JP2001044114A

JP2001044114A - 信号処理方法、露光方法および露光装置

Info

Publication number: JP2001044114A
Application number: JP11219615A
Authority: JP
Inventors: Tsuneyuki Hagiwara; 恒幸萩原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2001-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｓ／Ｎを向上させることができるランダム変
調法において、ハードウエアに負担をかけることなく、
分解能を向上させることができる信号処理方法と、ラン
ダム変調法を利用することでＳ／Ｎを向上させ、空間像
の計測時間を短縮し、投影光学系の結像特性を正確にし
かも素早く計測することが可能な露光方法および露光装
置とを提供すること。【解決手段】変調信号をサンプリングする際に、乱数
の間隔Ｐの整数Ｋ分の１のサンプリング間隔Ｓ（＝Ｐ／
Ｋ）をもってサンプリングし、１周期の波長Ｎ・Ｐの変
調信号をＰ・Ｋ個のデータにデジタイズし、デジタイズ
データを生成し、該デジタイズデータを復調するときに
１群がＮ個で間隔がＰであって、先頭データが異なる、
Ｋ個のデータ群に分割し、該Ｋ個のデータ群を１群ずつ
周期ＮのＭ系列の乱数を用いて復調し、間隔Ｓずつずれ
たＫ個の個別復調信号を生成し、これらの個別復調信号
群を間隔Ｓずつずらして配列し、全体復調信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置の投影レ
ンズの空間像の計測に最適な信号処理方法、それを用い
た露光方法および露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置あるいは液晶表示装置は、半
導体基板あるいはガラス基板（以下、基板と言う）上
に、微細な回路パターンを有する半導体層や金属配線層
を複数積層して製造される。これら装置の製造工程で
は、微細な回路パターンを半導体層や金属配線層に形成
するためにフォトリソグラフィ技術が用いられている。
投影露光装置を用い、フォトマスクやレチクル（以下レ
チクルと言う）に形成された回路パターンを基板上に塗
布したレジスト層（感光剤層）に露光して現像し、回路
パターンが転写されたレジスト層をマスクとして半導体
層や金属配線層をエッチングして所望の回路パターンを
形成する。このフォトリソグラフィ工程は、積層する層
の数に対応して複数回繰り返され、パターニングされた
半導体層や金属配線層が順次基板上に積層されて半導体
素子が形成される。形成された半導体素子の素子特性
は、各層のパターニング精度および各層間のパターンの
重ね合わせ精度に依存する。

【０００３】フォトリソグラフィ工程では一般に、スル
ープット（単位時間当たりの基板処理枚数）を向上させ
るため、１枚の基板に対して複数の投影露光装置を使用
して、投影露光装置毎に異なる層の露光が行われてい
る。しかしながら、投影露光装置毎に投影光学系の結像
特性は異なるため、形成される半導体素子の素子特性の
ばらつきを抑えて歩留りを向上させるには、各投影露光
装置の投影光学系の結像特性を正確に測定し、必要に応
じて投影光学系などを調整し、高精度の重ね合わせが行
えるようにしておく必要がある。

【０００４】通常、結像特性を評価する方法として、レ
チクル上のテストパターン（計測用マーク）を評価用の
ウエハ上に露光し、その後、現像することによって現れ
る像を観察するのが一般的であるが、この方法では、露
光および現像という工程が必要なため、ウエハを載置す
るステージ上に光電変換素子を設けてテストパターンの
空間像を直接観察する方法が採用されている。

【０００５】この方法によれば、装置の初期調整だけで
なく、装置の経時変化、大気圧変化や温度変化などの外
部環境の変化、露光光の投影光学系での吸収、あるいは
レチクルへの照明条件の変化などにより発生する結像特
性の変化を簡単に観察し、場合によっては補正すること
も可能である。したがって、近年の投影露光装置には、
この種の空間像を観察する方式の結像特性測定機構が具
備してある場合が多い。

【０００６】この種の結像特性測定機構を具備する露光
装置では、投影光学系を通して形成されるパターン像
と、ウェハステージ上に形成された開口とを相対移動
（走査）させ、開口を通して入射するパターン像を光電
変換素子で検出することにより、結像特性を評価してい
る（たとえば特開平９−１５３４４８号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
結像特性測定機構を具備する露光装置では、微少な光量
によって微細な空間像を形成し、これを光電変換するの
で、十分なＳ／Ｎを得るためには、反復計測が必須で、
測定に非常に長時間を要するという課題を有している。

【０００８】一方、Ｍ系列乱数によるランダム変調法
は、音響計測などの分野において、信号ノイズを低減
し、Ｓ／Ｎを向上させる方法として利用されている。例
えば参考文献としては、「ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃ
ｓ／Ｖｏｌ.２２Ｎｏ．９／１Ｍａｙ１９８５Ｒ
ａｎｄｏｍｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｗｌｉｄａ
ｒ，Ｎ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，Ｎ．Ｓｕｇｉｍｏｔ
ｏ，Ｈ．Ｂａｂａ，ａｎｄＫ．Ｓａｋｕｒａ
ｉ」がある。

【０００９】ランダム変調はＭ系列乱数を用いて入力信
号を変調するが、Ｍ系列乱数は離散的な数列なので、出
力信号はアナログ量であるが、これを復調するために、
Ｍ系列乱数のピッチと同じサンプリング間隔でサンプリ
ングし、離散的なデジタルデータに変換し、その後、Ｍ
系列乱数を用いて復調している。

【００１０】このような従来の方法では、分解能はＭ系
列乱数のピッチで決定する。しかし、扱える信号の長さ
はＭ系列乱数の一周期内に納まらないといけないので、
分解能を向上させるためには大きな次数のＭ系列乱数を
用いなくてはならず、入力信号をハードウェアで構成す
る場合大きな問題となっている。

【００１１】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、Ｓ／Ｎを向上させることができるランダム変調法に
おいて、ハードウエアに負担をかけることなく、分解能
を向上させることができる信号処理方法を提供すること
を提供することを第１の目的とする。

【００１２】本発明の第２の目的は、ランダム変調法を
利用することでＳ／Ｎを向上させ、空間像の計測時間を
短縮し、投影光学系の結像特性を正確にしかも素早く計
測することが可能な露光方法および露光装置を提供する
ことである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る信号処理方法は、１周期がＮ個の間隔
Ｐで波長がＮ・ＰのＭ系列の乱数を用い、ランダム変調
によって信号を変調し、１周期の波長がＮ・Ｐの変調信
号を生成し、周期ＮのＭ系列の乱数を用いて該変調信号
を復調する信号処理方法において、前記変調信号をサン
プリングする際に、乱数の間隔Ｐの整数Ｋ分の１のサン
プリング間隔Ｓ（＝Ｐ／Ｋ）をもってサンプリングし、
１周期の波長Ｎ・Ｐの変調信号をＰ・Ｋ個のデータにデ
ジタイズし、デジタイズデータを生成し、該デジタイズ
データを復調するときに１群がＮ個で間隔がＰであっ
て、先頭データが異なる、Ｋ個のデータ群に分割し、該
Ｋ個のデータ群を１群ずつ周期ＮのＭ系列の乱数を用い
て復調し、間隔ＳずつずれたＫ個の個別復調信号を生成
し、これらの個別復調信号群を間隔Ｓずつずらして配列
し、全体復調信号を得ることを特徴とする。

【００１４】前記ランダム変調によって変調される信号
としては、特に限定されないが、たとえば線形な加算が
可能な、インコヒーレントな光エネルギー信号である。

【００１５】前記ランダム変調によって変調される信号
は、光エネルギーが光電変換された電流信号であって、
複数の光線をなして光電変換素子に入射し、前記光電変
換素子上の位置の異なる点に到達し別々に光電変換さ
れ、別々に光電変換された電流信号の足し算によって、
エネルギーの線形な加算が行われても良い。

【００１６】前記光エネルギーは、露光装置の投影光学
系を透過して前記光電変換素子に入射するものでも良
い。

【００１７】上記第２の目的を達成するために、本発明
に係る露光装置は、マスクのパターンの像を投影系を介
して基板上に投影することによって、前記基板を露光す
る露光装置において、前記マスクと前記基板のうちの一
方を保持するステージと、該ステージ上に配置されたＭ
系列乱数に対応するランダムパターン（９０ａ）と、を
備えたことを特徴とする。

【００１８】本発明に係る露光装置は、前記ランダムパ
ターンを用いて前記投影系の結像特性を測定する測定手
段を有することがさらに好ましい。

【００１９】前記ステージは基板を保持する基板ステー
ジ（ＷＳＴ）であって、前記測定手段は、前記基板ステ
ージ上に設けられ、前記ランダムパターンに対応する複
数の開口部（９０ａ）と前記投影系によって形成される
所定パターンの像（９２ａ’）を前記開口部を介して検
出する検出系（１０）とを有することが好ましい。

【００２０】前記所定パターンの像はスリット状に形成
され、前記複数の開口部（９０ａ）は、前記スリット状
のパターンの像（９２ａ’）の長手方向に配列されるこ
とが好ましい。

【００２１】前記複数の開口部の各々は、前記スリット
状のパターン像の長手方向に略垂直な方向に関して、前
記スリット状のパターンの像よりも大きな幅を有するこ
とが好ましい。

【００２２】前記スリット状のパターン像を検出する
際、前記スリット状のパターン像の長手方向とほぼ垂直
な方向に、前記スリット状のパターン像と前記複数の開
口部とを相対的に移動させることがさらに好ましい。

【００２３】本発明に係る露光装置は、マスク（Ｒ）を
保持するためのマスクステージ（３０）をさらに備え、
前記所定パターンは、前記マスク上に設けられても良
い。

【００２４】前記ステージは、マスクを保持するための
マスクステージ（３０）であって、該マスクステージ上
には前記ランダムパターンで形成された前記所定パター
ンが配置され、前記測定手段は、前記投影系を介して形
成される前記所定パターンの像を検出する検出系を有し
ても良い。

【００２５】前記所定パターンは、前記マスクステージ
上に配置されたマスクに形成されても良い。または、前
記所定パターンは、前記マスクステージ上に、マスクと
は別に設けられた部材上に形成されても良い。

【００２６】前記Ｍ系列乱数は、１周期がＮ個の間隔Ｐ
で波長がＮ・Ｐの乱数であって、前記測定手段は、前記
検出系の出力に基づいて１周期の波長がＮ・Ｐの変調信
号を生成する変調信号生成手段と、前記Ｍ系列乱数の間
隔Ｐの１／Ｋ（Ｋ：整数）のサンプリング間隔Ｓ（＝Ｐ
／Ｋ）で、前記変調信号をサンプリングして、前記変調
信号をＰ・Ｋ個のデジタイズし、デジタイズデータを生
成するデータ生成手段と、該デジタイズデータを、１群
がＮ個で間隔Ｐであって先頭データが異なるＫ個のデー
タ群に分割し、該Ｋ個のデータ群を１群ずつ周期ＮのＭ
系列乱数を用いて復調し、間隔ＳずつずれたＫ個の個別
復調信号を生成する個別復調信号生成手段と、これらの
個別復調信号群を間隔Ｓずつずらして配列して全体復調
信号を生成する全体復調信号生成手段とを有し、該全体
復調信号に基づいて、前記投影系の結像特性を測定する
ことが好ましい。

【００２７】上記第２の目的を達成するために、本発明
の第１の観点に係る露光方法は、マスクのパターンの像
を投影系を介して基板上に投影することによって、前記
基板を露光する露光方法において、Ｍ系列乱数に対応す
るランダムパターンを用いて前記投影系の結像特性を測
定することを特徴とする。

【００２８】前記投影系の物体面側に配置された所定の
パターンの像を前記投影系の像面側に形成し、該所定パ
ターンの像を、前記Ｍ系列乱数に対応するランダムパタ
ーンを用いて検出することによって前記投影系の結像特
性を測定することが好ましい。

【００２９】前記ランダムパターンは基板を保持する基
板ステージ上に配置されていることが好ましい。

【００３０】前記投影系の物体面側に配置され、前記Ｍ
系列乱数に対応するランダムパターンで形成された所定
パターンの像を前記投影系の物体面側に形成し、該所定
パターンの像を検出することによって前記投影系の結像
特性を測定しても良い。

【００３１】前記ランダムパターンはマスクを保持する
マスクステージ上に配置しても良い。または、前記ラン
ダムパターンは、前記マスクステージ上に、マスクとは
別に設けられた部材上に形成しても良い。前記所定パタ
ーンの像を検出するときに、前記所定パターンと、前記
所定パターンの像を検出する検出系とを相対的に移動さ
せることが好ましい。前記所定パターンの像は露光光を
用いて形成しても良い。

【００３２】本発明の第２の観点に係る露光方法は、マ
スクのパターンの像を投影光学系を介して基板上に投影
することによって、前記基板を露光する方法であって、
前記投影光学系を透過して、光電変換素子に入射する光
エネルギーを、前記光電変換素子上の位置の異なる位置
で別々に光電変換し、別々に光電変換された電流信号の
足し算によって、エネルギーの線形な加算を行い、変調
信号を生成し、前記変調信号をサンプリングする際に、
１周期がＮ個の間隔Ｐで波長がＮ・ＰのＭ系列の乱数の
間隔Ｐの整数Ｋ分の１のサンプリング間隔Ｓ（＝Ｐ／
Ｋ）をもってサンプリングし、１周期の波長Ｎ・Ｐの変
調信号をＰ・Ｋ個のデータにデジタイズし、デジタイズ
データを生成し、該デジタイズデータを復調するときに
１群がＮ個で間隔がＰであって、先頭データが異なる、
Ｋ個のデータ群に分割し、該Ｋ個のデータ群を１群ずつ
周期ＮのＭ系列の乱数を用いて復調し、間隔Ｓずつずれ
たＫ個の個別復調信号を生成し、これらの個別復調信号
群を間隔Ｓずつずらして配列して全体復調信号を生成
し、前記全体復調信号に基づき、投影光学系の結像特性
を判断することを特徴とする。

【００３３】

【作用】ランダム変調法は信号と無相関なノイズを減少
させる手段で、音響計測や、ライダーで応用例がある。
本発明は、この技術を光学測定に応用し、Ｓ／Ｎを向上
させ得る。

【００３４】ランダム変調はＭ系列乱数を用いて入力信
号を変調するが、Ｍ系列乱数は離散的な数列なので、出
力信号はアナログ量であるが、これを復調するために、
Ｍ系列乱数のピッチと同じサンプリング間隔でサンプリ
ングし、離散的なデジタルデータに変換し、その後、Ｍ
系列乱数を用いて復調している。

【００３５】このような従来の方法では、分解能はＭ系
列乱数のピッチで決定する。しかし、扱える信号の長さ
はＭ系列乱数の一周期内に納まらないといけないので、
分解能を向上させるためには大きな次数のＭ系列乱数を
用いなくてはならず入力信号をハードウェアで構成する
場合大きな問題となっている。

【００３６】本発明では、変調信号をサンプリングする
際に、乱数の間隔Ｐの整数Ｋ分の１のサンプリング間隔
Ｓ（＝Ｐ／Ｋ）をもってサンプリングし、１周期の波長
Ｎ・Ｐの変調信号をＰ・Ｋ個のデータにデジタイズし、
デジタイズデータを生成し、該デジタイズデータを復調
するときに１群がＮ個で間隔がＰであって、先頭データ
が異なる、Ｋ個のデータ群に分割し、該Ｋ個のデータ群
を１群ずつ周期ＮのＭ系列の乱数を用いて復調し、間隔
ＳずつずれたＫ個の個別復調信号を生成し、これらの個
別復調信号群を間隔Ｓずつずらして配列し、全体復調信
号を得る。

【００３７】このため、比較的小さな次数のＭ系列乱数
を用いて、分解能を向上させることができる。したがっ
て、本発明に係る信号処理方法では、Ｓ／Ｎを向上させ
ることができると同時に、ハードウエアに負担をかける
ことなく分解能を向上させることができる。

【００３８】また、本発明に係る露光方法および露光装
置では、空間像計測へのランダム変調法の適用を可能と
し、空間像計測のＳ／Ｎを向上させ、しかも空間像の計
測時間を短縮し、投影光学系の結像特性を正確にしかも
素早く計測することができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面に示す実施
形態に基づき説明する。

【００４０】図１は本発明の一実施形態に係る信号処理
方法に用いる開口とスリット像との関係を示す図、図２
（Ａ）、（Ｂ）、図３（Ａ）、（Ｂ）、図４（Ａ）、
（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）、図６（Ａ）および（Ｂ）
は本発明の一実施形態に係る信号処理方法の概念図、図
７は本発明の一実施形態に係る露光装置の概略図、図８
は図４に示すレチクルを保持するステージの概略平面
図、図９はウエハステージ上の開口部と計測用マークの
像との関係を示す概略図、図１０は図９に示す各開口部
を通して入射する光信号の概略図、図１１（Ａ）および
（Ｂ）および図１２（Ａ）〜（Ｃ）は図１０に示す信号
を本発明の一実施形態に係る方法により信号処理する過
程を示す概略図である。

【００４１】第１実施形態ランダム変調によって変調される信号が、光エネルギー
が光電変換された電流信号であって、その信号をｚ
（ｔ）とすると、その信号ｚ（ｔ）は、空間像をＩ
（ｘ）、背景ノイズをｂ（ｔ）とすれば次の数式（１）
で示される。

【００４２】

【数１】

【００４３】Ｍ系列乱数ａ（ｔ）は、ｎ次の場合、周期
Ｔの間の全数Ｎの要素のゲートタイムΔｔからなり、Ｎ
＝Ｔ／Δｔ、Ｎ＝２^ｎ−１である。なお、図１にはｎ
＝４、つまり４次の場合を示す。

【００４４】ａ（ｔ）は以下の数式（２）のように示さ
れる。

【００４５】

【数２】

【００４６】数学的にはそれぞれの要素は絶対値１を持
つ。２値のＭ系列の場合、（１，０）のセットは、ａ'
_ｉ＝２ａ_ｉ−１によって（１，−１）に変換される。

【００４７】自己相関関数Ψ_{ａ’，ａ’}（ｊ）（ｍｏｄ
ｕｌｏＮ）は以下の数式（３）のように与えられる。

【００４８】

【数３】

【００４９】ａ’（ｔ）とａ（ｔ）の相互相関は、以下
の数式（４）で表せる。

【００５０】

【数４】

【００５１】ここでｌ［＝（Ｎ＋１）／２］は周期Ｔ内
のａ_ｉ＝１の要素数である。図１の場合には、ｌは開口
部９０の数に対応する。なお、δ関数のようなＭ系列の
性質は相互相関による復調を可能にする。

【００５２】ここで、出力信号ｚ（ｔ）、背景ノイズｂ
（ｔ）および伝達関数ｇ（ｔ）を、それぞれ数列表記し
た結果を以下の式（５ａ）〜（５ｃ）に示す。

【００５３】

【数５】

【００５４】前述した数式（１）から、次の数式
（１’）が導かれる。

【００５５】

【数６】

【００５６】期待値Ｅ（ｚ）などは、以下の数式（６）
に示すように、平均値によって置き換えられる。数式
（６）中の（ｍ）はｍ番めの値を示す。

【００５７】

【数７】

【００５８】復調された信号のｊ番目の値Ｓ_ｊは、次
に示す数式（７）で示すことができる。数式（７）中に
おいて、Ｎは相関演算の規格化のために必要となる。数
式（７）中の右辺第二項は相関が無いのでゼロになる。

【００５９】

【数８】

【００６０】上記数式（７）より、分散Ｖ_ｊは、次に
示す数式（８）で示される。相関が無いのでａ’（＋
１，−１）は無くても変わらない。

【００６１】

【数９】

【００６２】ホトマルのノイズはショット雑音でポアソ
ン分布に従い、平均値と分散は一致する。光電変換率を
ξとすると次に示す数式（９），（１０）を得る。

【００６３】

【数１０】

【００６４】

【数１１】周期Ｔ間のｂ_ｉ ^〜の平均をｂ⁻とすると、前記数式
（８）式から、下記の数式（１１）を得る。

【００６５】

【数１２】

【００６６】また、前記数式（１’）式より、下記の数
式を得る。

【００６７】

【数１３】

【００６８】ｇ⁻は階段状の信号の平均値である。よ
って、Ｓ／Ｎは次式で表せる。

【００６９】

【数１４】

【００７０】また、Ｍ系列の変調を行わない場合のＳ／
Ｎは、次式で表せる。

【００７１】

【数１５】

【００７２】なお、計測を、Ｍ回繰り返せばＳ／Ｎは√
Ｍ倍に向上する。

【００７３】本発明では、ランダム変調された光電変換
信号をランダム変調した時の乱数のピッチよりも小さい
間隔でサンプリングし、デジタイズする。デジタイズさ
れたデータは、ランダム変調した時の乱数のピッチ毎の
複数のデータのグループに分類され、これらのグループ
毎に復調される。

【００７４】第２実施形態図１に示すように、２０μｍ角の正方形開口部９０がラ
ンダムに配置されているとする。ランダムの周期は５１
１で開口部９０の数は２５６個であるとする。

【００７５】図１に示すように、たとえば周期５１１の
Ｍ系列乱数を用いれば２５６個の開口部を使用でき、こ
れを使って√（２５６／２）倍にＳ／Ｎを向上できる。
図１の例では、２０ｎｍピッチで周期が５１１であるか
ら、５１１×２０ｎｍ＋２０μｍ＝３０．２２μｍまで
の長さの信号をランダム変調することができる。ランダ
ム変調は、ランダム配置された２５６個の開口部９０に
対して、スリット像９２が走査方向Ｘに相対移動するこ
とで、開口部９０を通過したスリット像９２が光電変換
されるときに、その光エネルギーが、おのおの独立に光
電変換され、エネルギーで加算されることによってなさ
れる。

【００７６】本実施形態では、このランダム変調のピッ
チ（２０ｎｍ）よりも小さいサンプリング間隔でサンプ
リングする。たとえば１０ｎｍピッチでサンプリングす
る。すると、これは２０ｎｍピッチで１０ｎｍずらして
２回サンプリングしたのと等価だから、２回別々に復調
すれば、１０ｎｍずれた原信号が別々に復調される。こ
れらを１０ｎｍずらして配列すれば１０ｎｍの分解能が
得られる。

【００７７】たとえば、図２に示すように、サンプリン
グのピッチＳが乱数の間隔Ｐの１／Ｋ（本実施形態で
は、整数Ｋは２である）で周期１４の数列Ａ｛１，３，
２，２，３，１，３，２，２，３，１，２，２，１｝
を、間隔Ｐで周期Ｎ＝７のＭ系列乱数Ｂ｛０，１，０，
０，１，１，１，｝でランダム変調、復調することを考
える。数列Ａは周期が１４でそのままでコンボリューシ
ョン（×）すると復調できない。

【００７８】そこで、図２（Ｂ）に示すように、数列Ａ
を、間隔がＫ＊Ｓ＝Ｐで周期７の実線で示す数列Ａ１
と、数列Ａ１に対して間隔がＳずつずれた周期７の点線
で示す数列Ａ２に分解して考える。

【００７９】そして、数列Ａ１について、図３（Ａ）に
示すように、周期７のＭ系列乱数Ｂ｛０，１，０，０，
１，１，１，｝でランダム変調する。その結果を、図３
（Ｂ）の数列Ｃ１にて示す。

【００８０】この得られた数列Ｃ１についての復調は、
図４（Ａ）に示すように、Ｍ系列乱数（２＊Ｂ−１）と
の相互相関（☆）により成される。復調された結果を、
図４（Ｂ）に示す。図４（Ｂ）に示すように、変調され
た信号は、図２（Ｂ）に実線で示す数列Ａ１の４倍の信
号となっている。

【００８１】また、図２（Ｂ）に点線で示す数列Ａ２に
ついても、図５（Ａ）に示すように、周期７のＭ系列乱
数Ｂ｛０，１，０，０，１，１，１，｝でランダム変調
する。その結果を、図５（Ｂ）の数列Ｃ２にて示す。

【００８２】この得られた数列Ｃ２についての復調は、
図６（Ａ）に示すように、Ｍ系列乱数（２＊Ｂ−１）と
の相互相関（☆）により成される。復調された結果を、
図６（Ｂ）に示す。図６（Ｂ）に示すように、変調され
た信号は、図２（Ｂ）に点線で示す数列Ａ２の４倍の信
号となっている。

【００８３】図４（Ｂ）に示す個別復調信号と、図６
（Ｂ）に示す個別復調信号とを、間隔Ｓずつずらして配
列すれば、図２（Ａ）に示す数列Ａを、４倍の振幅で復
調された全体復調信号を得ることができる。この復調さ
れた全体復調信号は、図２（Ａ）に示す信号を４倍に増
幅していることから、元々の図２（Ａ）に示す信号の強
度（光信号強度）が弱い場合でも、増幅できることが分
かる。また、元々の図２（Ａ）に示す信号をランダム変
調してから復調しているので、最終的に得られる全体復
調信号には、背景ノイズなどの信号に無関係なノイズが
低減されている。さらに、本実施形態に係る方法では、
図２（Ａ）に示すサンプリング間隔Ｓの数列信号を、２
以上の整数Ｋに分割して、ランダム変調および変調を行
い、最後に組み合わせるため、サンプリング間隔Ｓより
も粗い間隔ＰのＭ系列乱数Ｂを用いた変調および復調が
可能となる。その結果、Ｍ系列乱数でランダム変調法を
実施する際に、ハードウェアの制限無しに分解能を向上
することができる。

【００８４】第３実施形態次に、前記第１実施形態および第２実施形態に係る信号
処理方法を利用した露光方法および露光装置について具
体的に説明する。

【００８５】本実施形態に係る露光装置は、レチクル上
のパターンを投影光学系を介してウエハ上の各ショット
領域に一括露光するステッパー型の投影露光装置である
が、本発明の露光装置は、この型の投影露光装置に限定
されない。

【００８６】図７は、本例の投影露光装置の一部を断面
とした概略構成を示し、この図７において、照明用の光
源１から射出された照明光ＩＬは、照明光の光束径を調
整する照明光整形光学系２に入射する。照明光ＩＬとし
ては、例えば超高圧水銀ランプの輝線であるｉ線やｇ
線、ＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光
等のエキシマレーザ光、あるいは、銅蒸気レーザやＹＡ
Ｇレーザの高調波等が用いられる。

【００８７】照明光ＩＬは、照明光整形光学系２を通過
後、可変ＮＤフィルター３に入射する。可変ＮＤフィル
ター３は、種々の異なる透過率の複数のＮＤフィルター
を回転板上に配置した機構であり、照明光ＩＬに対する
透過率を複数段階で切り換えることができ、一般には露
光時における露光量の制御を行うのに使用される。

【００８８】可変ＮＤフィルター３の回転板の回転角は
主制御系１６により制御されている。可変ＮＤフィルタ
ー３を通過した照明光ＩＬは更に、フライアイレンズ等
を含む照度分布均一化光学系４を通過し、可変絞り５に
入射する。可変絞り５は、解像力を増すために、輪帯状
照明、あるいは変形照明（傾斜照明）等が可能な構成に
なっており、例えば、回転板上に通常の円形絞り、半径
の小さい円形絞り、輪帯状の絞り、および光軸から偏心
した複数の開口からなる変形光源用の絞り等を配置して
構成されている。主制御系１６によりその可変絞り５の
回転板の回転角を制御することによってそれらの照明条
件が切り換えられるようになっている。

【００８９】また、可変絞り５により照明系のＮＡ（開
口数）も変更できる。この可変絞り５により、照明条件
が変化するが、照明光ＩＬを一部遮るため、照度も変化
する。可変絞り５を通過した照明光ＩＬは、反射率が小
さく透過率の大きなビームスプリッター２０によりその
一部が反射され、その一部の照明光が光電変換素子より
なるインテグレータセンサ１９に入射する。インテグレ
ータセンサ１９は光源１からの照明光ＩＬの照度を測定
するものである。

【００９０】一方、ビームスプリッター２０を透過した
照明光ＩＬは、リレーレンズや可変の視野絞り（レチク
ルブラインド）等を含むリレーレンズ系６Ａを通過し
て、ダイクロイックミラー７で下方に反射された後、コ
ンデンサーレンズ６Ｂを介して回路パターン等が描かれ
たレチクルＲを均一な照度分布で照明する。照明光ＩＬ
のもとで、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介
して、例えば１／５に縮小されてフォトレジストが塗布
されたウエハＷ上の各ショット領域に投影される。な
お、本実施形態のレチクルＲは評価用のレチクルであ
り、回路パターンの代わりに後述のように評価用マーク
９２ａが形成されている。また、図７では説明の都合上
ウエハＷ上では結像していない。投影光学系ＰＬの瞳面
（レチクルＲに対するフーリエ変換面）には、主制御系
１６により不図示の駆動系を介して出入自在に構成され
た瞳フィルター１８が挿入されている。この瞳フィルタ
ー１８は、近年開発された高解像技術の１つで瞳面を通
過する照明光ＩＬの一部を遮光するものである。これに
よっても、ウエハＷ上の照度は変化を受けることにな
る。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行なＺ軸を取
り、光軸ＡＸに垂直な平面上で図７の紙面に平行にＸ
軸、図７の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。

【００９１】レチクルＲは、図２に示すように、Ｘ方
向、Ｙ方向に移動可能なレチクルステージ３０上に保持
されている。レチクルステージ３０は、レチクルベース
３２上に設置してある。レチクルステージ３０のＸ方
向、Ｙ方向および回転方向の位置決めは、ステージ３０
上に配置された移動境３４、３５および３６に対してレ
ーザ干渉計４２、４４および４６がレーザ光を照射して
その干渉光を検出することにより行われる。

【００９２】レチクルステージ３０上には、レチクルＲ
に近接して、透過性ガラス基板で構成された基準板３８
が配置してある。基準板３８には、位置決め用基準パタ
ーン４０が形成してある。また、レチクルＲには計測対
象となる計測用マーク９２ａが形成してある。なお、レ
チクルＲが計測用ではなく、回路パターンの露光のため
のレチクルである場合には、計測用マーク９２ａの代わ
りに、回路パターンが形成してある。また、計測用マー
ク９２ａは、回路パターンが形成された通常レチクルの
周囲領域に形成しても良いし、基準板３８に形成しても
良い。

【００９３】図７に示すように、ウエハＷは、ウエハス
テージＷＳＴ上のウエハホルダ１２に真空吸着されてい
る。ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの光軸Ａ
Ｘに垂直なＸ方向、Ｙ方向に移動可能に構成されてお
り、これにより、所謂ステップ・アンド・リピート方式
で露光が行われる。また、ウエハステージＷＳＴは光軸
ＡＸに平行な方向（Ｚ方向）にも微動でき、ウエハＷ表
面のＺ方向の位置に基づき、常に投影光学系ＰＬの像面
とウエハＷ表面とが一致するように駆動されている。

【００９４】そのため本実施形態に係る投影露光装置に
は、図７では省略してあるが、ウエハＷのＺ方向の位置
を検出するための送光光学系および受光光学系からなる
斜入射方式の焦点位置検出系が設けられている。焦点位
置検出系は、ウエハＷの表面の投影光学系ＰＬの結像面
に対するＺ方向の位置および傾斜角の偏差を検出し、ウ
エハＷの表面と投影光学系ＰＬの結像面とが合致した状
態を保ようにウエハステージＷＳＴを駆動するために用
いられる。通常、結像面が零点基準となるようにフォー
カス信号のキャリブレーションが行われ、受光光学系か
らのフォーカス信号が０になるようにオートフォーカス
およびオートレベリングが行われる。

【００９５】また、ウエハステージＷＳＴの端部には移
動鏡１３が固定されており、外部の干渉計１４および移
動鏡１３によりウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向
の位置が例えば０．０１μｍ程度の分解能で高精度に測
定される。干渉計１４によって、結像特性の計測時のウ
エハステージＷＳＴの位置も正確に計測され、レチクル
Ｒ上の計測用マーク９２ａの像の正確な結像位置が求め
られる。また、前述の焦点位置検出系により基準板８の
Ｚ方向の位置を検出することにより、結像面の焦点位
置、像面湾曲等のＺ方向の収差成分も正確に測定できる
ようになっている。

【００９６】本実施形態の投影露光装置には、投影光学
系ＰＬの結像特性を測定するためのセンサが設置されて
いる。図７は、投影光学系ＰＬの露光フィールドの中心
位置にセンサが移動し、結像特性の計測を行っている状
態を示している。

【００９７】結像特性の測定に際し、レチクルＲに形成
された計測用マーク９２ａが照明光ＩＬにより照明さ
れ、投影光学系ＰＬを介してウエハステージＷＳＴ上に
固定された基準板８上の複数の開口部９０ａ上に計測用
マーク９２ａの像が結像する。

【００９８】本実施形態では、基準板８に設けられた複
数の開口部９０ａは、図９に示すように、スキャン方向
Ｘに沿ってランダムに配置されたスリット状の開口部で
ある。なお、図９には、図７および図８に示すスリット
状の計測用マーク９２ａが投影光学系ＰＬを介して基準
板８上に投影されたスリット像９２ａ’をも概略的に示
す。

【００９９】図９に示すように、基準板８には、スキャ
ン方向Ｘに沿って細長い複数の開口部９０ａが、Ｍ系列
乱数に対応するランダムパターンで形成してある。これ
ら開口部９０ａのランダムパターンは、図１に示す開口
部９０のランダムパターンに対応する。各開口部９０ａ
のスキャン方向の長さＬ１は、スリット像９２ａ’のス
キャン方向幅Ｌ２よりも長く形成してある。これによ
り、不必要な部分の照明光が遮光されるため光電変換素
子１０のダイナミックレンジの有効範囲が拡大する。

【０１００】スリット像９２ａ’と開口部９０ａとは、
図７に示すレチクルＲを保持する図８に示すレチクルス
テージ３０、または図７に示すウエハステージＷＳＴの
いずれか一方を相対移動させることにより、スキャン方
向Ｘに沿って相対移動可能になっている。

【０１０１】図７に示すように、開口部９０ａが形成し
てある基準板８の下方には、光電変換素子１０が設置し
てあり、レチクルステージ３０とウエハステージＷＳＴ
との相対移動によりスリット像９２ａ’が各開口部９０
ａを通して入射する光エネルギーを光電変換素子上の位
置の異なる点で別々に光電変換するようになっている。

【０１０２】光電変換素子１０からは入射する光量に応
じた信号が出力される。基準板８は、たとえば石英ガラ
ス板等で作られ、開口部９０ａは、たとえば基準板８上
に蒸着した金属膜で囲まれた開口パターンである。光電
変換素子１０は、たとえばフォトダイオード（シリコン
フォトダイオード）、またはフォトマルチプライアであ
る。

【０１０３】なお、露光光源１の出力（光強度）が時間
的に変化（揺らぐ）場合には、光電交換素子１０の出力
をインテグレータセンサ１９の出力に基づいて補正（規
格化）することにより、光電変換素子１０によるスリッ
ト像の検出を正確に行うことができる。

【０１０４】また、投影光学系ＰＬなどの光学部材の透
過率が時間的に変化する場合には、光電変換素子１０の
出力をインテグレータセンサ１９の出力で補正してもス
リット像の正確なコントラストの変化が検出できないの
で、基準板８の開口部９０ａの近傍にリファレンス光電
センサを設け、光電変換素子１０の出力をそのリファレ
ンス光電センサの出力に基づいて補正（規格化）するこ
とによってスリット像のコントラストの変化をきわめて
正確に検出することができる。

【０１０５】また、光電変換素子１０には増幅率可変の
プリアンプが組込まれ、そのプリアンプの増幅率を結像
特性検出部１５で制御することによって、光電変換素子
１０からの出力信号（以下、プリアンプを介して増幅さ
れた信号を意味する）の感度、即ち、１単位の入射光量
に対する出力信号の変化量を調整できるようになってい
る。このように感度を変えることによって、入射光量と
出力信号とが比例する測定可能領域での入射光量の上限
値である線形最大光量が変化する。

【０１０６】光電変換素子１０から出力された信号は、
結像特性検出部１５に供給され、結像特性検出部１５
は、その信号に基づいて、評価用マーク９２ａのスリッ
ト像９２ａ’の位置を求め、この位置より投影光学系Ｐ
Ｌの投影像の結像特性などを計算する。また、結像特性
検出部１５の計算結果は主制御系１６に供給されてお
り、主制御系１６は、その結果に基づき、結像特性検出
部１５および結像特性補正部１７を介して投影光学系Ｐ
Ｌの結像特性を補正する。

【０１０７】このため、主制御系１６は、干渉計１４お
よび不図示の焦点位置検出系の出力等結像特性の計算に
必要な情報を結像特性検出部１５へ供給する。結像特性
検出部１５で検出された結像特性の情報は、結像特性補
正部１７にも供給されている。主制御系１６から補正指
令が出されたときには、結像特性補正部１７は、この情
報に基づいて、結像特性の設計値からのずれ分を補正し
て常に投影光学系ＰＬの結像特性を良好に保つように制
御している。

【０１０８】この場合、結像特性の補正は投影光学系Ｐ
Ｌの内部に設けられた補正機構を介して行われる。具体
的には、図７には示していないが、投影光学系ＰＬを構
成するレンズエレメントの一部を光軸ＡＸ方向に駆動す
る、あるいは傾斜させる、光軸ＡＸに垂直な方向にシフ
トさせる、または光軸ＡＸを中心に回転させる等の方法
により結像特性を変化させ、結像特性のずれ分を打ち消
すように補正する。また、結像特性検出部１５にて検出
された信号に基づき、主制御系１６は、投影光学系ＰＬ
の補正に限らず、レチクルステージ３０の移動（光軸方
向への移動、傾斜）やウエハステージＷＳＴの移動など
を行っても良い。たとえば、Ｚ方向の像面のずれ（デフ
ォーカス）は、焦点位置検出系のフォーカス信号にオフ
セットを加えて、ウエハステージＷＳＴをＺ方向に駆動
することによって補正できる。

【０１０９】次に、本実施形態の投影露光装置における
評価用マーク９２ａのスリット像９２ａ’をランダム配
置された開口部９０ａを通して光電変換素子１０により
検出することで、結像特性を検出する方法について説明
する。

【０１１０】図９に示すスリット像９２ａ’が開口部９
０ａに対してスキャン方向に相対移動すると、スリット
像９２ａ’は、順次、各開口部９０ａを通して光電変換
素子１０へと入射する。各開口部９０ａは、スキャン方
向Ｘに沿ってランダム配置してあるので、各開口部９０
ａを通過して光電変換素子１０へ入射して検出されるス
リット像９２ａ’の光検出信号Ｉ１〜Ｉｎは、図１０に
示すように、全て略同じ形状の波形になるが、スキャン
方向Ｘ（時間にも対応する）にずれたものとなる。

【０１１１】各開口部９０ａを通過して光電変換素子１
０で別々に光電変換された光検出信号Ｉ１〜Ｉｎは、エ
ネルギーの線形な加算が行われ、図１１（Ａ）に示す変
調信号Ｉｓｕｍが生成される。この変調信号Ｉｓｕｍ
は、図１０に示す各光検出信号を、図９に示す開口部９
０ａのランダム配置に対応するＭ系列乱数でランダム変
調された信号に対応する。

【０１１２】この変調信号Ｉｓｕｍをサンプリングする
際に、１周期がＮ個の間隔Ｐで波長がＮ・ＰのＭ系列の
乱数の間隔Ｐの整数Ｋ分の１のサンプリング間隔Ｓ（＝
Ｐ／Ｋ）をもってサンプリングし、１周期の波長Ｎ・Ｐ
の変調信号をＰ・Ｋ個のデータにデジタイズし、図１１
（Ｂ）に示すデジタイズデータを生成する。なお、図１
１（Ｂ）では、Ｋ＝２としてある。

【０１１３】次に、図１１（Ｂ）に示すデジタイズデー
タを復調するときに、１群がＮ個（本実施形態では、ｎ
／２個）で間隔がＰであって、先頭データが異なる、Ｋ
個（本実施形態では、２個）のデータ群に分割する。図
１１（Ｂ）では、実線のデータ群と、点線のデータ群と
に分割する。

【０１１４】そして、これらの実線のデータ群と点線の
データ群とを１群ずつ周期ＮのＭ系列の乱数を用いて復
調し、間隔Ｓずつずれた２つの個別復調信号（図１２
（Ｂ）中の実線のデータ群と、点線のデータ群）を生成
する。これらの個別復調信号群を間隔Ｓずつずらして配
列して全体復調信号を生成する。結果として得られる全
体復調信号を、図１２（Ｂ）に示す。図１２（Ｂ）に示
す全体復調信号は、図１２（Ａ）に示すアナログ信号に
対応し、図１０に示す各光検出信号Ｉ１〜Ｉｎから信号
に無関係なノイズが除去された光検出信号に対応する。

【０１１５】図１２（Ｂ）または同図（Ａ）に示す全体
復調信号を微分することで、たとえば同図（Ｃ）に示す
微分信号が得られ、これらの信号に基づき、結像特性を
判断することができる。

【０１１６】結像特性の判断は、図７に示す結像特性検
出部１５にて行われ、必要に応じて、前述した補正を行
う。

【０１１７】本実施形態では、変調信号をサンプリング
する際に、乱数の間隔Ｐの整数Ｋ分の１のサンプリング
間隔Ｓ（＝Ｐ／Ｋ）をもってサンプリングし、１周期の
波長Ｎ・Ｐの変調信号をＰ・Ｋ個のデータにデジタイズ
し、デジタイズデータを生成し、該デジタイズデータを
復調するときに１群がＮ個で間隔がＰであって、先頭デ
ータが異なる、Ｋ個のデータ群に分割し、該Ｋ個のデー
タ群を１群ずつ周期ＮのＭ系列の乱数を用いて復調し、
間隔ＳずつずれたＫ個の個別復調信号を生成し、これら
の個別復調信号群を間隔Ｓずつずらして配列し、全体復
調信号を得る。

【０１１８】このため、比較的小さな次数のＭ系列乱数
に対応する開口部９０ａの配置でありながら、分解能を
向上させることができる。したがって、本実施形態に係
る方法では、Ｓ／Ｎを向上させることができると同時
に、ハードウエアに負担をかけることなく分解能を向上
させることができる。

【０１１９】また、本実施形態に係る露光方法および露
光装置では、空間像計測へのランダム変調法の適用を可
能とし、空間像計測のＳ／Ｎを向上させ、しかも空間像
の計測時間を短縮し、投影光学系の結像特性を正確にし
かも素早く計測することができる。

【０１２０】その他の実施形態なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発
明の範囲内で種々に改変することができる。

【０１２１】たとえば上述した実施形態では、Ｍ系列乱
数に対応するパターンで、ウエハステージＷＳＴ側の基
準板８に複数の開口部９０ａを形成したが、本発明で
は、これに限らず、基準板８の開口部を単一とし、レチ
クルＲに形成する評価用マーク９２ａを、Ｍ系列乱数に
対応するパターンで形成しても良い。また、評価用マー
クは、必ずしも評価用のレチクルＲに形成することな
く、実際の回路パターンが形成してあるレチクルに形成
しても良し、レチクルＲ以外の部分、たとえば図８に示
すレチクルステージ３０の基準板３８に形成しても良
い。

【０１２２】また、図７に示す光電変換素子１０は、必
ずしもウエハステージＷＳＴにおける基準板８の背後に
設けることなく、その他の位置に取り付けても良い。そ
の場合には、光ファイバーあるいはその他の光学部品な
どで構成してある光伝送装置により、開口部９０ａを通
して入射する光エネルギーを、光電変換素子まで導けば
よい。

【０１２３】また上述の第２実施形態では、開口部９０
ａのランダムパターンとして、Ｙ方向に離れた複数の開
口（格子パターン）を、Ｍ系列乱数に対応させて、Ｘ方
向に変調して配置したが、Ｍ系列乱数に対応させて、複
数の開口のＺ方向の設置位置を変調してもよい。この場
合、任意の個数の格子を配置できるため、必要に応じて
Ｓ／Ｎの向上が望め、大幅な精度向上が可能となる。な
お、この方式は、特開昭５８―７８２３号公報に開示さ
れている方式のセンサにも適用できる。

【０１２４】また上述の実施形態に開示したようなセン
サだけでなく、ウエハ上のアライメントマークを検出す
るためのセンサにも、Ｍ系列乱数に対応したランダム変
調は有効である。例えば、特開昭６１―１２８１０６号
に開示されているような、検出ビームとウエハを載置し
たステージとを相対的に移動するとともに、ウエハ上の
アライメントマークからの回折光に基づいてウエハ上
のアライメントマークの検出を行うアライメントセンサ
に適応する場合には、その検出ビームとして複数のビー
ムを用い、Ｍ系列乱数に対応させて、その複数のビーム
の照射位置を変調することによって、ウエハを載置した
ステージの揺れなどの出力信号に無相関なノイズが低減
され、マーク検出の精度向上を図ることができる。

【０１２５】さらに、図７に示す露光装置は、レチクル
ＲおよびウエハＷを静止したままで露光する所謂一括型
（ステッパー型）の投影露光装置に本発明を適用したも
のであるが、本発明は、レチクルのパターンの一部を投
影光学系を介してウエハ上に投影した状態で、レチクル
とウエハとを同期走査してレチクルのパターンをウエハ
の各ショット領域に逐次露光する、所謂ステップ・アン
ド・スキャン方式等の走査露光型の投影露光装置にも同
様に適用できる。

【０１２６】また、本発明に係る投影露光装置では、投
影光学系ＰＬは、その全ての光学素子が屈折素子（レン
ズ）であるもの以外に、反射素子（ミラー等）のみから
なる光学系であってもよいし、あるいは屈折素子と反射
素子（凹面鏡、ミラー等）とからなるカタディオプトリ
ック光学系であってもよい。また、投影光学系ＰＬは縮
小光学系に限られるものではなく、等倍光学系や拡大光
学系であってもよい。

【０１２７】さらにまた、本発明に係る投影露光装置と
しては、特に限定されず、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線
（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎ
ｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ_２レ
ーザ（１５７ｎｍ）、またはＹＡＧレーザなどの高調
波、さらには軟Ｘ線領域に発振スペクトルを有するＥＵ
Ｖ（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）を露
光用光源として用いる露光装置なども含む。

【０１２８】また、露光装置の用途としては、半導体装
置を製造するため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
露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造す
るための露光装置にも広く適用できる。

【０１２９】また、投影光学系としては、エキシマレー
ザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石
などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ_２レーザや
Ｘ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系に
（レチクルも反射型タイプのものを用いる）する。

【０１３０】以上のように、本実施形態の露光装置は、
本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種
サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学
的精度を保つように、組み立てることで製造される。こ
れら各種精度を確保するために、この組立の前後には、
各種光学系については光学的精度を達成するための調
整、各種機械系については機械的精度を達成するための
調整、各種電気系については電気系精度を達成するため
の調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への
組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接
続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含ま
れる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て
工程の前に、各サブシステム個々の組み立てがあること
はいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組
み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置
全体としての各種精度が確保される。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。

【０１３１】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
クルを制作するステップ、シリコン材料からウエハを制
作するステップ、前述した実施例の露光装置によりレチ
クルのパターンをウエハに露光するステップ、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。

【０１３２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、Ｓ／Ｎを向上させることができるランダム変調法に
おいて、ハードウエアに負担をかけることなく、分解能
を向上させることができる信号処理方法を提供すること
ができる。また、本発明によれば、ランダム変調法を利
用することでＳ／Ｎを向上させ、空間像の計測時間を短
縮し、投影光学系の結像特性を正確にしかも素早く計測
することが可能な露光方法および露光装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施形態に係る信号処理方
法に用いる開口とスリット像との関係を示す図である。

【図２】図２（Ａ）および（Ｂ）は本発明の一実施形
態に係る信号処理方法の概念図である。

【図３】図３（Ａ）および（Ｂ）は図２の続きを示す
信号処理方法の概念図である。

【図４】図４（Ａ）および（Ｂ）は図３の続きを示す
信号処理方法の概念図である。

【図５】図５（Ａ）および（Ｂ）は図２の続きを示す
信号処理方法の概念図である。

【図６】図６（Ａ）および（Ｂ）は図５の続きを示す
信号処理方法の概念図である。

【図７】図７は本発明の一実施形態に係る露光装置の
概略図である。

【図８】図８は図４に示すレチクルを保持するステー
ジの概略平面図である。

【図９】図９はウエハステージ上の開口部と計測用マ
ークの像との関係を示す概略図である。

【図１０】図１０は図９に示す各開口部を通して入射
する光信号の概略図である。

【図１１】図１１（Ａ）および（Ｂ）は図１０に示す
信号を本発明の一実施形態に係る方法により信号処理す
る過程を示す概略図である。

【図１２】図１２（Ａ）〜（Ｃ）は図１１の続きを示
す信号処理過程を示す概略図である。

【符号の説明】

１… 光源８… 基準板１０… 光電変換素子１５… 結像特性検出部１６… 主制御系１７… 結像特性補正部３０… レチクルステージ３８… 基準板９０，９０ａ… 開口部９２，９２ａ’… スリット像９２ａ… 評価用マークＷ… ウエハＷＳＴ… ウエハステージＲ… レチクル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１周期がＮ個の間隔Ｐで波長がＮ・Ｐの
Ｍ系列の乱数を用い、ランダム変調によって信号を変調
し、１周期の波長がＮ・Ｐの変調信号を生成し、周期Ｎ
のＭ系列の乱数を用いて該変調信号を復調する信号処理
方法において、前記変調信号をサンプリングする際に、乱数の間隔Ｐの
整数Ｋ分の１のサンプリング間隔Ｓ（＝Ｐ／Ｋ）をもっ
てサンプリングし、１周期の波長Ｎ・Ｐの変調信号をＰ
・Ｋ個のデータにデジタイズし、デジタイズデータを生
成し、該デジタイズデータを復調するときに１群がＮ個で間隔
がＰであって、先頭データが異なる、Ｋ個のデータ群に
分割し、該Ｋ個のデータ群を１群ずつ周期ＮのＭ系列の
乱数を用いて復調し、間隔ＳずつずれたＫ個の個別復調
信号を生成し、これらの個別復調信号群を間隔Ｓずつずらして配列し、
全体復調信号を得ることを特徴とする信号処理方法。
【請求項２】前記ランダム変調によって変調される信
号が、線形な加算が可能な、インコヒーレントな光エネ
ルギー信号であることを特徴とする請求項１に記載の信
号処理方法。
【請求項３】前記ランダム変調によって変調される信
号が、光エネルギーが光電変換された電流信号であっ
て、複数の光線をなして光電変換素子に入射し、前記光電変
換素子上の位置の異なる点に到達し別々に光電変換さ
れ、別々に光電変換された電流信号の足し算によって、
エネルギーの線形な加算が行われることを特徴とする請
求項２に記載の信号処理方法。
【請求項４】前記光エネルギーは、露光装置の投影光
学系を透過して前記光電変換素子に入射することを特徴
とする請求項３に記載の信号処理方法。
【請求項５】マスクのパターンの像を投影光学系を介
して基板上に投影することによって、前記基板を露光す
る方法であって、前記投影光学系を透過して、光電変換素子に入射する光
エネルギーを、前記光電変換素子上の位置の異なる位置
で別々に光電変換し、別々に光電変換された電流信号の足し算によって、エネ
ルギーの線形な加算を行い、変調信号を生成し、前記変調信号をサンプリングする際に、１周期がＮ個の
間隔Ｐで波長がＮ・ＰのＭ系列の乱数の間隔Ｐの整数Ｋ
分の１のサンプリング間隔Ｓ（＝Ｐ／Ｋ）をもってサン
プリングし、１周期の波長Ｎ・Ｐの変調信号をＰ・Ｋ個
のデータにデジタイズし、デジタイズデータを生成し、該デジタイズデータを復調するときに１群がＮ個で間隔
がＰであって、先頭データが異なる、Ｋ個のデータ群に
分割し、該Ｋ個のデータ群を１群ずつ周期ＮのＭ系列の
乱数を用いて復調し、間隔ＳずつずれたＫ個の個別復調
信号を生成し、これらの個別復調信号群を間隔Ｓずつずらして配列して
全体復調信号を生成し、前記全体復調信号に基づき、投影光学系の結像特性を判
断することを特徴とする露光方法。
【請求項６】マスクのパターンの像を投影系を介して
基板上に投影することによって、前記基板を露光する露
光装置において、前記マスクと前記基板のうちの一方を保持するステージ
と、該ステージ上に配置されたＭ系列乱数に対応するランダ
ムパターンと、を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項７】前記ランダムパターンを用いて前記投影
系の結像特性を測定する測定手段を備えたことを特徴と
する請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】前記ステージは基板を保持する基板ステ
ージであって、前記測定手段は、前記基板ステージ上に設けられ、前記
ランダムパターンに対応する複数の開口部と前記投影系
によって形成される所定パターンの像を前記開口部を介
して検出する検出系とを有することを特徴とする請求項
７に記載の装置。
【請求項９】前記所定パターンの像はスリット状に形
成され、前記複数の開口部は、前記スリット状のパターンの像の
長手方向に配列されることを特徴とする請求項８に記載
の装置。
【請求項１０】前記複数の開口部の各々は、前記スリ
ット状のパターン像の長手方向に略垂直な方向に関し
て、前記スリット状のパターンの像よりも大きな幅を有
することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】前記スリット状のパターン像を検出す
る際、前記スリット状のパターン像の長手方向とほぼ垂
直な方向に、前記スリット状のパターン像と前記複数の
開口部とを相対的に移動することを特徴とする請求項９
または１０に記載の装置。
【請求項１２】マスクを保持するためのマスクステー
ジをさらに備え、前記所定パターンは、前記マスク上に設けられることを
特徴とする請求項８から１１のいずれか一項に記載の装
置。
【請求項１３】前記所定パターンは、前記マスクステ
ージ上に配置されたマスクに形成されていることを特徴
とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】前記所定パターンは、前記マスクステ
ージ上に、マスクとは別に設けられた部材上に形成され
ていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】前記ステージは、マスクを保持するた
めのマスクステージであって、該マスクステージ上には前記ランダムパターンで形成さ
れた所定パターンが配置され、前記測定手段は、前記投影系を介して形成される前記所
定パターンの像を検出する検出系を有することを特徴と
する請求項７に記載の装置。
【請求項１６】前記所定パターンは、前記マスクステ
ージ上に配置されたマスクに形成されていることを特徴
とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】前記所定パターンは、前記マスクステ
ージ上に、マスクと別に設けられた部材上に形成されて
いることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】前記Ｍ系列乱数は、１周期がＮ個の間
隔Ｐで波長がＮ・Ｐの乱数であって、前記測定手段は、前記検出系の出力に基づいて１周期の波長がＮ・Ｐの変
調信号を生成する変調信号生成手段と、前記Ｍ系列乱数の間隔Ｐの１／Ｋ（Ｋ：整数）のサンプ
リング間隔Ｓ（＝Ｐ／Ｋ）で、前記変調信号をサンプリ
ングして、前記変調信号をＰ・Ｋ個のデジタイズし、デ
ジタイズデータを生成するデータ生成手段と、該デジタイズデータを、１群がＮ個で間隔Ｐであって先
頭データが異なるＫ個のデータ群に分割し、該Ｋ個のデ
ータ群を１群ずつ周期ＮのＭ系列乱数を用いて復調し、
間隔ＳずつずれたＫ個の個別復調信号を生成する個別復
調信号生成手段と、これらの個別復調信号群を間隔Ｓずつずらして配列して
全体復調信号を生成する全体復調信号生成手段とを有
し、該全体復調信号に基づいて、前記投影系の結像特性を測
定することを特徴とする請求項８から１７のいずれか一
項に記載の装置。
【請求項１９】マスクのパターンの像を投影系を介し
て基板上に投影することによって、前記基板を露光する
露光方法において、Ｍ系列乱数に対応するランダムパターンを用いて前記投
影系の結像特性を測定することを特徴とする露光方法。
【請求項２０】前記投影系の物体面側に配置された所
定のパターンの像を前記投影系の像面側に形成し、該所定パターンの像を、前記Ｍ系列乱数に対応するラン
ダムパターンを用いて検出することによって前記投影系
の結像特性を測定することを特徴とする請求項１９に記
載の方法。
【請求項２１】前記ランダムパターンは基板を保持す
る基板ステージ上に配置されていることを特徴とする請
求項２０に記載の方法。
【請求項２２】前記投影系の物体面側に配置され、前
記Ｍ系列乱数に対応するランダムパターンで形成された
所定パターンの像を前記投影系の物体面側に形成し、該所定パターンの像を検出することによって前記投影系
の結像特性を測定することを特徴とする請求項１９に記
載の方法。
【請求項２３】前記ランダムパターンはマスクを保持
するマスクステージ上に配置されていることを特徴とす
る請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】前記ランダムパターンは、前記マスク
ステージ上に配置されたマスクに形成されていることを
特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】前記ランダムパターンは、前記マスク
ステージ上に、マスクとは別に設けられた部材上に形成
されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】前記所定パターンの像を検出するとき
に、前記所定パターンと、前記所定パターンの像を検出
する検出系とを相対的に移動することを特徴とする請求
項１９から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】前記所定パターンの像は露光用照明光
を用いて形成されることを特徴とする請求項２０に記載
の方法。