[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JPWO2002050506A1 - Wavefront measurement device and its use, imaging characteristic measurement method and device, imaging characteristic correction method and device, imaging characteristic management method, and exposure method and device - Google Patents

Wavefront measurement device and its use, imaging characteristic measurement method and device, imaging characteristic correction method and device, imaging characteristic management method, and exposure method and device Download PDF

Info

Publication number
JPWO2002050506A1
JPWO2002050506A1 JP2002551358A JP2002551358A JPWO2002050506A1 JP WO2002050506 A1 JPWO2002050506 A1 JP WO2002050506A1 JP 2002551358 A JP2002551358 A JP 2002551358A JP 2002551358 A JP2002551358 A JP 2002551358A JP WO2002050506 A1 JPWO2002050506 A1 JP WO2002050506A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
measurement
light receiving
wavefront
imaging characteristic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002551358A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
谷口　哲夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Publication of JPWO2002050506A1 publication Critical patent/JPWO2002050506A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/0257—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested
    • G01M11/0264—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested by using targets or reference patterns
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591—Testing optical components
    • G03F7/706—Aberration measurement

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

投影光学系（ＰＬ）による所定のパターンの投影像を計測する空間像計測器（５９）と、投影光学系の波面収差を計測する波面計測器（８０）と、を備えており、空間像計測器による計測結果と、波面計測器による計測結果とに基づいて、主制御装置（５０）により、光学系の結像特性が算出される。従って、空間像計測器により計測される空間像の計測結果に含まれる収差の影響が波面収差の計測結果に基づいて主制御装置により補正されるので、結果的に投影光学系の結像特性を精度良く算出することができる。すなわち、この算出結果に基づいて投影光学系の結像特性を調整することで、投影光学系の結像特性を高精度に調整することができる。An aerial image measurement device (59) for measuring a projection image of a predetermined pattern by the projection optical system (PL) and a wavefront measurement device (80) for measuring a wavefront aberration of the projection optical system are provided. The main controller (50) calculates the imaging characteristics of the optical system based on the measurement result by the measuring device and the measurement result by the wavefront measuring device. Therefore, the influence of the aberration included in the measurement result of the aerial image measured by the aerial image measurement device is corrected by the main controller based on the measurement result of the wavefront aberration, and as a result, the imaging characteristics of the projection optical system are reduced. It can be calculated with high accuracy. That is, by adjusting the imaging characteristics of the projection optical system based on the calculation result, the imaging characteristics of the projection optical system can be adjusted with high accuracy.

Description

技術分野
本発明は、波面計測装置及びその使用方法、結像特性計測方法及び装置、結像特性補正方法及び装置、結像特性管理方法、並びに露光方法及び装置に係り、更に詳しくは、所定のパターン像を投影する光学系の結像特性を計測する結像特性計測方法及び結像特性計測装置、前記結像特性計測方法に好適に用いることができる波面計測装置及びその使用方法、前記結像特性計測方法を含む結像特性補正方法及び前記結像特性計測装置を含んで構成される結像特性補正装置、前記光学系の結像特性を管理する結像特性管理方法、並びに前記結像特性補正装置を含んで構成される露光装置及び前記結像特性補正方法を含む露光方法に関する。
背景技術
従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）などの露光装置が用いられている。
近年、これらの露光装置では、半導体素子等の高集積化に伴って回路パターンが微細化し、これに対応して解像力の向上を図るため様々な超解像技術が用いられるようになってきた。これに伴い、使用される投影光学系に対し、その収差を極限まで抑えることが要求されてきている。このため、計測用パターンを投影光学系を介して基板上に投影し、その投影像（空間像）を計測した計測結果や、前記計測用パターンを基板上に焼き付けて得られるレジスト像の線幅等の計測結果に基づく投影光学系の結像特性の評価だけではなく、投影光学系の波面収差を計測し、その結果により、厳密に収差の調整を行う必要が出てきた。
このため、従来においても、投影光学系を露光装置に組み付ける前の投影光学系単体での調整工程において、投影光学系を専用の波面計測機（例えば、干渉計などを用いて、投影光学系の波面収差を計測する大型の計測機）に搭載して、その波面収差を計測し、その計測結果に基づいて厳密に収差を調整することがなされていた。
しかしながら、その後の半導体素子の更なる高集積化に伴い、最近では、投影光学系単体での状態と露光装置本体に組み込んだ後の状態との環境の変化や、露光装置本体に組み込む際の不慮の事故、あるいは出荷直前に計測することによる品質保証の観点から、投影光学系を露光装置本体に組み込んだ後に投影光学系の波面収差を計測する必要が生じてきた。
かかる必要性に応えるべく、投影光学系を露光装置本体に組み込んだ後にその波面収差を計測可能な波面計測装置の研究・開発が露光装置メーカーなどで現在盛んに行われている。
投影光学系を露光装置に搭載した状態（いわゆるオン・ボディ）で、その投影光学系の波面収差を計測できる波面計測装置としては、基板（ウエハ）が載置される基板ステージ（ウエハステージ）に装着するタイプ、あるいはウエハステージと交換するタイプ等が考えられる。
しかるに、波面計測はそれほど頻繁に行う必要はないため、波面計測装置は、通常は殆ど使用されないものである一方、波面計測装置は、それ自体のキャリブレーションを所定間隔で行う必要があるのに加え、高価である。従って、複数の露光装置間で１つの波面計測装置を共用できることが望ましい。かかる理由により、基板ステージに着脱自在に取付け可能なタイプや、基板ステージと交換して使用するタイプなどの、計測時にのみ露光装置に装着する小型の波面計測器が、昨今の開発の主流となっている。
しかしながら、上記の計測時にのみ露光装置に装着する波面計測器は、着脱自在であるが故に、露光装置の通常の使用時には、波面収差を容易、かつ迅速に計測することは難しいことになる。
また、上記の波面計測器は、投影光学系の波面収差を厳密に計測できるが、パターン像の結像位置の計測、具体的には、光軸に垂直な方向の結像位置ずれの計測（いわゆるディストーション計測）、及び光軸方向の結像位置ずれの計測（いわゆる像面計測）を精度良くできる構成とはなっていない。その理由は、次の通りである。
すなわち、上記の波面計測器を用いて例えば上記のディストーション計測を行う場合には、投影光学系の物体面にピンホールが形成されたレチクルを配置し、そのレチクルを露光光で照明し、ピンホールから射出された光を投影光学系及び波面計測器内の受光光学系を介して受光素子で受光しなければならない。このため、ピンホールの位置と波面計測器内の受光光学系を構成する対物レンズの光軸中心とが合っていないと、波面が傾いていないにもかかわらず、波面計測器では波面の傾きとして計測される。すなわち、波面計測器でディストーション計測を高精度に行うためには、波面の傾きを精度良く計測することが不可欠となる。
しかし、波面計測器は、波面の形状を計測するためのものであって、波面全体の傾きを計測するためのものではない。このため、ディストーション計測を行うために必要とされる精度で波面の傾きを計測するほどの性能を有していない。従って、上記ピンホールの結像位置を、十分に高い精度で計測することは難しく、上記のような性能を満足させるためには、波面計測器が必然的に大型化、重量化し、基板ステージに着脱するという本来の目的の達成が困難となる。また、計測性能を上げるために高価となる。
また、上述した波面計測器を用いて上記の像面計測を行う場合を考えると、露光装置に備えられる、基板上の複数の計測点における投影光学系の光軸方向に関する位置を計測する多点焦点検出系（多点ＡＦ系）を用いて波面計測器の光軸方向位置を検出しつつ、計測を行うことが考えられる。
しかしながら、多点焦点検出系の計測ポイントは、所定の間隔を隔てて設定されているため、投影光学系の像面を広範囲にわたって検出している。そのため、投影光学系の像面の任意の位置を正確に計測することは困難である。
かかる理由により、波面計測器は、投影光学系のパターン像の結像位置の計測には、不向きな構成となっている。
また、特にウエハステージに装着するタイプの場合、投影光学系のウエハ側の端面とウエハステージとの間の狭い空間に取り付けなければならず、そのためには、波面計測装置を小型化して、この狭い空間に入れなければならない。その場合、波面計測装置を構成するＣＣＤ等の光電検出器の光電変換時の発熱、あるいは該光電検出器の駆動回路、例えば電荷転送制御回路等の電気回路の発熱が、波面収差の計測に与える影響が問題となる。かかる発熱が波面収差の計測に与える影響は、ウエハステージと交換するタイプにおいても、程度の差こそあれ、同様に問題となる。
上述した発熱が波面収差の計測へ与える影響としては、次の（ａ）〜（ｃ）が代表的に挙げられる。
（ａ）投影光学系の収差が本来の使用時（露光時）と収差計測時とで異なり、露光時における投影光学系の収差を正確に求めることができなくなる。
（ｂ）前記の空間の近傍には、ウエハの水平面内の位置を計測するレーザ干渉計や、ウエハの光軸方向の位置を検出するフォーカス位置検出系などの光学的な位置計測装置が設けられており、波面計測に際しては、これらの位置計測装置が波面計測装置の位置計測に用いられる。しかし、上記の発熱により、それらの位置計測装置の計測ビームにいわゆる空気揺らぎ（温度の揺らぎ）が発生し、結果的に波面収差の計測精度を低下させてしまう。
（ｃ）波面計測装置自体の温度が変化し、安定な波面収差の計測が困難になってしまう。
上記のような熱による、波面計測への影響は、従来の波面計測機においては、発熱源となる構成部分を波面計測に与える影響が問題とならなくなる位置まで遠ざける等して解決していたが、オン・ボディで投影光学系の波面収差を計測する場合には、露光装置の構成上かかる手法を採用することは困難である。
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、被計測光学系の波面収差を高精度に計測することが可能な波面計測装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、精度の高い波面収差の計測を実現する波面計測装置の使用方法を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、光学系の結像特性を精度良く計測することが可能な結像特性計測方法を提供することにある。
また、本発明の第４の目的は、光学系の結像特性を精度良く計測することが可能な結像特性計測装置を提供することにある。
また、本発明の第５の目的は、光学系の結像特性を高精度に補正することが可能な結像特性補正方法を提供することにある。
また、本発明の第６の目的は、光学系の結像特性を高精度に補正することが可能な結像特性補正装置を提供することにある。
また、本発明の第７の目的は、光学系の結像特性を高精度に維持する効率的な結像特性管理方法を提供することにある。
また、本発明の第８の目的は、高精度な露光が可能な露光方法を提供することにある。
また、本発明の第９の目的は、高精度な露光が可能な露光装置を提供することにある。
発明の開示
本発明は、第１の観点からすると、被計測光学系の波面収差を計測する波面計測装置であって、計測時に前記被計測光学系を通った光が入射する受光光学系と；該受光光学系を介して前記光を受光する受光素子を含む受光部と；前記受光光学系と前記受光部とを所定の位置関係で保持する筐体と；前記受光部と前記受光光学系との間に配置される断熱部材と；を備える第１の波面計測装置である。
これによれば、筐体により、受光光学系と受光部とが所定の位置関係で保持されている。また、受光部と受光光学系との間には、断熱部材が配置されている。このため、波面収差の計測に際し、被計測光学系を通った光が、受光光学系を通過した後、受光部を構成する受光素子で受光され光電変換される際に該受光素子が発熱したり、受光部内の電気回路が発熱したりして、受光部から熱が発生するが、この熱が受光光学系に伝達されるのが、断熱部材によって有効に抑制される。従って、受光光学系の温度変化を抑制することができ、これにより波面収差の高精度な計測を長期に渡って安定して行うことが可能となる。
この場合において、前記筐体は、前記受光部からの輻射熱が外部に伝達されるのを防止する遮熱部を有することとすることができる。本明細書において、「遮熱部」とは、筐体とは別の遮熱板などの遮熱部材、及び筐体の少なくとも一部が断熱性を有する材質（例えばセラミック等）で形成された場合におけるその筐体の一部の、いずれをも包含する概念である。
本発明の第１の波面計測装置では、前記受光光学系を構成する光学素子の近傍の前記筐体に固定された少なくとも１つの温度センサと；前記被計測光学系及び前記受光光学系全体の波面収差の計測を行うとともに、その計測中の前記温度センサの測定結果に基づいて所定のタイミングで前記受光光学系単独の波面収差の計測を実行する制御装置と；を更に備えることとすることができる。
この場合において、前記筐体は、前記受光部からの輻射熱が外部に伝達されるのを防止する遮熱部を有していても良い。
本発明は、第２の観点からすると、被計測光学系の波面収差を計測する波面計測装置であって、計測時に前記被計測光学系を通った光が入射する受光光学系と；該受光光学系を介して前記光を受光する受光素子を含む受光部と；前記受光光学系と前記受光部とを所定の位置関係で保持する筐体と；前記筐体に設けられ、前記受光部からの輻射熱が外部に伝達されるのを防止する遮熱部と；を備える第２の波面計測装置である。
これによれば、筐体により、受光光学系と受光部とが所定の位置関係で保持されている。また、筐体に、受光部からの輻射熱が外部に伝達されるのを防止する遮熱部が設けられている。このため、波面収差の計測に際し、前述のようにして受光部から熱が発生した際に、この熱が輻射熱となって外部に伝達されるのが、遮熱部によって阻止される。この場合、受光部の一側（遮熱部側）に被計測光学系を配置することにより、その被計測光学系の温度上昇による波面収差の変動や、受光部の一側の空間内の気体の温度揺らぎ等を効果的に抑制することができる。従って、所望の状態における被計測光学系の波面収差を精度良く計測することが可能となる。
この場合において、前記受光光学系を構成する光学素子の近傍の前記筐体に固定された少なくとも１つの温度センサと；前記被計測光学系及び前記受光光学系全体の波面収差の計測を行うとともに、その計測中の前記温度センサの測定結果に基づいて所定のタイミングで前記受光光学系単独の波面収差の計測を実行する制御装置と；を更に備えることとすることができる。
本発明は、第３の観点からすると、被計測光学系の波面収差を計測する波面計測装置であって、計測時に前記被計測光学系を通った光が入射する受光光学系と；該受光光学系を介して前記光を受光する受光素子を含む受光部と；前記受光光学系と前記受光部とを所定の位置関係で保持する筐体と；前記筐体に固定された少なくとも１つの温度センサと；前記被計測光学系及び前記受光光学系全体の波面収差の計測を行うとともに、その計測中の前記温度センサの測定結果に基づいて所定のタイミングで前記受光光学系単独の波面収差の計測を実行する制御装置と；を備える第３の波面計測装置である。
これによれば、筐体により受光光学系と受光部とが所定の位置関係で保持されており、筐体には少なくとも１つの温度センサが固定されている。被計測光学系及び前記受光光学系全体の波面収差を計測する際には、被計測光学系を通った光が受光光学系を通過し、受光部を構成する受光素子に受光され光電変換される。この際に、該受光素子が発熱したり、受光部内の電気回路が発熱して、受光部から熱が発生する。そして、受光光学系や被計測光学系の温度が変化し、計測される波面収差が変動する。この場合、計測される波面収差の変動は、被計測光学系及び受光光学系の変動が混在したものとなっている。しかるに、上記の波面収差の計測の際に、受光部の発熱により生じた筐体の温度上昇は温度センサにより検知されるので、制御装置では、その温度センサの計測値に基づいて所定のタイミング、例えば筐体すなわち受光光学系の温度の変化が所定の閾値を超えたタイミング毎に受光光学系単独の波面収差の計測を実行することが可能である。この場合、前回の受光光学系単独の波面収差の計測が行われてから次に受光光学系単独の波面収差の計測が行われるまでの間は、受光光学系の波面収差は殆ど変化しないものとみなせる。従って、被計測光学系の波面収差の計測の際に、上記の所定のタイミングで受光光学系単独の波面収差の計測を行い、計測された波面収差（被計測光学系及び受光光学系全体の波面収差）から受光光学系単独の波面収差を差し引くことにより、温度変化の影響を受けず、被計測光学系の波面収差を精度良く計測することが可能となる。
本発明は、第４の観点からすると、上記第１〜第３の波面計測装置のいずれかの使用方法であって、波面収差の計測に先立って、前記受光部の温度をほぼ飽和状態にする工程を含む使用方法である。
これによれば、被計測光学系の波面収差の計測に先立ち、受光部の温度がほぼ飽和状態にされるので、温度が飽和状態に近い状態、すなわち温度がほぼ一定値に収束した状態で被計測光学系の波面収差の計測が開始される。このため、温度変化の影響を殆ど受けず、精度の高い波面収差の計測を実現することができる。
本発明は、第５の観点からすると、マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置であって、上記第１〜第３の波面計測装置のいずれかを構成する前記筐体が着脱自在に装着され、前記基板が載置される基板ステージを備える第１の露光装置である。
これによれば、発生する熱が波面収差計測に与える影響の少ない、上記いずれかの波面計測装置が、基板が載置される基板ステージに着脱自在に装着される。このため、投影光学系の波面収差を高精度に計測することができ、この計測結果を利用することにより、投影光学系を介してマスクのパターンを基板上に精度良く転写することが可能となる。この場合、計測された波面収差に基づいて投影光学系の結像特性を精度良く調整し、その調整後の投影光学系を用いてマスクのパターンを基板上に転写しても良いし、計測された波面収差を考慮してマスクのパターンと基板との位置合わせを行うようにしても良い。
また、波面計測装置は、基板ステージに対して着脱自在であるので、波面収差を計測するときにのみ波面計測装置を基板ステージに装着し、露光時には取り外すことにより、露光時における基板ステージの位置制御性を向上することが可能となる。この点においても、露光精度の向上が可能である。
本発明は、第６の観点からすると、マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置であって、筐体及び遮熱板を備えた上記第１〜第３の波面計測装置を構成する前記筐体が前記遮熱部を前記投影光学系側に向けた状態で着脱可能であるとともに、前記基板が載置される基板ステージと；前記基板ステージに装着された前記筐体の位置を計測する位置計測装置と；を備える第２の露光装置である。
これによれば、波面計測装置を構成する筐体が遮熱部を投影光学系側に向けた状態で基板ステージに装着される。このため、この状態では、受光部の一側に位置する投影光学系の温度上昇による波面収差の変動や、受光部の一側の空間内の気体の温度揺らぎ等を効果的に抑制することができる。また、筐体の位置が位置計測装置によって計測されるが、この計測時における位置計測装置の計測ビームの温度による揺らぎが抑制される。従って、本来の使用時（露光時）と同様の状態における投影光学系の波面収差を精度良く計測することが可能となる。このため、この測定結果を利用することにより、投影光学系を介してマスクのパターンを基板上に精度良く転写することが可能となる。この場合、計測された波面収差に基づいて投影光学系の結像特性を精度良く調整し、その調整後の投影光学系を用いてマスクのパターンを基板上に転写しても良いし、計測された波面収差を考慮してマスクのパターンと基板との位置合わせを行うようにしても良い。また、波面計測装置は、基板ステージに対して着脱自在であるので、波面収差を計測するときにのみ波面計測装置を基板ステージに装着し、露光時には取り外すことにより、露光時における基板ステージの位置制御性を向上することが可能となる。この点においても、露光精度の向上が可能である。
本発明は、第７の観点からすると、光学系の結像特性を計測する結像特性計測方法であって、前記光学系による所定のパターンの投影像を計測する第１工程と；前記光学系の波面収差を計測する第２工程と；前記第１及び第２工程の計測結果に基づいて、前記光学系の結像特性を算出する第３工程と；を含む結像特性計測方法である。
これによれば、第１工程で光学系による所定のパターンの投影像が計測され、第２工程で光学系の波面収差が計測される。そして、第３工程では第１及び第２工程の計測結果に基づいて光学系の結像特性が算出される。ここで、第１工程で行われる投影像計測（空間像計測）にあっては、収差の影響を受けることで空間像を正確に計測できないという欠点があり、第２工程で行われる波面計測にあっては、それだけでは空間像の計測は正確に行なえないという欠点があるが、第３工程において、第１、第２工程の計測結果に基づいて光学系の結像特性が算出されるので、空間像計測と波面計測とのお互いの欠点が補われ、光学系の結像特性を精度良く求めることが可能となる。
この場合において、前記第３工程では、前記波面収差の計測結果に基づいて、前記投影像の計測結果に含まれる、異なる結像特性成分を分離することとすることができる。
この場合において、前記分離される結像特性成分には、歪曲収差成分とコマ収差成分とが含まれることとしても良いし、像面湾曲成分と球面収差成分とが含まれることとしても良い。
本発明は、第８の観点からすると、光学系の結像特性を補正する結像特性補正方法であって、前記光学系の結像特性を、本発明の結像特性計測方法により計測する計測工程と；前記計測工程における計測結果に基づいて、前記光学系の結像特性を補正する補正工程と；を含む第１の結像特性補正方法である。
これによれば、計測工程で、本発明の結像特性計測方法により光学系の結像特性が計測され、補正工程では、この計測結果に基づいて光学系の結像特性が補正される。この場合、計測工程では、光学系の結像特性を精度良く計測することができるので、この計測結果に基づいて補正工程で光学系の結像特性を高精度に補正することが可能となる。
本発明は、第９の観点からすると、エネルギビームによりパターンが形成されたマスクを照明し、前記パターンを投影光学系を介して基板に転写する露光方法であって、本発明の第１の結像特性補正方法により、前記投影光学系の結像特性を補正する結像特性補正工程と；前記結像特性補正工程の後に、前記投影光学系を介して前記パターンを前記基板に転写する転写工程と；を含む第１の露光方法である。
これによれば、本発明の第１の結像特性補正方法により、投影光学系の結像特性が精度良く補正され、しかる後、エネルギビームによりマスクを照明してそのマスク上のパターンを結像特性が精度良く補正された投影光学系を介して基板上に転写されるので、基板上にはパターンが精度良く転写される。すなわち、高精度な露光が可能となる。
本発明は、第１０の観点からすると、光学系の結像特性を補正する結像特性補正方法であって、前記光学系による所定のパターンの投影像を、第１の結像条件の下で計測する第１計測工程と；前記光学系の波面収差の計測を行う第２計測工程と；前記第１の結像条件とは異なる第２の結像条件下におけるパターンの投影像を、前記第２計測工程の計測結果に基づいて推測し、該推測結果に応じて、前記第２の結像条件下における前記光学系の結像特性を補正する補正工程と；を含む第２の結像特性補正方法である。
これによれば、第１計測工程で、第１の結像条件の下で、光学系による所定のパターンの投影像が計測され、第２計測工程では光学系の波面収差が計測される。そして、補正工程では、第１の結像条件とは異なる第２の結像条件下におけるパターン（第１計測工程で計測されたパターンあるいはその他のパターン）の投影像を、第２計測工程の計測結果（波面収差の計測結果）に基づいて推測し、この推測結果に応じて、第２の結像条件下における光学系の結像特性を補正する。すなわち、第１計測工程で計測されたパターンの投影像の計測結果に基づいてその第１の結像条件下における光学系の結像特性を演算により求めることができ、この結像特性と波面収差の計測結果とを考慮することにより、第２の結像条件下における光学系の結像特性を推測することができ、この推測結果に応じて、第２の結像条件下における光学系の結像特性を補正する。従って、結像条件毎に光学系の空間像計測を行うことなく、結像条件の変更に影響されることなく、光学系の結像特性を高精度に補正することが可能になる。
この場合において、前記第１の結像条件と前記第２の結像条件とでは、照明条件、前記光学系の開口数、及び前記パターンのいずれかが異なることとすることができる。
本発明は、第１１の観点からすると、エネルギビームによりパターンが形成されたマスクを照明し、前記パターンを投影光学系を介して基板に転写する露光方法であって、本発明の第２の結像特性補正方法により、前記投影光学系の結像特性を補正する結像特性補正工程と；前記結像特性補正工程の後、前記投影光学系を介して前記パターンを前記基板に転写する転写工程と；を含む第２の露光方法である。
これによれば、本発明の第２の結像特性補正方法により、投影光学系の結像特性が補正され、しかる後、エネルギビームによりマスクを照明してそのマスク上のパターンが結像特性が精度良く補正された投影光学系を介して基板上に転写されるので、基板上にはパターンが精度良く転写される。すなわち、高精度な露光が可能となる。これに加え、結像条件の変更に影響を受けることなく、光学系の結像特性を高精度に補正することができるので、結像条件の変更によらず、高精度な露光が可能になる。
本発明は、第１２の観点からすると、光学系の結像特性を管理する結像特性管理方法であって、前記光学系によるパターンの投影像を計測する空間像計測を第１のインターバルで実行する空間像計測工程と；前記光学系の波面収差を計測する波面計測を前記第１のインターバルに比べて大きい第２のインターバルで実行する波面計測工程と；を含む結像特性管理方法である。
これによれば、光学系によるパターンの投影像を計測する空間像計測が第１のインターバルで実行され、光学系の波面収差を計測する波面計測が第１のインターバルに比べて大きい第２のインターバルで実行される。すなわち、光学系の結像特性の変化を、簡易に実行できる空間像計測結果に基づいて管理し、一定期間が経ったときに波面収差の計測を行うことで、計測に手間が掛かる波面収差の計測を、高い頻度で行うことなく、光学系の結像特性を高精度に維持できる。従って、光学系の結像特性を高精度に維持する効率的な結像特性管理が可能となる。
この場合において、直前に行われた前記空間像計測の計測結果と最後に行われた波面収差の計測結果とに基づいて、前記空間像計測結果の変動を予測する予測工程と；前記予測した空間像の計測結果と直後に行われた空間像の計測結果との比較結果に応じて、前記波面収差の計測必要性の有無を判断する判断工程とを更に含み、前記波面収差の計測が必要と判断した場合に、前記波面収差の計測を実行することとすることができる。
本発明は第１３の観点からすると、光学系の結像特性を計測する結像特性計測装置であって、前記光学系による所定のパターンの投影像を計測する空間像計測器と；前記光学系の波面収差を計測する波面計測器と；前記空間像計測器による計測結果と、前記波面計測器による計測結果とに基づいて、前記光学系の結像特性を算出する演算装置と；を備える結像特性計測装置である。
これによれば、演算装置により、所定のパターンの光学系による投影像の空間像計測器による計測結果と、光学系の波面収差の波面計測器による計測結果とに基づいて、光学系の結像特性が算出される。ここで、空間像計測器により計測される空間像は、収差の影響を受けた空間像である。従って、所定のパターンの空間像の計測結果に基づいてその結像位置、ひいては結像特性を求めることができるが、その結像特性は収差の影響を受けている。
そこで、演算装置は、空間像の計測結果に含まれる収差の影響を、波面収差の計測結果に基づいて補正することにより、結果的に光学系の結像特性を精度良く算出することができる。すなわち、本発明の結像特性補正装置では、前述した波面の計測結果と空間像の計測結果とを組み合わせることにより、それぞれの計測の欠点を互いに補うことができる。
この場合において、前記波面計測器としては、例えば、前述の第１〜第３の波面計測装置のいずれをも用いることができる。
本発明は、第１４の観点からすると、本発明の結像特性計測装置と；前記結像特性計測装置による計測結果に基づいて、前記光学系の結像特性を補正する補正装置；とを備える結像特性補正装置である。
これによれば、光学系の結像特性を高精度に計測することが可能な結像特性計測装置による計測結果に基づいて、補正装置により光学系の結像特性が補正されるので、光学系の結像特性を高精度に補正することが可能となる。
本発明は、第１５の観点からすると、エネルギビームによりパターンが形成されたマスクを照明し、前記パターンを投影光学系を介して基板に転写する露光装置であって、前記投影光学系の結像特性を補正する本発明の結像特性補正装置と；前記結像特性補正装置が備える前記空間像計測器及び前記波面計測器を搭載可能で、前記基板を保持する基板ステージと；を備える第３の露光装置である。
これによれば、結像特性補正装置を構成する空間像計測器及び波面計測器が、基板を保持する基板ステージに搭載可能となっている。このため、基板ステージ上に搭載された空間像計測器により、所定のパターンの投影光学系による空間像を空間像計測器で計測し、また、波面計測器により投影光学系の波面収差を計測する。また、これらの計測結果に基づいて演算装置により投影光学系の結像特性を算出する。これにより、投影光学系の結像特性が精度良く算出される。そして、この算出結果に基づいて補正装置により投影光学系の結像特性を補正することにより、投影光学系の結像特性が高精度に補正される。従って、この結像特性の補正が行われた状態で、エネルギビームによりマスクを照明してその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ことにより、基板上にはパターンが精度良く転写される。すなわち、高精度な露光が可能となる。
この場合において、前記波面計測器は、前記基板ステージに対して着脱自在であることとすることができる。
この場合において、前記マスクが載置されるとともに、前記空間像計測器で計測される計測用パターンが形成された基準部材が設けられた、マスクステージを更に備えることとすることができる。
発明を実施するための最良の形態
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
図１には、第１の実施形態に係る露光装置１０の概略構成が示されている。この露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置である。
この露光装置１０は、光源１６及び照明光学系１２等を含む照明系、この照明系から射出されるエネルギビームとしての露光光ＩＬによって照明されるマスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された露光光ＩＬを基板としてのウエハＷ上に投射する光学系としての投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持する基板ステージとしてのウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。
光源１６としては、例えば波長１９３ｎｍの紫外パルス光を出力するＡｒＦエキシマレーザ光源（あるいは、波長２４８ｎｍの紫外パルス光を出力するＫｒＦエキシマレーザ光源）が用いられている。この光源１６は、実際には、照明光学系１２の各構成要素及びレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、及びウエハステージＷＳＴ等から成る露光装置本体が収容された不図示のチャンバが設置されたクリーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルームに配置されている。この光源１６は、実際には、照明光学系１２に、ビームマッチングユニットと呼ばれる光軸調整用の光学系及びリレー光学系（いずれも図示省略）を含む送光光学系を介して接続されている。なお、光源としてＦ２レーザ光源（出力波長１５７ｎｍ）、その他のパルス光源を用いても良い。
前記照明光学系１２は、ビーム整形光学系１８、オプティカルインテグレータ（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、第２リレーレンズ２８Ｂ、固定レチクルブラインド３０Ａ、可動レチクルブラインド３０Ｂ、光路折り曲げ用のミラーＭ、及びコンデンサレンズ３２等を備えている。
前記ビーム整形光学系１８内には、光源１６でパルス発光されたレーザビームＬＢの断面形状を、該レーザビームＬＢの光路後方に設けられたフライアイレンズ２２に効率良く入射するように整形するための、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダ（いずれも図示省略）等が含まれている。また、このビーム整形光学系１８内には、後述する照明系開口絞り板２４による照明開口絞りの設定に応じて、レーザビームの断面積を連続的に変更可能なズーム光学系も含まれている。
前記フライアイレンズ２２は、ビーム整形光学系１８から出たレーザビームＬＢの光路上に配置され、レチクルＲを均一な照度分布で照明するためにその射出側焦点面に多数の点光源（光源像）から成る面光源、即ち２次光源を形成する。この２次光源から射出されるレーザビームを本明細書においては、「露光光ＩＬ」とも呼ぶものとする。なお、オプティカルインテグレータとして、フライアイレンズに代えて、ロッド型（内面反射型）インテグレータ、あるいは回折光学素子などを用いても構わない。
フライアイレンズ２２の射出側焦点面あるいはその近傍に、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（通常照明絞り）、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（図１では、このうちの２種類の開口絞りのみが図示されている）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、これによりいずれかの開口絞りが露光光ＩＬの光路上に選択的に設定される。この開口絞りの選択に応じて、主制御装置５０では、前述したビーム整形光学系１８内部のズームレンズを制御する。これは、例えば、小σ絞りを選択する場合に、それに合わせてレーザビームの断面の大きさを絞ることにより、エネルギロスを防止する等のためである。
照明系開口絞り板２４から出た露光光ＩＬの光路上に、固定レチクルブラインド３０Ａ及び可動レチクルブラインド３０Ｂを介在させて第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、レチクルＲ上の照明領域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の近傍に走査方向に対応する方向及び走査方向に垂直な非走査方向に対応する方向の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、走査露光の開始時及び終了時にその可動レチクルブラインド３０Ｂを介して照明領域ＩＡＲを更に制限することによって、不要な部分の露光が防止されるようになっている。
リレー光学系を構成する第２リレーレンズ２８Ｂ後方の露光光ＩＬの光路上には、当該第２リレーレンズ２８Ｂを通過した露光光ＩＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラーＭが配置され、このミラーＭ後方の露光光ＩＬの光路上にコンデンサレンズ３２が配置されている。
このようにして構成された照明系の作用を簡単に説明すると、光源１６からパルス発光されたレーザビームＬＢは、ビーム整形光学系１８に入射して、ここで後方のフライアイレンズ２２に効率よく入射するようにその断面形状が整形された後、フライアイレンズ２２に入射する。これにより、フライアイレンズ２２の射出側焦点面（照明光学系１２の瞳面）に２次光源が形成される。この２次光源から射出された露光光ＩＬは、照明系開口絞り板２４上のいずれかの開口絞りを通過した後、第１リレーレンズ２８Ａを経て固定レチクルブラインド３０Ａの矩形の開口部及び可動レチクルブラインド３０Ｂを通過した後、第２リレーレンズ２８Ｂを通過してミラー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、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲを均一な照度分布で照明する。
前記レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲが載置され、不図示のバキュームチャック等を介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、レチクルステージ駆動部４９によって走査方向（ここでは図１の紙面左右方向であるＹ軸方向とする）に所定ストローク範囲で走査されるようになっている。この走査中のレチクルステージＲＳＴの位置及び回転量は、レチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡５２Ｒを介して外部のレーザ干渉計５４Ｒによって所定の分解能、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で計測され、このレーザ干渉計５４Ｒの計測値が主制御装置５０に供給されるようになっている。
ここで、実際には、レチクルステージＲＳＴ上にはＹ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡とＸ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、これらの移動鏡に対応してレチクルＹ干渉計とレチクルＸ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡５２Ｒ、レーザ干渉計５４Ｒとして示されている。なお、例えば、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡５２Ｒの反射面に相当）を形成しても良い。また、レチクルステージＲＳＴの走査方向（本実施形態ではＹ軸方向）の位置検出に用いられるＸ軸方向に伸びた反射面を設けても良いし、この代わりに、少なくとも１つのコーナーキューブ型ミラーを用いても良い。
また、レチクルステージＲＳＴ上の所定の位置には、後述する空間像計測に用いられる基準部材としてのレチクル・フィデューシャル・マーク板（以下、「ＲＦＭ板」と略述する）６８が設けられている。このＲＦＭ板６８としては、照明領域ＩＡＲとほぼ同一形状かつほぼ同一面積のガラス基板が用いられ、そのパターン面の所定の位置には、複数の基準マークの他、後述する空間像計測に用いられる計測用マークなどが形成されている。
なお、レチクルＲ及びＲＦＭ板６８に用いる材質は、使用する光源によって使い分ける必要がある。すなわち、ＫｒＦエキシマレーザ光源やＡｒＦエキシマレーザ光源を光源とする場合は、ホタル石などの他、合成石英などを用いることができるが、Ｆ２レーザ光源を用いる場合は、ホタル石、フッ素がドープされた合成石英、あるいは水晶などで形成する必要がある。
前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸を有する複数枚のレンズエレメント７０ａ、７０ｂ、……から構成された屈折光学系が用いられている。この投影光学系ＰＬの瞳面は、前記フライアイレンズ２２により形成される２次光源面と互いに共役な位置関係となっており、レチクルのパターン面とはフーリエ変換の位置関係となっている。また、投影光学系ＰＬとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／６などのものが使用されている。このため、前記の如くして、露光光ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小された像が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域ＩＡに投影され転写される。
投影光学系ＰＬの瞳面近傍には開口絞り６９が設けられている。この開口絞り６９の開口の大きさは可変となっており、投影光学系ＰＬの開口数（Ｎ．Ａ．）を自在に調整することができる。開口絞り６９としては、ここでは虹彩絞りが用いられ、不図示の絞り駆動機構により開口絞り６９の開口を変更することにより、投影光学系ＰＬの開口数Ｎ．Ａ．を所定範囲で連続的に変更することができる。絞り駆動機構は、主制御装置５０により制御される。開口絞り６９の開口を通過した回折光が、レチクルＲと互いに共役な位置関係に置かれたウエハＷ上での結像に寄与することになる。
上記複数のレンズエレメントのうち、レチクルＲに最も近いレンズエレメント７０ａを含む複数のレンズエレメントが独立に駆動可能となっている。例えば、レンズエレメント７０ａは、リング状の支持部材７６ａにより支持され、この支持部材７６ａは、伸縮可能な駆動素子、例えばピエゾ素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃ（図面奥側の駆動素子７４ｃについては不図示）によって、３点支持されるとともに鏡筒部７６ｂと連通されている。上記の駆動素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃによって、レンズエレメント７０ａの周辺３点を独立に、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に移動させることができるようになっている。すなわち、レンズエレメント７０ａを３つの駆動素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃの変位量に応じて光軸ＡＸに沿って平行移動させることができるとともに、光軸ＡＸと垂直な平面に対して任意に傾斜させることもできる。その他の駆動可能なレンズエレメントもレンズエレメント７０ａと同様の駆動機構を介して、光軸ＡＸ方向及び傾斜方向に微小駆動可能な構成となっている。本実施形態の場合、レンズエレメント７０ａ等の駆動により、例えばザイデルの５収差（ディストーション、非点収差、コマ収差、球面収差、像面湾曲（フォーカス））などを調整できるようになっている。この場合、駆動可能なレンズエレメントの数だけ、独立な結像特性の補正が可能である。
この場合、上記のレンズエレメント７０ａ等を駆動する駆動素子に与えられる電圧が、主制御装置５０からの指令に基づいて結像特性補正コントローラ７８によって制御され、これによって駆動素子の変位量が制御されるようになっている。また、結像特性補正コントローラ７８は、投影光学系ＰＬの収差を調整するだけではなく、気圧変化、照明光線の吸収などによる投影光学系ＰＬの収差変動に対して、収差を一定に保つ働きをも有している。なお、図１中、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとは鏡筒部７６ｂに固定されているレンズエレメント７０ｂその他のレンズエレメント（図示省略）の光軸を指す。
なお、露光光ＩＬとしてＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光を用いる場合には、投影光学系ＰＬを構成する各レンズエレメントとしては合成石英やホタル石等を用いることができるが、Ｆ２レーザ光を用いる場合には、この投影光学系ＰＬに使用されるレンズ等の材質は、全てホタル石等のフッ化物結晶が用いられる。
前記ウエハステージＷＳＴは、ＸＹステージ１４と、該ＸＹステージ１４上に搭載されたＺチルトステージ５８とを含んで構成されている。
前記ＸＹステージ１４は、ウエハステージ駆動部５６によって走査方向であるＹ軸方向（図１における紙面内左右方向）及びこれに直交するＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に２次元駆動されるようになっている。このＸＹステージ１４上に搭載されたＺチルトステージ５８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５８は、例えば３つのアクチュエータ（ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど）によってウエハＷのＺ軸方向の位置（フォーカス位置）を調整すると共に、ＸＹ平面に対するウエハＷの傾斜角を調整する機能を有する。また、Ｚチルトステージ５８の位置は、鏡面加工されたＺチルトステージ５８の側面を介して外部のレーザ干渉計５４Ｗにより計測され、このレーザ干渉計５４Ｗの計測値が主制御装置５０に供給されるようになっている。
ここで、Ｚチルトステージ５８は、図２の平面図に示されるように、上方から見てほぼ正方形の形状を有しており、その−Ｘ側及び−Ｙ側の側面に、鏡面加工により反射面５５Ｘ、５５Ｙがそれぞれ形成され、これに対応してレーザ干渉計は、Ｘ軸位置計測用の干渉計５４Ｗｘ、Ｙ軸位置計測用干渉計５４Ｗｙがそれぞれ設けられている。また、Ｚチルトステージ５８の＋Ｙ側側面の−Ｘ側端部には、＋Ｙ側に所定量突出した凸部５１が形成されている。この凸部５１の−Ｘ側の側面は、前述した反射面５５Ｘの一部を構成している。
なお、前述の反射面５５Ｘ、５５Ｙに代えて、Ｘ軸に直交する反射面を有するＸ移動鏡と、Ｙ軸に直交する反射面を有するＹ移動鏡とを設けても良い。Ｘ軸位置計測用の干渉計５４Ｗｘ及びＹ軸位置計測用干渉計５４Ｗｙは測長軸を複数有する多軸干渉計であり、Ｚチルトステージ５８のＸ、Ｙ位置の他、回転（ヨーイング（Ｚ軸回りの回転であるθｚ回転）、ピッチング（Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転）、ローリング（Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転））も計測可能となっている。従って、以下の説明ではレーザ干渉計５４Ｗｘ，５４Ｗｙによって、Ｚチルトステージ５８のＸ、Ｙ、θｚ、θｙ、θｘの５自由度方向の位置が計測されるものとする。また、多軸干渉計は４５°傾いてＺチルトステージ５８の反射面を介して、投影光学系ＰＬが載置される架台（不図示）に設置される反射面にレーザビームを照射し、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ軸方向）に関する相対位置情報を検出するようにしても良い。
また、Ｚチルトステージ５８の＋Ｙ側側面の＋Ｘ側端部には、投影光学系ＰＬの波面収差を計測するための波面計測装置としての波面計測器８０が、ネジ止めあるいはマグネット等を介して取り外し可能に設けられている。この波面計測器８０は、露光時には、Ｚチルトステージ５８から取り外され、波面収差計測時に限りＺチルトステージ５８に取り付けられるものである。なお、波面計測器８０の構成等については後述する。
前述の凸部５１を設けたのは、図２からも分かるように、波面計測器８０をＺチルトステージ５８に取り付けた際に、波面計測器８０の２次元位置のうち、Ｘ軸方向の位置を、レーザ干渉計５４Ｗｘにより計測できるようにしたものである。これに応じてＺチルトステージ５８のＹ軸方向のストロークが長く設定されている。
次に、波面計測器８０の構成等について、波面計測器８０を断面して示す図３に基づいて説明する。この図３に示されるように、波面計測器８０は、ＸＺ断面がＬ字状の内部空間を有する筐体６２と、該筐体６２の内部に所定の位置関係で配置された複数の光学素子から成る受光光学系４４と、筐体６２の内部の−Ｘ側端部に配置された受光部４２とを備えている。この波面計測器８０としては、ここでは、シャック−ハルトマン（Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎ）方式の波面計測器が用いられている。
これを更に詳述すると、前記筐体６２は、ＸＺ断面Ｌ字状の内部空間が形成された中空部材から成り、その最上部（＋Ｚ方向端部）には、筐体６２の上方からの光が筐体の内部空間に向けて入射するように、平面視円形の開口６２ａが形成されている（図２参照）。また、この開口６２ａを下側から覆うようにカバーガラス８２が設けられている。カバーガラス８２の上面には、クロム等の金属の蒸着により中央部に円形の開口を有する遮光膜が形成され、該遮光膜によって投影光学系ＰＬの波面収差の計測の際に周囲からの不要な光が受光光学系４４に入射するのが遮られている。
前記受光光学系４４は、筐体６２の内部のカバーガラス８２の下方に、上から下に順次配置された、対物レンズ６４ａ，リレーレンズ６４ｂ，折り曲げミラー３９と、該折り曲げミラー３９の−Ｘ側に順次配置されたコリメータレンズ６４ｃ、及びマイクロレンズアレイ６６等から構成されている。折り曲げミラー３９は、４５°で斜設されており、該折り曲げミラー３９によって、上方から鉛直下向きに対物レンズ６４ａに対して入射した光の光路がコリメータレンズ６４ｃに向けて折り曲げられるようになっている。なお、この受光光学系４４を構成する各光学部材は、筐体６２の壁の内側に不図示の保持部材を介してそれぞれ固定されている。前記マイクロレンズアレイ６６は、複数の小さな凸レンズ（レンズエレメント）が光路に対して直交する面内にアレイ状に配置されて構成されている。
前記受光部４２は、光を光電変換方式で検出する２次元ＣＣＤ等から成る受光素子４０ａと、該受光素子４０ａを駆動する電気回路４０ｂとを含む。受光素子４０ａは、対物レンズ６４ａに入射し、マイクロレンズアレイ６６から射出される光束のすべてを受光するのに十分な面積の受光面を有している。また、前記電気回路４０ｂは、その機能上、受光素子４０ａの近傍に配置せざるを得ない回路、例えば電荷転送制御回路等の電気回路である。受光素子４０ａから物理的に切り離すことが可能な電気回路３３は、筐体６２から離れた位置に設けられ、電気回路４０ｂとフラットケーブルで接続されている。なお、受光部４２による計測データは電気回路３３を介して波面計測制御装置４８に出力されるようになっている（図１参照）。
このようにして構成された受光光学系４４及び受光部４２等の作用を簡単に説明すると、開口６２ａを介して筐体６２の内部に入射した光束は、対物レンズ６４ａに上方から入射し、リレーレンズ６４ｂを介してミラー３９に達する。そして、この光束は、ミラー３９で光路が９０°折り曲げられ、コリメータレンズ６４ｃで平行光束に変換され、マイクロレンズアレイ６６に入射する。このマイクロレンズアレイ６６に入射した光束は、マイクロレンズアレイ６６を構成する各レンズエレメントを介して受光部４２を構成する受光素子４０ａ上にそれぞれ集光される。そして、受光素子４０ａ上の各集光点に入射した光が受光素子４０ａでそれぞれ光電変換され、該光電変換信号が電気回路４０ｂ、３３等を介して図１の波面計測制御装置４８に送られ、該波面計測制御装置４８では、その光電変換信号に基づいて結像位置を算出するようになっている。
図２に戻り、Ｚチルトステージ５８上の４つのコーナーの内、＋Ｘ方向端部かつ＋Ｙ方向端部のコーナーには、ウエハＷの露光面と同じ高さの受光面を有し、投影光学系ＰＬを通過した露光光ＩＬによる投影像を計測するための空間像計測器５９が設けられている。
この空間像計測器５９は、図２に示されるように、平面視ほぼ円形の円筒状ハウジングを有し、ハウジングの天井面には、合成石英等から成る受光ガラス５７が設けられている。受光ガラス５７の受光面は、十分な大きさでかつ平面度（平坦度）が高く形成されている。これは、空間像計測器５９は、前述した波面計測器８０と比べて構造が簡易で、光学系の精度もほとんど要求されないこと、及び小型でＺチルトステージ５８に対する重量の影響が少なく、取り外しをする必要がないことから、受光ガラス５７の加工面精度を高く設定することが容易だからである。また、この受光ガラス５７の上面には、図４Ａに示されるように、クロム等の金属が蒸着されて遮光膜が形成されている。この遮光膜の中央部に、スリット状の開口（開口パターン）５７ａが形成されている。また、この受光ガラス５７の下方には、空間像計測器５９の内部構成を概略的に示す図４Ｂに示されるように、集光レンズ８１と、この集光レンズ８１の下方に設けられたフォトダイオードあるいはフォトマルチプライヤ等の光センサ８３とが配置されている。なお、空間像計測器５９の構成各部の作用等については、空間像計測方法とともに後に詳述する。
図１に戻り、本実施形態の露光装置１０では、主制御装置５０によってオンオフが制御される光源を有し、投影光学系ＰＬの結像面に向けて多数のピンホール像またはスリットの像を形成するための結像光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射系６０ａと、それらの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する受光系６０ｂとからなる斜入射方式の多点焦点位置検出系（フォーカスセンサ）が設けられている。主制御装置５０では、受光系６０ｂ内の図示しない平行平板の反射光束の光軸に対する傾きを制御することにより、投影光学系ＰＬのフォーカス変動に応じて焦点検出系（６０ａ、６０ｂ）にオフセットを与えてそのキャリブレーションを行う。これにより、前述の露光領域ＩＡ内で投影光学系ＰＬの像面とウエハＷの表面とがその焦点深度の範囲（幅）内で合致することになる。なお、本実施形態と同様の多点焦点位置検出系（フォーカスセンサ）の詳細な構成は、例えば特開平６−２８３４０３号公報及びこれに対応する米国特許第５，４４８，３３２号等に開示されている。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
また、主制御装置５０では、後述する波面収差の計測の際に、焦点検出系（６０ａ，６０ｂ）を用いて波面計測器８０のＺ位置の計測及び位置合わせを行う。
すなわち、これまでの説明から分かるように、ウエハ干渉計５４Ｗｘ，５４Ｗｙ及び焦点検出系（６０ａ，６０ｂ）とにより、本発明の位置計測装置が構成されている。
走査露光時等に、主制御装置５０では、受光系６０ｂからの焦点ずれ信号（デフォーカス信号）、例えばＳカーブ信号に基づいて焦点ずれが零となるようにＺチルトステージ５８のＺ位置を不図示の駆動系を介して制御することにより、オートフォーカス（自動焦点合わせ）及びオートレベリングを実行する。なお、焦点検出系（６０ａ，６０ｂ）によると、ウエハＷの光軸方向の位置だけではなく、ウエハＷのうねり成分も含めた傾斜分も計測でき、これに基づいてその傾斜分を考慮したウエハＷの傾斜制御（オートレベリング）が行われる。
また、不図示ではあるが、前記投影光学系ＰＬの側面には、オフアクシス（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）方式のアライメント検出系が設けられている。このアライメント検出系としては、ここでは、ウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標の像とを撮像素子（ＣＣＤ）等を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Ｆｉｌｅｄ　Ｉｍａｇｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系のアライメントセンサが用いられている。このアライメント検出系の出力に基づき、不図示の基準マーク板上の基準マーク、波面計測器８０上の位置合わせマーク、及びウエハ上のアライメントマークなどのＸ、Ｙ２次元方向の位置計測を行なうことが可能である。
なお、アライメント検出系としては、ＦＩＡ系のみでなく、例えばコヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出したり、その対象マークから発生する２つの回折光（例えば同次数）を干渉させて検出するアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。
さらに、これも不図示ではあるが、レチクルＲの上方に、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマークと不図示の基準マーク板のマークとを同時に観察するための露光波長を用いたＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　Ｒｅｔｉｃｌｅ）アライメント光学系から成る一対のレチクルアライメント顕微鏡（以下、便宜上「ＲＡ顕微鏡」と呼ぶ）が設けられている。なお、本実施形態では、例えば特開平７−１７６４６８号公報及びこれに対応する米国特許第５，６４６，４１３号などに詳細に開示されたＲＡ顕微鏡と同様の構成のものが用いられる。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
制御系は、図１中、制御装置としての主制御装置５０によって主に構成される。主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含んで構成される。主制御装置５０では、上述した種々の制御を行う他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を制御する。
具体的には、前記主制御装置５０は、例えば走査露光時には、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴを介して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶＲ＝Ｖで走査されるのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷが露光領域ＩＡに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度ＶＷ＝β・Ｖ（βはレチクルＲからウエハＷに対する投影倍率）で走査されるように、レーザ干渉計５４Ｒ、５４Ｗの計測値に基づいてレチクルステージ駆動部４９、ウエハステージ駆動部５６をそれぞれ介してレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度をそれぞれ制御する。また、ステッピングの際には、主制御装置５０ではレーザ干渉計５４Ｗの計測値に基づいてウエハステージ駆動部５６を介してウエハステージＷＳＴの位置を制御する。
また、本実施形態では、主制御装置５０は、後述するように、空間像計測器５９により計測マーク（マークパターン）の投影像（空間像）の検出を行ったり、波面計測制御装置４８を介して波面計測器８０を用いて波面収差の計測を行ったり、あるいはそれらの計測結果に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性の変動量の演算を行ったり、演算結果に基づいて結像特性補正コントローラ７８を介して投影光学系ＰＬの結像特性を調整する等の他、装置全体を統括制御する。
次に、本実施形態の露光装置１０における投影光学系ＰＬの波面収差の計測方法について説明する。なお、以下の説明においては、説明の簡略化のため、波面計測器８０内の受光光学系４４の収差は無視できる程小さいものとする。
まず、通常の露光時には、波面計測器８０は、Ｚチルトステージ５８から取り外されているため、波面計測に際しては、オペレータによりＺチルトステージ５８の側面に対して波面計測器８０を取り付ける作業が行われる。この取付けに際しては、波面計測時に波面計測器８０が、ウエハステージＷＳＴ（Ｚチルトステージ５８）の移動ストローク内に収まるように、所定の基準面（ここでは＋Ｙ側の面）にボルトあるいはマグネット等を介して固定される。
上記の取付け終了後、オペレータによる計測開始のコマンドの入力に応じて、主制御装置５０では、前述のアライメント検出系の下方に波面計測器が位置するように、ウエハステージ駆動部５６を介してウエハステージＷＳＴを移動させる。そして、主制御装置５０では、アライメント検出系により波面計測器８０に設けられた不図示の位置合わせマークを検出し、その検出結果とそのときのレーザ干渉計５４Ｗの計測値とに基づいて位置合わせマークの位置座標を算出し、波面計測器８０の正確な位置を求める。そして、波面計測器８０の位置計測後、主制御装置５０を中心として以下のようにして波面収差の計測が実行される。
ａ．　まず、主制御装置５０は、不図示のレチクルローダによりピンホールパターンが形成された計測用レチクルＲｐ（以下、適宜「レチクルＲｐ」と略述する）をレチクルステージＲＳＴ上にロードする（図５Ａ参照）。このレチクルＲｐは、そのパターン面の照明領域ＩＡＲと同一の領域内の複数点にピンホール（ほぼ理想的な点光源となって球面波を発生するピンホール）が形成された専用のレチクルである。なお、波面収差の計測に際しては、上記の計測用レチクルＲｐに代えて、前述したＲＦＭ板６８に複数のピンホールを予め形成し、これを用いても良い。この他、通常のデバイス用レチクルに、同様のピンホールパターンを配置可能な場合には、これを用いても良い。
なお、ここで用いられるレチクルＲｐには、上面に拡散面を設けるなどして、投影光学系ＰＬの全てのＮ．Ａ．を通過する光線の波面を求めることができるように、すなわち、投影光学系ＰＬの全Ｎ．Ａ．に亘る波面収差が計測されるようになっているものとする。
ｂ．　レチクルＲｐのロード後、主制御装置５０では、前述のＲＡ顕微鏡を用いて、レチクルＲｐに形成されたレチクルアライメントマークを検出し、その検出結果に基づいて、レチクルＲｐを所定の位置に位置合わせする。これにより、レチクルＲｐの中心と投影光学系ＰＬの光軸とがほぼ一致する。
ｃ．　この後、主制御装置５０では、光源１６に制御情報ＴＳを与えてレーザ光を発光させる。これにより、照明光学系１２からの露光光ＩＬが、レチクルＲｐに照射される。そして、レチクルＲｐの複数のピンホールから射出された光が投影光学系ＰＬを介して像面上に集光され、ピンホールの像が像面に結像される。
ｄ．　次に、主制御装置５０は、レチクルＲｐ上のいずれかのピンホール（以下においては、着目するピンホールと呼ぶ）の像が結像する結像点に波面計測器８０の開口６２ａのほぼ中心が一致するように、ウエハレーザ干渉計５４Ｗの計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動部５６を介してウエハステージＷＳＴを移動する。この際、主制御装置５０では、焦点検出系（６０ａ，６０ｂ）の検出結果に基づいて、ピンホール像が結像される像面に波面計測器８０のカバーガラス８２の上面を一致させるべく、ウエハステージ駆動部５６を介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に微少駆動する。これにより、着目するピンホールの像光束がカバーガラス８２の中央の開口を介して受光光学系４４に入射し、受光部４２を構成する受光素子によって受光される。図５Ａには、このようにして波面収差の計測が開始された後の状態が示されている。
これを更に詳述すると、レチクルＲｐ上の着目するピンホールからは球面波が発生し、この球面波が、投影光学系ＰＬ、及び波面計測器８０の受光光学系４４を構成する対物レンズ６４ａ、リレーレンズ６４ｂ、ミラー３９、コリメータレンズ６４ｃを介して平行光束となって、マイクロレンズアレイ６６を照射する。これにより、投影光学系ＰＬの瞳面における波面がマイクロレンズアレイ６６にリレーされ、分割（波面分割）される。そして、このマイクロレンズアレイ６６の各レンズエレメントによってそれぞれの光が受光素子の受光面に集光され、該受光面にピンホールの像がそれぞれ結像される。
このとき、投影光学系ＰＬが、波面収差の無い理想的な光学系であるならば、投影光学系ＰＬの瞳面における波面は理想的な波面（ここでは平面）になり、その結果マイクロレンズアレイ６６に入射する平行光束が平面波となり、その波面は理想的な波面となる筈である。この場合、図６Ａに示されるように、マイクロレンズアレイ６６を構成する各レンズエレメントの光軸上の位置にスポット像（以下、「スポット」とも呼ぶ）が結像する。
しかるに、投影光学系ＰＬには通常、波面収差が存在するため、マイクロレンズアレイ６６に入射する平行光束の波面は理想的な波面からずれ、そのずれ、すなわち波面の理想波面に対する傾きに応じて、図６Ｂに示されるように、各スポットの結像位置がマイクロレンズアレイ６６の各レンズエレメントの光軸上の位置からずれることとなる。この場合、各スポットの基準点（各レンズエレメントの光軸上の位置）からの位置のずれは、波面の傾きに対応している。
ｄ．　そして、受光部４２を構成する受光素子上の各集光点に入射した光（スポット像の光束）が受光素子でそれぞれ光電変換され、該光電変換信号が電気回路４０ｂ、３３等を介して波面計測制御装置４８に送られ、該波面計測制御装置４８では、その光電変換信号に基づいて各スポットの結像位置を算出し、さらに、その算出結果と既知の基準点の位置データとを用いて、位置ずれ（Δξ，Δη）を算出して内部のメモリに格納する。このとき、主制御装置５０から波面計測制御装置４８に対してそのときのレーザ干渉計５４Ｗの計測値（Ｘｉ，Ｙｉ）が供給されている。
ｅ．　上述のようにして、１つの着目するピンホール像の結像点における波面計測器８０による、スポット像の位置ずれの計測が終了すると、波面計測制御装置４８からの通知により、主制御装置５０では、次のピンホール像の結像点に、波面計測器８０の開口６２ａのほぼ中心が一致するように、ウエハステージＷＳＴを移動する。この移動が終了すると、前述と同様にして、主制御装置５０により、光源１６からレーザ光の発光が行われ、同様にして波面計測制御装置４８によって各スポットの結像位置が算出される。以後、他のピンホール像の結像点で同様の計測が順次行われる。
このようにして、必要な計測が終了した段階では、波面計測制御装置４８のメモリには、前述した各ピンホール像の結像点における位置ずれデータ（Δξ，Δη）と、各結像点の座標データ（各ピンホール像の結像点における計測を行った際のレーザ干渉計５４Ｗの計測値（Ｘｉ，Ｙｉ））とが格納されている。
そこで、波面計測制御装置４８では、メモリ内に格納されたピンホール像の結像点に対応する投影光学系ＰＬの瞳面における波面の傾きに対応する位置ずれ（Δξ，Δη）に基づいて、例えば、周知のツェルニケ多項式を用いて、波面を復元する、すなわち波面収差を算出する。なお、この波面収差の算出方法は、周知であるから、詳細な説明は省略するが、位置ずれのみでしか与えられていない波面の傾きをそのまま微分するのは容易ではないため、面形状を級数に展開して、これにフィットすることとしたものである。この場合、級数は直交系（ツェルニケ多項式）を選ぶこと、ツェルニケ多項式は軸対称な面の展開に適した級数であり、円周方向は三角級数に展開すること、波面を極座標系（ρ，θ）で表すこと、及び波面の微分が上記の位置ずれとして検出されるので、フィッティングは微係数について、最小自乗法で行うことなどが、効率的な演算のためのポイントとなる。
なお、ツェルニケ多項式のそれぞれの項はディストーション、フォーカス成分、非点収差、コマ収差、球面収差などの各光学収差に対応しており、しかも低次の項はザイデル収差にほぼ対応することが知られている。従って、ツェルニケ多項式を用いることにより、投影光学系ＰＬの結像性能に起因する各収差を求めることができる。
そして、波面計測制御装置４８では、算出した投影光学系ＰＬの波面収差を、主制御装置５０に供給する。そして、主制御装置５０では、上記波面計測制御装置４８から供給された投影光学系ＰＬ単独の波面収差のデータ、すなわちツェルニケ多項式のそれぞれの項が対応する各光学収差の情報に基づいて、結像特性補正コントローラ７８に指令を与えて、投影光学系ＰＬの結像特性、例えば、ディストーション、非点収差、コマ収差、球面収差、像面湾曲（フォーカス）などを調整する。
以上のような波面収差の計測及びこれに基づく投影光学系ＰＬの結像特性の微調整は、例えば、露光装置メーカー内で、出荷前に投影光学系ＰＬの最終的な微調整に際しても行われる。すなわち、投影光学系ＰＬは、露光装置１０に搭載される前に、ある程度の調整は終了しており、露光装置１０に搭載した後は最後の微調整を行うのみとなっているので、上述したような波面収差の計測及びこれに基づく投影光学系ＰＬの結像特性の微調整（レンズエレメントの微調整）により最終調整が可能である。その後、波面計測器８０はＺチルトステージ５８から取り外された後、露光装置１０が出荷される。
前述の如く、波面計測器８０は、Ｚチルトステージ５８の側面に常時設置されているわけではない。従って、本実施形態の露光装置１０では、通常の使用時における投影光学系ＰＬの結像特性の補正は、Ｚチルトステージ５８に取り付けられている空間像計測器５９による空間像の計測結果に基づいて、主として行われるようになっている。
次に、空間像計測器５９を用いた空間像の計測方法について説明する。まず、最初に、計測用パターン、ここでは、ラインアンドスペースパターン（以下、「Ｌ／Ｓパターン」と略述する）用いて、その空間像のＸＹ面内の投影位置（結像位置）の計測を行う場合について説明する。
まず、主制御装置５０では、レチクルステージ駆動部４９を介してレチクルステージＲＳＴを図５Ｂに示される位置まで移動するとともに、ウエハステージ駆動部５６を介して、Ｚチルトステージ５８を図５Ｂに示される位置の近傍まで移動する。ここで、前述したＲＦＭ板６８には、Ｙ軸方向に周期性を有するＬ／Ｓパターンから成る計測用マーク（以下、便宜上「マークＰＭ」と記述する）を含む複数の計測用マークが所定の位置関係で形成されているものとする。
この状態で、主制御装置５０では、光源１６に制御情報ＴＳを与えてレーザ光を発光させる。これにより、照明光学系１２からの露光光ＩＬが、ＲＦＭ板６８に照射される。これにより、ＲＦＭ板６８の例えばマークＰＭで発生する回折光が投影光学系ＰＬを介して像面上に集光され、マークＰＭの空間像（投影像）ＰＭ’が図４Ａに示されるように像面に形成される。
次に、主制御装置５０では、ウエハステージ駆動部５６を介して、Ｚチルトステージ５８を図４Ａにおける左方向（図１における−Ｙ方向）に移動することにより、空間像ＰＭ’に対して空間像計測器５９の開口５７ａが走査され、いわゆるスリットスキャン方式で空間像ＰＭ’が計測される。
この計測中に、受光ガラス５７の開口５７ａを透過した露光光ＩＬが集光レンズ８１を通って光センサ８３の受光面に到達し、該光センサ８３で光電変換が行われる。この光電変換により、光センサ８３から例えば図４Ｃに示されるような光量信号（空間像の像強度信号）が出力される。なお、図４Ｃの横軸は、Ｚチルトステージ５８のＹ軸方向位置であり、前述のウエハ干渉計５４Ｗｙにより計測される座標である。光センサ８３からの光量信号は、主制御装置５０に供給される。
主制御装置５０では、上記の光量信号を関数フィッティング等して空間像ＰＭ’を計測し、その空間像ＰＭ’の計測結果に公知のスライス法その他の処理方法を適用して空間像ＰＭ’の投影光学系ＰＬの光軸に直交するＸＹ面内の結像位置を求める。ここで、スライス法とは、図４Ｃのような空間像の像強度信号を所定のスライスレベルでスライスし、像強度信号とスライスレベルとの交点に基づいてマークＰＭの各ラインのエッジを検出するエッジ検出の手法である。
主制御装置５０では、前述と同様の手順で、ＲＦＭ板６８上の異なる計測用マークについて空間像の計測、及び結像位置の計測を順次行うことにより、複数の計測用マーク（投影光学系ＰＬの有効投影視野内に対応する上記照明領域ＩＡＲ内に分布する計測用マーク）の結像位置の情報を得て、その結果に基づいて所定の演算を行うことにより、例えば投影光学系ＰＬの倍率やディストーション等の結像特性を求める。なお、かかる空間像計測の結果に基づく投影光学系ＰＬの倍率やディストーション等の演算は、例えば、米国特許第５，８４１，５２０号などに詳細に開示されている。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
次に、空間像計測により、投影光学系ＰＬの像面位置（ベストフォーカス位置）を求める方法について、簡単に説明する。この像面位置の検出に際し、主制御装置５０では、焦点検出系（６０ａ，６０ｂ）の検出結果に基づいて、Ｚチルトステージ５８のＺ位置を所定のステップピッチで変化させながら、上記と同様にしてスリットスキャン方式により計測用マークＰＭの空間像ＰＭ’等を計測する。そして、各Ｚ位置について得られた空間像の像強度信号のうち、例えばコントラストが最大になる像強度信号に対応するＺ位置を像面位置とする。また、主制御装置５０では、かかる像面位置の計測を、異なる計測用マークについて繰り返し行うことで、各計測用マークに対応する点の像面位置を求めることができる。ここで、各点の像面位置の計測に際し、焦点検出系（６０ａ，６０ｂ）の検出点（計測点）と計測用マークの結像点とが一致しない場合には、焦点検出系（６０ａ，６０ｂ）の計測点間に像面計測点（ポイント）が設定された際に、その点における波面計測器８０のＺ軸方向位置を隣接する計測点における計測結果に基づく補間計算で正確に求めることにより、任意の点における像面を求めることができる。このためには、波面計測器８０の表面（例えばカバーガラス８２）が十分な平面度を有する面となっているとともに、波面計測器８０の表面の傾斜成分（レベリング）が正確に把握されていることが前提となる。なお、補間計算を行わない場合、すなわち、波面計測器８０が波面計測のみを目的とする場合には、上記の平面度や傾斜成分を考慮する必要はない。
また、主制御装置５０では、このようにして得られた各点についての像面位置を最小自乗法などを適用して近似曲面を求めることにより、像面湾曲をも求めることができる。
これまでの説明から容易に想像されるように、空間像計測器５９を構成する集光レンズ８１は単に光を集めるだけのものであり、また、光センサ８３も単に光量を測定するだけのものであるから、波面計測器８０を構成する受光光学系４４、及び受光部４２を構成する受光素子に比べ精度、大きさ、安定性ともに簡易的であるので、全露光装置に搭載することが可能である。
主制御装置５０では、通常使用時、具体的には連続運転中などは、上述のようにして、空間像計測器５９を用いて、ディストーション（倍率を含む）、コマ収差、球面収差、像面等の収差（低次収差）を、例えばロット先頭のウエハの露光の度毎、あるいは１日に１回などというように、定期的な間隔で計測し、その計測結果に基づき、必要に応じて結像特性補正コントローラ７８に指令を与えて、投影光学系ＰＬの結像特性、具体的には上記の低次収差を調整する。
ところで、空間像計測器５９は、パターンの像の結像位置を直接的に計測するものであり、空間像計測器５９で計測される結像位置は、投影光学系ＰＬの複数の収差による複合的な影響を受けた空間像ＰＭ’から求められるものである。また、一般に、照明光学系１２内の照明系開口絞り板２４等によって設定された照明条件が異なれば、空間像計測器５９を用いた空間像計測結果は異なる。これは、例えば照明系開口絞り板２４の開口絞りの設定が異なれば、照明光学系１２の瞳面における光源面の形状が異なり、該光源面からの照明光で照明されるＲＦＭ板６８上の計測用パターンから発生する回折光が投影光学系ＰＬ内を通る光路が、光源面の形状に応じて異なるためである。すなわち、投影光学系ＰＬの一部を通過した光線のみが結像に寄与し、この結像に寄与する光線が光源面の形状によって異なり、しかも実際の投影光学系ＰＬには、必ず収差が存在するためである。同様に、投影光学系ＰＬのＮ．Ａ．絞り６９の開口の変更や、ＲＦＭ板６８上又はレチクル上のパターンの変更等により結像条件が変更される場合には、同様に空間像の計測結果が異なることになる。
ここで、例えば、図７Ａに示されるように投影光学系ＰＬにコマ収差がある場合を考えてみる。この場合、結像条件が異なると、上述した理由により、空間像計測では結像位置が異なって計測される。一方、投影光学系ＰＬのディストーションが異なれば、図７Ａ及び前述の説明から明らかなように、空間像計測では結像位置が異なって計測される。従って、空間像計測による結像位置計測だけでは、コマ収差とディストーションが分離できないこととなる。
また、例えば、図７Ｂに示されるように投影光学系ＰＬに球面収差がある場合を考えてみる。この場合、結像条件が異なると空間像計測では光軸方向の結像位置（像面）が異なって計測される。一方、投影光学系ＰＬの球面収差が異なると、図７Ｂからも明らかなように、空間像計測では光軸方向の結像位置が異なって計測される。従って、空間像計測だけでは、像面湾曲成分と球面収差成分とを区別することが困難である。
上述したような種々の理由から、空間像計測結果のみに基づいて投影光学系ＰＬの結像特性を管理する場合には、結像条件が変更される度毎に、空間像計測を行い、その計測結果に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性を調整することが必要となる。そこで、本実施形態では、波面収差計測と空間像計測とを併用することにより、空間像計測による収差成分を区別可能にし、さらに、上述した結像条件の変更の度毎の空間像計測を不要としている。以下、この点について説明する。
まず、オペレータによりＺチルトステージ５８の側面に対して波面計測器８０を取り付ける作業が行われる。この取付け終了後、オペレータによる計測開始のコマンドの入力に応じて、主制御装置５０により、前述した手順で、波面収差の計測が行われる。これにより、前述したように、投影光学系ＰＬの全Ｎ．Ａ．に亘る波面収差が計測され、その計測結果が、主制御装置５０内のメモリに記憶される。
しかる後（あるいは所定時間経過後）、主制御装置５０は、オペレータが予め設定した露光条件の設定ファイル（プロセスプログラムとも呼ばれる）の設定に応じて、照明光学系１２内の照明系開口絞り板２４の開口絞りを選択して照明条件の設定を行い、Ｎ．Ａ．絞り６９を調整することにより投影光学系ＰＬの開口数を設定し、また、転写対象のレチクル又はパターンとして最適なものを選択設定する。すなわち、主制御装置５０では、このようにしてオペレータの設定した結像条件の設定を行う。
上記の照明条件、開口数の設定により、投影光学系ＰＬの内部を通過する光線の光路が異なる。さらに、レチクルのパターン（パターンの形状、あるいは位相シフタの有無、種類等）により発生する回折光が異なるため、これらの組み合わせで投影光学系内ＰＬ内を通過する光線の光路が決定する。
主制御装置５０では、その結像条件の設定の下で、ウエハステージＷＳＴ上の空間像計測器５９を用いて、前述した手順で空間像計測を実行し、その計測結果をメモリ内に記憶する。
ここで、再度、投影光学系ＰＬにコマ収差がある場合を考える。この場合には、投影光学系ＰＬの全Ｎ．Ａ．に渡る波面収差が予め計測され、その計測結果にはコマ収差が含まれている。従って、コマ収差の量は、その波面計測結果、すなわちツェルニケ多項式の各項のうち、コマ収差成分の項に基づいて空間像計測条件及びその計測結果とは無関係に、すなわち結像条件とは無関係に精度良く求められている。従って、主制御装置５０では、波面計測結果と上記の空間像の計測結果とにより、コマ収差成分とディストーション成分とを分離して、両成分を精度良く算出することができる。
同様に、投影光学系ＰＬに球面収差がある場合にも、球面収差は、波面計測結果、すなわちツェルニケ多項式の各項のうち球面収差成分の項から、結像条件とは無関係に精度良く求められているので、主制御装置５０では、波面計測結果と上記の空間像の計測結果とにより、像面湾曲成分と球面収差成分とを分離して、両成分を精度良く算出することができる。
従って、主制御装置５０では、以上のようにして算出した投影光学系ＰＬの結像特性（各種収差）に基づいて、結像特性補正コントローラ７８を介して、投影光学系ＰＬ内の各レンズエレメントを上下動させることにより、投影光学系ＰＬの結像特性を高精度に調整することができる。
また、この場合、上記の波面計測の結果として、投影光学系ＰＬの全Ｎ．Ａ．に亘る波面収差が予め計測されているので、主制御装置５０では、オペレータの指示あるいはプロセスプログラムの設定に従って結像条件を変更した場合であっても、メモリ内に記憶されている上記の空間像の計測結果（結像条件の変更前の空間像の計測結果）と波面収差の計測結果とに基づいて、その結像条件の変更後における空間像、すなわち、パターンの結像状態（及びそれに基づく投影光学系ＰＬの結像特性（諸収差））を計算により求める（推測する）ことができる。従って、主制御装置５０では、その結像条件の変更後における投影光学系ＰＬの諸収差に基づいてディストーション等の収差が最小となるように、結像特性補正コントローラ７８を介して、投影光学系ＰＬ内の各レンズエレメントを上下動させることにより、投影光学系ＰＬの結像特性を高精度に調整することができる。
また、投影光学系ＰＬの結像特性の調整は、投影光学系ＰＬ内のレンズエレメントを移動させる他、これに代えて、あるいはこれに加えて、例えば主制御装置５０が、ウエハＷ及びレチクルＲの少なくとも一方をウエハステージ駆動部５６、レチクルステージ駆動部４９を介してを光軸方向に移動させたり、あるいは光軸に対して傾斜させたりすることによっても行うことができる。さらに、上記各動作に代えて、あるいは上記各動作に加えて、主制御装置５０あるいは結像特性補正コントローラ７８が、光源１６から出力されるレーザ光ＬＢ（露光光ＩＬ）の波長をシフトさせることによっても、投影光学系ＰＬの結像特性の調整は可能である。
以上説明した波面収差計測と空間像計測とを併用する方法によると、結像条件の変更の度毎に、空間像の計測を行うことなく、しかも、結像条件の変更に影響を受けることなく、投影光学系ＰＬの結像特性を精度良く調整することが可能となる。また、一つの結像条件下で、十分繰り返して空間像計測を行ってその平均値等を用いて空間像を求めておくことにより、平均化効果により計測精度が向上し、各回の計測結果に含まれる誤差も低減される。
ところで、投影光学系ＰＬは、露光装置製造時に一度調整を行えば、長期に渡って安定的に使用することができることが望ましく、そのように設計・製造が行われている。しかし、製造時の応力が徐々に解放されたり、工場の用力検査時に空調を停止する等に起因する温度変動及び、装置の振動によって、長期的に見ると結像特性が変化する場合がある。従って、例えば波面収差等の結像特性を頻繁に計測して問題とならないうちに結像特性の調整を行うことが望ましい。
しかし、波面計測器８０は、上述のようにＺチルトステージ５８の側面に常時設けられているわけではないため、頻繁に波面計測を行うことは困難である。一方、空間像計測器は常時Ｚチルトステージ５８上に固定されており、また、空間像計測に用いる計測用パターンが形成されたＲＦＭ板６８も常設されているので、頻繁な空間像計測は可能である。
本実施形態の露光装置１０では、かかる点を考慮して、主制御装置５０では、次のようにして投影光学系ＰＬの結像特性の管理を行っている。以下、この結像特性管理方法について説明する。
すなわち、主制御装置５０では、通常の使用状態、例えば連続運転中には、例えばロットの先頭のウエハの露光開始直前毎、あるいは１日１回などの比較的高い頻度で、Ｚチルトステージ５８に常設されている空間像計測器５９を用いて、前述した手順で空間像計測を実行し、この計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬの結像特性の変化を監視し、必要に応じてその空間像の計測結果に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性を補正する。この程度の頻度で空間像計測を行えば、投影光学系ＰＬの結像特性が変化したかどうかの判断を行うのには十分である。また、倍率、ディストーション、像面湾曲等の空間像計測器で精度良く計れる収差は、低次でより変化しやすいので空間像計測器５９による空間像計測結果のみに基づいて補正しても、問題が無い場合が多い。
但し、結像特性の変動の積算値がある一定の値を超えた場合には、空間像の計測結果のみに基づいて十分な結像特性の補正が困難となる可能性がある。そこで、主制御装置５０では、計測された結像特性の変動の積算値が、ある一定の値を超えた場合に、不図示の表示装置にその旨を表示し、オペレータに波面収差の計測を促す。これにより、オペレータにより波面計測器８０がＺチルトステージ５８の側面に取り付けられ、前述のようにして波面収差の計測が実行される。主制御装置５０では、波面収差の計測結果に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性を補正（調整）する。この場合において、万一、補正が不可能な場合には、例えば、その旨を不図示の表示装置に表示することとしても良い。これにより、オペレータは、投影光学系ＰＬの結像特性が異常であることを認識し、その後の適切な対応が可能となる。
また、例えば、前述した結像条件の変更を行う場合などには、主制御装置５０では、直前に行われた空間像計測の計測結果と最後に行われた（前回行われた）波面収差の計測結果とに基づいて、すなわち空間像計測で求められる収差成分と、波面計測で求められた上記収差成分と同一の収差成分（ツェルニケ多項式の項）とを比較することで、その結像条件の変更後の空間像の計測結果を予測する。そして、主制御装置５０では、結像条件の変更を行い、その変更直後に空間像の計測を実行し、その空間像の計測結果と予測した空間像の計測結果との比較を行い、これら両者の誤差が許容値を超えている場合に、不図示の表示装置にその旨を表示し、オペレータに波面収差の計測を促す。
このようにして、主制御装置５０により、投影光学系ＰＬの結像特性の管理が行われるので、投影光学系ＰＬの結像特性を精度良く維持することができるとともに、波面収差の計測に伴う装置のダウンタイムを極力抑えることができる。
なお、波面収差の計測のタイミングとしては、定期的に行うこととしても良く、例えば半年、あるいは１年に１回の保守のときに行うこととしても良い。
これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、主制御装置５０によって演算装置が構成され、結像特性補正コントローラ７８によって補正装置が構成されている。また、主制御装置５０、波面計測制御装置４８、空間像計測器５９、及び波面計測器８０等を含んで結像特性計測装置が構成され、この結像特性計測装置と結像特性補正コントローラ７８とによって結像特性補正装置が構成されている。
以上、詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１０によると、主制御装置５０により、計測用パターンの投影光学系ＰＬによる投影像ＰＭ’を空間像計測器５９を用いて計測した結果と、投影光学系ＰＬの波面収差を波面計測器８０を用いて計測した結果とに基づいて、投影光学系ＰＬの結像特性が算出される。この際に、主制御装置５０では、空間像の計測結果に含まれる収差の影響を、波面収差の計測結果に基づいて補正することにより、投影光学系ＰＬの結像特性を精度良く算出することができる。
また、上記のようにして高精度に計測された投影光学系ＰＬの結像特性に基づいて、主制御装置５０により結像特性補正コントローラ７８を介して投影光学系ＰＬの結像特性が補正されるので、投影光学系ＰＬの結像特性を高精度に補正することが可能となる。
また、本実施形態に係る露光装置１０によると、露光の際には、上記のようにして投影光学系ＰＬの結像特性の補正が精度良く行われた状態で、前述した走査露光が行われ、露光光ＩＬによりレチクルＲを照明してそのレチクルＲ上のパターンが投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写される。従って、ウエハＷ上にはパターンが精度良く転写される。すなわち、高精度な露光が可能となる。
なお、上記実施形態では、説明の簡略化のため、波面計測器８０内の受光光学系４４の収差は無視できる程小さいものとした。しかしながら、かかる収差でさえ無視できない精度高い結像特性の計測が要請される場合には、受光光学系４４単独の波面収差を計測する必要が生じる。かかる観点からなされたのが、次の第２の実施形態である。
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を、図８〜図１０Ｂに基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともに、その説明を簡略し若しくは省略するものとする。
この第２の実施形態は、波面計測器の構成及びこれに応じて波面収差の計測方法などが前述した第１の実施形態と相違するのみである。従って、以下では、かかる相違点を中心として、説明する。
図８には、本第２の実施形態に係る波面計測装置としての波面計測器８０’が装着されたＺチルトステージ５８の平面図が示されている。また、図９には、波面計測器８０’の断面図が示されている。
図９に示されるように、波面計測器８０’は、ＸＺ断面がＬ字状の内部空間を有する第１筐体６２Ａと、該第１筐体６２Ａの内部に所定の位置関係で配置された複数の光学素子から成る受光光学系４４と、第１筐体６２Ａの＋Ｙ側端部に固定された断熱部材３８と、該断熱部材３８の＋Ｙ側に接続された第２筐体６２Ｂと、該第２筐体６２Ｂの内部に設けられた受光部４２とを備えている。
この場合、第１筐体６２Ａと第２筐体６２Ｂと断熱部材３８とによって、波面計測器８０’の筐体６２’が構成されている。この波面計測器８０’は、前述の波面計測器８０と同様のシャック−ハルトマン（Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎ）方式の波面計測器である。
これを更に詳述すると、前記第１筐体６２Ａは、Ｌ字状の筒部材から成り、その最上部（＋Ｚ方向端部）には、第１筐体６２Ａの上方からの光が筐体内部に入射するように、平面視円形（図８参照）の開口６２ａ’が形成されている。また、この開口６２ａ’を筒部内側から閉塞するように前述と同様に遮光膜が形成されたカバーガラス２８が設けられている。
また、カバーガラス２８上方の第１筐体６２Ａの上面には、開口６２ａ’を覆うような状態で着脱自在のピンホールマスクＰＨＭが装着されている。このピンホールマスクＰＨＭは、実際には、前述の波面計測制御装置４８によって制御される不図示のスライド機構によって着脱されるようになっている。なお、スライド機構に代えてピンホールマスクＰＨＭをカバーガラス２８上方の第１筐体６２Ａの上面に着脱する回転機構、その他の機構を設けても良い。ここで、ピンホールマスクＰＨＭのパターン面（下面）には、上方から光が照射された場合に、ほぼ理想的な点光源となって球面波を発生するピンホールが形成されている。本実施形態では、このピンホールマスクＰＨＭは、後述するキャリブレーションの際に用いられるものである。
前記受光光学系４４は、第１筐体６２Ａの内部に、前述の第１の実施形態と同様の位置関係で配置された対物レンズ６４ａ，リレーレンズ６４ｂ，折り曲げミラー３９、コリメータレンズ６４ｃ、及びマイクロレンズアレイ６６から構成されている。なお、この受光光学系４４を構成する各光学部材は、第１筐体６２Ａの壁の内側に不図示の保持部材を介してそれぞれ固定されている。
前記断熱部材３８としては、樹脂、セラミック等から成る環状のものが用いられている。この断熱部材３８の形状は、第１筐体６２Ａの断面形状及び第２筐体６２Ｂの断面形状に対応している。
前記第２筐体６２Ｂは、有底筒状部材から成り、前記第１筐体６２Ａの＋Ｙ側に断熱部材３８を介して接続されている。この第２筐体６４の内部には、受光部４２が設けられている。この場合も、受光素子４０ａから物理的に切り離すことが可能な電気回路３３は、第２筐体６２Ｂから離れた位置に設けられ、電気回路４２ｂとフラットケーブルで接続されている。なお、受光部４２による計測データは電気回路３３を介して前述の波面計測制御装置４８に出力されるようになっている。
更に、第１筐体６２の外面の上側には、図９に示されるように、遮熱部としての遮熱板１４４が、第２筐体６２Ｂの上方を覆う状態で取り付け部材４５を介して固定されている。この遮熱板１４４としては、断熱部材３８と同様に、樹脂、セラミック等からなる板状のものが用いられている。なお、この遮熱板１４４を、筐体６２’の外周部をほぼ全周にわたって覆うような構成とすることも可能である。この他、筐体６２’の全体、あるいは一部、例えば第２筐体６２Ｂ、あるいはその一部（受光部４２の上方部）を、樹脂、セラミック等の断熱性の素材により形成しても良い。
上述のようにして構成された受光光学系４４及び受光素子４０によると、開口６２ａ’を介して第１筐体６２Ａの内部に入射した光束は、対物レンズ６４ａ、リレーレンズ６４ｂ、ミラー３９を順次介してコリメータレンズ６４ｃ入射し、該コリメータレンズ６４ｃで平行光束に変換され、マイクロレンズアレイ６６に入射する。このマイクロレンズアレイ６６に入射した光束は、マイクロレンズアレイ６６を構成する各レンズエレメントを介して受光素子４０ａ上にそれぞれ集光される。そして、受光素子４０ａ上の各集光点に入射した光が受光素子４０ａでそれぞれ光電変換され、該光電変換信号が電気回路４０ｂ、３３等を介して波面計測制御装置４８に送られ、該波面計測制御装置４８では、前述と同様にその光電変換信号に基づいて結像位置を算出する。
すなわち、本実施形態では、波面計測器８０’が、ピンホールマスクＰＨＭ、断熱材３８、遮熱板１４４を備えている点が前述の第１の実施形態に係る波面計測器８０と異なり、波面計測器のその他の構成部分、及び露光装置の構成などは第１の実施形態と同様になっている。
次に、本第２の実施形態の露光装置における投影光学系ＰＬの波面収差の計測方法について説明する。
まず、通常の露光時には、波面計測器８０’は、ウエハステージＷＳＴから取り外されているため、波面計測に際しては、前述と同様にして、オペレータによりＺチルトステージ５８の側面に対して波面計測器８０’を取り付ける作業が行われる。
上記の取付け終了後、オペレータによる計測開始のコマンドの入力に応じて、主制御装置５０では、前述のアライメント検出系下方に波面計測器８０’が位置するように、ウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ１４）を移動させる。そして、主制御装置５０では、アライメント検出系により波面計測器８０’に設けられた不図示の位置合わせマークを検出し、その検出結果とそのときのレーザ干渉計５４Ｗの計測値とに基づいて位置合わせマークの位置座標を算出し、波面計測器８０’の正確な位置を求める。そして、波面計測器８０’の位置計測後、主制御装置５０を中心として以下のようにして波面収差の計測が実行される。
まず、主制御装置５０では、図１０Ａに示されるように、投影光学系ＰＬの光軸のほぼ真下に波面計測器８０’の開口６２ａ’の中心（すなわち、対物レンズ６４ａの光軸とほぼ一致）が位置決めされるように、ウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ１４）を移動させる。
次いで、主制御装置５０からの指示に応じて、波面計測制御装置４８が不図示のスライド機構を介して波面計測器８０’にピンホールマスクＰＨＭを装着する。そして、主制御装置５０では、照明系内の光源１６からのレーザ光の発光を開始する。この時点では、レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルが搭載されていないものとする。
上記のレーザ光の発光開始により、照明系からの露光光ＩＬが投影光学系ＰＬを介してピンホールマスクＰＨＭに照射される。このとき、投影光学系ＰＬは単にピンホールマスクＰＨＭを照明するための光学系として機能する。この露光光ＩＬの照射により、ピンホールマスクＰＨＭのピンホールから球面波が発生する。そして、この球面波が対物レンズ６４ａ、リレーレンズ６４ｂ、ミラー３９、コリメータレンズ６４ｃを介して平行光束となって、マイクロレンズアレイ６６を照射する。そして、このマイクロレンズアレイ６６の各レンズエレメントによってそれぞれ光が受光素子４０ａの受光面に集光され、該受光面にピンホールの像がそれぞれ結像される。
このとき、受光素子４０ａに至る光路の途中に配置された受光光学系４４が、波面収差の無い理想的な光学系であるならば、マイクロレンズアレイ６６に入射する平行光束は平面波であり、その波面は理想的な波面となる筈である。この場合、前述と同様に、マイクロレンズアレイ６６を構成する各レンズエレメントの光軸上の位置にスポットが結像する。
しかるに、受光光学系４４には通常、波面収差が存在するため、マイクロレンズアレイ６６に入射する平行光束の波面は理想的な波面（ここでは平面）からずれ、そのずれ、すなわち波面の理想波面に対する傾きに応じて、各スポットの結像位置がマイクロレンズアレイ６６の各レンズエレメントの光軸上の位置からずれる。この場合、各スポットの基準点（各レンズエレメントの光軸上の位置）からの位置のずれは、波面の傾きに対応している。
前述の如く、受光素子４０ａ上の各集光点に入射した光（スポット像の光束）が受光素子４０ａでそれぞれ光電変換され、該光電変換信号が電気回路４０ｂ、３３等を介して波面計測制御装置４８に送られ、該波面計測制御装置４８では、その光電変換信号に基づいて各スポットの結像位置を算出し、さらに、その算出結果と既知の基準点の位置データとを用いて、前述した位置ずれ（Δｘ，Δｙ）を算出して内部のメモリに格納する。次いで、５波面計測制御装置４８では、不図示のスライド機構を介して波面計測器８０’からピンホールマスクＰＨＭを取り外す（図１０Ｂ参照）。これにより、波面計測器８０’のキャリブレーションが終了し、この終了が波面計測制御装置４８から主制御装置５０に通知される。
上記の通知を受けると、主制御装置５０は、図１０Ｂに示されるように、不図示のレチクルローダにより前述の計測用レチクルＲｐをレチクルステージＲＳＴ上にロードする。ここでは、計測専用のレチクルＲｐを用いるものとする。
レチクルＲｐのロード後、主制御装置５０では、前述のＲＡ顕微鏡を用いて、レチクルＲｐに形成されたレチクルアライメントマークを検出し、その検出結果に基づいて、レチクルＲｐを所定の位置に位置合わせする。これにより、レチクルＲｐの中心と投影光学系ＰＬの光軸とがほぼ一致する。
この後、前述した第１の実施形態中のｃ．〜ｅ．と同様の手順で、主制御装置５０及び波面計測制御装置４８により、レチクルＲｐ上の複数のピンホールのそれぞれについて、波面計測器８０’を用い、マイクロレンズアレイ６６により受光素子４０ａの受光面上に結像されるスポット像の位置ずれ量（ΔＸｉ、ΔＹｉ）の計測が、行われる。
このようにして、必要な計測が終了した段階では、波面計測制御装置４８のメモリには、前述したキャリブレーション時の位置ずれデータ（Δｘ，Δｙ）と、各ピンホール像の結像点における位置ずれデータ（ΔＸｉ，ΔＹｉ）と、各結像点の座標データ（各ピンホール像の結像点における計測を行った際のレーザ干渉計５４Ｗの計測値（Ｘｉ，Ｙｉ））とが格納されている。
但し、この場合は、波面計測器８０’内部の受光光学系４４の収差をも問題とするので、マイクロレンズアレイ６６に入射する平行光束の波面の理想的な波面からのずれは、分割された投影光学系ＰＬの瞳面における波面の理想的な波面からのずれと、受光光学系４４の波面の理想的な波面からのずれとが重ね合わされたずれとなっている。すなわち、各スポットの基準点（各レンズエレメントの光軸上の位置）からの位置のずれ（ΔＸｉ，ΔＹｉ）は、分割された投影光学系ＰＬの瞳面における波面の傾きに対応する位置ずれ（Δξ，Δη）と、受光光学系４４の波面の傾きに対応する位置ずれ（Δｘ，Δｙ）との和になっている。
そこで、波面計測制御装置４８では、メモリ内に格納された位置ずれデータ（ΔＸｉ，ΔＹｉ）とキャリブレーション時の位置ずれデータ（Δｘ，Δｙ）との差に基づいて、ピンホール像の結像点に対応する投影光学系ＰＬの瞳面における波面の傾きに対応する位置ずれ（Δξ，Δη）を、各ピンホール像毎に算出する。そして、波面計測制御装置４８では、この位置ずれに基づいて、例えば、前述と同様に、ツェルニケ多項式を用いて、波面を復元する、すなわち波面収差を算出する。
なお、上記の説明では、位置ずれデータ（ΔＸｉ，ΔＹｉ）とキャリブレーション時の位置ずれデータ（Δｘ，Δｙ）との差に基づいて、ピンホール像の結像点に対応する投影光学系ＰＬの瞳面における波面の傾きに対応する位置ずれ（Δξ，Δη）を求め、この位置ずれ（Δξ，Δη）に基づいて、投影光学系ＰＬ単独の波面収差を算出することとしたが、これに限らず、位置ずれデータ（ΔＸｉ，ΔＹｉ）に基づいて、上記と同様に、投影光学系ＰＬと受光光学系３２との全体の波面収差を算出し、また、キャリブレーション時の位置ずれデータ（Δｘ，Δｙ）に基づいて受光光学系４４単独の波面収差を算出し、両者の差により、投影光学系ＰＬ単独の波面収差を算出することとしても良い。
そして、波面計測制御装置４８では、算出した投影光学系ＰＬ単独の波面収差を、主制御装置５０に供給する。そして、主制御装置５０では、上記波面計測制御装置４８から供給された投影光学系ＰＬ単独の波面収差のデータ、すなわち、ツェルニケ多項式のそれぞれの項が対応する各光学収差の情報に基づいて、結像特性補正コントローラ７８に指令を与えて、投影光学系ＰＬの結像特性、例えば、ディストーション、非点収差、コマ収差、球面収差、像面湾曲（フォーカス）などを調整する。すなわち、これまでの説明から明らかなように、波面計測制御装置４８及び主制御装置５０により、本発明の制御装置が構成されている。
本実施形態の露光装置では、露光処理ルーチンに際しては、不図示のレチクル顕微鏡、不図示のオフ・アクシス・アライメント系、及びウエハステージＷＳＴ上の基準マーク等を用いたレチクルアライメント、ベースライン計測等の準備作業が行われた後に、アライメント検出系を用いたウエハＷのファインアライメント（ＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）等）が行われた後、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクルＲのパターンがウエハＷ上の各ショット領域に順次転写される。すなわち、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で、同様の処理が行われるので、詳細説明は省略する。
但し、本第２の実施形態の露光装置では、露光条件の設定の際に、上で説明した投影光学系ＰＬの波面収差の測定及び結像特性の補正が行われる。また、所定枚数のウエハに対する露光が終了する度毎に、上記と同様にして投影光学系ＰＬ単独の波面収差の計測及び波面収差の補正が行われるようになっている。
ところで、本第２の実施形態の露光装置では上述した波面計測の際に、その波面計測精度を向上させるための種々の工夫がなされている。以下、この点について説明する。
すなわち、波面計測器８０’を用いた波面収差の計測、すなわち前述したスポット像の結像位置の位置ずれの計測の際には、受光素子４０ａの光電変換の際の発熱及び電気回路４０ｂの発熱により受光部４２から熱が発生する。しかるに、図９に示されるように、本実施形態では、第１筐体６２Ａと第２筐体６２Ｂとの間に断熱部材３８が設けられているので、該断熱部材３８によって第２筐体６２Ｂ内の受光部４２から発生した熱が第１筐体６２Ａから第２筐体６２Ｂ側に伝達されるのが抑制されている。これにより、第１筐体６２Ａ及びその内部に設けられた光学部材（６４ａ，６４ｂ，６６等）を保持する不図示の保持部材を介して、それらの光学部材へ熱が伝わるのが抑制され、それらの光学部材の温度変動が抑制されている。従って、温度変化に起因する受光光学系４４の波面収差の変動が抑制されている。
また、前述した受光部４２の発熱は、第２筐体６２Ｂからその周囲の空間内の物体に対して輻射熱となって伝達される可能性がある。しかるに、図９に示されるように、本実施形態では、第２筐体６２Ｂの外面の上方に取り付け部材４５を介して遮熱板１４４が固定されているので、該遮熱板１４４によって、少なくとも第２筐体６２Ｂ上方の部材に対しては輻射熱が伝達されないようになっている。従って、露光光ＩＬを用いた収差計測（図１０Ｂ参照）を行う場合に、波面計測器８０’が投影光学系ＰＬの直下に位置しても、投影光学系ＰＬに対する熱の伝達が抑制されるので、投影光学系ＰＬの収差の変動を抑制することが可能となっている。また、投影光学系ＰＬの近傍に設けられた、ウエハＷのＺ方向位置を計測する焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）からの計測ビームに対する温度の影響も抑制されるので、計測ビームの揺らぎによる位置検出精度の低下を抑制することができるようになっている。
また、図９に示されるように、第１筐体６２Ａの形状がＬ字状に形成されているので、受光部４２の上側には受光光学系４４を構成する光学系は一切存在しない。このため、受光光学系４４への空気を媒介した熱の伝達が抑制されている。また、計測時においても、熱源である受光部４２が投影光学系ＰＬの直下に位置するのを防止することができる。この点においても、投影光学系ＰＬへ与える熱の影響を低減することができる。
以上のような工夫により、本第２の実施形態では、波面計測器８０’により、本来の使用時（露光時）とほぼ同様の投影光学系ＰＬの波面収差を、正確かつ安定して計測することが可能となっている。
また、波面計測器８０’は、ウエハステージＷＳＴ（Ｚチルトステージ５８）に着脱自在となっているので、露光時には、これを取り外すことにより、その分ウエハステージＷＳＴの軽量化を図ることができ、これによりウエハステージの位置制御性の向上が可能である。
従って、本実施形態の露光装置によると、結像特性（収差）が精度良く調整された投影光学系ＰＬを用いて、レチクルＲのパターンをウエハＷ上の各ショット領域に高精度に転写することが可能となっている。
また、波面計測器８０’は、Ｚチルトステージ５８に装着可能であることから、特別な駆動装置等を用意しなくても、波面計測器８０’をＸＹ平面内で自在に移動することができるとともに、Ｚ軸方向の位置決めも容易になっている。従って、投影光学系ＰＬの焦点位置に波面計測器８０’の計測面を合わせることができるとともに、投影光学系ＰＬの露光エリア（照明領域ＩＡＲに対応する領域）内の各点の波面収差を計測することが可能となっている。
また、本第２の実施形態の露光装置では、前述の第１の実施形態と同様に、主制御装置５０により、計測用パターンの投影光学系ＰＬによる投影像ＰＭ’を空間像計測器５９を用いて計測した結果と、投影光学系ＰＬの波面収差を波面計測器８０’を用いて計測した結果とに基づいて、投影光学系ＰＬの結像特性を算出することができる。この際、主制御装置５０では、空間像の計測結果に含まれる収差の影響を、波面収差の計測結果に基づいて補正することにより、前述の第１の実施形態と比べて投影光学系ＰＬの結像特性をより精度良く算出することができる。これは、投影光学系ＰＬの波面収差をより高精度に求めることができるからである。
また、上記のようにして高精度に計測された投影光学系ＰＬの結像特性に基づいて、主制御装置５０により結像特性補正コントローラ７８を介して投影光学系ＰＬの結像特性が補正することにより、投影光学系ＰＬの結像特性を高精度に補正することが可能となる。
なお、断熱部材３８は、前述したように環状のものであるが、その開口部の大きさは、マイクロレンズアレイ６６によって集光される光束を遮らなければ如何なる形状であっても良い。従って、断熱部材３８は、上記第２の実施形態のように第１筐体６２Ａと第２筐体６２Ｂとの接続部を必ずしも構成する必要はない。例えば第１筐体６２Ａと第２筐体６２Ｂとから成る筐体、あるいは前述の筐体６２と同様の単一の筐体の内側あるいは外側から溝を形成し、該溝に断熱部材を設けるようにしても良い。要は、断熱部材は、受光部４２と受光光学系４４との間の位置で筐体に固定されていれば良い。
《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態を図１１、図１２Ａ及び図１２Ｂに基づいて説明する。この第２の実施形態は、波面計測器及び波面計測器の使用方法が異なるのみで，その他の部分の構成は前述した第１及び第２の実施形態と同一であるから，重複説明を回避するため、同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用いるとともにその説明を簡略化し若しくは省略する。
図１１には、第３の実施形態に係る波面計測器１８０を断面し、＋Ｙ方向から見た図が示されている。この図１１と上記第２の実施形態に係る波面計測器８０’を示す図９とを比較すると分かるように、波面計測器１８０には、第１筐体６２Ａ外部の対物レンズ６４ａ及びリレーレンズ６４ｂの近傍に設けられ、ケーブルを介して第１筐体６２Ａから離れた位置に存在する電気回路３３に接続された第１温度センサ４６ａと、第１筐体６２Ａ外部のコリメータレンズ６４ｃ近傍に設けられ、前記第１温度センサ４６ａと同様、ケーブルを介して電気回路３３に接続された第２温度センサ４６ｂとを備えているところに特徴を有している。また、波面計測器１８０では、断熱部材が省略されている。
前記第１、第２温度センサ４６ａ，４６ｂは、サーミスタ、抵抗体、あるいは熱伝体等から成り、波面計測器１８０の第１筐体６２の温度を効率良く伝えるように、かつ外気の影響を受けないようにサーマルコンパウンド等で覆われた構成となっている。また、これら第１、第２温度センサ４６ａ，４６ｂは、温度に敏感な光学部材（レンズ）の近くにそれぞれ設置されており、これらの温度センサ４６ａ，４６ｂからのデータは、外部の電気回路３３を介して波面計測制御装置４８（図１参照）へと送られる。
この波面計測器１８０では、受光部４２を構成する電気回路４０ｂに駆動電流が供給されると、受光部４２で熱が発生し、その熱が第２筐体６２Ｂを介して第１筐体６２Ａに伝達される。従って、第１筐体６２Ａの温度が時間とともに図１２Ａに示されるような曲線を描くように変化する。そして、このような温度変化が第１、第２温度センサ４６ａ，４６ｂによってそれぞれ計測される。
以下、これら第１、第２温度センサ４６ａ，４６ｂを用いることにより、上記第１筐体６２Ａの微小な温度変化による計測精度への影響をも抑制することが可能な計測シーケンスについて図１２Ａ及び図１２Ｂに基づいて説明する。なお、上述のように本実施形態では、波面計測器１８０に温度センサが２つ設けられているが、各温度センサの計測値の変化はほぼ同じ挙動を示すことから、以下の説明においては、便宜上、第１温度センサ４６ａ、第２温度センサ４６ｂを纏めて「温度センサ４６」として表すものとする。
図１２Ａに示されるように、時間ｔ０において波面計測器１８０を構成する電気回路４０ｂに対して電流供給を開始すると、初期温度Ｔ０から、実線で示されるように温度が上昇し、この温度変化が温度センサ４６で計測される。この温度上昇により波面計測器１８０を構成する受光光学系４４の収差が変化することが問題であるが、前述した第２の実施形態と同様にして受光光学系４４単独の波面収差の計測を行うことにより、その影響を相殺することができる。すなわち、受光光学系４４単独の波面収差を計測した後、温度変化が十分小さく、波面が殆ど変化しなければ計測誤差にはならない。
このため、図１２Ａの実線が十分に飽和される領域まで待ってから、前述したキャリブレーションを行えば良い。しかし、温度が飽和するまで待つと、待ち時間が長くなる可能性もある。
そこで、図１２Ａに示されるように、波面が殆ど変化しないと思われる許容温度変化量ΔＴを設定し、温度がΔＴ上昇する毎に受光光学系４４単独の波面収差を計測し直す（キャリブレーションする）こととしても良い。また、この図１２Ａから分かるように、電流を供給開始した直後は、温度がΔＴだけ上昇する時間が短く、キャリブレーションを行うだけの時間を確保することができないので、ある程度温度変化が緩やかになった時間ｔ１（温度Ｔ１）のときに受光光学系単独の波面収差の計測（キャリブレーション）を行った後、前述した投影光学系ＰＬの波面収差の計測を開始する。そして、その計測中に、温度がΔＴ上昇した時間ｔ２で、再度受光光学系単独の波面収差を計測（キャリブレーション）した後、投影光学系ＰＬの波面収差の計測を再び開始する。そして、更に温度がΔＴ上昇した時間ｔ３で更にキャリブレーションを行うこととしている。この方法によると、温度が飽和するまでの時間を待たなくても、キャリブレーションを行うことで比較的高精度な投影光学系ＰＬの波面収差の計測が可能となる。
なお、図１２Ａに示される時間ｔ０〜ｔ１までの時間を短縮することが可能な計測シーケンスを採用することもできる。図１２Ｂには、その計測シーケンスにより計測を行った場合の温度変化が実線にて示されている。
図１２Ｂに示されるように、波面計測器１８０をＺチルトステージ５８に取り付ける前に、時間ｔｓから波面計測器１８０の温度がほぼ飽和状態になるまで、受光部を構成する電気回路４０ｂに対して電流を供給しておく。次に、波面計測器１８０の温度がほぼ飽和状態になった時点で、Ｚチルトステージ５８に波面計測器１８０がオペレータにより取り付けられるが、この取り付けの際には、実際には波面計測器１８０からフラットケーブルを一旦はずさなければならないため、電流の供給が一時ストップされ、図１２Ｂに示されるように温度がやや低下する。その後、Ｚチルトステージ５８に対する波面計測器１８０の取り付けが終了した時点（ｔ０）で、波面計測器１８０に再度電流を供給する。
すなわち、Ｚチルトステージ５８に対する波面計測器１８０の取付けが終了したときには、温度センサ４６の計測値は温度Ｔｓとなっているので、Ｚチルトステージ５８に波面計測器１８０を取り付けた後、受光部４２に再度電流を供給し、波面収差の計測が可能となるまでには時間（ｔ０〜ｔ１’）だけかかる。一方で、Ｚチルトステージ５８に波面計測器１８０を取り付けた後、はじめて電流の供給を開始した場合（１点鎖線で示されている）には、波面収差の計測が可能となる温度Ｔ１となるまでに時間（ｔ０〜ｔ１）だけかかる。従って、両者を比べると、先に電流を供給しておくことにより、波面計測器１８０をＺチルトステージ５８に取り付けてから波面計測を実行できるまでの時間を短縮することが可能となる。
なお、このようにして、波面計測を実行するまでの時間を短縮した場合にも、図１２Ａで説明したように、温度がΔＴ変化する毎に、受光光学系４４単独の波面収差のキャリブレーションを行うようにすることが望ましい。
以上説明したように、本第３の実施形態に係る波面計測器１８０は、温度センサ４６ａ，４６ｂを備えていることから、その計測値（温度）に基づいて波面計測のキャリブレーションを行うことにより、より高精度な波面収差計測を行うことが可能となる。また、温度がほぼ飽和状態となる前に計測を行うことができるので、波面計測にかかる時間を短縮することも可能となる。
なお、波面計測器１８０に設けられる温度センサの個数、位置については、上記実施形態に掲げる場合に限らず、任意であって、各光学部材それぞれの近傍に設けても良いし、第１筐体の何処か１箇所に設けるようにしても良い。
なお、本実施形態では、キャリブレーションの実行を管理する基準として温度センサにより計測される温度の変化量を用いるものとしたが、これに限らず、一度温度特性を計測した後は、温度センサではなく時間を計測して、時間を基準とした管理をしても良い。
また、本実施形態のようなシーケンスで波面収差の計測を行う場合には、受光光学系４４の波面収差の変化が大きくなっても、温度に応じてキャリブレーションを行うことにより、投影光学系ＰＬの波面収差の計測結果に与える影響を小さくすることができるので、本第３の実施形態では、断熱部材を省略したものである。但し、本第３の実施形態でも、断熱部材３８を第１筐体と第２筐体の間に設けても構わない。但し、このようにする場合には、図１２Ｂに対応するシーケンスを採用することが、計測時間の短縮という点からは望ましい。
波面計測器１８０の他の部分、及びその他の部分は、前述した第１、第２の実施形態の露光装置と同様に構成されている。従って、本第３の実施形態によっても、前述した第１、第２の実施形態と同等の効果を得ることができる。
なお、上記各実施形態では、空間像の計測結果、波面収差の計測結果に基づいて、露光の際の投影光学系の結像特性を補正（あるいは調整）する場合について説明したが、これに限らず、例えば波面収差の計測結果を考慮して、レチクルＲとウエハＷとのいずれかの目標位置にオフセットを与える等により、レチクルＲとウエハＷとの相対位置を調整しても良く、かかる場合にもレチクルパターンとウエハ上の各ショット領域との重ね合せ精度の向上が可能である。
なお、上記各実施形態では、波面計測器として、シャック−ハルトマン（Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎ）方式の波面計測器、すなわちマイクロレンズアレイ６６を用いた波面計測器を採用したが、本発明がこれに限られるものではなく、図１３Ａ，図１３Ｂに示されるような波面計測器を採用することも可能である。なお、図１３Ａ，図１３Ｂでは、説明を簡略化するため、光軸を折り曲げず一直線とし、受光部についても受光素子のみが図示されている。また、受光光学系についても実際は複数の光学部材を含むものであるが、単一のレンズとして図示されている。
図１３Ａには、波面計測器の第１の変形例が示されている。この波面計測器２８０は、上記各実施形態の波面計測器に採用したマイクロレンズアレイ６６に代えて、シェアリング素子６６’を採用したところに特徴を有している。この波面計測器２８０について簡単に説明すると、受光光学系４４により、投影光学系ＰＬの瞳面における波面がシェアリング素子６６’にリレーされ、シェアリング素子６６’により微小にシフトした像が互いに干渉し合い、受光素子４０ａ上に干渉縞が形成される。そして、隣接した波面同士の干渉は、波面の微分量に相当することから、その計測された値を積分することで、波面を再現することが可能である。
また、図１３Ｂには、波面計測器の第２の変形例が示されている。この波面計測器３８０は、受光光学系４４を通過後、複数（図１３Ｂでは２つ）のレンズ６６Ａ，６６Ｂから成る拡大レンズ系６６”によりピンホール像を結像し、受光素子４０ａ上で計測するものである。この場合、ピンホール像の焦点を微小にずらしながらピンホール像を計測することにより、ピンホール像の点像分布関数（ポイントスプレッドファンクション）が得られるので、これにより波面を求めることが可能となっている。
なお、上記の各波面計測器が採用する方式には、一長一短があり、例えば入手可能な受光素子、光学素子の性能、あるいは波面計測器の大きさ、重量等を考え最適な波面収差計測器を選択すれば良い。いずれも、受光光学系及び受光素子を使う構成であるため、上記実施形態と同様にして高精度な収差計測、収差の調整、ひいては高精度な露光を行うことが可能となる。
なお、波面計測器のＺチルトステージ５８への取り付け位置についても、上記各実施形態のものに限らず、図１４に示されるような配置とすることもできる。すなわち、図２，図８に示されるＺチルトステージ５８のうちの１つの角を切り落とし、図１４に示されるような５角形形状とし、新たにできた面に対して波面計測器８０（８０’、１８０）を設けるようにしても良く、このような配置とすることにより、図２，図８に示されるように、ストロークを得るためにＺチルトステージ５８の一部に凸部５１を設ける必要が無く、しかもＺチルトステージ５８、ひいてはウエハステージＷＳＴの小型化が可能となる。
更に、波面計測器の露光装置への取り付け方についても、上記各実施形態にとらわれず、ウエハステージ（Ｚチルトステージ）に直接設けず、露光装置内にウエハステージとは別の計測用のステージを設置し、これに搭載するようにしても良い。このように計測用のステージを設けることで、各ステージが移動する範囲が大きくなり、装置の床面積（フットプリント）が増えることになるが、波面計測器の取り外し作業が不要となって、調整時間、メンテナンス時間の短縮を図ることができる。また、この計測用のステージとしては、露光用のステージと同様、自ら駆動可能としても良いし、露光用のステージと接続し、必要な時にのみ引っ張られる構成としても良い。更に、計測時に露光用のステージをはずして、波面計測器が設けられたステージと入替えるようにしても良く、この場合には、波面計測器の小型化に対する要求を緩めることができる。
更に、ステージの重量の増加を抑制するため、精度が要求される光学系のみ常時露光用のステージに搭載し、精度が要求されない、又はキャリブレーション可能である受光部のみ計測時に取り付ける方法や、受光部をステージ外部に取付け、空中あるいはファイバで光線をリレーする方法を採用することも可能である。
なお、上記実施形態において、ＡｒＦエキシマレーザ光、あるいはＦ２レーザ光などの波長２００ｎｍ〜１５０ｎｍの帯域に属する真空紫外と呼ばれる波長域の光束を露光光として用いる場合には、酸素や有機物（Ｆ２レーザ光の場合には、それ以外に水蒸気，炭化水素ガス等も含む）による吸収が極めて大きいため、露光光が通る光路上の空間中のこれらのガスの濃度を数ｐｐｍ以下の濃度にまで下げるべく、その光路上の空間の気体を、吸収の少ない、窒素や、ヘリウム等の不活性ガスで置換する（パージする）必要がある。
なお、上記実施形態では、光源としてＦ２レーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ等のパルスレーザ光源を用いるものとしたが、これに限らず、Ａｒ２レーザ光源（出力波長１２６ｎｍ）などの他の真空紫外光源を用いても良い。また、例えば、真空紫外光として上記各光源から出力されるレーザ光に限らず、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（Ｅｒ）（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）の両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
なお、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されないことは勿論である。すなわちステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置にも本発明は好適に適用できる。
なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより、上記実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
なお、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子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）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レチクル又は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。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。
なお、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た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）、検査ステップ等を経て製造される。
産業上の利用可能性
以上、説明したように、本発明の波面計測装置は、被計測光学系の波面収差の計測に適している。また、本発明の波面計測装置の使用方法は、精度の高い波面収差の計測に適している。また、本発明の結像特性計測方法及び装置は、光学系の結像特性を計測するのに適している。また、本発明の結像特性補正方法及び装置は、光学系の結像特性を補正するのに適している。また、本発明の結像特性管理方法は、効率的な結像特性の管理に適している。また、本発明の露光方法及び装置は、基板上に微細パターンを転写するのに適している。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
図２は、Ｚチルトステージを示す概略平面図である。
図３は、波面計測器を断面して示す図である。
図４Ａ〜図４Ｃは、空間像計測器による計測を説明するための図である。
図５Ａは、波面収差を計測するときの状態を示す図であり、図５Ｂは、投影光学系によるパターンの投影像を計測するときの状態を示す図である。
図６Ａは、光学系に収差が存在しない場合においてマイクロレンズアレイから射出される光束を示す図であり、図６Ｂは、光学系に収差が存在する場合においてマイクロレンズアレイから射出される光束を示す図である。
図７Ａ、図７Ｂは波面計測器を用いて計測される収差を示す図である。
図８は、本発明の第２の実施形態に係るＺチルトステージを示す概略平面図である。
図９は、第２の実施形態に係る波面計測器を断面して示す図である。
図１０Ａ，図１０Ｂは、第２の実施形態における投影光学系の波面収差を計測する方法を説明するための図である。
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る波面計測器を断面して示す図である。
図１２Ａは、第１筐体の微小な温度変化をも抑制するための波面計測シーケンスを説明するための図であり、図１２Ｂは、波面計測器をＺチルトステージに取り付けてから計測を開始するまでの時間を短縮するための計測シーケンスを説明するための図である。
図１３Ａ、図１３Ｂは波面計測器の変形例を示す図である。
図１４は、Ｚチルトステージに対する波面計測器の別の配置例を示す図である。Technical field
The present invention relates to a wavefront measuring device and its use method, an imaging characteristic measuring method and device, an imaging characteristic correcting method and device, an imaging characteristic management method, and an exposure method and device, and more particularly, to a predetermined pattern image. Characteristic measuring method and image characteristic measuring device for measuring the image characteristic of an optical system that projects light, a wavefront measuring device that can be suitably used in the image characteristic measuring method, a method of using the same, and the image characteristic measuring Characteristic Correction Method Including Method, Imaging Characteristic Correction Apparatus Containing The Imaging Characteristic Measuring Device, Imaging Characteristic Management Method For Managing Imaging Characteristics Of The Optical System, And The Imaging Characteristic Correction Apparatus And an exposure method including the image forming characteristic correction method.
Background art
2. Description of the Related Art Conventionally, in a lithography process for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element and the like, a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (so-called stepper) and a step-and-scan type scanning projection exposure apparatus (so-called scanning An exposure apparatus such as a stepper is used.
In recent years, in these exposure apparatuses, circuit patterns have been miniaturized with the increase in integration of semiconductor elements and the like, and various super-resolution techniques have been used in order to improve resolution in response to this. Along with this, there is a demand for a projection optical system to be used to minimize its aberration. Therefore, the measurement pattern is projected onto the substrate via the projection optical system, and the measurement result of measuring the projected image (aerial image) or the line width of the resist image obtained by printing the measurement pattern on the substrate It has become necessary to not only evaluate the imaging characteristics of the projection optical system based on the measurement results, but also measure the wavefront aberration of the projection optical system and strictly adjust the aberration based on the results.
For this reason, conventionally, in the adjustment step of the projection optical system alone before assembling the projection optical system into the exposure apparatus, the projection optical system is connected to a dedicated wavefront measuring device (for example, using an interferometer or the like, and It was mounted on a large measuring instrument for measuring wavefront aberration), the wavefront aberration was measured, and the aberration was strictly adjusted based on the measurement result.
However, with the further increase in the integration of semiconductor devices, the recent changes in the environment between the state of the projection optical system alone and the state after being incorporated into the exposure apparatus body, and the unexpected From the viewpoint of quality assurance by measuring at the time of accident or immediately before shipment, it has become necessary to measure the wavefront aberration of the projection optical system after the projection optical system has been incorporated into the exposure apparatus body.
In order to meet such a need, an exposure apparatus maker or the like is actively conducting research and development of a wavefront measurement apparatus capable of measuring the wavefront aberration after the projection optical system is incorporated into the exposure apparatus body.
A wavefront measuring device that can measure the wavefront aberration of a projection optical system while the projection optical system is mounted on an exposure apparatus (so-called on-body) is provided on a substrate stage (wafer stage) on which a substrate (wafer) is mounted. A type to be mounted or a type to be replaced with a wafer stage is conceivable.
However, since the wavefront measurement does not need to be performed so frequently, the wavefront measurement device is usually rarely used, while the wavefront measurement device needs to perform its own calibration at predetermined intervals. Expensive. Therefore, it is desirable that one wavefront measuring device can be shared by a plurality of exposure apparatuses. For this reason, small wavefront measuring instruments that can be detachably mounted on the substrate stage or that can be used by replacing them with the substrate stage, which are attached to the exposure apparatus only during measurement, have become the mainstream of recent developments. ing.
However, since the wavefront measuring device attached to the exposure apparatus only at the time of the above measurement is detachable, it is difficult to easily and quickly measure the wavefront aberration during normal use of the exposure apparatus.
Although the above wavefront measuring device can accurately measure the wavefront aberration of the projection optical system, it measures the image formation position of the pattern image, specifically, measures the image formation position shift in the direction perpendicular to the optical axis ( It is not configured to accurately perform so-called distortion measurement) and measurement of an imaging position shift in the optical axis direction (so-called image plane measurement). The reason is as follows.
That is, when performing the above-described distortion measurement using the above-described wavefront measuring device, for example, a reticle having a pinhole formed on the object plane of the projection optical system is arranged, and the reticle is illuminated with exposure light, and the pinhole is illuminated. Must be received by the light receiving element via the projection optical system and the light receiving optical system in the wavefront measuring instrument. Therefore, if the position of the pinhole does not match the center of the optical axis of the objective lens that forms the light receiving optical system in the wavefront measuring device, the wavefront is not tilted even though the wavefront is not tilted. Measured. That is, in order to perform distortion measurement with high accuracy using a wavefront measuring device, it is essential to accurately measure the inclination of the wavefront.
However, the wavefront measuring device is for measuring the shape of the wavefront, not for measuring the inclination of the entire wavefront. For this reason, it does not have the performance to measure the inclination of the wavefront with the accuracy required for performing the distortion measurement. Therefore, it is difficult to measure the imaging position of the pinhole with sufficiently high accuracy, and in order to satisfy the above performance, the wavefront measuring device is inevitably increased in size and weight, and is required to be mounted on the substrate stage. It is difficult to achieve the original purpose of attaching and detaching. Moreover, it is expensive to improve the measurement performance.
Considering the case where the above-described image plane measurement is performed using the above-described wavefront measuring device, a multi-point measuring device that is provided in an exposure apparatus and that measures the positions of a plurality of measurement points on a substrate in the optical axis direction of the projection optical system. It is conceivable to perform measurement while detecting the position of the wavefront measuring device in the optical axis direction using a focus detection system (multipoint AF system).
However, since the measurement points of the multipoint focus detection system are set at predetermined intervals, the image plane of the projection optical system is detected over a wide range. Therefore, it is difficult to accurately measure an arbitrary position on the image plane of the projection optical system.
For this reason, the wavefront measuring device is not suitable for measuring the image forming position of the pattern image of the projection optical system.
In particular, in the case of the type mounted on the wafer stage, it must be mounted in a narrow space between the wafer-side end surface of the projection optical system and the wafer stage. Must be in space. In that case, heat generated during photoelectric conversion of a photoelectric detector such as a CCD constituting the wavefront measuring device, or heat generated by an electric circuit such as a drive circuit of the photoelectric detector, for example, a charge transfer control circuit, affects measurement of wavefront aberration. The effect is a problem. The effect of such heat generation on the measurement of the wavefront aberration is also a problem, although the degree is different, even in the case where the wafer stage is replaced with a wafer stage.
The following (a) to (c) are typical examples of the influence of the above-mentioned heat generation on the measurement of the wavefront aberration.
(A) The aberration of the projection optical system differs between the original use (at the time of exposure) and the aberration measurement, and it becomes impossible to accurately determine the aberration of the projection optical system at the time of exposure.
(B) In the vicinity of the space, an optical position measuring device such as a laser interferometer for measuring the position of the wafer in a horizontal plane and a focus position detecting system for detecting the position of the wafer in the optical axis direction is provided. In wavefront measurement, these position measuring devices are used for position measurement of the wavefront measuring device. However, the above-mentioned heat generation causes so-called air fluctuations (temperature fluctuations) in the measurement beams of those position measuring devices, and as a result, measurement accuracy of wavefront aberration is reduced.
(C) The temperature of the wavefront measuring device itself changes, which makes it difficult to measure stable wavefront aberration.
In the conventional wavefront measurement device, the influence of heat as described above on the wavefront measurement was solved by moving the component that becomes the heat source to a position where the influence on the wavefront measurement is not a problem. When measuring the wavefront aberration of the projection optical system on-body, it is difficult to adopt such a method due to the configuration of the exposure apparatus.
The present invention has been made under such circumstances, and a first object of the present invention is to provide a wavefront measuring apparatus capable of measuring a wavefront aberration of an optical system to be measured with high accuracy.
A second object of the present invention is to provide a method of using a wavefront measuring device that realizes highly accurate measurement of a wavefront aberration.
A third object of the present invention is to provide an imaging characteristic measuring method capable of accurately measuring the imaging characteristic of an optical system.
A fourth object of the present invention is to provide an imaging characteristic measuring device capable of accurately measuring the imaging characteristics of an optical system.
A fifth object of the present invention is to provide an imaging characteristic correction method capable of correcting the imaging characteristic of an optical system with high accuracy.
Further, a sixth object of the present invention is to provide an imaging characteristic correction device capable of correcting the imaging characteristic of an optical system with high accuracy.
A seventh object of the present invention is to provide an efficient imaging characteristic management method for maintaining the imaging characteristics of an optical system with high accuracy.
An eighth object of the present invention is to provide an exposure method capable of performing highly accurate exposure.
A ninth object of the present invention is to provide an exposure apparatus capable of performing highly accurate exposure.
Disclosure of the invention
According to a first aspect of the present invention, there is provided a wavefront measuring apparatus for measuring a wavefront aberration of an optical system to be measured, wherein the light receiving optical system receives light passing through the optical system to be measured during measurement; A light receiving unit including a light receiving element that receives the light through a system; a housing that holds the light receiving optical system and the light receiving unit in a predetermined positional relationship; and a light receiving unit between the light receiving unit and the light receiving optical system. And a heat insulating member to be disposed.
According to this, the housing holds the light receiving optical system and the light receiving unit in a predetermined positional relationship. Further, a heat insulating member is disposed between the light receiving section and the light receiving optical system. For this reason, when measuring the wavefront aberration, the light passing through the optical system to be measured passes through the light receiving optical system, and is then received by the light receiving element constituting the light receiving section and is subjected to photoelectric conversion when the light receiving element generates heat. In addition, heat is generated from the light receiving unit due to heat generation in an electric circuit in the light receiving unit, and transmission of the heat to the light receiving optical system is effectively suppressed by the heat insulating member. Therefore, it is possible to suppress a change in the temperature of the light receiving optical system, and it is possible to stably measure the wavefront aberration with high accuracy over a long period of time.
In this case, the housing may include a heat shield that prevents radiant heat from the light receiving unit from being transmitted to the outside. In the present specification, the “heat-shielding portion” is a heat-shielding member such as a heat-shield plate that is separate from the housing, and at least a part of the housing is formed of a material having heat insulating properties (for example, ceramic or the like). It is a concept that encompasses any of the parts of the housing in cases.
In the first wavefront measuring apparatus of the present invention, at least one temperature sensor fixed to the housing near an optical element constituting the light receiving optical system; and a wavefront of the entire optical system to be measured and the light receiving optical system. A control device that measures the aberration and executes the measurement of the wavefront aberration of the light-receiving optical system alone at a predetermined timing based on the measurement result of the temperature sensor during the measurement. .
In this case, the housing may include a heat shielding unit for preventing radiant heat from the light receiving unit from being transmitted to the outside.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a wavefront measuring apparatus for measuring a wavefront aberration of an optical system to be measured, wherein the light receiving optical system receives light passing through the optical system to be measured during measurement; A light receiving unit including a light receiving element that receives the light through a system; a housing that holds the light receiving optical system and the light receiving unit in a predetermined positional relationship; And a heat shield for preventing radiant heat from being transmitted to the outside.
According to this, the housing holds the light receiving optical system and the light receiving unit in a predetermined positional relationship. Further, the housing is provided with a heat shield for preventing radiant heat from the light receiving unit from being transmitted to the outside. For this reason, when measuring the wavefront aberration, when the heat is generated from the light receiving unit as described above, the heat is prevented from being transmitted to the outside as radiant heat by the heat shielding unit. In this case, by arranging the optical system to be measured on one side of the light receiving section (on the side of the heat shield), fluctuations in wavefront aberration due to a rise in the temperature of the optical system to be measured and gas in the space on one side of the light receiving section. Temperature fluctuation and the like can be effectively suppressed. Therefore, it is possible to accurately measure the wavefront aberration of the measured optical system in a desired state.
In this case, at least one temperature sensor fixed to the housing near the optical element constituting the light receiving optical system; and measuring the wavefront aberration of the entire measured optical system and the light receiving optical system, A control device for measuring the wavefront aberration of the light receiving optical system alone at a predetermined timing based on the measurement result of the temperature sensor during the measurement.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a wavefront measuring apparatus for measuring a wavefront aberration of an optical system to be measured, wherein the light receiving optical system receives light passing through the optical system to be measured during measurement; A light receiving unit including a light receiving element that receives the light through a system; a housing holding the light receiving optical system and the light receiving unit in a predetermined positional relationship; at least one temperature sensor fixed to the housing Measuring the wavefront aberration of the entire optical system to be measured and the light receiving optical system, and measuring the wavefront aberration of the light receiving optical system alone at a predetermined timing based on the measurement result of the temperature sensor during the measurement. And a control device to be executed.
According to this, the light receiving optical system and the light receiving unit are held in a predetermined positional relationship by the housing, and at least one temperature sensor is fixed to the housing. When measuring the wavefront aberration of the measured optical system and the entire light receiving optical system, light passing through the measured optical system passes through the light receiving optical system, is received by a light receiving element constituting a light receiving unit, and is photoelectrically converted. . At this time, the light receiving element generates heat or an electric circuit in the light receiving unit generates heat, and heat is generated from the light receiving unit. Then, the temperature of the light receiving optical system or the measured optical system changes, and the measured wavefront aberration changes. In this case, the fluctuation of the measured wavefront aberration is a mixture of the fluctuation of the measured optical system and the light receiving optical system. However, at the time of measuring the above-mentioned wavefront aberration, the temperature rise of the housing caused by the heat generation of the light receiving unit is detected by the temperature sensor, so the control device performs predetermined timing based on the measurement value of the temperature sensor, For example, it is possible to measure the wavefront aberration of the light receiving optical system alone at each timing when the temperature change of the housing, that is, the light receiving optical system exceeds a predetermined threshold. In this case, it is assumed that the wavefront aberration of the light receiving optical system hardly changes from the previous measurement of the wavefront aberration of the light receiving optical system alone to the next measurement of the wavefront aberration of the light receiving optical system alone. Can be considered. Therefore, when measuring the wavefront aberration of the optical system to be measured, the wavefront aberration of the light receiving optical system alone is measured at the above predetermined timing, and the measured wavefront aberration (wavefront aberration of the entire optical system to be measured and the light receiving optical system) is measured. By subtracting the wavefront aberration of the light receiving optical system alone from the aberration), the wavefront aberration of the optical system to be measured can be accurately measured without being affected by the temperature change.
According to a fourth aspect, the present invention is directed to any one of the first to third wavefront measuring devices, wherein the temperature of the light receiving unit is substantially saturated prior to measuring the wavefront aberration. It is a use method including a step.
According to this, prior to the measurement of the wavefront aberration of the optical system to be measured, the temperature of the light receiving section is substantially saturated, so that the temperature is substantially saturated, that is, the temperature is converged to a substantially constant value. The measurement of the wavefront aberration of the measurement optical system is started. For this reason, it is possible to realize highly accurate measurement of the wavefront aberration with little influence of the temperature change.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for transferring a pattern of a mask onto a substrate via a projection optical system, wherein the casing constituting one of the first to third wavefront measuring apparatuses is provided. A first exposure apparatus having a substrate stage on which a body is detachably mounted and on which the substrate is placed.
According to this, any one of the wavefront measuring devices described above, which has little influence on the wavefront aberration measurement due to the generated heat, is detachably mounted on the substrate stage on which the substrate is mounted. For this reason, the wavefront aberration of the projection optical system can be measured with high accuracy, and by using the measurement result, the pattern of the mask can be accurately transferred onto the substrate via the projection optical system. . In this case, the imaging characteristics of the projection optical system may be accurately adjusted based on the measured wavefront aberration, and the mask pattern may be transferred onto the substrate using the adjusted projection optical system, or the measurement may be performed. The alignment between the mask pattern and the substrate may be performed in consideration of the wavefront aberration.
Since the wavefront measuring device is detachable from the substrate stage, the wavefront measuring device is mounted on the substrate stage only when measuring the wavefront aberration, and is detached during the exposure, thereby controlling the position of the substrate stage during the exposure. It is possible to improve the performance. In this respect, the exposure accuracy can be improved.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for transferring a mask pattern onto a substrate via a projection optical system, wherein the first to third wavefront measurement including a housing and a heat shield plate is provided. A substrate stage on which the substrate is mounted, wherein the case constituting the device is detachable with the heat shield facing the projection optical system, and the case mounted on the substrate stage And a position measuring device for measuring the position of the second exposure device.
According to this, the casing constituting the wavefront measuring device is mounted on the substrate stage with the heat shield facing the projection optical system. For this reason, in this state, it is possible to effectively suppress fluctuations in wavefront aberration due to a rise in the temperature of the projection optical system located on one side of the light receiving unit, and temperature fluctuations of gas in the space on one side of the light receiving unit. it can. In addition, the position of the housing is measured by the position measuring device, and fluctuation due to the temperature of the measurement beam of the position measuring device at the time of the measurement is suppressed. Therefore, it is possible to accurately measure the wavefront aberration of the projection optical system in the same state as the original use (exposure). Therefore, by using the measurement result, it is possible to transfer the pattern of the mask onto the substrate with high accuracy via the projection optical system. In this case, the imaging characteristics of the projection optical system may be accurately adjusted based on the measured wavefront aberration, and the mask pattern may be transferred onto the substrate using the adjusted projection optical system, or the measurement may be performed. The alignment between the mask pattern and the substrate may be performed in consideration of the wavefront aberration. Since the wavefront measuring device is detachable from the substrate stage, the wavefront measuring device is mounted on the substrate stage only when measuring the wavefront aberration, and is detached during the exposure, thereby controlling the position of the substrate stage during the exposure. It is possible to improve the performance. In this respect, the exposure accuracy can be improved.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an imaging characteristic measuring method for measuring an imaging characteristic of an optical system, wherein a first step of measuring a projection image of a predetermined pattern by the optical system; And a third step of calculating the imaging characteristics of the optical system based on the measurement results of the first and second steps.
According to this, the projection image of the predetermined pattern by the optical system is measured in the first step, and the wavefront aberration of the optical system is measured in the second step. Then, in the third step, the imaging characteristics of the optical system are calculated based on the measurement results of the first and second steps. Here, the projection image measurement (aerial image measurement) performed in the first step has a disadvantage that the aerial image cannot be accurately measured due to the influence of aberration. Therefore, there is a disadvantage that the measurement of the aerial image cannot be performed accurately by itself. However, in the third step, since the imaging characteristics of the optical system are calculated based on the measurement results of the first and second steps, The disadvantages of the aerial image measurement and the wavefront measurement are compensated for, and the imaging characteristics of the optical system can be obtained with high accuracy.
In this case, in the third step, different imaging characteristic components included in the measurement result of the projection image can be separated based on the measurement result of the wavefront aberration.
In this case, the separated imaging characteristic component may include a distortion component and a coma component, or may include a field curvature component and a spherical aberration component.
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an image forming characteristic correcting method for correcting an image forming characteristic of an optical system, wherein the image forming characteristic of the optical system is measured by the image forming characteristic measuring method of the present invention. And a correction step of correcting an imaging characteristic of the optical system based on a measurement result in the measurement step.
According to this, in the measurement step, the imaging characteristic of the optical system is measured by the imaging characteristic measurement method of the present invention, and in the correction step, the imaging characteristic of the optical system is corrected based on the measurement result. In this case, since the imaging characteristics of the optical system can be accurately measured in the measurement process, the imaging characteristics of the optical system can be corrected with high accuracy in the correction process based on the measurement results.
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an exposure method for illuminating a mask on which a pattern is formed with an energy beam and transferring the pattern to a substrate via a projection optical system. An imaging characteristic correction step of correcting the imaging characteristic of the projection optical system by an image characteristic correction method; and a transfer step of transferring the pattern to the substrate via the projection optical system after the imaging characteristic correction step And a first exposure method.
According to this, the imaging characteristic of the projection optical system is accurately corrected by the first imaging characteristic correction method of the present invention, and thereafter, the pattern on the mask is formed by illuminating the mask with the energy beam. Since the pattern is transferred onto the substrate via the projection optical system whose characteristics have been accurately corrected, the pattern is transferred onto the substrate with high accuracy. That is, highly accurate exposure can be performed.
According to a tenth aspect, the present invention is an imaging characteristic correcting method for correcting an imaging characteristic of an optical system, wherein a projection image of a predetermined pattern by the optical system is formed under a first imaging condition. A first measurement step of measuring; a second measurement step of measuring the wavefront aberration of the optical system; a projection image of the pattern under a second imaging condition different from the first imaging condition, A correction step of estimating based on the measurement result of the second measurement step, and correcting the imaging characteristic of the optical system under the second imaging condition in accordance with the estimation result. This is a correction method.
According to this, a projection image of a predetermined pattern by the optical system is measured under the first imaging condition in the first measurement step, and the wavefront aberration of the optical system is measured in the second measurement step. Then, in the correction step, a projected image of a pattern (a pattern measured in the first measurement step or another pattern) under a second imaging condition different from the first imaging condition is measured in the second measurement step. Estimation is performed based on the result (measurement result of wavefront aberration), and the imaging characteristic of the optical system under the second imaging condition is corrected according to the estimation result. That is, the imaging characteristic of the optical system under the first imaging condition can be obtained by calculation based on the measurement result of the projected image of the pattern measured in the first measurement step. By taking into account the measurement results of the above, the imaging characteristics of the optical system under the second imaging condition can be estimated, and according to the estimation result, the imaging characteristics of the optical system under the second imaging condition can be estimated. Correct the image characteristics. Therefore, it is possible to correct the imaging characteristics of the optical system with high accuracy without performing aerial image measurement of the optical system for each imaging condition and without being affected by changes in the imaging conditions.
In this case, any one of the illumination condition, the numerical aperture of the optical system, and the pattern may be different between the first imaging condition and the second imaging condition.
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an exposure method for illuminating a mask on which a pattern is formed with an energy beam and transferring the pattern to a substrate via a projection optical system. An imaging characteristic correction step of correcting the imaging characteristic of the projection optical system by an image characteristic correction method; and a transfer step of transferring the pattern to the substrate via the projection optical system after the imaging characteristic correction step And a second exposure method including:
According to this, the imaging characteristic of the projection optical system is corrected by the second imaging characteristic correction method of the present invention, and thereafter, the pattern on the mask is illuminated by illuminating the mask with an energy beam. Since the pattern is transferred onto the substrate via the projection optical system corrected with high accuracy, the pattern is transferred onto the substrate with high accuracy. That is, highly accurate exposure can be performed. In addition, since the imaging characteristics of the optical system can be corrected with high accuracy without being affected by changes in imaging conditions, highly accurate exposure can be performed regardless of changes in imaging conditions. .
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an imaging characteristic management method for managing imaging characteristics of an optical system, wherein aerial image measurement for measuring a projection image of a pattern by the optical system is performed at a first interval. And a wavefront measurement step of executing a wavefront measurement for measuring the wavefront aberration of the optical system at a second interval larger than the first interval.
According to this, the aerial image measurement for measuring the projection image of the pattern by the optical system is executed at the first interval, and the wavefront measurement for measuring the wavefront aberration of the optical system is at the second interval which is larger than the first interval. Executed in That is, changes in the imaging characteristics of the optical system are managed based on the aerial image measurement results that can be easily executed, and the wavefront aberration is measured after a certain period of time. The imaging characteristics of the optical system can be maintained with high accuracy without performing measurement at a high frequency. Therefore, efficient imaging characteristic management that maintains the imaging characteristics of the optical system with high accuracy becomes possible.
In this case, a prediction step of predicting a change in the aerial image measurement result based on the measurement result of the aerial image measurement performed immediately before and the measurement result of the wavefront aberration performed last; A determination step of determining whether or not the wavefront aberration needs to be measured, according to a comparison result between the measurement result of the image and the measurement result of the aerial image performed immediately after, the measurement of the wavefront aberration is required. When it is determined, the measurement of the wavefront aberration may be performed.
According to a thirteenth aspect, the present invention relates to an imaging characteristic measuring apparatus for measuring an imaging characteristic of an optical system, wherein the aerial image measuring device measures a projection image of a predetermined pattern by the optical system; A wavefront measuring device for measuring the wavefront aberration of the optical system; and a calculating device for calculating the imaging characteristics of the optical system based on the measurement result by the aerial image measuring device and the measurement result by the wavefront measuring device. This is an image characteristic measuring device.
According to this, the arithmetic unit forms an image of the optical system based on the measurement result of the projection image by the optical system of the predetermined pattern by the aerial image measurement device and the measurement result of the wavefront aberration of the optical system by the wavefront measurement device. A characteristic is calculated. Here, the aerial image measured by the aerial image measurement device is an aerial image affected by aberration. Therefore, based on the measurement result of the aerial image of the predetermined pattern, the image forming position and thus the image forming characteristic can be obtained, but the image forming characteristic is affected by the aberration.
Therefore, the arithmetic unit corrects the influence of the aberration included in the measurement result of the aerial image based on the measurement result of the wavefront aberration, so that the imaging characteristic of the optical system can be accurately calculated. That is, in the image forming characteristic correction apparatus of the present invention, by combining the above-described measurement result of the wavefront and the measurement result of the aerial image, it is possible to compensate for the disadvantages of each measurement.
In this case, as the wavefront measuring device, for example, any of the first to third wavefront measuring devices described above can be used.
According to a fourteenth aspect, the present invention includes an imaging characteristic measuring device according to the present invention; and a correction device that corrects the imaging characteristic of the optical system based on a measurement result obtained by the imaging characteristic measuring device. This is an imaging characteristic correction device.
According to this, the image forming characteristic of the optical system is corrected by the correcting device based on the measurement result by the image forming characteristic measuring device capable of measuring the image forming characteristic of the optical system with high accuracy. Can be corrected with high accuracy.
According to a fifteenth aspect, the present invention is an exposure apparatus that illuminates a mask on which a pattern is formed with an energy beam, and transfers the pattern to a substrate via a projection optical system. A third, comprising: an imaging characteristic correcting apparatus of the present invention for correcting characteristics; and a substrate stage capable of mounting the aerial image measuring device and the wavefront measuring device included in the imaging characteristic correcting device and holding the substrate. Exposure apparatus.
According to this, the aerial image measurement device and the wavefront measurement device that constitute the imaging characteristic correction device can be mounted on the substrate stage that holds the substrate. Therefore, the aerial image measuring device mounted on the substrate stage measures a spatial image of the predetermined pattern by the projection optical system with the aerial image measuring device, and also measures the wavefront aberration of the projection optical system with the wavefront measuring device. . Further, based on these measurement results, the arithmetic unit calculates the imaging characteristics of the projection optical system. Thereby, the imaging characteristics of the projection optical system are calculated with high accuracy. Then, based on the calculation result, the image forming characteristic of the projection optical system is corrected by the correction device, so that the image forming characteristic of the projection optical system is corrected with high accuracy. Therefore, in a state where the image forming characteristics have been corrected, the mask is illuminated with the energy beam and the pattern on the mask is transferred onto the substrate via the projection optical system, so that the pattern is accurately formed on the substrate. Transfers well. That is, highly accurate exposure can be performed.
In this case, the wavefront measuring device may be detachable from the substrate stage.
In this case, the apparatus may further include a mask stage on which the mask is mounted and on which a reference member on which a measurement pattern measured by the aerial image measuring device is formed is provided.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<< 1st Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 10 according to the first embodiment. The exposure apparatus 10 is a step-and-scan type scanning exposure apparatus.
The exposure apparatus 10 includes an illumination system including a light source 16 and an illumination optical system 12, a reticle stage RST holding a reticle R as a mask illuminated by exposure light IL as an energy beam emitted from the illumination system, a reticle. A projection optical system PL as an optical system for projecting exposure light IL emitted from R onto a wafer W as a substrate, a wafer stage WST as a substrate stage for holding the wafer W, and a control system for these components are provided. .
As the light source 16, for example, an ArF excimer laser light source that outputs ultraviolet pulse light having a wavelength of 193 nm (or a KrF excimer laser light source that outputs ultraviolet pulse light having a wavelength of 248 nm) is used. The light source 16 is, in fact, a clean room in which a chamber (not shown) in which an exposure apparatus main body including the components of the illumination optical system 12 and the reticle stage RST, the projection optical system PL, and the wafer stage WST are housed. It is located in another low clean service room. The light source 16 is actually connected to the illumination optical system 12 via a light transmission optical system including an optical axis adjustment optical system called a beam matching unit and a relay optical system (both not shown). . The light source is F 2 A laser light source (output wavelength: 157 nm) or another pulse light source may be used.
The illumination optical system 12 includes a beam shaping optical system 18, a fly-eye lens 22 as an optical integrator (homogenizer), an illumination system aperture stop plate 24, a first relay lens 28A, a second relay lens 28B, a fixed reticle blind 30A, and a movable reticle blind 30A. A reticle blind 30B, a mirror M for bending the optical path, a condenser lens 32, and the like are provided.
In the beam shaping optical system 18, the cross-sectional shape of the laser beam LB pulsed by the light source 16 is shaped so as to efficiently enter a fly-eye lens 22 provided behind the optical path of the laser beam LB. For example, a cylinder lens and a beam expander (both not shown) are included. The beam shaping optical system 18 also includes a zoom optical system that can continuously change the cross-sectional area of the laser beam according to the setting of an illumination aperture stop by an illumination system aperture stop plate 24 described later. .
The fly-eye lens 22 is disposed on the optical path of the laser beam LB emitted from the beam shaping optical system 18, and has a large number of point light sources (light source images) on its exit-side focal plane to illuminate the reticle R with a uniform illuminance distribution. ), Ie, a secondary light source. The laser beam emitted from the secondary light source is also referred to as “exposure light IL” in this specification. Note that a rod-type (internal reflection type) integrator or a diffractive optical element may be used as the optical integrator instead of the fly-eye lens.
An illumination system aperture stop plate 24 made of a disc-shaped member is arranged on or near the exit-side focal plane of the fly-eye lens 22. The illumination system aperture stop plate 24 is provided at substantially equal angular intervals, for example, an aperture stop (normal illumination stop) formed of a normal circular aperture, and an aperture stop formed of a small circular aperture for reducing the σ value, which is a coherence factor. A small σ stop), a ring-shaped aperture stop for annular illumination (a ring stop), and a modified aperture stop (in FIG. 1, two of them) formed by eccentrically arranging a plurality of apertures for a modified light source method. (Only one type of aperture stop is shown). The illumination system aperture stop plate 24 is configured to be rotated by a driving device 40 such as a motor controlled by a main controller 50, whereby any one of the aperture stops is selectively placed on the optical path of the exposure light IL. Is set to In accordance with the selection of the aperture stop, the main controller 50 controls the zoom lens inside the beam shaping optical system 18 described above. This is because, for example, when a small σ stop is selected, the size of the cross section of the laser beam is reduced accordingly to prevent energy loss and the like.
A relay optical system including a first relay lens 28A and a second relay lens 28B is arranged on the optical path of the exposure light IL emitted from the illumination system aperture stop plate 24 via a fixed reticle blind 30A and a movable reticle blind 30B. I have.
The fixed reticle blind 30A is disposed on a plane slightly defocused from a conjugate plane with respect to the pattern plane of the reticle R, and has a rectangular opening defining an illumination area IAR on the reticle R. A movable reticle blind 30B having an opening whose position and width are variable in the direction corresponding to the scanning direction and the direction corresponding to the non-scanning direction perpendicular to the scanning direction is arranged near the fixed reticle blind 30A. By further restricting the illumination area IAR via the movable reticle blind 30B at the start and end of the exposure, unnecessary portions are prevented from being exposed.
A bending mirror M that reflects the exposure light IL that has passed through the second relay lens 28B toward the reticle R is disposed on the optical path of the exposure light IL behind the second relay lens 28B that constitutes the relay optical system. The condenser lens 32 is arranged on the optical path of the exposure light IL behind the mirror M.
The operation of the illumination system configured as described above will be briefly described. The laser beam LB pulse-emitted from the light source 16 is incident on the beam shaping optical system 18 and is efficiently transmitted to the rear fly-eye lens 22 here. After its cross-sectional shape is shaped so as to be incident, it is incident on the fly-eye lens 22. As a result, a secondary light source is formed on the exit-side focal plane of the fly-eye lens 22 (pupil plane of the illumination optical system 12). The exposure light IL emitted from the secondary light source passes through one of the aperture stops on the illumination system aperture stop plate 24, passes through the first relay lens 28A, and the rectangular opening of the fixed reticle blind 30A and the movable reticle. After passing through the blind 30B, pass through the second relay lens 28B, bend the optical path vertically downward by the mirror M, pass through the condenser lens 32, and then pass through the condenser lens 32 to the illumination area IAR on the reticle R held on the reticle stage RST. Are illuminated with a uniform illuminance distribution.
A reticle R is mounted on the reticle stage RST, and is held by suction via a vacuum chuck (not shown). The reticle stage RST can be finely driven in a horizontal plane (XY plane), and is scanned by a reticle stage driving section 49 in a predetermined stroke range in a scanning direction (here, the Y-axis direction which is the horizontal direction in FIG. 1). It is supposed to be. The position and the amount of rotation of the reticle stage RST during the scanning are measured at a predetermined resolution, for example, about 0.5 to 1 nm by an external laser interferometer 54R via a movable mirror 52R fixed on the reticle stage RST. The measurement value of the laser interferometer 54R is supplied to the main controller 50.
Here, a moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the Y-axis direction and a moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the X-axis direction are provided on the reticle stage RST. Although a reticle Y interferometer and a reticle X interferometer are provided, these are typically shown as a moving mirror 52R and a laser interferometer 54R in FIG. Note that, for example, the end surface of reticle stage RST may be mirror-finished to form a reflection surface (corresponding to the reflection surface of movable mirror 52R). Further, a reflecting surface extending in the X-axis direction used for detecting the position of the reticle stage RST in the scanning direction (the Y-axis direction in the present embodiment) may be provided. Alternatively, at least one corner cube type mirror may be provided. May be used.
At a predetermined position on the reticle stage RST, a reticle fiducial mark plate (hereinafter abbreviated as “RFM plate”) 68 is provided as a reference member used for aerial image measurement described later. I have. As the RFM plate 68, a glass substrate having substantially the same shape and substantially the same area as the illumination area IAR is used. At a predetermined position on the pattern surface, a plurality of reference marks are used for aerial image measurement to be described later. Measurement marks and the like are formed.
The materials used for the reticle R and the RFM plate 68 need to be properly used depending on the light source used. That is, when a KrF excimer laser light source or an ArF excimer laser light source is used as a light source, synthetic quartz or the like can be used in addition to fluorite. 2 In the case where a laser light source is used, it is necessary to be formed of fluorite, synthetic quartz doped with fluorine, or quartz.
The projection optical system PL is, for example, a bilateral telecentric reduction system, and uses a refraction optical system including a plurality of lens elements 70a, 70b,... Having a common optical axis in the Z-axis direction. The pupil plane of the projection optical system PL has a conjugate positional relationship with the secondary light source surface formed by the fly-eye lens 22, and has a Fourier transform positional relationship with the reticle pattern surface. Further, as the projection optical system PL, one having a projection magnification β of, for example, １ ／, ５, １ ／, or the like is used. Therefore, as described above, when the illumination area IAR on the reticle R is illuminated by the exposure light IL, the image formed by reducing the pattern formed on the reticle R by the projection optical system PL at the projection magnification β becomes the front surface. Is projected and transferred to a slit-shaped exposure area IA on a wafer W on which a resist (photosensitive agent) is applied.
An aperture stop 69 is provided near the pupil plane of the projection optical system PL. The size of the aperture of the aperture stop 69 is variable, and the numerical aperture (NA) of the projection optical system PL can be freely adjusted. Here, an iris diaphragm is used as the aperture stop 69, and the numerical aperture of the projection optical system PL is changed by changing the aperture of the aperture stop 69 by a diaphragm driving mechanism (not shown). A. Can be changed continuously within a predetermined range. The aperture drive mechanism is controlled by main controller 50. The diffracted light passing through the aperture of the aperture stop 69 contributes to image formation on the wafer W placed in a conjugate positional relationship with the reticle R.
Of the plurality of lens elements, a plurality of lens elements including the lens element 70a closest to the reticle R can be driven independently. For example, the lens element 70a is supported by a ring-shaped support member 76a, and the support member 76a is an extendable drive element, for example, piezo elements 74a, 74b, 74c (the drive element 74c on the back side in the drawing is not shown). Thus, it is supported at three points and communicates with the lens barrel 76b. The drive elements 74a, 74b, and 74c allow the three peripheral points of the lens element 70a to be independently moved in the optical axis AX direction of the projection optical system PL. That is, the lens element 70a can be translated along the optical axis AX in accordance with the displacement amounts of the three driving elements 74a, 74b, 74c, and can be arbitrarily inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis AX. You can also. Other drivable lens elements are configured to be minutely driven in the optical axis AX direction and the tilt direction via the same driving mechanism as the lens element 70a. In the case of the present embodiment, for example, five Seidel aberrations (distortion, astigmatism, coma, spherical aberration, field curvature (focus)), and the like can be adjusted by driving the lens element 70a and the like. In this case, it is possible to independently correct the imaging characteristics by the number of lens elements that can be driven.
In this case, the voltage applied to the driving element that drives the lens element 70a and the like is controlled by the imaging characteristic correction controller 78 based on a command from the main control device 50, whereby the displacement of the driving element is controlled. It has become so. The imaging characteristic correction controller 78 not only adjusts the aberration of the projection optical system PL, but also keeps the aberration constant with respect to the fluctuation of the aberration of the projection optical system PL due to a change in atmospheric pressure, absorption of the illumination light beam, and the like. Also have. In FIG. 1, the optical axis AX of the projection optical system PL refers to the optical axis of the lens element 70b and other lens elements (not shown) fixed to the lens barrel 76b.
When KrF excimer laser light or ArF excimer laser light is used as the exposure light IL, synthetic quartz, fluorite or the like can be used as each lens element constituting the projection optical system PL. 2 When laser light is used, a material such as a lens used for the projection optical system PL is a fluoride crystal such as fluorite.
The wafer stage WST includes an XY stage 14 and a Z tilt stage 58 mounted on the XY stage 14.
The XY stage 14 is two-dimensionally driven by a wafer stage driving unit 56 in the Y-axis direction (left-right direction in the plane of FIG. 1), which is the scanning direction, and in the X-axis direction (perpendicular to the plane of FIG. 1). It has become. A wafer W is held on a Z tilt stage 58 mounted on the XY stage 14 via a wafer holder 25 by vacuum suction or the like. The Z tilt stage 58 has a function of adjusting the position (focus position) of the wafer W in the Z-axis direction by, for example, three actuators (piezo elements or voice coil motors) and adjusting the tilt angle of the wafer W with respect to the XY plane. Have. The position of the Z tilt stage 58 is measured by an external laser interferometer 54W via the side surface of the mirror-finished Z tilt stage 58, and the measured value of the laser interferometer 54W is supplied to the main controller 50. It has become.
Here, as shown in the plan view of FIG. 2, the Z tilt stage 58 has a substantially square shape when viewed from above, and its -X side and -Y side have mirror-finished side surfaces. The surfaces 55X and 55Y are respectively formed, and the laser interferometer is provided with an X-axis position measurement interferometer 54Wx and a Y-axis position measurement interferometer 54Wy, respectively. Further, a convex portion 51 projecting toward the + Y side by a predetermined amount is formed at the −X side end of the + Y side surface of the Z tilt stage 58. The −X side surface of the convex portion 51 constitutes a part of the above-described reflection surface 55X.
Instead of the above-described reflecting surfaces 55X and 55Y, an X moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the X axis and a Y moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the Y axis may be provided. The interferometer 54Wx for measuring the X-axis position and the interferometer 54Wy for measuring the Y-axis position are multi-axis interferometers having a plurality of measurement axes, and in addition to the X and Y positions of the Z tilt stage 58, rotation (yaw (Z-axis)). Rotation (θz rotation), pitching (θx rotation around X axis), and rolling (θy rotation around Y axis) can also be measured. Therefore, in the following description, it is assumed that the positions of the Z tilt stage 58 in the directions of five degrees of freedom of X, Y, θz, θy, and θx are measured by the laser interferometers 54Wx and 54Wy. Further, the multi-axis interferometer irradiates a laser beam onto a reflection surface installed on a gantry (not shown) on which the projection optical system PL is mounted by projecting the laser beam through the reflection surface of the Z tilt stage 58 at an angle of 45 ° to project the laser beam. The relative position information in the optical axis direction (Z-axis direction) of the optical system PL may be detected.
At the + X side end of the + Y side of the Z tilt stage 58, a wavefront measuring device 80 as a wavefront measuring device for measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL is detached via a screw or a magnet. It is provided as possible. The wavefront measuring device 80 is detached from the Z-tilt stage 58 at the time of exposure, and is attached to the Z-tilt stage 58 only when measuring the wavefront aberration. The configuration and the like of the wavefront measuring device 80 will be described later.
As can be seen from FIG. 2, when the wavefront measuring device 80 is mounted on the Z tilt stage 58, the position of the wavefront measuring device 80 in the X-axis direction is provided. Can be measured by the laser interferometer 54Wx. Accordingly, the stroke of the Z tilt stage 58 in the Y-axis direction is set to be long.
Next, the configuration and the like of the wavefront measuring device 80 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the wavefront measuring device 80 includes a housing 62 having an internal space having an L-shaped XZ cross section, and a plurality of optical elements arranged inside the housing 62 in a predetermined positional relationship. And a light receiving unit 42 arranged at the −X side end inside the housing 62. As the wavefront measuring device 80, a Shack-Hartman type wavefront measuring device is used here.
More specifically, the housing 62 is formed of a hollow member having an internal space having an L-shape in an XZ section, and the uppermost portion (the end in the + Z direction) is provided with light from above the housing 62. A circular opening 62a in a plan view is formed so that is incident toward the internal space of the housing (see FIG. 2). A cover glass 82 is provided to cover the opening 62a from below. On the upper surface of the cover glass 82, a light-shielding film having a circular opening in the center is formed by vapor deposition of a metal such as chrome, and unnecessary light from the surroundings is measured by the light-shielding film when measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL. Light is blocked from entering the light receiving optical system 44.
The light receiving optical system 44 includes an objective lens 64a, a relay lens 64b, a bending mirror 39, and a −X side of the bending mirror 39, which are sequentially arranged from top to bottom below the cover glass 82 inside the housing 62. , A collimator lens 64c, a microlens array 66, and the like, which are sequentially arranged. The bending mirror 39 is inclined at 45 ° so that the optical path of the light incident on the objective lens 64a from above toward the collimator lens 64c is bent vertically downward from above. . Each optical member constituting the light receiving optical system 44 is fixed to the inside of the wall of the housing 62 via a holding member (not shown). The micro lens array 66 is configured by arranging a plurality of small convex lenses (lens elements) in an array on a plane orthogonal to the optical path.
The light receiving section 42 includes a light receiving element 40a formed of a two-dimensional CCD or the like for detecting light by a photoelectric conversion method, and an electric circuit 40b for driving the light receiving element 40a. The light receiving element 40a has a light receiving surface having an area sufficient to receive all of the light beams that enter the objective lens 64a and exit from the microlens array 66. The electric circuit 40b is a circuit that must be disposed near the light receiving element 40a due to its function, for example, an electric circuit such as a charge transfer control circuit. The electric circuit 33 that can be physically separated from the light receiving element 40a is provided at a position away from the housing 62, and is connected to the electric circuit 40b by a flat cable. The data measured by the light receiving unit 42 is output to the wavefront measurement control device 48 via the electric circuit 33 (see FIG. 1).
The operation of the light receiving optical system 44 and the light receiving unit 42 configured as described above will be briefly described. A light beam that has entered the inside of the housing 62 through the opening 62a enters the objective lens 64a from above, and is relayed. The light reaches the mirror 39 via the lens 64b. The light path of this light beam is bent by 90 ° by the mirror 39, converted into a parallel light beam by the collimator lens 64 c, and incident on the microlens array 66. The light beams incident on the microlens array 66 are condensed on the light receiving elements 40a constituting the light receiving section 42 via the respective lens elements constituting the microlens array 66. The light incident on each light condensing point on the light receiving element 40a is photoelectrically converted by the light receiving element 40a, and the photoelectric conversion signal is sent to the wavefront measurement control device 48 of FIG. 1 via the electric circuits 40b, 33, and the like. The wavefront measurement control device 48 calculates an image forming position based on the photoelectric conversion signal.
Returning to FIG. 2, of the four corners on the Z tilt stage 58, at the corners at the + X direction end and the + Y direction end, a light receiving surface having the same height as the exposure surface of the wafer W is provided. An aerial image measuring device 59 for measuring a projection image by the exposure light IL passing through the PL is provided.
As shown in FIG. 2, the aerial image measuring instrument 59 has a cylindrical housing having a substantially circular shape in plan view, and a light receiving glass 57 made of synthetic quartz or the like is provided on a ceiling surface of the housing. The light receiving surface of the light receiving glass 57 has a sufficient size and a high flatness (flatness). This is because the aerial image measuring device 59 has a simpler structure than the above-described wavefront measuring device 80, requires almost no precision of the optical system, is small in size, has little influence on the weight of the Z tilt stage 58, and can be easily removed. This is because it is not necessary to set the processing surface accuracy of the light receiving glass 57 to be high. As shown in FIG. 4A, a metal such as chromium is deposited on the upper surface of the light receiving glass 57 to form a light shielding film. A slit-shaped opening (opening pattern) 57a is formed in the center of the light-shielding film. Below the light receiving glass 57, as shown in FIG. 4B schematically showing the internal configuration of the aerial image measuring device 59, a condensing lens 81 and a photo provided below the condensing lens 81 are provided. An optical sensor 83 such as a diode or a photomultiplier is provided. The operation and the like of each component of the aerial image measuring device 59 will be described later in detail together with the aerial image measuring method.
Returning to FIG. 1, the exposure apparatus 10 of the present embodiment has a light source whose on / off is controlled by the main control device 50, and converts a large number of pinhole images or images of slits toward the imaging plane of the projection optical system PL. An oblique incidence system including an irradiation system 60a for irradiating an image forming light beam to be formed obliquely with respect to the optical axis AX, and a light receiving system 60b for receiving the image forming light beam reflected on the surface of the wafer W. Of the multi-point focal position detection system (focus sensor). The main controller 50 controls the inclination of the reflected light flux of the parallel plate (not shown) in the light receiving system 60b with respect to the optical axis, thereby offsetting the focus detection systems (60a, 60b) in accordance with the focus fluctuation of the projection optical system PL. To perform the calibration. As a result, the image plane of the projection optical system PL and the surface of the wafer W match within the above-described exposure area IA within the range (width) of the depth of focus. The detailed configuration of a multipoint focal position detection system (focus sensor) similar to that of the present embodiment is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-283403 and US Pat. No. 5,448,332 corresponding thereto. ing. To the extent permitted by the national laws of the designated or designated elected States in this International Application, the disclosures in the above publications and U.S. patents are incorporated herein by reference.
The main controller 50 also measures and aligns the Z position of the wavefront measuring device 80 using the focus detection system (60a, 60b) when measuring the wavefront aberration described later.
That is, as can be seen from the above description, the position measuring device of the present invention is constituted by the wafer interferometers 54Wx, 54Wy and the focus detection systems (60a, 60b).
At the time of scanning exposure or the like, main controller 50 adjusts the Z position of Z tilt stage 58 so that the defocus becomes zero based on a defocus signal (defocus signal) from light receiving system 60b, for example, an S-curve signal. By performing control via the illustrated drive system, auto focus (auto focus) and auto leveling are executed. In addition, according to the focus detection system (60a, 60b), not only the position of the wafer W in the optical axis direction but also the inclination including the undulation component of the wafer W can be measured. W tilt control (auto leveling) is performed.
Although not shown, an off-axis type alignment detection system is provided on a side surface of the projection optical system PL. As the alignment detection system, here, a target band is irradiated with a broadband detection light beam that does not expose the resist on the wafer, and the image of the target mark formed on the light receiving surface by reflected light from the target mark is not shown. An FIA (Filed Image Alignment) -based alignment sensor of an image processing system that captures an image of the target using an image sensor (CCD) or the like and outputs an image signal of the image is used. Based on the output of the alignment detection system, it is possible to perform position measurement in the X and Y two-dimensional directions such as a reference mark on a reference mark plate (not shown), an alignment mark on the wavefront measuring device 80, and an alignment mark on the wafer. It is possible.
In addition, as the alignment detection system, not only the FIA system but also, for example, irradiating a target mark with coherent detection light to detect scattered light or diffracted light generated from the target mark, or two types of light generated from the target mark Of course, it is possible to use an alignment sensor that detects the interference by diffracted light (for example, the same order) alone or in an appropriate combination.
Further, although not shown, an exposure wavelength for observing a reticle mark on the reticle R and a mark of a reference mark plate (not shown) simultaneously via the projection optical system PL is used above the reticle R. A pair of reticle alignment microscopes (hereinafter, referred to as “RA microscope” for convenience) including a TTR (Through The Reticle) alignment optical system is provided. In the present embodiment, an RA microscope having the same configuration as that of the RA microscope disclosed in detail in, for example, JP-A-7-176468 and US Patent No. 5,646,413 corresponding thereto is used. To the extent permitted by the national laws of the designated or designated elected States in this International Application, the disclosures in the above publications and U.S. patents are incorporated herein by reference.
The control system is mainly configured by a main control device 50 as a control device in FIG. Main controller 50 includes a so-called microcomputer (or workstation) including a CPU (central processing unit), a ROM (read only memory), a RAM (random access memory), and the like. In addition to performing the various controls described above, main controller 50 controls, for example, synchronous scanning of reticle R and wafer W, stepping of wafer W, exposure timing, and the like so that the exposure operation is performed accurately.
Specifically, for example, at the time of scanning exposure, the main controller 50 controls the reticle R to move in the + Y direction (or the −Y direction) via the reticle stage RST. R = V, the wafer W moves in the −Y direction (or + Y direction) with respect to the exposure area IA via the wafer stage WST. W = Β · V (β is a projection magnification from the reticle R to the wafer W) via the reticle stage driving unit 49 and the wafer stage driving unit 56 based on the measurement values of the laser interferometers 54R and 54W, respectively. The position and speed of reticle stage RST and wafer stage WST are controlled, respectively. At the time of stepping, main controller 50 controls the position of wafer stage WST via wafer stage driving unit 56 based on the measurement value of laser interferometer 54W.
Further, in the present embodiment, the main controller 50 detects the projected image (aerial image) of the measurement mark (mark pattern) by the aerial image measuring device 59 as described later, or outputs the detected image via the wavefront measurement controller 48. To measure the wavefront aberration using the wavefront measuring device 80, or to calculate the fluctuation amount of the imaging characteristic of the projection optical system PL based on the measurement result, and to correct the imaging characteristic based on the calculation result. In addition to adjusting the imaging characteristics of the projection optical system PL via the controller 78, the overall control of the entire apparatus is performed.
Next, a method of measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL in the exposure apparatus 10 of the present embodiment will be described. In the following description, for simplification of the description, it is assumed that the aberration of the light receiving optical system 44 in the wavefront measuring device 80 is small enough to be ignored.
First, at the time of normal exposure, the wavefront measuring device 80 is detached from the Z tilt stage 58. Therefore, at the time of wavefront measurement, an operation of attaching the wavefront measuring device 80 to the side surface of the Z tilt stage 58 is performed by an operator. . At the time of this attachment, a bolt or a magnet or the like is attached to a predetermined reference surface (here, the surface on the + Y side) so that the wavefront measuring device 80 is within the movement stroke of the wafer stage WST (Z tilt stage 58) during wavefront measurement. Fixed through.
After the completion of the above mounting, in response to the input of a measurement start command by the operator, the main controller 50 controls the wafer via the wafer stage driving unit 56 so that the wavefront measuring device is positioned below the above-described alignment detection system. The stage WST is moved. Then, main controller 50 detects an alignment mark (not shown) provided on wavefront measuring device 80 by an alignment detection system, and performs alignment based on the detection result and the measurement value of laser interferometer 54W at that time. The position coordinates of the mark are calculated, and the accurate position of the wavefront measuring device 80 is obtained. Then, after the position measurement of the wavefront measuring device 80, the measurement of the wavefront aberration is performed with the main controller 50 as a center as follows.
a. First, main controller 50 loads a measurement reticle Rp (hereinafter abbreviated as “reticle Rp” as appropriate) on which a pinhole pattern is formed by a reticle loader (not shown) onto reticle stage RST (see FIG. 5A). ). This reticle Rp is a dedicated reticle in which pinholes (pinholes which become spherical light waves as substantially ideal point light sources) are formed at a plurality of points in the same area as the illumination area IAR on the pattern surface. . When measuring the wavefront aberration, a plurality of pinholes may be formed in advance on the RFM plate 68 and used instead of the measurement reticle Rp. In addition, if a similar pinhole pattern can be arranged on a normal device reticle, this may be used.
The reticle Rp used here is provided with a diffusing surface on the upper surface or the like, so that all the N.V. A. So that the wavefront of the light beam passing through the projection optical system PL can be determined. A. It is assumed that the wavefront aberration over the range is measured.
b. After loading reticle Rp, main controller 50 detects a reticle alignment mark formed on reticle Rp using the above-mentioned RA microscope, and positions reticle Rp at a predetermined position based on the detection result. . Thereby, the center of the reticle Rp and the optical axis of the projection optical system PL substantially match.
c. Thereafter, main controller 50 gives control information TS to light source 16 to emit laser light. As a result, the reticle Rp is irradiated with the exposure light IL from the illumination optical system 12. Then, light emitted from the plurality of pinholes of the reticle Rp is condensed on the image plane via the projection optical system PL, and an image of the pinhole is formed on the image plane.
d. Next, main controller 50 sets substantially the center of aperture 62 a of wavefront measuring device 80 at an image forming point where an image of any pinhole (hereinafter, referred to as a focused pinhole) on reticle Rp is formed. The wafer stage WST is moved via the wafer stage driving unit 56 while monitoring the measurement value of the wafer laser interferometer 54W so that the values of the two coincide. At this time, the main controller 50 sets the upper surface of the cover glass 82 of the wavefront measuring device 80 to coincide with the image plane on which the pinhole image is formed based on the detection result of the focus detection system (60a, 60b). Wafer stage WST is minutely driven in the Z-axis direction via wafer stage driving section 56. As a result, the image light flux of the pinhole of interest enters the light receiving optical system 44 via the central opening of the cover glass 82 and is received by the light receiving element constituting the light receiving unit 42. FIG. 5A shows a state after the measurement of the wavefront aberration is started in this way.
More specifically, a spherical wave is generated from a pinhole of interest on the reticle Rp, and the spherical wave is generated by the projection optical system PL and the objective lens 64 a that constitutes the light receiving optical system 44 of the wavefront measuring device 80. The light becomes a parallel light beam through the relay lens 64b, the mirror 39, and the collimator lens 64c, and irradiates the microlens array 66. Thereby, the wavefront on the pupil plane of the projection optical system PL is relayed to the microlens array 66 and is divided (wavefront division). Then, each light is condensed on the light receiving surface of the light receiving element by each lens element of the micro lens array 66, and an image of a pinhole is formed on the light receiving surface.
At this time, if the projection optical system PL is an ideal optical system having no wavefront aberration, the wavefront on the pupil plane of the projection optical system PL becomes an ideal wavefront (here, a plane), and as a result, the microlens array The parallel light beam incident on 66 becomes a plane wave, and its wavefront should be an ideal wavefront. In this case, as shown in FIG. 6A, a spot image (hereinafter, also referred to as “spot”) is formed at a position on the optical axis of each lens element constituting the microlens array 66.
However, since the projection optical system PL usually has a wavefront aberration, the wavefront of the parallel light beam incident on the microlens array 66 deviates from the ideal wavefront, and the deviation, that is, the inclination of the wavefront with respect to the ideal wavefront, As shown in FIG. 6B, the image forming position of each spot is shifted from the position on the optical axis of each lens element of the microlens array 66. In this case, the displacement of each spot from the reference point (the position of each lens element on the optical axis) corresponds to the inclination of the wavefront.
d. Then, the light (light flux of the spot image) incident on each light condensing point on the light receiving element constituting the light receiving section 42 is photoelectrically converted by the light receiving element, and the photoelectric conversion signal is converted into a wavefront through the electric circuits 40b, 33 and the like. It is sent to the measurement control device 48, and the wavefront measurement control device 48 calculates the imaging position of each spot based on the photoelectric conversion signal, and further uses the calculation result and the position data of the known reference point. , And the position shift (Δξ, Δη) is calculated and stored in the internal memory. At this time, the main controller 50 sends the measured value (X) of the laser interferometer 54W to the wavefront measurement controller 48 at that time. i , Y i ) Is supplied.
e. As described above, when the measurement of the displacement of the spot image by the wavefront measuring device 80 at the focus point of the pinhole image of interest is completed, the main controller 50 The wafer stage WST is moved so that the center of the opening 62a of the wavefront measuring device 80 substantially coincides with the imaging point of the next pinhole image. When this movement is completed, the main controller 50 emits laser light from the light source 16 in the same manner as described above, and the wavefront measurement controller 48 similarly calculates the imaging position of each spot. Thereafter, the same measurement is sequentially performed at the other imaging points of the pinhole image.
In this way, when the necessary measurement is completed, the memory of the wavefront measurement controller 48 stores the above-described positional deviation data (Δξ, Δη) at the imaging point of each pinhole image and the Coordinate data (measured by laser interferometer 54W at the time of measurement at the imaging point of each pinhole image (X i , Y i )) Are stored.
Therefore, the wavefront measurement control device 48 calculates the position shift (Δξ, Δη) corresponding to the inclination of the wavefront on the pupil plane of the projection optical system PL corresponding to the imaging point of the pinhole image stored in the memory. For example, the wavefront is restored, that is, the wavefront aberration is calculated using a well-known Zernike polynomial. Since the method of calculating the wavefront aberration is well known, a detailed description thereof will be omitted. However, since it is not easy to directly differentiate the inclination of the wavefront given only by the displacement, the surface shape is determined by a series. To fit this. In this case, the series should be an orthogonal system (Zernike polynomial). The Zernike polynomial is a series suitable for developing an axisymmetric surface. ) And the derivative of the wavefront are detected as the above-mentioned positional deviation, so that the fitting is performed by the least square method with respect to the differential coefficient, which is a point for efficient calculation.
It is known that each term of the Zernike polynomial corresponds to each optical aberration such as distortion, focus component, astigmatism, coma aberration, and spherical aberration, and that the lower-order terms almost correspond to Seidel aberration. ing. Therefore, by using the Zernike polynomial, each aberration caused by the imaging performance of the projection optical system PL can be obtained.
Then, the wavefront measurement control device 48 supplies the calculated wavefront aberration of the projection optical system PL to the main control device 50. The main controller 50 forms an image based on the data of the wavefront aberration of the projection optical system PL alone supplied from the wavefront measurement controller 48, that is, information of each optical aberration corresponding to each term of the Zernike polynomial. A command is given to the characteristic correction controller 78 to adjust the imaging characteristics of the projection optical system PL, for example, distortion, astigmatism, coma, spherical aberration, field curvature (focus), and the like.
The above-described measurement of the wavefront aberration and the fine adjustment of the imaging characteristics of the projection optical system PL based on the measurement are also performed, for example, in an exposure apparatus manufacturer at the time of final fine adjustment of the projection optical system PL before shipment. . That is, the projection optical system PL has already been adjusted to some extent before being mounted on the exposure apparatus 10 and only performing the final fine adjustment after being mounted on the exposure apparatus 10. The final adjustment can be performed by measuring the wavefront aberration and finely adjusting the imaging characteristics of the projection optical system PL (fine adjustment of the lens element) based on the measurement. After that, the wavefront measuring device 80 is detached from the Z tilt stage 58, and then the exposure apparatus 10 is shipped.
As described above, the wavefront measuring device 80 is not always installed on the side surface of the Z tilt stage 58. Therefore, in the exposure apparatus 10 of the present embodiment, the correction of the imaging characteristics of the projection optical system PL during normal use is performed based on the measurement result of the aerial image by the aerial image measuring device 59 attached to the Z tilt stage 58. Therefore, it is mainly performed.
Next, a method of measuring an aerial image using the aerial image measuring device 59 will be described. First, using a measurement pattern, here, a line and space pattern (hereinafter abbreviated as “L / S pattern”), measurement of a projection position (imaging position) of the spatial image on the XY plane. Will be described.
First, main controller 50 moves reticle stage RST to the position shown in FIG. 5B via reticle stage drive unit 49, and moves Z tilt stage 58 through wafer stage drive unit 56 as shown in FIG. Move to near the position. Here, on the RFM plate 68 described above, a plurality of measurement marks including measurement marks (hereinafter, referred to as “marks PM” for convenience) composed of L / S patterns having periodicity in the Y-axis direction are provided. It is assumed that they are formed in a positional relationship.
In this state, main controller 50 gives control information TS to light source 16 to emit laser light. Thus, the exposure light IL from the illumination optical system 12 is applied to the RFM plate 68. Thereby, diffracted light generated at, for example, the mark PM of the RFM plate 68 is condensed on the image plane via the projection optical system PL, and a spatial image (projection image) PM ′ of the mark PM is shown in FIG. 4A. Formed on the image plane.
Next, main controller 50 moves Z tilt stage 58 to the left in FIG. 4A (the −Y direction in FIG. 1) via wafer stage drive unit 56, thereby spatially moving spatial image PM ′. The opening 57a of the image measuring device 59 is scanned, and the aerial image PM 'is measured by a so-called slit scan method.
During this measurement, the exposure light IL transmitted through the opening 57a of the light receiving glass 57 reaches the light receiving surface of the optical sensor 83 through the condenser lens 81, and the optical sensor 83 performs photoelectric conversion. By this photoelectric conversion, for example, a light amount signal (image intensity signal of an aerial image) as shown in FIG. 4C is output from the optical sensor 83. The horizontal axis in FIG. 4C is the position in the Y-axis direction of the Z tilt stage 58, and is the coordinate measured by the above-described wafer interferometer 54Wy. The light amount signal from the optical sensor 83 is supplied to the main controller 50.
The main controller 50 measures the aerial image PM ′ by performing function fitting or the like on the light amount signal, and applies a known slicing method or other processing method to the measurement result of the aerial image PM ′ to obtain the aerial image PM ′. An imaging position in an XY plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system PL is obtained. Here, the slicing method slices an image intensity signal of an aerial image as shown in FIG. 4C at a predetermined slice level, and detects an edge of each line of the mark PM based on an intersection between the image intensity signal and the slice level. This is an edge detection method.
The main controller 50 sequentially measures the aerial image and the imaging position for different measurement marks on the RFM plate 68 in the same procedure as described above, thereby obtaining a plurality of measurement marks (projection optical system PL). The information of the imaging position of the measurement mark distributed in the illumination area IAR corresponding to the effective projection field of view is obtained, and a predetermined calculation is performed based on the obtained information, thereby obtaining, for example, the magnification of the projection optical system PL. And imaging characteristics such as distortion. The calculation of the magnification and distortion of the projection optical system PL based on the result of the aerial image measurement is disclosed in detail in, for example, US Pat. No. 5,841,520. To the extent permitted by national legislation in the designated country or selected elected country of this international application, the disclosures in the above U.S. patents are incorporated herein by reference.
Next, a method of obtaining an image plane position (best focus position) of the projection optical system PL by aerial image measurement will be briefly described. In detecting the image plane position, the main controller 50 changes the Z position of the Z tilt stage 58 at a predetermined step pitch based on the detection result of the focus detection system (60a, 60b) in the same manner as described above. To measure the spatial image PM ′ of the measurement mark PM by the slit scan method. Then, among the image intensity signals of the aerial image obtained for each Z position, for example, the Z position corresponding to the image intensity signal that maximizes the contrast is defined as the image plane position. In addition, main controller 50 can determine the image plane position of a point corresponding to each measurement mark by repeatedly performing such measurement of the image plane position for different measurement marks. Here, when measuring the image plane position of each point, if the detection point (measurement point) of the focus detection system (60a, 60b) does not match the imaging point of the measurement mark, the focus detection system (60a, When an image plane measurement point (point) is set between the measurement points of 60b), the position in the Z-axis direction of the wavefront measuring device 80 at that point is accurately obtained by interpolation calculation based on the measurement results at adjacent measurement points. As a result, an image plane at an arbitrary point can be obtained. For this purpose, the surface of the wavefront measuring device 80 (for example, the cover glass 82) is a surface having a sufficient flatness, and the inclination component (leveling) of the surface of the wavefront measuring device 80 is accurately grasped. It is assumed that When the interpolation calculation is not performed, that is, when the wavefront measuring device 80 is used only for measuring the wavefront, it is not necessary to consider the flatness and the tilt component.
In addition, the main controller 50 can obtain the curvature of field by calculating the approximated surface by applying the least squares method or the like to the image plane position of each point obtained in this way.
As can be easily imagined from the above description, the condensing lens 81 constituting the aerial image measuring instrument 59 is merely for collecting light, and the optical sensor 83 is also for simply measuring light quantity. Therefore, the accuracy, size, and stability are simpler than those of the light receiving optical system 44 constituting the wavefront measuring device 80 and the light receiving element constituting the light receiving section 42, so that it can be mounted on all the exposure apparatuses. It is.
During normal use, specifically during continuous operation, the main controller 50 uses the aerial image measuring device 59 as described above to obtain distortion (including magnification), coma aberration, spherical aberration, image plane And other aberrations (lower-order aberrations) are measured at regular intervals, for example, every time the wafer at the beginning of the lot is exposed, or once a day, and based on the measurement results, as necessary. A command is given to the imaging characteristic correction controller 78 to adjust the imaging characteristic of the projection optical system PL, specifically, the above-mentioned low-order aberration.
Incidentally, the aerial image measuring device 59 directly measures the image forming position of the pattern image, and the image forming position measured by the aerial image measuring device 59 is a composite of a plurality of aberrations of the projection optical system PL. Is obtained from the aerial image PM 'affected by the influence. In general, if the illumination conditions set by the illumination system aperture stop plate 24 and the like in the illumination optical system 12 are different, the aerial image measurement result using the aerial image measurement device 59 is different. This is because, for example, if the setting of the aperture stop of the illumination system aperture stop plate 24 is different, the shape of the light source surface on the pupil plane of the illumination optical system 12 is different, and the RFM plate 68 illuminated with the illumination light from the light source surface This is because the optical path through which the diffracted light generated from the measurement pattern passes through the projection optical system PL differs depending on the shape of the light source surface. That is, only the light beam that has passed through a part of the projection optical system PL contributes to the image formation, and the light beam that contributes to the image formation differs depending on the shape of the light source surface. To do that. Similarly, the N.N. A. When the imaging conditions are changed due to a change in the aperture of the stop 69, a change in the pattern on the RFM plate 68 or a pattern on the reticle, the measurement results of the aerial image are similarly different.
Here, for example, consider a case where the projection optical system PL has a coma as shown in FIG. 7A. In this case, if the imaging conditions are different, the aerial image measurement results in different imaging positions for the reasons described above. On the other hand, if the distortion of the projection optical system PL is different, as is apparent from FIG. 7A and the above description, the aerial image measurement measures different image formation positions. Therefore, coma aberration and distortion cannot be separated only by measuring the imaging position by aerial image measurement.
For example, consider a case where the projection optical system PL has a spherical aberration as shown in FIG. 7B. In this case, if the imaging conditions are different, in the aerial image measurement, the imaging position (image plane) in the optical axis direction is measured differently. On the other hand, if the spherical aberration of the projection optical system PL is different, as is clear from FIG. 7B, in the aerial image measurement, the image formation position in the optical axis direction is measured differently. Therefore, it is difficult to distinguish between the field curvature component and the spherical aberration component only by aerial image measurement.
For various reasons as described above, when managing the imaging characteristics of the projection optical system PL based only on the aerial image measurement result, the aerial image measurement is performed every time the imaging condition is changed. It is necessary to adjust the imaging characteristics of the projection optical system PL based on the measurement results. Therefore, in the present embodiment, by using the wavefront aberration measurement and the aerial image measurement together, it is possible to distinguish the aberration components by the aerial image measurement, and further, the aerial image measurement is not necessary for each change of the imaging conditions described above. And Hereinafter, this point will be described.
First, an operation of attaching the wavefront measuring device 80 to the side surface of the Z tilt stage 58 is performed by the operator. After the attachment is completed, the main controller 50 measures the wavefront aberration in accordance with the above-described procedure in response to the input of the measurement start command by the operator. Thereby, as described above, all N.D. A. Is measured, and the measurement result is stored in a memory in main controller 50.
After an appropriate time (or after a lapse of a predetermined time), main controller 50 sets illumination system aperture stop plate 24 in illumination optical system 12 according to the setting of an exposure condition setting file (also called a process program) preset by the operator. The illumination condition is set by selecting the aperture stop of “N. A. By adjusting the stop 69, the numerical aperture of the projection optical system PL is set, and an optimal reticle or pattern to be transferred is selected and set. That is, the main controller 50 sets the imaging conditions set by the operator in this manner.
The optical path of the light beam passing through the inside of the projection optical system PL differs depending on the above-mentioned illumination conditions and the setting of the numerical aperture. Furthermore, since the diffracted light generated differs depending on the reticle pattern (pattern shape, presence / absence, type of phase shifter, etc.), the optical path of the light beam passing through the PL in the projection optical system is determined by a combination of these.
Main controller 50 executes aerial image measurement according to the above-described procedure using aerial image measurement device 59 on wafer stage WST under the setting of the imaging conditions, and stores the measurement result in the memory. .
Here, let us consider again the case where the projection optical system PL has a coma aberration. In this case, all N.D. A. Are measured in advance, and the measurement results include coma. Therefore, the amount of coma aberration is independent of the aerial image measurement condition and the measurement result based on the wavefront measurement result, that is, the term of the coma aberration component among the terms of the Zernike polynomial, that is, independent of the imaging condition. Is required with high accuracy. Therefore, the main controller 50 can separate the coma aberration component and the distortion component based on the wavefront measurement result and the measurement result of the aerial image, and calculate both components with high accuracy.
Similarly, even when the projection optical system PL has a spherical aberration, the spherical aberration is accurately obtained from the wavefront measurement result, that is, the term of the spherical aberration component among the terms of the Zernike polynomial, regardless of the imaging condition. Therefore, the main controller 50 separates the field curvature component and the spherical aberration component from the wavefront measurement result and the measurement result of the aerial image, and can calculate both components with high accuracy.
Therefore, the main controller 50 controls each lens element in the projection optical system PL via the imaging characteristic correction controller 78 based on the imaging characteristics (various aberrations) of the projection optical system PL calculated as described above. Is moved up and down, the imaging characteristics of the projection optical system PL can be adjusted with high accuracy.
In this case, as a result of the above-mentioned wavefront measurement, all N.D. A. Is measured in advance, the main controller 50 controls the spatial image stored in the memory even when the imaging condition is changed in accordance with the instruction of the operator or the setting of the process program. Based on the measurement result (the measurement result of the aerial image before the change of the imaging condition) and the measurement result of the wavefront aberration, the aerial image after the change of the imaging condition, that is, the image formation state of the pattern (and the The imaging characteristics (various aberrations) of the projection optical system PL can be obtained (estimated) by calculation. Therefore, the main controller 50 controls the projection optical system via the imaging characteristic correction controller 78 so that aberrations such as distortion are minimized based on various aberrations of the projection optical system PL after the change of the imaging condition. By moving each lens element in the PL up and down, the imaging characteristics of the projection optical system PL can be adjusted with high accuracy.
The adjustment of the imaging characteristics of the projection optical system PL is performed by moving the lens element in the projection optical system PL, and instead of or in addition to this, for example, the main controller 50 controls the wafer W and the reticle R At least one of them may be moved in the optical axis direction via the wafer stage driving unit 56 and the reticle stage driving unit 49, or may be inclined with respect to the optical axis. Further, instead of or in addition to each of the above operations, main controller 50 or imaging characteristic correction controller 78 shifts the wavelength of laser beam LB (exposure light IL) output from light source 16. This also makes it possible to adjust the imaging characteristics of the projection optical system PL.
According to the method of using the wavefront aberration measurement and the aerial image measurement together described above, each time the imaging condition is changed, without measuring the aerial image, and without being affected by the change of the imaging condition In addition, it is possible to accurately adjust the imaging characteristics of the projection optical system PL. In addition, under one imaging condition, by performing aerial image measurement repeatedly enough to obtain an aerial image using the average value, etc., the measurement accuracy is improved by the averaging effect, and the measurement result of each measurement is improved. The errors involved are also reduced.
Incidentally, it is desirable that the projection optical system PL can be stably used for a long period of time if it is adjusted once during the manufacture of the exposure apparatus, and the design and manufacture are performed in such a manner. However, the imaging characteristics may change in the long term due to the temperature release caused by the gradual release of the stress at the time of manufacturing, the stoppage of the air conditioning at the time of the service inspection of the factory, and the vibration of the device. Therefore, for example, it is desirable to frequently measure the imaging characteristics such as the wavefront aberration and to adjust the imaging characteristics without causing any problem.
However, since the wavefront measuring device 80 is not always provided on the side surface of the Z tilt stage 58 as described above, it is difficult to frequently measure the wavefront. On the other hand, the aerial image measurement device is always fixed on the Z-tilt stage 58, and the RFM plate 68 on which a measurement pattern used for aerial image measurement is formed is also permanently provided, so frequent aerial image measurement is possible. It is.
In the exposure apparatus 10 of the present embodiment, taking this point into account, the main controller 50 manages the imaging characteristics of the projection optical system PL as follows. Hereinafter, this imaging characteristic management method will be described.
In other words, in the normal use state, for example, during the continuous operation, the main controller 50 applies the Z tilt stage 58 to the Z tilt stage 58 at a relatively high frequency, for example, immediately before the start of exposure of the first wafer of the lot, or once a day. Using the permanently installed aerial image measuring device 59, the aerial image measurement is performed in the above-described procedure, and based on the measurement result, a change in the imaging characteristic of the projection optical system PL is monitored, and the The imaging characteristic of the projection optical system PL is corrected based on the measurement result of the aerial image. Performing the aerial image measurement at such a frequency is sufficient to determine whether the imaging characteristics of the projection optical system PL have changed. In addition, aberrations such as magnification, distortion, and curvature of field that can be accurately measured by an aerial image measurement device are more likely to change at a low order. Often there is no.
However, when the integrated value of the fluctuation of the imaging characteristics exceeds a certain value, it may be difficult to sufficiently correct the imaging characteristics based only on the measurement result of the aerial image. Therefore, in the case where the measured integrated value of the variation of the imaging characteristic exceeds a certain value, the main controller 50 displays the fact on a display device (not shown), and provides the operator with the measurement of the wavefront aberration. Urge. Thereby, the wavefront measuring device 80 is attached to the side surface of the Z tilt stage 58 by the operator, and the measurement of the wavefront aberration is executed as described above. Main controller 50 corrects (adjusts) the imaging characteristics of projection optical system PL based on the measurement result of the wavefront aberration. In this case, if the correction is impossible, for example, the fact may be displayed on a display device (not shown). Thereby, the operator recognizes that the imaging characteristic of the projection optical system PL is abnormal, and can take appropriate measures thereafter.
Further, for example, when the above-described imaging condition is changed, the main controller 50 determines the measurement result of the immediately preceding aerial image measurement and the wavefront aberration of the last (previously performed) wavefront aberration. Based on the measurement result, that is, by comparing the aberration component obtained by the aerial image measurement with the same aberration component (term of the Zernike polynomial) as the above-mentioned aberration component obtained by the wavefront measurement, The measurement result of the aerial image after the change is predicted. Then, the main controller 50 changes the imaging conditions, executes the measurement of the aerial image immediately after the change, and compares the measurement result of the aerial image with the measurement result of the predicted aerial image. Is larger than the allowable value, the fact is displayed on a display device (not shown), and the operator is prompted to measure the wavefront aberration.
In this manner, since the imaging characteristics of the projection optical system PL are managed by the main controller 50, the imaging characteristics of the projection optical system PL can be accurately maintained, and the measurement of the wavefront aberration is performed. Downtime of the device can be minimized.
Note that the wavefront aberration may be measured periodically, for example, at the time of maintenance every six months or once a year.
As is clear from the above description, in the present embodiment, an arithmetic unit is configured by the main control device 50, and a correction device is configured by the imaging characteristic correction controller 78. Further, an imaging characteristic measuring device is configured to include the main control device 50, the wavefront measuring control device 48, the aerial image measuring device 59, the wavefront measuring device 80, and the like. The imaging characteristic measuring device and the imaging characteristic correction controller 78 These form an imaging characteristic correction device.
As described above in detail, according to the exposure apparatus 10 of the present embodiment, the main controller 50 measures the projection image PM ′ of the measurement pattern by the projection optical system PL using the aerial image measurement device 59. The imaging characteristic of the projection optical system PL is calculated based on the result of measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL using the wavefront measuring device 80. At this time, the main controller 50 corrects the influence of the aberration included in the measurement result of the aerial image based on the measurement result of the wavefront aberration, thereby calculating the imaging characteristic of the projection optical system PL with high accuracy. Can be.
Further, based on the imaging characteristics of the projection optical system PL measured with high accuracy as described above, the main controller 50 corrects the imaging characteristics of the projection optical system PL via the imaging characteristic correction controller 78. Therefore, the imaging characteristics of the projection optical system PL can be corrected with high accuracy.
Further, according to the exposure apparatus 10 of the present embodiment, at the time of exposure, the above-described scanning exposure is performed in a state where the imaging characteristics of the projection optical system PL have been accurately corrected as described above. The reticle R is illuminated by the exposure light IL, and the pattern on the reticle R is transferred onto the wafer W via the projection optical system PL. Therefore, the pattern is accurately transferred onto the wafer W. That is, highly accurate exposure can be performed.
In the above embodiment, for simplification of the description, the aberration of the light receiving optical system 44 in the wavefront measuring device 80 is set to be small enough to be ignored. However, when it is required to measure the imaging characteristics with high accuracy that cannot be ignored even for such aberrations, it is necessary to measure the wavefront aberration of the light receiving optical system 44 alone. The following second embodiment has been made from such a viewpoint.
<< 2nd Embodiment >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the same reference numerals are used for the same or equivalent components as those in the first embodiment, and the description thereof will be simplified or omitted.
The second embodiment differs from the first embodiment only in the configuration of the wavefront measuring device and the method of measuring the wavefront aberration according to the configuration. Therefore, the following description will focus on such differences.
FIG. 8 is a plan view of a Z tilt stage 58 on which a wavefront measuring device 80 ′ as a wavefront measuring device according to the second embodiment is mounted. FIG. 9 is a sectional view of the wavefront measuring device 80 '.
As shown in FIG. 9, the wavefront measuring device 80 ′ is disposed in a first housing 62 </ b> A having an internal space having an L-shaped XZ cross section and a predetermined positional relationship inside the first housing 62 </ b> A. A light receiving optical system 44 composed of a plurality of optical elements, a heat insulating member 38 fixed to the + Y side end of the first housing 62A, a second housing 62B connected to the + Y side of the heat insulating member 38, And a light receiving unit 42 provided inside the second housing 62B.
In this case, the first housing 62A, the second housing 62B, and the heat insulating member 38 constitute a housing 62 'of the wavefront measuring device 80'. This wavefront measuring device 80 'is a Shack-Hartman type wavefront measuring device similar to the above-described wavefront measuring device 80.
More specifically, the first housing 62A is formed of an L-shaped cylindrical member, and light from above the first housing 62A is provided at the uppermost portion (the end in the + Z direction) of the first housing 62A. Is formed in a circular shape (see FIG. 8) when viewed from above. Further, a cover glass 28 provided with a light-shielding film as described above is provided so as to close the opening 62a 'from the inside of the cylindrical portion.
A detachable pinhole mask PHM is mounted on the upper surface of the first housing 62A above the cover glass 28 so as to cover the opening 62a '. The pinhole mask PHM is actually attached and detached by a slide mechanism (not shown) controlled by the wavefront measurement control device 48 described above. Instead of the slide mechanism, a rotation mechanism for attaching and detaching the pinhole mask PHM to and from the upper surface of the first housing 62A above the cover glass 28, and other mechanisms may be provided. Here, on the pattern surface (lower surface) of the pinhole mask PHM, a pinhole that generates a spherical wave as an almost ideal point light source when light is irradiated from above is formed. In the present embodiment, this pinhole mask PHM is used at the time of calibration described later.
The light receiving optical system 44 includes an objective lens 64a, a relay lens 64b, a bending mirror 39, a collimator lens 64c, and a micro lens disposed in the first housing 62A in the same positional relationship as in the first embodiment. It is composed of a lens array 66. Each optical member constituting the light receiving optical system 44 is fixed to the inside of the wall of the first housing 62A via a holding member (not shown).
As the heat insulating member 38, an annular member made of resin, ceramic, or the like is used. The shape of the heat insulating member 38 corresponds to the cross-sectional shape of the first housing 62A and the cross-sectional shape of the second housing 62B.
The second housing 62B is formed of a bottomed cylindrical member, and is connected to the + Y side of the first housing 62A via the heat insulating member 38. The light receiving section 42 is provided inside the second housing 64. Also in this case, the electric circuit 33 that can be physically separated from the light receiving element 40a is provided at a position away from the second housing 62B and is connected to the electric circuit 42b by a flat cable. The measurement data from the light receiving unit 42 is output to the above-described wavefront measurement control device 48 via the electric circuit 33.
Further, on the upper side of the outer surface of the first housing 62, as shown in FIG. 9, a heat shield 144 as a heat shield is provided via the mounting member 45 in a state of covering the upper part of the second housing 62B. Fixed. As the heat shield plate 144, a plate-like member made of resin, ceramic, or the like is used similarly to the heat insulating member 38. The heat shield 144 may be configured to cover the outer periphery of the housing 62 'over substantially the entire circumference. In addition, the whole or a part of the housing 62 ', for example, the second housing 62B or a part thereof (an upper part of the light receiving unit 42) may be formed of a heat insulating material such as a resin or a ceramic. .
According to the light receiving optical system 44 and the light receiving element 40 configured as described above, the light flux that has entered the inside of the first housing 62A through the opening 62a ′ passes through the objective lens 64a, the relay lens 64b, and the mirror 39 sequentially. The light enters the collimator lens 64c through the collimator lens 64c, is converted into a parallel light beam by the collimator lens 64c, and enters the microlens array 66. The light beam incident on the microlens array 66 is condensed on the light receiving element 40a via each lens element constituting the microlens array 66. The light incident on each light condensing point on the light receiving element 40a is photoelectrically converted by the light receiving element 40a, and the photoelectric conversion signal is sent to the wavefront measurement control device 48 via the electric circuits 40b, 33, and the like. The measurement control device 48 calculates an imaging position based on the photoelectric conversion signal in the same manner as described above.
That is, in the present embodiment, the wavefront measuring device 80 ′ is different from the wavefront measuring device 80 according to the first embodiment in that the wavefront measuring device 80 ′ includes the pinhole mask PHM, the heat insulating material 38, and the heat shield plate 144. Other components of the measuring instrument, the configuration of the exposure apparatus, and the like are the same as those of the first embodiment.
Next, a method for measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL in the exposure apparatus according to the second embodiment will be described.
First, at the time of normal exposure, the wavefront measuring device 80 'is detached from the wafer stage WST. Therefore, when measuring the wavefront, the operator operates the wavefront measuring device 80' on the side surface of the Z tilt stage 58 in the same manner as described above. 'Attaching work is performed.
After the completion of the mounting, in response to the input of a measurement start command by the operator, main controller 50 sets wafer stage WST (XY stage 14) such that wavefront measuring device 80 'is positioned below the above-described alignment detection system. To move. Then, main controller 50 detects an alignment mark (not shown) provided on wavefront measuring device 80 ′ by the alignment detection system, and determines the position based on the detection result and the measurement value of laser interferometer 54 W at that time. The position coordinates of the alignment mark are calculated, and the accurate position of the wavefront measuring device 80 'is obtained. After the position of the wavefront measuring device 80 'is measured, the measurement of the wavefront aberration is performed with the main controller 50 as a center as follows.
First, in the main controller 50, as shown in FIG. 10A, the center of the opening 62a 'of the wavefront measuring instrument 80' (ie, substantially coincides with the optical axis of the objective lens 64a) almost immediately below the optical axis of the projection optical system PL. ) Is moved so that wafer stage WST (XY stage 14) is positioned.
Next, in response to an instruction from the main controller 50, the wavefront measurement controller 48 attaches the pinhole mask PHM to the wavefront measuring device 80 'via a slide mechanism (not shown). Then, main controller 50 starts emitting laser light from light source 16 in the illumination system. At this point, it is assumed that no reticle is mounted on reticle stage RST.
By the start of the emission of the laser light, the exposure light IL from the illumination system is applied to the pinhole mask PHM via the projection optical system PL. At this time, the projection optical system PL simply functions as an optical system for illuminating the pinhole mask PHM. By the irradiation of the exposure light IL, a spherical wave is generated from the pinhole of the pinhole mask PHM. Then, this spherical wave becomes a parallel light beam via the objective lens 64a, the relay lens 64b, the mirror 39, and the collimator lens 64c, and irradiates the microlens array 66. The light is condensed on the light receiving surface of the light receiving element 40a by each lens element of the micro lens array 66, and the image of the pinhole is formed on the light receiving surface.
At this time, if the light receiving optical system 44 arranged in the optical path to the light receiving element 40a is an ideal optical system having no wavefront aberration, the parallel light beam incident on the microlens array 66 is a plane wave, The wavefront should be an ideal wavefront. In this case, a spot forms an image at a position on the optical axis of each lens element constituting the microlens array 66, as described above.
However, since the light receiving optical system 44 usually has a wavefront aberration, the wavefront of the parallel light beam incident on the microlens array 66 deviates from an ideal wavefront (here, a plane), and the deviation, that is, the wavefront with respect to the ideal wavefront. In accordance with the inclination, the image forming position of each spot is shifted from the position on the optical axis of each lens element of the micro lens array 66. In this case, the displacement of each spot from the reference point (the position of each lens element on the optical axis) corresponds to the inclination of the wavefront.
As described above, the light (light flux of the spot image) incident on each light condensing point on the light receiving element 40a is photoelectrically converted by the light receiving element 40a, and the photoelectric conversion signal is subjected to wavefront measurement control via the electric circuits 40b and 33. The wavefront measurement control device 48 calculates the imaging position of each spot based on the photoelectric conversion signal, and further uses the calculation result and the position data of the known reference point to transmit The calculated positional deviation (Δx, Δy) is calculated and stored in an internal memory. Next, the five-wavefront measurement control device 48 removes the pinhole mask PHM from the wavefront measuring device 80 'via a slide mechanism (not shown) (see FIG. 10B). Thereby, the calibration of the wavefront measuring device 80 'is completed, and the completion is notified from the wavefront measurement control device 48 to the main control device 50.
Upon receiving the above notification, main controller 50 loads the above-described measurement reticle Rp onto reticle stage RST by a reticle loader (not shown), as shown in FIG. 10B. Here, a reticle Rp dedicated to measurement is used.
After loading reticle Rp, main controller 50 detects a reticle alignment mark formed on reticle Rp using the above-mentioned RA microscope, and positions reticle Rp at a predetermined position based on the detection result. . Thereby, the center of the reticle Rp and the optical axis of the projection optical system PL substantially match.
Thereafter, c. In the first embodiment described above. ~ E. In the same procedure as that described above, the main controller 50 and the wavefront measurement controller 48 use the wavefront measuring device 80 'for each of the plurality of pinholes on the reticle Rp, and use the microlens array 66 on the light receiving surface of the light receiving element 40a. The amount of displacement (ΔXi, ΔYi) of the spot image formed on the spot is measured.
When the necessary measurement is completed in this way, the memory of the wavefront measurement control device 48 stores the above-described positional deviation data (Δx, Δy) at the time of calibration and the position of each pinhole image at the imaging point. The shift data (ΔXi, ΔYi) and the coordinate data of each imaging point (measured values (Xi, Yi) of the laser interferometer 54W when the measurement at each imaging point of each pinhole image) are stored. I have.
However, in this case, since the aberration of the light receiving optical system 44 inside the wavefront measuring device 80 'is also a problem, the deviation of the wavefront of the parallel light beam incident on the microlens array 66 from the ideal wavefront is divided. The deviation of the wavefront on the pupil plane of the projection optical system PL from the ideal wavefront and the deviation of the wavefront of the light receiving optical system 44 from the ideal wavefront are superimposed deviations. In other words, the displacement (ΔXi, ΔYi) of the position of each spot from the reference point (the position of each lens element on the optical axis) corresponds to the displacement (corresponding to the inclination of the wavefront on the pupil plane of the divided projection optical system PL). Δξ, Δη) and the displacement (Δx, Δy) corresponding to the inclination of the wavefront of the light receiving optical system 44.
Therefore, the wavefront measurement control device 48 determines the imaging point of the pinhole image based on the difference between the displacement data (ΔXi, ΔYi) stored in the memory and the displacement data (Δx, Δy) at the time of calibration. Is calculated for each pinhole image, corresponding to the inclination of the wavefront on the pupil plane of the projection optical system PL corresponding to (1). Then, the wavefront measurement control device 48 restores the wavefront, that is, calculates the wavefront aberration, using the Zernike polynomial, for example, as described above, based on the positional deviation.
In the above description, the projection optical system PL corresponding to the imaging point of the pinhole image is based on the difference between the displacement data (ΔXi, ΔYi) and the displacement data (Δx, Δy) at the time of calibration. The position shift (Δξ, Δη) corresponding to the inclination of the wavefront on the pupil plane is determined, and based on the position shift (Δξ, Δη), the wavefront aberration of the projection optical system PL alone is calculated. First, based on the displacement data (ΔXi, ΔYi), the entire wavefront aberration of the projection optical system PL and the light receiving optical system 32 is calculated in the same manner as described above, and the displacement data (Δx, The wavefront aberration of the light receiving optical system 44 alone may be calculated based on Δy), and the wavefront aberration of the projection optical system PL alone may be calculated based on the difference between the two.
Then, the wavefront measurement control device 48 supplies the calculated wavefront aberration of the projection optical system PL alone to the main control device 50. Then, the main controller 50 forms a wavefront aberration based on the data of the wavefront aberration of the projection optical system PL alone supplied from the wavefront measurement controller 48, that is, the information of each optical aberration corresponding to each term of the Zernike polynomial. A command is given to the image characteristic correction controller 78 to adjust the imaging characteristics of the projection optical system PL, for example, distortion, astigmatism, coma, spherical aberration, field curvature (focus), and the like. That is, as is clear from the above description, the wavefront measurement control device 48 and the main control device 50 constitute the control device of the present invention.
In the exposure apparatus of the present embodiment, at the time of the exposure processing routine, a reticle microscope (not shown), an off-axis alignment system (not shown), a reticle alignment using a reference mark on the wafer stage WST, a baseline measurement, and the like. After the preparatory work is performed, fine alignment (eg, enhanced global alignment (EGA)) of the wafer W using the alignment detection system is performed, and then the pattern of the reticle R is changed by a step-and-scan method. The image is sequentially transferred to each upper shot area. That is, since the same processing is performed in the same procedure as that of the ordinary scanning stepper, detailed description is omitted.
However, in the exposure apparatus according to the second embodiment, the measurement of the wavefront aberration of the projection optical system PL and the correction of the imaging characteristics described above are performed when setting the exposure conditions. Each time exposure of a predetermined number of wafers is completed, measurement of the wavefront aberration of the projection optical system PL alone and correction of the wavefront aberration are performed in the same manner as described above.
By the way, in the exposure apparatus of the second embodiment, at the time of the above-described wavefront measurement, various measures are taken to improve the accuracy of the wavefront measurement. Hereinafter, this point will be described.
That is, when measuring the wavefront aberration using the wavefront measuring device 80 ', that is, when measuring the above-described positional deviation of the spot image formation position, the heat generation during the photoelectric conversion of the light receiving element 40a and the heat generation of the electric circuit 40b. As a result, heat is generated from the light receiving section 42. However, as shown in FIG. 9, in the present embodiment, the heat insulating member 38 is provided between the first housing 62A and the second housing 62B. The heat generated from the light receiving portion 42 in the inside is suppressed from being transmitted from the first housing 62A to the second housing 62B. This suppresses the transmission of heat to the first housing 62A and the optical members (64a, 64b, 66, and the like) provided through the holding members (not shown) that hold the first housing 62A and the optical members. Temperature fluctuations of those optical members are suppressed. Therefore, the fluctuation of the wavefront aberration of the light receiving optical system 44 due to the temperature change is suppressed.
Further, the heat generated by the light receiving unit 42 described above may be transmitted as radiant heat from the second housing 62B to an object in the surrounding space. However, as shown in FIG. 9, in the present embodiment, the heat shield 144 is fixed above the outer surface of the second housing 62B via the mounting member 45, so that at least the heat shield 144 Radiation heat is not transmitted to members above the second housing 62B. Therefore, when performing the aberration measurement using the exposure light IL (see FIG. 10B), even if the wavefront measuring device 80 ′ is located immediately below the projection optical system PL, the transfer of heat to the projection optical system PL is suppressed. Therefore, it is possible to suppress the fluctuation of the aberration of the projection optical system PL. Further, the influence of temperature on the measurement beam from the focus position detection system (60a, 60b) provided near the projection optical system PL and measuring the position of the wafer W in the Z direction is also suppressed. A decrease in position detection accuracy can be suppressed.
Further, as shown in FIG. 9, since the first housing 62A is formed in an L-shape, no optical system constituting the light receiving optical system 44 exists above the light receiving unit 42 at all. Therefore, the transfer of heat mediated by air to the light receiving optical system 44 is suppressed. Further, also at the time of measurement, it is possible to prevent the light receiving unit 42, which is a heat source, from being located immediately below the projection optical system PL. Also in this regard, the influence of heat on the projection optical system PL can be reduced.
With the above arrangement, in the second embodiment, the wavefront measuring device 80 'accurately and stably measures the wavefront aberration of the projection optical system PL, which is almost the same as the original use (at the time of exposure). It is possible.
Further, since the wavefront measuring device 80 'is detachable from the wafer stage WST (Z tilt stage 58), it can be removed at the time of exposure, so that the weight of the wafer stage WST can be reduced accordingly. Thereby, the position controllability of the wafer stage can be improved.
Therefore, according to the exposure apparatus of the present embodiment, it is possible to transfer the pattern of the reticle R to each shot area on the wafer W with high accuracy by using the projection optical system PL whose imaging characteristics (aberration) is adjusted with high accuracy. Is possible.
Further, since the wavefront measuring device 80 'can be mounted on the Z tilt stage 58, the wavefront measuring device 80' can be freely moved in the XY plane without preparing a special driving device or the like. At the same time, positioning in the Z-axis direction is easy. Therefore, the measurement plane of the wavefront measuring device 80 'can be adjusted to the focal position of the projection optical system PL, and the wavefront aberration of each point in the exposure area (the area corresponding to the illumination area IAR) of the projection optical system PL is measured. It is possible to do.
Further, in the exposure apparatus of the second embodiment, similarly to the above-described first embodiment, the main controller 50 controls the projection image PM ′ of the measurement pattern by the projection optical system PL to the aerial image measurement device 59. The imaging characteristics of the projection optical system PL can be calculated based on the results of the measurement using the measurement result and the results of measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL using the wavefront measurement device 80 '. At this time, the main controller 50 corrects the influence of the aberration included in the measurement result of the aerial image based on the measurement result of the wavefront aberration, thereby comparing the projection optical system PL with the first embodiment. The imaging characteristics can be calculated with higher accuracy. This is because the wavefront aberration of the projection optical system PL can be obtained with higher accuracy.
Further, based on the imaging characteristics of the projection optical system PL measured with high precision as described above, the main controller 50 corrects the imaging characteristics of the projection optical system PL via the imaging characteristic correction controller 78. This makes it possible to correct the imaging characteristics of the projection optical system PL with high accuracy.
Although the heat insulating member 38 is annular as described above, the size of the opening may be any shape as long as the light flux condensed by the microlens array 66 is not blocked. Therefore, the heat insulating member 38 does not necessarily have to form a connection between the first housing 62A and the second housing 62B as in the second embodiment. For example, a groove may be formed from the inside or outside of a housing composed of the first housing 62A and the second housing 62B or a single housing similar to the above-described housing 62, and a heat insulating member may be provided in the groove. You may do it. In short, the heat insulating member only needs to be fixed to the housing at a position between the light receiving section 42 and the light receiving optical system 44.
<< 3rd Embodiment >>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11, 12A and 12B. This second embodiment is different from the first and second embodiments only in the use of the wavefront measuring device and the method of using the wavefront measuring device. Therefore, the same reference numerals are used for the same or equivalent components, and the description thereof is simplified or omitted.
FIG. 11 shows a cross-sectional view of the wavefront measuring device 180 according to the third embodiment viewed from the + Y direction. As can be seen by comparing FIG. 11 with FIG. 9 showing the wavefront measuring device 80 'according to the second embodiment, the wavefront measuring device 180 has an objective lens 64a and a relay lens 64b outside the first housing 62A. And a first temperature sensor 46a connected to an electric circuit 33 located at a position distant from the first housing 62A via a cable, and provided near a collimator lens 64c outside the first housing 62A. And a second temperature sensor 46b connected to the electric circuit 33 via a cable, similarly to the first temperature sensor 46a. In the wavefront measuring device 180, a heat insulating member is omitted.
The first and second temperature sensors 46a and 46b are formed of a thermistor, a resistor, a heat conductor, or the like, so as to efficiently transmit the temperature of the first housing 62 of the wavefront measuring device 180, and to reduce the influence of the outside air. It is configured to be covered with a thermal compound etc. so as not to receive it. The first and second temperature sensors 46a and 46b are respectively installed near temperature-sensitive optical members (lenses), and data from these temperature sensors 46a and 46b are supplied to an external electric circuit 33. To the wavefront measurement controller 48 (see FIG. 1).
In the wavefront measuring device 180, when a driving current is supplied to the electric circuit 40b constituting the light receiving section 42, heat is generated in the light receiving section 42, and the heat is transmitted to the first housing 62A via the second housing 62B. Is transmitted to. Accordingly, the temperature of the first housing 62A changes with time so as to draw a curve as shown in FIG. 12A. Then, such a temperature change is measured by the first and second temperature sensors 46a and 46b, respectively.
Hereinafter, a measurement sequence that can suppress the influence on the measurement accuracy due to the minute temperature change of the first housing 62A by using the first and second temperature sensors 46a and 46b will be described with reference to FIGS. 12B will be described. As described above, in the present embodiment, two temperature sensors are provided in the wavefront measuring device 180. However, since the changes in the measurement values of each temperature sensor show almost the same behavior, in the following description, For convenience, the first temperature sensor 46a and the second temperature sensor 46b are collectively represented as a "temperature sensor 46".
As shown in FIG. 12A, when current supply to the electric circuit 40b constituting the wavefront measuring device 180 is started at time t0, the temperature rises from the initial temperature T0 as shown by a solid line, and this temperature change The temperature is measured by the temperature sensor 46. The problem is that the aberration of the light receiving optical system 44 constituting the wavefront measuring device 180 changes due to the temperature rise, but the wavefront aberration of the light receiving optical system 44 alone is measured in the same manner as in the above-described second embodiment. By doing so, the effects can be offset. That is, after the wavefront aberration of the light receiving optical system 44 alone is measured, the temperature change is sufficiently small, and if the wavefront hardly changes, no measurement error occurs.
For this reason, the above-described calibration may be performed after waiting for a region where the solid line in FIG. 12A is sufficiently saturated. However, waiting until the temperature is saturated may increase the waiting time.
Therefore, as shown in FIG. 12A, an allowable temperature change amount ΔT at which the wavefront is considered to hardly change is set, and the wavefront aberration of the light receiving optical system 44 alone is measured again each time the temperature rises by ΔT (calibration is performed). ) It may be good. Further, as can be seen from FIG. 12A, immediately after the current supply is started, the temperature rise time by ΔT is short, and it is not possible to secure sufficient time for performing the calibration. After the measurement (calibration) of the wavefront aberration of the light receiving optical system alone at the time t1 (temperature T1), the measurement of the wavefront aberration of the projection optical system PL described above is started. Then, during the measurement, at time t2 when the temperature rises by ΔT, the wavefront aberration of the light receiving optical system alone is measured (calibrated) again, and then the measurement of the wavefront aberration of the projection optical system PL is started again. Then, the calibration is further performed at time t3 when the temperature further increases by ΔT. According to this method, it is possible to measure the wavefront aberration of the projection optical system PL with relatively high accuracy by performing calibration without waiting for the time until the temperature is saturated.
Note that a measurement sequence capable of shortening the time from time t0 to t1 shown in FIG. 12A can also be adopted. FIG. 12B shows a solid line indicating a temperature change when measurement is performed according to the measurement sequence.
As shown in FIG. 12B, before attaching the wavefront measuring device 180 to the Z tilt stage 58, the electric circuit 40b constituting the light receiving section is changed from the time ts until the temperature of the wavefront measuring device 180 becomes substantially saturated. Supply current. Next, when the temperature of the wavefront measuring device 180 is substantially saturated, the wavefront measuring device 180 is attached to the Z tilt stage 58 by an operator. Since the flat cable has to be disconnected once, the supply of current is temporarily stopped, and the temperature slightly decreases as shown in FIG. 12B. Thereafter, at the time point when the attachment of the wavefront measuring device 180 to the Z tilt stage 58 is completed (t0), the current is supplied to the wavefront measuring device 180 again.
That is, when the mounting of the wavefront measuring device 180 on the Z tilt stage 58 is completed, the measured value of the temperature sensor 46 is the temperature Ts. It takes time (t0-t1 ') until the current is supplied again and the wavefront aberration can be measured. On the other hand, when the current supply is started for the first time after the wavefront measuring device 180 is attached to the Z tilt stage 58 (indicated by the dashed line), the temperature becomes the temperature T1 at which the wavefront aberration can be measured. It takes time (t0 to t1). Therefore, comparing the two, by supplying the current first, it is possible to shorten the time from when the wavefront measuring device 180 is attached to the Z tilt stage 58 to when the wavefront measurement can be performed.
Even when the time until the wavefront measurement is executed is shortened in this way, as described with reference to FIG. 12A, the calibration of the wavefront aberration of the light receiving optical system 44 alone is performed every time the temperature changes by ΔT. It is desirable to do so.
As described above, since the wavefront measuring device 180 according to the third embodiment includes the temperature sensors 46a and 46b, by performing the calibration of the wavefront measurement based on the measured value (temperature). Thus, more accurate wavefront aberration measurement can be performed. Further, since the measurement can be performed before the temperature becomes substantially saturated, the time required for the wavefront measurement can be reduced.
The number and position of the temperature sensors provided in the wavefront measuring device 180 are not limited to those described in the above embodiment, but may be arbitrary, and may be provided in the vicinity of each optical member. May be provided at one place.
In the present embodiment, the amount of change in temperature measured by the temperature sensor is used as a reference for managing the execution of calibration. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the time may be measured and the management may be performed based on the time.
When measuring the wavefront aberration in the sequence as in the present embodiment, even if the change in the wavefront aberration of the light receiving optical system 44 becomes large, the projection optical system PL can be calibrated in accordance with the temperature. In the third embodiment, the heat insulating member is omitted because the influence of the wavefront aberration on the measurement result can be reduced. However, also in the third embodiment, the heat insulating member 38 may be provided between the first housing and the second housing. However, in such a case, it is desirable to employ the sequence corresponding to FIG. 12B from the viewpoint of shortening the measurement time.
Other parts of the wavefront measuring device 180 and other parts are configured similarly to the exposure apparatuses of the first and second embodiments described above. Therefore, according to the third embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.
In each of the above embodiments, the case where the imaging characteristics of the projection optical system at the time of exposure are corrected (or adjusted) based on the measurement result of the aerial image and the measurement result of the wavefront aberration has been described. Instead, the relative position between the reticle R and the wafer W may be adjusted by giving an offset to any one of the target positions of the reticle R and the wafer W, for example, in consideration of the measurement result of the wavefront aberration. Also, it is possible to improve the overlay accuracy of the reticle pattern and each shot area on the wafer.
In each of the above embodiments, a Shack-Hartman type wavefront measuring device, that is, a wavefront measuring device using the microlens array 66 is used as the wavefront measuring device, but the present invention is not limited to this. Instead, a wavefront measuring instrument as shown in FIGS. 13A and 13B can be employed. 13A and 13B, in order to simplify the description, the optical axis is straight without bending, and only the light receiving element is shown in the light receiving section. Although the light receiving optical system actually includes a plurality of optical members, it is illustrated as a single lens.
FIG. 13A shows a first modification of the wavefront measuring device. The wavefront measuring device 280 is characterized in that a sharing element 66 'is employed instead of the microlens array 66 employed in the wavefront measuring device of each of the above embodiments. The wavefront measuring device 280 will be briefly described. The wavefront on the pupil plane of the projection optical system PL is relayed to the sharing element 66 'by the light receiving optical system 44, and the images slightly shifted by the sharing element 66' interfere with each other. As a result, interference fringes are formed on the light receiving element 40a. Since the interference between adjacent wavefronts corresponds to the differential amount of the wavefront, the wavefront can be reproduced by integrating the measured values.
FIG. 13B shows a second modification of the wavefront measuring device. After passing through the light receiving optical system 44, the wavefront measuring device 380 forms a pinhole image by the magnifying lens system 66 ″ including a plurality of (two in FIG. 13B) lenses 66A and 66B, and measures the image on the light receiving element 40a. In this case, the point spread function (point spread function) of the pinhole image can be obtained by measuring the pinhole image while slightly shifting the focus of the pinhole image, and thus the wavefront is obtained. It is possible.
The method adopted by each of the above wavefront measuring instruments has advantages and disadvantages.For example, considering the performance of available light receiving elements and optical elements, or the size and weight of the wavefront measuring instrument, an optimal wavefront aberration measuring instrument is used. Just choose. Since each of them has a configuration using a light receiving optical system and a light receiving element, it is possible to perform highly accurate aberration measurement, aberration adjustment, and, as a result, highly accurate exposure in the same manner as in the above embodiment.
The mounting position of the wavefront measuring device on the Z-tilt stage 58 is not limited to that of each of the above-described embodiments, and may be arranged as shown in FIG. That is, one corner of the Z tilt stage 58 shown in FIGS. 2 and 8 is cut off to form a pentagonal shape as shown in FIG. 14, and the wavefront measuring device 80 (80 ' , 180) may be provided. With such an arrangement, as shown in FIGS. 2 and 8, it is necessary to provide the convex portion 51 on a part of the Z tilt stage 58 in order to obtain a stroke. And the size of the Z tilt stage 58 and, consequently, the size of the wafer stage WST can be reduced.
Further, the method of attaching the wavefront measuring device to the exposure apparatus is not limited to the above embodiments, and is not directly provided on the wafer stage (Z tilt stage), but a measurement stage different from the wafer stage is provided in the exposure apparatus. It may be installed and mounted on it. By providing a stage for measurement in this way, the range in which each stage moves is increased, and the floor area (footprint) of the apparatus is increased. Time and maintenance time can be reduced. Also, the measurement stage may be drivable by itself, similarly to the exposure stage, or may be connected to the exposure stage and pulled only when necessary. Further, the stage for exposure may be removed at the time of measurement and replaced with a stage provided with a wavefront measuring device. In this case, the demand for downsizing the wavefront measuring device can be relaxed.
Furthermore, in order to suppress the increase in the weight of the stage, only the optical system that requires accuracy is always mounted on the stage for exposure, and only the light-receiving unit that does not require accuracy or can be calibrated is attached at the time of measurement. It is also possible to adopt a method in which the unit is mounted outside the stage and the light beam is relayed in the air or by a fiber.
In the above embodiment, the ArF excimer laser light or F 2 In the case where a luminous flux in a wavelength range called vacuum ultraviolet light belonging to a band of 200 nm to 150 nm such as laser light is used as exposure light, oxygen or an organic substance (F 2 In the case of laser light, absorption by water vapor, hydrocarbon gas, and the like is extremely large. Therefore, the concentration of these gases in the space on the optical path through which the exposure light passes is reduced to a concentration of several ppm or less. Therefore, it is necessary to replace (purge) the gas in the space on the optical path with an inert gas such as nitrogen or helium, which has low absorption.
In the above embodiment, the light source is F 2 Although a pulse laser light source such as a laser, an ArF excimer laser, and a KrF excimer laser is used, the present invention is not limited to this. 2 Another vacuum ultraviolet light source such as a laser light source (output wavelength 126 nm) may be used. Further, for example, not only the laser light output from each of the above light sources as vacuum ultraviolet light, but also a single-wavelength laser light in the infrared or visible range oscillated from a DFB semiconductor laser or a fiber laser, for example, erbium (Er) A harmonic wave amplified by a fiber amplifier (or both erbium and ytterbium (Yb)) doped and wavelength-converted to ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used.
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a scanning exposure apparatus such as a step-and-scan method has been described. However, it is needless to say that the scope of the present invention is not limited to this. That is, the present invention can be suitably applied to a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus.
An illumination optical system and a projection optical system composed of a plurality of lenses are incorporated in the main body of the exposure apparatus, and optical adjustment is performed. Are connected, and the overall adjustment (electric adjustment, operation check, etc.) is performed, whereby the exposure apparatus of the above embodiment can be manufactured. It is desirable that the manufacture of the exposure apparatus be performed in a clean room in which the temperature, cleanliness, and the like are controlled.
In addition, the present invention is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, and is used for manufacturing a display including a liquid crystal display element and the like, an exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate, and a device used for manufacturing a thin film magnetic head. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a pattern onto a ceramic wafer, an exposure apparatus used for manufacturing an imaging device (such as a CCD), and the like. In addition to micro devices such as semiconductor elements, glass substrates or silicon wafers for manufacturing reticles or masks used in light exposure equipment, EUV exposure equipment, X-ray exposure equipment, electron beam exposure equipment, etc. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern to a substrate. Here, in an exposure apparatus using DUV (far ultraviolet) light or VUV (vacuum ultraviolet) light, a transmission type reticle is generally used, and as a reticle substrate, quartz glass, fluorine-doped quartz glass, fluorite, Magnesium fluoride, quartz, or the like is used.
In the semiconductor device, a step of designing the function and performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on this design step, a step of manufacturing a wafer from a silicon material, and a step of forming a reticle pattern on the wafer by the exposure apparatus of the above-described embodiment. , A device assembling step (including a dicing step, a bonding step, and a package step), an inspection step, and the like.
Industrial applicability
As described above, the wavefront measuring device of the present invention is suitable for measuring the wavefront aberration of the measured optical system. Further, the method of using the wavefront measurement device of the present invention is suitable for highly accurate measurement of wavefront aberration. Further, the imaging characteristic measuring method and apparatus of the present invention are suitable for measuring the imaging characteristic of an optical system. Further, the imaging characteristic correction method and apparatus of the present invention are suitable for correcting the imaging characteristic of an optical system. Further, the imaging characteristic management method of the present invention is suitable for efficient management of imaging characteristics. Further, the exposure method and apparatus of the present invention are suitable for transferring a fine pattern onto a substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view showing the Z tilt stage.
FIG. 3 is a diagram illustrating a cross section of the wavefront measuring device.
4A to 4C are diagrams for explaining measurement by the aerial image measurement device.
FIG. 5A is a diagram illustrating a state when measuring wavefront aberration, and FIG. 5B is a diagram illustrating a state when measuring a projection image of a pattern by the projection optical system.
FIG. 6A is a diagram illustrating a light beam emitted from the microlens array when the optical system has no aberration, and FIG. 6B is a diagram illustrating a light beam emitted from the microlens array when the optical system has the aberration. FIG.
7A and 7B are diagrams illustrating aberrations measured using a wavefront measuring device.
FIG. 8 is a schematic plan view showing a Z tilt stage according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a wavefront measuring device according to the second embodiment.
FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining a method of measuring the wavefront aberration of the projection optical system according to the second embodiment.
FIG. 11 is a sectional view showing a wavefront measuring device according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 12A is a diagram for explaining a wavefront measurement sequence for suppressing a minute temperature change of the first housing, and FIG. 12B starts measurement after attaching the wavefront measurement device to the Z tilt stage. FIG. 5 is a diagram for explaining a measurement sequence for shortening the time required for the measurement.
FIG. 13A and FIG. 13B are diagrams showing modified examples of the wavefront measuring device.
FIG. 14 is a diagram illustrating another example of the arrangement of the wavefront measuring device with respect to the Z tilt stage.

Claims (28)

被計測光学系の波面収差を計測する波面計測装置であって、
計測時に前記被計測光学系を通った光が入射する受光光学系と；
該受光光学系を介して前記光を受光する受光素子を含む受光部と；
前記受光光学系と前記受光部とを所定の位置関係で保持する筐体と；
前記受光部と前記受光光学系との間に配置される断熱部材と；を備える波面計測装置。A wavefront measuring device that measures a wavefront aberration of an optical system to be measured,
A light receiving optical system into which light passing through the optical system to be measured is incident upon measurement;
A light receiving unit including a light receiving element that receives the light via the light receiving optical system;
A housing that holds the light receiving optical system and the light receiving unit in a predetermined positional relationship;
A wavefront measuring device comprising: a heat insulating member disposed between the light receiving unit and the light receiving optical system. 請求項１に記載の波面計測装置において、
前記筐体は、前記受光部からの輻射熱が外部に伝達されるのを防止する遮熱部を有することを特徴とする波面計測装置。The wavefront measuring device according to claim 1,
The wavefront measuring device, wherein the housing includes a heat shield that prevents radiant heat from the light receiving unit from being transmitted to the outside. 請求項１に記載の波面計測装置において、
前記受光光学系を構成する光学素子の近傍の前記筐体に固定された少なくとも１つの温度センサと；
前記被計測光学系及び前記受光光学系全体の波面収差の計測を行うとともに、その計測中の前記温度センサの測定結果に基づいて所定のタイミングで前記受光光学系単独の波面収差の計測を実行する制御装置と；を更に備えることを特徴とする波面計測装置。The wavefront measuring device according to claim 1,
At least one temperature sensor fixed to the housing near an optical element constituting the light receiving optical system;
The measurement of the wavefront aberration of the optical system to be measured and the entire light receiving optical system is performed, and the measurement of the wavefront aberration of the light receiving optical system alone is performed at a predetermined timing based on the measurement result of the temperature sensor during the measurement. A wavefront measuring device, further comprising: a control device. 被計測光学系の波面収差を計測する波面計測装置であって、
計測時に前記被計測光学系を通った光が入射する受光光学系と；
該受光光学系を介して前記光を受光する受光素子を含む受光部と；
前記受光光学系と前記受光部とを所定の位置関係で保持する筐体と；
前記筐体に設けられ、前記受光部からの輻射熱が外部に伝達されるのを防止する遮熱部と；を備える波面計測装置。A wavefront measuring device that measures a wavefront aberration of an optical system to be measured,
A light receiving optical system into which light passing through the optical system to be measured is incident upon measurement;
A light receiving unit including a light receiving element that receives the light via the light receiving optical system;
A housing that holds the light receiving optical system and the light receiving unit in a predetermined positional relationship;
A heat shield provided on the housing and preventing radiant heat from the light receiving unit from being transmitted to the outside. 請求項４に記載の波面計測装置において、
前記受光光学系を構成する光学素子の近傍の前記筐体に固定された少なくとも１つの温度センサと；
前記被計測光学系及び前記受光光学系全体の波面収差の計測を行うとともに、その計測中の前記温度センサの測定結果に基づいて所定のタイミングで前記受光光学系単独の波面収差の計測を実行する制御装置と；を更に備えることを特徴とする波面計測装置。The wavefront measuring device according to claim 4,
At least one temperature sensor fixed to the housing near an optical element constituting the light receiving optical system;
The measurement of the wavefront aberration of the optical system to be measured and the entire light receiving optical system is performed, and the measurement of the wavefront aberration of the light receiving optical system alone is performed at a predetermined timing based on the measurement result of the temperature sensor during the measurement. A wavefront measuring device, further comprising: a control device. 被計測光学系の波面収差を計測する波面計測装置であって、
計測時に前記被計測光学系を通った光が入射する受光光学系と；
該受光光学系を介して前記光を受光する受光素子を含む受光部と；
前記受光光学系と前記受光部とを所定の位置関係で保持する筐体と；
前記筐体に固定された少なくとも１つの温度センサと；
前記被計測光学系及び前記受光光学系全体の波面収差の計測を行うとともに、その計測中の前記温度センサの測定結果に基づいて所定のタイミングで前記受光光学系単独の波面収差の計測を実行する制御装置と；を備える波面計測装置。A wavefront measuring device that measures a wavefront aberration of an optical system to be measured,
A light receiving optical system into which light passing through the optical system to be measured is incident upon measurement;
A light receiving unit including a light receiving element that receives the light via the light receiving optical system;
A housing that holds the light receiving optical system and the light receiving unit in a predetermined positional relationship;
At least one temperature sensor fixed to the housing;
While measuring the wavefront aberration of the optical system to be measured and the entire light receiving optical system, the wavefront aberration of the light receiving optical system alone is measured at a predetermined timing based on the measurement result of the temperature sensor during the measurement. And a control device. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の波面計測装置の使用方法であって
波面計測に先立って、前記受光部の温度をほぼ飽和状態にする工程を含む波面計測装置の使用方法。A method of using the wavefront measuring device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a step of setting the temperature of the light receiving unit to a substantially saturated state prior to the wavefront measurement. マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置であって、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の波面計測装置を構成する前記筐体が着脱自在に装着され、前記基板が載置される基板ステージを備える露光装置。An exposure apparatus that transfers a mask pattern onto a substrate via a projection optical system,
An exposure apparatus comprising the substrate stage on which the housing constituting the wavefront measurement device according to claim 1 is detachably mounted, and on which the substrate is mounted. マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置であって、
請求項２、４、５のいずれか一項に記載の波面計測装置を構成する前記筐体が前記遮熱部を前記投影光学系側に向けた状態で着脱可能であるとともに、前記基板が載置される基板ステージと；
前記基板ステージに装着された前記筐体の位置を計測する位置計測装置と；を備える露光装置。An exposure apparatus that transfers a mask pattern onto a substrate via a projection optical system,
The housing constituting the wavefront measuring device according to claim 2, wherein the housing is detachable with the heat shield facing the projection optical system, and the substrate is mounted thereon. A substrate stage to be placed;
A position measuring device for measuring a position of the housing mounted on the substrate stage. 光学系の結像特性を計測する結像特性計測方法であって、
前記光学系による所定のパターンの投影像を計測する第１工程と；
前記光学系の波面収差を計測する第２工程と；
前記第１及び第２工程の計測結果に基づいて、前記光学系の結像特性を算出する第３工程と；を含む結像特性計測方法。An imaging characteristic measurement method for measuring an imaging characteristic of an optical system,
A first step of measuring a projection image of a predetermined pattern by the optical system;
A second step of measuring the wavefront aberration of the optical system;
A third step of calculating an imaging characteristic of the optical system based on the measurement results of the first and second steps. 請求項１０に記載の結像特性計測方法において、
前記第３工程では、前記波面収差の計測結果に基づいて、前記投影像の計測結果に含まれる、異なる結像特性成分を分離することを特徴とする結像特性計測方法。The imaging characteristic measuring method according to claim 10,
In the third step, a different imaging characteristic component included in the measurement result of the projected image is separated based on the measurement result of the wavefront aberration. 請求項１１に記載の結像特性計測方法において、
前記分離される結像特性成分には、歪曲収差成分とコマ収差成分とが含まれることを特徴とする結像特性計測方法。The imaging characteristic measuring method according to claim 11,
An imaging characteristic measuring method, characterized in that the separated imaging characteristic components include a distortion component and a coma component. 請求項１１に記載の結像特性計測方法において、
前記分離される結像特性成分には、像面湾曲成分と球面収差成分とが含まれることを特徴とする結像特性計測方法。The imaging characteristic measuring method according to claim 11,
The imaging characteristic measuring method, wherein the separated imaging characteristic components include a field curvature component and a spherical aberration component. 光学系の結像特性を補正する結像特性補正方法であって、
前記光学系の結像特性を、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の結像特性計測方法により計測する計測工程と；
前記計測工程における計測結果に基づいて、前記光学系の結像特性を補正する補正工程と；を含む結像特性補正方法。An imaging characteristic correction method for correcting an imaging characteristic of an optical system,
A measurement step of measuring the imaging characteristic of the optical system by the imaging characteristic measurement method according to any one of claims 10 to 13;
A correcting step of correcting an imaging characteristic of the optical system based on a measurement result in the measuring step. エネルギビームによりパターンが形成されたマスクを照明し、前記パターンを投影光学系を介して基板に転写する露光方法であって、
請求項１４に記載の結像特性補正方法により、前記投影光学系の結像特性を補正する結像特性補正工程と；
前記結像特性補正工程の後に、前記投影光学系を介して前記パターンを前記基板に転写する転写工程と；を含む露光方法。An exposure method for illuminating a mask formed with a pattern by an energy beam and transferring the pattern to a substrate via a projection optical system,
An imaging characteristic correction step of correcting the imaging characteristic of the projection optical system by the imaging characteristic correction method according to claim 14;
A transferring step of transferring the pattern onto the substrate via the projection optical system after the image forming characteristic correcting step. 光学系の結像特性を補正する結像特性補正方法であって、
前記光学系による所定のパターンの投影像を、第１の結像条件の下で計測する第１計測工程と；
前記光学系の波面収差の計測を行う第２計測工程と；
前記第１の結像条件とは異なる第２の結像条件下におけるパターンの投影像を、前記第２計測工程の計測結果に基づいて推測し、該推測結果に応じて、前記第２の結像条件下における前記光学系の結像特性を補正する補正工程と；を含む結像特性補正方法。An imaging characteristic correction method for correcting an imaging characteristic of an optical system,
A first measurement step of measuring a projection image of a predetermined pattern by the optical system under a first imaging condition;
A second measurement step of measuring the wavefront aberration of the optical system;
A projection image of a pattern under a second imaging condition different from the first imaging condition is estimated based on the measurement result of the second measurement step, and the second imaging condition is estimated in accordance with the estimation result. A correction step of correcting the imaging characteristics of the optical system under image conditions. 請求項１６に記載の結像特性補正方法において、
前記第１の結像条件と前記第２の結像条件とでは、照明条件、前記光学系の開口数、及び前記パターンのいずれかが異なることを特徴とする結像特性補正方法。17. The imaging characteristic correcting method according to claim 16,
An imaging characteristic correction method, wherein one of an illumination condition, a numerical aperture of the optical system, and the pattern is different between the first imaging condition and the second imaging condition. エネルギビームによりパターンが形成されたマスクを照明し、前記パターンを投影光学系を介して基板に転写する露光方法であって、
請求項１６又は１７に記載の結像特性補正方法により、前記投影光学系の結像特性を補正する結像特性補正工程と；
前記結像特性補正工程の後、前記投影光学系を介して前記パターンを前記基板に転写する転写工程と；を含む露光方法。An exposure method for illuminating a mask formed with a pattern by an energy beam and transferring the pattern to a substrate via a projection optical system,
An imaging characteristic correction step of correcting the imaging characteristic of the projection optical system by the imaging characteristic correction method according to claim 16 or 17;
A transfer step of transferring the pattern to the substrate via the projection optical system after the image forming characteristic correction step. 光学系の結像特性を管理する結像特性管理方法であって、
前記光学系によるパターンの投影像を計測する空間像計測を第１のインターバルで実行する空間像計測工程と；
前記光学系の波面収差を計測する波面計測を前記第１のインターバルに比べて大きい第２のインターバルで実行する波面計測工程と；を含む結像特性管理方法。An imaging characteristic management method for managing imaging characteristics of an optical system,
An aerial image measurement step of executing an aerial image measurement for measuring a projection image of the pattern by the optical system at a first interval;
A wavefront measurement step of performing a wavefront measurement for measuring the wavefront aberration of the optical system at a second interval that is larger than the first interval. 請求項１９に記載の結像特性管理方法において、
直前に行われた前記空間像計測の計測結果と最後に行われた波面収差の計測結果とに基づいて、前記空間像計測結果の変動を予測する予測工程と；
前記予測した空間像の計測結果と直後に行われた空間像の計測結果との比較結果に応じて、前記波面収差の計測必要性の有無を判断する判断工程とを更に含み、
前記波面収差の計測が必要と判断した場合に、前記波面収差の計測を実行することを特徴とする結像特性管理方法。20. The imaging characteristic management method according to claim 19,
A prediction step of predicting a change in the aerial image measurement result based on the measurement result of the aerial image measurement performed immediately before and the measurement result of the wavefront aberration performed last;
According to a comparison result between the measurement result of the predicted aerial image and the measurement result of the aerial image performed immediately after, further including a determination step of determining whether the measurement of the wavefront aberration is necessary,
When it is determined that the measurement of the wavefront aberration is necessary, the measurement of the wavefront aberration is executed. 光学系の結像特性を計測する結像特性計測装置であって、
前記光学系による所定のパターンの投影像を計測する空間像計測器と；
前記光学系の波面収差を計測する波面計測器と；
前記空間像計測器による計測結果と、前記波面計測器による計測結果とに基づいて、前記光学系の結像特性を算出する演算装置と；を備える結像特性計測装置。An imaging characteristic measuring device for measuring the imaging characteristic of an optical system,
An aerial image measuring device for measuring a projection image of a predetermined pattern by the optical system;
A wavefront measuring device for measuring a wavefront aberration of the optical system;
An imaging device for calculating an imaging characteristic of the optical system based on a measurement result by the aerial image measurement device and a measurement result by the wavefront measurement device. 請求項２１に記載の結像特性計測装置において、
前記波面計測器は、
計測時に前記光学系を通った光が入射する受光光学系と；
該受光光学系を介して前記光を受光する受光素子を含む受光部と；
前記受光光学系と前記受光部とを所定の位置関係で保持する筐体と；
前記受光部と前記受光光学系との間に配置される断熱部材と；を有することを特徴とする結像特性計測装置。The imaging characteristic measuring apparatus according to claim 21,
The wavefront measuring device,
A light receiving optical system into which light passing through the optical system is incident upon measurement;
A light receiving unit including a light receiving element that receives the light via the light receiving optical system;
A housing that holds the light receiving optical system and the light receiving unit in a predetermined positional relationship;
A heat insulating member disposed between the light receiving section and the light receiving optical system. 請求項２１に記載の結像特性計測装置において、
前記波面計測器は、
計測時に前記被計測光学系を通った光が入射する受光光学系と；
該受光光学系を介して前記光を受光する受光素子を含む受光部と；
前記受光光学系と前記受光部とを所定の位置関係で保持する筐体と；
前記筐体に設けられ、前記受光部からの輻射熱が外部に伝達されるのを防止する遮熱部と；を有することを特徴とする結像特性計測装置。The imaging characteristic measuring apparatus according to claim 21,
The wavefront measuring device,
A light receiving optical system into which light passing through the optical system to be measured is incident upon measurement;
A light receiving unit including a light receiving element that receives the light via the light receiving optical system;
A housing that holds the light receiving optical system and the light receiving unit in a predetermined positional relationship;
A heat shield provided on the housing, for preventing radiant heat from the light receiving unit from being transmitted to the outside; 請求項２１に記載の結像特性計測装置において、
前記波面計測器は、
計測時に前記被計測光学系を通った光が入射する受光光学系と；
該受光光学系を介して前記光を受光する受光素子を含む受光部と；
前記受光光学系と前記受光部とを所定の位置関係で保持する筐体と；
前記筐体に固定された少なくとも１つの温度センサと；
前記被計測光学系及び前記受光光学系全体の波面収差の計測を行うとともに、その計測中の前記温度センサの測定結果に基づいて所定のタイミングで前記受光光学系単独の波面収差の計測を実行する制御装置と；を有することを特徴とする結像特性計測装置。The imaging characteristic measuring apparatus according to claim 21,
The wavefront measuring device,
A light receiving optical system into which light passing through the optical system to be measured is incident upon measurement;
A light receiving unit including a light receiving element that receives the light via the light receiving optical system;
A housing that holds the light receiving optical system and the light receiving unit in a predetermined positional relationship;
At least one temperature sensor fixed to the housing;
While measuring the wavefront aberration of the optical system to be measured and the entire light receiving optical system, the wavefront aberration of the light receiving optical system alone is measured at a predetermined timing based on the measurement result of the temperature sensor during the measurement. And a control device. 請求項２１に記載の結像特性計測装置と；
前記結像特性計測装置による計測結果に基づいて、前記光学系の結像特性を補正する補正装置と；を備える結像特性補正装置。An imaging characteristic measuring device according to claim 21,
A correction device that corrects an imaging characteristic of the optical system based on a measurement result obtained by the imaging characteristic measurement device. エネルギビームによりパターンが形成されたマスクを照明し、前記パターンを投影光学系を介して基板に転写する露光装置であって、
前記投影光学系の結像特性を補正する請求項２５に記載の結像特性補正装置と；
前記結像特性補正装置が備える前記空間像計測器及び前記波面計測器を搭載可能で、前記基板を保持する基板ステージと；を備える露光装置。An exposure apparatus that illuminates a mask on which a pattern is formed by an energy beam and transfers the pattern to a substrate via a projection optical system,
26. The imaging characteristic correction device according to claim 25, which corrects an imaging characteristic of the projection optical system;
An exposure apparatus comprising: a substrate stage capable of mounting the aerial image measurement device and the wavefront measurement device included in the imaging characteristic correction device and holding the substrate. 請求項２６に記載の露光装置において、
前記波面計測器は、前記基板ステージに対して着脱自在であることを特徴とする露光装置。The exposure apparatus according to claim 26,
An exposure apparatus, wherein the wavefront measuring device is detachable from the substrate stage. 請求項２７に記載の露光装置において、
前記マスクが載置されるとともに、前記空間像計測器で計測される計測用パターンが形成された基準部材が設けられた、マスクステージを更に備えることを特徴とする露光装置。The exposure apparatus according to claim 27,
An exposure apparatus, further comprising a mask stage on which the mask is mounted and on which a reference member on which a measurement pattern to be measured by the aerial image measuring device is formed is provided.
JP2002551358A 2000-12-18 2001-12-17 Wavefront measurement device and its use, imaging characteristic measurement method and device, imaging characteristic correction method and device, imaging characteristic management method, and exposure method and device Pending JPWO2002050506A1 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000383081 2000-12-18
JP2000383086 2000-12-18
JP2000383081 2000-12-18
JP2000383086 2000-12-18
PCT/JP2001/011044 WO2002050506A1 (en) 2000-12-18 2001-12-17 Wavefront measuring apparatus and its usage, method and apparatus for determining focusing characteristics, method and apparatus for correcting focusing characteristics, method for managing focusing characteristics, and method and apparatus for exposure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2002050506A1 true JPWO2002050506A1 (en) 2004-04-22

Family

ID=26605990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002551358A Pending JPWO2002050506A1 (en) 2000-12-18 2001-12-17 Wavefront measurement device and its use, imaging characteristic measurement method and device, imaging characteristic correction method and device, imaging characteristic management method, and exposure method and device

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPWO2002050506A1 (en)
AU (1) AU2002222663A1 (en)
WO (1) WO2002050506A1 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100893516B1 (en) 2000-12-28 2009-04-16 가부시키가이샤 니콘 Imaging characteristics measuring method, imaging characteristics adjusting method, exposure method and system, program and recording medium, and device producing method
TWI220999B (en) 2001-02-13 2004-09-11 Nikon Corp Measuring method of image formation characteristic, exposure method, exposure apparatus and its adjustment method, manufacture method of device, and recording medium
CN100345252C (en) 2002-01-29 2007-10-24 株式会社尼康 Image formation state adjustment system, exposure method, exposure apparatus, program, and information recording medium
WO2003075328A1 (en) 2002-03-01 2003-09-12 Nikon Corporation Projection optical system adjustment method, prediction method, evaluation method, adjustment method, exposure method, exposure device, program, and device manufacturing method
EP3064998B1 (en) * 2003-10-31 2018-03-14 Nikon Corporation Immersion exposure apparatus and method
DE102004035595B4 (en) 2004-04-09 2008-02-07 Carl Zeiss Smt Ag Method for adjusting a projection objective
US7333175B2 (en) * 2004-09-13 2008-02-19 Asml Netherlands, B.V. Method and system for aligning a first and second marker
JP4977068B2 (en) * 2008-03-18 2012-07-18 株式会社東芝 Image acquisition device and sample inspection device
JP5859263B2 (en) 2011-09-29 2016-02-10 株式会社ニューフレアテクノロジー Charged particle beam drawing apparatus and charged particle beam drawing method
JP6661371B2 (en) * 2015-12-25 2020-03-11 キヤノン株式会社 Evaluation method, exposure method, and article manufacturing method

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0599673A (en) * 1991-10-09 1993-04-23 Topcon Corp Optical measuring device
JPH0623654A (en) * 1992-04-03 1994-02-01 Murata Mach Ltd Thermal displacement correction control method for plate processing machine
JPH0764164A (en) * 1993-08-30 1995-03-10 Sony Corp Conversion lens
JPH0886689A (en) * 1994-09-16 1996-04-02 Mitsubishi Electric Corp Wavefront sensor
JPH0950955A (en) * 1995-08-09 1997-02-18 Nikon Corp Scanning aligner and exposure method
JPH10177206A (en) * 1996-12-18 1998-06-30 Kyocera Corp Camera
JPH10289865A (en) * 1997-04-11 1998-10-27 Nikon Corp Projection exposing device and method therefor
JP2000091209A (en) * 1998-09-14 2000-03-31 Nikon Corp Aligner and manufacture thereof, and device manufacturing method
JP2000294488A (en) * 1999-04-06 2000-10-20 Canon Inc Projection aligner and method for measuring wave face thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11251225A (en) * 1998-03-05 1999-09-17 Nikon Corp Image-forming system, aligner comprising the same, method for using the image-forming system, and manufacture of device using the aligner
JP2000047103A (en) * 1998-07-27 2000-02-18 Nikon Corp Adjusting method of projection optical system

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0599673A (en) * 1991-10-09 1993-04-23 Topcon Corp Optical measuring device
JPH0623654A (en) * 1992-04-03 1994-02-01 Murata Mach Ltd Thermal displacement correction control method for plate processing machine
JPH0764164A (en) * 1993-08-30 1995-03-10 Sony Corp Conversion lens
JPH0886689A (en) * 1994-09-16 1996-04-02 Mitsubishi Electric Corp Wavefront sensor
JPH0950955A (en) * 1995-08-09 1997-02-18 Nikon Corp Scanning aligner and exposure method
JPH10177206A (en) * 1996-12-18 1998-06-30 Kyocera Corp Camera
JPH10289865A (en) * 1997-04-11 1998-10-27 Nikon Corp Projection exposing device and method therefor
JP2000091209A (en) * 1998-09-14 2000-03-31 Nikon Corp Aligner and manufacture thereof, and device manufacturing method
JP2000294488A (en) * 1999-04-06 2000-10-20 Canon Inc Projection aligner and method for measuring wave face thereof

Also Published As

Publication number Publication date
AU2002222663A1 (en) 2002-07-01
WO2002050506A1 (en) 2002-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4683232B2 (en) Image plane measuring method, exposure method, device manufacturing method, and exposure apparatus
US7088426B2 (en) Projection optical system adjustment method, prediction method, evaluation method, adjustment method, exposure method and exposure apparatus, program, and device manufacturing method
US7230682B2 (en) Image forming state adjusting system, exposure method and exposure apparatus, and program and information storage medium
US7667829B2 (en) Optical property measurement apparatus and optical property measurement method, exposure apparatus and exposure method, and device manufacturing method
JP4345098B2 (en) Exposure apparatus, exposure method, and device manufacturing method
US7868997B2 (en) Projection optical system inspecting method and inspection apparatus, and a projection optical system manufacturing method
KR100940087B1 (en) Lithographic apparatus and device manufacturing method
EP1347501A1 (en) Wavefront aberration measuring instrument, wavefront aberration measuring method, exposure apparatus, and method for manufacturing microdevice
WO1998048451A1 (en) Aligner, exposure method using the aligner, and method of manufacture of circuit device
US7253878B2 (en) Exposure apparatus and device fabrication method
JP2004014876A (en) Adjustment method, method for measuring spatial image, method for measuring image surface, and exposure device
JP4753009B2 (en) Measuring method, exposure method, and exposure apparatus
JP2002190438A (en) Projection aligner
JPWO2002050506A1 (en) Wavefront measurement device and its use, imaging characteristic measurement method and device, imaging characteristic correction method and device, imaging characteristic management method, and exposure method and device
JP5197304B2 (en) Exposure apparatus and device manufacturing method
JP5489849B2 (en) Position measuring apparatus and method, exposure apparatus and device manufacturing method
JP5668999B2 (en) Exposure method, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP4793683B2 (en) Calculation method, adjustment method, exposure method, image forming state adjustment system, and exposure apparatus
JP2005327769A (en) Calculation method, adjustment method, exposure method, exposure system, image formation state adjusting system, program, and information recording medium
WO2005117075A1 (en) Correcting method, predicting method, exposuring method, reflectance correcting method, reflectance measuring method, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2006245145A (en) Optical characteristic measuring method and apparatus, and exposure method and apparatus
JP2004128149A (en) Aberration measuring method, exposure method and aligner
JP2006073798A (en) Positioning device and exposure device
JP2009206274A (en) Optical characteristics adjusting method, exposure method, and manufacturing method of device
US20050286050A1 (en) Real-time through lens image measurement system and method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070802

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20071211