JP2000077295A - Apparatus and method for inspecting optical system, aligner having the inspecting apparatus and projection aligner - Google Patents
Apparatus and method for inspecting optical system, aligner having the inspecting apparatus and projection alignerInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光学系の検査装置お
よび検査方法並びに該検査装置を備えた位置合わせ装置
および投影露光装置に関し、特に半導体素子や液晶表示
素子等を製造するリソグラフィ工程で用いる投影露光装
置の投影光学系や、該投影露光装置に付設された位置合
わせ装置のアライメント光学系、更にそのアライメント
結果の判定を行うための重ね合わせ測定装置の重ね合わ
せ測定光学系の収差、焦点位置、光軸ズレなどの検査お
よび補正(調整)に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inspection apparatus and an inspection method for an optical system, an alignment apparatus and a projection exposure apparatus having the inspection apparatus, and more particularly to a projection apparatus used in a lithography process for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element and the like. The projection optical system of the exposure apparatus, the alignment optical system of the alignment apparatus attached to the projection exposure apparatus, the aberration, the focal position of the overlay measurement optical system of the overlay measurement apparatus for determining the alignment result, The present invention relates to inspection and correction (adjustment) of optical axis deviation and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、半導体素子や液晶表示素子等を製
造するリソグラフィ工程で用いる投影露光装置では、マ
スクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光性
基板であるウエハ上に転写する。この際、ウエハ上にす
でに形成されたパターンに対して、投影光学系を介して
形成されるマスクパターンの投影像を、投影露光装置に
付設された位置合わせ装置により位置合わせ(アライメ
ント)して、重ね合わせ露光を行う。さらに、投影露光
装置に内設または外設された重ね合わせ測定装置によ
り、位置合わせ装置によるアライメント結果の良否を判
定する。2. Description of the Related Art Conventionally, in a projection exposure apparatus used in a lithography process for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, or the like, a pattern formed on a mask is transferred onto a wafer as a photosensitive substrate via a projection optical system. At this time, a projection image of a mask pattern formed via a projection optical system is aligned (aligned) with a pattern already formed on the wafer by a positioning device attached to a projection exposure apparatus. Perform overlay exposure. Furthermore, the quality of the alignment result by the positioning device is determined by an overlay measurement device provided inside or outside the projection exposure device.
【0003】この場合、たとえば投影光学系に収差が残
存していると、マスクパターンの投影像が正確に結像す
ることができず、ウエハ上に歪みのある転写パターンが
形成される。また、たとえば位置合わせ装置のアライメ
ント光学系に収差が残存していると、マスクとウエハと
の正確な位置合わせを行うことができず、高精度な重ね
合わせ露光を行うことができない。さらに、重ね合わせ
測定装置の重ね合わせ測定光学系についても、たとえば
残留収差があると高精度な重ね合わせ測定を行うことが
できない。In this case, for example, if an aberration remains in the projection optical system, the projected image of the mask pattern cannot be formed accurately, and a transfer pattern with distortion is formed on the wafer. Further, for example, if aberration remains in the alignment optical system of the alignment device, accurate alignment between the mask and the wafer cannot be performed, and high-accuracy overlay exposure cannot be performed. Further, with respect to the overlay measurement optical system of the overlay measurement apparatus, for example, if there is residual aberration, it is not possible to perform overlay measurement with high accuracy.
【0004】このように、投影露光装置の投影光学系
や、位置合わせ装置のアライメント光学系や、更に重ね
合わせ測定装置の重ね合わせ測定光学系などをできるだ
け理想光学系に近い状態に設定することによりはじめ
て、投影露光装置や位置合わせ装置や重ね合わせ測定装
置などの装置性能を十分に発揮させることができる。こ
うした光学系の収差、焦点位置、光軸ズレなどを正確に
且つ簡易に検査し、検査結果に応じて精密に補正または
調整することが近年益々重要になっている。As described above, by setting the projection optical system of the projection exposure apparatus, the alignment optical system of the positioning apparatus, and the overlay measurement optical system of the overlay measurement apparatus as close as possible to the ideal optical system. For the first time, the performance of the apparatus such as the projection exposure apparatus, the alignment apparatus, and the overlay measurement apparatus can be sufficiently exhibited. In recent years, it has become increasingly important to accurately and simply inspect such aberrations, focal positions, optical axis shifts, and the like of the optical system, and to precisely correct or adjust according to the inspection results.
【0005】そこで、本出願人は、特開平9−4978
1号公報において、投影露光装置の投影光学系や、位置
合わせ装置のアライメント光学系や、更に重ね合わせ測
定装置の重ね合わせ測定光学系などの検査に好適な検査
装置を提案している。この検査装置では、例えば位相パ
ターンの像を徐々にデフォーカスさせた際に生じる像の
非対称性の変化に注目し、この非対称性の変化に基づい
て主にコマ収差、球面収差、および光束ケラレ(光束が
遮られること)を正確に検査している。Accordingly, the present applicant has disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-4978.
In Japanese Patent Laid-Open No. 1 (1994), an inspection apparatus suitable for inspection of a projection optical system of a projection exposure apparatus, an alignment optical system of a positioning apparatus, and an overlay measurement optical system of an overlay measurement apparatus is proposed. In this inspection apparatus, for example, attention is paid to a change in asymmetry of an image generated when an image of a phase pattern is gradually defocused, and based on the change in asymmetry, mainly coma aberration, spherical aberration, and light flux vignetting ( The light beam is interrupted).
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9−49781号公報に開示された検査装置では、コマ
収差や球面収差以外の他の諸収差を正確に(再現性良
く)且つ簡易に検査することができなかった。However, the inspection apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-49781 inspects various aberrations other than coma and spherical aberration accurately (with good reproducibility) and simply. I couldn't do that.
【0007】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、光学系の様々な収差、焦点位置、光軸ズレな
どを正確に且つ簡易に検査することのできる検査装置お
よび検査方法を提供することを目的とする。また、本発
明の検査装置による検出結果に基づいて光学系の収差、
焦点位置、光軸ズレなどを補正または調整することによ
って十分な装置性能を発揮することのできる投影露光装
置、位置合わせ装置および重ね合わせ測定装置を提供す
ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides an inspection apparatus and an inspection method capable of accurately and easily inspecting various aberrations, a focal position, an optical axis shift, and the like of an optical system. The purpose is to provide. In addition, aberrations of the optical system based on the detection result by the inspection device of the present invention,
It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus, a positioning apparatus, and an overlay measuring apparatus that can exhibit sufficient apparatus performance by correcting or adjusting a focal position, an optical axis shift, and the like.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第1発明では、位相パターンに照明光を照
射するための照明光学系と前記位相パターンからの光束
を集光して前記位相パターンの像を結像させるための結
像光学系とを有する光学系を検査する検査装置におい
て、前記光学系を介して形成された前記位相パターンの
像を検出するための像検出手段と、前記像検出手段にお
いて検出される前記位相パターンの像をデフォーカスさ
せるためのデフォーカス手段と、前記像検出手段におい
て各デフォーカス状態で検出された前記位相パターンの
エッジに対応する像の非対称性の変化に基づいて、前記
光学系のコマ収差、前記光学系における光束ケラレ、お
よび前記位相パターンの形成面の法線に対する前記照明
光の主光線の傾きを検査するための検査手段とを備えて
いることを特徴とする検査装置を提供する。According to a first aspect of the present invention, there is provided an illumination optical system for irradiating illumination light on a phase pattern and a light beam from the phase pattern. In an inspection apparatus for inspecting an optical system having an imaging optical system for forming an image of the phase pattern, an image detection unit for detecting an image of the phase pattern formed via the optical system, A defocusing unit for defocusing the image of the phase pattern detected by the image detection unit; and an asymmetry of an image corresponding to an edge of the phase pattern detected in each defocused state by the image detection unit. Based on the change in the coma aberration of the optical system, the vignetting of the light beam in the optical system, and the inclination of the principal ray of the illumination light with respect to the normal to the surface on which the phase pattern is formed. It provides a test apparatus characterized by comprising an inspection means for 査.
【0009】第1発明にかかる検査装置において、前記
検査手段は、前記像検出手段において1つまたは複数の
デフォーカス状態で検出した前記位相パターンのエッジ
に対応する像の非対称性と、前記位相パターンまたは前
記像検出手段をその検出中心の周りに180度回転させ
た状態で前記像検出手段において1つまたは複数のデフ
ォーカス状態で検出した前記位相パターンのエッジに対
応する像の非対称性とに基づいて、前記位相パターンま
たは前記像検出手段に起因する像の非対称性の検出誤差
を補正して前記光学系を検査することが好ましい。In the inspection apparatus according to a first aspect of the present invention, the inspection means includes an asymmetry of an image corresponding to an edge of the phase pattern detected in one or a plurality of defocused states by the image detection means; Alternatively, based on the asymmetry of the image corresponding to the edge of the phase pattern detected in one or a plurality of defocused states by the image detecting means in a state where the image detecting means is rotated by 180 degrees around the detection center. It is preferable that the optical system is inspected by correcting a detection error of asymmetry of an image caused by the phase pattern or the image detecting means.
【0010】また、本発明の第2発明では、位相パター
ンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相パタ
ーンからの光束を集光して前記位相パターンの像を結像
させるための結像光学系とを有する光学系を検査する検
査装置において、前記光学系を介して形成された前記位
相パターンの像を検出するための像検出手段と、前記像
検出手段において検出される前記位相パターンの像をデ
フォーカスさせるためのデフォーカス手段とを備え、前
記位相パターンは、前記像検出手段の検出方向に沿って
周期的な位相変化を繰り返す第1の位相パターンと、該
第1の位相パターンとは異なる位相振幅分布を有し前記
像検出手段の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰り
返す第2の位相パターンとを有し、前記第1の位相パタ
ーンの位相の進んだ領域に対応する前記第1の位相パタ
ーンの像の光強度と、前記第1の位相パターンの位相の
遅れた領域に対応する前記第1の位相パターンの像の光
強度とがそれぞれ所定の光強度になる第1のデフォーカ
ス位置と、前記第2の位相パターンの位相の進んだ領域
に対応する前記第2の位相パターンの像の光強度と、前
記第2の位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前
記第2の位相パターンの像の光強度とがそれぞれ所定の
光強度になる第2のデフォーカス位置とに基づいて、前
記光学系の球面収差を検査するための検査手段をさらに
備えていることを特徴とする検査装置を提供する。According to a second aspect of the present invention, there is provided an illumination optical system for irradiating the phase pattern with illumination light, and an illumination optical system for condensing a light beam from the phase pattern to form an image of the phase pattern. In an inspection apparatus for inspecting an optical system having an image optical system, an image detection unit for detecting an image of the phase pattern formed via the optical system, and the phase pattern detected by the image detection unit Defocusing means for defocusing the image of the first phase pattern, wherein the phase pattern repeats a periodic phase change along a detection direction of the image detection means, and the first phase pattern A second phase pattern having a phase amplitude distribution different from that of the first phase pattern and repeating a periodic phase change along the detection direction of the image detecting means. The light intensity of the image of the first phase pattern corresponding to the region and the light intensity of the image of the first phase pattern corresponding to the region where the phase of the first phase pattern is delayed are respectively predetermined light intensities. A first defocus position, a light intensity of the image of the second phase pattern corresponding to a region where the phase of the second phase pattern is advanced, and a region where the phase of the second phase pattern is delayed. Inspection means for inspecting the spherical aberration of the optical system based on the light intensity of the image of the second phase pattern corresponding to the second phase pattern and the second defocus position at which the light intensity becomes a predetermined light intensity. An inspection device is provided.
【0011】さらに、本発明の第3発明では、位相パタ
ーンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相パ
ターンからの光束を集光して前記位相パターンの像を結
像させるための結像光学系とを有する光学系を検査する
検査装置において、前記光学系を介して形成された前記
位相パターンの像を検出するための像検出手段と、前記
像検出手段において検出される前記位相パターンの像を
デフォーカスさせるためのデフォーカス手段とを備え、
前記照明光学系には、照明開口絞りを通過する前記照明
光の振幅分布を変更するための照明開口変更手段が設け
られ、前記位相パターンは、前記像検出手段の検出方向
に沿って周期的な位相変化を繰り返す位相パターンであ
り、前記照明開口変更手段により設定した第1の照明条
件の下で照明された前記位相パターンの位相の進んだ領
域に対応する前記位相パターンの像の光強度と、前記位
相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パタ
ーンの像の光強度とがそれぞれ所定の光強度になる第1
のデフォーカス位置と、前記照明開口変更手段により設
定した第2の照明条件の下で照明された前記位相パター
ンの位相の進んだ領域に対応する前記位相パターンの像
の光強度と、前記位相パターンの位相の遅れた領域に対
応する前記位相パターンの像の光強度とがそれぞれ所定
の光強度になる第2のデフォーカス位置とに基づいて、
前記光学系の球面収差を検査するための検査手段をさら
に備えていることを特徴とする検査装置を提供する。Further, according to a third aspect of the present invention, there is provided an illumination optical system for irradiating the phase pattern with illumination light, and an illumination optical system for condensing a light beam from the phase pattern to form an image of the phase pattern. In an inspection apparatus for inspecting an optical system having an image optical system, an image detection unit for detecting an image of the phase pattern formed via the optical system, and the phase pattern detected by the image detection unit Defocusing means for defocusing the image of
The illumination optical system is provided with illumination aperture changing means for changing the amplitude distribution of the illumination light passing through the illumination aperture stop, and the phase pattern is periodically arranged along a detection direction of the image detection means. A light intensity of an image of the phase pattern corresponding to a region where the phase of the phase pattern illuminated under the first illumination condition set by the illumination aperture changing unit is a phase pattern that repeats a phase change; The first light intensity of the image of the phase pattern corresponding to the region where the phase of the phase pattern is delayed becomes a predetermined light intensity;
Defocus position, light intensity of an image of the phase pattern corresponding to a region where the phase of the phase pattern illuminated under the second illumination condition set by the illumination aperture changing means, and the phase pattern The light intensity of the image of the phase pattern corresponding to the region where the phase is delayed and the second defocus position at which the respective light intensity becomes a predetermined light intensity,
An inspection apparatus is provided, further comprising an inspection unit for inspecting a spherical aberration of the optical system.
【0012】また、本発明の第4発明では、位相パター
ンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相パタ
ーンからの光束を集光して前記位相パターンの像を結像
させるための結像光学系とを有する光学系を検査する検
査装置において、前記光学系を介して形成された前記位
相パターンの像を検出するための像検出手段と、前記像
検出手段において検出される前記位相パターンの像をデ
フォーカスさせるためのデフォーカス手段とを備え、前
記位相パターンは、前記像検出手段の検出方向に沿って
周期的な位相変化を繰り返す位相パターンであり、各デ
フォーカス状態での、前記位相パターンの位相の進んだ
領域に対応する前記位相パターンの像の光強度と、前記
位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パ
ターンの像の光強度との差の変化に基づいて、前記光学
系の焦点位置、光軸上非点隔差、非点収差、像面湾曲、
および像面傾斜のうちの少なくとも1つを検査するため
の検査手段をさらに備えていることを特徴とする検査装
置を提供する。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an illumination optical system for irradiating the phase pattern with illumination light, and an illumination optical system for condensing a light beam from the phase pattern to form an image of the phase pattern. In an inspection apparatus for inspecting an optical system having an image optical system, an image detection unit for detecting an image of the phase pattern formed via the optical system, and the phase pattern detected by the image detection unit Defocus means for defocusing the image of the, the phase pattern is a phase pattern that repeats a periodic phase change along the detection direction of the image detection means, in each defocus state, The light intensity of the image of the phase pattern corresponding to the region where the phase of the phase pattern is advanced, and the light intensity of the image of the phase pattern corresponding to the region where the phase of the phase pattern is delayed. Based on the change in the difference between the focal position of the optical system, the optical axis astigmatism, astigmatism, field curvature,
And an inspection device for inspecting at least one of the image plane tilt.
【0013】なお、第1発明乃至第4発明および各発明
の好ましい態様にかかる検査装置においては、前記位相
パターンに照射する前記照明光の波長を選択するための
照明波長選択手段および前記位相パターンからの結像光
束の波長を選択するための結像光束波長選択手段のうち
の少なくとも一方を備え、前記照明波長選択手段または
前記結像光束波長選択手段によって選択された波長の光
に関して前記光学系を検査することが好ましい。また、
選択された波長の光に関して前記光学系を検査するため
に、前記位相パターンは異なる分光反射率または分光透
過率を有する2つ以上の位相パターンを有することが好
ましい。In the inspection apparatus according to the first to fourth inventions and the preferred embodiments of each invention, the illumination wavelength selecting means for selecting the wavelength of the illumination light to be applied to the phase pattern and the phase pattern are used. And at least one of imaging light flux wavelength selection means for selecting the wavelength of the imaging light flux, the optical system for light having a wavelength selected by the illumination wavelength selection means or the imaging light flux wavelength selection means. Inspection is preferred. Also,
Preferably, to inspect the optical system for light of a selected wavelength, the phase pattern has two or more phase patterns having different spectral reflectances or transmittances.
【0014】また、前記位相パターンは、前記像検出手
段の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰り返すデュ
ーティ比が1対1の位相パターンであることが好まし
い。また、前記位相パターンの透過または反射の振幅位
相分布の位相変化量Φは、前記像検出手段で検出する光
束の中心波長に対して、 Φ=π(2n−1)/2 (nは自然数) の条件を満足することが好ましい。Further, it is preferable that the phase pattern is a phase pattern having a duty ratio of 1 to 1 that repeats a periodic phase change along a detection direction of the image detecting means. Further, the phase change amount Φ of the transmission or reflection amplitude phase distribution of the phase pattern is represented by Φ = π (2n−1) / 2 (n is a natural number) with respect to the center wavelength of the light beam detected by the image detection means. It is preferable to satisfy the following condition.
【0015】また、前記デフォーカス手段は、前記位相
パターン、前記光学系の全体または一部、および前記像
検出手段のうちの少なくとも1つを前記光学系の光軸に
沿って移動させることが好ましい。また、前記デフォー
カス手段は、前記位相パターンの位相の進んだ領域に対
応する前記位相パターンの像の光強度と前記位相パター
ンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パターンの像
の光強度とが等しくなるデフォーカス位置を中心とし
て、前記像検出手段で検出される前記位相パターンの像
のデフォーカス範囲を規定することが好ましい。It is preferable that the defocus means moves at least one of the phase pattern, the whole or a part of the optical system, and the image detecting means along an optical axis of the optical system. . In addition, the defocusing unit may include a light intensity of an image of the phase pattern corresponding to a region where the phase of the phase pattern is advanced and a light intensity of an image of the phase pattern corresponding to a region where the phase of the phase pattern is delayed. It is preferable to define a defocus range of an image of the phase pattern detected by the image detecting means, with a defocus position at which is equal to the center as a center.
【0016】また、本発明の第5発明では、転写パター
ンが形成されたマスク上に設けられた位相パターンから
なる位置合わせマークまたは前記転写パターンの像が転
写される感光性基板上に設けられた位相パターンからな
る位置合わせマークに照明光を照射するための照明光学
系と、前記位置合わせマークからの光束を集光して前記
位置合わせマークの像を結像させるための結像光学系と
からなるアライメント光学系を有し、前記マスクまたは
前記感光性基板の位置決めを行うための位置合わせ装置
において、前記アライメント光学系を検査するために第
1発明乃至第4発明および各発明の好ましい態様にかか
る検査装置を備え、前記検査装置による前記アライメン
ト光学系の検査情報に基づいて前記結像光学系の収差を
補正するための収差補正手段、前記検査情報に基づいて
前記結像光学系の合焦位置を調整するための合焦位置調
整手段、前記検査情報に基づいて前記結像光学系の光束
ケラレを補正するために前記結像光学系の結像開口絞り
の位置を光軸に対して相対変位させるための結像開口絞
り位置調整手段、前記結像光学系の物体面の法線に対す
る前記照明光の主光線の傾きを補正するために前記照明
光学系の照明開口絞りの位置を光軸に対して相対変位さ
せる照明開口絞り位置調整手段のうちの少なくとも1つ
をさらに備えていることを特徴とする位置合わせ装置を
提供する。また、本発明の別の観点によれば、マスク上
に形成された転写パターンを感光性基板上に露光する露
光装置において、前記マスクまたは前記感光性基板の位
置決めを行うために第5発明にかかる位置合わせ装置を
備えていることが好ましい。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an alignment mark comprising a phase pattern provided on a mask on which a transfer pattern is formed, or provided on a photosensitive substrate onto which an image of the transfer pattern is transferred. An illumination optical system for irradiating the alignment mark composed of the phase pattern with illumination light, and an imaging optical system for condensing a light beam from the alignment mark to form an image of the alignment mark. In an alignment apparatus for positioning the mask or the photosensitive substrate, the inspection apparatus according to the first to fourth inventions and preferred embodiments of each invention for inspecting the alignment optical system. An inspection device for correcting aberrations of the imaging optical system based on inspection information of the alignment optical system by the inspection device. Correction means, focus position adjustment means for adjusting the focus position of the imaging optical system based on the inspection information, and the focusing means for correcting light flux vignetting of the imaging optical system based on the inspection information. Imaging aperture stop position adjusting means for relatively displacing the position of the imaging aperture stop of the image optical system with respect to the optical axis, and adjusting the inclination of the principal ray of the illumination light with respect to the normal to the object plane of the imaging optical system. A position alignment device is provided, further comprising at least one of illumination aperture stop position adjusting means for relatively displacing the position of the illumination aperture stop of the illumination optical system with respect to an optical axis for correction. I do. According to another aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for exposing a transfer pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate according to the fifth aspect of the present invention for positioning the mask or the photosensitive substrate. It is preferable to have a positioning device.
【0017】また、本発明の別の観点によれば、基板上
に形成された第1パターンおよび第2パターンに照明光
を照射するための照明光学系と、前記第1パターンおよ
び前記第2パターンからの光束を集光して前記第1パタ
ーンの像および前記第2パターンの像を結像させるため
の結像光学系とからなる重ね合わせ測定光学系を有し、
前記第1パターンと前記第2パターンとの相対位置ずれ
の測定を行う重ね合わせ測定装置において、前記重ね合
わせ測定光学系を検査するために第1発明乃至第4発明
および各発明の好ましい態様にかかる検査装置を備え、
前記検査装置による前記アライメント光学系の検査情報
に基づいて前記結像光学系の収差を補正するための収差
補正手段、前記検査情報に基づいて前記結像光学系の合
焦位置を調整するための合焦位置調整手段、前記検査情
報に基づいて前記結像光学系の光束ケラレを補正するた
めに前記結像光学系の結像開口絞りの位置を光軸に対し
て相対変位させるための結像開口絞り位置調整手段、前
記結像光学系の物体面の法線に対する前記照明光の主光
線の傾きを補正するために前記照明光学系の照明開口絞
りの位置を光軸に対して相対変位させる照明開口絞り位
置調整手段のうちの少なくとも1つをさらに備えている
ことが好ましい。According to another aspect of the present invention, an illumination optical system for irradiating the first pattern and the second pattern formed on the substrate with illumination light, the first pattern and the second pattern are provided. And an imaging optical system for focusing the light beam from the first pattern image and the second pattern image to form an image of the first pattern,
In an overlay measurement apparatus for measuring a relative positional deviation between the first pattern and the second pattern, the overlay measurement apparatus according to the first to fourth inventions and preferred aspects of each invention for inspecting the overlay measurement optical system. Equipped with an inspection device,
An aberration correction unit for correcting aberration of the imaging optical system based on inspection information of the alignment optical system by the inspection device; and an adjusting unit for adjusting a focus position of the imaging optical system based on the inspection information. An in-focus position adjusting means for forming an image-forming aperture stop of the image-forming optical system to relatively displace the position of an image-forming aperture stop with respect to an optical axis in order to correct a light beam vignetting of the image-forming optical system based on the inspection information; Aperture stop position adjusting means for displacing the position of the illumination aperture stop of the illumination optical system relative to the optical axis in order to correct the inclination of the principal ray of the illumination light with respect to the normal to the object plane of the imaging optical system It is preferable that at least one of the illumination aperture stop position adjusting means is further provided.
【0018】また、本発明の別の観点によれば、マスク
上に形成された転写パターンを感光性基板上に露光する
露光装置において、前記感光性基板上に形成された第1
パターンと第2パターンとの相対位置ずれの測定を行う
ために上記重ね合わせ測定装置を備え、前記重ね合わせ
測定装置による相対位置ずれ情報に基づいて、前記マス
クまたは前記感光性基板の位置決め補正を行うことが好
ましい。According to another aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for exposing a transfer pattern formed on a mask to a photosensitive substrate, wherein the first pattern formed on the photosensitive substrate is exposed.
The apparatus is provided with the overlay measuring device for measuring the relative positional displacement between the pattern and the second pattern, and performs the position correction of the mask or the photosensitive substrate based on the relative positional displacement information from the overlay measuring device. Is preferred.
【0019】また、本発明の第6発明では、転写パター
ンが形成されたマスクに照明光を照射するための照明光
学系と、前記転写パターンの像を感光性基板上に形成す
るための投影光学系とを備えた投影露光装置において、
前記照明光学系および前記投影光学系を検査するために
第1発明乃至第4発明および各発明の好ましい態様にか
かる検査装置を備え、前記検査装置による前記照明光学
系および前記投影光学系の検査情報に基づいて前記投影
光学系の収差を補正するための収差補正手段、前記検査
情報に基づいて前記投影光学系の合焦位置を調整するた
めの合焦位置調整手段、前記検査情報に基づいて前記投
影光学系の光束ケラレを補正するために前記投影光学系
の結像開口絞りの位置を光軸に対して相対変位させるた
めの結像開口絞り位置調整手段、前記投影光学系の物体
面の法線に対する前記照明光の主光線の傾きを補正する
ために前記照明光学系の照明開口絞りの位置を光軸に対
して相対変位させる照明開口絞り位置調整手段のうちの
少なくとも1つをさらに備えていることを特徴とする投
影露光装置を提供する。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an illumination optical system for irradiating illumination light to a mask on which a transfer pattern is formed, and a projection optical system for forming an image of the transfer pattern on a photosensitive substrate. And a projection exposure apparatus comprising:
Inspection devices for inspecting the illumination optical system and the projection optical system according to the first to fourth inventions and preferred embodiments of each invention are provided, and inspection information of the illumination optical system and the projection optical system by the inspection device is provided. Aberration correction means for correcting the aberration of the projection optical system based on the focus position adjustment means for adjusting the focus position of the projection optical system based on the inspection information, Image-forming aperture stop position adjusting means for relatively displacing the position of the image-forming aperture stop of the projection optical system with respect to the optical axis in order to correct vignetting of the projection optical system, and a method of measuring the object plane of the projection optical system At least one of illumination aperture stop position adjusting means for relatively displacing the position of the illumination aperture stop of the illumination optical system with respect to the optical axis in order to correct the inclination of the principal ray of the illumination light with respect to a line; To provide a projection exposure apparatus characterized by comprising the al.
【0020】また、本発明の第7発明によれば、所定の
位相パターンの像を形成する結像光学系を含む光学系を
検査する方法において、前記位相パターンに照明光を照
射し、前記結像光学系の光軸方向において異なる複数の
デフォーカス位置で前記位相パターンの像を検出し、前
記複数のデフォーカス位置で検出された前記位相パター
ンのエッジに対応する像の非対称性の変化に基づいて、
前記光学系のコマ収差、前記光学系における光束ケラ
レ、および前記位相パターンの形成面の法線に対する前
記照明光の主光線の傾きを検査することを特徴とする光
学系の検査方法を提供する。According to a seventh aspect of the present invention, in a method for inspecting an optical system including an imaging optical system for forming an image of a predetermined phase pattern, the phase pattern is irradiated with illumination light. Detecting the image of the phase pattern at a plurality of different defocus positions in the optical axis direction of the image optical system, based on a change in asymmetry of an image corresponding to an edge of the phase pattern detected at the plurality of defocus positions. hand,
An inspection method for an optical system is provided, which comprises inspecting coma aberration of the optical system, vignetting of the light beam in the optical system, and an inclination of a principal ray of the illumination light with respect to a normal to a surface on which the phase pattern is formed.
【0021】また、本発明の第8発明によれば、位相パ
ターンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相
パターンの像を形成する結像光学系を含む光学系を検査
する方法において、前記位相パターンは、所定方向に沿
って周期的な位相変化を繰り返す第1の位相パターン
と、該第1の位相パターンとは異なる位相振幅分布を有
し、前記所定方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す
第2の位相パターンとを有し、前記照明光学系を介して
前記位相パターンに照明光を照射し、前記位相パターン
の像を、前記所定方向に沿った検出方向を有する像検出
器を用いて検出し、前記第1の位相パターンの位相の進
んだ領域に対応する前記第1の位相パターンの像の光強
度と、前記第1の位相パターンの位相の遅れた領域に対
応する前記第1の位相パターンの像の光強度とがそれぞ
れ所定の光強度になる第1のデフォーカス位置と、前記
第2の位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記
第2の位相パターンの像の光強度と、前記第2の位相パ
ターンの位相の遅れた領域に対応する前記第2の位相パ
ターンの像の光強度とがそれぞれ所定の光強度となる第
2のデフォーカス位置とに基づいて、前記光学系の球面
収差を検査することを特徴とする光学系の検査方法を提
供する。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a method for inspecting an optical system including an illumination optical system for irradiating a phase pattern with illumination light and an imaging optical system for forming an image of the phase pattern. The phase pattern has a first phase pattern that repeats a periodic phase change along a predetermined direction, and a phase amplitude distribution different from the first phase pattern, A second phase pattern that repeats a phase change, irradiating the phase pattern with illumination light through the illumination optical system, and detecting an image of the phase pattern having a detection direction along the predetermined direction. The light intensity of the image of the first phase pattern corresponding to the region where the phase of the first phase pattern is advanced and the region corresponding to the region where the phase of the first phase pattern is delayed The first place A first defocus position at which the light intensity of the image of the pattern becomes a predetermined light intensity, and a light intensity of the image of the second phase pattern corresponding to a region where the phase of the second phase pattern is advanced. The optical system based on the second defocus position where the light intensity of the image of the second phase pattern corresponding to the region where the phase of the second phase pattern is delayed and the predetermined light intensity. And a method for inspecting an optical system characterized by inspecting spherical aberration of the optical system.
【0022】なお、第8発明の好ましい態様によれば、
前記照明光学系は、照明開口絞りを通過する前記照明光
の振幅分布を変更可能に構成され、前記第1のデフォー
カス位置を検出する際には、前記照明開口絞りでの前記
照明光の振幅分布を第1の振幅分布に設定し、前記第2
のデフォーカス位置を検出する際には、前記照明開口絞
りでの前記照明光の振幅分布を前記第1の振幅分布とは
異なる第2の振幅分布に設定する。According to a preferred aspect of the eighth invention,
The illumination optical system is configured to be able to change an amplitude distribution of the illumination light passing through an illumination aperture stop, and when detecting the first defocus position, an amplitude of the illumination light at the illumination aperture stop is detected. Setting the distribution to a first amplitude distribution,
When the defocus position is detected, the amplitude distribution of the illumination light at the illumination aperture stop is set to a second amplitude distribution different from the first amplitude distribution.
【0023】また、本発明の第9発明によれば、所定の
位相パターンの像を形成する結像光学系を含む光学系を
検査する方法において、前記位相パターンに照明光を照
射し、所定の検出方向を有する像検出器を用いて前記結
像光学系の光軸方向において異なる複数のデフォーカス
位置で前記位相パターンの像を検出し、前記位相パター
ンは、前記像検出器の検出方向に沿って周期的な位相変
化を繰り返す位相パターンであり、前記複数のデフォー
カス位置での、前記位相パターンの位相の進んだ領域に
対応する前記位相パターンの像の光強度と、前記位相パ
ターンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パターン
の像の光強度との差の変化に基づいて、前記光学系の焦
点位置、光軸上非点隔差、非点収差、像面湾曲、および
像面傾斜のうちの少なくとも1つを検査することを特徴
とする光学系の検査方法を提供する。According to a ninth aspect of the present invention, in a method for inspecting an optical system including an image forming optical system for forming an image of a predetermined phase pattern, the phase pattern is irradiated with illumination light. An image of the phase pattern is detected at a plurality of different defocus positions in an optical axis direction of the imaging optical system using an image detector having a detection direction, and the phase pattern extends along a detection direction of the image detector. A phase pattern that repeats a periodic phase change, and at the plurality of defocus positions, the light intensity of the image of the phase pattern corresponding to a region where the phase of the phase pattern has advanced, and the phase of the phase pattern. Based on the change in the difference between the light intensity of the image of the phase pattern corresponding to the delayed region, the focal position of the optical system, astigmatism on the optical axis, astigmatism, field curvature, and image plane tilt Our Even without providing an inspection method of an optical system, characterized by inspecting one.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】本発明の検査装置および検査方法
では、後述の実施例において図3および図4を参照して
説明するように、各デフォーカス状態で検出された位相
パターンのエッジに対応する像の非対称性の指標βの変
化に基づいて、被検光学系のコマ収差および被検光学系
における光束ケラレに加えて、位相パターンの形成面の
法線に対する照明光の主光線の傾きすなわち照明テレセ
ンを再現性良く容易且つ迅速に検査することができる。
具体的には、デフォーカス量Zに依存することのない指
標βの一定のオフセット値Bに基づいて照明光の主光線
の傾斜量すなわち照明テレセン量を求めることができ
る。また、デフォーカス量Zに依存してほぼ線形的に変
化する指標βを表す直線の傾きCに基づいてコマ収差量
を求めることができる。さらに、デフォーカス量Zに依
存して折れ線状または湾曲線状に変化する指標βを表す
折れ線または湾曲線の折れ曲がり量Dに基づいて光束の
ケラレ量を求めることができる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In an inspection apparatus and an inspection method according to the present invention, as will be described later with reference to FIGS. Based on the change in the index β of the asymmetry of the image to be formed, in addition to the coma aberration of the test optical system and the light beam vignetting in the test optical system, the inclination of the principal ray of the illumination light with respect to the normal to the phase pattern forming surface, that is, The illumination telecentric can be easily and quickly inspected with good reproducibility.
Specifically, the inclination amount of the principal ray of the illumination light, that is, the illumination telecentric amount can be obtained based on the constant offset value B of the index β that does not depend on the defocus amount Z. Further, the amount of coma aberration can be obtained based on the slope C of a straight line representing the index β that changes almost linearly depending on the defocus amount Z. Further, the vignetting amount of the light beam can be obtained based on the bending amount D of the polygonal line or the curved line representing the index β that changes in a polygonal line or a curved line depending on the defocus amount Z.
【0025】この場合、位相パターンをその検出中心の
周りに180度回転させた2つの状態で検出した2つの
非対称性の指標β1およびβ2に基づいて(たとえばそ
の単純平均値に基づいて)、位相パターンに起因する像
の非対称性の指標βの検出誤差を補正することができ
る。また、CCDのような像検出手段をその検出中心の
周りに180度回転させた2つの状態で検出した2つの
非対称性の指標β1およびβ2に基づいて(たとえばそ
の単純平均値に基づいて)、位相パターンに起因する像
の非対称性の指標βの検出誤差を補正することもでき
る。In this case, based on two asymmetry indices β1 and β2 detected in two states where the phase pattern is rotated by 180 degrees around the detection center (for example, based on the simple average value), The detection error of the index β of the asymmetry of the image caused by the pattern can be corrected. Further, based on two asymmetry indices β1 and β2 detected in two states in which an image detecting means such as a CCD is rotated by 180 degrees around the detection center (for example, based on a simple average value thereof), It is also possible to correct the detection error of the index β of the image asymmetry caused by the phase pattern.
【0026】また、本発明の検査装置および検査方法で
は、後述の実施例において図7を参照して説明するよう
に、位相振幅分布(ピッチ)の異なる第1の位相パター
ンと第2の位相パターンとを用いて、被検光学系の球面
収差を再現性良く容易且つ迅速に検査することができ
る。具体的には、第1の位相パターンの位相の進んだ領
域(たとえば反射型凹凸パターンの凸部)に対応する像
の光強度と第1の位相パターンの位相の遅れた領域(た
とえば反射型凹凸パターンの凹部)に対応する像の光強
度とが一致する(指標α=0となる)第1のデフォーカ
ス位置Z1と、第2の位相パターンの位相の進んだ領域
に対応する像の光強度と第2の位相パターンの位相の遅
れた領域に対応する像の光強度とが一致する(指標α=
0となる)第2のデフォーカス位置Z2とに基づいて、
被検光学系の球面収差の大きさおよび補正状態を求める
ことができる。Further, according to the inspection apparatus and the inspection method of the present invention, as will be described later with reference to FIG. 7 in an embodiment, a first phase pattern and a second phase pattern having different phase amplitude distributions (pitches) are provided. By using the above, the spherical aberration of the optical system to be inspected can be easily and quickly inspected with good reproducibility. Specifically, the light intensity of the image corresponding to the region where the phase of the first phase pattern is advanced (for example, the convex portion of the reflection type uneven pattern) and the region where the phase of the first phase pattern is delayed (for example, the reflection type unevenness) The first defocus position Z1 at which the light intensity of the image corresponding to the concave portion of the pattern coincides (the index α = 0), and the light intensity of the image corresponding to the advanced phase region of the second phase pattern And the light intensity of the image corresponding to the phase delayed region of the second phase pattern matches (index α =
0) based on the second defocus position Z2.
The magnitude and correction state of the spherical aberration of the test optical system can be obtained.
【0027】さらに、本発明の検査装置および検査方法
では、後述の実施例において図8を参照して説明するよ
うに、2つの異なる照明条件に対して同一の位相パター
ンを用いて、被検光学系の球面収差を再現性良く容易且
つ迅速に検査することができる。具体的には、第1の照
明σ値で照明された位相パターンの位相の進んだ領域に
対応する像の光強度と位相パターンの位相の遅れた領域
に対応する像の光強度とが一致する(指標α=0とな
る)第1のデフォーカス位置Z1と、第2の照明σ値で
照明された位相パターンの位相の進んだ領域に対応する
像の光強度位相パターンの位相の遅れた領域に対応する
像の光強度とが一致する第2のデフォーカス位置Z2と
に基づいて、被検光学系の球面収差の大きさおよび補正
状態を求めることができる。Further, according to the inspection apparatus and the inspection method of the present invention, as will be described later with reference to FIG. The spherical aberration of the system can be inspected easily and quickly with good reproducibility. Specifically, the light intensity of the image corresponding to the phase advanced region of the phase pattern illuminated with the first illumination σ value matches the light intensity of the image corresponding to the phase delayed region of the phase pattern. A region where the phase of the light intensity phase pattern of the image corresponding to the region where the phase of the phase pattern illuminated with the second illumination σ value is advanced is the first defocus position Z1 (indicator α = 0) and the region where the phase is delayed. The magnitude and the correction state of the spherical aberration of the optical system to be measured can be obtained based on the second defocus position Z2 where the light intensity of the image corresponding to the second optical axis coincides.
【0028】また、本発明の検査装置および検査方法で
は、後述の実施例において図7および図8を参照して説
明するように、各デフォーカス状態での位相パターンの
位相の進んだ領域に対応する像の光強度と位相パターン
の位相の遅れた領域に対応する像の光強度との差の指標
αの変化に基づいて、被検光学系の焦点位置、光軸上非
点隔差、非点収差、像面湾曲、および像面傾斜のうちの
少なくとも1つを再現性良く容易且つ迅速に検査するこ
とができる。Further, in the inspection apparatus and the inspection method of the present invention, as will be described later with reference to FIGS. The focus position of the optical system to be measured, the astigmatic difference on the optical axis, the astigmatism, based on the change in the index α of the difference between the light intensity of the image to be reproduced and the light intensity of the image corresponding to the phase delayed region of the phase pattern. It is possible to easily and quickly inspect at least one of the aberration, the field curvature, and the image plane inclination with good reproducibility.
【0029】以上のように、本発明の検査装置および検
査方法では、各デフォーカス状態において位相パターン
のエッジに対応する像の非対称性(指標β)や位相パタ
ーンの凹凸部の像強度の差異(指標α)を計測すること
により、光学系のコマ収差、光束ケラレ、照明光の傾斜
(照明テレセン)に加え、球面収差、焦点位置、光軸上
非点隔差、非点収差、像面湾曲、像面傾斜を再現性良く
容易且つ迅速に検査することができる。そして、検出し
た光学系の検査情報に基づいて、光学系の収差や合焦位
置に関する補正および調整、照明開口絞りや結像開口絞
りに関する位置調整などを効率的且つ適正に行うことに
より、当該光学系を理想光学系に限りなく近づけること
ができる。As described above, according to the inspection apparatus and the inspection method of the present invention, in each defocus state, the asymmetry (index β) of the image corresponding to the edge of the phase pattern and the difference in the image intensity of the uneven portion of the phase pattern (index β) are obtained. By measuring the index α), in addition to coma of the optical system, luminous flux vignetting, inclination of illumination light (illumination telecentricity), spherical aberration, focal position, astigmatism on the optical axis, astigmatism, field curvature, It is possible to easily and quickly inspect the image plane inclination with good reproducibility. Then, based on the detected inspection information of the optical system, correction and adjustment of the aberration and the focusing position of the optical system, and position adjustment of the illumination aperture stop and the imaging aperture stop, etc., are performed efficiently and appropriately, so that the optical The system can be made as close as possible to an ideal optical system.
【0030】したがって、本発明の検査装置を投影露光
装置や位置合わせ装置や重ね合わせ測定装置などに組み
込むことにより、投影露光装置の照明光学系および投影
光学系や位置合わせ装置のアライメント光学系や重ね合
わせ測定装置の重ね合わせ測定光学系を再現性良く容易
且つ迅速に検査するとともに、検査装置による検出結果
に基づいて光学系の収差、焦点位置、光軸ズレなどを補
正または調整することによって十分な装置性能を発揮さ
せることができる。具体的には、位置合わせ装置ではア
ライメント光学系に起因する位置検出誤差が低減し、重
ね合わせ測定装置では重ね合わせ測定光学系に起因する
測定誤差が低減する。また、投影露光装置では、投影光
学系の収差が良好に補正され且つその焦点位置や光軸ズ
レなどが良好に調整されるので、パターン転写性能が向
上し、精度の高い重ね合わせ投影露光を行うことが可能
になる。Therefore, by incorporating the inspection apparatus of the present invention into a projection exposure apparatus, a positioning apparatus, an overlay measuring apparatus, and the like, the illumination optical system of the projection exposure apparatus, the alignment optical system of the projection optical system and the alignment apparatus, and the overlay optical apparatus. It is sufficient to inspect the overlay measurement optical system of the overlay measurement device easily and quickly with good reproducibility, and correct or adjust the aberration, focal position, optical axis deviation, etc. of the optical system based on the detection result by the inspection device. Apparatus performance can be exhibited. Specifically, the position alignment device reduces the position detection error caused by the alignment optical system, and the overlay measurement device reduces the measurement error caused by the overlay measurement optical system. Further, in the projection exposure apparatus, aberrations of the projection optical system are satisfactorily corrected, and the focal position and optical axis deviation thereof are well adjusted, so that the pattern transfer performance is improved and the overlay projection exposure with high accuracy is performed. It becomes possible.
【0031】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づ
いて説明する。図1は、本発明の第1実施例にかかる検
査装置を備えた投影露光装置の構成を概略的に示す図で
ある。なお、第1実施例では、投影露光装置に付設され
たオフアクシス方式の位置合わせ装置のアライメント光
学系(結像光学系および照明光学系)を検査している。
図1では、投影露光装置の投影光学系PLの光軸に対し
て平行にZ軸が、光軸に垂直な平面内において図1の紙
面に平行な方向にX軸が、Z軸およびX軸に垂直な方向
にY軸がそれぞれ設定されている。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of a projection exposure apparatus including an inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the first embodiment, the alignment optical system (imaging optical system and illumination optical system) of the off-axis type alignment device attached to the projection exposure apparatus is inspected.
In FIG. 1, the Z axis is parallel to the optical axis of the projection optical system PL of the projection exposure apparatus, the X axis is a direction parallel to the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the optical axis, the Z axis and the X axis. The Y-axis is set in a direction perpendicular to.
【0032】図1に示す投影露光装置は、適当な露光光
でマスクとしてのレチクルRを均一に照明するための露
光用照明光学系(不図示)を備えている。レチクルRは
レチクルステージ101上においてXY平面とほぼ平行
に支持されており、そのパターン領域PAには転写すべ
き回路パターンが形成されている。レチクルRを透過し
た光は、投影光学系PLを介して感光基板であるウエハ
(またはガラスプレート)Wに達し、ウエハW上にはレ
チクルRのパターン像が形成される。The projection exposure apparatus shown in FIG. 1 includes an exposure illumination optical system (not shown) for uniformly illuminating the reticle R as a mask with appropriate exposure light. The reticle R is supported substantially parallel to the XY plane on the reticle stage 101, and a circuit pattern to be transferred is formed in its pattern area PA. The light transmitted through the reticle R reaches the wafer (or glass plate) W as a photosensitive substrate via the projection optical system PL, and a pattern image of the reticle R is formed on the wafer W.
【0033】なお、ウエハWは、ウエハホルダ121を
介してZステージ122上においてXY平面とほぼ平行
に支持されている。Zステージ122は、ステージ制御
系124によって、投影光学系PLの光軸に沿って駆動
されるようになっている。Zステージ122はさらに、
XYステージ123上に支持されている。XYステージ
123は、同じくステージ制御系124によって、投影
光学系PLの光軸に対して垂直なXY平面内において二
次元的に駆動されるようになっている。The wafer W is supported on the Z stage 122 via the wafer holder 121 substantially in parallel with the XY plane. The Z stage 122 is driven by the stage control system 124 along the optical axis of the projection optical system PL. The Z stage 122 further
It is supported on an XY stage 123. The XY stage 123 is also two-dimensionally driven by the stage control system 124 in an XY plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system PL.
【0034】投影露光の際には、パターン領域PAとウ
エハW上の各露光領域とを光学的に位置合わせ(アライ
メント)する必要がある。そこで、ウエハW上に形成さ
れたアライメント用の段差マークすなわちウエハマーク
WMの基準座標系における位置を検出し、その位置情報
に基づいてアライメントが行われる。このように、ウエ
ハマークWMの位置を検出してアライメントを行うの
に、本発明の位置合わせ装置が使用される。At the time of projection exposure, it is necessary to optically align (align) the pattern area PA with each exposure area on the wafer W. Therefore, the position of the alignment step mark formed on the wafer W, that is, the wafer mark WM in the reference coordinate system is detected, and alignment is performed based on the position information. As described above, the alignment device of the present invention is used to detect and align the position of the wafer mark WM.
【0035】図1に示す位置合わせ装置は、照明光(ア
ライメント光AL)を供給するために、たとえばハロゲ
ンランプのような光源103を備えている。光源103
からの光は、たとえば光ファイバーのようなライトガイ
ド104を介して所定位置まで導かれる。ライトガイド
104の射出端から射出された照明光は、必要に応じて
照明開口絞り127で制限された後、適当な断面形状を
有する照明光束となってコンデンサーレンズ129に入
射する。The alignment device shown in FIG. 1 includes a light source 103 such as a halogen lamp for supplying illumination light (alignment light AL). Light source 103
Is guided to a predetermined position via a light guide 104 such as an optical fiber. The illumination light emitted from the emission end of the light guide 104 is restricted by the illumination aperture stop 127 as necessary, and then enters the condenser lens 129 as an illumination light flux having an appropriate cross-sectional shape.
【0036】コンデンサーレンズ129を介したアライ
メント光ALは、一旦集光された後、照明視野絞り(不
図示)を介して照明リレーレンズ105に入射する。照
明リレーレンズ105を介して平行光となったアライメ
ント光ALは、ハーフプリズム106を透過した後、第
1対物レンズ107に入射する。第1対物レンズ107
で集光されたアライメント光ALは、反射プリズム10
8の反射面で図中下方に反射された後、ウエハW上に形
成されたアライメントマークであるウエハマークWMを
照明する。The alignment light AL passing through the condenser lens 129 is once converged, and then enters the illumination relay lens 105 via an illumination field stop (not shown). The alignment light AL converted into parallel light via the illumination relay lens 105 passes through the half prism 106, and then enters the first objective lens 107. First objective lens 107
The alignment light AL condensed by the reflection prism 10
After being reflected by the reflecting surface 8 downward in the figure, the wafer mark WM serving as an alignment mark formed on the wafer W is illuminated.
【0037】このように、光源103、ライトガイド1
04、照明開口絞り127、コンデンサーレンズ12
9、照明視野絞り(不図示)、照明リレーレンズ10
5、ハーフプリズム106、第1対物レンズ107、お
よび反射プリズム108は、ウエハマークWMに照明光
を照射するための照明光学系を構成している。As described above, the light source 103 and the light guide 1
04, illumination aperture stop 127, condenser lens 12
9, illumination field stop (not shown), illumination relay lens 10
5, the half prism 106, the first objective lens 107, and the reflection prism 108 constitute an illumination optical system for irradiating the wafer mark WM with illumination light.
【0038】照明光に対するウエハマークWMからの反
射光は、反射プリズム108および第1対物レンズ10
7を介して、ハーフプリズム106に入射する。ハーフ
プリズム106で図中上方に反射された光は、第2対物
レンズ111を介して、指標板112上にウエハマーク
WMの像を形成する。指標板112を介した光は、リレ
ーレンズ系(113,114)を介して、XY分岐ハー
フプリズム115に入射する。そして、XY分岐ハーフ
プリズム115で反射された光はY方向用CCD116
に、XY分岐ハーフプリズム115を透過した光はX方
向用CCD117に入射する。なお、リレーレンズ系
(113,114)の平行光路中には、必要に応じて結
像開口絞り130が配置されている。The reflected light from the wafer mark WM with respect to the illumination light is reflected by the reflecting prism 108 and the first objective lens 10.
7, the light enters the half prism 106. The light reflected upward in the figure by the half prism 106 forms an image of the wafer mark WM on the index plate 112 via the second objective lens 111. The light passing through the index plate 112 enters the XY branch half prism 115 via the relay lens system (113, 114). The light reflected by the XY branching half prism 115 is transmitted to the Y-direction CCD 116.
The light transmitted through the XY branch half prism 115 is incident on the X-direction CCD 117. In the parallel optical path of the relay lens system (113, 114), an imaging aperture stop 130 is arranged as necessary.
【0039】このように、反射プリズム108、第1対
物レンズ107、ハーフプリズム106、第2対物レン
ズ111、指標板112、リレーレンズ系(113,1
14)、結像開口絞り130およびハーフプリズム11
5は、照明光に対するウエハマークWMからの反射光に
基づいてマーク像を形成するための結像光学系を構成し
ている。また、Y方向用CCD116およびX方向用C
CD117は、結像光学系を介して形成されたマーク像
を検出するための像検出手段を構成している。As described above, the reflecting prism 108, the first objective lens 107, the half prism 106, the second objective lens 111, the index plate 112, the relay lens system (113, 1)
14), imaging aperture stop 130 and half prism 11
Reference numeral 5 constitutes an imaging optical system for forming a mark image based on reflected light from the wafer mark WM with respect to the illumination light. In addition, CCD 116 for Y direction and C for X direction
The CD 117 constitutes image detection means for detecting a mark image formed via the imaging optical system.
【0040】こうして、Y方向用CCD116およびX
方向用CCD117の撮像面には、マーク像が指標板1
12の指標パターン像とともに形成される。Y方向用C
CD116およびX方向用CCD117からの出力信号
は、信号処理系118に供給される。さらに、信号処理
系118において信号処理(波形処理)により得られた
ウエハマークWMの位置情報は、主制御系125に供給
される。Thus, the Y-direction CCD 116 and X
The mark image is displayed on the imaging surface of the direction CCD 117 on the index plate 1.
It is formed together with 12 index pattern images. C for Y direction
Output signals from the CD 116 and the X-direction CCD 117 are supplied to a signal processing system 118. Further, the position information of the wafer mark WM obtained by the signal processing (waveform processing) in the signal processing system 118 is supplied to the main control system 125.
【0041】主制御系125は、信号処理系118から
のウエハマークWMの位置情報に基づいて、ステージ制
御信号をステージ制御系124に出力する。ステージ制
御系124は、ステージ制御信号にしたがってXYステ
ージ123を適宜駆動し、ウエハWのアライメントを行
う。なお、主制御系125には、たとえばキーボードの
ような入力手段126を介して、照明開口絞り127に
対する指令や結像開口絞り130に対する指令が供給さ
れる。主制御系125は、これらの指令に基づき、駆動
系128を介して照明開口絞り127を駆動したり、駆
動系131を介して結像開口絞り130を駆動したりす
る。また、主制御系125は、後述する収差補正指令に
基づき、第2対物レンズ111やリレーレンズ113を
駆動する。The main control system 125 outputs a stage control signal to the stage control system 124 based on the position information of the wafer mark WM from the signal processing system 118. The stage control system 124 appropriately drives the XY stage 123 according to the stage control signal to perform alignment of the wafer W. Note that a command for the illumination aperture stop 127 and a command for the imaging aperture stop 130 are supplied to the main control system 125 via input means 126 such as a keyboard. The main control system 125 drives the illumination aperture stop 127 via the drive system 128 and drives the imaging aperture stop 130 via the drive system 131 based on these commands. Further, the main control system 125 drives the second objective lens 111 and the relay lens 113 based on an aberration correction command described later.
【0042】上述したように、ウエハW上にはアライメ
ントマークとしてウエハマークWMが形成されている
が、このウエハマークWMはたとえばCCD116の計
測方向またはCCD117の計測方向に沿って周期的な
位相変化を繰り返すデューティ比が1対1の位相パター
ンである。こうした位相パターンは、たとえば投影露光
装置で露光処理したシリコンウエハをエッチング処理す
ることにより、所望の精度で正確な形状に形成すること
ができる。なお、後述する光学系の収差測定などにおい
て鋭敏な検出感度を得るためには、位相パターンの反射
振幅位相分布の位相変化量Φが、CCD116および1
17で検出する光束の中心波長に対して以下の式(a)
を満足することが望ましい。 Φ=π(2n−1)/2 (nは自然数) (a)As described above, the wafer mark WM is formed as an alignment mark on the wafer W. The wafer mark WM has a periodic phase change along the measurement direction of the CCD 116 or the measurement direction of the CCD 117, for example. This is a phase pattern in which the duty ratio to be repeated is 1: 1. Such a phase pattern can be formed into a precise shape with desired accuracy by, for example, etching a silicon wafer exposed by a projection exposure apparatus. In order to obtain a sharp detection sensitivity in the measurement of the aberration of the optical system to be described later, the phase change amount Φ of the reflection amplitude / phase distribution of the phase pattern must be
The following equation (a) is used for the center wavelength of the light beam detected in step (17).
It is desirable to satisfy Φ = π (2n-1) / 2 (n is a natural number) (a)
【0043】図2は、位相パターン像の光強度に応じた
信号Vを非計測方向に積分した積分信号ΣVを、計測方
向Sに対してプロットした図であって、位相パターン像
の非対称性の指標βを説明するための図である。第1実
施例では、位相パターンからなるウエハマークWMの像
が撮像素子であるCCD(116,117)の撮像面に
形成される。したがって、図2では、撮像素子(11
6,117)からの撮像信号Vを非計測方向に積分した
積分信号ΣVを計測方向Sに対してプロットしている。FIG. 2 is a diagram in which an integrated signal ΔV obtained by integrating the signal V corresponding to the light intensity of the phase pattern image in the non-measurement direction is plotted in the measurement direction S, and shows the asymmetry of the phase pattern image. FIG. 6 is a diagram for explaining an index β. In the first embodiment, an image of the wafer mark WM composed of a phase pattern is formed on the imaging surface of the CCD (116, 117) that is the imaging device. Therefore, in FIG. 2, the image sensor (11
6, 117) is plotted in the measurement direction S with respect to the measurement direction S.
【0044】図2に示すように、積分信号ΣVは、計測
方向Sに沿って周期BP(B:結像光学系の倍率,P:
ウエハ上における位相パターンWMのピッチ)毎に変化
する。第1実施例では、位相パターン像の非対称性を定
量化するために、積分信号ΣVの分布においてi番目
(図2では2番目)の周期における図中左右の信号極小
値(落ち込みエッジ部の信号値)をそれぞれViLおよび
ViR(i=1,2,3・・・)とする。また、積分信号
ΣVの両端部分を除き各周期に亘る全体領域において、
信号の最大値および最小値をそれぞれVmax およびVmi
n とする。As shown in FIG. 2, the integration signal ΔV has a period BP (B: magnification of the imaging optical system, P:
It changes for each phase pattern WM on the wafer. In the first embodiment, in order to quantify the asymmetry of the phase pattern image, the minimum value of the left and right signals (the signal at the falling edge portion) in the i-th (second in FIG. 2) cycle in the distribution of the integrated signal ΣV ) Are ViL and ViR (i = 1, 2, 3,...), Respectively. Also, in the entire region over each period except for both end portions of the integration signal ΔV,
The maximum and minimum values of the signal are Vmax and Vmi, respectively.
Let n.
【0045】そして、位相パターン像の非対称性の指標
βを、次の式(1)に基づいて求める。 β=Σ{ViL−ViR/(Vmax −Vmin )}/n (1) ここで、nは周期数であり、Σはi=1〜nまでの総和
記号である。Then, the index β of the asymmetry of the phase pattern image is obtained based on the following equation (1). β = {ViL−ViR / (Vmax−Vmin)} / n (1) where n is the number of periods, and Σ is a sum symbol for i = 1 to n.
【0046】図3および図4は、主制御系125の指令
に基づきステージ制御系124がZステージ122を適
宜駆動して得られる各デフォーカス状態での位相パター
ン像の非対称性の指標βの変化とコマ収差や光軸ずれ等
との関係を示す図である。被検光学系(この場合は結像
光学系および照明光学系)に残存収差がなく且つ光軸ず
れも存在しない理想的な光学調整状態では、図3(a)
において直線L1で示すように、デフォーカス量Zに依
存することなく指標βは0である。FIGS. 3 and 4 show the change in the index β of the asymmetry of the phase pattern image in each defocus state obtained by the stage control system 124 appropriately driving the Z stage 122 based on a command from the main control system 125. FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between the optical axis, coma aberration, optical axis shift, and the like. FIG. 3A shows an ideal optical adjustment state in which the test optical system (in this case, the imaging optical system and the illumination optical system) has no residual aberration and no optical axis shift.
In this case, as shown by the straight line L1, the index β is 0 without depending on the defocus amount Z.
【0047】また、被検光学系(この場合は照明光学
系)において物体面(すなわちウエハ面)を照射する照
明光の主光線が物体面の法線に対して傾斜している場合
(以下、「照明テレセンがある場合」という)には、図
3(b)において直線L2で示すように、デフォーカス
量Zに依存することなく指標βは一定のオフセット値B
をとる。このオフセット値Bは、物体面の法線に対する
照明光の主光線の傾斜量すなわち照明テレセン量にほぼ
比例する。In the case where the principal ray of the illumination light irradiating the object surface (that is, the wafer surface) in the optical system to be inspected (in this case, the illumination optical system) is inclined with respect to the normal to the object surface (hereinafter, referred to as the "light"). In the case where “there is an illumination telecentric”, as shown by a straight line L2 in FIG. 3B, the index β is set to a constant offset value B without depending on the defocus amount Z.
Take. This offset value B is substantially proportional to the inclination amount of the principal ray of the illumination light with respect to the normal to the object plane, that is, the illumination telecentricity.
【0048】さらに、被検光学系(この場合は結像光学
系)にコマ収差が存在する場合、図4(a)において直
線L3で示すように、指標βはデフォーカス量Zに依存
してほぼ線形的な変化を示す。そして、この直線L3の
傾きCは、コマ収差量にほぼ比例する。また、被検光学
系(この場合も結像光学系)において結像光束のケラレ
が存在する場合、図4(b)において示すように、指標
βはデフォーカス量Zの変化に応じて折れ線(あるいは
破線で示すような湾曲した曲線)L4で示すような変動
を示す。そして、この折れ線または湾曲線L4の折れ曲
がり量Dは、結像光束のケラレ量にほぼ比例する。Further, when a coma exists in the optical system to be measured (in this case, the imaging optical system), the index β depends on the defocus amount Z as shown by a straight line L3 in FIG. It shows an almost linear change. The slope C of the straight line L3 is substantially proportional to the amount of coma. Further, when there is vignetting of the image forming light beam in the optical system to be inspected (also in this case, the image forming optical system), as shown in FIG. Or a curved curve as shown by a broken line) L4. The amount of bending D of the broken line or curved line L4 is substantially proportional to the amount of vignetting of the image forming light beam.
【0049】こうして、位相パターン像をデフォーカス
させて得られる指標βとデフォーカス量Zとの関係か
ら、オフセット値Bにより照明テレセンを、傾きの値C
によりコマ収差を、折れ曲がり量Dから光束ケラレをそ
れぞれ求めることができる。また、上述の説明におい
て、位相パターン像を検出する領域を所望の範囲に限定
してもよい。すなわち、式(1)において、i=1〜n
の範囲を限定してもよい。このように限定することによ
り、物体面上の任意の位置における被検光学系の照明テ
レセン、光束ケラレ、コマ収差を検査することができ
る。更に、視野の各点に対して上述の検査を行うことに
より、例えば検出視野内の偏心コマ収差と像高コマ収差
とを判別したりすることが可能になる。また、照明テレ
センや光束ケラレに関しても同様である。Thus, based on the relationship between the index β obtained by defocusing the phase pattern image and the defocus amount Z, the illumination telecentricity is calculated by the offset value B, and the inclination value C
, The light beam vignetting can be obtained from the bending amount D. In the above description, the region where the phase pattern image is detected may be limited to a desired range. That is, in equation (1), i = 1 to n
May be limited. By limiting in this way, it is possible to inspect illumination telecentricity, luminous flux vignetting, and coma of the optical system to be inspected at an arbitrary position on the object plane. Further, by performing the above-described inspection on each point of the visual field, for example, it is possible to determine the eccentric coma aberration and the image height coma aberration in the detection visual field. The same applies to the illumination telecentric and luminous flux vignetting.
【0050】図5は、位相パターン像の光強度に応じた
信号Vを非計測方向に積分した積分信号ΣVを、計測方
向Sに対してプロットした図であって、位相パターンの
凹部に対応する位相パターン像の像強度と凸部に対応す
る位相パターン像の像強度との差異を定量化した指標α
を説明するための図である。このように、図5は図2に
対応する図であるが、簡略化のためにコマ収差や光束ケ
ラレが存在しない被検光学系を例示的に想定している。FIG. 5 is a diagram in which an integrated signal ΔV obtained by integrating the signal V corresponding to the light intensity of the phase pattern image in the non-measurement direction is plotted in the measurement direction S, and corresponds to the concave portion of the phase pattern. An index α that quantifies the difference between the image intensity of the phase pattern image and the image intensity of the phase pattern image corresponding to the projection.
FIG. As described above, FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG. 2, but for simplicity, a test optical system free of coma aberration and light beam vignetting is exemplarily assumed.
【0051】上述したように、第1実施例では、位相パ
ターンからなるウエハマークWMの像が撮像素子である
CCD(116,117)の撮像面に形成される。した
がって、図5では、図2と同様に、撮像素子(116,
117)からの撮像信号Vを非計測方向に積分した積分
信号ΣVを計測方向Sに対してプロットしている。図5
に示すように、積分信号ΣVは、計測方向Sに沿って周
期BP(B:結像光学系の倍率;P:ウエハ上における
位相パターンWMのピッチ)毎に変化する。第1実施例
では、位相パターンの凹部に対応する位相パターン像の
像強度と凸部に対応する位相パターン像の像強度との差
異を定量化するために、積分信号ΣVの分布においてi
番目の位相パターンの凹部に対応する積分信号ΣVをV
io(i=1,2,3・・・)とし、i番目の位相パター
ンの凸部に対応する積分信号ΣVをVit(i=1,2,
3・・・)とする。As described above, in the first embodiment, the image of the wafer mark WM composed of the phase pattern is formed on the imaging surface of the CCD (116, 117) as the imaging device. Therefore, in FIG. 5, similarly to FIG.
117) is plotted in the measurement direction S with respect to the measurement direction S. FIG.
As shown in the figure, the integrated signal ΣV changes along the measurement direction S at every cycle BP (B: magnification of the imaging optical system; P: pitch of the phase pattern WM on the wafer). In the first embodiment, in order to quantify the difference between the image intensity of the phase pattern image corresponding to the concave portion of the phase pattern and the image intensity of the phase pattern image corresponding to the convex portion, i
The integral signal ΔV corresponding to the concave portion of the
io (i = 1, 2, 3,...), and the integrated signal ΣV corresponding to the projection of the i-th phase pattern is Vit (i = 1, 2, 2,...).
3 ...).
【0052】そして、位相パターンの凹部および凸部に
それぞれ対応する位相パターン像の像強度の間の差異の
指標αを、次の式(2)により求める。 α=Σ{Vit−Vio/(Vit+Vio)}/(2n) (2) ここで、nは周期数であり、Σはi=1〜nまでの総和
記号である。Then, an index α of a difference between the image intensities of the phase pattern images corresponding to the concave portions and the convex portions of the phase pattern is obtained by the following equation (2). α = {Vit−Vio / (Vit + Vio)} / (2n) (2) where n is the number of periods, and Σ is a sum symbol for i = 1 to n.
【0053】図6は、主制御系125の指令に基づきス
テージ制御系124がZステージ122を適宜駆動して
得られる各デフォーカス状態での、位相パターンの凹部
および凸部にそれぞれ対応する位相パターン像の像強度
の間の差異の指標αの変化と球面収差との関係を示す図
である。なお、図6および関連する他の図(図7および
図8)において、Z=0は被検光学系の近軸像面位置に
対応している。また、α=0は、位相パターンの凹部に
対応する位相パターン像の像強度と凸部に対応する位相
パターン像の像強度とが等しくなる状態に対応してい
る。被検光学系(この場合は結像光学系)において球面
収差が存在しない場合、指標αはデフォーカス量Zの値
に応じてほぼ正比例した変化を示す。すなわち、指標α
の変化を示す直線L1において、α=0のときZ=0と
なる。FIG. 6 shows phase patterns corresponding to the concave and convex portions of the phase pattern in each defocused state obtained by the stage control system 124 appropriately driving the Z stage 122 based on a command from the main control system 125. FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a change in an index α of a difference between image intensities of images and spherical aberration. In FIG. 6 and other related figures (FIGS. 7 and 8), Z = 0 corresponds to the paraxial image plane position of the test optical system. Further, α = 0 corresponds to a state where the image intensity of the phase pattern image corresponding to the concave portion of the phase pattern is equal to the image intensity of the phase pattern image corresponding to the convex portion. When there is no spherical aberration in the test optical system (in this case, the imaging optical system), the index α changes almost directly in proportion to the value of the defocus amount Z. That is, the index α
, When α = 0, Z = 0.
【0054】一方、被検光学系において補正オーバーの
球面収差が存在する場合は、指標αの変化を示す直線L
2およびL3において、α=0のときのZの値は負とな
る。また、α=0のときのZの絶対値は、その球面収差
量の大きさに応じて大きくなる。すなわち、補正オーバ
ーの球面収差が比較的大きく存在する場合の指標αの変
化を示す直線L2がZ軸(α=0の軸線)と交わるとき
のZの絶対値の方が、補正オーバーの球面収差が比較的
小さく存在する場合の指標αの変化を示す直線L3がZ
軸と交わるときのZの絶対値よりも大きくなる。このよ
うに、補正オーバーの球面収差が存在する場合、位相パ
ターンの凹部に対応する位相パターン像の像強度と凸部
に対応する位相パターン像の像強度とが等しくなるデフ
ォーカス位置が、その球面収差量の大きさに応じてZ=
0の近軸像面位置から負の方向へ離れる傾向となる。On the other hand, when overcorrected spherical aberration exists in the test optical system, a straight line L indicating a change in the index α is obtained.
In 2 and L3, the value of Z when α = 0 is negative. The absolute value of Z when α = 0 increases according to the magnitude of the spherical aberration. That is, the absolute value of Z when the straight line L2 indicating the change of the index α intersects the Z axis (the axis of α = 0) when the overcorrected spherical aberration is relatively large is determined by the overcorrected spherical aberration. Is relatively small, the straight line L3 indicating the change in the index α is Z
It is larger than the absolute value of Z when it intersects the axis. As described above, when there is overcorrected spherical aberration, the defocus position where the image intensity of the phase pattern image corresponding to the concave portion of the phase pattern and the image intensity of the phase pattern image corresponding to the convex portion are equal to the spherical position. According to the magnitude of the aberration amount, Z =
It tends to move away from the paraxial image plane position of 0 in the negative direction.
【0055】また、被検光学系において補正アンダーの
球面収差が存在する場合は、指標αの変化を示す直線L
4およびL5において、α=0のときのZの値は正とな
る。また、α=0のときのZの値は、その球面収差量の
大きさに応じて大きくなる。すなわち、補正アンダーの
球面収差が比較的大きく存在する場合の指標αの変化を
示す直線L4がZ軸(α=0の軸線)と交わるときのZ
の値の方が、補正アンダーの球面収差が比較的小さく存
在する場合の指標αの変化を示す直線L5がZ軸と交わ
るときのZの値よりも大きくなる。このように、補正ア
ンダーの球面収差が存在する場合、位相パターンの凹部
に対応する位相パターン像の像強度と凸部に対応する位
相パターン像の像強度とが等しくなるデフォーカス位置
が、その球面収差量の大きさに応じてZ=0の近軸像面
位置から正の方向へ離れる傾向となる。When the undercorrected spherical aberration exists in the optical system to be measured, a straight line L indicating a change in the index α is obtained.
At 4 and L5, the value of Z when α = 0 is positive. The value of Z when α = 0 increases in accordance with the magnitude of the spherical aberration amount. That is, when the straight line L4 indicating the change of the index α when the undercorrected spherical aberration is relatively large intersects the Z axis (the axis of α = 0),
Is larger than the value of Z when the straight line L5 indicating the change in the index α when the undercorrected spherical aberration is relatively small intersects the Z axis. As described above, when the undercorrected spherical aberration exists, the defocus position at which the image intensity of the phase pattern image corresponding to the concave portion of the phase pattern is equal to the image intensity of the phase pattern image corresponding to the convex portion is set to the spherical position. It tends to move away from the paraxial image plane position of Z = 0 in the positive direction according to the magnitude of the aberration amount.
【0056】図7は、周期の異なる2種類の位相パター
ンに関するデフォーカス量Zと指標αとの関係を示す図
であって、(a)は被検光学系において球面収差が存在
する場合を、(b)は球面収差が存在しない場合をそれ
ぞれ示している。周期の小さい位相パターンの方が周期
の大きい位相パターンの場合よりもパターンから生じる
回折光の回折角度が大きく、球面収差の影響をより受け
易い。したがって、被検光学系において球面収差が存在
する場合、周期の小さい位相パターンに対して得られる
直線L2がZ軸と交差する位置Z2の方が、周期の大き
い位相パターンに対して得られる直線L1がZ軸と交差
する位置Z1よりもZ=0の近軸像面位置から離れる。FIGS. 7A and 7B show the relationship between the defocus amount Z and the index α for two types of phase patterns having different periods. FIG. 7A shows a case where spherical aberration exists in the optical system to be measured. (B) shows the case where there is no spherical aberration. A phase pattern with a smaller cycle has a larger diffraction angle of diffracted light generated from the pattern than a phase pattern with a larger cycle, and is more susceptible to spherical aberration. Therefore, when spherical aberration exists in the test optical system, the position Z2 where the straight line L2 obtained for the phase pattern with a small cycle intersects with the Z axis is closer to the straight line L1 obtained for the phase pattern with a large cycle. Is farther from the paraxial image plane position of Z = 0 than the position Z1 intersecting the Z axis.
【0057】一方、被検光学系において球面収差が存在
しない場合は、周期の小さい位相パターンに対して得ら
れる直線L2がZ軸と交差する位置Z2も、周期の大き
い位相パターンに対して得られる直線L1がZ軸と交差
する位置Z1も、Z=0の近軸像面位置と一致する。以
上より、Z2とZ1との差分(Z2−Z1)は被検光学
系に残存する球面収差の大きさに比例し、且つ差分(Z
2−Z1)の正負の符号は球面収差の補正オーバーおよ
び補正アンダーに対応していることが分かる。換言する
と、周期の異なる2種類の位相パターンを用いて位相パ
ターン像をデフォーカスさせた場合に得られる指標αと
デフォーカス量Zとの関係から、上述の差分(Z2−Z
1)に基づいて被検光学系の球面収差の大きさおよびそ
の補正状態を求めることができる。On the other hand, when there is no spherical aberration in the test optical system, the position Z2 at which the straight line L2 obtained for the phase pattern with a small period intersects the Z axis is also obtained for the phase pattern with a large period. The position Z1 where the straight line L1 intersects the Z axis also matches the paraxial image plane position where Z = 0. From the above, the difference (Z2-Z1) between Z2 and Z1 is proportional to the magnitude of the spherical aberration remaining in the test optical system, and the difference (Z2
It can be seen that the positive and negative signs of 2-Z1) correspond to overcorrection and undercorrection of spherical aberration. In other words, from the relationship between the index α and the defocus amount Z obtained when the phase pattern image is defocused using two types of phase patterns having different periods, the difference (Z2-Z
Based on 1), the magnitude of the spherical aberration of the test optical system and its correction state can be obtained.
【0058】図8は、2種類の照明σ値で照明したとき
の同一位相パターンに関するデフォーカス量Zと指標α
との関係を示す図であって、(a)は被検光学系におい
て球面収差が存在する場合を、(b)は球面収差が存在
しない場合をそれぞれ示している。ここで、照明σと
は、結像開口数に対する照明開口数の比をいう。照明σ
値が比較的大きい照明の方が照明σ値が比較的小さい照
明の場合よりも、位相パターンからの結像光束は球面収
差の影響をより受け易い。したがって、被検光学系にお
いて球面収差が存在する場合は、照明σ値が大きい場合
に得られる直線L2’がZ軸と交差する位置Z2の方
が、照明σ値が小さい場合に得られる直線L1’がZ軸
と交差する位置Z1よりもZ=0の近軸像面位置から離
れる。FIG. 8 shows a defocus amount Z and an index α for the same phase pattern when illuminated with two types of illumination σ values.
(A) shows the case where spherical aberration exists in the test optical system, and (b) shows the case where spherical aberration does not exist. Here, the illumination σ refers to the ratio of the illumination numerical aperture to the imaging numerical aperture. Lighting σ
Illumination with a relatively large value is more susceptible to spherical aberration than the illumination with a relatively small illumination σ value. Therefore, when the test optical system has a spherical aberration, the position Z2 where the straight line L2 ′ obtained when the illumination σ value is large intersects the Z axis is the straight line L1 obtained when the illumination σ value is small. 'Is farther from the paraxial image plane position of Z = 0 than the position Z1 where it intersects the Z axis.
【0059】一方、被検光学系において球面収差が存在
しない場合は、照明σ値が大きい場合に得られる直線L
2’がZ軸と交差する位置Z2も、照明σ値が小さい場
合に得られる直線L1’がZ軸と交差する位置Z1も、
Z=0の近軸像面位置と一致する。以上より、同一位相
パターンを2種類の照明σ値で照明する場合において
も、周期の異なる2種類の位相パターンを用いる場合と
同様に、Z2とZ1との差分(Z2−Z1)は被検光学
系に残存する球面収差の大きさに比例し、且つ差分(Z
2−Z1)の正負の符号は球面収差の補正オーバーおよ
び補正アンダーに対応していることが分かる。換言する
と、同一位相パターンを2種類の照明σ値で照明して位
相パターン像をデフォーカスさせた場合に得られる指標
αとデフォーカス量Zとの関係から、上述の差分(Z2
−Z1)に基づいて被検光学系の球面収差の大きさおよ
びその補正状態を求めることができる。On the other hand, when there is no spherical aberration in the optical system to be tested, a straight line L obtained when the illumination σ value is large is obtained.
The position Z2 at which 2 ′ intersects the Z axis, and the position Z1 at which the straight line L1 ′ obtained when the illumination σ value is small intersects the Z axis,
This coincides with the paraxial image plane position of Z = 0. As described above, even when the same phase pattern is illuminated with two types of illumination σ values, the difference (Z2-Z1) between Z2 and Z1 is the same as that of the two types of phase patterns having different periods. Proportional to the magnitude of the spherical aberration remaining in the system, and the difference (Z
It can be seen that the positive and negative signs of 2-Z1) correspond to overcorrection and undercorrection of spherical aberration. In other words, from the relationship between the index α and the defocus amount Z obtained when the phase pattern image is defocused by illuminating the same phase pattern with two types of illumination σ values, the difference (Z2
−Z1), the magnitude of the spherical aberration of the test optical system and the correction state thereof can be obtained.
【0060】また、図7および図8の説明で容易に分か
るように、いずれの場合においても被検光学系に球面収
差がない場合、指標α=0となるデフォーカス位置が近
軸像面のZ位置である。また、被検光学系に球面収差が
ある場合、第1の周期の位相パターン(第1の照明σ)
に対して指標α=0となる第1のデフォーカス位置Z1
と第2の周期の位相パターン(第2の照明σ)に対して
指標α=0となる第2のデフォーカス位置Z2とに基づ
いて、近軸像面位置や光軸上非点隔差を求めることがで
きる。As can be easily understood from the description of FIGS. 7 and 8, in any case, when there is no spherical aberration in the test optical system, the defocus position where the index α = 0 is on the paraxial image plane. The Z position. If the test optical system has spherical aberration, the phase pattern of the first cycle (first illumination σ)
Defocus position Z1 at which index α = 0 with respect to
And the second defocus position Z2 at which the index α = 0 with respect to the phase pattern (second illumination σ) of the second period, the paraxial image plane position and the astigmatic difference on the optical axis are obtained. be able to.
【0061】また、上述の説明において、位相パターン
像を検出する領域を所望の範囲に限定してもよい。すな
わち、式(2)において、i=1〜nの範囲を限定して
もよい。このように限定することにより(視野の各点に
対して上述の検査を行うことにより)、被検光学系の近
軸像面位置や光軸上非点隔差の他に、非点収差、像面湾
曲や像面傾斜を検査することが可能になる。In the above description, the region for detecting the phase pattern image may be limited to a desired range. That is, in the formula (2), the range of i = 1 to n may be limited. By limiting in this way (by performing the above-described inspection for each point of the field of view), in addition to the paraxial image plane position of the optical system to be tested and the astigmatic difference on the optical axis, astigmatism, image It becomes possible to inspect surface curvature and image plane inclination.
【0062】また、照明光学系の光路中に光学フィルタ
などを挿入して位相パターンを照射する照明光の波長を
選択したり、分光反射率(透過型の場合には分光透過
率)の異なる2つ以上の位相パターンを用意して位相パ
ターンからの反射光(透過型の場合には透過光)の波長
を選択したり、結像光学系の光路中に光学フィルタを挿
入して位相パターンからの結像光束の波長を選択したり
することによって、所望の波長に関して被検光学系の検
査を行うことが可能になる。その結果、すでに説明した
各種の単色収差等を波長毎に検査する他に、軸上色収差
や軸外色収差を検査することもできる。Further, an optical filter or the like is inserted into the optical path of the illumination optical system to select the wavelength of the illumination light for irradiating the phase pattern, or to change the spectral reflectance (spectral transmittance in the case of the transmission type). Prepare two or more phase patterns to select the wavelength of reflected light (transmitted light in the case of transmission type) from the phase pattern, or insert an optical filter into the optical path of the imaging optical system to By selecting the wavelength of the imaging light beam, it becomes possible to inspect the optical system to be inspected for a desired wavelength. As a result, it is possible to inspect longitudinal chromatic aberration and off-axis chromatic aberration in addition to inspecting various types of monochromatic aberration and the like described above for each wavelength.
【0063】以上の説明において、位相パターン像の非
対称性の指標βを定量化する際に、一周期分の信号の左
右極小値ViLおよびViRを用いている。しかしながら、
本出願人の出願による特願平7−20325号明細書
(特開平8−213306号公報)に開示しているよう
に、一周期分の信号における左右の落ち込みエッジ部の
幅を用いて位相パターン像の非対称性の指標βを定量化
することもできる。In the above description, the left and right minimum values ViL and ViR of the signal for one cycle are used when quantifying the index β of the asymmetry of the phase pattern image. However,
As disclosed in Japanese Patent Application No. 7-20325 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-213306) filed by the present applicant, a phase pattern is obtained by using the widths of left and right falling edges in one cycle of a signal. The index of image asymmetry β can also be quantified.
【0064】さらにまた、位相パターンの凸部および凹
部にそれぞれ対応した位相パターン像の像強度の間の差
異の指標αに関しても、本実施例と異なる処理が可能で
ある。図9は、位相パターンの凸部に対応した位相パタ
ーン像の像強度と凹部に対応した位相パターン像の像強
度とが一致する場合に、位相パターン像の像強度分布に
おいて凸部および凹部に対応する像強度波形に角が生じ
る様子を示す図である。この場合、指標αを直接的に求
めることなく、位相パターン像の像強度分布において凸
部および凹部に対応する像強度波形に角が生じたデフォ
ーカス位置を位置Z1または位置Z2として採用するこ
ともできる。Further, a process different from that of the present embodiment can be performed for the index α of the difference between the image intensities of the phase pattern images corresponding to the projections and depressions of the phase pattern, respectively. FIG. 9 shows a case where the image intensity of the phase pattern image corresponding to the convex portion of the phase pattern matches the image intensity of the phase pattern image corresponding to the concave portion, and the image intensity distribution of the phase pattern image corresponds to the convex portion and the concave portion. FIG. 4 is a diagram showing a state in which a corner occurs in an image intensity waveform that changes. In this case, without directly obtaining the index α, a defocus position where an angle occurs in the image intensity waveform corresponding to the convex portion and the concave portion in the image intensity distribution of the phase pattern image may be adopted as the position Z1 or the position Z2. it can.
【0065】また、指標βを求める際にその正確さを確
保するために、1つまたは複数のデフォーカス状態で検
出した位相パターンのエッジに対応した像の非対称性の
指標β1と、位相パターンをその検出中心の周りに18
0度回転させた状態で(すなわち本実施例では位相パタ
ーンをZ軸周りに180度回転させた状態で)1つまた
は複数のデフォーカス状態で検出した前記位相パターン
のエッジに対応した像の非対称性の指標β2とをそれぞ
れ検出し、その平均値βave1を次の式(3)で求めるこ
とが望ましい。 βave1=(β1+β2)/2 (3) 被検光学系の検査を行う際の位相パターン像の非対称性
の指標βとしてこの平均値βave1を用いることにより、
位相パターン自体の非対称性による検出誤差を補正する
ことができる。Further, in order to secure the accuracy when obtaining the index β, the index β1 of the asymmetry of the image corresponding to the edge of the phase pattern detected in one or more defocus states and the phase pattern 18 around the detection center
Asymmetry of an image corresponding to an edge of the phase pattern detected in one or a plurality of defocused states in a state where the phase pattern is rotated by 0 degrees (that is, in the present embodiment, the phase pattern is rotated by 180 degrees around the Z axis). It is desirable to detect the sex index β2 and obtain the average value βave1 by the following equation (3). βave1 = (β1 + β2) / 2 (3) By using this average value βave1 as an index β of asymmetry of the phase pattern image when inspecting the optical system to be inspected,
Detection errors due to asymmetry of the phase pattern itself can be corrected.
【0066】更に、1つまたは複数のデフォーカス状態
で検出した位相パターンのエッジに対応した像の非対称
性の指標β1と、撮像素子(本実施例ではCCD116
および117)をその検出中心の周りに180度回転さ
せた状態で、1つまたは複数のデフォーカス状態で検出
した位相パターンのエッジに対応した像の非対称性の指
標β2とをそれぞれ検出し、その平均値βave2を次の式
(4)で求めることが望ましい。 βave2=(β1+β2)/2 (4) 被検光学系の検査を行う際の位相パターン像の非対称性
の指標βとしてこの平均値βave2を用いることにより、
撮像素子自体の非対称性による検出誤差を補正すること
ができる。Further, an index β1 of asymmetry of the image corresponding to the edge of the phase pattern detected in one or a plurality of defocused states, and an image sensor (in this embodiment, a CCD 116)
And 117) are rotated by 180 degrees around the detection center, and an index β2 of the asymmetry of the image corresponding to the edge of the phase pattern detected in one or more defocus states is detected. It is desirable to calculate the average value βave2 by the following equation (4). βave2 = (β1 + β2) / 2 (4) By using this average value βave2 as an index β of asymmetry of the phase pattern image when inspecting the optical system to be inspected,
It is possible to correct a detection error due to the asymmetry of the imaging element itself.
【0067】なお、位相パターン像をデフォーカスして
得られる指標βや指標αのデフォーカス量Zに対する感
度は、照明σ値、パターンのピッチ、デューティー比、
テーパー、段差などに依存する。したがって、これらの
パラメーターを適宜選択することにより、実使用状態に
おいて最適な検査を行うことができるように検査感度を
制御することが望ましい。The sensitivity of the index β and the index α obtained by defocusing the phase pattern image to the defocus amount Z includes the illumination σ value, the pattern pitch, the duty ratio,
It depends on the taper, step, etc. Therefore, it is desirable to control the inspection sensitivity by appropriately selecting these parameters so that an optimum inspection can be performed in an actual use state.
【0068】また、位相パターン像をデフォーカスする
際のデフォーカス範囲として、指標αが0になるZ位置
を中心にした適当な範囲を選ぶことが望ましい。このよ
うにデフォーカス範囲を選定することにより、指標βの
変化の様態を正確に把握することができる。また、デフ
ォーカス手段としては、位相パターンの形成されたウエ
ハを搭載したZステージを上下に駆動させる手段の他、
被検光学系の全体または一部光軸に沿って移動させる手
段や、撮像手段のうちの少なくとも一方を被検光学系の
光軸に沿って移動させる手段を用いることができる。It is desirable to select an appropriate range around the Z position where the index α is 0 as the defocus range when the phase pattern image is defocused. By selecting the defocus range in this manner, the manner of change of the index β can be accurately grasped. In addition, as a defocus means, in addition to a means for vertically driving a Z stage on which a wafer on which a phase pattern is formed,
Means for moving the optical system to be inspected along the entire or partial optical axis, and means for moving at least one of the imaging units along the optical axis of the optical system to be inspected can be used.
【0069】以上、位相パターン像をデフォーカスしな
がら位相パターン像のエッジの非対称性の指標βや位相
パターンの凹凸部の像強度の差異の指標αを計測するこ
とにより、被検光学系のコマ収差、偏心コマ収差、光束
ケラレ、照明光の傾斜に加え、球面収差や焦点位置、光
軸上非点隔差、非点収差、像面湾曲、像面傾斜の任意の
波長の光に関する検査を行うことができることを説明し
た。次に、これらの検査情報(検出結果)に基づいて行
われる補正や調整、すなわち被検光学系の収差や合焦位
置に関する補正や調整の方法や、照明開口絞りや結像開
口絞りに関する位置調整の方法について説明する。As described above, while the phase pattern image is defocused, the index β of the asymmetry of the edge of the phase pattern image and the index α of the difference in the image intensity of the uneven portion of the phase pattern are measured, whereby the frame of the optical system to be inspected is measured. In addition to aberration, eccentric coma, luminous flux vignetting, and illumination light inclination, inspection is performed on light with arbitrary wavelengths such as spherical aberration, focal position, astigmatism on the optical axis, astigmatism, field curvature, and field inclination. Explained what can be done. Next, correction and adjustment performed based on the inspection information (detection result), that is, a method of correcting and adjusting the aberration and the focusing position of the optical system to be inspected, and adjusting the position of the illumination aperture stop and the imaging aperture stop The method will be described.
【0070】まず、照明テレセン(照明光の傾斜)の調
整を行うには、照明開口絞り127の位置調整を行う。
具体的には、駆動系128を介して照明開口絞り127
を光軸に対して垂直方向または並進方向に適宜駆動す
る。また、ライトガイド104の射出端が照明開口絞り
を兼ねているような場合には、ライトガイド104を光
軸に対して垂直方向または並進方向に適宜駆動する。さ
らに、ライトガイド104とコンデンサーレンズ129
との間の光路中に、または照明リレーレンズ105とハ
ーフプリズム106との間の光路中に、平行平面板のよ
うな光束平行移動手段を設けてもよい。光束平行移動手
段として平行平面板を用いる場合、この平行平面板を傾
斜させることによって、照明テレセンの調整を行うこと
ができる。First, to adjust the illumination telecentricity (the inclination of the illumination light), the position of the illumination aperture stop 127 is adjusted.
Specifically, the illumination aperture stop 127 is transmitted via the drive system 128.
Is appropriately driven in a direction perpendicular to the optical axis or in a translation direction. When the exit end of the light guide 104 also serves as an illumination aperture stop, the light guide 104 is appropriately driven in a direction perpendicular to the optical axis or in a translation direction. Further, the light guide 104 and the condenser lens 129
In the optical path between the illumination relay lens 105 and the half prism 106, a light beam parallel moving means such as a plane parallel plate may be provided. When a parallel plane plate is used as the light beam parallel movement means, the illumination telecentric can be adjusted by tilting the parallel plane plate.
【0071】一方、結像光束のケラレの調整を行うに
は、結像開口絞り130の位置調整を行う。具体的に
は、駆動系131を介して結像開口絞り130を光軸に
対して垂直方向または並進方向に適宜駆動する。また、
ハーフプリズム106と第2対物レンズ111との間の
光路中に、またはリレーレンズ113とリレーレンズ1
14との間であって結像開口絞り130よりもウエハ側
の光路中に、平行平面板のような光束平行移動手段を設
けてもよい。光束平行移動手段として平行平面板を用い
る場合、この平行平面板を傾斜させることによって、結
像光束のケラレの調整を行うこともできる。On the other hand, to adjust the vignetting of the image forming light beam, the position of the image forming aperture stop 130 is adjusted. Specifically, the imaging aperture stop 130 is appropriately driven in a direction perpendicular to the optical axis or in a translation direction via the drive system 131. Also,
In the optical path between the half prism 106 and the second objective lens 111, or between the relay lens 113 and the relay lens 1
14, a light beam parallel moving means such as a plane parallel plate may be provided in the optical path on the wafer side of the imaging aperture stop 130. When a parallel plane plate is used as the light beam parallel movement means, the vignetting of the image forming light beam can be adjusted by inclining the parallel plane plate.
【0072】さらに、結像光学系の球面収差の補正を行
うには、例えば第2対物レンズ111やリレーレンズ1
13を光軸に沿って適宜駆動する。あるいは、第2対物
レンズ111とリレーレンズ113との間隔を変化させ
ることにより、結像光学系の球面収差を補正することが
できる。また、Zステージを駆動してウエハW面と第1
対物レンズ107との間隔を変化させることによって
も、球面収差を制御することができる。ただしこの場合
には、CCDを光軸方向に適当に並進させることによ
り、CCDの撮像面上での像のデフォーカス分を吸収し
なければならない。Further, in order to correct the spherical aberration of the imaging optical system, for example, the second objective lens 111 and the relay lens 1
13 is appropriately driven along the optical axis. Alternatively, the spherical aberration of the imaging optical system can be corrected by changing the distance between the second objective lens 111 and the relay lens 113. Further, the Z stage is driven so that the wafer W surface and the first
The spherical aberration can also be controlled by changing the distance from the objective lens 107. However, in this case, the defocus of the image on the imaging surface of the CCD must be absorbed by appropriately translating the CCD in the optical axis direction.
【0073】また、結像光学系の偏心コマ収差は、第2
対物レンズ111やリレーレンズ113のレンズ系全体
または一部のレンズを光軸に対して垂直に偏心駆動する
ことにより補正が可能である。なお、合焦位置(焦点位
置)に関する調整を行うには、Zステージを光軸方向に
適宜駆動すればよい。また、光軸上非点隔差の補正を行
うには、X方向のCCDおよびY方向のCCDのうちの
少なくとも一方を光軸方向に沿って適宜移動させればよ
い。The decentering coma of the imaging optical system is
The correction can be performed by eccentrically driving the entire or a part of the lens system of the objective lens 111 and the relay lens 113 perpendicularly to the optical axis. It should be noted that in order to adjust the focus position (focal position), the Z stage may be appropriately driven in the optical axis direction. In order to correct the astigmatic difference on the optical axis, at least one of the CCD in the X direction and the CCD in the Y direction may be appropriately moved along the optical axis direction.
【0074】さらに、像高コマ収差、像面湾曲、像面傾
斜などの収差は、光学設計上の考慮や製造上の管理で通
常問題になることは少ない。しかしながら、結像光学系
の一部のレンズ系のレンズタイプを変更して入れ替えた
り、一部のレンズ系を偏心させたりすることにより、こ
れらの収差も必要に応じて補正することができる。色収
差の補正に関しても、これらの収差と同様である。Further, aberrations such as image height coma, field curvature, and field tilt rarely cause problems in optical design considerations and manufacturing management. However, these aberrations can be corrected as necessary by changing and replacing the lens type of some lens systems of the imaging optical system, or by decentering some lens systems. The correction of chromatic aberration is similar to these aberrations.
【0075】図10は、本発明の第2実施例にかかる検
査装置を備えた投影露光装置の構成を概略的に示す斜視
図である。なお、第1実施例では投影露光装置に付設さ
れたオフアクシス方式の位置合わせ装置の結像光学系お
よび照明光学系を検査しているが、第2実施例では投影
露光装置の投影光学系および照明光学系を検査してい
る。また、第1実施例では像検出手段としてCCDを用
いているが、第2実施例では像検出手段としてスリット
の形成された基準部材と光電検出器とを用いている。図
10では、投影露光装置の投影光学系PLの光軸AXに
対して平行にZ軸が、光軸AXに垂直な平面内において
X軸およびY軸が互いに直交するようにそれぞれ設定さ
れている。FIG. 10 is a perspective view schematically showing a configuration of a projection exposure apparatus provided with an inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the imaging optical system and the illumination optical system of the off-axis type alignment device attached to the projection exposure apparatus are inspected. However, in the second embodiment, the projection optical system and the projection optical system of the projection exposure apparatus are inspected. Inspecting the illumination optics. In the first embodiment, a CCD is used as the image detecting means. In the second embodiment, a reference member having a slit and a photoelectric detector are used as the image detecting means. In FIG. 10, the Z axis is set parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL of the projection exposure apparatus so that the X axis and the Y axis are orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis AX. .
【0076】図10の投影露光装置は、たとえば超高圧
水銀ランプからなる光源LPを備えている。光源LP
は、回転楕円面からなる反射面を有する集光鏡(楕円
鏡)EMの第1焦点位置に位置決めされている。したが
って、光源LPから射出された照明光束は、楕円鏡EM
の第2焦点位置に光源像(二次光源)を形成する。The projection exposure apparatus shown in FIG. 10 includes a light source LP composed of, for example, an ultra-high pressure mercury lamp. Light source LP
Is positioned at a first focal position of a condenser mirror (elliptical mirror) EM having a reflection surface composed of a spheroid. Therefore, the illumination light beam emitted from the light source LP is reflected by the elliptical mirror EM.
A light source image (secondary light source) is formed at the second focal position.
【0077】二次光源からの光は、コリメートレンズG
LおよびミラーM1 を介した後、平行光束となってフラ
イアイレンズFLに入射する。フライアイレンズFLに
入射した光束は、フライアイレンズFLを構成する複数
のレンズエレメントにより二次元的に分割され、フライ
アイレンズFLの後側焦点位置(すなわち射出面近傍)
に複数の光源像(三次光源)を形成する。The light from the secondary light source is
After passing through the L and the mirror M1, it becomes a parallel light beam and enters the fly-eye lens FL. The light beam incident on the fly-eye lens FL is two-dimensionally split by a plurality of lens elements constituting the fly-eye lens FL, and the rear focal position of the fly-eye lens FL (ie, near the exit surface)
A plurality of light source images (tertiary light sources).
【0078】複数の光源像からの光束は、フライアイレ
ンズFLの射出面に配置された可変開口絞り12により
制限された後、ミラーM2 を介してコンデンサーレンズ
CLに入射する。コンデンサーレンズCLを介して集光
された光は、転写用のパターンが形成されたマスク14
を重畳的に均一に照明する。このように、光源PL、楕
円鏡EM、コリメートレンズGL、ミラーM1 、フライ
アイレンズFL、可変開口絞り12、ミラーM2 、およ
びコンデンサーレンズCLは、照明光学系11を構成し
ている。Light beams from a plurality of light source images are restricted by the variable aperture stop 12 arranged on the exit surface of the fly-eye lens FL, and then enter the condenser lens CL via the mirror M2. The light condensed through the condenser lens CL is transferred to a mask 14 on which a transfer pattern is formed.
Are uniformly illuminated in a superimposed manner. As described above, the light source PL, the elliptical mirror EM, the collimating lens GL, the mirror M1, the fly-eye lens FL, the variable aperture stop 12, the mirror M2, and the condenser lens CL constitute the illumination optical system 11.
【0079】露光に際して、マスク14を透過した光束
は、投影光学系17を介して感光基板であるウエハ(不
図示)に達する。こうして、ウエハ上には、マスク14
のパターン像が形成される。ウエハは、投影光学系17
の光軸AX(Z方向に平行)に対して垂直なXY平面内
において二次元的に移動可能なXYステージ18および
投影光学系17の光軸AX方向に沿って移動可能なZス
テージ13上に支持されている。したがって、ウエハを
二次元的に移動させながら露光を行うことにより、ウエ
ハの各露光領域にマスク14のパターンを逐次転写する
ことができる。At the time of exposure, a light beam transmitted through the mask 14 reaches a wafer (not shown) as a photosensitive substrate via the projection optical system 17. Thus, the mask 14 is formed on the wafer.
Is formed. The wafer has a projection optical system 17.
On an XY stage 18 movable two-dimensionally in an XY plane perpendicular to an optical axis AX (parallel to the Z direction) and a Z stage 13 movable along the optical axis AX direction of the projection optical system 17. Supported. Therefore, by performing exposure while moving the wafer two-dimensionally, the pattern of the mask 14 can be sequentially transferred to each exposure area of the wafer.
【0080】図10の投影露光装置には、斜入射光方式
のオートフォーカス系(22A,22B)が設けられて
いる。斜入射光方式のオートフォーカス系では、送光系
22Aがウエハの表面に向かって斜めから光を照射す
る。ウエハ表面上で正反射された光は受光系22Bで受
光され、反射光の位置変化に基づいてウエハのZ方向位
置が検出される。こうして、オートフォーカス系(22
A,22B)の作用により、露光に際してウエハ表面を
投影光学系17の結像面(マスク14と共役な面)にほ
ぼ一致させることができる。The projection exposure apparatus shown in FIG. 10 is provided with an oblique incident light type autofocus system (22A, 22B). In the oblique incident light type autofocus system, the light transmission system 22A irradiates light obliquely toward the surface of the wafer. The light specularly reflected on the wafer surface is received by the light receiving system 22B, and the position in the Z direction of the wafer is detected based on a change in the position of the reflected light. Thus, the auto focus system (22
A, 22B), the wafer surface can be made substantially coincident with the image forming plane (plane conjugate with the mask 14) of the projection optical system 17 during exposure.
【0081】一方、検査に際して、XYステージ18上
には、ウエハに代えて基準部材PTおよび受光器23が
設置される。そして、オートフォーカス系(22A,2
2B)およびZステージ13の作用により、基準部材P
Tの表面を投影光学系17に対して所定のデフォーカス
位置に位置決めする。この場合、まず、オートフォーカ
ス系(22A,22B)を用いて、基準部材PTの表面
を投影光学系17の結像面に対してほぼ一致させ、この
位置を近軸像面位置(Z=0)とする。次いで、近軸像
面位置(Z=0)を基準としてZステージ13を所定量
Z(デフォーカス量)だけ駆動することにより、所定の
デフォーカス位置に基準部材PTの表面を位置決めする
ことができる。なお、パターン16や投影光学系17を
Z方向に移動させて、デフォーカス状態を形成すること
もできる。On the other hand, upon inspection, a reference member PT and a photodetector 23 are set on the XY stage 18 instead of the wafer. Then, the auto focus system (22A, 2
2B) and the action of the Z stage 13, the reference member P
The surface of T is positioned at a predetermined defocus position with respect to the projection optical system 17. In this case, first, the surface of the reference member PT is made substantially coincident with the imaging plane of the projection optical system 17 by using the autofocus system (22A, 22B), and this position is set to the paraxial image plane position (Z = 0). ). Next, the surface of the reference member PT can be positioned at a predetermined defocus position by driving the Z stage 13 by a predetermined amount Z (defocus amount) based on the paraxial image plane position (Z = 0). . The defocus state can be formed by moving the pattern 16 and the projection optical system 17 in the Z direction.
【0082】各デフォーカス状態において、マスク14
に形成された検査用位相パターン16を透過した光束
は、投影光学系17を介して基準部材PTの表面に達す
る。こうして、基準部材PTの表面には、マスク14の
検査用位相パターン像16Aが各デフォーカス状態で形
成される。位相パターン像16Aからの光は、基準部材
PTの表面に形成されたスリット19を介して受光器2
3に入射する。スリット19は、たとえば1本のスリッ
トパターンで形成されている。したがって、位相パター
ン像16Aとスリット19とを所定方向に相対移動させ
るスリットスキャン方式により、受光器23において位
相パターン像16Aの光強度分布に応じた電気信号を得
ることができる。In each defocus state, the mask 14
The light beam transmitted through the inspection phase pattern 16 formed on the reference member PT reaches the surface of the reference member PT via the projection optical system 17. Thus, the inspection phase pattern image 16A of the mask 14 is formed on the surface of the reference member PT in each defocused state. Light from the phase pattern image 16A passes through the slit 19 formed on the surface of the reference
3 is incident. The slit 19 is formed by, for example, one slit pattern. Therefore, an electric signal corresponding to the light intensity distribution of the phase pattern image 16A can be obtained in the light receiver 23 by the slit scan method in which the phase pattern image 16A and the slit 19 are relatively moved in a predetermined direction.
【0083】前述したように、第1実施例では像検出手
段としてCCDを用いているのに対し、第2実施例では
像検出手段としてスリット19の形成された基準部材P
Tと受光器23とを用いているが、得られた位相パター
ン像の光強度分布に基づく収差などの検出および検出情
報に基づく収差などの補正および調整は第1実施例と同
様である。すなわち、第2実施例においても第1実施例
と同様に、位相パターン像をデフォーカスしながら位相
パターン像のエッジの非対称性の指標βや位相パターン
の凹凸部の像強度の差異の指標αを計測することによ
り、被検光学系(投影光学系17および照明光学系1
1)のコマ収差、偏心コマ収差、光束ケラレ、照明光の
傾斜に加え、球面収差や焦点位置、光軸上非点隔差、非
点収差、像面湾曲、像面傾斜の任意の波長の光に関する
検査を行うことができる。また、これらの検査情報(検
出結果)に基づいて、被検光学系の収差や合焦位置や光
軸ズレを補正または調整することができる。As described above, the CCD is used as the image detecting means in the first embodiment, whereas the reference member P having the slit 19 is used as the image detecting means in the second embodiment.
Although T and the photodetector 23 are used, detection of aberration and the like based on the light intensity distribution of the obtained phase pattern image and correction and adjustment of the aberration and the like based on the detected information are the same as in the first embodiment. That is, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, while defocusing the phase pattern image, the index β of the asymmetry of the edge of the phase pattern image and the index α of the difference in the image intensity of the uneven portion of the phase pattern are set. By measuring, the test optical system (projection optical system 17 and illumination optical system 1)
In addition to 1) coma aberration, eccentric coma aberration, luminous flux vignetting, illumination light inclination, spherical aberration, focal position, astigmatism on the optical axis, astigmatism, field curvature, and light of any wavelength of image plane inclination Inspections can be performed. Further, based on the inspection information (detection result), it is possible to correct or adjust the aberration, the in-focus position, and the optical axis shift of the optical system to be inspected.
【0084】たとえば、図10の投影露光装置におい
て、投影光学系17の球面収差およびコマ収差を補正す
るには、投影光学系17を構成する各レンズ成分のうち
球面収差やコマ収差に対して敏感なレンズを、光軸AX
に対してシフト(移動)させたりチルト(傾斜)させた
りする。また、投影光学系17のその他の収差について
も、第1実施例と同様の考え方で処理することができ
る。一方、図10の投影露光装置において、照明テレセ
ンや光束ケラレなどを適正に調整するには、可変開口絞
り12や投影光学系17中の開口絞りを光軸AXに対し
て適宜駆動する。For example, in the projection exposure apparatus shown in FIG. 10, in order to correct the spherical aberration and the coma of the projection optical system 17, the lens components constituting the projection optical system 17 are sensitive to the spherical aberration and the coma. Lens AX
Is shifted (moved) or tilted (inclined) with respect to. Further, other aberrations of the projection optical system 17 can be processed in the same way as in the first embodiment. On the other hand, in the projection exposure apparatus shown in FIG. 10, in order to properly adjust illumination telecentricity, luminous flux vignetting, and the like, the variable aperture stop 12 and the aperture stop in the projection optical system 17 are appropriately driven with respect to the optical axis AX.
【0085】また、本発明の第3実施例として、重ね合
わせ測定装置に対して本発明の検査装置を適用すること
ができる。重ね合わせ測定装置は、たとえば投影露光装
置に内設または外設され、感光性基板上に形成された第
1パターンと第2パターンとの相対位置ずれの測定を行
う装置である。そして、前述した位置合わせ装置のアラ
イメント光学系と重ね合わせ測定装置の重ね合わせ測定
光学系とは、光学的に類似な構成を有する。したがっ
て、位置合わせ装置の場合と同様に、重ね合わせ測定光
学系の収差などを正確且つ簡易に検査するとともに、そ
の検査情報に基づいて重ね合わせ測定光学系の収差など
を良好に補正することができる。As a third embodiment of the present invention, the inspection apparatus of the present invention can be applied to an overlay measuring apparatus. The overlay measurement device is, for example, a device that is provided inside or outside of a projection exposure apparatus, and that measures a relative positional deviation between a first pattern and a second pattern formed on a photosensitive substrate. The alignment optical system of the alignment device and the overlay measurement optical system of the overlay measurement device have optically similar configurations. Therefore, as in the case of the positioning device, it is possible to accurately and easily inspect the aberration and the like of the overlay measurement optical system, and satisfactorily correct the aberration and the like of the overlay measurement optical system based on the inspection information. .
【0086】なお、本発明の検査装置および検査方法に
おいて、位相パターン像の非対称性の検出を、第1実施
例のように撮像方式で行ってもよいし、第2実施例のよ
うにスリットによるスキャン方式で行ってもよい。ま
た、本発明は、透過照明や落射照明(反射照明)のよう
な照明方法の違いには依存しない。また、本発明の検査
装置を、投影露光装置や重ね合わせ測定装置や位置合わ
せ装置だけでなく、検査すべき光学系を有する他の一般
的な装置に適用することができる。In the inspection apparatus and the inspection method of the present invention, the asymmetry of the phase pattern image may be detected by an imaging method as in the first embodiment, or may be detected by a slit as in the second embodiment. The scanning may be performed. Further, the present invention does not depend on a difference in illumination method such as transmission illumination or epi-illumination (reflection illumination). Further, the inspection apparatus of the present invention can be applied to not only a projection exposure apparatus, an overlay measurement apparatus, and a positioning apparatus but also other general apparatuses having an optical system to be inspected.
【0087】[0087]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の検査装置
および検査方法によれば、各デフォーカス状態において
位相パターンのエッジに対応する像の非対称性(指標
β)や位相パターンの凹凸部の像強度の差異(指標α)
を計測することにより、光学系のコマ収差、偏心コマ収
差、光束ケラレ、照明光の傾斜(照明テレセン)に加
え、球面収差、焦点位置、光軸上非点隔差、非点収差、
像面湾曲、像面傾斜を、任意の波長の光に関し再現性良
く容易且つ迅速に検査することができる。そして、検出
した光学系の検査情報に基づいて、光学系の収差や合焦
位置に関する補正および調整、照明開口絞りや結像開口
絞りに関する位置調整などを効率的且つ適正に行うこと
により、当該光学系を理想光学系に限りなく近づけるこ
とができる。As described above, according to the inspection apparatus and the inspection method of the present invention, in each defocus state, the asymmetry (index β) of the image corresponding to the edge of the phase pattern and the unevenness of the phase pattern are obtained. Difference in image intensity (index α)
In addition to the coma, eccentric coma, luminous flux vignetting, tilt of illumination light (illumination telecentricity), spherical aberration, focal position, astigmatism on the optical axis, astigmatism,
The curvature of field and the inclination of the image plane can be easily and quickly inspected with good reproducibility for light having an arbitrary wavelength. Then, based on the detected inspection information of the optical system, correction and adjustment of the aberration and the focusing position of the optical system, and position adjustment of the illumination aperture stop and the imaging aperture stop, etc., are performed efficiently and appropriately, so that the optical The system can be made as close as possible to an ideal optical system.
【0088】したがって、本発明の検査装置を投影露光
装置や位置合わせ装置や重ね合わせ測定装置などに組み
込むことにより、投影露光装置の照明光学系および投影
光学系や位置合わせ装置のアライメント光学系や重ね合
わせ測定装置の重ね合わせ測定光学系を再現性良く容易
且つ迅速に検査するとともに、検査装置による検出結果
に基づいて光学系の収差、焦点位置、光軸ズレなどを補
正または調整することによって十分な装置性能を発揮さ
せることができる。具体的には、位置合わせ装置ではア
ライメント光学系に起因する位置検出誤差が低減し、重
ね合わせ測定装置では重ね合わせ測定光学系に起因する
測定誤差が低減する。また、投影露光装置では、投影光
学系の収差が良好に補正され且つその焦点位置や光軸ズ
レなどが良好に調整されるので、パターン転写性能が向
上し、精度の高い重ね合わせ投影露光を行うことが可能
になる。Therefore, by incorporating the inspection apparatus of the present invention into a projection exposure apparatus, a positioning apparatus, and an overlay measuring apparatus, the illumination optical system of the projection exposure apparatus, the alignment optical system of the projection optical system and the alignment apparatus, and the overlay optical apparatus. It is sufficient to inspect the overlay measurement optical system of the overlay measurement device easily and quickly with good reproducibility, and correct or adjust the aberration, focal position, optical axis deviation, etc. of the optical system based on the detection result by the inspection device. Apparatus performance can be exhibited. Specifically, the position alignment device reduces the position detection error caused by the alignment optical system, and the overlay measurement device reduces the measurement error caused by the overlay measurement optical system. Further, in the projection exposure apparatus, aberrations of the projection optical system are satisfactorily corrected, and the focal position and optical axis deviation thereof are well adjusted, so that the pattern transfer performance is improved and the overlay projection exposure with high accuracy is performed. It becomes possible.
【図1】本発明の第1実施例にかかる検査装置を備えた
投影露光装置の構成を概略的に示す図である。FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of a projection exposure apparatus provided with an inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図2】位相パターン像の光強度に応じた信号Vを非計
測方向に積分した積分信号ΣVを、計測方向Sに対して
プロットした図であって、位相パターン像の非対称性の
指標βを説明するための図である。FIG. 2 is a diagram in which an integrated signal ΣV obtained by integrating a signal V corresponding to the light intensity of a phase pattern image in a non-measurement direction is plotted with respect to a measurement direction S; It is a figure for explaining.
【図3】各デフォーカス状態での位相パターン像の非対
称性の指標βの変化とコマ収差や光軸ずれ等との関係を
示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a change in an index β of asymmetry of a phase pattern image in each defocus state, a coma aberration, an optical axis shift, and the like.
【図4】各デフォーカス状態での位相パターン像の非対
称性の指標βの変化とコマ収差や光軸ずれ等との関係を
示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a change in an index β of asymmetry of a phase pattern image in each defocus state, a coma aberration, an optical axis shift, and the like.
【図5】位相パターン像の光強度に応じた信号Vを非計
測方向に積分した積分信号ΣVを、計測方向Sに対して
プロットした図であって、位相パターンの凹部に対応す
る位相パターン像の像強度と凸部に対応する位相パター
ン像の像強度との差異を定量化した指標αを説明するた
めの図である。FIG. 5 is a diagram in which an integrated signal ΔV obtained by integrating a signal V corresponding to the light intensity of the phase pattern image in a non-measurement direction is plotted in a measurement direction S, and the phase pattern image corresponding to a concave portion of the phase pattern; FIG. 8 is a diagram for explaining an index α quantifying a difference between the image intensity of the phase pattern image corresponding to the convex portion and the image intensity of the convex portion.
【図6】各デフォーカス状態での、位相パターンの凹部
および凸部にそれぞれ対応する位相パターン像の像強度
の間の差異の指標αの変化と球面収差との関係を示す図
である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a change in an index α of a difference between image intensities of phase pattern images respectively corresponding to concave portions and convex portions of a phase pattern and spherical aberration in each defocus state.
【図7】周期の異なる2種類の位相パターンに関するデ
フォーカス量Zと指標αとの関係を示す図であって、
(a)は被検光学系において球面収差が存在する場合
を、(b)は球面収差が存在しない場合をそれぞれ示し
ている。FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a defocus amount Z and an index α for two types of phase patterns having different periods,
(A) shows a case where spherical aberration exists in the test optical system, and (b) shows a case where spherical aberration does not exist.
【図8】2種類の照明σ値で照明したときの同一位相パ
ターンに関するデフォーカス量Zと指標αとの関係を示
す図であって、(a)は被検光学系において球面収差が
存在する場合を、(b)は球面収差が存在しない場合を
それぞれ示している。8A and 8B are diagrams showing a relationship between a defocus amount Z and an index α for the same phase pattern when illuminated with two kinds of illumination σ values, and FIG. (B) shows the case where there is no spherical aberration.
【図9】位相パターンの凸部に対応した位相パターン像
の像強度と凹部に対応した位相パターン像の像強度とが
一致する場合に、位相パターン像の像強度分布において
凸部および凹部に対応する像強度波形に角が生じる様子
を示す図である。FIG. 9 shows a case where the image intensity of the phase pattern image corresponding to the convex portion of the phase pattern matches the image intensity of the phase pattern image corresponding to the concave portion, and the image intensity distribution of the phase pattern image corresponds to the convex portion and the concave portion. FIG. 4 is a diagram showing a state in which a corner occurs in an image intensity waveform that changes.
【図10】本発明の第2実施例にかかる検査装置を備え
た投影露光装置の構成を概略的に示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view schematically showing a configuration of a projection exposure apparatus including an inspection device according to a second embodiment of the present invention.
LP 光源 EM 楕円鏡 GL コリメートレンズ FL フライアイレンズ 11 照明光学系 12 可変開口絞り CL コデンサーレンズ 13 Zステージ 14 マスク 16 検査用パターン 17 投影光学系 18 XYステージ 19 スリット 22 斜入射光方式のオートフォーカス系 23 受光器 104 ライトガイド 106 ハーフプリズム 107 対物レンズ 111 第2対物レンズ 115 分岐プリズム 116、117 CCD 118 信号処理系 121 XYステージ 122 Zステージ 127 照明開口絞り 130 結像開口絞り LP light source EM elliptical mirror GL collimating lens FL fly-eye lens 11 illumination optical system 12 variable aperture stop CL condenser lens 13 Z stage 14 mask 16 inspection pattern 17 projection optical system 18 XY stage 19 slit 22 oblique incident light type autofocus System 23 Light receiver 104 Light guide 106 Half prism 107 Objective lens 111 Second objective lens 115 Branch prism 116, 117 CCD 118 Signal processing system 121 XY stage 122 Z stage 127 Illumination aperture stop 130 Imaging aperture stop
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03F 7/20 521 G03F 7/20 521 9/00 9/00 H H01L 21/30 502V 516A (72)発明者 中川 正弘 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 Fターム(参考) 2G086 EE12 HH01 HH06 2H052 AA03 AB14 AB17 AC02 AC07 AC31 AF06 BA02 BA09 BA12 2H087 KA09 KA21 QA02 QA06 5F046 BA04 BA05 CC05 DA13 DA14 DB08 DC10 DC12 EA07 EB01 EB02 EC03 FA03 FA07 FA10 FB06 FB09 FB13 FC04 FC05──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G03F 7/20 521 G03F 7/20 521 9/00 9/00 H H01L 21/30 502V 516A (72) Invention Person Masahiro Nakagawa 3-2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term in Nikon Corporation (reference) 2G086 EE12 HH01 HH06 2H052 AA03 AB14 AB17 AC02 AC07 AC31 AF06 BA02 BA09 BA12 2H087 KA09 KA21 QA02 QA06 5F046 DA04 CC05 DB08 DC10 DC12 EA07 EB01 EB02 EC03 FA03 FA07 FA10 FB06 FB09 FB13 FC04 FC05
Claims (10)
照明光学系と前記位相パターンからの光束を集光して前
記位相パターンの像を結像させるための結像光学系とを
有する光学系を検査する検査装置において、 前記光学系を介して形成された前記位相パターンの像を
検出するための像検出手段と、 前記像検出手段において検出される前記位相パターンの
像をデフォーカスさせるためのデフォーカス手段と、 前記像検出手段において各デフォーカス状態で検出され
た前記位相パターンのエッジに対応する像の非対称性の
変化に基づいて、前記光学系のコマ収差、前記光学系に
おける光束ケラレ、および前記位相パターンの形成面の
法線に対する前記照明光の主光線の傾きを検査するため
の検査手段とを備えていることを特徴とする検査装置。1. An optical system comprising: an illumination optical system for irradiating a phase pattern with illumination light; and an imaging optical system for condensing a light beam from the phase pattern to form an image of the phase pattern. An inspection device for detecting an image of the phase pattern formed via the optical system, and an image detection device for defocusing the image of the phase pattern detected by the image detection device. Defocusing means, based on a change in asymmetry of an image corresponding to the edge of the phase pattern detected in each defocused state in the image detection means, coma of the optical system, light flux vignetting in the optical system, And an inspection unit for inspecting the inclination of the principal ray of the illumination light with respect to the normal to the phase pattern formation surface.
照明光学系と前記位相パターンからの光束を集光して前
記位相パターンの像を結像させるための結像光学系とを
有する光学系を検査する検査装置において、 前記光学系を介して形成された前記位相パターンの像を
検出するための像検出手段と、 前記像検出手段において検出される前記位相パターンの
像をデフォーカスさせるためのデフォーカス手段とを備
え、 前記位相パターンは、前記像検出手段の検出方向に沿っ
て周期的な位相変化を繰り返す第1の位相パターンと、
該第1の位相パターンとは異なる位相振幅分布を有し前
記像検出手段の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰
り返す第2の位相パターンとを有し、 前記第1の位相パターンの位相の進んだ領域に対応する
前記第1の位相パターンの像の光強度と、前記第1の位
相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記第1の位
相パターンの像の光強度とがそれぞれ所定の光強度にな
る第1のデフォーカス位置と、前記第2の位相パターン
の位相の進んだ領域に対応する前記第2の位相パターン
の像の光強度と、前記第2の位相パターンの位相の遅れ
た領域に対応する前記第2の位相パターンの像の光強度
とがそれぞれ所定の光強度になる第2のデフォーカス位
置とに基づいて、前記光学系の球面収差を検査するため
の検査手段をさらに備えていることを特徴とする検査装
置。2. An optical system comprising: an illumination optical system for irradiating a phase pattern with illumination light; and an imaging optical system for condensing a light beam from the phase pattern to form an image of the phase pattern. An inspection device for detecting an image of the phase pattern formed via the optical system, and an image detection device for defocusing the image of the phase pattern detected by the image detection device. A first phase pattern that repeats a periodic phase change along a detection direction of the image detection means;
A second phase pattern having a phase amplitude distribution different from the first phase pattern and repeating a periodic phase change along the detection direction of the image detecting means; and a phase of the first phase pattern. The light intensity of the image of the first phase pattern corresponding to the region where the phase has advanced and the light intensity of the image of the first phase pattern corresponding to the region where the phase of the first phase pattern is delayed are respectively predetermined. A first defocus position at which the light intensity of the first phase pattern becomes light intensity, a light intensity of an image of the second phase pattern corresponding to a region where the phase of the second phase pattern is advanced, and a phase of the second phase pattern. Inspection means for inspecting the spherical aberration of the optical system based on the light intensity of the image of the second phase pattern corresponding to the delayed region and the second defocus position at which the light intensity becomes a predetermined light intensity Is further equipped An inspection device characterized by the above-mentioned.
照明光学系と前記位相パターンからの光束を集光して前
記位相パターンの像を結像させるための結像光学系とを
有する光学系を検査する検査装置において、 前記光学系を介して形成された前記位相パターンの像を
検出するための像検出手段と、 前記像検出手段において検出される前記位相パターンの
像をデフォーカスさせるためのデフォーカス手段とを備
え、 前記照明光学系には、照明開口絞りを通過する前記照明
光の振幅分布を変更するための照明開口変更手段が設け
られ、 前記位相パターンは、前記像検出手段の検出方向に沿っ
て周期的な位相変化を繰り返す位相パターンであり、 前記照明開口変更手段により設定した第1の照明条件の
下で照明された前記位相パターンの位相の進んだ領域に
対応する前記位相パターンの像の光強度と、前記位相パ
ターンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パターン
の像の光強度とがそれぞれ所定の光強度になる第1のデ
フォーカス位置と、前記照明開口変更手段により設定し
た第2の照明条件の下で照明された前記位相パターンの
位相の進んだ領域に対応する前記位相パターンの像の光
強度と、前記位相パターンの位相の遅れた領域に対応す
る前記位相パターンの像の光強度とがそれぞれ所定の光
強度になる第2のデフォーカス位置とに基づいて、前記
光学系の球面収差を検査するための検査手段をさらに備
えていることを特徴とする検査装置。3. An optical system having an illumination optical system for irradiating a phase pattern with illumination light and an imaging optical system for condensing a light beam from the phase pattern to form an image of the phase pattern. An inspection device for detecting an image of the phase pattern formed via the optical system, and an image detection device for defocusing the image of the phase pattern detected by the image detection device. A defocusing unit, wherein the illumination optical system is provided with an illumination aperture changing unit for changing an amplitude distribution of the illumination light passing through an illumination aperture stop, and the phase pattern is detected by the image detection unit. A phase pattern that repeats a periodic phase change along a direction; and a phase pattern of the phase pattern illuminated under the first illumination condition set by the illumination aperture changing unit. First defocusing in which the light intensity of the image of the phase pattern corresponding to the shifted region and the light intensity of the image of the phase pattern corresponding to the region where the phase of the phase pattern lags become predetermined light intensity, respectively. A position, a light intensity of an image of the phase pattern corresponding to a region where a phase of the phase pattern illuminated under the second illumination condition set by the illumination aperture changing unit, and a phase of the phase pattern Inspection means for inspecting the spherical aberration of the optical system based on the light intensity of the image of the phase pattern corresponding to the delayed region and the second defocus position at which the light intensity becomes a predetermined light intensity. An inspection apparatus characterized in that:
照明光学系と前記位相パターンからの光束を集光して前
記位相パターンの像を結像させるための結像光学系とを
有する光学系を検査する検査装置において、 前記光学系を介して形成された前記位相パターンの像を
検出するための像検出手段と、 前記像検出手段において検出される前記位相パターンの
像をデフォーカスさせるためのデフォーカス手段とを備
え、 前記位相パターンは、前記像検出手段の検出方向に沿っ
て周期的な位相変化を繰り返す位相パターンであり、 各デフォーカス状態での、前記位相パターンの位相の進
んだ領域に対応する前記位相パターンの像の光強度と、
前記位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記位
相パターンの像の光強度との差の変化に基づいて、前記
光学系の焦点位置、光軸上非点隔差、非点収差、像面湾
曲、および像面傾斜のうちの少なくとも1つを検査する
ための検査手段をさらに備えていることを特徴とする検
査装置。4. An optical system having an illumination optical system for irradiating a phase pattern with illumination light and an imaging optical system for condensing a light beam from the phase pattern to form an image of the phase pattern. An inspection device for detecting an image of the phase pattern formed via the optical system, and an image detection device for defocusing the image of the phase pattern detected by the image detection device. Defocusing means, wherein the phase pattern is a phase pattern that repeats a periodic phase change along a detection direction of the image detection means, and in each defocused state, an area where the phase of the phase pattern has advanced. Light intensity of the image of the phase pattern corresponding to
The focal position of the optical system, astigmatism on the optical axis, astigmatism, field curvature based on a change in the difference between the phase pattern image and the light intensity of the image of the phase pattern corresponding to the phase delayed region of the phase pattern. And an inspection device for inspecting at least one of the image plane inclination and the image plane inclination.
けられた位相パターンからなる位置合わせマークまたは
前記転写パターンの像が転写される感光性基板上に設け
られた位相パターンからなる位置合わせマークに照明光
を照射するための照明光学系と、前記位置合わせマーク
からの光束を集光して前記位置合わせマークの像を結像
させるための結像光学系とからなるアライメント光学系
を有し、前記マスクまたは前記感光性基板の位置決めを
行うための位置合わせ装置において、 前記アライメント光学系を検査するための請求項1乃至
4のいずれか1項に記載の検査装置を備え、 前記検査装置による前記アライメント光学系の検査情報
に基づいて前記結像光学系の収差を補正するための収差
補正手段、前記検査情報に基づいて前記結像光学系の合
焦位置を調整するための合焦位置調整手段、前記検査情
報に基づいて前記結像光学系の光束ケラレを補正するた
めに前記結像光学系の結像開口絞りの位置を光軸に対し
て相対変位させるための結像開口絞り位置調整手段、前
記結像光学系の物体面の法線に対する前記照明光の主光
線の傾きを補正するために前記照明光学系の照明開口絞
りの位置を光軸に対して相対変位させる照明開口絞り位
置調整手段のうちの少なくとも1つをさらに備えている
ことを特徴とする位置合わせ装置。5. An alignment mark comprising a phase pattern provided on a mask on which a transfer pattern is formed or an alignment mark comprising a phase pattern provided on a photosensitive substrate onto which an image of the transfer pattern is transferred. An illumination optical system for irradiating illumination light, and an alignment optical system including an imaging optical system for condensing a light beam from the alignment mark and forming an image of the alignment mark, A positioning device for positioning the mask or the photosensitive substrate, comprising: the inspection device according to any one of claims 1 to 4 for inspecting the alignment optical system; Aberration correcting means for correcting aberrations of the imaging optical system based on inspection information of the alignment optical system, and the imaging light based on the inspection information A focus position adjusting means for adjusting a focus position of the system, and a position of an image forming aperture stop of the image forming optical system for correcting a light beam vignetting of the image forming optical system based on the inspection information. Imaging aperture stop position adjusting means for causing relative displacement with respect to the illumination aperture stop of the illumination optical system for correcting the inclination of the principal ray of the illumination light with respect to the normal to the object plane of the imaging optical system. An alignment device, further comprising at least one of illumination aperture stop position adjustment means for displacing the position relative to the optical axis.
光を照射するための照明光学系と、前記転写パターンの
像を感光性基板上に形成するための投影光学系とを備え
た投影露光装置において、 前記照明光学系および前記投影光学系を検査するための
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の検査装置を備
え、 前記検査装置による前記照明光学系および前記投影光学
系の検査情報に基づいて前記投影光学系の収差を補正す
るための収差補正手段、前記検査情報に基づいて前記投
影光学系の合焦位置を調整するための合焦位置調整手
段、前記検査情報に基づいて前記投影光学系の光束ケラ
レを補正するために前記投影光学系の結像開口絞りの位
置を光軸に対して相対変位させるための結像開口絞り位
置調整手段、前記投影光学系の物体面の法線に対する前
記照明光の主光線の傾きを補正するために前記照明光学
系の照明開口絞りの位置を光軸に対して相対変位させる
照明開口絞り位置調整手段のうちの少なくとも1つをさ
らに備えていることを特徴とする投影露光装置。6. A projection exposure apparatus comprising: an illumination optical system for irradiating illumination light on a mask on which a transfer pattern is formed; and a projection optical system for forming an image of the transfer pattern on a photosensitive substrate. The inspection apparatus according to any one of claims 1 to 4, which inspects the illumination optical system and the projection optical system, wherein inspection information of the illumination optical system and the projection optical system by the inspection apparatus is provided. Aberration correction means for correcting the aberration of the projection optical system based on the focus position adjustment means for adjusting the focus position of the projection optical system based on the inspection information, Image-forming aperture stop position adjusting means for relatively displacing the position of the image-forming aperture stop of the projection optical system with respect to the optical axis in order to correct vignetting of the projection optical system, and a method of measuring the object plane of the projection optical system On the line The illumination optical system further comprises at least one of illumination aperture stop position adjusting means for relatively displacing the position of the illumination aperture stop of the illumination optical system with respect to the optical axis in order to correct the inclination of the principal ray of the illumination light. A projection exposure apparatus characterized by the above-mentioned.
光学系を含む光学系を検査する方法において、 前記位相パターンに照明光を照射し、 前記結像光学系の光軸方向において異なる複数のデフォ
ーカス位置で前記位相パターンの像を検出し、 前記複数のデフォーカス位置で検出された前記位相パタ
ーンのエッジに対応する像の非対称性の変化に基づい
て、前記光学系のコマ収差、前記光学系における光束ケ
ラレ、および前記位相パターンの形成面の法線に対する
前記照明光の主光線の傾きを検査することを特徴とする
光学系の検査方法。7. A method for inspecting an optical system including an imaging optical system that forms an image of a predetermined phase pattern, comprising: irradiating the phase pattern with illumination light; Detecting an image of the phase pattern at a defocus position, based on a change in asymmetry of an image corresponding to an edge of the phase pattern detected at the plurality of defocus positions, the coma of the optical system, An inspection method for an optical system, comprising: inspecting a light beam vignetting in an optical system and an inclination of a principal ray of the illumination light with respect to a normal to a surface on which the phase pattern is formed.
照明光学系と前記位相パターンの像を形成する結像光学
系を含む光学系を検査する方法において、 前記位相パターンは、所定方向に沿って周期的な位相変
化を繰り返す第1の位相パターンと、該第1の位相パタ
ーンとは異なる位相振幅分布を有し、前記所定方向に沿
って周期的な位相変化を繰り返す第2の位相パターンと
を有し、 前記照明光学系を介して前記位相パターンに照明光を照
射し、 前記位相パターンの像を、前記所定方向に沿った検出方
向を有する像検出器を用いて検出し、 前記第1の位相パターンの位相の進んだ領域に対応する
前記第1の位相パターンの像の光強度と、前記第1の位
相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記第1の位
相パターンの像の光強度とがそれぞれ所定の光強度にな
る第1のデフォーカス位置と、前記第2の位相パターン
の位相の進んだ領域に対応する前記第2の位相パターン
の像の光強度と、前記第2の位相パターンの位相の遅れ
た領域に対応する前記第2の位相パターンの像の光強度
とがそれぞれ所定の光強度となる第2のデフォーカス位
置とに基づいて、前記光学系の球面収差を検査すること
を特徴とする光学系の検査方法。8. A method for inspecting an optical system including an illumination optical system for irradiating a phase pattern with illumination light and an imaging optical system for forming an image of the phase pattern, wherein the phase pattern is formed along a predetermined direction. And a second phase pattern having a phase amplitude distribution different from the first phase pattern and repeating a periodic phase change along the predetermined direction. Irradiating the phase pattern with illumination light via the illumination optical system, detecting an image of the phase pattern using an image detector having a detection direction along the predetermined direction, The light intensity of the image of the first phase pattern corresponding to the region where the phase of the phase pattern is advanced, and the light of the image of the first phase pattern corresponding to the region where the phase of the first phase pattern is delayed Strength and strength A first defocus position at which a predetermined light intensity is obtained, a light intensity of an image of the second phase pattern corresponding to a region where the phase of the second phase pattern advances, and a second phase pattern Inspecting the spherical aberration of the optical system based on the light intensity of the image of the second phase pattern corresponding to the region where the phase is delayed and the second defocus position where the light intensity becomes a predetermined light intensity. An inspection method for an optical system, comprising:
する前記照明光の振幅分布を変更可能に構成され、 前記第1のデフォーカス位置を検出する際には、前記照
明開口絞りでの前記照明光の振幅分布を第1の振幅分布
に設定し、 前記第2のデフォーカス位置を検出する際には、前記照
明開口絞りでの前記照明光の振幅分布を前記第1の振幅
分布とは異なる第2の振幅分布に設定することを特徴と
する請求項7に記載の光学系の検査方法。9. The illumination optical system is configured to be capable of changing an amplitude distribution of the illumination light passing through an illumination aperture stop. When detecting the first defocus position, the illumination optical system uses an illumination aperture. When the amplitude distribution of the illumination light is set to a first amplitude distribution, and when the second defocus position is detected, the amplitude distribution of the illumination light at the illumination aperture stop is defined as the first amplitude distribution. The inspection method for an optical system according to claim 7, wherein the first and second amplitude distributions are set to different second amplitude distributions.
像光学系を含む光学系を検査する方法において、 前記位相パターンに照明光を照射し、 所定の検出方向を有する像検出器を用いて前記結像光学
系の光軸方向において異なる複数のデフォーカス位置で
前記位相パターンの像を検出し、 前記位相パターンは、前記像検出器の検出方向に沿って
周期的な位相変化を繰り返す位相パターンであり、 前記複数のデフォーカス位置での、前記位相パターンの
位相の進んだ領域に対応する前記位相パターンの像の光
強度と、前記位相パターンの位相の遅れた領域に対応す
る前記位相パターンの像の光強度との差の変化に基づい
て、前記光学系の焦点位置、光軸上非点隔差、非点収
差、像面湾曲、および像面傾斜のうちの少なくとも1つ
を検査することを特徴とする光学系の検査方法。10. A method for inspecting an optical system including an imaging optical system for forming an image of a predetermined phase pattern, comprising: irradiating the phase pattern with illumination light; and using an image detector having a predetermined detection direction. Detecting an image of the phase pattern at a plurality of different defocus positions in the optical axis direction of the imaging optical system, wherein the phase pattern is a phase pattern that repeats a periodic phase change along a detection direction of the image detector. In the plurality of defocus positions, the light intensity of the image of the phase pattern corresponding to the region where the phase of the phase pattern is advanced, and the phase pattern corresponding to the region where the phase of the phase pattern is delayed. Inspection of at least one of a focal position of the optical system, astigmatism on the optical axis, astigmatism, curvature of field, and inclination of the image plane is performed based on a change in a difference from the light intensity of the image. Method of inspecting an optical system characterized by.
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