+1)であるため、スリット61の長手方向(X方向)の長さであるスリット長Lは、以下の通りである。
L=(2n+1)d/sinθ …(4)
式(4)において、n=1のときはスリット61がL&Sパターンの像64PのX方向の1.5周期にまたがる場合、n=2のときはスリット61がL&Sパターンの像64Pの2.5周期にまたがる場合である。なお、スリット61は、X方向の一方の端部の外側に長さd/sinθの遮光部があるとみなすことも可能であり、この場合、n=1のときはスリット61が像64Pの2周期にまたがることとなる。
In FIG. 4A, the natural number n is used, and the total number of the light transmitting portions 61a and the light shielding portions 61b constituting the slit 61 is (2n + 1). Therefore, in the longitudinal direction (X direction) of the slit 61, The slit length L, which is the length, is as follows.
L = (2n + 1) d / sin θ (4)
In Expression (4), when n = 1, the slit 61 extends over 1.5 periods in the X direction of the L & S pattern image 64P, and when n = 2, the slit 61 is 2.5 of the L & S pattern image 64P. This is a case that spans a cycle. Note that the slit 61 can be regarded as having a light-shielding portion having a length of d / sin θ outside one end portion in the X direction. In this case, when n = 1, the slit 61 is 2 of the image 64P. It will span the cycle.

例えばnが3以上である場合には、図4(A)において、像64Pに対してスリット61を矢印66で示すY方向(図3(A)の像63Pの周期方向と同じ方向)に走査したときに図2の空間像計測系59を介して検出される検出信号PSは、図4(B)のようになる。図4(B)において、横軸はスリット61のY座標であり、検出信号PSのY方向の中央部での平均値をDC1、振幅をAC1とすると、そのコントラスト(=AC1/DC1≒2)又はSN比はほぼ2程度の理論的な最大値となり、高精度に像64Pの光強度分布を検出できる。従って、その光強度分布から、像64Pの位置(横シフト)及びコントラストを高精度に求めることができる。   For example, when n is 3 or more, in FIG. 4A, the slit 61 is scanned with respect to the image 64P in the Y direction indicated by the arrow 66 (the same direction as the periodic direction of the image 63P in FIG. 3A). Then, the detection signal PS detected through the aerial image measurement system 59 of FIG. 2 is as shown in FIG. In FIG. 4B, the horizontal axis is the Y coordinate of the slit 61, and the contrast (= AC1 / DC1≈2) when the average value of the detection signal PS at the center in the Y direction is DC1 and the amplitude is AC1. Alternatively, the S / N ratio has a theoretical maximum value of about 2, and the light intensity distribution of the image 64P can be detected with high accuracy. Therefore, the position (lateral shift) and contrast of the image 64P can be obtained with high accuracy from the light intensity distribution.

また、図4(B)において、検出信号PSのY方向のピッチをp4とすると、L&Sパターンの像64Pの周期方向のピッチp1と検出信号PSのピッチp4との間には、次の関係がある。
p1=p4・cosθ …(5)
そこで、図2の主制御装置50内の演算部では、図4(B)のように求められた検出信号PSのY座標に式(5)のようにcosθを乗じて、像64Pの実際の周期方向の光強度分布に対応する検出信号を求めてもよい。
In FIG. 4B, if the pitch in the Y direction of the detection signal PS is p4, the following relationship exists between the pitch p1 in the periodic direction of the L & S pattern image 64P and the pitch p4 of the detection signal PS. is there.
p1 = p4 · cos θ (5)
Therefore, the arithmetic unit in the main controller 50 in FIG. 2 multiplies the Y coordinate of the detection signal PS obtained as shown in FIG. A detection signal corresponding to the light intensity distribution in the periodic direction may be obtained.

また、像64Pの周期方向はY方向に対して角度θだけ傾斜しているため、正確に像64Pの周期方向の位置を求めるために、図4(B)から得られる像64PのY方向の位置(横シフト)Yaと、そのときのスリット61(Zチルトステージ38)のX座標Xaとを用いて、図2の主制御装置50内の演算部では、一例として次式から像64Pの周期方向の位置(横シフト)Raを計算してもよい。   Further, since the periodic direction of the image 64P is inclined by the angle θ with respect to the Y direction, in order to accurately obtain the position of the image 64P in the periodic direction, the Y direction of the image 64P obtained from FIG. Using the position (lateral shift) Ya and the X coordinate Xa of the slit 61 (Z tilt stage 38) at that time, the calculation unit in the main controller 50 in FIG. The direction position (lateral shift) Ra may be calculated.

Ra=(Xa2+Ya21/2 …(6)
本例のスリット61を用いる場合と比較するために、図5(A)に示すように、L&Sパターンの像64Pを従来の光透過部のみからなるスリット62でY方向に走査する場合を考えると、スリット62が位置Aに在るときの光量(最大値)を1として、スリット62が位置B(又はC)に在るときの光量(最小値)は約1/2となる。従って、スリット62を通過した光量を光電変換して得られる検出信号PSは、スリット62のY座標に関して図5(B)に示すように、平均値DC2がほぼ3/4、振幅AC2がほぼ1/2となるため、そのコントラスト(=AC2/DC2≒2/3)はほぼ2/3と、本例のスリット61を用いる場合の図4(B)のコントラストのほぼ1/3に劣化する。従って、本例のスリット61を用いることによって、従来のスリットを用いる場合に比べて約3倍のコントラストでL&Sパターンの像64Pの光強度分布を高精度に計測することができる。
Ra = (Xa 2 + Ya 2 ) 1/2 (6)
In order to compare with the case of using the slit 61 of this example, as shown in FIG. 5A, consider a case where an image 64P of an L & S pattern is scanned in the Y direction by a conventional slit 62 consisting of only a light transmitting portion. The light quantity (maximum value) when the slit 62 is at the position A is 1, and the light quantity (minimum value) when the slit 62 is at the position B (or C) is about ½. Therefore, the detection signal PS obtained by photoelectrically converting the amount of light that has passed through the slit 62 has an average value DC2 of about 3/4 and an amplitude AC2 of about 1 with respect to the Y coordinate of the slit 62 as shown in FIG. Therefore, the contrast (= AC2 / DC2≈2 / 3) is approximately 2/3, which is approximately 1/3 of the contrast in FIG. 4B when the slit 61 of this example is used. Therefore, by using the slit 61 of this example, the light intensity distribution of the image 64P of the L & S pattern can be measured with high accuracy with a contrast approximately three times that in the case of using the conventional slit.

次に、本例の空間像計測系のスリットの形状と計測対象のL&Sパターンの像との間には式(2)の関係があればよいため、1つのスリットを用いて周期方向が異なる3個以上の周期的パターン、例えば図6(A)、(B)、(C)に示す周期方向が異なる3つのL&Sパターンの像63P,64P,65Pの光強度分布を計測できる。この場合、像63Pの周期方向はY方向であり、像64P及び65Pの周期方向はY方向に対して時計周りにそれぞれ角度θB及びθC(>θB)だけ傾斜している。また、像63Pのピッチは任意、像64PのピッチはpB、暗部の幅はdB(=pB/2)であり、像65PのピッチはpC(>pB)、暗部の幅はdC(=pC/2)である。   Next, since the relationship of the formula (2) is sufficient between the shape of the slit of the aerial image measurement system of this example and the image of the L & S pattern to be measured, the period direction is different using one slit. The light intensity distribution of three or more periodic patterns, for example, three L & S pattern images 63P, 64P, and 65P having different periodic directions shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C can be measured. In this case, the periodic direction of the image 63P is the Y direction, and the periodic directions of the images 64P and 65P are inclined clockwise by angles θB and θC (> θB), respectively, with respect to the Y direction. The pitch of the image 63P is arbitrary, the pitch of the image 64P is pB, the width of the dark part is dB (= pB / 2), the pitch of the image 65P is pC (> pB), and the width of the dark part is dC (= pC / 2).

図7(A)のスリット61Aは、図6(A)〜(C)の像63P,64P,65Pの光強度分布を計測する際に図2の空間像計測系59のスリット61の代わりに使用できるスリットであり、スリット61Aは2つの光透過部61Aaと1つの遮光部61AbとをX方向に交互に配列して構成され、遮光部61Abの長手方向(X方向)の配列のピッチp2は、式(2)に対応して次のようになる。   The slit 61A in FIG. 7A is used in place of the slit 61 of the aerial image measurement system 59 in FIG. 2 when measuring the light intensity distribution of the images 63P, 64P, 65P in FIGS. 6A to 6C. The slit 61A is configured by alternately arranging two light transmitting portions 61Aa and one light shielding portion 61Ab in the X direction, and the pitch p2 of the arrangement in the longitudinal direction (X direction) of the light shielding portion 61Ab is: Corresponding to equation (2),

p2=pB/sinθB=pC/sinθC …(7)
言い換えると、周期方向が異なる2つのL&Sパターンの像64P及び65Pの光量分布を、それらの像の明部(又は暗部)の長手方向とは異なる方向を長手方向とするスリット61Aで相対走査して計測するためには、式(7)中の右辺のpB/sinθB=pC/sinθCの関係が必要である。また、スリット61Aの光透過部61Aa及び遮光部61AbのX方向の長さはそれぞれp2/2であり、スリット61AのX方向のスリット長は3・p2/2である。
p2 = pB / sin θB = pC / sin θC (7)
In other words, the light intensity distributions of the images 64P and 65P of two L & S patterns having different periodic directions are relatively scanned by the slit 61A whose longitudinal direction is different from the longitudinal direction of the bright part (or dark part) of these images. In order to measure, the relationship of pB / sin θB = pC / sin θC on the right side in equation (7) is necessary. The lengths of the light transmitting portion 61Aa and the light shielding portion 61Ab of the slit 61A in the X direction are p2 / 2, and the slit length of the slit 61A in the X direction is 3 · p2 / 2.

図7(A)のL&Sパターンの像64P(図6(B)の像64Pと同じ)をスリット61Aで矢印66で示すY方向に走査する場合を考えると、スリット61Aが位置Aに在るときの光量(最大値)を1として、スリット61Aが位置B(又はC)に在るときの光量(最小値)はほぼ0となる。従って、スリット61Aを介して得られる検出信号PSは、そのY座標に関して図7(B)に示すように、平均値DC3がほぼ1/2、振幅AC3がほぼ1となるため、そのコントラスト(=AC3/DC3≒2)はほぼ2の理論的な最大値になる。   Considering the case where the L & S pattern image 64P of FIG. 7A (same as the image 64P of FIG. 6B) is scanned in the Y direction indicated by the arrow 66 by the slit 61A, the slit 61A is at the position A. The light amount (minimum value) when the slit 61A is at the position B (or C) is almost zero. Therefore, the detection signal PS obtained through the slit 61A has an average value DC3 of approximately 1/2 and an amplitude AC3 of approximately 1 with respect to the Y coordinate, as shown in FIG. AC3 / DC3≈2) is a theoretical maximum value of about 2.

同様に、図8のL&Sパターンの像65P(図6(C)の像65Pと同じ)をスリット61AでY方向に走査する場合を考えると、式(7)が成立しているため、スリット61Aが位置Aに在るときの光量(最大値)を1として、スリット61Aが位置Bに在るときの光量(最小値)はほぼ0となる。従って、スリット61Aを介して得られる検出信号PSのY座標に関するコントラストはほぼ2の最大値になる。   Similarly, considering the case where the L & S pattern image 65P of FIG. 8 (same as the image 65P of FIG. 6C) is scanned in the Y direction by the slit 61A, since the equation (7) is established, the slit 61A The light amount (maximum value) when is at position A is 1, and the light amount (minimum value) when slit 61A is at position B is almost zero. Accordingly, the contrast with respect to the Y coordinate of the detection signal PS obtained through the slit 61A has a maximum value of about 2.

なお、図7(A)において、像64PのX方向の長さが長いような場合には、スリット61Aの代わりに、図9に示すように、長手方向(X方向)に3つの光透過部61Aaと2つの遮光部61Abとを交互に配列して構成されるスリット61Bを用いてもよい。図9の場合にも、遮光部61AbのX方向のピッチp2、L&Sパターンの像64Pの周期方向の傾斜角θB、及び像64Pの周期方向のピッチpBに関して式(7)が成立し、暗部64Pbの幅dB(明部64Paの幅と等しい)はpB/2である。また、スリット61BのX方向のスリット長L1は、式(7)を用いて次のようになる。これは図4(A)においてn=2の場合に相当する。
L1=5・p2/2=(5/2)pB/sinθB …(8)
図9のスリット61Bで像64PをY方向に走査する場合にも、スリット61Bが位置Aに在るときには検出信号が最大値となり、位置Bに在るときには検出信号がほぼ0となるため、そのコントラストはほぼ2の最大値になる。
In FIG. 7A, when the length of the image 64P in the X direction is long, instead of the slit 61A, as shown in FIG. 9, three light transmitting portions are arranged in the longitudinal direction (X direction). A slit 61B configured by alternately arranging 61Aa and two light shielding portions 61Ab may be used. Also in the case of FIG. 9, Expression (7) is established regarding the pitch p2 in the X direction of the light shielding portion 61Ab, the inclination angle θB in the periodic direction of the image 64P of the L & S pattern, and the pitch pB in the periodic direction of the image 64P. The width dB (equal to the width of the bright part 64 Pa) is pB / 2. Further, the slit length L1 in the X direction of the slit 61B is as follows using the equation (7). This corresponds to the case of n = 2 in FIG.
L1 = 5 · p2 / 2 = (5/2) pB / sin θB (8)
Even when the image 64P is scanned in the Y direction by the slit 61B in FIG. 9, the detection signal becomes the maximum value when the slit 61B is at the position A, and the detection signal becomes almost 0 when the slit 61B is at the position B. The contrast is a maximum value of about 2.

次に、本発明の実施形態の他の例につき図10及び図11を参照して説明する。本例の投影露光装置及び空間像計測系の構成はそれぞれ図1の投影露光装置10及び図2の空間像計測系59と同様であるが、空間像計測系59のスリット61の代わりに、図10(A)に示すように、遮光部61Cbの長手方向(X方向)の境界線61Cc及び61Cdが平行で、かつY方向に対して傾斜しているスリット61Cを用いる点が異なっている。本例の計測対象を図10(A)のL&Sパターンの像63P及び図10(B)のL&Sパターンの像65P(それぞれ図6(A)の像63P及び図6(C)の像65Pと同じ。)とする。   Next, another example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The configurations of the projection exposure apparatus and the aerial image measurement system of this example are the same as those of the projection exposure apparatus 10 of FIG. 1 and the aerial image measurement system 59 of FIG. As shown in FIG. 10A, the difference is that a slit 61C in which the boundary lines 61Cc and 61Cd in the longitudinal direction (X direction) of the light shielding part 61Cb are parallel and inclined with respect to the Y direction is used. The measurement target of this example is the image 63P of the L & S pattern in FIG. 10A and the image 65P of the L & S pattern in FIG. 10B (the same as the image 63P in FIG. 6A and the image 65P in FIG. 6C, respectively). .)

そのスリット61Cの遮光部61CbのX方向の配列のピッチp2については式(7)が成立し、遮光部61CbのX方向の長さはp2/2である。また、その遮光部61Cbの境界線61Cc及び61Cdは、図10(B)の計測対象のL&Sパターンの像65Pの明部65Pa(又は暗部65Pb)の長手方向(図6(C)に示すようにX軸に対して時計周りに角度θCだけ傾斜した方向)に平行である。   Formula (7) is satisfied for the pitch p2 of the arrangement in the X direction of the light shielding part 61Cb of the slit 61C, and the length of the light shielding part 61Cb in the X direction is p2 / 2. Further, the boundary lines 61Cc and 61Cd of the light shielding portion 61Cb are as shown in the longitudinal direction (FIG. 6C) of the bright portion 65Pa (or the dark portion 65Pb) of the image 65P of the measurement target L & S pattern in FIG. (A direction inclined by an angle θC clockwise with respect to the X axis).

この場合、図10(A)に示すように、周期方向がY方向の像63Pに対してスリット61Cを矢印66で示すY方向に走査するときには、位置A1では検出信号が最大値となり、位置B1では検出信号がほぼ0となるため、検出信号のコントラストはほぼ2の最大値になる。また、図10(B)に示すように、周期方向がY方向から傾斜している像65Pに対してスリット61Cを矢印66で示すY方向に走査する場合にも、位置B2では検出信号が最大値となり、位置A2では検出信号がほぼ0となるため、検出信号のコントラストはほぼ2の最大値になる。   In this case, as shown in FIG. 10A, when the slit 61C is scanned in the Y direction indicated by the arrow 66 with respect to the image 63P whose periodic direction is the Y direction, the detection signal becomes the maximum value at the position A1, and the position B1 Then, since the detection signal is almost 0, the contrast of the detection signal becomes a maximum value of about 2. As shown in FIG. 10B, when the slit 61C is scanned in the Y direction indicated by the arrow 66 with respect to the image 65P whose periodic direction is inclined from the Y direction, the detection signal is maximum at the position B2. Since the detection signal is substantially 0 at the position A2, the contrast of the detection signal is approximately the maximum value of 2.

また、像65Pを、図11(A)に示すように本例のスリット61Cで走査する場合と、図7(A)の遮光部61Abの長手方向の境界線がY方向に平行なスリット61Aで走査する場合とで検出信号PSを比較すると、スリット61Aで走査する場合には、例えば三角形の部分61e及び61fにおいて、光量の低下又は増加がある。そのため、図11(B)に示すように、スリット61Aで走査する場合の検出信号PSAに対してスリット61Cで走査する場合の検出信号PSCは、最大値が増加して最小値が減少するためコントラストが改善される。従って、本例のスリット61Cを用いることによって、L&Sパターンの像65Cの光強度分布をより高いコントラストで計測できる。   Further, when the image 65P is scanned by the slit 61C of this example as shown in FIG. 11A, the longitudinal boundary line of the light shielding portion 61Ab of FIG. 7A is formed by the slit 61A parallel to the Y direction. When the detection signal PS is compared with the case of scanning, when the scanning is performed by the slit 61A, for example, in the triangular portions 61e and 61f, the light amount is decreased or increased. Therefore, as shown in FIG. 11B, the detection signal PSC when scanning with the slit 61C is increased with respect to the detection signal PSA when scanning with the slit 61A, and the minimum value is decreased. Is improved. Therefore, by using the slit 61C of this example, the light intensity distribution of the image 65C of the L & S pattern can be measured with higher contrast.

なお、上記の実施形態では、例えば図4において、L&Sパターンの像64Pをスリット61によってその周期方向とは異なるY方向に走査して光強度分布を計測しているため、図3(A)の像63Pの光強度分布を計測する場合とスリット61の相対走査の方向を共通化でき、計測工程を簡素化できる。しかしながら、図4において、像64Pの光強度分布を計測するために、像64Pに対してスリット61を像64Pの矢印67で示す周期方向に走査してもよい。これによって、座標変換行うことなく、像64Pの周期方向の光強度分布を直接計測できる。   In the above embodiment, for example, in FIG. 4, the L & S pattern image 64 </ b> P is scanned by the slit 61 in the Y direction different from the periodic direction, and the light intensity distribution is measured. When the light intensity distribution of the image 63P is measured, the relative scanning direction of the slit 61 can be made common, and the measurement process can be simplified. However, in FIG. 4, in order to measure the light intensity distribution of the image 64P, the slit 61 may be scanned with respect to the image 64P in the periodic direction indicated by the arrow 67 of the image 64P. Thus, the light intensity distribution in the periodic direction of the image 64P can be directly measured without performing coordinate conversion.

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、レチクルとウエハとを静止した状態でレチクルのパターンをウエハ上に転写するステッパー等の静止露光型(一括露光型)の投影露光装置で露光を行う場合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、国際公開第2004/019128号パンフレット等に開示されている液浸型露光装置で露光を行う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 reticle pattern is transferred onto the wafer while the reticle and the wafer are stationary. The present invention can also be applied to the case where exposure is performed with a static exposure type (collective exposure type) projection exposure apparatus such as a stepper. The present invention can also be applied to exposure using an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, International Publication No. 99/49504, International Publication No. 2004/019128.

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スウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子(CCDなど)、有機EL、マイクロマシーン、MEMS(Microelectromechanical Systems)、及び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。
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。
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. Applicable to exposure equipment that transfers device patterns used in ceramics onto ceramic wafers, as well as exposure equipment used to manufacture imaging devices (CCD, etc.), organic EL, micromachines, MEMS (Microelectromechanical Systems), and DNA chips. can do.
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明によれば、計測対象のパターンの空間像のピッチと周期方向とを考慮したスリット形状を用いることにより、1つのスリットで複数の異なる周期方向の空間像の光強度分布を精度よく計測することが可能になる。従って、本発明を投影光学系の結像特性の計測に適用した場合、スリットの数より多くの角度方向の収差測定点の波面収差を得ることができ、その結像特性を正確に評価できる。   According to the present invention, by using a slit shape that takes into account the pitch and period direction of the aerial image of the pattern to be measured, a single slit can accurately measure the light intensity distribution of a plurality of aerial images in different periodic directions. It becomes possible. Therefore, when the present invention is applied to the measurement of the imaging characteristics of the projection optical system, it is possible to obtain wavefront aberrations at aberration measurement points in an angular direction larger than the number of slits, and to accurately evaluate the imaging characteristics.

本発明の実施形態の一例の投影露光装置の構成を示す一部を切り欠いた図である。It is the figure which notched the part which shows the structure of the projection exposure apparatus of an example of embodiment of this invention. 図1の結像特性の補正機構及び空間像計測系を示す一部を切り欠いた図である。FIG. 2 is a partially cutaway view illustrating an imaging characteristic correction mechanism and an aerial image measurement system in FIG. 1. (A)は図2中のスリット61を示す拡大図、(B)はスリット61を用いて検出される検出信号の一例を示す図である。FIG. 3A is an enlarged view showing a slit 61 in FIG. 2, and FIG. 3B is a diagram showing an example of a detection signal detected using the slit 61. (A)はL&Sパターンの像64Pとスリット61との関係を示す拡大図、(B)は像64Pをスリット61で走査して得られる検出信号の一例を示す図である。(A) is an enlarged view showing the relationship between the image 64P of the L & S pattern and the slit 61, and (B) is a diagram showing an example of a detection signal obtained by scanning the image 64P with the slit 61. FIG. (A)は像64Pとスリット62との関係を示す拡大平面図、(B)は像64Pをスリット62で走査して得られる検出信号の一例を示す図である。(A) is an enlarged plan view showing the relationship between the image 64P and the slit 62, and (B) is a diagram showing an example of a detection signal obtained by scanning the image 64P with the slit 62. FIG. (A)はL&Sパターンの像63Pを示す拡大図、(B)はL&Sパターンの像64Pを示す拡大図、(C)はL&Sパターンの像65Pを示す拡大図である。(A) is an enlarged view showing an L & S pattern image 63P, (B) is an enlarged view showing an L & S pattern image 64P, and (C) is an enlarged view showing an L & S pattern image 65P. (A)は像64Pとスリット61Aとの関係を示す拡大図、(B)は像64Pをスリット61Aで走査して得られる検出信号の一例を示す図である。(A) is an enlarged view showing the relationship between the image 64P and the slit 61A, and (B) is a diagram showing an example of a detection signal obtained by scanning the image 64P with the slit 61A. 像65Pとスリット61Aとの関係を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the relationship between the image 65P and the slit 61A. 像64Pとスリット61Bとの関係を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the relationship between the image 64P and the slit 61B. (A)は本発明の実施形態の他の例における像63Pとスリット61Cとの関係を示す拡大図、(B)は像65Pを示す拡大図である。(A) is an enlarged view showing the relationship between the image 63P and the slit 61C in another example of the embodiment of the present invention, and (B) is an enlarged view showing the image 65P. (A)はその実施形態の他の例における像65Pとスリット61A及び61Cとの関係を示す拡大図、(B)は像65Pをスリット61A及び61Cで走査して得られる検出信号の一例を示す図である。(A) is an enlarged view showing a relationship between an image 65P and slits 61A and 61C in another example of the embodiment, and (B) shows an example of a detection signal obtained by scanning the image 65P with the slits 61A and 61C. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10…投影露光装置、12…照明光学系、14…光源、IL…照明光、R…レチクル、RFM…レチクルマーク板、PL…投影光学系、W…ウエハ、50…主制御装置、59…空間像計測系、61,61A,61B,61C…スリット、61Ab,61Cb…遮光部、61Cc,61Cd…境界線、63,64…L&Sパターン、63P,64P,65P…L&Sパターンの像、74…結像特性補正コントローラ、89…光電センサ、90…スリット板   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Projection exposure apparatus, 12 ... Illumination optical system, 14 ... Light source, IL ... Illumination light, R ... Reticle, RFM ... Reticle mark board, PL ... Projection optical system, W ... Wafer, 50 ... Main controller, 59 ... Space Image measurement system, 61, 61A, 61B, 61C ... slit, 61Ab, 61Cb ... light shielding part, 61Cc, 61Cd ... boundary line, 63, 64 ... L & S pattern, 63P, 64P, 65P ... L & S pattern image, 74 ... image formation Characteristic correction controller 89 ... Photoelectric sensor 90 ... Slit plate

Claims (10)

異なる方向に配列された第1及び第2の周期的パターンの像の光強度分布を計測する計測方法であって、
前記第1の周期的パターンの像の周期方向に直交する方向を長手方向として、この長手方向の一部に遮光部が形成されたスリットと、前記第1の周期的パターンの像とを相対走査して、前記スリットを通過する光を受光する第1工程と、
前記スリットと前記第2の周期的パターンの像とを相対走査して、前記スリットを通過する光を受光する第2工程とを有することを特徴とする計測方法。
A measurement method for measuring light intensity distributions of images of first and second periodic patterns arranged in different directions,
A direction perpendicular to the periodic direction of the image of the first periodic pattern is a longitudinal direction, and a slit having a light shielding portion formed in a part of the longitudinal direction and the image of the first periodic pattern are relatively scanned. A first step of receiving light passing through the slit;
And a second step of receiving light passing through the slit by relatively scanning the slit and the image of the second periodic pattern.
前記遮光体は、前記長手方向に沿って周期的に形成され、
前記第1の周期的パターンの像の周期方向に対して前記第2の周期的パターンの像の周期方向がなす角度をθ、前記第2の周期的パターンの像の周期方向のピッチをp1として、前記スリットの前記長手方向の前記遮光部のピッチp2につき
p2=p1/sinθ
の関係が成立することを特徴とする請求項1に記載の計測方法。
The light shield is periodically formed along the longitudinal direction,
The angle formed by the periodic direction of the image of the second periodic pattern with respect to the periodic direction of the image of the first periodic pattern is θ, and the pitch in the periodic direction of the image of the second periodic pattern is p1. P2 = p1 / sin θ per pitch p2 of the light-shielding portion in the longitudinal direction of the slit
The measurement method according to claim 1, wherein the relationship is established.
前記第1工程及び前記第2工程における前記第1及び第2の周期的パターンの像と前記スリットとの相対走査の方向は前記第1の周期的パターンの像の周期方向に平行であることを特徴とする請求項1又は2に記載の計測方法。   The relative scanning direction of the first and second periodic pattern images and the slit in the first step and the second step is parallel to the periodic direction of the first periodic pattern image. The measurement method according to claim 1, wherein the measurement method is characterized. 前記第2工程は、前記第2の周期的パターンの像と前記スリットとの相対走査で検出される光量分布を、前記第2の周期的パターンの像の周期方向の分布に換算する工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の計測方法。   The second step includes a step of converting a light amount distribution detected by relative scanning between the image of the second periodic pattern and the slit into a distribution in a periodic direction of the image of the second periodic pattern. The measuring method according to claim 3. 前記スリットの前記遮光部の境界は、前記第2の周期的パターンの像の明部又は暗部の長手方向に実質的に平行であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の計測方法。   5. The boundary of the light shielding portion of the slit is substantially parallel to a longitudinal direction of a bright portion or a dark portion of the image of the second periodic pattern. The measurement method described. 異なる方向に配列された第1及び第2の周期的パターンの像の光強度分布を計測する計測装置であって、
前記第1の周期的パターンの像の周期方向に直交する方向を長手方向として、この長手方向の一部に遮光部が形成されたスリットと、
前記スリットを通過した光を受光する光電検出器と、
前記第1及び第2の周期的パターンの像と前記スリットとを相対走査する相対走査機構とを備えたことを特徴とする計測装置。
A measuring device that measures light intensity distributions of images of first and second periodic patterns arranged in different directions,
A slit in which a light shielding portion is formed in a part of the longitudinal direction, with a direction perpendicular to the periodic direction of the image of the first periodic pattern as a longitudinal direction;
A photoelectric detector that receives light that has passed through the slit;
A measuring apparatus comprising: a relative scanning mechanism that relatively scans the images of the first and second periodic patterns and the slit.
前記遮光体は、前記長手方向に沿って周期的に形成され、
前記第1の周期的パターンの像の周期方向に対して前記第2の周期的パターンの像の周期方向がなす角度をθ、前記第2の周期的パターンの像の周期方向のピッチをp1として、前記スリットの前記長手方向の前記遮光部のピッチp2につき
p2=p1/sinθ
の関係が成立することを特徴とする請求項6に記載の計測装置。
The light shield is periodically formed along the longitudinal direction,
The angle formed by the periodic direction of the image of the second periodic pattern with respect to the periodic direction of the image of the first periodic pattern is θ, and the pitch in the periodic direction of the image of the second periodic pattern is p1. P2 = p1 / sin θ per pitch p2 of the light-shielding portion in the longitudinal direction of the slit
The measurement apparatus according to claim 6, wherein the relationship is established.
露光ビームでパターンを照明し、前記露光ビームで前記パターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光方法において、
請求項1から5のいずれか一項に記載の計測方法を用いて、前記投影光学系の物体面に配置された前記第1及び第2の周期的パターンの像の光強度分布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結像特性を求める演算工程、
前記演算工程の演算結果に基づいて前記投影光学系の結像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 illuminating a pattern with an exposure beam and exposing an object with the exposure beam through the pattern and a projection optical system,
The measurement which measures the light intensity distribution of the image of the said 1st and 2nd periodic pattern arrange | positioned on the object surface of the said projection optical system using the measuring method as described in any one of Claim 1 to 5. Process,
A calculation step of obtaining an imaging characteristic of the projection optical system based on a measurement result of the measurement step;
An exposure method comprising: a correction step of correcting an imaging characteristic of the projection optical system based on a calculation result of the calculation step.
露光ビームでパターンを照明し、前記露光ビームで前記パターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光装置において、
請求項6又は7に記載の計測装置と、
前記物体を保持して移動するステージと、
前記計測装置の前記光電検出器の検出情報を用いて前記投影光学系の結像特性を求める演算装置と、
前記演算装置の演算結果に基づいて前記投影光学系の結像特性を補正する補正機構とを備えたことを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that illuminates a pattern with an exposure beam and exposes an object with the exposure beam via the pattern and a projection optical system,
A measuring device according to claim 6 or 7,
A stage that holds and moves the object;
An arithmetic unit for obtaining imaging characteristics of the projection optical system using detection information of the photoelectric detector of the measuring device;
An exposure apparatus comprising: a correction mechanism that corrects an imaging characteristic of the projection optical system based on a calculation result of the calculation apparatus.
前記計測装置の前記スリットは前記ステージに設けられ、
前記計測装置の前記相対走査機構は前記ステージであることを特徴とする請求項9に記載の露光装置。
The slit of the measuring device is provided on the stage,
The exposure apparatus according to claim 9, wherein the relative scanning mechanism of the measuring apparatus is the stage.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009170666A (en) * 2008-01-16 2009-07-30 Canon Inc Measuring apparatus and light intensity distribution measuring method, and exposure apparatus
JP2009272373A (en) * 2008-05-01 2009-11-19 Canon Inc Measuring apparatus, measuring method, exposure equipment, and method of manufacturing device
CN104749901A (en) * 2013-12-31 2015-07-01 上海微电子装备有限公司 Focusing and leveling device
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