JP2001274059A - 投影光学系の検査装置及び検査方法、それに用いられる結像特性計測用マスク、並びに、露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影光学系に残存する球面収差等の収差を含
む結像特性を、簡単な構成で精度よく計測可能な検査装
置及び検査方法、それに用いられる結像特性計測用マス
ク、並びに、露光装置及び露光方法を提供する。 【解決手段】 位相シフトレチクルＲｐｓに、複数の透
過部Ｐｔと遮光部Ｐｓとを同一ピッチで交互に配置した
内側マークＭｉｐ及び外側マークＭｏｐを形成する。内
側マークＭｉｐと外側マークＭｏｐとでは、透過部Ｐｔ
を透過する露光光の位相が互いに逆方向へ段階的に変化
されるようにする。内側マークＭｉｐと外側マークＭｏ
ｐとの像を、投影光学系を介してウエハ上に潜像として
記録する。そして、現像された両マークＭｉｐ，Ｍｏｐ
の像の相対位置をウエハアライメント顕微鏡で検出し、
その検出結果に基づいて投影光学系の諸収差を含む結像
特性を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばマスク上に
形成された回路パターン等を感光性材料の塗布された基
板上に投影するための投影光学系の結像特性を計測する
検査装置、及び検査方法に関するものである。また、そ
の投影光学系の結像特性を計測する際に用いられる結像
特性計測用マスクに関するものである。さらに、半導体
素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等のマ
イクロデバイスの製造工程におけるフォトリソグラフィ
ー工程で使用される露光装置、及び露光方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】この種の露光装置としては、例えば次の
ような構成が知られている。すなわち、照明光学系から
出射される所定の波長の露光光で、フォトマスク、レチ
クル等に形成されたパターンを照明する。この照明によ
り形成されたパターンの像を、投影光学系を介して、前
記露光光に対して感光性を有するフォトレジストが塗布
されたウエハ、ガラスプレート等の基板上に投影転写す
るようになっている。このような露光装置では、前記マ
スク上のパターンの像を高精度で基板上に結像させるた
め、前記投影光学系に残存する諸収差を含む結像特性を
計測する検査装置が装備されている。

【０００３】ここで、前記諸収差のうち、例えば前記投
影光学系の光軸方向に焦点位置が変化する縦方向の収差
には、前記パターンから出射された光の前記投影光学系
における瞳面内を通過する位置と光軸との距離によって
焦点位置の異なる球面収差が含まれている。そして、前
記検査装置において、この球面収差は、例えば次のよう
な方法により計測されている。

【０００４】すなわち、ピッチｐの異なる複数のパター
ンを形成したマスクを用い、各パターンを垂直に照明し
つつ、基板の光軸方向における位置を変化させて、各パ
ターンの像を基板上に転写し、各パターン毎の焦点位置
を求めるという方法で計測されている。この方法は、回
折格子状のパターンから発生するｎ次の回折光の回折角
θが、パターンのピッチｐ及び照明光の波長λに対し、 ｐ・ｓｉｎθ ＝ ｎλ …… （１） の関係を持つことを利用して、前記回折角に応じた焦点
位置を求めるものとなっている。そして、この回折角に
応じた焦点位置の計測結果から球面収差を求めるように
なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来構
成において、前記焦点位置の計測の方法が少なくとも２
つある。第１の方法では、前記基板上に転写された各パ
ターンの像を現像し、現像後の各パターンの像の線幅
を、例えば走査型電子顕微鏡を用いて計測する。ここ
で、露光されたパターンの像において、許容される線幅
の最大値と最小値との範囲の中心を求める。そして、そ
の範囲の中心に対応する基板の光軸方向位置を焦点位置
とするものである。これに対して、第２の方法では、同
様に現像された各パターンの像の断面形状を、例えば走
査型電子顕微鏡を用いて観察し、最もシャープな立ち上
がりを示す像の転写時における基板の光軸方向位置を焦
点位置とするものである。

【０００６】ところが、前記２つの方法で検出された焦
点位置間には若干のずれが生じることがあり、いずれの
方法による焦点位置の検出結果を採用するかによって、
計測される投影光学系の球面収差量が異なったものとな
るおそれがある。このため、投影光学系に残存する球面
収差の補正の精度が低下し、パターンの像の転写時にお
ける精度が低下するおそれがあった。

【０００７】特に、レチクル上のパターンの像をウエハ
上に投影転写する半導体素子は、近年ますます高度集積
化する傾向にあり、その回路パターンも非常に微細なも
のとなっている。このような半導体素子を製造するため
には、レチクル上のパターンの像を一層正確に基板上に
結像させる必要があって、高精度な球面収差等の収差の
計測が要求される。このため、前記従来構成による収差
の計測では不十分となるおそれがあるという問題点があ
った。

【０００８】本発明は、このような従来の技術に存在す
る問題点に着目してなされたものである。その目的とし
ては、投影光学系に残存する球面収差等の収差を含む結
像特性を、簡単な構成で精度よく計測することができる
検査装置及び検査方法を提供することにある。

【０００９】また、その他の目的としては、投影光学系
に残存する球面収差等の収差を含む結像特性を精度よく
計測することができる簡単な構成の結像特性計測用マス
クを提供することにある。

【００１０】さらに、その上の目的としては、投影光学
系に残存する球面収差等の収差を含む結像特性を精度よ
く補正して、露光精度の向上を図ることができる露光装
置及び露光方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、投影光学系の検査装置に係る本願請求項１の発明
は、物体面に配置されたマスク（Ｒ，Ｒｐｓ）上のパタ
ーン（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）の像を像面上に投影する投影光
学系（ＰＬ）の結像特性を計測する投影光学系の検査装
置において、前記物体面側に配置される複数のパターン
（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）を有し、前記複数のパターン（Ｍｉ
ｐ，Ｍｏｐ）から発生する光の条件をそれぞれ異ならせ
る光発生手段（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ，２８）と、前記投影光
学系（ＰＬ）を介して前記像面側に投影される前記条件
が異なる前記複数のパターン（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）の像の
それぞれの位置を求める位置検出手段（４０）と、前記
位置検出手段（４０）で検出された前記複数のパターン
（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）の像の位置関係に基づいて前記投影
光学系（ＰＬ）の結像特性を計測する計測手段（３４）
とを備えたことを要旨とするものである。

【００１２】このため、本願請求項１の発明において
は、複数のパターンから発生する光の条件がそれぞれ異
なったものとなる。これにより、複数のパターンの像
も、投影光学系を介して像面側のそれぞれ異なる位置に
投影される。それらの像の位置関係に基づいて、投影光
学系の結像特性を計測することができる。よって、前記
従来構成のように、検出方法によって検出結果に微妙な
ずれの生じる焦点位置の検出を行うことなく、投影光学
系の収差を含む結像特性をより正確かつ直接的に計測す
ることができる。

【００１３】また、本願請求項２の発明は、前記請求項
１に記載の発明において、前記光発生手段（Ｍｉｐ，Ｍ
ｏｐ，２８）は第１パターン（Ｍｉｐ）と第２パターン
（Ｍｏｐ）とを有し、前記光の条件として、前記第１パ
ターン（Ｍｉｐ）で生じる回折光の回折角度と、前記第
２パターン（Ｍｏｐ）で生じる回折光の回折角度とが異
なることを要旨とするものである。

【００１４】このため、本願請求項２の発明において
は、前記請求項１に記載の発明の作用に加えて、第１パ
ターンと第２パターンとで生じる回折光の回折角度が異
なったものとなる。よって、投影光学系の光軸方向に生
じる収差を含む各パターンの像の結像状態を、前記光軸
と交差する方向における位置情報として検出することが
できる。この場合、光軸と交差する方向における像の位
置の検出は、光軸方向における像の位置の検出に比べ
て、格段に容易かつより正確に行うことができる。

【００１５】また、本願請求項３の発明は、前記請求項
１または請求項２に記載の発明において、前記光発生手
段（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ，２８）は、複数の透過部（Ｐｔ）
と遮光部（Ｐｓ）とが交互に配列され、その各透過部
（Ｐｔ）を通過する光束の位相を段階的に変化させる第
１パターン（Ｍｉｐ）と、複数の透過部（Ｐｔ）と遮光
部（Ｐｓ）とが交互に配列され、その前記各透過部（Ｐ
ｔ）を通過する光束の位相を段階的に、かつ前記第１パ
ターン（Ｍｉｐ）の位相とは逆方向に変化させる第２パ
ターン（Ｍｏｐ）とを有し、前記位置検出手段（４０）
は前記第１パターン（Ｍｉｐ）の像の位置と前記第２パ
ターン（Ｍｏｐ）の像の位置とを検出し、前記計測手段
（３４）は前記第１、第２パターン（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）
毎に予め設定された基準位置と前記位置検出手段（４
０）で検出された前記第１、第２パターン（Ｍｉｐ，Ｍ
ｏｐ）の像の検出位置との差に基づいて前記投影光学系
（ＰＬ）の収差を計測することを要旨とするものであ
る。

【００１６】このため、本願請求項３の発明において
は、前記請求項１または請求項２に記載の発明の作用に
加えて、第１パターンの各透過部を通過する光束の位相
と、第２パターンの各透過部を通過する光束の位相とが
逆方向になる。よって、投影光学系の光軸方向に生じる
収差を含む各パターンの像の結像状態を、前記光軸と交
差する方向における位置情報として、容易そしてより正
確に検出することができる。

【００１７】また、投影光学系の検査方法に係る本願請
求項４の発明は、物体面に配置されたマスク（Ｒ，Ｒｐ
ｓ）上のパターン（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）の像を像面上に投
影する投影光学系（ＰＬ）の結像特性を計測する投影光
学系の検査方法において、前記物体面側に配置される複
数のパターン（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）を照明し、前記複数の
パターン（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）からの光の位相をそれぞれ
異ならせた状態で前記パターン（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）の像
を前記投影光学系（ＰＬ）を介して前記像面側に投影
し、位置検出手段（４０）により前記像面側に投影され
た前記複数のパターン（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）の像の相対位
置を検出し、前記位置検出手段（４０）の検出結果に基
づいて前記投影光学系（ＰＬ）の結像特性を計測するこ
とを要旨とするものである。

【００１８】このため、本願請求項４の発明において
は、前記請求項３に記載の発明と同様の作用が発揮され
る。また、結像特性計測用マスクに係る本願請求項５の
発明は、物体面に配置されたマスク（Ｒ，Ｒｐｓ）上の
パターン（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）の像を像面上に投影する投
影光学系（ＰＬ）の結像特性を計測する際に用いられ、
複数のパターン（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）を備える結像特性計
測用マスク（Ｒｐｓ）において、前記複数のパターン
（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）は、通過する光束の位相を変化させ
る第１パターン（Ｍｉｐ）と、通過する光束の位相を前
記第１パターン（Ｍｉｐ）の位相と異なる方向に変化さ
せる第２パターン（Ｍｏｐ）とを備えたことを要旨とす
るものである。

【００１９】このため、本願請求項５の発明において
は、投影光学系の光軸方向に生じる収差を含む各パター
ンの像の結像状態を、前記光軸と交差する方向における
位置情報として、容易かつより正確に検出することがで
きる。これにより、投影光学系の結像特性を精度よく計
測することができる。

【００２０】また、本願請求項６の発明は、前記請求項
５に記載の発明において、前記第１パターン（Ｍｉｐ）
または第２パターン（Ｍｏｐ）は、前記マスク基板（６
４）表面からの掘り込み量を段階的に変化させて形成さ
れることを要旨とするものである。

【００２１】このため、本願請求項６の発明において
は、前記請求項５に記載の発明の作用に加えて、各パタ
ーンについて、マスク基板表面からの掘り込み量を段階
的に変化させて形成することより、それらのパターンを
通過する光束に所定の位相変化を生じさせることができ
る。よって、計測用マスクの構成が簡単で容易に製作す
ることができるとともに、この計測用マスクを用いて投
影光学系の結像特性を精度よく計測することができる。

【００２２】また、本願請求項７の発明は、前記請求項
５または請求項６に記載の発明において、前記第１パタ
ーン（Ｍｉｐ）及び第２パターン（Ｍｏｐ）は、前記光
束を透過する透過部（Ｐｔ）と前記光束を遮光する遮光
部（Ｐｓ）とを有し、前記透過部（Ｐｔ）と前記遮光部
（Ｐｓ）との繰り返し間隔が異なる複数のライン・アン
ド・スペース・パターンを含むことを要旨とするもので
ある。

【００２３】このため、本願請求項７の発明において
は、前記請求項５または請求項６に記載の発明の作用に
加えて、透過部と遮光部との繰り返し間隔が異なる複数
のピッチパターンを用いることにより、投影光学系の球
面収差やコマ収差等の収差を含む結像特性を精度よく計
測することができる。

【００２４】また、本願請求項８の発明は、前記請求項
５〜請求項７のいずれか一項に記載の発明において、前
記第１パターン（Ｍｉｐ）と第２パターン（Ｍｏｐ）と
でマーク（Ｍｓｐ１，Ｍｓｐ２）を構成するとともに、
同一マーク（Ｍｓｐ１，Ｍｓｐ２）内では各パターン
（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）の前記透過部（Ｐｔ）と前記遮光部
（Ｐｓ）との繰り返し間隔が同一となるように構成し、
所定の前記繰り返し間隔を有する第１の繰り返し間隔が
同一となるマーク（Ｍｓｐ１）と、前記第１の繰り返し
間隔が同一となるマーク（Ｍｓｐ１）よりも細かい前記
繰り返し間隔を有する第２の繰り返し間隔が同一となる
マーク（Ｍｓｐ２）とを含むことを要旨とするものであ
る。

【００２５】このため、本願請求項８の発明において
は、前記請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の発
明の作用に加えて、第１の繰り返し間隔が同一となるマ
ークと第２の繰り返し間隔が同一となるマークとを用い
ることにより、投影光学系の球面収差を容易かつより正
確に計測することができる。

【００２６】また、本願請求項９の発明は、前記請求項
５〜請求項７のいずれか一項に記載の発明において、前
記第１パターン（Ｍｉｐ）と第２パターン（Ｍｏｐ）と
でマーク（Ｍｄｐ１，Ｍｄｐ２）を構成するとともに、
同一マーク（Ｍｄｐ１，Ｍｄｐ２）内では各パターン
（Ｍｉｐ，Ｍｏｐ）の前記透過部（Ｐｔ）と前記遮光部
（Ｐｓ）との繰り返し間隔が異なるように構成し、前記
第１パターン（Ｍｉｐ）が所定の前記繰り返し間隔を有
する第１の繰り返し間隔が異なるマーク（Ｍｄｐ１）
と、前記第２パターン（Ｍｏｐ）が所定の前記繰り返し
間隔を有する第２の繰り返し間隔が異なるマーク（Ｍｄ
ｐ２）とを含むことを要旨とするものである。

【００２７】このため、本願請求項９の発明において
は、前記請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の発
明の作用に加えて、第１の繰り返し間隔が異なるマーク
と第２の繰り返し間隔が異なるマークとを用いることに
より、投影光学系のコマ収差を容易かつより正確に計測
することができる。

【００２８】また、本願請求項１０の発明は、前記請求
項５〜請求項９のいずれか一項に記載の発明において、
前記投影光学系（ＰＬ）における光束の通過領域に対応
する照明領域内に前記第１パターン（Ｍｉｐ）と第２パ
ターン（Ｍｏｐ）とを、前記照明領域の中心からの距離
が異なるように二次元的に複数配置したことを要旨とす
るものである。

【００２９】このため、本願請求項１０の発明において
は、前記請求項５〜請求項９のいずれか一項に記載の発
明の作用に加えて、照明領域内の複数箇所において、投
影光学系の球面収差やコマ収差等の収差を含む結像特性
を一層正確に計測することができる。

【００３０】また、露光装置に係る本願請求項１１の発
明は、マスク（Ｒ，Ｒｐｓ）上に形成された回路パター
ンを投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に投影転
写する露光装置（２１）において、前記請求項１〜請求
項３のいずれか一項に記載の投影光学系（ＰＬ）の検査
装置と、その検査装置による投影光学系（ＰＬ）の結像
特性の計測結果に基づいて前記結像特性を補正する補正
手段（４７，４８）とを備えたことを要旨とするもので
ある。

【００３１】このため、本願請求項１１の発明において
は、投影光学系の収差を含む結像特性をより正確かつ直
接的に計測することができる。そして、この計測結果に
基づいて、投影光学系の結像特性を補正することによ
り、マスク上の回路パターンの像を基板上に精度よく結
像させることが可能になる。

【００３２】また、露光方法に係る本願請求項１２の発
明は、マスク（Ｒ，Ｒｐｓ）上に形成された回路パター
ンを投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に投影転
写する露光方法において、前記請求項４に記載の投影光
学系の検査方法により計測された投影光学系（ＰＬ）の
結像特性の計測結果に基づいて前記結像特性を補正する
ことを要旨とするものである。

【００３３】このため、本願請求項１２の発明において
は、前記請求項１１に記載の発明と同様の作用が発揮さ
れる。

【００３４】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下に、本発明
を半導体素子製造用のステップ・アンド・リピート方式
の一括露光型露光装置、その露光装置における投影光学
系の検査装置、及びその検査装置に用いる結像特性計測
用マスクに具体化した第１実施形態について、図１〜図
１２に基づいて説明する。なお、この実施形態では、投
影光学系に生じる収差として、特に球面収差及びコマ収
差を計測する場合を中心に説明している。

【００３５】まず、露光装置２１の全体構成を、図１に
基づいて概略的に説明する。露光光源２２から照射され
た露光光ＥＬは、コリメータレンズ２３に入射して、ほ
ぼ平行な所定の断面形状の光束に変換される。前記露光
光ＥＬは、例えばＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシ
マレーザ、Ｆ２レーザ等のレーザ光、金属蒸気レーザや
ＹＡＧレーザ等の高調波、あるいはｇ線、ｈ線、ｉ線等
の超高圧水銀ランプの輝線である。

【００３６】前記コリメータレンズ２３を通過した露光
光ＥＬは、ミラー２４を介してフライアイレンズ２５
（ロッドレンズでもよい）に入射して多数の光束の合成
光束に変換され、その射出側には多数の２次光源像が形
成される。このフライアイレンズ２５によって形成され
る複数の２次光源像の露光光ＥＬは、図示しないターレ
ット板上の所定の開口絞りを通過することにより、照明
条件を変更される。

【００３７】所定の開口絞りを通過した各２次光源像か
らの露光光ＥＬは、ミラー２６、コンデンサレンズ２７
に入射する。コンデンサレンズ２７を通過した露光光Ｅ
Ｌは、レチクルステージＲＳＴ上に、通常照明時の露光
光ＥＬの光軸と直交するように保持されたマスクとして
のレチクルＲに入射する。このレチクルＲ上には、半導
体素子等の回路パターン等が描かれている。

【００３８】このように、前記露光光源２２からコンデ
ンサレンズ２７までの合成系は、レチクルＲ上に形成さ
れた回路パターン等を露光光ＥＬにより照明する照明光
学系２８を構成している。また、この照明光学系２８
は、後述する投影光学系ＰＬの結像特性を計測する際の
光発生手段の一部を構成している。そして、前記フライ
アイレンズ２５から射出される多数の２次光源像はレチ
クルＲ上で重畳され、レチクルＲが均一な照度で照明さ
れるようになっている。

【００３９】前記レチクルＲを通過した露光光ＥＬは、
例えば両側テレセントリックな投影光学系ＰＬに入射す
る。投影光学系ＰＬは、前記レチクルＲ上の回路パター
ンを例えば１／５あるいは１／４に縮小した投影像を、
表面に前記露光光ＥＬに対して感光性を有するフォトレ
ジストが塗布された基板としてのウエハＷ上に形成す
る。このウエハＷは、前記投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに
対してほぼ直交するようにウエハステージＷＳＴ上に保
持されている。

【００４０】ウエハステージＷＳＴは、ウエハステージ
駆動部３１により、前記ウエハＷの表面が、投影光学系
ＰＬの最適結像面に対し、任意方向に傾斜可能で、かつ
投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に微動可能に
なっている。また、ウエハステージＷＳＴは、任意のシ
ョット領域を前記投影光学系ＰＬに対応させるために、
前記光軸ＡＸと直交する二方向（Ｘ方向及びＹ方向）に
も移動可能に構成されている。

【００４１】これにより、ウエハＷ上の各ショット領域
を一括露光する動作と、次のショット領域まで移動する
動作とを繰り返すステップ・アンド・リピート動作が可
能になっている。なお、図１において、前記光軸ＡＸ
（Ｚ方向）に直交するとともに紙面と平行な方向をＸ方
向とし、光軸ＡＸ及び紙面に直交する方向をＹ方向とす
る。

【００４２】前記ウエハステージＷＳＴの端部には、干
渉計３２からのレーザビームを反射する移動鏡３３が固
定されており、ウエハステージＷＳＴのＸＹ方向の位置
は干渉計３２によって、例えば０．０１μｍ程度の分解
能で常時検出される。なお、図１においては、Ｘ方向の
みの干渉計３２及び移動鏡３３が示されている。そし
て、ウエハステージＷＳＴの位置情報は、露光装置２１
全体を制御する主制御系３４に送られる。主制御系３４
は、この位置情報に基づいて前記ウエハステージ駆動部
３１を制御する。

【００４３】また、前記投影光学系ＰＬを挟むように、
照射光学系３５と受光光学系３６とからなる斜入射方式
のウエハ位置検出系（焦点検出系）３７が配設されてい
る。前記照射光学系３５は、ウエハＷの表面等に向けて
ピンホールあるいはスリット像を形成するための結像光
束を、前記光軸ＡＸ方向に対して斜め方向より供給する
ものである。前記受光光学系３６は、その結像光束のウ
エハＷの表面での反射光束を照射光学系３５側のピンホ
ールあるいはスリットと対応するピンホールあるいはス
リットを介して受光するものである。

【００４４】この焦点検出系３７の構成等は、例えば特
開昭６０−１６８１１２号公報に開示されており、ここ
での詳細な説明は省略する。前記焦点検出系３７は、予
め設定された基準位置に対するウエハＷの表面のＺ方向
の位置偏差を検出する。検出されたウエハＷの位置情報
は、前記主制御系３４に送られる。主制御系３４は、こ
のウエハＷの位置情報に基づいて、ウエハＷと前記投影
光学系ＰＬとが所定の間隔を保つように、前記ウエハス
テージＷＳＴをＺ方向に駆動する。

【００４５】前記投影光学系ＰＬの側面には、オフ・ア
クシス方式のウエハアライメント顕微鏡（ＷＡ顕微鏡）
４０が装備されている。そして、このＷＡ顕微鏡４０に
より、ウエハＷの各ショット領域の近傍に形成されたア
ライメントマークが検出されるようになっている。

【００４６】前記ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの
近傍には、空間像検出系４１が配備されている。この空
間像検出系４１には、ウエハＷの表面の高さとほぼ一致
するように設定された基準面と、その基準面上の矩形状
の開口の下方に配設されたＣＣＤ等からなる受光センサ
とを備えている。そして、この受光センサにより、前記
開口を通過した露光光ＥＬの強度が測定されて、その露
光光ＥＬの光強度分布に関する検出信号が、信号処理部
４２を介して前記主制御系３４に入力されるようになっ
ている。

【００４７】この空間像検出系４１を用いた前記投影光
学系ＰＬの結像位置の検出の一例としては、例えば次の
ようなものが挙げられる。すなわち、所定のパターン、
例えばライン・アンド・スペース・パターンの形成され
たレチクルＲを用い、そのパターンの像を、投影光学系
ＰＬを介して空間像検出系４１の基準面上の開口近傍に
投影する。この状態から、ウエハステージＷＳＴを駆動
して、パターンの像と開口とを相対移動させつつ、前記
受光センサにより開口を通過したパターンの像の光強度
分布を検出する。検出された光強度分布に関する信号は
主制御系３４に入力され、その信号波形に基づいて前記
パターンの像のコントラストが求められる。

【００４８】このコントラストの計測を、投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸ方向の複数位置に前記基準面を相対移動さ
せた状態で繰り返し行い、それらの計測結果のうちで高
いコントラストを示す計測位置を前記投影光学系ＰＬに
おける最適な結像面の位置とするものである。このよう
な最適結像面の位置に関する情報は、例えば前記焦点検
出系３７の基準位置の較正、投影光学系ＰＬの像面内に
おける露光光ＥＬの照度分布計測などに用いられる。

【００４９】前記投影光学系ＰＬには、その投影光学系
ＰＬの鏡筒４５内に保持された複数のレンズエレメント
４６の間隔を調整するための結像特性調整部４７が接続
されている。また、前記投影光学系ＰＬには、前記鏡筒
４５内の圧力（レンズエレメント４６間の圧力）を調整
する圧力調整部４８が接続されている。前記主制御系３
４は、投影光学系ＰＬに残存し、後述するように計測さ
れる球面収差を含む諸収差が補正されるように、結像特
性調整部４７及び圧力調整部４８の動作を制御する。こ
のように、これら結像特性調整部４７及び圧力調整部４
８は補正手段を構成しており、この補正により前記投影
光学系ＰＬの結像特性が補正され、レチクルＲ上のパタ
ーンの像の正確な露光が確保されるようになっている。

【００５０】次に、前記ＷＡ顕微鏡４０及びその関連構
成について、図２に基づいて詳細に説明する。ＷＡ顕微
鏡４０は、例えば広波長帯域の光を用いる画像処理方式
のアライメント光学系（ＦＩＡ光学系）５１により構成
されている。すなわち、照明光源５２からの照明光ＩＬ
は、ＦＩＡ光学系５１内のハーフミラー５２ａ及びミラ
ー５３で反射され、偏向ミラー５４によって偏向された
後、ウエハＷ上に形成されたアライメントマークを照明
する。そのアライメントマークからの反射光ＲＬは、同
じ光路を通って前記ＦＩＡ光学系５１に戻り、そのＦＩ
Ａ光学系５１内において前記ハーフミラー５２ａを透過
し、ハーフプリズム５５に入射する。そして、このハー
フプリズム５５において、反射光ＲＬは２つの光束に分
割される。

【００５１】分割された各光束は、それぞれ２次元ＣＣ
ＤよりなるＸ軸用及びＹ軸用の２つの撮像素子５６の撮
像面上に前記アライメントマークの像を結像させる。こ
のとき、各撮像素子５６の撮像面には、前記ＦＩＡ光学
系５１の内部に配置された指標板５７上の指標マークの
像も同時に結像される。この撮像面における受光像は、
光電変換により撮像信号に変換されて信号処理装置５８
に入力される。この信号処理装置５８において、図１に
示す主制御系３４の制御のもとで、前記撮像信号に基づ
いてアライメントマークの投影像の指標マークに対する
位置ずれが求められる。

【００５２】この場合、前記ＷＡ顕微鏡４０の検出中心
と前記レチクルＲの投影領域の中心との間隔であるベー
スライン量に対する前記指標マークの位置のオフセット
量を予め求めておく。そして、このオフセット量とＷＡ
顕微鏡４０で計測された指標マークに対するアライメン
トマークの像の位置ずれ量とに基づいて、前記ウエハス
テージ駆動部３１によりウエハＷの位置が調整される。
これにより、ウエハＷ上の各ショット領域が所定位置に
配置され、その各ショット領域のアライメントが正確に
行われるようになっている。

【００５３】次に、前記露光装置２１を含む露光システ
ム全体の概略構成について、図３に基づいて説明する。
露光装置２１には、デベロッパ６１が接続されている。
そして、露光装置２１においてウエハＷ上に投影転写さ
れた前記レチクルＲ上の回路パターン等の像や、後述す
る結像特性計測用の位相シフトレチクルＲｐｓ上のパタ
ーンの像は、このデベロッパ６１において現像される。

【００５４】ここで、特に投影光学系ＰＬの結像特性計
測時には、現像後のパターンの像の位置が、位置検出手
段を構成する前記ＷＡ顕微鏡４０により検出される。こ
の検出結果は計測手段を構成する前記主制御系３４に入
力され、投影光学系ＰＬの諸収差を含む結像特性が計測
される。そして、この計測結果に基づいて、前記結像特
性調整部４７及び圧力調整部４８の動作が制御されて、
投影光学系ＰＬの結像特性が補正される。

【００５５】次に、前記投影光学系ＰＬに残存する球面
収差等の収差を含む結像特性を検査する際に用いる結像
特性計測用マスクとしての位相シフトレチクルＲｐｓに
ついて説明する。

【００５６】図４〜図６に示すように、前記位相シフト
レチクルＲｐｓには、第１の繰り返し間隔が同一となる
マークとしての第１同ピッチマークＭｓｐ１、第２の繰
り返し間隔が同一となるマークとしての第２同ピッチマ
ークＭｓｐ２、第１の繰り返し間隔が異なるマークとし
ての第１異ピッチマークＭｄｐ１、及び第２の繰り返し
間隔が異なるマークとしての第２異ピッチマークＭｄｐ
２が形成されている。これらのマークＭｓｐ１，Ｍｓｐ
２，Ｍｄｐ１，Ｍｄｐ２は一組として、位相シフトレチ
クルＲｐｓ上の照明領域の中心と、その中心からの距離
が異なった四隅との５箇所に二次元的に配置されてい
る。

【００５７】前記各マークＭｓｐ１，Ｍｓｐ２，Ｍｄｐ
１，Ｍｄｐ２には、第１パターンとしての内側マークＭ
ｉｐと、第２パターンとしての外側マークＭｏｐとがそ
れぞれ形成されている。これらのマークＭｉｐ，Ｍｏｐ
は、外側マークＭｏｐの内側に内側マークＭｉｐが配置
された、いわゆるボックス・イン・ボックス・マークと
なっている。また、位相シフトレチクルＲｐｓのレチク
ル基板６４は前記露光光ＥＬを透過する物質、例えばガ
ラス、石英、蛍石等で形成されており、外側マークＭｏ
ｐ及び内側マークＭｉｐはこのレチクル基板６４の一面
側（本実施形態では下面側）に形成されている。

【００５８】前記外側マークＭｏｐは、所定の距離をお
いて離間するように配置され、Ｘ方向に沿って延びる一
対の第１ライン・アンド・スペース・パターン（第１Ｌ
／Ｓパターン）Ｐ１と、所定の距離をおいて離間するよ
うに配置され、Ｙ方向に沿って延びる一対の第２ライン
・アンド・スペース・パターン（第２Ｌ／Ｓパターン）
Ｐ２とからなっている。

【００５９】前記内側マークＭｉｐは、所定の距離をお
いて離間するように配置され、Ｘ方向に沿って延びる一
対の第３ライン・アンド・スペース・パターン（第３Ｌ
／Ｓパターン）Ｐ３と、所定の距離をおいて離間するよ
うに配置され、Ｙ方向に沿って延びる一対の第４ライン
・アンド・スペース・パターン（第４Ｌ／Ｓパターン）
Ｐ４とからなっている。

【００６０】次に、各Ｌ／ＳパターンＰ１〜Ｐ４の構成
について説明する。図４及び図６に示すように、前記各
Ｌ／ＳパターンＰ１〜Ｐ４は、いずれも複数の透過部Ｐ
ｔ（露光光ＥＬが透過する）及び遮光部Ｐｓ（露光光Ｅ
Ｌが透過しない）を所定の繰り返し間隔で交互に配列し
た構成となっている。各遮光部Ｐｓは、レチクル基板６
４の表面に形成された、例えばクロム、アルミニウム等
の前記露光光ＥＬに対して不透明な物質の層６５により
なっている。各透過部Ｐｔは、不透明な物質の層６５が
形成されておらず、前記透明な物質がそのまま露出した
状態のレチクル基板６４の表面に一部及びレチクル基板
６４の表面上に形成された所定深さの掘り込みによりな
っている。

【００６１】ここで、前記各Ｌ／ＳパターンＰ１〜Ｐ４
の透過部Ｐｔは、透過部Ｐｔの一端から他端にかけて、
レチクル基板６４の表面からの掘り込み量がほぼ一定量
ずつ段階的に深く変化するように形成されている。ま
た、外側マークＭｏｐの第１及び第２Ｌ／ＳパターンＰ
１，Ｐ２と、内側マークＭｉｐの第３及び第４Ｌ／Ｓパ
ターンＰ３，Ｐ４とでは、それらの透過部Ｐｔにおける
掘り込み量の変化する方向、つまり掘り込みが段階的に
深くなる配列方向が逆になるように形成されている。こ
れにより、第１及び第２Ｌ／ＳパターンＰ１，Ｐ２と、
第３及び第４Ｌ／ＳパターンＰ３，Ｐ４とでは、それら
の透過部Ｐｔを透過する露光光ＥＬの位相が互いに逆方
向へ段階的に変化されるようになっている。

【００６２】また、前記第１同ピッチマークＭｓｐ１
内、及び第２同ピッチマークＭｓｐ２内では、各Ｌ／Ｓ
パターンＰ１〜Ｐ４における透過部Ｐｔと遮光部Ｐｓと
の繰り返し間隔（配列ピッチ）が同一となるように構成
されている。そして、両同ピッチマークＭｓｐ１，Ｍｓ
ｐ２間では、第１同ピッチマークＭｓｐ１の配列ピッチ
が、第２同ピッチマークＭｓｐ２の配列ピッチよりも粗
くなるように形成されている。

【００６３】さらに、前記第１異ピッチマークＭｄｐ１
内、及び第２異ピッチマークＭｄｐ２内では、各Ｌ／Ｓ
パターンＰ１〜Ｐ４における透過部Ｐｔと遮光部Ｐｓと
の配列ピッチが異なるように構成されている。すなわ
ち、第１異ピッチマークＭｄｐ１においては、第１及び
第２Ｌ／ＳパターンＰ１，Ｐ２の配列ピッチが、第３及
び第４Ｌ／ＳパターンＰ３，Ｐ４の配列ピッチよりも細
かくなるように形成されている。これに対して、第２異
ピッチマークＭｄｐ２においては、第１及び第２Ｌ／Ｓ
パターンＰ１，Ｐ２の配列ピッチが、第３及び第４Ｌ／
ＳパターンＰ３，Ｐ４の配列ピッチよりも粗くなるよう
に形成されている。

【００６４】次に、本実施形態における投影光学系ＰＬ
に残存する球面収差等の収差を含む結像特性の検査方法
について説明する。まず、図１に示すように、前記レチ
クルステージＲＳＴ上に、光発生手段を構成する結像特
性計測用マスクとしての位相シフトレチクルＲｐｓを載
置する。ついで、図示しないターレット板上に形成され
た通常照明用の開口絞りを露光光ＥＬの光路内に対応さ
せて、位相シフトレチクルＲｐｓを露光光ＥＬで垂直に
照明する。そして、ウエハステージＷＳＴをＺ方向に駆
動させて、ウエハＷの位置を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ
方向に所定量ずつ変化させながら、位相シフトレチクル
Ｒｐｓ上に形成された各マークＭｓｐ１，Ｍｓｐ２，Ｍ
ｄｐ１，Ｍｄｐ２におけるＬ／ＳパターンＰ１〜Ｐ４の
像を、ウエハＷ上に投影転写する。その後、これらのウ
エハＷ上に投影転写されたＬ／ＳパターンＰ１〜Ｐ４の
像を、デベロッパ６１において現像する。

【００６５】この場合、各マークＭｓｐ１，Ｍｓｐ２，
Ｍｄｐ１，Ｍｄｐ２において、外側マークＭｏｐの第１
及び第２Ｌ／ＳパターンＰ１，Ｐ２と、内側マークＭｉ
ｐの第３及び第４Ｌ／ＳパターンＰ３，Ｐ４とでは、透
過部Ｐｔの掘り込み量の変化方向が逆になっている。す
なわち、図６に示すように、外側マークＭｏｐの第１及
び第２Ｌ／ＳパターンＰ１，Ｐ２では、同図の右側の透
過部Ｐｔほど掘り込み量が深くなっているのに対し、内
側マークＭｉｐの第３及び第４Ｌ／ＳパターンＰ３，Ｐ
４では、同図の右側の透過部Ｐｔほど掘り込み量が浅く
なっている。

【００６６】このため、掘り込み量の浅い透過部Ｐｔほ
ど透過する光束に位相遅れが生じる。よって、外側マー
クＭｏｐの第１及び第２Ｌ／ＳパターンＰ１，Ｐ２で
は、各透過部Ｐｔを透過する光束の波面に図６の左側へ
の傾きが生じるのに対して、内側マークＭｉｐの第３及
び第４Ｌ／ＳパターンＰ３，Ｐ４では、各透過部Ｐｔを
透過する光束の波面に同図の右側への傾きが生じる。

【００６７】ここで、前記位相シフトレチクルＲｐｓに
おけるＬ／ＳパターンＰ１〜Ｐ４のピッチをｐ、隣り合
う透過部Ｐｔ間の掘り込み段差量をｄ、石英等のレチク
ル基板６４の屈折率をｎ、露光光ＥＬの波長をλとする
と、隣り合う透過部Ｐｔ間の位相差φは、次の（２）式
で求められる。 φ＝ｄ（ｎ−１）／λ ……（２） この場合、位相シフトレチクルＲｐｓを照明する露光光
ＥＬの入射角がθであるときの、ピッチｐのパターンの
隣り合った透過部からの光束の位相差φは次の（３）式
で求められる。 φ＝ｐ・ｓｉｎθ／λ ……（３） よって、この（２）式及び（３）式から、前記位相シフ
トレチクルＲｐｓでの傾斜照明の効果は、次の（４）式
で表されることになる。すなわち、透過部Ｐｔの掘り込
み量を段階的に変化させたＬ／ＳパターンＰ１〜Ｐ４を
有する位相シフトレチクルＲｐｓを用いた場合、そのＬ
／ＳパターンＰ１〜Ｐ４を特定の角度で斜入射照明する
場合と同等の効果を得ることができる。 ｓｉｎθ＝ｄ（ｎ−１）／ｐ ……（４） さらに、斜入射照明におけるパターンからの回折光の発
生について考察すると、ピッチｐのパターンからの１次
回折光の回折角ψｏは、次の（５）式で求められる。 ｓｉｎψｏ＝λ／ｐ ……（５） これに対して、前記露光光ＥＬが位相シフトレチクルＲ
ｐｓの段階的な位相シフト効果によって実質的に傾斜し
ているとき、０次光と逆の側に発生する１次回折光の回
折角ψは、０次光側の符号を＋とすると、次の（６）式
で求められる。 ｓｉｎψ＝ｓｉｎθ−λ／ｐ ＝ｄ（ｎ−１）ｐ−λ／ｐ ＝｛ｄ（ｎ−１）−λ｝／ｐ ……（６） なお、この場合０次光の回折角θは、ｓｉｎθ＝ｄ（ｎ
−１）／ｐである。

【００６８】ここで、前記回折角ｓｉｎψ及びｓｉｎθ
とパターンのピッチｐとの関係を、波長λ＝２４８ｎ
ｍ、屈折率ｎ＝１．５０、掘り込み段差量ｄ＝１００ｎ
ｍ及び２００ｎｍの場合について求めると、図７に示す
ようになる。

【００６９】同図から明らかなように、透過部Ｐｔの掘
り込み段差量ｄが大きいパターンほど、回折角が大きく
なるが、掘り込み段差量ｄの同じパターンでは、ピッチ
ｐが粗くなるほど回折角が小さくなることが分かる。ま
た、掘り込み段差量ｄ＝１００ｎｍ及び２００ｎｍの場
合において、０次光の回折光と１次光の回折光とのほぼ
中間に、仮想的な像位置の傾きがあって、その傾きのい
ずれかに焦点位置が存在することが分かる。

【００７０】そこで、前記位相シフトレチクルＲｐｓの
各マークＭｓｐ１，Ｍｓｐ２，Ｍｄｐ１，Ｍｄｐ２にて
発生する露光光ＥＬの実際の回折現象について説明す
る。まず、各Ｌ／ＳパターンＰ１〜Ｐ４のピッチの粗い
第１同ピッチマークＭｓｐ１では、図８（ａ）に示すよ
うに、外側マークＭｏｐのＬ／ＳパターンＰ２におい
て、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して一方側に傾きを
もった回折光ＢＬａ１，ＢＬａ２の二光束が発生する。
これに対して、内側マークＭｉｐのＬ／ＳパターンＰ４
においては、光軸ＡＸに対して他方側に傾きをもった回
折光ＢＬｂ１，ＢＬｂ２の二光束が発生する。これらの
二組の二光束による像位置の位置ずれを求め、その像の
位置が一致する仮想的な焦点位置ＦＡ（ｘ）を求める。

【００７１】具体的な計測方法としては、ウエハＷ上に
投影転写されて、デベロッパ６１において現像された各
マークＭｏｐ，Ｍｉｐの像を、位置検出手段としての前
記ＷＡ顕微鏡４０の観察視野内にセットし、外側マーク
Ｍｏｐの像と内側マークＭｉｐの像との中心位置の差
を、ＷＡ顕微鏡４０により計測する。そして、ウエハＷ
の位置を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に変化させなが
ら、両マークＭｏｐ，Ｍｉｐの露光を繰り返し行い、そ
れらの像位置の位置ずれが０になる仮想的な焦点位置Ｆ
Ａ（ｘ）を求める。

【００７２】すなわち、各ショット毎にウエハＷの位置
を変化させて、両マークＭｏｐ，ＭｉｐをウエハＷ上に
投影転写すると、図１０（ａ），（ｃ）に示すように、
デフォーカス状態では、外側マークＭｏｐの像と内側マ
ークＭｉｐの像との間に位置ずれが発生する。この両マ
ークＭｏｐ，Ｍｉｐ間の位置ずれを計測して、その測定
結果に基づいて、図１０（ｂ）に示すように、位置ずれ
が０になるベストフォーカス状態の仮想的な焦点位置Ｆ
Ａ（ｘ）を求めるものである。

【００７３】同様に、各Ｌ／ＳパターンＰ１〜Ｐ４のピ
ッチの細かい第２同ピッチマークＭｓｐ２では、図８
（ｂ）に示すように、外側マークＭｏｐにおいて、投影
光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して一方側に傾きをもった回
折光ＢＬｃ１，ＢＬｃ２の二光束が発生する。これに対
して、内側マークＭｉｐにおいては、光軸ＡＸに対して
他方側に傾きをもった回折光ＢＬｄ１，ＢＬｄ２の二光
束が発生する。これらの二組の二光束による像位置の位
置ずれを求め、その像の位置が一致する仮想的な焦点位
置ＦＢ（ｘ）を求める。

【００７４】この第２同ピッチマークＭｓｐ２の場合に
は、第１同ピッチマークＭｓｐ１の場合と比較して、各
Ｌ／ＳパターンＰ１〜Ｐ４のピッチが細かく形成されて
いるため、各回折光ＢＬｃ１，ＢＬｃ２，ＢＬｄ１，Ｂ
Ｌｄ２の回折角が、前記回折光ＢＬａ１，ＢＬａ２，Ｂ
Ｌｂ１，ＢＬｂ２よりも大きくなる。そして、前記投影
光学系ＰＬに球面収差が残存する場合には、第１同ピッ
チマークＭｓｐ１の焦点位置ＦＡ（ｘ）と、第２同ピッ
チマークＭｓｐ２の焦点位置ＦＢ（ｘ）との間に位置ず
れＺｄｉｆｆが発生する。

【００７５】この焦点位置ＦＡ（ｘ），ＦＢ（ｘ）間の
位置ずれＺｄｉｆｆは、前記の場合と同様にＷＡ顕微鏡
４０により計測して、その計測結果を主制御系３４に入
力する。主制御系３４には、例えば図１１に示すよう
に、前記焦点位置ＦＡ（ｘ），ＦＢ（ｘ）間の位置ずれ
Ｚｄｉｆｆと、投影光学系ＰＬの球面収差との関係を表
すテーブルデータが記憶されている。主制御系３４は、
このテーブルデータに基づいて、前記位置ずれＺｄｉｆ
ｆの計測結果から投影光学系ＰＬの球面収差を求める。

【００７６】続いて、前記第１及び第２異ピッチマーク
Ｍｄｐ１，Ｍｄｐ２について説明する。まず、第１異ピ
ッチマークＭｄｐ１では、外側マークＭｏｐが内側マー
クＭｉｐよりも細かいピッチで形成されている。このた
め、図９（ａ）に示すように、外側マークＭｏｐにおい
ては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して一方側に大き
な回折角の傾きをもった回折光ＢＬｅ１，ＢＬｅ２の二
光束が発生する。これに対して、内側マークＭｉｐにお
いては、光軸ＡＸに対して他方側に小さな回折角の傾き
をもった回折光ＢＬｆ１，ＢＬｆ２の二光束が発生す
る。これらの二組の二光束による像位置の位置ずれを求
め、その像の位置が一致する仮想的な焦点位置ＦＣ
（ｘ）を求める。

【００７７】一方、第２異ピッチマークＭｄｐ２では、
外側マークＭｏｐが内側マークＭｉｐよりも粗いピッチ
で形成されている。このため、図９（ｂ）に示すよう
に、外側マークＭｏｐにおいては、投影光学系ＰＬの光
軸ＡＸに対して一方側に小さな回折角の傾きをもった回
折光ＢＬｇ１，ＢＬｇ２の二光束が発生する。これに対
して、内側マークＭｉｐにおいては、光軸ＡＸに対して
他方側に大きな回折角の傾きをもった回折光ＢＬｈ１，
ＢＬｈ２の二光束が発生する。これらの二組の二光束に
よる像位置の位置ずれを求め、その像の位置が一致する
仮想的な焦点位置ＦＤ（ｘ）を求める。

【００７８】このとき、前記投影光学系ＰＬにコマ収差
が残存する場合には、第１異ピッチマークＭｄｐ１の焦
点位置ＦＣ（ｘ）と、第２異ピッチマークＭｄｐ２の焦
点位置ＦＤ（ｘ）との間に位置ずれＺｄｉｆｆが発生す
る。この焦点位置ＦＣ（ｘ），ＦＤ（ｘ）間の位置ずれ
Ｚｄｉｆｆは、前記の場合と同様にＷＡ顕微鏡４０によ
り計測して、その計測結果を主制御系３４に入力する。
主制御系３４には、例えば図１２に示すように、前記焦
点位置ＦＣ（ｘ），ＦＤ（ｘ）間の位置ずれＺｄｉｆｆ
と、投影光学系ＰＬのコマ収差との関係を表すテーブル
データが記憶されている。主制御系３４は、このテーブ
ルデータに基づいて、前記位置ずれＺｄｉｆｆの計測結
果から投影光学系ＰＬのコマ収差を求める。

【００７９】さらに、前記ウエハＷ上に投影現像された
位相シフトレチクルＲｐｓにおける各マークＭｓｐ１，
Ｍｓｐ２，Ｍｄｐ１，Ｍｄｐ２の像の位置等を適宜に比
較することにより、前記球面収差及びコマ収差以外の、
非点収差、像面湾曲、像面歪曲等の他の収差を計測する
こともできる。

【００８０】そして、前記主制御系３４は、これらの諸
収差の計測結果に基づいて、結像特性調整部４７または
圧力調整部４８の少なくとも一方の動作を制御して、投
影光学系ＰＬの諸収差を含む結像特性を補正する。これ
により、実露光時におけるレチクルＲ上のパターンの像
の正確な露光が確保される。

【００８１】以上のように構成されたこの第１実施形態
によれば、以下のような効果を得ることができる。 （イ） 前記露光装置２１では、第１パターンを構成す
る内側マークＭｉｐの像と第２パターンを構成する外側
マークＭｏｐとの像を、その内側マークＭｉｐ及び外側
マークＭｏｐからの光の位相をそれぞれ異ならせた状態
で、投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に潜像として記
録する。そして、現像された両マークＭｉｐ，Ｍｏｐの
像の相対位置をウエハアライメント顕微鏡４０で検出
し、その検出結果に基づいて投影光学系ＰＬの諸収差を
含む結像特性を計測するようになっている。

【００８２】このため、投影光学系ＰＬに残存する球面
収差等の収差を、内側マークＭｉｐと外側マークＭｏｐ
との像の相対位置情報として検出することが可能にな
る。よって、前記従来構成のように、検出方法によって
検出結果に微妙なずれの生じる焦点位置の検出を行うこ
となく、投影光学系ＰＬの収差を含む結像特性をより正
確かつ直接的に計測することができる。

【００８３】（ロ） 前記露光装置２１では、投影光学
系ＰＬの諸収差を計測する際に、透過する露光光ＥＬの
位相を段階的に変化させる複数の透過部Ｐｔを有する内
側マークＭｉｐ及び外側マークＭｏｐを備えた位相シフ
トレチクルＲｐｓを使用している。そして、前記内側マ
ークＭｉｐの透過部Ｐｔと外側マークＭｏｐの透過部Ｐ
ｔとでは、透過する露光光ＥＬの位相が互いに逆方向へ
変化されるようになっている。

【００８４】このように、位相シフトレチクルＲｐｓを
用いることで、前記両マークＭｉｐ，Ｍｏｐの像は、そ
れぞれ二光束干渉で結像することになる。よって、投影
光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に生じる収差を含む各マーク
Ｍｉｐ，Ｍｏｐの像の結像状態を、前記光軸ＡＸと交差
する方向における位置情報として、容易かつ正確に検出
することができる。

【００８５】（ハ） 前記露光装置２１では、位相シフ
トレチクルＲｐｓの各マークＭｉｐ，Ｍｏｐにおいて、
複数の透過部Ｐｔをレチクル基板６４の表面からの掘り
込み量を段階的に変化させて形成することにより、それ
らの透過部Ｐｔを透過する露光光ＥＬの位相に段階的な
変化を生じさせるようになっている。また、内側マーク
Ｍｉｐと外側マークＭｏｐとの間では、それらの透過部
Ｐｔの掘り込み量の変化方向を逆にすることにより、逆
方向の位相変化を生じさせるようになっている。

【００８６】このため、位相シフトレチクルＲｐｓの構
成が簡単で容易に製作することができるとともに、この
位相シフトレチクルＲｐｓを用いて投影光学系ＰＬの結
像特性を精度よく計測することができる。

【００８７】（ニ） 前記露光装置２１では、位相シフ
トレチクルＲｐｓ上に、第１パターンを構成する内側マ
ークＭｉｐと第２パターンを構成する外側マークＭｏｐ
とが、外側マークＭｏｐが内側マークＭｉｐを所定の間
隔をおいて挟み込むように配置されている。

【００８８】ここで、投影光学系ＰＬに球面収差等の収
差が残存する場合、両マークＭｉｐ，Ｍｏｐの像は投影
光学系ＰＬの像面内において逆方向に移動する。そし
て、外側マークＭｏｐが内側マークＭｉｐを挟み込むよ
うに配置されているため、両マークＭｉｐ，Ｍｏｐの相
対位置を計測することで、両マークＭｉｐ，Ｍｏｐの位
置ずれを一層精度よく計測することができる。

【００８９】（ホ） 前記露光装置２１では、位相シフ
トレチクルＲｐｓ上に第１同ピッチマークＭｓｐ１及び
第２同ピッチマークＭｓｐ２が形成され、各同ピッチマ
ークＭｓｐ１，Ｍｓｐ２にはそれぞれ内側マークＭｉｐ
及び外側マークＭｏｐが設けられている。そして、各同
ピッチマークＭｓｐ１，Ｍｓｐ２内では、内側マークＭ
ｉｐと外側マークＭｏｐとの透過部Ｐｔのピッチが同一
となるように形成されている。また、両同ピッチマーク
Ｍｓｐ１，Ｍｓｐ２間では、第１同ピッチマークＭｓｐ
１の透過部Ｐｔのピッチが、第２同ピッチマークＭｓｐ
２の透過部Ｐｔのピッチよりも粗くなるように形成され
ている。

【００９０】このため、第１同ピッチマークＭｓｐ１の
像と第２同ピッチマークＭｓｐ２の像と位置ずれを検出
することによって、投影光学系ＰＬの球面収差を容易か
つより正確に計測することができる。

【００９１】（ヘ） 前記露光装置２１では、位相シフ
トレチクルＲｐｓ上に第１異ピッチマークＭｄｐ１及び
第２異ピッチマークＭｄｐ２が形成され、各異ピッチマ
ークＭｄｐ１，Ｍｄｐ２にはそれぞれ内側マークＭｉｐ
及び外側マークＭｏｐが設けられている。そして、第１
異ピッチマークＭｄｐ１においては、内側マークＭｉｐ
の透過部Ｐｔのピッチが外側マークＭｏｐの透過部Ｐｔ
のピッチよりも粗くなるように形成されている。また、
第２異ピッチマークＭｄｐ２においては、内側マークＭ
ｉｐの透過部Ｐｔのピッチが外側マークＭｏｐの透過部
Ｐｔのピッチよりも細かくなるように形成されている。

【００９２】このため、第１異ピッチマークＭｄｐ１の
像と第２異ピッチマークＭｄｐ２の像と位置ずれを検出
することによって、投影光学系ＰＬのコマ収差を容易か
つより正確に計測することができる。

【００９３】（ト） 前記露光装置２１では、位相シフ
トレチクルＲｐｓ上に、前記第１同ピッチマークＭｓｐ
１、第２同ピッチマークＭｓｐ２、第１異ピッチマーク
Ｍｄｐ１、及び第２異ピッチマークＭｄｐ２を一組とし
たマークが、投影光学系ＰＬにおける露光光ＥＬの通過
領域の中心、及びその中心から所定間隔をおいた四隅の
５箇所に対応するように、二次元的に配置されている。

【００９４】このため、照明領域内の複数箇所におい
て、投影光学系ＰＬの球面収差やコマ収差等の収差を含
む結像特性を一層正確に計測することができるととも
に、像面湾曲等の他の収差を計測することもできる。

【００９５】（チ） 前記露光装置２１では、内側マー
クＭｉｐと外側マークＭｏｐとの相対位置の検出に基づ
いて計測された投影光学系ＰＬの諸収差を含む結像特性
が、結像特性調整部４７または圧力調整部４８の少なく
とも一方により補正されるようになっている。

【００９６】このため、投影光学系ＰＬに残存する球面
収差等の収差をより正確に計測した上で、その計測結果
に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性を補正することが
できて、投影光学系ＰＬの結像特性をより正確に調整す
ることができる。従って、レチクルＲ上のパターンの像
をウエハＷ上に転写する実露光時において、一層正確に
前記パターンの像をウエハＷ上に結像させることができ
て、露光精度の向上を図ることができる。

【００９７】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態について、前記第１実施形態と異なる部分を中心に
説明する。

【００９８】この第２実施形態では、図１３〜図１５に
示すように、位相シフトレチクルＲｐｓに形成された第
１及び第２同ピッチマークＭｓｐ１，Ｍｓｐ２、並びに
第１及び第２異ピッチマークＭｄｐ１，Ｍｄｐ２におい
て、内側マークＭｉｐ及び外側マークＭｏｐの構成が、
前記第１実施形態と異なっている。

【００９９】すなわち、前記第１実施形態では、内側マ
ークＭｉｐの各第３及び第４Ｌ／ＳパターンＰ３，Ｐ４
により、透過部Ｐｔの掘り込み量を一方側に向かって段
階的に変化させた第１パターンが構成されている。ま
た、外側マークＭｏｐの各第１及び第２Ｌ／Ｓパターン
Ｐ１，Ｐ２により、透過部Ｐｔの掘り込み量を他方側に
向かって段階的に変化させた第２パターンが構成されて
いる。

【０１００】これに対して、この第２実施形態において
は、外側マークＭｏｐの一方の第１及び第２Ｌ／Ｓパタ
ーンＰ１，Ｐ２により第１パターンが構成され、それに
隣接する内側マークＭｉｐの一方の第３及び第４Ｌ／Ｓ
パターンＰ３，Ｐ４により第２パターンが構成されてい
る。さらに、隣接する内側マークＭｉｐの他方の第３及
び第４Ｌ／ＳパターンＰ３，Ｐ４により第１パターンが
構成され、それに隣接する外側マークＭｏｐの他方の第
１及び第２Ｌ／ＳパターンＰ１，Ｐ２により第２パター
ンが構成されている。つまり、透過部Ｐｔの掘り込み量
を一方側に向かって段階的に変化させた第１パターン
と、透過部Ｐｔの掘り込み量を反対側に向かって段階的
に変化させた第２パターンとが、所定の間隔を介して交
互に配置されている。

【０１０１】よって、この位相シフトレチクルＲｐｓを
用いて、各ショット毎にウエハＷの位置を変化させなが
ら、両マークＭｏｐ，ＭｉｐをウエハＷ上に投影転写す
ると、図１４（ａ），（ｃ）に示すように、デフォーカ
ス状態では、両マークＭｏｐ，Ｍｉｐの像に大きさのず
れが発生する。この両マークＭｏｐ，Ｍｉｐ間の大きさ
ずれを前記ＷＡ顕微鏡４０で計測して、その測定結果に
基づいて、図１４（ｂ）に示すように、大きさずれが０
になるベストフォーカス状態の仮想的な焦点位置ＦＡ
（ｘ），ＦＢ（ｘ），ＦＣ（ｘ），ＦＤ（ｘ）を求め
る。

【０１０２】そして、図１５に示すように、第１同ピッ
チマークＭｓｐ１と第２同ピッチマークＭｓｐ２との間
において、前記仮想的な焦点位置ＦＡ（ｘ），ＦＢ
（ｘ）の位置ずれＺｄｉｆｆを計測する。そして、その
計測結果を図１１に示すテーブルデータに照合させるこ
とにより、投影光学系ＰＬの球面収差を求める。

【０１０３】同様に、第１異ピッチマークＭｄｐ１と第
２異ピッチマークＭｄｐ２との間において、前記仮想的
な焦点位置ＦＣ（ｘ），ＦＤ（ｘ）の位置ずれＺｄｉｆ
ｆを計測する。そして、その計測結果を図１２に示すテ
ーブルデータに照合させることにより、投影光学系ＰＬ
のコマ収差を求める。

【０１０４】従って、本実施形態によれば、前記第１実
施形態における（イ）〜（ハ）及び（ホ）〜（チ）に記
載の効果に加えて、次のような効果を得ることができ
る。 （リ） 透過部Ｐｔの掘り込み量を一方側に向かって段
階的に変化させてなる第１パターンと、透過部Ｐｔの掘
り込み量を第１パターンと反対側に向かって段階的に変
化させてなる第２パターンとが、所定の間隔を介して交
互に配置されている。

【０１０５】このため、位相シフトレチクルＲｐｓにお
けるパターンの構成が簡単であるとともに、両パターン
の像の大きさの検出に基づいて、投影光学系ＰＬの収差
を含む結像特性をより正確に計測することができる。

【０１０６】（変更例）なお、本発明の実施形態は、以
下のように変更してもよい。 ・ 前記各実施形態では、内側マークＭｉｐと外側マー
クＭｏｐとを位相シフトレチクルＲｐｓ上にボックス・
イン・ボックス・マーク状に合成した状態に形成し、両
マークＭｉｐ，Ｍｏｐを同時に露光する構成とした。こ
れに対して、内側マークＭｉｐと外側マークＭｏｐとを
位相シフトレチクルＲｐｓ上にそれぞれ独立して形成
し、両マークＭｉｐ，Ｍｏｐを順次重ね合わせ露光する
ようにしてもよい。

【０１０７】・ 前記各実施形態では、内側マークＭｉ
ｐ及び外側マークＭｏｐを、複数の透過部Ｐｔでのレチ
クル基板６４の表面からの掘り込み量を段階的に変化さ
せて形成したが、複数の透過部Ｐｔに屈折率が段階的に
変化するシフタを付けた構成にしてもよい。このシフタ
の形成方法としては、例えば複数の透過部Ｐｔにおい
て、レチクル基板６４の表面上にレチクル基板６４とは
材質の異なった第３の部材を積層厚さが段階的に変化す
るように形成する方法がある。また、複数の透過部Ｐｔ
において、レチクル基板６４の表面に一定深さの掘り込
みを形成し、それらの掘り込み内にイオンを濃度が段階
的に変化するように注入する方法がある。

【０１０８】・ 前記各実施形態では、内側マークＭｉ
ｐの像と外側マークＭｏｐの像との位置ずれまたは大き
さのずれを、ウエハＷ上に転写して現像した後に計測し
た。これに対して、前記位置ずれまたは大きさのずれ
を、前記空間像検出系４１を用いて、両マークＭｉｐ，
Ｍｏｐの像の光強度分布を検出し、その光強度分布の信
号波形から計測してもよい。

【０１０９】・ 前記各実施形態では、内側マークＭｉ
ｐの像と外側マークＭｏｐの像との位置ずれまたは大き
さのずれを、ウエハＷ上に転写して現像した後に計測し
た。これに対して、前記位置ずれまたは大きさのずれ
を、前記ウエハＷ上で潜像の状態で計測してもよい。

【０１１０】・ 前記各実施形態では、内側マークＭｉ
ｐの像と外側マークＭｏｐの像との位置ずれまたは大き
さのずれを、ウエハアライメント顕微鏡４０を用いて計
測したが、露光装置２１内に装備された図示しないレチ
クルアライメント顕微鏡、または露光装置２１の外部に
付設された別の走査型電子顕微鏡を用いて計測してもよ
い。

【０１１１】・ 前記各実施形態では、ウエハアライメ
ント顕微鏡４０で計測されたパターン間の位置ずれまた
は大きさのずれＺｄｉｆｆを、予め設定されたテーブル
データに照合させて、投影光学系ＰＬの球面収差または
コマ収差を求めている。これに対して、主制御系３４で
予め設定された演算式に基づいて、前記位置ずれまたは
大きさのずれＺｄｉｆｆから、球面収差またはコマ収差
を算出するようにしてもよい。

【０１１２】・ また、露光光ＥＬとしては、前記各実
施形態で挙げたものの他に、例えばＤＦＢ半導体レーザ
またはファイバーレーザから発振される赤外域、可視域
の単一波長レーザを、例えばエルビウム（またはエルビ
ウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバ
ーアンプで増幅する。そして、かつ非線形光学結晶を用
いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。具体
的には、前記単一波長レーザの発振波長を、例えば１．
５１〜１．５９の範囲内とすると、発生波長が１８９〜
１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、または発生波長
が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出
力される。

【０１１３】・ また、前記各実施形態では、本発明を
半導体素子製造用の一括露光型の露光装置に具体化した
が、本発明は、例えばステップ・アンド・スキャン方式
の走査露光型露光装置、フォトマスク上の回路パターン
をガラスプレート上に投影転写する液晶表示素子製造用
の露光装置の他、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等のマイク
ロデバイス製造用の露光装置、さらにはレチクル、フォ
トマスク等を製造するための露光装置等にも具体化して
もよい。

【０１１４】・ また、投影光学系ＰＬは、縮小系のも
ののみならず等倍系、拡大系のものを用いてもよいとと
もに、屈折型のもののみならず反射屈折型のものを用い
てもよい。

【０１１５】これらのようにしても、前記各実施形態と
ほぼ同様の効果が得られる。次に、前記各実施形態及び
変更例から把握できる請求項に記載した以外の技術的思
想について、それらの効果とともに以下に記載する。

【０１１６】（１） 前記第１パターン（Ｍｉｐ）及び
第２パターン（Ｍｏｐ）は、前記光束を透過する透過部
（Ｐｔ）と前記光束を遮光する遮光部（Ｐｓ）とを有
し、前記遮光部（Ｐｓ）を介して隣接する前記透過部
（Ｐｔ）を通過する光束における位相の変化量の差がほ
ぼ一定になるように形成したこと特徴とする請求項５に
記載の結像特性計測用マスク。

【０１１７】従って、この（１）に記載の発明によれ
ば、前記請求項５に記載の発明の効果に加えて、第１パ
ターンと２パターンとの間で、それらのパターンを通過
する光束に所定の位相変化を生じさせることができると
いう効果が得られる。

【０１１８】（２） 前記第１パターン（Ｍｉｐ）及び
前記第２パターン（Ｍｏｐ）を、それらの各透過部（Ｐ
ｔ）及び遮光部（Ｐｓ）が一定の方向を指向するととも
に、その一方のパターン（Ｍｏｐ）が他方のパターン
（Ｍｉｐ）を所定の距離を介して挟み込むように配置し
たことを特徴とする請求項５〜請求項７、前記（１）の
うちいずれか一項に記載の結像特性計測用マスク。

【０１１９】従って、この（２）に記載の発明によれ
ば、前記請求項５〜請求項７、前記（１）のうちいずれ
か一項に記載の発明の効果に加えて、計測用マスクの構
成が簡単であるとともに、両パターンの像の位置ずれの
検出に基づいて、投影光学系の収差を含む結像特性をよ
り正確に計測することができるという効果が得られる。

【０１２０】（３） 前記第１パターン（Ｍｉｐ，Ｍｏ
ｐ）と前記第２パターン（Ｍｏｐ，Ｍｉｐ）とを、それ
らの各透過部（Ｐｔ）及び遮光部（Ｐｓ）が一定の方向
を指向するとともに、所定の間隔を介して交互に配置し
たことを特徴とする請求項５〜請求項７、前記（１）の
うちいずれか一項に記載の結像特性計測用マスク。

【０１２１】従って、この（３）に記載の発明によれ
ば、前記請求項５〜請求項７、前記（１）のうちいずれ
か一項に記載の発明の効果に加えて、計測用マスクの構
成が簡単であるとともに、両パターンの像の大きさの検
出に基づいて、投影光学系の収差を含む結像特性をより
正確に計測することができるという効果が得られる。

【０１２２】

【発明の効果】以上詳述したように、本願請求項１の発
明によれば、投影光学系に残存する球面収差等の収差を
含む結像特性を、簡単な構成で精度よく計測することが
できる。

【０１２３】また、本願請求項２〜請求項４の発明によ
れば、前記請求項１に記載の発明の効果に加えて、投影
光学系の光軸方向に生じる収差に関する情報を、その光
軸と交差する方向における位置情報として、容易かつよ
り正確に検出することができる。

【０１２４】また、本願請求項５の発明によれば、投影
光学系の光軸方向に生じる収差を、その光軸と交差する
方向における位置情報として、容易かつより正確に検出
することができて、投影光学系の結像特性を精度よく計
測することができる。

【０１２５】また、本願請求項６の発明によれば、前記
請求項５に記載の発明の効果に加えて、計測用マスクの
構成が簡単で容易に製作することができるとともに、こ
の計測用マスクを用いて投影光学系の結像特性を精度よ
く計測することができる。

【０１２６】また、本願請求項７の発明によれば、前記
請求項５または請求項６に記載の発明の効果に加えて、
透過部と遮光部との繰り返し間隔が異なる複数のピッチ
パターンを用いることにより、投影光学系の球面収差や
コマ収差等の収差を含む結像特性を精度よく計測するこ
とができる。

【０１２７】また、本願請求項８の発明によれば、前記
請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の発明の効果
に加えて、第１の繰り返し間隔が同一となるピッチマー
クと第２の繰り返し間隔が同一となるマークとを用いる
ことにより、特に投影光学系の球面収差を容易かつより
正確に計測することができる。

【０１２８】また、本願請求項９の発明によれば、前記
請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の発明の効果
に加えて、第１の繰り返し間隔が異なるマークと第２の
繰り返し間隔が異なるマークとを用いることにより、特
に投影光学系のコマ収差を容易かつより正確に計測する
ことができる。

【０１２９】また、本願請求項１０の発明によれば、前
記請求項５〜請求項９のいずれか一項に記載の発明の効
果に加えて、照明領域内の複数箇所において、投影光学
系の球面収差やコマ収差等の収差を含む結像特性を、一
層正確に計測することができる。

【０１３０】また、本願請求項１１及び請求項１２の発
明によれば、マスク上の回路パターンの像を基板上に精
度よく結像させることが可能になって、露光精度の向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の検査装置を搭載した露光装置を示
す概略構成図。

【図２】 図１の露光装置におけるウエハアライメント
顕微鏡を示す概略構成図。

【図３】 図１の露光装置を含む露光システムを示す概
略構成図。

【図４】 第１実施形態の計測用レチクルの計測マーク
を示す平面図。

【図５】 図４の計測マークの配置状態を示す計測用レ
チクルの平面図。

【図６】 図４（ｂ）の６−６線における部分拡大断面
図。

【図７】 ベストフォーカス位置の決定に関する説明
図。

【図８】 球面収差の計測方法に関する説明図。

【図９】 コマ収差の計測方法に関する説明図。

【図１０】 球面収差計測時における各マークの観察状
態を示す説明図。

【図１１】 球面収差を求めるためのテーブルデータを
示す図。

【図１２】 コマ収差を求めるためのテーブルデータを
示す図。

【図１３】 第２実施形態の計測用レチクルを示す部分
拡大断面図。

【図１４】 第２実施形態の球面収差計測時における各
マークの観察状態を示す説明図。

【図１５】 第２実施形態の球面収差の計測方法に関す
る説明図。

【符号の説明】

２１…露光装置、２８…光発生手段の一部を構成する照
明光学系、３４…計測手段を構成する主制御系、４０…
位置検出手段を構成するウエハアライメント顕微鏡、４
７…補正手段を構成する結像特性調整部、４８…補正手
段を構成する圧力調整部、６４…レチクル基板、ＥＬ…
露光光、Ｍｓｐ１…第１の繰り返し間隔が同一となるマ
ークとしての第１同ピッチマーク、Ｍｓｐ２…第２の繰
り返し間隔が同一となるマークとしての第２同ピッチマ
ーク、Ｍｄｐ１…第１の繰り返し間隔が異なるマークと
しての第１異ピッチマーク、Ｍｄｐ２…第２の繰り返し
間隔が異なるマークとしての第２異ピッチマーク、Ｍｉ
ｐ…第１パターンとしての内側マーク、Ｍｏｐ…第２パ
ターンとしての外側マーク、ＰＬ…投影光学系、Ｐｓ…
遮光部、Ｐｔ…透過部、Ｒ…マスクとしてのレチクル、
Ｒｐｓ…結像特性計測用マスクとしての位相シフトレチ
クル、Ｗ…基板としてのウエハ。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体面に配置されたマスク上のパターン
   の像を像面上に投影する投影光学系の結像特性を計測す
   る投影光学系の検査装置において、 前記物体面側に配置される複数のパターンを有し、前記
   複数のパターンから発生する光の条件をそれぞれ異なら
   せる光発生手段と、 前記投影光学系を介して前記像面側に投影される前記条
   件が異なる前記複数のパターンの像のそれぞれの位置を
   求める位置検出手段と、 前記位置検出手段で検出された前記複数のパターンの像
   の位置関係に基づいて前記投影光学系の結像特性を計測
   する計測手段とを備えたことを特徴とする投影光学系の
   検査装置。
2. 【請求項２】 前記光発生手段は第１パターンと第２パ
   ターンとを有し、前記光の条件として、前記第１パター
   ンで生じる回折光の回折角度と、前記第２パターンで生
   じる回折光の回折角度とが異なることを特徴とする請求
   項１に記載の投影光学系の検査装置。
3. 【請求項３】 前記光発生手段は、複数の透過部と遮光
   部とが交互に配列され、その各透過部を通過する光束の
   位相を段階的に変化させる第１パターンと、複数の透過
   部と遮光部とが交互に配列され、その各透過部を通過す
   る光束の位相を段階的に、かつ前記第１パターンの位相
   とは逆方向に変化させる第２パターンとを有し、前記位
   置検出手段は前記第１パターンの像の位置と前記第２パ
   ターンの像の位置とを検出し、前記計測手段は前記第
   １、第２パターン毎に予め設定された基準位置と前記位
   置検出手段で検出された前記第１、第２パターンの像の
   検出位置との差に基づいて前記投影光学系の収差を計測
   することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
   投影光学系の検査装置。
4. 【請求項４】 物体面に配置されたマスク上のパターン
   の像を像面上に投影する投影光学系の結像特性を計測す
   る投影光学系の検査方法において、 前記物体面側に配置される複数のパターンを照明し、前
   記複数のパターンからの光の位相をそれぞれ異ならせた
   状態で前記パターンの像を前記投影光学系を介して前記
   像面側に投影し、位置検出手段により前記像面側に投影
   された前記複数のパターンの像の相対位置を検出し、前
   記位置検出手段の検出結果に基づいて前記投影光学系の
   結像特性を計測することを特徴とする投影光学系の検査
   方法。
5. 【請求項５】 物体面に配置されたマスク上のパターン
   の像を像面上に投影する投影光学系の結像特性を計測す
   る際に用いられ、複数のパターンを備える結像特性計測
   用マスクにおいて、 前記複数のパターンは、通過する光束の位相を変化させ
   る第１パターンと、通過する光束の位相を前記第１パタ
   ーンの位相と異なる方向に変化させる第２パターンとを
   備えたことを特徴とする結像特性計測用マスク。
6. 【請求項６】 前記第１パターンまたは第２パターン
   は、前記マスク基板表面からの掘り込み量を段階的に変
   化させて形成されること特徴とする請求項５に記載の結
   像特性計測用マスク。
7. 【請求項７】 前記第１パターン及び第２パターンは、
   前記光束を透過する透過部と前記光束を遮光する遮光部
   とを有し、前記透過部と前記遮光部との繰り返し間隔が
   異なる複数のライン・アンド・スペース・パターンを含
   むことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の結
   像特性計測用マスク。
8. 【請求項８】 前記第１パターンと第２パターンとでマ
   ークを構成するとともに、同一マーク内では各パターン
   の前記透過部と前記遮光部との繰り返し間隔が同一とな
   るように構成し、所定の前記繰り返し間隔を有する第１
   の繰り返し間隔が同一となるマークと、前記第１の繰り
   返し間隔が同一となるマークよりも細かい前記繰り返し
   間隔を有する第２の繰り返し間隔が同一となるマークと
   を含むことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか
   一項に記載の結像特性計測用マスク。
9. 【請求項９】 前記第１パターンと第２パターンとでマ
   ークを構成するとともに、同一マーク内では各パターン
   の前記透過部と前記遮光部との繰り返し間隔が異なるよ
   うに構成し、前記第１パターンが所定の前記繰り返し間
   隔を有する第１の繰り返し間隔が異なるマークと、前記
   第２パターンが所定の前記繰り返し間隔を有する第２の
   繰り返し間隔が異なるマークとを含むことを特徴とする
   請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の結像特性計
   測用マスク。
10. 【請求項１０】 前記投影光学系における光束の通過領
    域に対応する照明領域内に前記第１パターンと第２パタ
    ーンとを、前記照明領域の中心からの距離が異なるよう
    に二次元的に複数配置したことを特徴とする請求項５〜
    請求項９のうちいずれか一項に記載の結像特性計測用マ
    スク。
11. 【請求項１１】 マスク上に形成された回路パターンを
    投影光学系を介して基板上に投影転写する露光装置にお
    いて、 前記請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の投影光
    学系の検査装置と、 その検査装置による投影光学系の結像特性の計測結果に
    基づいて前記結像特性を補正する補正手段とを備えたこ
    とを特徴とする露光装置。
12. 【請求項１２】 マスク上に形成された回路パターンを
    投影光学系を介して基板上に投影転写する露光方法にお
    いて、 前記請求項４に記載の投影光学系の検査方法により計測
    された投影光学系の結像特性の計測結果に基づいて前記
    結像特性を補正することを特徴とする露光方法。