JP2001349803A - 収差測定方法、収差測定用原板ユニット、及び収差測定用原板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検光学系の波面収差測定を簡単かつ確実に
高精度化することを目的とする。 【解決手段】 被検光学系の視野にテストパターンを有
した収差測定用原板を配置すると共に、前記テストパタ
ーンと前記被検光学系との間にピンホールプレートを配
置し、前記被検光学系を通過した測定用光線がその被検
光学系の像面に形成する有収差像を検出し、前記検出し
た有収差像を参照し、前記テストパターンの各マークの
共役点の理想位置からのずれ分布を求める収差測定方法
において、前記テストパターンからピンホールプレート
までの距離とピンホールの径との関係を、前記測定用光
線の幾何光学広がりと回折広がりとの双方が共に抑えら
れるように設定することにより、ピンホールの径が不用
に小さくなることを避ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影レンズなどの
被検光学系の波面収差を求める収差測定方法のうち、特
に、被検光学系の視野の微小領域にテストパターンを有
した収差測定用原板とピンホールプレートとを配置し
て、像面に形成される前記テストパターンの像に基づい
て被検光学系の波面収差データを求める収差測定方法
（微小パターン式収差測定方法）に関する。また、本発
明は、この収差測定方法に適用され、前記収差測定用原
板と前記ピンホールプレートとをユニット化してなる収
差測定用原板ユニット、及びその収差測定用原板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】投影レンズなどの被検光学系の波面収差
を求める収差測定方法の１つに、シャックハルトマンの
方法があり、ＵＳＰ５９７８０８５に開示された収差測
定方法はこのシャックハルトマンの方法を応用したもの
である。以下、ＵＳＰ５９７８０８５に開示された収差
測定方法の原理を説明する。なお、本明細書では、この
収差測定方法を、視野領域内の各微小領域に配置された
微小テストパターンを使用する測定原理に因んで「微小
パターン式収差測定方法」と称する。

【０００３】図４、図５は、微小パターン式収差測定方
法の原理を説明する図である。なお、以下では、露光装
置に使用される投影レンズＰＬの波面収差を測定する場
合について説明する。また、図５では、説明を分かり易
くするために、テストレチクル４ＴＲを部分的に拡大し
て示してある。図４に示すように、投影レンズＰＬの物
体面Ｏｐ側には、レチクルテーブル（不図示）によって
支持されたテストレチクル（収差測定用原板ユニット、
収差測定用原板、ピンホールプレートに対応する）４Ｔ
Ｒが配置される。また、投影レンズＰＬの像面Ｉｐ側に
は、ウエハステージ（不図示）によって支持されたウエ
ハＷが配置される。一般に、これらのテストレチクル４
ＴＲとウエハＷと投影レンズＰＬとの位置関係は、レチ
クルテーブルとウエハステージとの移動によって適宜調
整される。

【０００４】なお、以下では、投影レンズＰＬを基準と
した物体面Ｏｐ側及び像面Ｉｐ側をそれぞれ上方向及び
下方向とみなして説明する。図５に示すように、テスト
レチクル４ＴＲは、そのレチクル面を投影レンズＰＬの
物体面Ｏｐに一致させており、そのレチクル面において
投影レンズＰＬの視野領域４Ｅ内の各微小領域４ｅに、
それぞれ図６（ａ）に示すようなテストパターン６１が
形成されている。

【０００５】このテストパターン６１は、等間隔に複数
マークＣ₁₁、・・・、Ｃ_klを有する格子状パターン等で
ある。さらに、テストレチクル４ＴＲの下方には、各テ
ストパターン６１の対向位置に１つずつピンホール４３
ａを配置したピンホールプレート４３が取り付けられて
いる。

【０００６】ピンホール４３ａは、対向する格子状テス
トパターン６１の各マークＣ₁₁、・・・、Ｃ_klからそれ
らの共役点マークＣ₁₁’、・・・、Ｃ_kl’へ向かう各共
役光線（測定用光線）を、投影レンズＰＬの瞳面ＡＳｐ
上の互いに異なるサンプリングポイントＰｃ₁₁、・・
・、Ｐｃ_klへ導く。ここで仮に、ピンホール４３ａの径
ｒ４を大きくすると、隣接するマークからの測定光線広
がって互いに悪影響を及ぼし合う「クロストーク」が生
じる可能性がある。そこで従来は、ピンホール４３ａの
径ｒ４は、各マークＣ₁₁、・・・、Ｃ_klからの光束の広
がりを抑えて確実に異なるサンプリングポイントＰ
ｃ₁₁、・・・、Ｐｃ_klへ到達させるために、可能な限り
極めて小さく設定されている。

【０００７】なお、図４及び図５では、各テストパター
ン６１の上方にそれぞれ集光レンズ４２が形成されたテ
ストレチクル４ＴＲを示したが、この集光レンズ４２
は、各テストパターン６１からの光を確実に瞳面ＡＳｐ
の全域に入射させるためのレンズである。また、図４に
示すように、テストレチクル４ＴＲには、視野領域４Ｅ
とは別の所定領域に、テストパターン６１と同等の大き
さの図６（ｂ）に示すような基準パターン６２が物体面
Ｏｐに形成されている。なお、この基準パターン６２の
下方は、テストパターン６１の下方とは異なり、ピンホ
ールプレート４３は形成されず全域開口となっている。

【０００８】この基準パターン６２は、収差測定の基準
となる基準像６２’（後述する）を形成するためのパタ
ーンであり、テストパターン６１のマークＣ₁₁、・・
・、Ｃ _klと同じ間隔でマークＤ₁₁、・・・、Ｄ_kl（例え
ばスクエアマーク）が配置されたものである。一方、ウ
エハＷは、予めレジストが塗布された表面を投影レンズ
ＰＬの像面Ｉｐに一致させている。

【０００９】ここで、投影レンズＰＬの波面収差は、テ
ストレチクル４ＴＲの各微小領域４ｅ毎にそれぞれ測定
されるが、以下では簡単のため、１つの微小領域４ｅに
ついてのみ説明する。

【００１０】波面収差の測定では、先ず、テストレチク
ル４ＴＲを上方から照明することにより、テストパター
ン６１の像６１’をウエハＷ上に露光転写する（図６
（ｃ）参照）。この像６１’は、ピンホール４３ａを介
して瞳面ＡＳｐを個別に通過した各測定用光線が成す像
であるため、瞳面ＡＳｐの各位置における波面収差の微
分量が像面Ｉｐ上の二次元的なずれとなって現れている
像である（本明細書では、このように波面収差の情報が
二次元的に現れる像を「有収差像」と称す）。

【００１１】また、この有収差像６１’は、上記のピン
ホール４３ａを介して得られるものであるから、この露
光転写は、照明光の光量と露光時間とからなる設定露光
量を十分に大きく設定する必要がある。有収差像６１’
の露光転写が終わると、テストレチクル４ＴＲを移動さ
せること又はウエハＷを移動させることにより基準パタ
ーン６２を投影レンズＰＬの視野内に位置させた上で、
基準パターン６２の像６２’を先に転写された有収差像
６１’に重ねてウエハＷ上に露光転写する（図６（ｃ）
参照）。なお、このときには、必要に応じて不図示の視
野絞りを使用してテストパターン６１からの光がウエハ
Ｗ上に入射しないようにする。

【００１２】この像６２’は、ピンホール４３ａを介さ
ずに瞳面ＡＳｐの全体を通過した光線が形成する像であ
るため、波面収差に応じた二次元的なずれが生じること
はない（本明細書では、このように波面収差の情報が二
次元的に現れることのない像を「基準像」と称す）。そ
の後、ウエハＷ上に焼き付けられた画像を走査型電子顕
微鏡等の検出器によって取得する。

【００１３】図６（ｃ）は、取得された画像の部分拡大
図である。図６（ｃ）に明らかなように、テストパター
ン６１による有収差像６１’と、基準パターン６２によ
る基準像６２’とが重ね合わされており、有収差像６
１’のマークＣ_ij’（マークＣ _ijの共役点である。）
に、基準像６２’のマークＤ_ij’（マークＤ_ijの共役点
である。）が対応している。

【００１４】次に、互いに対応するマークＣ_ij’とマー
クＤ_ij’との間のＸ方向のずれ量ΔＸ_ijとＹ方向のずれ
量ΔＹ_ijとを求める。そしてこれらのずれ量ΔＸ_ij，Δ
Ｙ_ijからなるずれベクトル（ΔＸ_ij，ΔＹ_ij）が、投影
レンズＰＬの瞳面ＡＳｐ上のサンプリングポイントＰｃ
_ijにおける波面収差の微分量を示すので、このずれベク
トルの分布（ずれ分布）から、コンピュータなどを利用
して瞳面ＡＳｐ全域に亘る波面収差を再構成することが
できる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記説
明したように、従来の微小パターン式収差測定方法で
は、クロストークを防ぐという目的でピンホール４３ａ
の径ｒ４（図５参照）を極めて小さく設定しているの
で、像面Ｉｐに有収差像６１’を形成するための光量が
不足しがちである。

【００１６】しかも、この径ｒ４を小さくし過ぎるとピ
ンホール４３ａにおける回折現象が顕著化するので、瞳
面ＡＳｐにおける各サンプリングポイントＰｃ₁₁、・・
・、Ｐｃ_klの面積を逆に膨張させている可能性もある。
したがって、従来は、ピンホール４３ａの径ｒ４を不用
に小さくすることによって、有収差像６１’を高感度に
検出するための策（例えば、露光転写する際の設定露光
量を高くするなど）を要したり、波面収差測定精度が低
下するのを許容したりしている。

【００１７】また、従来の微小パターン式収差測定方法
では、有収差像６１’を形成するテストパターン６１の
各マークＣ₁₁、・・・、Ｃ_kl（格子点）が均等に配置さ
れているが、実際の瞳面ＡＳｐ上の径方向位置と物体面
Ｏｐ上の径方向位置との関係は非線形関係であるため、
瞳面ＡＳｐの中心に近づくほどサンプリングポイントＰ
ｃ₁₁、・・・、Ｐｃ_klの間隔が粗くなり、波面収差を再
構成しても中心近傍が粗雑にしか得られなかったり、複
雑な近似演算を要したりする可能性がある（なお、図５
では、瞳面ＡＳｐ上のサンプリングポイントＰｃ₁₁、・
・・、Ｐｃ_klの間隔が均等に描かれているが、これらを
瞳座標により示せば非均等となるはずである。）。

【００１８】本発明は、以上の問題に鑑みてなされたも
ので、被検光学系の波面収差測定を簡単かつ確実に高精
度化することができる収差測定方法、収差測定用原板ユ
ニット、及び収差測定用原板を提供することを目的と
し、特に、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、
請求項５、請求項６の何れか１項に記載の発明は、ピン
ホールの位置及びサイズを最適化することによって高精
度化を図ることを目的とし、特に、請求項７、請求項
８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２の
何れか１項に記載の発明は、テストパターンを最適化す
ることによって高精度化を図ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の収差測
定方法では、被検光学系の物体面の視野のうち収差測定
の対象とすべき微小領域に、複数マークからなるテスト
パターンを有した収差測定用原板を配置すると共に、前
記収差測定用原板と前記被検光学系との間に、前記各マ
ークからの各測定用光線を前記被検光学系の瞳面上の互
いに異なるサンプリングポイントに導くためのピンホー
ルを有したピンホールプレートを配置し、前記被検光学
系を通過した前記各測定用光線がその被検光学系の像面
に形成する有収差像を検出し、前記検出した有収差像を
参照し、前記被検光学系の波面収差データとして、前記
各マークの共役点の理想位置からのずれ分布を求める収
差測定方法において、前記テストパターンからピンホー
ルプレートまでの距離とピンホールの径との関係を、前
記測定用光線の幾何光学広がりと回折広がりとの双方が
共に抑えられるように設定することを特徴とする。

【００２０】このように距離と径との関係を設定するこ
とによって測定用光線の広がりを抑える場合には、径の
縮小のみにより抑える場合と比較して、径の大きさに対
する自由度が高くなる。

【００２１】そして、ピンホールの径の縮小に伴って小
さくなる幾何光学広がりと、ピンホールの径の縮小に伴
って大きくなる幾何光学広がりとを同時に抑えるので、
ピンホールの径が不用に小さくなることはない。この結
果、有収差像を形成するために必要な光量の確保と、ク
ロストーク低減とが同時に達成される。

【００２２】すなわち、請求項１に記載の収差測定方法
は、テストパターンからピンホールプレートまでの距離
とピンホールの径との関係を最適化するだけで、有収差
像を高感度に検出するための高感度検出策を施すことな
く、波面収差測定を高精度化するものである。請求項２
に記載の収差測定方法では、請求項１に記載の収差測定
方法において、前記テストパターンからピンホールプレ
ートまでの距離とピンホールの径との関係を、前記測定
用光線の幾何光学広がりと回折広がりとの和（全広が
り）が抑えられるように設定することを特徴とする。こ
のような設定によれば、ピンホールの径を不用に小さく
することなく測定用光線の全広がりが確実に抑えられ
る。

【００２３】請求項３に記載の収差測定方法では、請求
項１に記載の収差測定方法において、前記テストパター
ンからピンホールプレートまでの距離ｄと、ピンホール
の半径ｒとの関係を、前記テストパターンから前記ピン
ホールへ入射する光の波長λに対してｒ＝√（λｄ／
２）を満たすように設定することを特徴とする。このよ
うな距離ｄと半径ｒとの関係は、全広がりのｒについて
の導関数を０とおいて得られる方程式（下式（２））の
解であり、全広がりを最小とするような関係である。し
たがって、ピンホールの径を不用に小さくすることなく
測定用光線の全広がりが確実に抑えられる。

【００２４】請求項４に記載の収差測定用原板ユニット
は、被検光学系の物体面の視野のうち収差測定の対象と
すべき微小領域に、複数マークからなるテストパターン
を有した収差測定用原板を配置すると共に、前記収差測
定用原板と前記被検光学系との間に、前記各マークから
の各測定用光線を前記被検光学系の瞳面上の互いに異な
るサンプリングポイントに導くためのピンホールを有し
たピンホールプレートを配置し、前記被検光学系を通過
した前記各測定用光線がその被検光学系の像面に形成す
る有収差像を検出し、前記検出した有収差像を参照し、
前記被検光学系の波面収差データとして、前記各マーク
の共役点の理想位置からのずれ分布を求める収差測定方
法に適用され、前記収差測定用原板と前記ピンホールプ
レートとをユニット化してなる収差測定用原板ユニット
であって、前記テストパターンからピンホールプレート
までの距離とピンホールの径との関係は、前記測定用光
線の幾何光学広がりと回折広がりとの双方が共に抑えら
れるように設定されていることを特徴とする。

【００２５】請求項５に記載の収差測定用原板ユニット
は、請求項４に記載の収差測定用原板ユニットにおい
て、前記テストパターンからピンホールプレートまでの
距離とピンホールの径との関係は、前記測定用光線の幾
何光学広がりと回折広がりとの和が抑えられるように設
定されていることを特徴とする。請求項６に記載の収差
測定用原板ユニットは、請求項４に記載の収差測定用原
板ユニットにおいて、前記テストパターンからピンホー
ルプレートまでの距離ｄと、ピンホールの半径ｒとの関
係は、前記テストパターンから前記ピンホールへ入射す
る光の波長λに対してｒ＝√（λｄ／２）を満たすよう
に設定されていることを特徴とする。

【００２６】これら請求項４、請求項５、請求項６に記
載の収差測定用原板ユニットは、テストパターンからピ
ンホールプレートまでの距離とピンホール径との関係が
最適化されているので、それぞれ請求項１、請求項２、
請求項３に記載の収差測定方法を容易に実現させること
ができる。請求項７に記載の収差測定方法は、被検光学
系の物体面の視野のうち収差測定の対象とすべき微小領
域に、複数マークからなるテストパターンを有した収差
測定用原板を配置すると共に、前記収差測定用原板と前
記被検光学系との間に、前記各マークからの各測定用光
線を前記被検光学系の瞳面上の互いに異なるサンプリン
グポイントに導くためのピンホールを有したピンホール
プレートを配置し、前記被検光学系を通過した前記各測
定用光線がその被検光学系の像面に形成する有収差像を
検出し、前記検出した有収差像を参照し、前記被検光学
系の波面収差データとして、前記各マークの共役点の理
想位置からのずれ分布を求める収差測定方法において、
前記テストパターンにおける前記複数マークの配置間隔
を、前記瞳面上の前記サンプリングポイントが等間隔と
なるように設定することを特徴とする。

【００２７】一般に、光学系の物体面上の位置と瞳面上
の位置との間の対応関係は非線形であって、テストパタ
ーンにおける各マークが均等に配置されていると、瞳面
上のサンプリングポイントは非均等となる。しかしこの
収差測定方法では、テストパターンの各マークの配置間
隔を、サンプリングポイントの間隔が均等になるように
設定しているので、波面収差がその瞳面の全域に亘り同
じ分解能で求められることとなり、複雑な近似演算を要
することなく、波面収差の測定精度を高めることができ
る。

【００２８】請求項８に記載の収差測定方法は、請求項
７に記載の収差測定方法において、前記テストパターン
における前記複数マークの配置間隔を、前記微小領域の
中心に近づくほど密に設定することを特徴とする。一般
に、光学系の物体面上の径方向位置と瞳面上の径方向位
置との間の関係は非線形であり、テストパターンの各マ
ークが均等に配置されていると、瞳面上のサンプリング
ポイントは中心に近づくほど粗くなる。

【００２９】しかしこの収差測定方法では、テストパタ
ーンのマークの配置間隔を中心に近づくほど密にしてい
るので、サンプリングポイントの間隔を確実に均等にす
ることができる。請求項９に記載の収差測定方法は、請
求項７に記載の収差測定方法において、前記テストパタ
ーンにおける前記複数マークの位置を、等間隔格子点
（ξ_m，η_n）に対して、１／√（１／（１−（ξ_m ²＋η
_n ²）））（ξ_m，η_n）で示される各位置に設定すること
を特徴とする。

【００３０】このような複数マークの位置は、瞳座標と
物体面座標との間の座標変換式に基づいたときに、瞳座
標上の等間隔格子点に対応するような各位置である。し
たがって、サンプリングポイントの間隔が確実に均等に
なる。請求項１０に記載の収差測定用原板は、被検光学
系の物体面の視野のうち収差測定の対象とすべき微小領
域に、複数マークからなるテストパターンを有した収差
測定用原板を配置すると共に、前記収差測定用原板と前
記被検光学系との間に、前記各マークからの各測定用光
線を前記被検光学系の瞳面上の互いに異なるサンプリン
グポイントに導くためのピンホールを有したピンホール
プレートを配置し、前記被検光学系を通過した前記各測
定用光線がその被検光学系の像面に形成する有収差像を
検出し、前記検出した有収差像を参照し、前記被検光学
系の波面収差データとして、前記各マークの共役点の理
想位置からのずれ分布を求める収差測定方法に適用され
る収差測定用原板であって、前記テストパターンの前記
複数マークの配置間隔は、前記瞳面上の前記サンプリン
グポイントがほぼ等間隔となるように設定されているこ
とを特徴とする。

【００３１】請求項１１に記載の収差測定用原板は、請
求項１０に記載の収差測定用原板において、前記テスト
パターンにおける前記複数マークの配置間隔は、前記微
小領域の中心に近づくほど密に設定されていることを特
徴とする。請求項１２に記載の収差測定用原板は、請求
項１０に記載の収差測定用原板において、前記テストパ
ターンにおける前記複数マークの位置は、等間隔格子点
（ξ_m，η_n）に対して、１／√（１／（１−（ξ_m ²＋η
_n ²）））（ξ_m，η_n）で示される各位置に設定されてい
ることを特徴とする。

【００３２】請求項１０、請求項１１、請求項１２に記
載の収差測定用原板は、テストパターンの各マークの配
置が最適化されているので、それぞれ請求項７、請求項
８、請求項９に記載の収差測定方法を容易に実現させる
ことができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態について説明する。 ＜第１実施形態＞先ず、図１、図４、図５に基づいて本
発明の第１実施形態について説明する。本実施形態の収
差測定方法は、上述した従来の微小パターン式収差測定
方法（図４、図５参照）において、テストレチクル４Ｔ
Ｒに代えて、以下に説明するテストレチクルＴＲが適用
されたものに等しい。

【００３４】図１は、本実施形態のテストレチクルＴＲ
を説明する図である。なお、図１では、図４及び図５に
示すものと同じものについては同一の符号を付して示
し、ここでは従来との相違点についてのみ説明する。先
ず、本実施形態のテストレチクルＴＲは、テストレチク
ル４ＴＲにおいて、ピンホールプレート４３に代えてピ
ンホールプレート１３が取り付けられたものに等しい。

【００３５】なお、テストレチクルＴＲのレチクル面に
は、テストレチクル４ＴＲと同様の各微小領域４ｅにそ
れぞれテストパターン１１が形成されている。このテス
トパターン１１は、テストパターン６１と同様に二次元
的に複数のマークＡ₁₁，・・・，Ａ_klが配置されてなる
ものである。上記ピンホールプレート１３のピンホール
１３ａは、ピンホールプレート４３におけるピンホール
４３ａと同様に、各テストパターン１１に対向する位置
にそれぞれ配置されている。

【００３６】したがって、各ピンホール１３ａは、対向
するテストパターン１１の各マークＡ₁₁，・・・，Ａ_kl
からそれらの共役点マークＡ₁₁’、・・・、Ａ_kl’へ向
かう各共役光線（測定用光線）を、投影レンズＰＬの瞳
面ＡＳｐ上の互いに異なるサンプリングポイントＰ
ａ₁₁、・・・、Ｐａ_klへ導く。但し、本実施形態では、
ピンホール１３ａの半径ｒと、テストパターン１１から
ピンホールプレート１３までの距離ｄとの関係は、テス
トパターン１１からの測定用光線がピンホール１３ａを
通過した後の幾何光学広がりＮＡｇと、回折広がりＮＡ
ｄとの双方が共に抑えられるように（例えば双方が同じ
程度となるように、又は双方の和が抑えられるように）
設定される。

【００３７】このように距離ｄと径ｒとの関係によって
測定用光線の広がりを抑える場合には、ピンホールの径
ｒを縮小することだけで抑える場合よりも、径ｒの大き
さに対する自由度は高くなる。ここで一般に、幾何光学
広がりＮＡｇ、回折広がりＮＡｄはそれぞれ、ｒ／ｄ、
λ／（２ｒ）で表される（但し、λはテストパターン１
１からピンホール１３ａに入射する光の波長、すなわち
テストパターン１１の有収差像１１’をウエハＷ上に露
光転写する際の照明光の波長である。）。因みに本実施
形態では、照明光として、例えば、ＫｒＦ（λ＝２４８
ｎｍ）、ＡｒＦ（λ＝１９３ｎｍ）、Ｆ２（λ＝１５３
ｎｍ）などが使用される。

【００３８】また、測定用光線の全広がりＮＡ０は、こ
れらの和（ＮＡｇ＋ＮＡｄ）によって表される。そこ
で、本実施形態では、このピンホール１３ａのテストパ
ターン１１からの距離ｄとピンホール１３ａの半径ｒと
の関係を、具体的に次式（１）のように最適化すること
によって、測定用光線の全広がりＮＡ０を抑える。

【００３９】ｒ＝√（λｄ／２） ・・・（１） なお、式（１）が示す距離ｄと半径ｒとの関係は、全広
がりＮＡ０のｒについての導関数を０とおいて得られる
方程式（２）の解であり、全広がりＮＡ０を最小とする
ような関係である。 （ｄ／ｄｒ）ＮＡ０＝０ ・・・（２） したがって、ピンホールの半径ｒを不用に小さくするこ
となく、測定用光線の全広がりＮＡ０が抑えられる。

【００４０】さらに、本実施形態では、半径ｒと距離ｄ
との値を、サンプリングポイントＰａ₁₁、・・・、Ｐａ
_klの面積が確実にクロストークを生じない程度の大きさ
となるように、必要分解能Ｃに応じて次式（３）を満た
すように決定するとよい。 ２×ＮＡ０＜Ｃ ・・・（３） 但し、必要分解能Ｃは、サンプリングポイントＰａ₁₁、
・・・、Ｐａ_klのピッチ（テストパターン１１マークＡ
₁₁，・・・，Ａ_klの配置により決まる）に相当する。例
えば、投影レンズＰＬの入射側開口数がＮＡであり、開
口数ＮＡをｍ分割する程度のピッチとする場合、必要分
解能ＣはＮＡ／ｍである。

【００４１】以上のように、式（１）及び式（３）に基
づいて測定用光線の全広がりＮＡ０を必要分解能Ｃに対
応する程度に抑えれば、ピンホール１３ａの半径ｒの大
きさが最適化されるので、有収差像１１’を形成するた
めに必要な光量の確保と、クロストーク低減とを同時に
達成することができる。すなわち、本実施形態は、有収
差像１１’を投影露光する際の高感度検出策を施すこと
なく、距離ｄと半径ｒとの関係を最適化するだけで、従
来の微小パターン式波面収差測定方法を高精度化するも
のである。

【００４２】例えば、仮に、従来と同じ精度で収差測定
を行うのであれば、有収差像１１’を露光転写する際の
上記照明光のパワーを低減することができる。 ＜第２実施形態＞次に、図２、図３に基づいて本発明の
第２実施形態について説明する。本実施形態の収差測定
方法は、従来の微小パターン式収差測定方法において、
テストレチクル４ＴＲに代えて、以下に説明するテスト
レチクルＴＲが適用されたものに等しい。

【００４３】図２、図３は、本実施形態のテストレチク
ルＴＲを説明する図である。なお、図２において、図４
及び図５に示すものと同じものについては同一の符号を
伏して示し、ここでは従来との相違点についてのみ説明
する。先ず、本実施形態のテストレチクルＴＲは、従来
のテストレチクル４ＴＲにおいて、テストパターン６１
に代えて図３（ａ）に示すようなテストパターン１１が
形成されたものである。

【００４４】テストパターン１１は、従来のテストパタ
ーン６１と同様に二次元的に配置されたマークＡ₁₁、・
・・、Ａ_klからなる。但し、これらマークＡ₁₁、・・
・、Ａ_klの配置間隔は、瞳面ＡＳｐのサンプリングポイ
ントＰａ₁₁、・・・、Ｐａ_klが等間隔となるよう、例え
ば、中心に近づくほど密に（例えば糸巻き状に）配置さ
れる。

【００４５】図２では、テストパターン１１の各マーク
Ａ₁₁、・・・、Ａ_klからそれらの共役点に向かう各共役
光線（測定用光線）を示した。但し、物体面Ｏｐにおい
てはＸＹ直交座標（Ｘ，Ｙ）、瞳面ＡＳｐにおいては瞳
座標（ξ、η）を採用している（ここでは、Ｘ軸とξ軸
とを同じ方向にとる。）。この図２に明らかなように、
中心に近づくほど密に配置されたマークＡ₁₁、・・・、
Ａ_klによれば、瞳面ＡＳｐ上のサンプリングポイントＰ
ａ₁₁、・・・、Ｐａ_klの間隔は、均等になる。

【００４６】ここで、投影レンズＰＬが正弦条件を満た
すときには、次式が成立する。 ｓｉｎθ＝√（ξ²＋η²） ・・・（４） 但し、θは物体面Ｏｐ上の位置（Ｘ，Ｙ）からその共役
点へ向かう光線が主軸と成す仰角である（図２参照）。
したがって、物体面Ｏｐ上のＸＹ直交座標（Ｘ，Ｙ）
と、瞳面ＡＳｐ上の瞳座標（ξ，η）との間には、次式
（５）が成立する。

【００４７】 （Ｘ，Ｙ）＝１／（√（１−（ξ²＋η²）））（ξ，η） ・・・（５） そこで、本実施形態では、テストパターン１１における
複数マークＡ₁₁、・・・、Ａ_klの位置を、等間隔格子点
（ξ_m，η_n）に対して次式（６）で示される各位置に設
定する。 １／（√（１−（ξ_m ²＋η_n ²）））（ξ_m，η_n） ・・・（６） 但し、ＸＹ直交座標（Ｘ，Ｙ）の原点はテストパターン
１１の中央にとる。

【００４８】このようにすれば、瞳面ＡＳｐ上のサンプ
リングポイントＰａ₁₁、・・・、Ｐａ_klが確実に均等に
なる。また、本実施形態では、このようなテストパター
ン１１を適用するのに伴い、テストレチクルＴＲに、図
３（ｂ）に示すような基準パターン１２を形成する。な
お、テストレチクルＴＲにおける基準パターン１２の形
成箇所は、テストレチクル４ＴＲにおける基準パターン
６２の形成箇所と同じである（図４参照）。

【００４９】基準パターン１２におけるマークＢ₁₁、・
・・、Ｂ_klは、テストパターン１１におけるマーク
Ａ₁₁、・・・、Ａ_klと同様に、上式（６）で示される各
位置に配置される（但し、ＸＹ直交座標（Ｘ，Ｙ）の原
点は基準パターン１２の中央にとる）。図３（ｃ）は、
ウエハＷ上に焼き付けられた画像の部分拡大図である。

【００５０】図３（ｃ）に明らかなように、本実施形態
では、テストパターン１１による有収差像１１’と、基
準パターン１２による基準像１２’とが重ね合わされて
おり、有収差像１１’のマークＡ_ij’（マークＡ_ijの共
役点である。）に、基準像１２’のマークＢ_ij’（マー
クＢ_ijの共役点である。）が対応している。したがっ
て、波面収差データであるずれベクトル（ΔＸ_ij，ΔＹ
_ij）についても、均等なサンプリングポイントＰａ₁₁、
・・・、Ｐａ_klのそれぞれについて得ることができる。
この結果、波面収差を再構成するための波面収差データ
が、瞳面ＡＳｐの全域に亘って一様に得られる。

【００５１】すなわち、本実施形態によれば、テストパ
ターン１１の各マークＡ₁₁、・・・、Ａ_klを最適化する
だけで、複雑な近似演算を要することなく、波面収差の
測定精度を高めることができる。なお、本実施形態にお
いては、半径ｒ及び距離ｄとは、従来例と同じとしても
よいが、収差測定の精度をより高くするためには、第１
実施形態で示したものと同じにすることが好ましい。

【００５２】また、図３では、テストパターン１１のマ
ークＡを十字型とし、基準パターン１２のマークＢをス
クエア型としているが、これらのマークについては、所
望の精度で各マークの位置を特定することができるので
あれば、如何なる形状としてもよい。また、上記各実施
形態では、有収差像１１’の各マークＡ₁₁’、・・・、
Ａ_kl’の理想位置からのずれ分布として、基準像１２’
の各マークＢ₁₁’、・・・、Ｂ_klからのずれ分布を求め
ているが、精度が十分に許容されるのであれば、この基
準パターン１２を使用せずに演算上の理想的位置からの
ずれ分布を求めてもよい。

【００５３】また、第２実施形態では、基準パターン１
２における各マークＢ₁₁、・・・、Ｂ_klの位置関係を、
テストパターン１１における各マークＡ₁₁、・・・、Ａ
_klの位置関係と同じにしているが、マークＢ₁₁、・・
・、Ｂ_klの位置関係が少なくとも既知であれば、十分な
精度でずれ分布を求めることができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１、請求項
２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６の何れか
１項に記載の発明によれば、ピンホールの位置及びサイ
ズを最適化することによって収差測定の高精度化が図ら
れる。

【００５５】また、請求項７、請求項８、請求項９、請
求項１０、請求項１１、請求項１２の何れか１項に記載
の発明によれば、テストパターンを最適化することによ
って収差測定の高精度化が図られる。したがって本発明
は、収差測定を簡単かつ確実に高精度化することができ
る。露光装置の製造工程において、上記第１実施形態、
第２実施形態で説明した収差測定を、露光装置の投影レ
ンズＰＬに対して行えば、投影レンズＰＬの波面収差の
状態を高精度に計測することができる。この高精度な計
測結果に基づいて、投影レンズの製造時に生じる製造誤
差などをなくすように、投影レンズＰＬを構成する複数
の光学素子（レンズ、ミラー）の光学素子間の間隔調
整、又は光学素子の面加工を施す。かかる計測、光学素
子間の間隔調整、光学素子の面加工を数回施すことによ
り、波面収差が抑えられた高精度な投影レンズＰＬを製
造することができる。

【００５６】さらに、露光装置を使って半導体素子、液
晶素子、薄膜磁気ヘッドなどを長い間製造していると、
投影レンズＰＬの波面収差が変化してくることがある。
このような経時的な変化を、第１実施形態、第２実施形
態で説明した収差測定方法を使い、投影レンズＰＬの波
面収差の状態を高精度に計測することができ、この結果
に基づいてサービスマンが投影レンズＰＬの調整を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のテストレチクルＴＲを説明する
図である。

【図２】第２実施形態のテストレチクルＴＲを説明する
図である。

【図３】第２実施形態のテストレチクルＴＲを説明する
図である。

【図４】微小パターン式収差測定方法の原理を説明する
図である。

【図５】微小パターン式収差測定方法の原理を説明する
図である。

【図６】従来のテストレチクル４ＴＲを説明する図であ
る。

【符号の説明】

ＰＬ 投影レンズ ＴＲ，４ＴＲ テストレチクル ４２ 集光レンズ １１，６１ テストパターン １２，６２ 基準パターン ４ｅ 微小領域 ４Ｅ 視野領域 １３，４３ ピンホールプレート １３ａ，４３ａ ピンホール Ｗ ウエハ １１’，６１’ 有収差像 １２’，６２’ 基準像 Ｏｐ 物体面 ＡＳｐ 瞳面 Ｉｐ 像面

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検光学系の物体面の視野のうち収差測
   定の対象とすべき微小領域に、複数マークからなるテス
   トパターンを有した収差測定用原板を配置すると共に、
   前記収差測定用原板と前記被検光学系との間に、前記各
   マークからの各測定用光線を前記被検光学系の瞳面上の
   互いに異なるサンプリングポイントに導くためのピンホ
   ールを有したピンホールプレートを配置し、 前記被検光学系を通過した前記各測定用光線がその被検
   光学系の像面に形成する有収差像を検出し、 前記検出した有収差像を参照し、前記被検光学系の波面
   収差データとして、前記各マークの共役点の理想位置か
   らのずれ分布を求める収差測定方法において、前記テス
   トパターンからピンホールプレートまでの距離とピンホ
   ールの径との関係を、 前記測定用光線の幾何光学広がりと回折広がりとの双方
   が共に抑えられるように設定することを特徴とする収差
   測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の収差測定方法におい
   て、 前記テストパターンからピンホールプレートまでの距離
   とピンホールの径との関係を、 前記測定用光線の幾何光学広がりと回折広がりとの和が
   抑えられるように設定することを特徴とする収差測定方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の収差測定方法におい
   て、 前記テストパターンからピンホールプレートまでの距離
   ｄと、ピンホールの半径ｒとの関係を、 前記テストパターンから前記ピンホールへ入射する光の
   波長λに対してｒ＝√（λｄ／２）を満たすように設定
   することを特徴とする収差測定方法。
4. 【請求項４】 被検光学系の物体面の視野のうち収差測
   定の対象とすべき微小領域に、複数マークからなるテス
   トパターンを有した収差測定用原板を配置すると共に、
   前記収差測定用原板と前記被検光学系との間に、前記各
   マークからの各測定用光線を前記被検光学系の瞳面上の
   互いに異なるサンプリングポイントに導くためのピンホ
   ールを有したピンホールプレートを配置し、 前記被検光学系を通過した前記各測定用光線がその被検
   光学系の像面に形成する有収差像を検出し、 前記検出した有収差像を参照し、前記被検光学系の波面
   収差データとして、前記各マークの共役点の理想位置か
   らのずれ分布を求める収差測定方法に適用され、 前記収差測定用原板と前記ピンホールプレートとをユニ
   ット化してなる収差測定用原板ユニットであって、 前記テストパターンからピンホールプレートまでの距離
   とピンホールの径との関係は、 前記測定用光線の幾何光学広がりと回折広がりとの双方
   が共に抑えられるように設定されていることを特徴とす
   る収差測定用原板ユニット。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の収差測定用原板ユニッ
   トにおいて、 前記テストパターンからピンホールプレートまでの距離
   とピンホールの径との関係は、 前記測定用光線の幾何光学広がりと回折広がりとの和が
   抑えられるように設定されていることを特徴とする収差
   測定用原板ユニット。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の収差測定用原板ユニッ
   トにおいて、 前記テストパターンからピンホールプレートまでの距離
   ｄと、ピンホールの半径ｒとの関係は、 前記テストパターンから前記ピンホールへ入射する光の
   波長λに対してｒ＝√（λｄ／２）を満たすように設定
   されていることを特徴とする収差測定用原板ユニット。
7. 【請求項７】 被検光学系の物体面の視野のうち収差測
   定の対象とすべき微小領域に、複数マークからなるテス
   トパターンを有した収差測定用原板を配置すると共に、
   前記収差測定用原板と前記被検光学系との間に、前記各
   マークからの各測定用光線を前記被検光学系の瞳面上の
   互いに異なるサンプリングポイントに導くためのピンホ
   ールを有したピンホールプレートを配置し、 前記被検光学系を通過した前記各測定用光線がその被検
   光学系の像面に形成する有収差像を検出し、 前記検出した有収差像を参照し、前記被検光学系の波面
   収差データとして、前記各マークの共役点の理想位置か
   らのずれ分布を求める収差測定方法において、前記テス
   トパターンにおける前記複数マークの配置間隔を、 前記瞳面上の前記サンプリングポイントが等間隔となる
   ように設定することを特徴とする収差測定方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の収差測定方法におい
   て、 前記テストパターンにおける前記複数マークの配置間隔
   を、 前記微小領域の中心に近づくほど密に設定することを特
   徴とする収差測定方法。
9. 【請求項９】 請求項７に記載の収差測定方法におい
   て、 前記テストパターンにおける前記複数マークの位置を、 等間隔格子点（ξ_m，η_n）に対して、１／（√（１−
   （ξ_m ²＋η_n ²）））（ξ _m，η_n）で示される各位置に設
   定することを特徴とする収差測定方法。
10. 【請求項１０】 被検光学系の物体面の視野のうち収差
    測定の対象とすべき微小領域に、複数マークからなるテ
    ストパターンを有した収差測定用原板を配置すると共
    に、前記収差測定用原板と前記被検光学系との間に、前
    記各マークからの各測定用光線を前記被検光学系の瞳面
    上の互いに異なるサンプリングポイントに導くためのピ
    ンホールを有したピンホールプレートを配置し、 前記被検光学系を通過した前記各測定用光線がその被検
    光学系の像面に形成する有収差像を検出し、 前記検出した有収差像を参照し、前記被検光学系の波面
    収差データとして、前記各マークの共役点の理想位置か
    らのずれ分布を求める収差測定方法に適用される収差測
    定用原板であって、 前記テストパターンの前記複数マークの配置間隔は、 前記瞳面上の前記サンプリングポイントがほぼ等間隔と
    なるように設定されていることを特徴とする収差測定用
    原板。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の収差測定用原板に
    おいて、 前記テストパターンにおける前記複数マークの配置間隔
    は、 前記微小領域の中心に近づくほど密に設定されているこ
    とを特徴とする収差測定用原板。
12. 【請求項１２】 請求項１０に記載の収差測定用原板に
    おいて、 前記テストパターンにおける前記複数マークの位置は、 等間隔格子点（ξ_m，η_n）に対して、１／√（１／（１
    −（ξ_m ²＋η_n ²）））（ξ_m，η_n）で示される各位置に
    設定されていることを特徴とする収差測定用原板。