JP4147574B2

JP4147574B2 - 波面収差計測方法、投影光学系の調整方法及び露光方法、並びに露光装置の製造方法

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Publication number: JP4147574B2
Application number: JP2002134870A
Authority: JP
Inventors: 浩二貝瀬
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Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2008-09-10
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Also published as: JP2003045793A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波面収差計測方法、投影光学系の調整方法及び露光方法、並びに露光装置の製造方法に係り、さらに詳しくは、第１面上のパターンを第２面上に投影する投影光学系の波面収差の計測に好適な波面収差計測方法、該方法によって計測された波面収差の計測結果に基づいて投影光学系を調整する投影光学系の調整方法、該調整方法によって調整された投影光学系を用いてマスクのパターンを基板上に転写する露光方法、及び前記波面収差計測方法を含む露光装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子（ＣＰＵ、ＤＲＡＭ等）、撮像素子（ＣＣＤ等）及び液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等を製造するリソグラフィ工程では、基板上にデバイスパターンを形成する種々の露光装置が用いられている。近年においては、半導体素子等の高集積化に伴い、高いスループットで微細パターンを精度良くウエハ又はガラスプレート等の基板上に形成可能なステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）やこのステッパに改良を加えたステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）等の投影露光装置が主として用いられている。
【０００３】
ところで、半導体素子等を製造する場合には、異なる回路パターンを基板上に幾層にも積み重ねて形成する必要があるため、回路パターンが描画されたレチクル（又はマスク）と、基板上の各ショット領域に既に形成されたパターンとを正確に重ね合わせることが重要である。かかる重ね合せを精度良く行うためには、投影光学系の光学特性を正確に計測し、これを所望の状態に調整し管理する必要がある。
【０００４】
従来、投影光学系の光学特性の計測方法として、所定の計測用パターンが形成された計測用マスクを用いて露光を行い、計測用パターンの投影像が転写された基板を現像して得られるレジスト像を計測した計測結果に基づいて光学特性を算出する方法（以下、「焼き付け法」と呼ぶ）が、主として用いられている。この他、実際に露光を行うことなく、計測用マスクを照明光により照明し投影光学系によって形成された計測用パターンの空間像（投影像）を計測し、この計測結果に基づいて光学特性を算出する方法（以下、「空間像計測法」と呼ぶ）も行われている。
【０００５】
従来の露光装置では、いわゆるザイデルの５収差と呼ばれる球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差（ディストーション）等の低次の収差を上記焼き付け法又は空間像計測法によって計測し、この計測結果に基づいて投影光学系の上記諸収差を調整し管理することが主として行われていた。
【０００６】
しかるに、半導体素子は年々高集積化し、これに伴って露光装置には、より一層の高精度な露光性能が要求されるようになり、近年では、上記の低次収差のみを調整するのみでは不十分となっている。従って、露光装置の製造工場内での組み立て時のみならず、デバイス製造工場のクリーンルーム内に設置後においても、投影光学系の波面収差を計測してより高次の収差を含む投影光学系の光学特性を維持管理する必要が生じている。
【０００７】
波面収差の計測を露光装置の製造後に、計測する波面収差計測装置として、マイクロレンズアレイを用いた、シャックハルトマン方式の波面収差計測器が、例えば国際公開ＷＯ９９／６０３６１などに開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、波面収差計測器に要求される程度に高精度でかつ小型のマイクロレンズアレイを製造することは、現状の製造技術では困難である。このため、マイクロレンズアレイを用いるタイプの波面収差計測器は、その計測精度の向上とともに小型化が、現在及び将来の大きな課題となっている。また、この種の波面収差計測器では、投影光学系の像面とマイクロレンズアレイとの間に光学系を配置しなければならず、計測器の小型化が困難であるとともに、その光学系の収差などの影響を無視し得ないことがある。
【０００９】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、マイクロレンズアレイを用いることなく、投影光学系の波面収差を高精度に計測することが可能な波面収差計測方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の第２の目的は、投影光学系の光学特性を精度良く調整することが可能な投影光学系の調整方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の第３の目的は、マスクのパターンを基板上に精度良く転写することが可能な露光方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の第４の目的は、マスクのパターンを基板上に精度良く転写することが可能な露光装置の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、第１面上のパターンを第２面上に投影する投影光学系（ＰＬ）の波面収差を計測する波面収差計測方法であって、前記第１面上に所定の位置関係で配置されるとともに、特定方向に対して所定角度θ（０°＜θ＜４５°）をなす所定幅の直線状パターン部分を含む複数の計測用パターン（６７_i,j）を照明光により照明し、前記複数の計測用パターンのそれぞれを当該各計測用パターンに個別に対応して設けられたピンホール状の開口（７０_i,j）及び前記投影光学系を介して前記第２面上に投影する工程と；前記各計測用パターンの投影像を前記第２面上に配置された撮像素子で撮像する工程と；前記撮像結果に基づいて得られる前記直線状パターン部分の前記特定方向に関する基準位置からの位置ずれ量と前記特定方向に直交する方向に関する基準位置からの位置ずれ量との少なくとも一方を（１／ｔａｎθ）倍に拡大した結果に基づいて、前記投影光学系の波面収差を求める工程と；を含む波面収差計測方法である。
【００１４】
これによれば、第１面上に所定の位置関係で配置されるとともに、特定方向に対して所定角度をなす所定幅の直線状パターン部分を含む複数の計測用パターンを照明光により照明し、前記複数の計測用パターンのそれぞれを当該各計測用パターンに個別に対応して設けられたピンホール状の開口及び前記投影光学系を介して前記第２面上に投影する。これにより、第２面上には、各計測用パターンの投影像が形成される。この投影像を第２面上に配置された撮像素子で撮像する。
【００１５】
この場合、各計測用パターンの投影像は、第２面上で投影光学系の瞳面における波面の理想波面に対する傾きに応じてずれた位置に結像されるので、撮像素子によりそのずれた位置に結像された投影像が撮像されることとなる。
【００１６】
前記各計測用パターンの前記特定方向に関する位置ずれ量は、前記直線状パターン部分の前記特定方向の位置ずれ量を（１／ｔａｎθ）倍に拡大した量の計測結果に基づいて算出することができ、前記特定方向に直交する方向の位置ずれ量は、前記直線状パターン部分の前記特定方向に直交する方向の位置ずれ量を（１／ｔａｎθ）倍に拡大した量の計測結果に基づいて算出することができる。そして、この算出結果、すなわち各計測用パターンの投影位置の基準位置からの位置ずれ量に基づいて、投影光学系の波面収差を求める。従って、本発明によれば、マイクロレンズアレイを用いることなく、投影光学系の波面収差を高精度に計測することが可能となる。
【００１７】
この場合において、２次元面内に配置される投影像を撮像する場合、撮像素子として一次元撮像素子、例えばＣＣＤラインセンサなどを用い、これを画素の配列方向に直交する方向に移動しながら撮像することとすることができる。しかし、これに限らず、例えば請求項２に記載の波面収差計測方法の如く、前記撮像素子は、画素が直交２軸方向にマトリクス状に配列された２次元撮像素子であり、前記特定方向は、前記直交２軸方向のいずれかであることとすることができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の波面収差計測方法を用いて投影光学系の波面収差を計測する工程と；前記波面収差の計測結果に基づいて前記投影光学系を調整する工程と；を含む投影光学系の調整方法である。
【００１９】
これによれば、請求項１及び２に記載の各波面収差計測方法を用いて投影光学系の波面収差を計測するので、投影光学系の波面収差が精度良く計測される。そして、この精度良く計測された波面収差の計測結果に基づいて投影光学系が調整されるので、投影光学系の光学特性を精度良く調整することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、マスク（Ｒ）のパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に転写する露光方法であって、請求項３に記載の調整方法により前記投影光学系を調整する工程と；前記調整された投影光学系を介して前記パターンを前記基板上に転写する工程と；を含む露光方法である。
【００２１】
これによれば、請求項３に記載の調整方法を用いて投影光学系を調整するので、投影光学系の光学特性が精度良く調整され、この光学特性が精度良く調整された投影光学系を用いてマスクのパターンを基板上に転写するので、マスクのパターンを基板上に精度良く転写することが可能になる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、マスク（Ｒ）のパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に転写する露光装置（１０）の製造方法であって、請求項１又は２に記載の波面収差計測方法を用いて投影光学系の波面収差を計測する工程と；前記波面収差の計測結果に基づいて前記投影光学系を調整する工程と；を含む露光装置の製造方法である。
【００２３】
これによれば、請求項１及び２に記載の各光学特性計測方法を用いて投影光学系の光学特性を精度良く計測し、その計測された光学特性に基づいて投影光学系を調整するので、投影光学系の光学特性（結像特性を含む）が精度良く調整される。従って、投影光学系の光学特性が精度良く調整された露光装置が製造され、該露光装置を用いて露光を行うことにより、マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に精度良く転写することが可能になる。
【００２４】
なお、前記第２面は投影光学系の像面だけでなくその共役面をも含み、投影光学系の像面との共役面を第２面とする場合は、像面と第２面とを共役関係にする光学系の光学特性を計測しておき、例えばこの計測結果を用いて前述の位置ずれ量を求める、あるいは投影光学系の光学特性の計測結果を補正することが好ましい。これにより、その光学系に起因した光学特性の計測誤差を低減することができる。このとき、その光学系は縮小系又は等倍系でも良いが、拡大系として計測用パターンの投影位置の検出精度の向上を図るようにしても良い。
【００２５】
また、複数の計測用パターンの各投影位置に対応して、例えば複数の計測用パターンと対応する位置関係で、複数の撮像素子を第２面上に配置して各撮像素子により対応する計測用パターンの投影位置（すなわち各撮像素子を基準とする対応する計測用パターンの投影位置）を計測しても良いし、あるいは少なくとも１つの撮像素子を第２面内で移動して各計測用パターンの投影像を検出しても良い。前者の場合には、複数の撮像素子の位置関係（間隔など）を計測しておき、例えばこの計測結果を考慮して、計測用パターン毎に前述の位置ずれ量を求める、あるいは投影光学系の光学特性の計測結果を補正することが望ましい。これにより、撮像素子の位置誤差などに起因した光学特性の計測誤差を低減することができる。一方、後者の場合には、撮像素子の移動時に生じ得る位置決め誤差を例えば計測用パターンの投影位置毎に計測しておき、この計測結果を考慮して計測用パターン毎に前述の位置ずれ量を求める、あるいは投影光学系の光学特性の計測結果を補正することが望ましい。これにより、撮像素子の移動時の位置決め誤差などに起因した光学特性の計測誤差を低減することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１には、本発明に係る波面収差計測方法を実施するための一実施形態に係る露光装置１０の概略構成が示されている。この露光装置１０は、露光用光源（以下「光源」という）にパルスレーザ光源を用いたステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置、すなわちいわゆるステッパである。
【００２７】
この露光装置１０は、光源１６及び照明光学系１２を含む照明系、この照明系からのエネルギビームとしての露光用照明光ＥＬにより照明されるマスクとしてのレチクルＲを保持するマスクステージとしてのレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから出射された露光用照明光ＥＬを基板としてのウエハＷ上（像面上）に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するＺチルトステージ５８が搭載された基板ステージとしてのウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。
【００２８】
前記光源１６としては、ここでは、ＡｒＦエキシマレーザ光源（出力波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、光源１６として、Ｆ₂レーザ光源（出力波長１５７ｎｍ）等の真空紫外域のパルス光を出力する光源や、ＫｒＦエキシマレーザ光源（出力波長２４８ｎｍ）などの近紫外域のパルス光を出力する光源などを用いても良い。
【００２９】
前記光源１６は、実際には、照明光学系１２の各構成要素及びレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、及びウエハステージＷＳＴ等から成る露光装置本体が収納されたチャンバ１１が設置されたクリーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルームに設置されており、チャンバ１１にビームマッチングユニットと呼ばれる光軸調整用光学系を少なくとも一部に含む不図示の送光光学系を介して接続されている。この光源１６は、主制御装置５０からの制御情報ＴＳに基づいて、内部のコントローラにより、レーザ光ＬＢの出力のオン・オフ、レーザ光ＬＢの１パルスあたりのエネルギ、発振周波数（繰り返し周波数）、中心波長及びスペクトル半値幅などが制御されるようになっている。
【００３０】
前記照明光学系１２は、シリンダレンズ，ビームエキスパンダ及びズーム光学系（いずれも不図示）及びオプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）としてのフライアイレンズ又は内面反射型インテグレータ（本実施形態ではフライアイレンズ）２２等を含むビーム整形・照度均一化光学系２０、照明系開口絞り板２４、第１リレーレンズ２８Ａ、第２リレーレンズ２８Ｂ、レチクルブラインド３０、光路折り曲げ用のミラーＭ及びコンデンサレンズ３２等を備えている。
【００３１】
前記ビーム整形・照度均一化光学系２０は、チャンバ１１に設けられた光透過窓１７を介して不図示の送光光学系に接続されている。このビーム整形・照度均一化光学系２０は、光源１６でパルス発光され光透過窓１７を介して入射したレーザビームＬＢの断面形状を、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダを用いて整形する。そして、ビーム整形・照度均一化光学系２０内部の射出端側に位置するフライアイレンズ２２は、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために、前記断面形状が整形されたレーザビームの入射により、照明光学系１２の瞳面とほぼ一致するように配置されるその射出側焦点面に多数の点光源（光源像）から成る面光源（２次光源）を形成する。この２次光源から射出されるレーザビームを以下においては、「照明光ＥＬ」と呼ぶものとする。
【００３２】
フライアイレンズ２２の射出側焦点面の近傍に、円板状部材から成る照明系開口絞り板２４が配置されている。この照明系開口絞り板２４には、ほぼ等角度間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り（通常絞り）、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための開口絞り（小σ絞り）、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り（輪帯絞り）、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り（図１ではこのうちの２種類の開口絞りのみが図示されている）等が配置されている。この照明系開口絞り板２４は、主制御装置５０により制御されるモータ等の駆動装置４０により回転されるようになっており、これによりいずれかの開口絞りが照明光ＥＬの光路上に選択的に設定され、後述するケーラー照明における光源面形状が、輪帯、小円形、大円形、あるいは四つ目等に制限される。なお、本実施形態では開口絞り板２４を用いて照明光学系の瞳面上での照明光の光量分布（２次光源の形状や大きさ）、すなわちレチクルＲの照明条件を変更するものとしたが、開口絞り板２４の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系の光路上に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光学系の光軸に沿って移動可能な少なくとも１つのプリズム（円錐プリズムや多面体プリズムなど）、及びズーム光学系の少なくとも１つを含む光学ユニットを光源１６とオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）２２との間に配置し、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）２２の入射面上での照明光の強度分布あるいは照明光の入射角度範囲を可変として、前述の照明条件の変更に伴う光量損失を最小限に抑えることが好ましい。
【００３３】
照明系開口絞り板２４から出た照明光ＥＬの光路上に、レチクルブラインド３０を介在させて第１リレーレンズ２８Ａ及び第２リレーレンズ２８Ｂから成るリレー光学系が配置されている。レチクルブラインド３０は、レチクルＲのパターン面に対する共役面に配置され、レチクルＲ上の矩形の照明領域ＩＡＲを規定する矩形開口が形成されている。ここで、レチクルブラインド３０としては、開口形状が可変の可動ブラインドが用いられており、主制御装置５０によってマスキング情報とも呼ばれるブラインド設定情報に基づいてその開口が設定されるようになっている。
【００３４】
リレー光学系を構成する第２リレーレンズ２８Ｂ後方の照明光ＥＬの光路上には、当該第２リレーレンズ２８Ｂを通過した照明光ＥＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラーＭが配置され、このミラーＭ後方の照明光ＥＬの光路上にコンデンサレンズ３２が配置されている。
【００３５】
以上の構成において、フライアイレンズ２２の入射面、レチクルブラインド３０の配置面、及びレチクルＲのパターン面は、光学的に互いに共役に設定され、フライアイレンズ２２の射出側焦点面に形成される光源面（照明光学系の瞳面）、投影光学系ＰＬのフーリエ変換面（射出瞳面）は光学的に互いに共役に設定され、ケーラー照明系となっている。
【００３６】
このようにして構成された照明光学系１２の作用を簡単に説明すると、光源１６からパルス発光されたレーザビームＬＢは、ビーム整形・照度均一化光学系に入射して断面形状が整形された後、フライアイレンズ２２に入射する。これにより、フライアイレンズ２２の射出端に前述した２次光源が形成される。
【００３７】
上記の２次光源から射出された照明光ＥＬは、照明系開口絞り板２４上のいずれかの開口絞りを通過した後、第１リレーレンズ２８Ａを経てレチクルブラインド３０の矩形開口を通過した後、第２リレーレンズ２８Ｂを通過してミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ３２を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域ＩＡＲを均一な照度分布で照明する。
【００３８】
前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが装填され、不図示の静電チャック（又はバキュームチャック）等を介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、不図示の駆動系により水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動（回転を含む）が可能な構成となっている。また、レチクルステージＲＳＴは、Ｙ軸方向については、所定のストローク範囲（レチクルＲの長さ程度）で移動可能な構成となっている。なお、レチクルステージＲＳＴの位置は、不図示の位置検出器、例えばレチクルレーザ干渉計によって、所定の分解能（例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能）で計測され、この計測結果が主制御装置５０に供給されるようになっている。
【００３９】
前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックな縮小系が用いられている。この投影光学系ＰＬの投影倍率は例えば１／４、１／５あるいは１／６等である。このため、前記の如くして、照明光ＥＬによりレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって前記投影倍率で縮小された像が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の矩形の露光領域ＩＡ（通常は、ショット領域に一致）に投影され転写される。
【００４０】
投影光学系ＰＬとしては、図１に示されるように、複数枚、例えば１０〜２０枚程度の屈折光学素子（レンズ）１３のみから成る屈折系が用いられている。この投影光学系ＰＬを構成する複数枚のレンズ１３のうち、物体面側（レチクルＲ側）の複数枚（ここでは、説明を簡略化するために４枚とする）のレンズ１３₁，１３₂，１３₃，１３₄は、結像特性補正コントローラ４８によって外部から駆動可能な可動レンズとなっている。レンズ１３₁，１３₂，１３₄は、不図示のレンズホルダにそれぞれ保持され、これらのレンズホルダが不図示の駆動素子、例えばピエゾ素子などにより重力方向に３点で支持されている。そして、これらの駆動素子に対する印加電圧を独立して調整することにより、レンズ１３₁，１３₂，１３₄を投影光学系ＰＬの光軸方向であるＺ軸方向にシフト駆動、及びＸＹ面に対する傾斜方向（すなわちＸ軸回りの回転方向及びＹ軸回りの回転方向）に駆動可能（チルト可能）な構成となっている。また、レンズ１３₃は、不図示のレンズホルダに保持され、このレンズホルダの外周部に例えばほぼ９０°間隔でピエゾ素子などの駆動素子が配置されており、相互に対向する２つの駆動素子をそれぞれ一組として、各駆動素子に対する印加電圧を調整することにより、レンズ１３₃をＸＹ面内で２次元的にシフト駆動可能な構成となっている。
【００４１】
なお、レチクルＲ、及び投影光学系ＰＬの光学素子（特にレンズエレメント）はそれぞれ照明光ＥＬの波長に応じてその硝材が適宜選択される。例えば、照明光ＥＬの波長が１９０ｎｍ程度以上（照明光ＥＬがＡｒＦエキシマレーザ光、ＫｒＦエキシマレーザ光など）では、合成石英を用いることができる。しかし、例えば、照明光ＥＬの波長が１８０ｎｍ程度以下（照明光ＥＬがＦ₂レーザ光など）では、透過率などの点で合成石英の使用が困難なので、ホタル石などのフッ化物結晶や不純物（フッ素など）ドープした合成石英などが用いられる。
【００４２】
前記ウエハステージＷＳＴは、ウエハステージ駆動部５６によりＸＹ２次元面内で自在に駆動されるようになっている。このウエハステージＷＳＴ上に搭載されたＺチルトステージ５８上にはウエハホルダ２５を介してウエハＷが静電吸着（あるいは真空吸着）等により保持されている。Ｚチルトステージ５８は、ウエハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）を調整すると共に、ＸＹ平面に対するウエハＷの傾斜角を調整する機能を有する。また、ウエハステージＷＳＴのＸ、Ｙ位置及び回転（ヨーイング、ピッチング、ローリングを含む）は、Ｚチルトステージ５８上に固定された移動鏡５２Ｗを介して外部のウエハレーザ干渉計５４Ｗにより計測され、このウエハレーザ干渉計５４Ｗの計測値が主制御装置５０に供給されるようになっている。
【００４３】
また、Ｚチルトステージ５８上には、ウエハホルダ２５の一側に基準マーク板ＦＭがその表面がほぼウエハＷの表面と同一高さとなるように固定されている。この基準マーク板ＦＭの表面には、不図示のウエハアライメント系のいわゆるベースライン計測用の第１基準マーク及び露光の際のレチクルアライメントに用いられる一対の第２基準マークなどが形成されている。
【００４４】
さらに、Ｚチルトステージ５８上には、ウエハホルダ２５の他側に、後述する波面収差の計測時に用いられる撮像素子としてのＣＣＤエリアイメージセンサ４５を有する撮像部４２が設けられている。この撮像部４２は、図２に示されるように、Ｚチルトステージ５８上に固定され、上面及び下面が開口した筒状の筐体４４と、該筐体４４の上面側の開口部を閉塞するホタル石などのフッ化物結晶から成る受光ガラス４６と、受光ガラス４６に対向してＺチルトステージ５８内部に配置されたレンズ系４３及びＣＣＤエリアイメージセンサ４５とを備えている。レンズ系４３の上方のＺチルトステージの壁面には、開口５８ａが形成されている。
【００４５】
前記受光ガラス４６の表面には、クロム層から成る遮光膜を兼ねる反射膜５９が形成され、該反射膜５９の中央にＣＣＤエリアイメージセンサ４５に入射する光の光路となる開口が形成されている。受光ガラス４６の表面は、ウエハＷの表面とほぼ同一高さとされている。ＣＣＤエリアイメージセンサ４５の撮像面は、受光ガラス４６の表面と光学的に共役な面とされている。また、受光ガラス４６の表面には、前述した第２基準マークと同様の一対のアライメントマーク（不図示）が形成されている。ＣＣＤエリアイメージセンサ４５から出力される撮像信号Ｐは、主制御装置５０に供給されるようになっている。
【００４６】
露光装置１０の制御系は、図１中、前記主制御装置５０によって主に構成される。主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなるいわゆるワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等から構成され、露光動作が的確に行われるように、例えば、ウエハステージＷＳＴのショット間ステッピング、露光タイミング等を統括して制御する。
【００４７】
次に、本実施形態の露光装置１０の投影光学系ＰＬの光学特性の計測の際に用いられる、計測用マスクとしての計測用レチクルＲ_Tについて説明する。
【００４８】
図３には、この計測用レチクルＲ_Tの概略斜視図が示されている。また、図４には、レチクルステージＲＳＴ上に装填した状態におけるレチクルＲ_Tの光軸ＡＸ近傍のＸＺ断面の概略図が、投影光学系ＰＬの模式図とともに示されている。
【００４９】
図３から明らかなように、この計測用レチクルＲ_Tの全体形状は、通常のペリクル付きレチクルとほぼ同様の形状を有している。この計測用レチクルＲ_Tは、パターン形成部材としてのガラス基板６０、該ガラス基板６０の図３における上面のＸ軸方向中央部に、固定された長方形板状の形状を有するレンズ取付け部材６２、ガラス基板６０の図２における下面に取り付けられた通常のペリクルフレームと同様の外観を有する枠状部材から成るスペーサ部材６４、及びこのスペーサ部材６４の下面に取り付けられた開口板６６等を備えている。
【００５０】
前記レンズ取付け部材６２には、Ｙ軸方向の両端部の一部の帯状の領域を除く、ほぼ全域にマトリックス状配置でｎ個の円形開口６３_i,j（ｉ＝１〜ｐ、ｊ＝１〜ｑ、ｐ×ｑ＝ｎ）が形成されている。各円形開口６３_i,jの内部には、Ｚ軸方向の光軸を有する凸レンズから成る集光レンズ６５_i,jがそれぞれ設けられている（図３参照）。
【００５１】
また、ガラス基板６０とスペーサ部材６４と開口板６６とで囲まれる空間の内部には、図４に示されるように、補強部材６９が所定の間隔で設けられている。
【００５２】
更に、前記各集光レンズ６５_i,jに対向して、図４に示されるように、ガラス基板６０の下面には、計測用パターン６７_i,jがそれぞれ形成されている。また、開口板６６には、図４に示されるように、各計測用パターン６７_i,jにそれぞれ対向してピンホール状の開口７０_i,jが形成されている。このピンホール状の開口７０_i,jは、例えば直径１００〜１５０μｍ程度とされる。
【００５３】
また、図３に示されるように、ガラス基板６０のレチクル中心を通るＸ軸上には、レンズ保持部材６２の両外側に、レチクル中心に関して対称な配置で一対のレチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２が形成されている。
【００５４】
図５には、ガラス基板６０を取り出して、図３における下面側から見た平面図（底面図）が示されている。この図５に示されるように、本実施形態では、各計測用パターン６７_i,jとして、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して所定角度θ（０°＜θ＜４５°）を成すラインパターンから成る網目状（ストリートライン状）のパターンが用いられている。各計測用パターン６７_i,jは、クロム層をパターニングして形成されたいわゆる抜きパターン、すなわちパターンの部分だけ光が透過するパターンである。
【００５５】
なお、計測用パターン６７_i,jは、これに限られず、その他の形状のパターンを用いても良いが、少なくともＸ軸方向及びＹ軸方向のいずれかに対して所定角度θ（０°＜θ＜４５°）で交差する所定幅のラインパターンを含むパターンであることが望ましい。
【００５６】
次に、計測用レチクルＲ_Tを用いて、投影光学系ＰＬの光学特性を計測する際の手順について説明する。
【００５７】
まず、主制御装置５０では、不図示のレチクルローダを介して計測用レチクルＲ_TをレチクルステージＲＳＴ上にロードする。次いで、主制御装置５０では、レーザ干渉計５４Ｗの出力をモニタしつつ、ウエハステージ駆動部５６を介してウエハステージＷＳＴを移動し、前述した受光ガラス４６の表面に形成された一対のアライメントマーク（不図示）を、予め定められた基準位置に位置決めする。ここで、この基準位置とは、例えば一対のアライメントマークの中心が、レーザ干渉計５４Ｗで規定されるステージ座標系上の原点に一致する位置に定められている。
【００５８】
次に、主制御装置５０では、計測用レチクルＲ_T上の一対のレチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２とこれらに対応する受光ガラス４６上のアライメントマークとを、不図示の一対のレチクルアライメント顕微鏡により同時に観察し、レチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２の受光ガラス４６上への投影像と、対応するアライメントマークとの位置ずれ量が、共に最小となるように、不図示の駆動系を介してレチクルステージＲＳＴをＸＹ２次元面内で微少駆動する。これにより、レチクルアライメントが終了し、レチクル中心が投影光学系ＰＬの光軸にほぼ一致するとともに、計測用レチクルＲ_Tの回転ずれも調整される。
【００５９】
次に、主制御装置５０では、不図示の斜入射光式の焦点位置検出系により受光ガラスのＺ位置を計測し、この計測結果に基づいてＺチルトステージをＺ軸方向に微小駆動することにより、受光ガラス４６の表面を投影光学系ＰＬの像面にほぼ一致させる。
【００６０】
次に、主制御装置５０では、計測用レチクルＲ_Tの集光レンズ６５_i,jの全てが含まれる、レンズ保持部材６２のＸ軸方向の最大幅以内のＸ軸方向の長さを有する矩形の照明領域を形成するため、不図示の駆動系を介してレチクルブラインド３０の開口を設定する。また、これと同時に、主制御装置５０では、駆動装置４０を介して照明系開口絞り板２４を回転して、所定の開口絞り、例えば小σ絞りを照明光ＥＬの光路上に設定する。このとき、前述した照明光学系内の光学ユニット（不図示）、例えばズーム光学系などを用いてオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）２２に入射する照明光の光束径（又は入射角度範囲）を小さくして光量損失を最小限とすることが望ましい。
【００６１】
このような準備作業の後、主制御装置５０では、制御情報ＴＳを光源１６に与えて、レーザビームＬＢを発光させて、照明光ＥＬをレチクルＲ_Tに照射して露光を行う。これにより、図４に示されるように、各計測用パターン６７_i,jが、対応するピンホール状の開口７０_i,j及び投影光学系ＰＬを介して同時に受光ガラス４６に投影され、該受光ガラス４６表面及びこれに共役なＣＣＤエリアイメージセンサ４５の撮像面に、図６に示されるような各計測用パターン６７_i,jの投影像（縮小像）６７’_i,jが、所定間隔でＸＹ２次元方向に沿って所定間隔で形成される。
【００６２】
そして、これらの投影像６７’_i,jがＣＣＤエリアイメージセンサ４５により撮像され、その撮像信号が主制御装置５０に供給される。そして、主制御装置５０では、この撮像信号に基づいて、各計測用パターン６７_i,jの投影像６７’_i,jの基準位置からのＸ軸方向、Ｙ軸方向に関する位置ずれ量（Δξ，Δη）を算出する。
【００６３】
ここで、この位置ずれ量（Δξ，Δη）の算出方法について、図７を参照して詳述する。図７には、計測用パターン６７_i,jを構成する１つの正方形枠状パターン（便宜上「パターン６８」と呼ぶ）の投影像６８’（図６参照）が取り出して示されている。また、この図７において、白抜きのパターン像６８”は、位置ずれがない場合のパターン６８の投影像を示す。すなわち、パターン像６８”の位置は、投影光学系ＰＬに収差がない場合にパターン６８が投影されるべき位置、すなわち投影像６８’の基準位置である。
【００６４】
この図７の場合、パターン６８の投影位置の基準位置からの位置ずれ量（Δξ，Δη）は、図７中に示される通りである。しかしながら、位置ずれ量（Δξ，Δη）は、図７中に示されるＣＣＤエリアイメージセンサ４５の各画素（すなわち網目の１個１個）と比べると明らかなように、非常に小さい量である。従って、これらの量Δξ，Δηを直接計測すると、ＣＣＤエリアイメージセンサとして超高密度なもの（非常に画素数の多いもの）を用いない限り、計測誤差が大きく十分な計測精度が得られないおそれがある。しかしながら、超高密度なＣＣＤエリアイメージセンサは高価であるか、要求される計測精度によってはこれを達成するものが実存しないかのいずれかである。
【００６５】
しかるに、図７に示される幾何学的関係から明らかなように、Ｘ軸方向の位置ずれ量ΔξとΔＹとの間、Ｙ軸方向の位置ずれ量ΔηとΔＸとの間には、次式（１）、（２）の関係が、それぞれ成立する。
【００６６】
ΔＹ＝Δξ／ｔａｎθ ……（１）
ΔＸ＝Δη／ｔａｎθ ……（２）
【００６７】
この場合において、例えばθ＝１０°とすると、１／ｔａｎθ＝５．６７となり、また、θ＝５°とすると、１／ｔａｎ＝１１．４３となる。従って、Δξ、Δηを計測する代わりに、ΔＹ、ΔＸを計測することにより、５．６７倍、あるいは１１．４３倍に拡大した量を計測することが可能となる。このことは、ＣＣＤエリアイメージセンサとして、同一の画素密度のＣＣＤエリアイメージセンサを用いて計測した場合に、分解能が５．６７倍、あるいは１１．４３倍になり、それに応じて計測精度が向上することを意味する。換言すれば、同一の分解能で計測する場合に、ＣＣＤエリアイメージセンサの画素密度は、（１／５．６７）あるいは（１／１１．４３）程度あれば良いことを意味する。
【００６８】
なお、上記の拡大倍率は、角度θが０に近いほど大きくなり、例えばθ＝１．１５°の場合には、約５０倍の分解能を得ることが可能になる。
【００６９】
なお、図７では、パターン像６８”が基準位置として想定されているかのような説明をしたが、実際には、このような必要はなく、図７中のＡ点、Ｂ点などの設計上のパターン投影位置の代表点を、基準位置としてＣＣＤエリアイメージセンサ４５の画素中で定めておけば良い。かかる場合には、実際の撮像結果からＡ’点、Ｂ’点を得、Ａ点と撮像結果とからＤ点を求め、Ａ’点と撮像結果からＣ点を求め、Ｂ点と撮像結果からＥ点を求め、Ｂ’点と撮像結果とからＦ点を求める。そして、このようにして求めたＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆ点の座標に基づきΔＹ、ΔＸを計測することができる。
【００７０】
上述のようにして、主制御装置５０では、各計測用パターン６７_i,jについて、Ｘ、Ｙ方向の位置ずれ量を所定倍率に拡大した量（ΔＹ、ΔＸ）をそれぞれ計測し、この量（ΔＹ、ΔＸ）をｔａｎθ倍することにより、目的とする各計測用パターン６７_i,jの位置ずれ量（Δξ，Δη）を算出するのである。
【００７１】
そして、この位置ずれ量（Δξ，Δη）に基づいて、投影光学系ＰＬの波面を演算により求めるのであるが、その前提として、位置ずれ量（Δξ，Δη）と波面との物理的な関係を、図４に基づいて簡単に説明する。
【００７２】
図４に、計測用パターン６７_k,lについて、代表的に示されるように、計測用パターン６７_i,j（６７_k,l）で発生した回折光のうち、ピンホール状の開口７０_i,j（７０_k,l）を通過した光は、計測用パターン６７_i,j（６７_k,l）のどの位置に由来する光であるかによって、投影光学系ＰＬの瞳面を通る位置が異なる。すなわち、当該瞳面の各位置における波面は、その位置に対応する計測用パターン６７_i,j（６７_k,l）における位置を介した光の波面と対応している。そして、仮に投影光学系ＰＬに収差が全くないものとすると、それらの波面は、投影光学系ＰＬの瞳面では、符号Ｆ₁で示されるような理想波面（ここでは平面）となるはずである。しかるに、収差の全く無い投影光学系は実際には存在しないため、瞳面においては、例えば、点線で示されるような曲面状の波面Ｆ₂となる。従って、計測用パターン６７_i,j（６７_k,l）の像は、ＣＣＤエリアイメージセンサ４５の撮像面上で波面Ｆ₂の理想波面に対する傾きに応じてずれた位置に結像される。
【００７３】
従って、位置ずれ量（Δξ，Δη）は、波面の理想波面に対する傾斜をそのまま反映した値になり、逆に位置ずれ量（Δξ，Δη）に基づいて波面を復元することができる。なお、上記の位置ずれ量（Δξ，Δη）と波面との物理的な関係から明らかなように、本実施形態における波面の算出原理は、周知のShack-Hartmanの波面算出原理そのものである。
【００７４】
次に、上記の位置ずれ量に基づいて、波面を算出する方法について、簡単に説明する。
【００７５】
上述の如く、位置ずれ量（Δξ，Δη）は波面の傾きに対応しており、これを積分することにより波面の形状（厳密には基準面（理想波面）からのずれ）が求められる。波面（波面の基準面からのずれ）の式をＷ（ｘ，ｙ）とし、比例係数をｋとすると、次式（３）、（４）のような関係式が成立する。
【００７６】
【数１】

【００７７】
位置ずれ量のみでしか与えられていない波面の傾きをそのまま積分するのは容易ではないため、面形状を級数に展開して、これにフィットするものとする。この場合、級数は直交系を選ぶものとする。ツェルニケ多項式は軸対称な面の展開に適した級数で、円周方向は三角級数に展開する。すなわち、波面Ｗを極座標系（ρ，θ）で表すと、ツェルニケ多項式をＲ_n ^m（ρ）として、次式（５）のように展開できる。
【００７８】
【数２】

【００７９】
なお、Ｒ_n ^m（ρ）の具体的な形は、周知である（例えば光学の一般的な教科書などに記載されている）ので、詳細な説明は省略する。直交系であるから各項の係数、Ａ_n ^m，Ｂ_n ^mは独立に決定することができる。有限項で切ることはある種のフィルタリングを行うことに対応する。
【００８０】
実際には、その微分が上記の位置ずれ量として検出されるので、フィッティングは微係数について行う必要がある。極座標系（ｘ＝ρｃｏｓθ，ｙ＝ρｓｉｎθ）では、次式（６）、（７）のように表される。
【００８１】
【数３】

【００８２】
ツェルニケ多項式の微分形は直交系ではないので、フィッティングは最小自乗法で行う必要がある。１つの計測用パターンからの情報（ずれの量）はＸとＹ方向につき与えられるので、計測用パターンの数をＮ（Ｎは、例えば８１〜４００程度とする）とすると、上式（３）〜（７）で与えられる観測方程式の数は２Ｎ（＝１６２〜８００程度）となる。これから例えば２７の係数を決めるため各係数の誤差はかなり小さくなる（面の傾きを表すＡ₁ ¹，Ｂ₁ ¹を除けば係数のばらつきは数ｎｍ程度に収まっている）。
【００８３】
ツェルニケ多項式のそれぞれの項は光学収差に対応する。しかも低次の項はザイデル収差にほぼ対応する。従って、ツェルニケ多項式を用いることにより、投影光学系ＰＬの波面収差を求めることができる。
【００８４】
そこで、主制御装置５０では、前述のようにして位置ずれ量（Δξ，Δη）を算出した後、所定の演算プログラムを用いて、位置ずれ量（Δξ，Δη）に基づいて、前述した原理に従って、各領域Ｓ_i,jに対応する、すなわち投影光学系ＰＬの視野内の第１計測点〜第ｎ計測点に対応する波面（波面収差）、ここでは、ツェルニケ多項式の各項の係数、例えば第２項の係数Ｚ₂〜第３６項の係数Ｚ₃₆を演算する。
【００８５】
ところで、本実施形態の露光装置１０では、定期的にメンテナンスが行われる。その際に、前述した計測用レチクルＲ_T及びＣＣＤエリアイメージセンサ４５等を用いて、前述した手順で波面収差の計測が行われ、その計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬが調整される。この調整は、例えば、主制御装置５０が波面収差の計測結果に基づいて、非点収差、コマ収差、ディストーション、像面湾曲（又はフォーカス）、球面収差などの低次収差、すなわちザイデルの５収差等を求め、これらの収差を補正すべき旨の指令を結像特性補正コントローラ４８に与える。これにより、結像特性補正コントローラ４８により、可動レンズ１３₁〜１３₄のうちの少なくとも１つの所定の可動レンズを、少なくとも１自由度方向に駆動する所定の駆動素子に対する印加電圧が制御され、前記所定の可動レンズの位置及び姿勢の少なくとも一方が調整され、投影光学系ＰＬの結像特性、例えばディストーション、像面湾曲、コマ収差、球面収差、及び非点収差等が補正される。
【００８６】
この場合において、予め各可動レンズの各自由度方向の単位駆動量と、波面収差（ツェルニケ多項式の各項の係数）の変化量との関係を予め求め、これをデータベースとしてメモリ内に記憶しておくとともに、このデータベースとツェルニケ多項式の各項の係数とに基づいて結像特性の調整量を演算する調整量演算プログラムを準備しておくこととしても良い。このようにすると、主制御装置５０では、波面収差の計測結果（ツェルニケ多項式の各項の係数の算出値）が得られた時点で、上記のデータベースとその得られた波面収差の計測結果とを用いて上記の調整量演算プログラムに従って、可動レンズ１３₁〜１３₄を各自由度方向に駆動すべき調整量を演算し、この調整量の指令値を、結像特性補正コントローラ４８に与える。これにより、結像特性補正コントローラ４８により、可動レンズ１３₁〜１３₄をそれぞれの自由度方向に駆動する各駆動素子に対する印加電圧が制御され、可動レンズ１３₁〜１３₄の位置及び姿勢の少なくとも一方がほぼ同時に調整され、投影光学系ＰＬの結像特性、例えばディストーション、像面湾曲、コマ収差、球面収差、及び非点収差等が補正される。なお、コマ収差、球面収差、及び非点収差については、低次のみならず高次の収差をも補正可能である。
【００８７】
本実施形態の露光装置１０では、半導体デバイスの製造時には、レチクルとしてデバイス製造用のレチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上に装填され、その後、レチクルアライメント及び不図示のウエハアライメント系のいわゆるベースライン計測、並びにＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）等のウエハアライメントなどの準備作業が行われる。その後、ウエハアライメント結果に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域をレチクルパターンの投影位置に位置決めするショット間ステッピング動作と露光動作とを繰り返す、ステップ・アンド・リピート方式の露光が行われる。なお、露光時の動作等は通常のステッパと異なるところがないので、詳細説明については省略する。
【００８８】
但し、露光装置１０では、露光に先立って、前述したメンテナンス時、あるいはその他必要なタイミングで、前述した投影光学系ＰＬの結像特性の補正（調整）が行われ、この結像特性補正後の投影光学系ＰＬを用いて、上記のステップ・アンド・リピート方式の露光が行われる。
【００８９】
次に、露光装置１０の製造方法について説明する。露光装置１０の製造に際しては、まず、複数のレンズ、ミラー等の光学素子などを含む照明光学系１２、投影光学系ＰＬ、多数の機械部品から成るレチクルステージ系やウエハステージ系などを、それぞれユニットとして組み立てるとともに、それぞれユニット単体としての所望の性能を発揮するように、光学的な調整、機械的な調整、及び電気的な調整等を行う。
【００９０】
次に、照明光学系１２や投影光学系ＰＬなどを露光装置本体に組むとともに、レチクルステージ系やウエハステージ系などを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続する。
【００９１】
次いで、照明光学系１２や投影光学系ＰＬについては、光学的な調整を更に行う。これは、露光装置本体への組み付け前と組み付け後とでは、それらの光学系、特に投影光学系ＰＬの光学特性が微妙に変化するからである。本実施形態では、この露光装置本体へ組み込み後に行われる投影光学系ＰＬの光学的な調整に際して、前述した計測用レチクルＲ_T及びＣＣＤエリアイメージセンサ４５等を用いて、前述した手順で、投影光学系ＰＬの波面収差の計測を行う。そして、この波面収差結果に基づいて、前述のメンテナンス時と同様にして、ザイデル収差等の補正が行われる。また、より高次の収差に基づいて必要であればレンズ等の組付けを再調整する。なお、再調整により所望の性能が得られない場合などには、一部のレンズを再加工する必要も生じる。なお、投影光学系ＰＬの光学素子の再加工を容易に行うため、投影光学系ＰＬを露光装置本体に組み込む前に前述の波面収差を計測し、この計測結果に基づいて再加工が必要な光学素子の有無や位置などを特定し、その光学素子の再加工と他の光学素子の再調整とを並行して行うようにしても良い。
【００９２】
その後、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をする。これにより、光学特性が高精度に調整された投影光学系ＰＬを用いて、レチクルＲのパターンをウエハＷ上に精度良く転写することができる、本実施形態の露光装置１０を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００９３】
以上説明したように、本実施形態によると、投影光学系ＰＬの波面収差の計測に際し、計測用レチクルＲ_TがレチクルステージＲＳＴ上に装填され、レチクルアライメントが行われた状態で、計測用レチクルＲ_T上の複数の計測用パターン６７_i,jが照明光で照明される。これにより、各計測用パターン６７_i,jが、個別に対応するピンホール状の開口７０_i,j及び投影光学系ＰＬを介してウエハステージＷＳＴ上に設けられた、投影光学系ＰＬの像面と共役な面に配置されたＣＣＤエリアイメージセンサ４５の撮像面に投影される。このとき、各計測用パターン６７_i,jの像は、前述の如く、投影光学系ＰＬによりそれぞれの計測用パターン６７_i,jを介した光の波面の理想波面に対する傾きに応じてずれた位置に結像される。そして、ＣＣＤエリアイメージセンサ４５によりそのずれた位置に結像された各計測用パターン６７_i,jの投影像６７’_i,jが撮像される。
【００９４】
そして、主制御装置５０により、その撮像結果に基づいて得られる各計測用パターンの投影位置の基準位置からの位置ずれ量に基づいて、所定の演算プログラムに従って投影光学系ＰＬの波面収差が算出される。
【００９５】
また、本実施形態では、各計測用パターン６７_i,jとして、Ｘ軸に対して角度θを成し所定幅を有する複数本の直線状パターンが所定ピッチで配列されたラインアンドスペースパターンと、Ｙ軸に対して角度θを成し所定幅を有する複数本の直線状パターンが所定ピッチで配列されたラインアンドスペースパターンとが、相互に直交して形成された網目状（ストリートライン状）のパターンが用いられている。そして、各計測用パターンのＸ軸方向に関する位置ずれ量は、Ｘ軸に対して角度θを成す直線状パターン部分のＸ軸方向に関する位置ずれ量を（１／ｔａｎθ）倍に拡大した量の計測結果に基づいて算出され、Ｙ軸方向に関する位置ずれ量は、前記直線状パターン部分のＹ軸方向に関する位置ずれ量を（１／ｔａｎθ）倍に拡大した量の計測結果に基づいて算出される。従って、実質的に位置ずれ量を上記拡大倍率に応じた高い分解能で計測することが可能となり、位置ずれ量の計測精度、ひいては波面収差の計測精度の向上が可能となる。
【００９６】
従って、本実施形態によると、マイクロレンズアレイを用いることなく、投影光学系の波面収差を高精度に計測することが可能となっている。
【００９７】
また、本実施形態によると、メンテナンス時等において定期的に投影光学系ＰＬの波面収差が精度良く計測され、この精度良く計測された波面収差の計測結果に基づいて投影光学系ＰＬが調整されるので、投影光学系ＰＬの光学特性を精度良く調整することができる。
【００９８】
そして、本実施形態に係る露光装置によると、露光に先立って、上述の如くして光学特性が調整された投影光学系ＰＬを用いて、レチクルＲのパターンがウエハＷ上に転写されるので、レチクルＲのパターンをウエハＷ上に精度良く転写することが可能になる。
【００９９】
さらに、本実施形態によると、露光装置１０の製造時においても、投影光学系ＰＬを露光装置本体に組み込んだ後において、前述のように投影光学系ＰＬの波面収差が計測され、その計測された波面収差に基づいて投影光学系ＰＬを調整するので、投影光学系の結像特性が精度良く調整される。従って、投影光学系の結像特性が精度良く調整された露光装置１０が製造され、該露光装置１０を用いて露光を行うことにより、レチクルパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハ上に精度良く転写することが可能になる。
【０１００】
なお、上記実施形態では、計測用パターンの基準位置に対する位置ずれ量を１／ｔａｎθ倍に拡大した量を計測し、これをｔａｎθ倍して求める場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、ＣＣＤエリアイメージセンサ４５の分解能が十分に高ければ、位置ずれ量を直接計測しても良い。かかる場合であっても、マイクロレンズアレイを用いることなく、上記実施形態と同様に、計測した位置ずれ量に基づいて投影光学系ＰＬの波面収差を精度良く求めることは可能である。この場合においても、露光装置の製造段階、及び製造後のいずれのときにおいても、波面収差を高精度に計測し、その計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬの光学特性を高精度に調整することができる。また、この光学特性が精度良く調整された投影光学系ＰＬを用いてレチクルパターンをウエハ上に精度良く転写することができる。また、上記実施形態ではＣＣＤエリアイメージセンサ４５の画素を基準として計測用パターンの投影像の位置ずれ量を計測するものとしたが、例えばＣＣＤエリアイメージセンサ４５の撮像面に近接して基準パターンを配置し、この基準パターンに対する計測用パターンの投影像の位置ずれ量を計測するようにしても良い。また、上記実施形態において、レンズ系４３を拡大系として計測用パターンの投影位置の検出精度の向上を図るようにしても良い。ＣＣＤエリアイメージセンサ４５の撮像面に近接して基準パターンを配置する場合も同様である。
【０１０１】
なお、上記実施形態において、投影光学系ＰＬの像面とＣＣＤエリアイメージセンサ４５とを共役関係にするレンズ系４３の光学特性を計測しておき、例えばこの計測結果を用いて前述の位置ずれ量を求める、あるいは投影光学系の光学特性の計測結果を補正することが好ましい。これにより、そのレンズ系４３に起因した光学特性の計測誤差を低減することができる。
【０１０２】
なお、上記実施形態において、ＣＣＤエリアイメージセンサ４５に代えて、複数の計測用パターンの各投影位置に対応して、例えば複数の計測用パターンと対応する位置関係で、複数の撮像素子を投影光学系の像面（又はその共役面）に配置して各撮像素子により対応する計測用パターンの投影位置（すなわち各撮像素子を基準とする対応する計測用パターンの投影位置）を計測しても良い。この場合、複数の撮像素子の位置関係（間隔など）を計測しておき、例えばこの計測結果を考慮して、計測用パターン毎に前述の位置ずれ量を求める、あるいは投影光学系の光学特性の計測結果を補正することが望ましい。これにより、撮像素子の位置誤差などに起因した光学特性の計測誤差を低減することができる。同様に、ＣＣＤエリアイメージセンサ４５の各画素の配列を正確に計測しておき、この計測結果を考慮して、計測用パターン毎に前述の位置ずれ量を求める、あるいは投影光学系の光学特性の計測結果を補正することとしても良い。
【０１０３】
また、上記実施形態では、撮像素子として２次元撮像素子であるＣＣＤエリアイメージセンサを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、撮像素子としてＣＣＤラインセンサなどの１次元撮像素子を用い、これを画素の配列方向とは直交する方向に移動しつつ、計測用パターンの投影像の撮像を行うことにより、各投影像の投影位置の基準位置に対する位置ずれ量を計測し、この位置ずれ量に基づいて投影光学系ＰＬの波面収差を求めることも可能である。
【０１０４】
あるいは、少なくとも１つの撮像素子を第２面（投影光学系の像面又はこの共役面）内で移動して各計測用パターンの投影像を検出しても良い。この場合には、撮像素子の移動時に生じ得る位置決め誤差を例えば計測用パターンの投影位置毎に計測しておき、この計測結果を考慮して計測用パターン毎に前述の位置ずれ量を求める、あるいは投影光学系の光学特性の計測結果を補正することが望ましい。これにより、撮像素子の移動時の位置決め誤差などに起因した光学特性の計測誤差を低減することができる。
【０１０５】
なお、上記実施形態において、計測用レチクル上での複数の計測用パターンの位置関係（間隔など）を計測しておき、例えばこの計測結果をも考慮して投影光学系ＰＬの光学特性を求めることが望ましい。これにより、計測用レチクル上での計測用パターンの位置誤差（描画誤差）に起因した投影光学系ＰＬの光学特性の計測誤差を低減することができる。この場合も、上記と同様に、前述の位置ずれ量を求める際に、計測用パターンの位置誤差を考慮しても良いし、光学特性の計測結果を計測用パターンの位置誤差を用いて補正しても良い。
【０１０６】
また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの光学特性として波面収差を求める場合について説明したが、これに限らず、上記各計測用パターンの投影位置の所定の基準位置からの位置ずれ量に基づいて、波面収差以外の光学特性を求めることは可能である。
【０１０７】
なお、上記実施形態では、Ｚチルトステージ５８にＣＣＤエリアイメージセンサを有する撮像部４２が固定的に設けられた場合について説明したが、これに限らず、ウエハホルダの交換機構を備える場合（ウエハの搬送系がウエハホルダの搬送系を兼ねる場合を含む）には、ウエハホルダ２５に撮像素子（ＣＣＤエリアイメージセンサなど）を組み込み、そのウエハホルダを前記交換機構により非露光時にウエハステージ上に搭載し、そのウエハホルダを用いて投影光学系の波面収差を計測するようにしても良い。この場合、実際の露光に先立って、その計測に用いたウエハホルダを露光に用いるウエハホルダに再度交換するようにすれば良い。また、上記のウエハホルダには、撮像素子とともに基準照度計などを組み込むようにしても良い。
【０１０８】
また、上記実施形態では、撮像素子（ＣＣＤエリアイメージセンサ）を、投影光学系の像面の共役面に配置した状態で、投影像の撮像を行う場合について説明したが、これに限らず、投影光学系ＰＬの像面近傍の面（上記実施形態ではＺチルトステージ５８上の受光ガラスの配置面）に撮像素子を直接配置することとしても良く、撮像部４２の小型化を図ることができる。更に、投影光学系ＰＬの投影視野（照明光の照射領域）に対応して複数の計測用パターンをレチクルに形成することなく、少なくとも１つの計測用パターンをレチクルに形成するだけでも良く、この場合は投影光学系の物体面（第１面）内でそのレチクルを移動することになる。このとき、レチクルステージＲＳＴの移動時に生じ得る位置決め誤差を、例えば計測用パターンを配置すべき位置毎に計測しておき、この計測結果を用いて計測用パターン毎に前述の位置ずれ量を求める、あるいは投影光学系の光学特性の計測結果を補正することが望ましい。更に、上記実施形態では計測用レチクルを用いるものとしたが、例えばレチクルステージＲＳＴ上に少なくとも１つの計測用パターンを形成するとともに、投影光学系の光学特性の計測時にピンホールが形成されたプレートをレチクルのパターン面に近接して配置する、あるいはレチクルステージの下面にその計測用パターンに近接してピンホール板を設けても良い。すなわち、光学特性の計測に用いるマスクはマスク又はレチクルに限られるものではなく、例えばレチクルステージなどに設けられるパターン板などであっても良い。
【０１０９】
なお、上記実施形態では、本発明がステッパに適用された場合について説明したが、これに限らず、例えば米国特許第５，４７３，４１０号等に開示されるマスクと基板とを同期移動してマスクのパターンを基板上に転写する走査型の露光装置にも適用することができる。
【０１１０】
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシーン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
【０１１１】
また、上記実施形態の露光装置の光源は、Ｆ₂レーザ光源、ＡｒＦエキシマレーザ光源、ＫｒＦエキシマレーザ光源などの紫外パルス光源に限らず、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプを用いることも可能である。
【０１１２】
また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良い。
【０１１３】
なお、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。
【０１１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波面収差計測方法によれば、マイクロレンズアレイを用いることなく、投影光学系の波面収差を高精度に計測することができるという効果がある。
【０１１５】
また、本発明の投影光学系の調整方法によれば、投影光学系の光学特性を精度良く調整することができるという効果がある。
【０１１６】
また、本発明の露光方法によれば、マスクのパターンを基板上に精度良く転写することが可能な露光方法が提供される。
【０１１７】
また、本発明の露光装置の製造方法によれば、マスクのパターンを基板上に精度良く転写することが可能な露光装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１のＺチルトステージを一部破断し、かつ一部省略して示す拡大図である。
【図３】計測用レチクルを示す概略斜視図である。
【図４】レチクルステージ上に装填した状態における計測用レチクルの光軸近傍のＸＺ断面の概略図を投影光学系の模式図とともに示す図である。
【図５】図３のガラス基板を取り出して示す底面図である。
【図６】ＣＣＤエリアイメージセンサの撮像面に形成される計測用パターンの縮小像（投影像）を示す図である。
【図７】計測用パターンの位置ずれ量を拡大して計測する方法を示す図である。
【符号の説明】
１０…露光装置、４５…ＣＣＤエリアイメージセンサ（撮像素子）、６６…開口板、６７_i,j…計測用パターン、７０_i,j…ピンホール状の開口、ＥＬ…照明光、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル（マスク）、Ｒ_T…計測用レチクル（計測用マスク）、Ｗ…ウエハ（基板）。

Claims

第１面上のパターンを第２面上に投影する投影光学系の波面収差を計測する波面収差計測方法であって、
前記第１面上に所定の位置関係で配置されるとともに、特定方向に対して所定角度θ（０°＜θ＜４５°）をなす所定幅の直線状パターン部分を含む複数の計測用パターンを照明光により照明し、前記複数の計測用パターンのそれぞれを当該各計測用パターンに個別に対応して設けられたピンホール状の開口及び前記投影光学系を介して前記第２面上に投影する工程と；
前記各計測用パターンの投影像を前記第２面上に配置された撮像素子で撮像する工程と；
前記撮像結果に基づいて得られる前記直線状パターン部分の前記特定方向に関する基準位置からの位置ずれ量と前記特定方向に直交する方向に関する基準位置からの位置ずれ量との少なくとも一方を（１／ｔａｎθ）倍に拡大した結果に基づいて、前記投影光学系の波面収差を求める工程と；を含む波面収差計測方法。
前記撮像素子は、画素が直交２軸方向にマトリクス状に配列された２次元撮像素子であり、
前記特定方向は、前記直交２軸方向のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の波面収差計測方法。
請求項１又は２に記載の波面収差計測方法を用いて投影光学系の波面収差を計測する工程と；
前記波面収差の計測結果に基づいて前記投影光学系を調整する工程と；を含む投影光学系の調整方法。
マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であって、
請求項３に記載の調整方法により前記投影光学系を調整する工程と；
前記調整された投影光学系を介して前記パターンを前記基板上に転写する工程と；を含む露光方法。
マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置の製造方法であって、
請求項１又は２に記載の波面収差計測方法を用いて投影光学系の波面収差を計測する工程と；
前記波面収差の計測結果に基づいて前記投影光学系を調整する工程と；を含む露光装置の製造方法。