JP2002071514A - 検査装置、該検査装置を備えた露光装置、およびマイクロデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 球面波を発生させるための極小ピンホールを
用いることなく、充分な測定光量に基づいて高精度な収
差測定を行うことのできる検査装置。 【解決手段】 被検光学系（ＰＬ）の波面収差を測定す
るための検査装置である。被検光学系（ＰＬ）の物体側
開口数以上の開口数で被検光学系の物体面に位置決めさ
れた開口部（ＴＭ）を照明するための照明ユニット（１
〜９，１６）と、被検光学系の像面に形成された開口部
の一次像からの光を波面分割して開口部の二次像を多数
形成するための波面分割素子（１４）と、波面分割素子
により形成された多数の二次像を光電検出するための光
電検出部（１５）とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検査装置、該検査
装置を備えた露光装置、およびマイクロデバイスの製造
方法に関する。本発明は、特に半導体素子、撮像素子、
液晶表示素子、または薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバ
イスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に
搭載された投影光学系の波面収差の測定に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等をフォトリソグラフィ工程
で製造する際に、マスクのパターン像を感光性基板（ウ
ェハ、ガラス基板、プレートなど）に投影露光する露光
装置が使用されている。この種の露光装置では、マスク
パターン像を感光性基板に高い解像力をもって忠実に投
影するために、諸収差が充分に抑制された良好な光学性
能を有する投影光学系が設計されている。

【０００３】ところが、実際に製造された露光装置の投
影光学系では、設計上の光学性能とは異なり、様々な要
因に起因する諸収差が残存している。そこで、従来、露
光装置に搭載された投影光学系のような被検光学系に残
存する収差を測定するための種々の装置が提案されてい
る。たとえば、国際公開ＷＯ９９／６０３６１号公報に
は、極小ピンホールを用いて発生させた球面波に基づい
て被検光学系の波面収差を測定する収差測定装置が開示
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
公報に開示された従来の収差測定装置では、装置自体が
発生する波面収差などの誤差が被検光学系の収差測定結
果に影響する（上乗せされる）という不都合があった。
また、従来の収差測定装置では、装置の初期的な位置設
定および位置制御が困難であるという不都合があった。
さらに、従来の収差測定装置では、球面波を発生させる
ために極小径のピンホールを用いるので、測定光量が著
しく不足するという不都合があった。

【０００５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、装置自体が発生する波面収差などの誤差が被
検光学系の収差測定結果に実質的に影響することのな
い、測定精度の高い検査装置および該検査装置を備えた
露光装置を提供することを目的とする。

【０００６】また、本発明は、収差測定系の初期的な位
置設定および位置制御を迅速に且つ高精度に行うことが
でき、ひいては迅速で且つ正確な収差測定を行うことの
できる、検査装置および該検査装置を備えた露光装置を
提供することを目的とする。

【０００７】さらに、本発明は、球面波を発生させるた
めの極小ピンホールを用いることなく、充分な測定光量
に基づいて高精度な収差測定を行うことのできる、検査
装置および該検査装置を備えた露光装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】また、本発明は、高精度な収差測定に基づ
いて良好に調整された投影光学系を用いて、高い解像力
で良好なマイクロデバイスを製造することのできる、マ
イクロデバイスの製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第１発明では、被検光学系の波面収差を測
定するための検査装置において、前記被検光学系の物体
側開口数以上の開口数で前記被検光学系の物体面に位置
決めされた開口部を照明するための照明ユニットと、前
記被検光学系の像面に形成された前記開口部の一次像か
らの光を波面分割して前記開口部の二次像を多数形成す
るための波面分割素子と、前記波面分割素子により形成
された前記多数の二次像を光電検出するための光電検出
部とを備えていることを特徴とする検査装置を提供す
る。

【００１０】第１発明の第１態様によれば、前記照明ユ
ニットは、前記開口部に対して照明光を供給するための
照明系と、該照明系からの光束の開口数を拡大するため
の開口数拡大手段とを有することが好ましい。また、第
１発明の第２態様によれば、前記開口数拡大手段は、前
記照明系と前記被検光学系の物体面との間の光路中に挿
脱自在に配置されて光束を拡散するための拡散光学部材
を有することが好ましい。さらに、第１発明の第３態様
によれば、前記開口数拡大手段は、前記拡散光学部材に
より悪化する照明光束の輝度特性を均一化するための輝
度特性均一化手段を有することが好ましい。

【００１１】また、第１発明の第４態様によれば、前記
輝度特性均一化手段は、前記照明系の照明光路中に挿脱
自在に配置されて所定の光強度分布の光束を形成するた
めの濃度フィルタを有することが好ましい。さらに、第
１発明の第５態様によれば、前記輝度特性均一化手段
は、前記照明系の光路中において前記投影光学系の瞳と
光学的にほぼ共役な位置に輪帯状の面光源を形成するた
めの面光源形成手段を有することが好ましい。また、第
１発明の第６態様によれば、前記波面分割素子は、二次
元的に配列された多数の微小レンズを有することが好ま
しい。

【００１２】本発明の第２発明では、照明されたマスク
のパターン像を感光性基板上に形成するための投影光学
系を備えた露光装置において、第１発明の第２態様〜第
６態様の検査装置を備え、前記検査装置中の前記照明系
は前記マスクを照明することが可能であり、前記検査装
置により前記投影光学系を前記被検光学系として波面収
差を測定することを特徴とする露光装置を提供する。

【００１３】本発明の第３発明では、被検光学系の波面
収差を測定するための収差測定系と、前記収差測定系に
一体的に取り付けられた標示板と、前記標示板の位置を
検出するための位置検出系とを備えていることを特徴と
する検査装置を提供する。

【００１４】第３発明の第１態様によれば、前記位置検
出系は、前記被検光学系の光軸に垂直な面に沿った前記
収差測定系の位置を検出するための第１検出系と、前記
被検光学系の光軸方向に沿った前記収差測定系の位置を
検出するための第２検出系とを有することが好ましい。
また、第３発明の第２態様によれば、前記標示板は、前
記収差測定系の光軸に垂直な基準平面を有し、該基準平
面上にはアライメントマークおよび反射面が形成され、
前記第１検出系は、前記アライメントマークに基づいて
前記基準平面に沿った前記収差測定系の位置を検出し、
前記第２検出系は、前記反射面へ斜め方向から光束を入
射させ前記反射面で反射された光束に基づいて前記基準
平面の法線方向に沿った前記収差測定系の位置を検出す
ることが好ましい。

【００１５】さらに、第３発明の第３態様によれば、前
記標示板は、前記収差測定系の光軸に垂直な基準平面を
有し、該基準平面上にはアライメントマークおよび反射
面のうちの一方が形成されていることが好ましい。ま
た、第３発明の第４態様によれば、前記被検光学系の物
体側開口数以上の開口数で前記被検光学系の物体面に位
置決めされた開口部を照明するための照明ユニットをさ
らに備え、前記収差測定系は、前記被検光学系の像面に
形成された前記開口部の一次像からの光を波面分割して
前記開口部の二次像を多数形成するための波面分割素子
と、該波面分割素子により形成された前記多数の二次像
を光電検出するための光電検出部とを有することが好ま
しい。

【００１６】さらに、第３発明の第５態様によれば、前
記標示板は、前記収差測定系の光軸に垂直な基準平面を
有し、前記収差測定系は、前記被検光学系の像面に形成
された開口部の一次像からの光を波面分割して前記開口
部の二次像を多数形成するための波面分割素子と、該波
面分割素子により形成された前記多数の二次像を光電検
出するための光電検出部とを有し、前記基準平面は前記
光電検出部の検出面と光学的にほぼ共役な位置に配置さ
れ、前記基準平面上には前記収差測定系の誤差を測定し
て前記収差測定系を校正するための校正用開口部が形成
されていることが好ましい。また、第３発明の第６態様
によれば、前記校正用開口部は、前記基準平面上に形成
される前記開口部の一次像よりも実質的に大きく設定さ
れていることが好ましい。

【００１７】本発明の第４発明では、照明されたマスク
のパターン像を感光性基板上に形成するための投影光学
系を備えた露光装置において、第３発明の検査装置を備
え、前記検査装置により前記投影光学系を前記被検光学
系として波面収差を測定することを特徴とする露光装置
を提供する。

【００１８】本発明の第５発明では、照明されたマスク
のパターン像を感光性基板上に形成するための投影光学
系を備えた露光装置において、前記投影光学系を前記被
検光学系として波面収差を測定するための第４発明の第
１態様または第２態様の検査装置を備え、前記第２検出
系は、前記投影光学系の光軸方向に沿った前記感光性基
板の位置を検出することを特徴とする露光装置を提供す
る。

【００１９】本発明の第６発明では、照明されたマスク
のパターン像を感光性基板上に形成するための投影光学
系を備えた露光装置において、前記投影光学系を前記被
検光学系として波面収差を測定するための第３発明の第
４態様〜第６態様の検査装置を備え、前記検査装置中の
前記照明ユニットは前記マスクを照明することが可能で
あることを特徴とする露光装置を提供する。

【００２０】第４発明および第６発明の第１態様によれ
ば、前記照明ユニットは、前記開口部に対して照明光を
供給するための照明系と、該照明系からの光束の開口数
を拡大するための開口数拡大手段とを有することが好ま
しい。また、第４発明および第６発明の第２態様によれ
ば、前記開口数拡大手段は、前記照明系と前記被検光学
系の物体面との間の光路中に挿脱自在に配置されて光束
を拡散するための拡散光学部材を有することが好まし
い。さらに、第４発明および第６発明の第３態様によれ
ば、前記開口数拡大手段は、前記拡散光学部材により悪
化する照明光束の輝度特性を均一化するための輝度特性
均一化手段を有することが好ましい。

【００２１】また、第４発明および第６発明の第４態様
によれば、前記輝度特性均一化手段は、前記照明系の照
明光路中に挿脱自在に配置されて所定の光強度分布の光
束を形成するための濃度フィルタを有することが好まし
い。さらに、第４発明および第６発明の第５態様によれ
ば、前記輝度特性均一化手段は、前記照明系の光路中に
おいて前記投影光学系の瞳と光学的にほぼ共役な位置に
輪帯状の面光源を形成するための面光源形成手段を有す
ることが好ましい。

【００２２】本発明の第７発明では、収差測定系を用い
て被検光学系の波面収差を測定するための検査装置にお
いて、前記収差測定系の誤差を測定するための誤差測定
手段を備え、前記誤差測定手段で測定した誤差情報に基
づいて、前記被検光学系に関する前記収差測定系の出力
を補正することを特徴とする検査装置を提供する。

【００２３】第７発明の第１態様によれば、前記収差測
定系は、所定面からの光を波面分割して前記所定面の像
を多数形成するための波面分割素子と、該波面分割素子
により形成された前記多数の像を光電検出するための光
電検出部とを有し、前記誤差測定手段は、前記所定面の
近傍に形成された校正用開口部を有し、前記被検光学系
を介した光により前記校正用開口部を照明し、前記波面
分割素子により形成された前記校正用開口部の多数の像
に基づいて前記収差測定系の誤差を測定することが好ま
しい。

【００２４】本発明の第８発明では、収差測定系を用い
て被検光学系の波面収差を測定するための検査装置にお
いて、前記収差測定系の誤差を記憶するためのユニット
を備え、前記ユニットからの誤差情報に基づいて、前記
被検光学系に関する前記収差測定系の出力を補正するこ
とを特徴とする検査装置を提供する。

【００２５】本発明の第９発明では、マスクを照明する
ための照明系と、前記マスクのパターン像を感光性基板
上に形成するための投影光学系を備えた露光装置におい
て、第７発明または第８発明の検査装置を備え、前記検
査装置により前記投影光学系を前記被検光学系として波
面収差を測定することを特徴とする露光装置を提供す
る。

【００２６】第２発明、第４発明〜第６発明、および第
９発明において、前記検査装置による測定結果に基づい
て、前記投影光学系の光学特性を調整することが好まし
い。

【００２７】本発明の第１０発明では、第２発明、第４
発明〜第６発明、および第９発明の露光装置を用いて前
記マスクのパターンを前記感光性基板上に露光する露光
工程と、該露光工程により露光された前記感光性基板を
現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデ
バイスの製造方法を提供する。

【００２８】本発明の第１１発明では、収差測定系を用
いて被検光学系の波面収差を測定する検査方法におい
て、前記収差測定系の誤差を測定する誤差測定工程と、
前記収差測定系を用いて前記被検光学系の波面収差を測
定する収差測定工程と、前記誤差測定工程で測定した誤
差情報に基づいて、前記収差測定工程で得られた前記被
検光学系の収差測定値を補正する補正工程とを含むこと
を特徴とする検査方法を提供する。

【００２９】第１１発明の第１態様によれば、前記誤差
測定工程では、所定の環境における前記収差測定系の誤
差を測定し、該測定誤差に基づいて前記環境の変動に起
因する誤差の変化を予測することが好ましい。また、第
１１発明の第２態様によれば、前記誤差測定工程では、
所定の気圧および所定の波長における誤差を測定し、測
定した誤差に基づいて気圧の変動および波長の変動に起
因する誤差の変化を予測することが好ましい。さらに、
第１１発明の第３態様によれば、前記誤差測定工程で
は、複数の温度条件において誤差を測定し、測定した複
数の誤差に基づいて温度の変動に起因する誤差の変化を
予測することが好ましい。

【００３０】また、第１１発明の第４態様によれば、前
記収差測定工程は、所定面からの光を波面分割して前記
所定面の像を多数形成する補助工程と、波面分割により
形成された前記多数の像を光電検出する補助工程とを含
み、前記誤差測定工程は、前記所定面に開口部を位置決
めして照明する補助工程と、前記開口部からの光を波面
分割して多数の像を形成する補助工程と、波面分割によ
り形成された前記多数の像に基づいて前記収差測定系の
誤差を測定する補助工程とを含むことが好ましい。

【００３１】さらに、第１１発明の第５態様によれば、
前記収差測定工程は、所定面からの光を波面分割して前
記所定面の像を多数形成する補助工程と、波面分割によ
り形成された前記多数の像を光電検出する補助工程とを
含み、前記誤差測定工程は、前記所定面またはその近傍
にピンホールを位置決めして照明することにより球面波
を発生させる補助工程と、該球面波を波面分割して多数
の像を形成する補助工程と、波面分割により形成された
前記多数の像に基づいて前記収差測定系の誤差を測定す
る補助工程とを含むことが好ましい。

【００３２】また、第１１発明の第６態様によれば、前
記収差測定工程は、所定面からの光を波面分割して前記
所定面の像を多数形成する補助工程と、波面分割により
形成された前記多数の像を光電検出する補助工程とを含
み、前記誤差測定工程は、前記所定面近傍に位置決めさ
れた校正用開口部を照明する補助工程と、該校正用開口
部からの光を波面分割して多数の像を形成する補助工程
と、波面分割により形成された前記多数の像に基づいて
前記収差測定系の誤差を測定する補助工程とを含むこと
が好ましい。

【００３３】本発明の第１２発明では、投影光学系を介
してマスクのパターン像を感光性基板上に投影露光する
露光方法において、前記投影光学系を前記被検光学系と
して、前記投影光学系の波面収差を第１１発明の検査方
法により測定し、前記補正工程により補正された前記投
影光学系の波面収差に基づいて、前記投影光学系を調整
する調整工程を含むことを特徴とする露光方法を提供す
る。

【００３４】第１２発明の第１態様によれば、前記誤差
測定工程では、所定の気圧および所定の波長のうちの少
なくとも一方における誤差を測定し、測定した誤差に基
づいて気圧および波長のうちの少なくとも一方の変動に
起因する誤差の変化を予測することが好ましい。また、
第１２発明の第２態様によれば、前記誤差測定工程で
は、複数の温度条件において誤差を測定し、測定した複
数の誤差に基づいて温度の変動に起因する誤差の変化を
予測することが好ましい。

【００３５】さらに、第１２発明の第３態様によれば、
前記収差測定工程は、所定面からの光を波面分割して前
記所定面の像を多数形成する補助工程と、波面分割によ
り形成された前記多数の像を光電検出する補助工程とを
含み、前記誤差測定工程は、前記所定面に開口部を位置
決めして照明する補助工程と、前記開口部からの光を波
面分割して多数の像を形成する補助工程と、波面分割に
より形成された前記多数の像に基づいて前記収差測定系
の誤差を測定する補助工程とを含むことが好ましい。

【００３６】また、第１２発明の第４態様によれば、前
記収差測定工程は、所定面からの光を波面分割して前記
所定面の像を多数形成する補助工程と、波面分割により
形成された前記多数の像を光電検出する補助工程とを含
み、前記誤差測定工程は、前記所定面またはその近傍に
ピンホールを位置決めして照明することにより球面波を
発生させる補助工程と、該球面波を波面分割して多数の
像を形成する補助工程と、波面分割により形成された前
記多数の像に基づいて前記収差測定系の誤差を測定する
補助工程とを含むことが好ましい。

【００３７】さらに、第１２発明の第５態様によれば、
前記収差測定工程は、所定面からの光を波面分割して前
記所定面の像を多数形成する補助工程と、波面分割によ
り形成された前記多数の像を光電検出する補助工程とを
含み、前記誤差測定工程は、前記所定面近傍に位置決め
された校正用開口部を照明する補助工程と、該校正用開
口部からの光を波面分割して多数の像を形成する補助工
程と、波面分割により形成された前記多数の像に基づい
て前記収差測定系の誤差を測定する補助工程とを含むこ
とが好ましい。

【００３８】また、第１２発明の第６態様によれば、前
記誤差測定工程では、前記投影光学系を介した光束の開
口数を拡大して、前記収差測定系の物体側開口数以上の
開口数で前記校正用開口部を照明することが好ましい。

【００３９】本発明の第１３発明では、第１２発明の露
光方法を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板
上に露光する露光工程と、該露光工程により露光された
前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴
とするマイクロデバイスの製造方法を提供する。

【００４０】

【発明の実施の形態】本発明では、被検光学系の物体側
開口数以上の開口数で被検光学系の物体面に位置決めさ
れた開口部を照明（インコヒーレント照明）し、被検光
学系の像面に形成された開口部の一次像からの光を波面
分割して、たとえばＣＣＤのような光電検出部の受光面
上に開口部の二次像を多数形成する方式を採用してい
る。すなわち、本発明では、ＣＣＤにおいて解像可能な
大きさの開口部を結像させる方式であるため、この開口
部を従来のように極小ピンホールとして形成して球面波
を発生させる必要はない。

【００４１】すなわち、従来技術では正確な球面波を発
生させるために真円度の高い極小のピンホールを形成す
る必要があるが、本発明では開口部の形状は円形状に限
定されることがなく、その形成精度もあまり厳密ではな
い。その結果、撮像素子であるＣＣＤに対して、極小ピ
ンホールを用いる従来技術の場合に比して著しく大きな
照度を提供することが可能となる。換言すると、本発明
では、球面波を発生させるための極小ピンホールを用い
ることなく、充分な測定光量に基づいて高精度な収差測
定を行うことができる。

【００４２】また、本発明では、被検光学系の波面収差
を測定するための収差測定系に一体的に取り付けられた
標示板と、この標示板の位置を検出するための位置検出
系とを備えている。この標示板には、たとえばアライメ
ントマークおよび反射面が形成されている。したがっ
て、たとえば露光装置に本発明を適用する場合、露光装
置に搭載されたＦＩＡ系（詳細は後述）を用いて、アラ
イメントマークに基づいて、投影光学系の光軸に垂直な
面に沿った標示板の位置を、ひいては収差測定系のＸＹ
平面に沿った位置を検出することができる。

【００４３】また、露光装置に搭載された斜入射式の二
次元ＡＦ系（詳細は後述）を用いて、反射面へ斜め方向
から光束を入射させ反射面で反射された光束に基づい
て、投影光学系の光軸方向に沿った標示板の面位置を、
ひいては収差測定系のＺ方向位置、Ｘ軸周りの傾き、お
よびＹ軸周りの傾きを検出することができる。こうし
て、露光装置におけるウェハと同じ程度に高精度なアラ
イメント（位置合わせ）および位置制御を迅速に行うこ
とができる。すなわち、本発明では、収差測定系の初期
的な位置設定および位置制御を迅速に且つ高精度に行う
ことができ、ひいては迅速で且つ正確な収差測定を行う
ことができる。なお、後述する本実施形態では、収差測
定系のＸＹ平面に沿った位置を検出するために、露光装
置に搭載されたＦＩＡ系を用いているが、この位置検出
系としてはＦＩＡ系には限られない。例えば、米国特許
第４，７１０，０２６号公報や米国特許第５，１５１，
７５０号公報、米国特許第５，８５９，７０７号公報に
開示されているＬＩＡ系、米国特許第４，６７７，３０
１号公報や米国特許第５，１５１，７５０号公報に開示
されているＬＳＡ系、または測長干渉計などを用いるこ
とができる。ここで、測長干渉計を用いて標示板のＸＹ
平面の位置を検出するときには、標示板の端面に測長干
渉計からの測長ビームを反射させるための反射面を設け
る構成、標示板に測長干渉計からの測長ビームを反射さ
せるための反射鏡を取り付ける構成、あるいは標示板が
取り付けられている筐体に測長干渉計からの測長ビーム
を反射させるための反射鏡を取り付ける構成とすること
が好ましい。また、後述する本実施形態では、収差測定
系のＺ方向の位置、Ｘ軸周りの傾き、およびＹ軸周りの
傾きを検出するために、露光装置に搭載された二次元Ａ
Ｆ系を用いているが、この位置検出系としては二次元Ａ
Ｆ系には限られない。例えば、測長干渉計やエアマイク
ロ、静電容量センサを用いたり、米国特許第５，７２
１，６０５号公報や米国特許第５，７８３，８３３号公
報に開示されているようなＦＩＡ系内のオートフォーカ
ス機能を用いたりすることができる。また、上述のよう
に測長干渉計を用いて標示板のＸＹ平面の位置を検出す
るときには、例えば特開２０００−３９３０５号公報ま
たは特開２０００−４９０６６号公報に開示されている
ように上記反射面、上記反射鏡にＸＹ平面に対して傾斜
した反射面を設ければ、標示板、ひいては収差測定系の
Ｚ方向の位置、Ｘ軸周りの傾き、およびＹ軸周りの傾き
を検出することが可能となる。

【００４４】さらに、本発明では、上述の標示板に校正
用の開口部が形成されている。したがって、この校正用
開口部を照明することにより、校正用開口部からの光が
ＣＣＤの受光面上に多数の像を形成する。設計値では、
校正用開口部の各像が整然と並んで形成されるはずであ
るが、収差測定系の波面収差などの影響により、実際に
測定される各開口部像の光量重心位置は設計上仮定した
理想位置から位置ずれしてしまう。

【００４５】ここで、発生した各開口部像の位置ずれ
は、収差測定系にのみ起因するものである。そこで、本
発明では、上述の自己キャリブレーションで得られた各
開口部像の位置を測定用の各原点に設定する。その結
果、設定した測定用の各原点に基づいて波面収差の測定
を行うことにより、収差測定系自体が発生する波面収差
などの誤差が被検光学系の測定結果に実質的に影響する
ことなく、精度の高い波面収差測定を行うことができ
る。

【００４６】本発明の実施形態を、添付図面に基づいて
説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる検査装置
を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図１
において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿っ
てＺ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に平行な方向
にＹ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に垂直な方向
にＸ軸をそれぞれ設定している。なお、図１では、投影
光学系ＰＬの像面に検査装置の標示板を位置決めした収
差測定時の状態を示しているが、ＦＩＡ系や斜入射方式
のオートフォーカス系を用いた位置検出時および投影露
光時には、投影光学系ＰＬの像面にウェハＷが位置決め
される。

【００４７】図１の露光装置は、露光光（照明光）を供
給するための光源１として、たとえば２４８ｎｍ（Ｋｒ
Ｆ）または１９３ｎｍ（ＡｒＦ）の波長の光を供給する
エキシマレーザー光源を備えている。光源１から射出さ
れたほぼ平行光束は、ビーム整形光学系２を介して所定
断面の光束に整形された後、干渉性低減部３に入射す
る。干渉性低減部３は、被照射面であるマスクＭ上（ひ
いてはウェハＷ上）での干渉パターンの発生を低減する
機能を有する。干渉性低減部３の詳細については、たと
えば特開昭５９−２２６３１７号公報に開示されてい
る。

【００４８】干渉性低減部３からの光束は、第１フライ
アイレンズ４を介して、その後側焦点面に多数の光源を
形成する。これらの多数の光源からの光は、振動ミラー
５で偏向された後、リレー光学系６を介して第２フライ
アイレンズ６を重畳的に照明する。ここで、振動ミラー
５は、Ｘ軸周りに回動する折り曲げミラーであって、被
照射面での干渉パターンの発生を低減する機能を有す
る。こうして、第２フライアイレンズ７の後側焦点面に
は、多数の光源からなる二次光源が形成される。この二
次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り８
により制限された後、コンデンサー光学系９を介して、
下側面に所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的
に均一照明する。

【００４９】マスクＭのパターンを透過した光束は、投
影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上に
マスクパターンの像を形成する。マスクＭは、マスクホ
ルダ（不図示）を介して、マスクステージＭＳに載置さ
れている。なお、マスクステージＭＳは、主制御系（不
図示）からの指令に基づき、マスクステージ制御部（不
図示）によって駆動される。このとき、マスクステージ
ＭＳの移動は、マスク干渉計（不図示）とマスクステー
ジＭＳに設けられた移動鏡（不図示）とにより計測され
る。

【００５０】一方、ウェハＷは、ウェハステージＷＳ上
のウェハホルダＷＨに真空チャックされている。ウェハ
ステージＷＳは、主制御系（不図示）からの指令に基づ
き、ウェハステージ制御部（不図示）によって駆動され
る。このとき、ウェハステージＷＳの移動は、ウェハ干
渉計ＷＩＦとウェハステージＷＳに設けられた移動鏡Ｗ
Ｍとにより計測される。こうして、ウェハステージＷＳ
は、Ｘ方向の移動機能、Ｙ方向の移動機能、Ｚ方向の移
動機能、Ｚ軸周りの回転機能、Ｘ軸周りのチルト機能、
およびＹ軸周りのチルト機能を有し、ウェハ干渉計ＷＩ
Ｆとウェハステージ制御部とによりナノオーダで位置制
御される。

【００５１】また、図１の露光装置は、投影光学系の光
軸ＡＸに垂直な平面すなわちＸＹ平面に沿ったウェハＷ
の位置を検出するための第１位置検出系として、オフア
クシス方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系を備
えている。このＦＩＡ系は、波長帯域幅の広い照明光を
供給するための光源として、たとえばハロゲンランプ
（不図示）を備えている。光源からの照明光は、リレー
光学系（不図示）を介して、ライトガイド２１に入射す
る。ライトガイド２１の内部を伝播した光は、コンデン
サーレンズ２２およびリレーレンズ２３を介して、ハー
フプリズム２４に入射する。

【００５２】ハーフプリズム２４で反射された照明光
は、第１対物レンズ２５および反射プリズム２６を介し
てウェハＷ上に形成された各アライメントマーク（たと
えばＸ方向のラインアンドスペースパターンおよびＹ方
向のラインアンドスペースパターン）を落射照明する。
照明された各アライメントマークからの反射光は、反射
プリズム２６および第１対物レンズ２５を介して、ハー
フプリズム２４に入射する。ハーフプリズム２４を透過
した光は、第２対物レンズ２７を介して、ハーフプリズ
ム２８に入射する。ハーフプリズム２８を透過した光は
Ｘ方向ＣＣＤ２９に達し、ハーフプリズム２８で反射さ
れた光はＹ方向ＣＣＤ３０に達する。

【００５３】ここで、Ｘ方向ＣＣＤ２９の撮像面にはＸ
方向アライメントマークの拡大像が形成され、Ｙ方向Ｃ
ＣＤ３０の撮像面にはＹ方向アライメントマークの拡大
像が形成される。こうして、Ｘ方向ＣＣＤ２９およびＹ
方向ＣＣＤ３０で得られた撮像信号を画像処理すること
によって、各アライメントマークのＸＹ平面に沿った位
置を、ひいてはウェハＷのＸＹ平面に沿った位置を検出
する。そして、検出した各アライメントマークの位置情
報に基づいて、ウェハＷのＸＹ平面に沿ったアライメン
トを行うことができる。なお、ＦＩＡ系の詳細について
は、たとえば特開平４‐６５６０３号公報や特開平４‐
２７３２４６号公報などに開示されている。

【００５４】さらに、図１の露光装置は、投影光学系の
光軸ＡＸの方向すなわちＺ方向に沿ったウェハＷの位置
を検出するための第２位置検出系として、いわゆる斜入
射方式の二次元オートフォーカス系（ＡＦ系）を備えて
いる。この斜入射方式の二次元ＡＦ系は、検出光として
波長幅の広い白色光を供給するための光源として、たと
えばハロゲンランプ（不図示）を備えている。光源から
の照明光はリレー光学系（不図示）を介して、ライトガ
イド３１に入射する。ライトガイド３１の内部を伝搬し
た光は、コンデンサーレンズ３２を介してほぼ平行光束
に変換された後、偏向プリズム３３に入射する。偏向プ
リズム３３は、コンデンサーレンズ３２からのほぼ平行
光束を、屈折作用により偏向させる。また、偏向プリズ
ム３３の射出側には、Ｘ方向に延びる細長い透過部とＸ
方向に延びる細長い遮光部とが一定のピッチで交互に設
けられた透過型格子パターンが形成されている。

【００５５】偏向プリズム３３の透過型格子パターンを
透過した光は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な光軸
に沿って配置された投射用集光レンズ３４に入射する。
投射用集光レンズ３４を介した光束は、ミラー３５およ
び投射用対物レンズ３６を介して、所要の入射角でウェ
ハＷに達する。こうして、ウェハＷ上には、二次元スリ
ット投影パターンとしての格子パターンの一次像がその
全体に亘って正確に形成される。ウェハＷで反射された
光は、受光用対物レンズ３７および振動ミラー３８を介
して、受光用集光レンズ３９に入射する。受光用集光レ
ンズ３９を介した光は、上述の偏向プリズム３３と同様
の構成を有するアオリ補正プリズム４０に入射する。

【００５６】こうして、アオリ補正プリズム４０の入射
面には、格子パターンの二次像が形成される。なお、ア
オリ補正プリズム４０の入射面には、遮光手段としての
二次元受光スリットが設けられている。アオリ補正プリ
ズム４０の射出面から射出された光は、一対のレンズで
構成されるリレー光学系４１に入射する。リレー光学系
４１を介した光は、アオリ補正プリズム４０の入射面上
に形成された格子パターンの二次像と受光スリットの開
口部との共役像を、受光部４２の受光面上に形成する。
受光面には、受光スリットの複数の開口部に光学的に対
応するように、二次元受光センサとしての複数のシリコ
ン・フォト・ダイオードが設けられている。

【００５７】なお、格子パターンが形成された偏向プリ
ズム３３の射出面とウェハＷの露光面、および二次元受
光スリットの形成されたアオリ補正プリズム４０の入射
面とウェハＷの露光面とがシャインプルーフの条件を満
たした共役関係になっている。ここで、ウェハＷが投影
光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿ってＺ方向に上下移動する
と、アオリ補正プリズム４０の入射面上に形成される格
子パターンの二次像は、ウェハＷの上下移動に対応して
パターンのピッチ方向に横ずれを起こす。

【００５８】こうして、光電顕微鏡の原理により、格子
パターンの二次像の横ずれ量を光電検出し、光電検出し
た横ずれ量に基づいて投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿っ
たウェハＷの面位置を検出する。また、二次元多点オー
トフォーカス方式にしたがって投影光学系ＰＬの光軸Ａ
Ｘに沿ったウェハＷの面位置を二次元的に検出する。そ
の結果、ウェハステージＷＳをＺ方向に移動させたり、
Ｘ軸周りおよびＹ軸周りにチルトさせることにより、投
影光学系ＰＬのフォーカス方向にウェハＷの面位置を二
次元的にアライメントすることができる。なお、光電顕
微鏡の原理の詳細については、例えば特開昭５６−４２
２０５号公報に開示されている。また、二次元多点オー
トフォーカス方式の詳細については、例えば特開平６−
９７０４５号公報に開示されている。

【００５９】上述したように、図１の露光装置では、マ
スクＭおよびウェハＷを投影光学系ＰＬに対して高精度
に位置決めして露光を行う。また、交換したマスクＭと
ウェハＷとを高精度に位置合わせして重ね露光を繰り返
す。このとき、ウェハＷの交換時には、上述のＦＩＡ系
および二次元ＡＦ系により、ウェハＷの位置検出が高精
度に行われる。そして、ウェハ干渉計ＷＩＦおよびウェ
ハステージ制御部により、ウェハＷの位置制御が高精度
に行われる。こうして、ウェハＷへの重ね露光を繰り返
すことにより、ウェハＷの各露光領域に種々のパターン
が形成される。

【００６０】本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬ
の波面収差を測定するための検査装置を備えている。図
２は、図１の検査装置の要部構成を概略的に示す図であ
って、収差測定系をその光軸に沿って展開した状態を示
す図である。以下、図１および図２を参照して、本実施
形態の検査装置の構成について説明する。本実施形態の
検査装置では、被検光学系としての投影光学系ＰＬの波
面収差の測定に際して、マスクステージＭＳ上に収差測
定用のテストマスクＴＭが設置される。テストマスクＴ
Ｍには、図３に示すように、収差測定用の円形状の開口
部１０ａがＸ方向およびＹ方向に沿って複数個（図３で
は９個）マトリックス状に形成されている。また、開口
部１０ａよりも実質的に大きな正方形状の開口部１０ｂ
が形成されている。

【００６１】また、本実施形態の検査装置は、ウェハス
テージＷＳ上においてウェハＷの露光面とほぼ同じ高さ
位置（Ｚ方向位置）に取り付けられた標示板１１を備え
ている。標示板１１は、たとえばガラス基板からなり、
投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な、ひいては後述する
収差測定系の光軸ＡＸ１に垂直な基準平面１１ａを有す
る。この基準平面１１ａ上には、図４に示すように、そ
の中央部に校正用開口部（光透過部）１１ｂが形成さ
れ、その周辺には複数組（図４では４組）のアライメン
トマーク１１ｃが形成されている。

【００６２】ここで、校正用開口部１１ｂは、投影光学
系ＰＬを介して形成されるテストマスクＴＭの開口部１
０ａの像よりも大きく設定されている。また、各組のア
ライメントマーク１１ｃは、Ｘ方向に沿って形成された
ラインアンドスペースパターンとＹ方向に沿って形成さ
れたラインアンドスペースパターンとから構成されてい
る。さらに、校正用開口部１１ｂおよび複数のアライメ
ントマーク１１ｃを除く領域には、反射面１１ｄが形成
されている。反射面１１ｄは、たとえばガラス基板にク
ロム（Ｃｒ）を蒸着することにより形成されている。

【００６３】さらに、本実施形態の検査装置は、投影光
学系ＰＬの波面収差を測定するための光学系としての収
差測定系を備えている。収差測定系では、投影光学系Ｐ
Ｌを介してその像面に形成されたテストマスクＴＭの開
口部１０ａの像からの光が、コリメートレンズ１２およ
びリレーレンズ１３を介して、マイクロフライアイ１４
に入射する。マイクロフライアイ１４は、図５に示すよ
うに、縦横に且つ稠密に配列された正方形状の正屈折力
を有する多数の微小レンズ１４ａからなる光学素子であ
る。マイクロフライアイ１４は、たとえば平行平面ガラ
ス板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成する
ことによって構成されている。

【００６４】したがって、マイクロフライアイ１４に入
射した光束は多数の微小レンズ１４ａにより二次元的に
分割され、各微小レンズ１４ａの後側焦点面の近傍には
それぞれ１つの開口部１０ａの像が形成される。換言す
ると、マイクロフライアイ１４の後側焦点面の近傍に
は、開口部１０ａの像が多数形成される。こうして形成
された多数の像は、二次元撮像素子としてのＣＣＤ１５
によって検出される。ＣＣＤ１５の出力は、信号処理ユ
ニット１９に供給される。このように、マイクロフライ
アイ１４は、投影光学系ＰＬその像面に形成されたテス
トマスクＴＭの開口部１０ａの一次像からの光を波面分
割して開口部１０ａの二次像を多数形成するための波面
分割素子を構成している。

【００６５】また、ＣＣＤ１５は、波面分割素子として
のマイクロフライアイ１４により形成された開口部１０
ａの多数の二次像を光電検出するための光電検出部を構
成している。さらに、コリメートレンズ１２、リレーレ
ンズ１３、マイクロフライアイ１４およびＣＣＤ１５
は、図１に示すように、マスクステージＭＳの内部に設
けられ、投影光学系ＰＬの波面収差を測定するための光
学系としての収差測定系を構成している。その結果、標
示板１１は、収差測定系（１２〜１５）に一体的に取り
付けられている。

【００６６】一般に、露光装置では、照明系（１〜９）
から供給される照明光の開口数（ＮＡ）が投影光学系Ｐ
Ｌの物体側開口数よりも小さく設定されている。したが
って、照明系（１〜９）を用いてテストマスクＴＭの開
口部１０ａを照明しても、開口部１０ａを介した光が不
充分な開口数で投影光学系ＰＬに入射することになる。
そこで、本実施形態の検査装置は、投影光学系ＰＬの物
体側開口数ＮＡｐ以上の開口数ＮＡｉで開口部１０ａを
照明（インコヒーレント照明）するために、図１に示す
ように、照明系（１〜９）とテストマスクＴＭとの間の
光路中に挿脱自在に配置されて光束を拡散するためのレ
モンスキン板１６を備えている。

【００６７】図６は、レモンスキン板に平行光束が入射
したときの散乱特性を示す図である。また、図７は、レ
モンスキン板を設置しないときにテストマスクへ入射す
る光束の照明ＮＡ内の輝度分布とレモンスキン板を設置
したときにテストマスクへ入射する光束の照明ＮＡ内の
輝度分布とを比較する図である。図６および図７を参照
すると、照明系（１〜９）からの光束の開口数を拡大す
るためにレモンスキン板１６を設置すると、照明光束の
輝度特性が悪化することがわかる。そこで、本実施形態
では、照明系（１〜９）の照明光路中に、たとえば二次
光源が形成される開口絞り８の近傍に挿脱自在に配置さ
れて所定の光強度分布の光束を形成するための濃度フィ
ルタ１７を備えている。

【００６８】ここで、図６に示すような正規分布形状の
散乱特性を有するレモンスキン板１６に対して、図８に
示すような逆正規分布形状の透過率分布を濃度フィルタ
１７に付与することにより、レモンスキン板１６により
悪化する照明光束の輝度特性をほぼ均一化することがで
きる。あるいは、開口絞り８に代えて輪帯状の開口部を
有する輪帯開口絞りを設置して二次光源を輪帯状に制限
することにより、図９に示すように、レモンスキン板１
６により悪化する照明光束の輝度特性をほぼ均一化する
こともできる。もちろん、濃度フィルタ１７の設置と輪
帯状の開口部を有する輪帯開口絞り８ａの設置とを併用
することもできる。

【００６９】以上のように、レモンスキン板１６および
濃度フィルタ１７（必要に応じて輪帯開口絞り８ａ）
は、照明系（１〜９）からの光束の開口数を拡大するた
めの開口数拡大手段を構成している。そして、レモンス
キン板１６は、照明系（１〜９）とテストマスクＴＭと
の間の光路中に挿脱自在に配置されて光束を拡散するた
めの拡散光学部材を構成している。また、濃度フィルタ
１７（必要に応じて輪帯開口絞り８ａ）は、レモンスキ
ン板１６により悪化する照明光束の輝度特性を均一化す
るための輝度特性均一化手段を構成している。レモンス
キン板１６の設置に代えて、テストマスクＴＭの上側面
をレモンスキン加工することもできる。

【００７０】一般に、レモンスキン板の散乱特性は、レ
モンスキン板を作る際の砥石の面あらさと、表面を酸で
化学処理する際の加工時間の差とにより、ある程度変化
させることができる。なお、レモンスキン板１６に代え
て、現在技術進歩の著しいＤＯＥ（回折光学素子：ディ
フラクティブ・オプティクス・エレメント）を使用し、
開口数の拡大された光束の照明ＮＡ内の輝度特性をほぼ
均一に維持することも可能である。ＤＯＥは、通常ガラ
スプレート上にホトリソグラフィで回折パターンを形成
することにより構成され、散乱光の輝度特性を一定角度
までほぼ均一にするような特性を有するＤＯＥも開発さ
れている。したがって、拡散光学部材としてＤＯＥを使
用する場合には、濃度フィルタ１７の設置や輪帯状の開
口部を有する輪帯開口絞り８ａの設置を省略することも
できる。なお、近年において、露光装置の照明系から供
給される照明光の開口数は大きくなる傾向にある。ここ
で、露光装置の照明系から供給される照明光の開口数が
投影光学系ＰＬの物体側開口数よりも十分に大きく設定
されている場合（例えばσ≧１である場合）には、開口
数拡大手段としてのレモンスキン板１６を用いることな
く測定を行うことも可能である。

【００７１】本実施形態では、上述したように、投影光
学系ＰＬの物体側開口数ＮＡｐ以上の開口数ＮＡｉで開
口部１０ａを照明する。この場合、図１０に示すよう
に、収差測定系のマイクロフライアイ１４の各微小レン
ズ１４ａ毎に互いに独立な多数の結像光学系が存在する
と考えることが可能である。各結像光学系は、各微小レ
ンズ１４ａの大きさに相当する波面収差の一部分の影響
を受けて開口部１０ａの像をそれぞれインコヒーレント
結像することになる。このとき、収差測定系は、図１１
に示すように、標示板１１の校正用開口部１１ｂの中央
に開口部１０ａの像１０ｉが形成されるように設定され
る。すなわち、校正用開口部１１ｂは、投影光学系ＰＬ
を介して形成される開口部１０ａの像１０ｉよりも実質
的に大きく設定されている。

【００７２】結像論から考察して、波面収差にチルト成
分（傾き成分）がある場合には、各微小レンズ１４ａを
介して形成される像が位置シフトすることは自明であ
る。すなわち、平均的な波面傾き量に対して、像の位置
ズレが発生することになる。換言すると、各結像光学系
毎に、部分的な波面傾き量に応じた像の位置ズレがそれ
ぞれ発生することになる。このときの各像の状態は、極
小ピンホールを用いて発生させた球面波に基づいて形成
される従来の点像の状態と同じである。したがって、従
来技術と同様の信号処理によって波面収差の測定が可能
となる。

【００７３】具体的には、投影光学系ＰＬに波面収差が
残存していない場合、開口部１０ａの各像の光量重心位
置は測定用の各原点位置に形成される。後述するよう
に、収差測定系に波面収差などに起因する誤差がない場
合、測定用の各原点位置は、マイクロフライアイ１４の
各微小レンズ１４ａの光軸上に設定される。実際には、
投影光学系ＰＬに波面収差が残存しているため、開口部
１０ａの各像の光量重心位置は測定用の各原点位置から
位置ずれする。したがって、本実施形態では、ＣＣＤ１
５の出力に含まれる上述の位置ずれ情報に基づいて、投
影光学系ＰＬの波面収差を測定することになる。

【００７４】ただし、本実施形態では、ＣＣＤ１５にお
いて解像可能な大きさの開口部１０ａを結像させる方式
であるため、開口部１０ａを従来のように極小ピンホー
ルとして形成して球面波を発生させる必要はない。すな
わち、従来技術では正確な球面波を発生させるために真
円度の高い極小のピンホールを形成する必要があるが、
本実施形態では開口部１０ａの形状は円形状に限定され
ることがない。また、開口部１０ａからＣＣＤ１５まで
の光路における透過率は収差測定系を構成する光学部材
の透過率に依存して決定され、極小ピンホールを用いる
従来技術の場合のような回折による輝度の劣化は起こら
ない。その結果、撮像素子であるＣＣＤ１５に対して、
極小ピンホールを用いる従来技術の場合に比して著しく
大きな照度を提供することが可能となる。

【００７５】以下、本実施形態の検査装置を用いて投影
光学系ＰＬの波面収差を測定する動作について説明す
る。本実施形態では、上述したように、収差測定系（１
２〜１５）に一体的に取り付けられた標示板１１が設け
られている。そして、標示板１１の基準平面１１ａ上に
は、クロム膜などをエッチングすることによりアライメ
ントマーク１１ｃが形成されているとともに、必要十分
な面精度で加工された反射面１１ｄが形成されている。
したがって、露光装置に搭載された前述のＦＩＡ系を用
いて、アライメントマーク１１ｃに基づいて、ＸＹ平面
に沿った標示板１１の位置を、ひいてはＸＹ平面に沿っ
た収差測定系の位置を検出することができる。

【００７６】また、露光装置に搭載された前述の斜入射
式の二次元ＡＦ系を用いて、反射面１１ｄへ斜め方向か
ら光束を入射させ反射面１１ｄで反射された光束に基づ
いて、Ｚ方向に沿った標示板１１の面位置を、ひいては
収差測定系のＺ方向位置、Ｘ軸周りの傾き、およびＹ軸
周りの傾きを検出することができる。さらに、露光装置
に搭載された前述のウェハ干渉計ＷＩＦおよびウェハス
テージ駆動部の作用により、ウェハＷと同じ程度に高精
度なアライメント（位置合わせ）および位置制御を迅速
に行うことができる。

【００７７】被検光学系である投影光学系ＰＬに対して
収差測定系がＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向などに位置ずれし
ていると、チルト成分やデフォーカス成分のような低次
の波面収差成分が大きく発生する。そこで、波面収差を
測定するために、収差測定系の位置ずれを波面収差測定
ストローク内に追い込む必要がある。さらに、波面収差
の測定精度を向上させるために、上述のような低次の波
面収差成分をできるだけ追い込んだ状態で波面収差の測
定をすることが望ましい。標示板１１を設置することに
より、収差測定系の正確で迅速な位置制御が可能にな
り、上述の追い込み動作が容易になる。その結果、投影
光学系ＰＬのフォーカス面の絶対位置計測やディストー
ションの絶対値計測精度を向上させることができる。

【００７８】具体的には、ウェハステージＷＳを駆動し
て、収差測定系を投影光学系ＰＬの露光視野領域内へ、
ひいては二次元ＡＦ系の検出視野領域内へ移動させる。
その状態で、二次元ＡＦ系を用いて、投影光学系ＰＬの
像面に対して標示板１１の基準平面１１ａを位置合わせ
する。すなわち、標示板１１の基準平面１１ａのＺ方向
に沿った位置、Ｘ軸周りの傾き、およびＹ軸周りの傾き
を検出し、基準平面１１ａが投影光学系ＰＬの像面にほ
ぼ一致するようにアライメント調整する。次に、ウェハ
ステージＷＳをＸＹ平面に沿って駆動して、収差測定系
をＦＩＡ系の検出視野領域内へ移動させる。そして、Ｆ
ＩＡ系を用いて、標示板１１上のアライメントマーク１
１ｃを位置検出することにより、収差測定系の光軸ＡＸ
１のＸＹ平面に沿った位置を検出する。

【００７９】なお、標示板１１上のアライメントマーク
１１ｃと収差測定系の光軸ＡＸ１との間の位置関係情報
は、通常のウェハアライメントと同様に、予め制御ソフ
トにデータとして認識されている。また、アライメント
マーク１１ｃが複数組あるので、ＥＧＡ（エンハンスト
・グローバル・アライメント）により、すなわち複数デ
ータの平均化効果により、さらに高精度な位置検出が可
能となる。こうして、テストマスクＴＭに設けられた複
数の開口部のうち、恣意的に選択された第１番目の開口
部１０ａの像が投影光学系ＰＬを介して形成される位置
に対して、収差測定系を初期的に位置決めする。

【００８０】すなわち、収差測定系が初期的に正確に位
置決めされた状態において、投影光学系ＰＬを介して形
成された第１番目の開口部１０ａの像の中心点と収差測
定系の光軸ＡＸ１とがＸＹ平面内において一致する。す
なわち、図１１に示すように、開口部１０ａの像１０ｉ
の中心点と標示板１１の校正用開口部１１ｂの中心点と
がＸＹ平面内において一致する。この初期状態におい
て、ＣＣＤ１５の出力に基づいて投影光学系ＰＬの波面
収差を測定する。この測定結果から、チルト成分、パワ
ー成分（デフォーカス成分）、および非点隔差成分（ア
ス成分）を求め、チルト成分からディストーションの絶
対値を、パワー成分からフォーカス面（像面）の絶対位
置を、非点隔差成分から像面隔差をそれぞれ求めること
ができる。

【００８１】次に、チルト成分およびパワー成分ができ
るだけ小さくなるように、収差測定系を微動させる。こ
のときの収差測定系のＸ方向の微動量ΔｘおよびＹ方向
の微動量Δｙに基づいてディストーションの絶対値を、
収差測定系のＺ方向の微動量Δｚに基づいてフォーカス
面の絶対位置をそれぞれ求めることもできる。こうし
て、チルト成分およびパワー成分をできるだけ小さく追
い込んだ状態で、ＣＣＤ１５の出力に基づいて投影光学
系ＰＬの波面収差を最終的に高精度に測定する。

【００８２】上述の波面収差の測定動作は、テストマス
クＴＭに設けられた残りの複数の開口部について同様に
順次行われる。このように、標示板１１を用いてテスト
マスクＴＭの第１番目の開口部に対する収差測定系の位
置設定が終了した後は、露光装置の本来の焼き付け動作
と同様に、二次元ＡＦ系で標示板１１の高さ位置を常に
位置合わせすると共に、ウェハ干渉計ＷＩＦの出力情報
に基づいてウェハステージＷＳのＸＹ平面に沿った位置
を制御して、投影光学系ＰＬの任意座標位置での波面収
差の測定（すなわちテストマスクＴＭの残りの複数の開
口部に対する波面収差の測定）を実施することができ
る。

【００８３】上述のように、本実施形態では、収差測定
系の初期的な測定結果であるチルト成分やパワー成分に
基づいて所望の値だけ収差測定系を微動させ、チルト成
分やパワー成分が小さくなるように追い込むことが可能
である。この機能により、高速な位置制御に基づく高精
度な波面収差の測定が可能になる。なお、投影光学系Ｐ
Ｌの波面収差の測定は、投影光学系ＰＬの初期的な調整
・検査時のみならず、その後の点検時にも行われる。点
検時における波面収差の測定は、露光装置の本来の目的
であるデバイスの製造を一次的に止めて行われるので、
作業の迅速性が要求される。この場合、本実施形態の位
置制御の容易性および迅速性は非常に重要な要素とな
る。

【００８４】ところで、露光装置に搭載された投影光学
系ＰＬの波面収差を正確に測定するには、収差測定系自
体で発生する波面収差などの影響をどのように処理する
かが問題となる。本実施形態の収差測定系には、コリメ
ートレンズ１２、リレーレンズ１３、マイクロフライア
イ１４、ＣＣＤ１５、ミラー（図１参照）などの光学部
材が用いられている。これらの光学部材の製造誤差は、
投影光学系ＰＬの波面収差の測定時にその測定値に上乗
せされる。収差測定系自体で発生する波面収差などの測
定値への影響を小さく抑えるには、収差測定系を構成す
る各光学部材の公差を非常に厳しく設定し、被検光学系
である投影光学系ＰＬの波面収差発生量に比して収差測
定系の波面収差発生量を十分に小さく抑える方法、ある
いは収差測定系自体で発生する波面収差などの影響を予
め把握して測定値を補正する方法が考えられる。

【００８５】本実施形態のように、被検光学系が露光装
置に搭載される投影光学系ＰＬの場合、投影光学系ＰＬ
に比して収差測定系の波面収差発生量を十分に小さく抑
えることは現実的に不可能に近い。なぜなら、露光装置
の投影光学系ＰＬに残存している波面収差量が元々非常
に小さい値に抑えられているからである。一方、収差測
定系を構成するレンズ部品やミラー部品の面精度を厳し
く設定するためには、光学材料（光学ガラス）自体の均
一性を向上させたり、面精度を測定する干渉計の絶対値
精度を向上させなければならない。

【００８６】干渉計の精度を向上させるためには、干渉
計を構成するフィゾーレンズや参照球面ミラー等の部品
レベルでの精度の向上および誤差の把握が必要となる。
面精度を向上させるための研磨機自体にも更に厳しい精
度が要求され、場合によっては部分的に面精度を補正す
る部分修正研磨技術なども適用しなければならない。こ
のように列挙していくと、収差測定系自体の波面収差発
生量を投影光学系ＰＬに比して十分に小さく抑えること
がいかに困難であるかがわかる。したがって、収差測定
系自体の波面収差発生量をある程度許容できる範囲に抑
え、収差測定系の誤差に基づいて測定値を補正するこ
と、すなわち収差測定系について自己キャリブレーショ
ンを行うことにより収差測定系自体で発生する波面収差
などの影響を補正するのが望ましいことがわかる。

【００８７】以下、図１２を参照して、本実施形態にお
ける収差測定系の自己キャリブレーションの手順を説明
する。まず、収差測定系の自己キャリブレーションに際
して、テストマスクＴＭの正方形状の開口部１０ｂ（図
３参照）の像が投影光学系ＰＬを介して形成される位置
に収差測定系を位置決めする。この状態で、照明系（１
〜９）からの照明光が、投影光学系ＰＬを介して、標示
板１１の校正用開口部１１ｂを照明することになる。こ
こで、投影光学系ＰＬを介して標示板１１上に形成され
る照明領域（開口部１０ｂの像）は、校正用開口部１１
ｂよりも実質的に大きい。

【００８８】こうして、校正用開口部１１ｂからの光
が、コリメートレンズ１２、リレーレンズ１３およびマ
イクロフライアイ１４を介して、ＣＣＤ１５の受光面上
に校正用開口部１１ｂの多数の像を形成する。設計値で
は、校正用開口部１１ｂの各像が、マイクロフライアイ
１４の各微小レンズ１４ａの光軸上に整然と並んで形成
されるはずである。しかしながら、収差測定系の波面収
差、マイクロフライアイ１４の製造誤差、ＣＣＤ１５の
受光素子の配列誤差等により、実際に測定される各開口
部像の光量重心位置は設計上仮定した理想位置から位置
ずれしてしまう。

【００８９】ここで、発生した各開口部像の位置ずれ
は、収差測定系にのみ起因するものであって、投影光学
系ＰＬの波面収差などの影響を受けていない。なぜな
ら、図１２の自己キャリブレーション状態において、投
影光学系ＰＬは、照明系と収差測定系との間の光路中に
配置された照明リレー光学系の機能を果たしているに過
ぎないからである。そこで、本実施形態では、自己キャ
リブレーションで得られた各開口部像の位置を測定用の
各原点に設定する。そして、設定した測定用の各原点に
基づいて波面収差の測定を行うことにより、収差測定系
自体が発生する波面収差などの誤差が投影光学系ＰＬの
測定結果に実質的に影響することなく、精度の高い波面
収差測定を行うことができる。なお、本実施形態では、
校正用開口部１１ｂが収差測定系に一体的に取り付けら
れた標示板１１上に形成されているので、自己キャリブ
レーション用の開口部をキャリブレーションの度に設置
する方法と比ベて、開口部の位置ずれに起因する誤差は
発生しない。

【００９０】また、被検光学系の波面収差の測定に際し
て発生する誤差として、実際に波面収差を測定する測定
時における環境と自己キャリブレーション時における環
境との違いによる誤差が考えられる。具体的には、波長
の変動に起因する誤差、温度の変動に起因する誤差、気
圧の変動に起因する誤差等が挙げられる。これらの環境
変動は、すべて収差測定系の測定誤差の原因となるが、
主に影響を受ける成分は３次収差以下の低次収差（幾何
光学でいうザイデルの５収差までの収差）である。

【００９１】ここで、波長の変動に起因する誤差、およ
び気圧の変動に起因する誤差は収差測定系に影響を与え
るが、その誤差の発生量はほぼ設計値通りであって、ソ
フト的に予想可能であると考えられる。したがって、自
己キャリブレーション時に所定の気圧および所定の波長
における誤差を測定し、測定した誤差に基づいて気圧の
変動および波長の変動に起因する誤差の変化を予測する
ことができる。具体的には、測定時における実際の気圧
および波長と自己キャリブレーション時における気圧お
よび波長との間の変動量を求め、求めた変動量および自
己キャリブレーション時における発生誤差量に基づい
て、実際の測定時における発生誤差量を求めることが可
能である。

【００９２】一方、温度の変動に起因する誤差に関して
は、自己キャリブレーション時に複数の温度条件の元で
発生する誤差を測定し、測定した複数の誤差に基づいて
温度の変動に起因する誤差の変化を予測することができ
る。具体的には、測定時における実際の温度と自己キャ
リブレーション時における複数の測定温度のうち実際の
温度に最も近い測定温度との間の変動量を求め、求めた
変動量および自己キャリブレーション時における発生誤
差量に基づいて、内挿法（あるいは外挿法）により実際
の測定時における発生誤差量を求めることが可能であ
る。

【００９３】なお、図１２の自己キャリブレーション状
態において、校正用開口部１１ｂに対するインコヒーレ
ント照明の条件を満たすために、投影光学系ＰＬの瞳に
配置された開口絞りＡＳの可変開口部の径を必要以上に
（たとえば最大限に）拡大するとともに、テストマスク
ＴＭの開口部１０ｂを投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの近傍
に設定することが望ましい。また、投影光学系ＰＬと標
示板１１との間の光路中にレモンスキン板１８のような
拡散光学部材を設置することが望ましい。

【００９４】しかしながら、事前に自己キャリブレーシ
ョンが行われており、波長や気圧や温度の変動に起因す
る誤差のみを補正したいときには、誤差量が低次収差の
みで且つ小さいことから、インコヒーレント照明の条件
を必ずしも満たす必要はない。インコヒーレント照明の
条件を満たさない場合、マイクロフライアイ１４の周辺
部の微小レンズには光が入射しないが、中央部の微小レ
ンズを介して形成される像の位置ずれに基づいて誤差の
補正が可能となる。つまり、事前に自己キャリブレーシ
ョンを行って各原点位置を求めておき、ある程度の測定
精度で随時測定可能に設定しておき、その後の実測定前
のキャリブレーションでは各原点位置にオフセットを加
えてもよい。このように、自己キャリブレーションによ
る補正方法は種々考えられるが、収差測定系自体で発生
する波面収差などの影響を補正することに変わりはな
い。

【００９５】こうして、上述の実施形態にかかる露光装
置では、自己キャリブレーションにより収差測定系（１
〜９）の誤差を測定する（誤差測定工程）。測定された
誤差は、たとえばＣＣＤ１５に接続された信号処理ユニ
ット１９（図２および図１０参照）のメモリ部に記憶さ
れる。そして、収差測定系を用いて被検光学系としての
投影光学系ＰＬの波面収差を測定し（収差測定工程）、
自己キャリブレーションで測定した誤差情報に基づい
て、投影光学系ＰＬの波面収差測定値を補正する（補正
工程）。こうして、補正された投影光学系ＰＬの波面収
差に基づいて、投影光学系ＰＬを調整する（調整工
程）。投影光学系ＰＬの調整に際して、たとえばレンズ
を微動させたり、レンズ間の圧力を制御したり、収差補
正用の光学部材を挿入したりする。

【００９６】次いで、照明系によってマスクを照明し
（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された
転写用のパターンを感光性基板に走査露光する（露光工
程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像
素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造するこ
とができる。以下、図１に示す本実施形態の露光装置を
用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パター
ンを形成することによって、マイクロデバイスとしての
半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１３のフ
ローチャートを参照して説明する。

【００９７】先ず、図１３のステップ３０１において、
１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステッ
プ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上
にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０
３において、図１に示す露光装置を用いて、マスク上の
パターンの像がその投影光学系（投影光学モジュール）
を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に
順次露光転写される。その後、ステップ３０４におい
て、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が
行われた後、ステップ３０５において、その１ロットの
ウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチング
を行うことによって、マスク上のパターンに対応する回
路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成され
る。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を
行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造され
る。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微
細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループッ
ト良く得ることができる。

【００９８】また、図１に示す露光装置では、プレート
（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電
極パターン等）を形成することによって、マイクロデバ
イスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、
図１４のフローチャートを参照して、このときの手法の
一例につき説明する。図１４において、パターン形成工
程４０１では、各実施形態の露光装置を用いてマスクの
パターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基
板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実
行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性
基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成され
る。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング
工程、レチクル剥離工程等の各工程を経ることによっ
て、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフ
ィルター形成工程４０２へ移行する。

【００９９】次に、カラーフィルター形成工程４０２で
は、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３
つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、
またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組
を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形
成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後
に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立
て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られ
た所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター
形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用い
て液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て
工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて
得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター
形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に
液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。

【０１００】その後、モジュール組み立て工程４０４に
て、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作
を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付
けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素
子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有
する液晶表示素子をスループット良く得ることができ
る。

【０１０１】なお、上述の実施形態において、１９３ｎ
ｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源や
１５７ｎｍの波長の光を供給するＦ₂レーザー光源など
を用いる場合、酸素による光吸収を回避するために、光
源から感光性基板までの光路および収差測定系中の光路
が窒素やヘリウムなどの不活性ガスで満たされることに
なる。この場合、汚れた空気に触れることにより収差測
定系中のレンズ面に曇りが発生することのないように、
たとえば不活性ガスで満たされた袋または容器に収差測
定系を収容して輸送することが好ましい。

【０１０２】また、上述の実施形態では、エキシマレー
ザー光源を備えた露光装置に本発明を適用しているが、
これに限定されることなく、図１５に示すように、たと
えば超高圧水銀ランプを光源とする露光装置に本発明を
適用することもできる。この場合、図１５に示す変形例
にかかる露光装置において、たとえばｉ線の輝線を含む
光を供給する超高圧水銀ランプ５１が、光軸ＡＸに関し
て回転対称な楕円反射面を有する楕円鏡５２の第１焦点
位置に位置決めされている。したがって、光源５１から
射出された照明光束は、楕円鏡５２の第２焦点位置に光
源像を形成する。

【０１０３】楕円鏡５２の第２焦点位置に形成された光
源像からの発散光束は、反射ミラー５３で偏向され、コ
リメートレンズ５４によりほぼ平行光束に変換された
後、波長選択フィルター（不図示）を介して、波面分割
型のオプティカルインテグレータであるフライアイレン
ズ７に入射する。以下、フライアイレンズ７以降の構成
は、図１の実施形態と同様である。なお、波長選択フィ
ルターでは、たとえばｉ線の光（３６５ｎｍ）だけが露
光光として選択される。あるいは、たとえばｇ線（４３
６ｎｍ）の光とｈ線（４０５ｎｍ）とｉ線の光とを同時
に選択することもできるし、ｇ線の光とｈ線の光とを同
時に選択することもできるし、ｈ線の光とｉ線の光とを
同時に選択することもできる。

【０１０４】さらに、上述の実施形態では、露光装置に
組み込まれた検査装置に本発明を適用しているが、図１
６に示すように、たとえばウェハステージと類似の専用
ステージを有する検査装置に本発明を適用することもで
きる。この場合、図１６に示す変形例にかかる検査装置
は、図１の露光装置の照明系と同じ構成を有する照明系
と、図１の露光装置のウェハステージと類似の構成を有
する専用ステージＳＳとを備えているが、ＦＩＡ系およ
び斜入射方式のＡＦ系を備えていない。これらのアライ
メント系に代えて、専用ステージＳＳは、そのＹ方向の
移動量を計測するための第１干渉計ＩＦ１と、Ｘ方向の
移動量を計測するための一対の第２干渉計ＩＦ２および
第３干渉計ＩＦ３とを備えている。図１６に示す変形例
にかかる検査装置では、露光装置に搭載すべき投影光学
系ＰＬや他の適当な被検光学系ＳＬの波面収差が測定さ
れる。

【０１０５】ところで、図１６に示す変形例にかかる検
査装置では、図１の露光装置の照明系と同じ構成を有す
る照明系を用いているが、図１７に示すように専用の照
明ユニットを有する検査装置に本発明を適用することも
できる。この場合、図１７に示す変形例にかかる検査装
置では、光源（不図示）からの光がライトガイド６１に
よって伝播された後、コンデンサーレンズ６２を介し
て、テストマスクＴＭの開口部を照明する。なお、ライ
トガイド６１の射出端およびコンデンサーレンズ６２
は、支持体６３によって一体的に支持されている。

【０１０６】ここで、照明ユニット（６１〜６３）は、
露光装置に搭載すべき投影光学系ＰＬや他の適当な被検
光学系ＳＬの物体側開口数以上の開口数でテストマスク
ＴＭを照明するように構成されている。なお、照明ユニ
ット（６１〜６３）がテストマスクＴＭ上に形成する照
明領域の大きさが充分でない場合には、支持体６３をＸ
Ｙ平面に沿って二次元的に移動させ、テストマスクＴＭ
の複数の開口部を順次照明しながら、投影光学系ＰＬま
たは被検光学系ＳＬの波面収差を測定することになる。

【０１０７】また、上述の実施形態では、露光装置の照
明系を用いるとともに投影光学系ＰＬを照明リレー光学
系として機能させて収差測定系の自己キャリブレーショ
ンを行っているが、図１８に示すように、図１７に示す
変形例の照明ユニットと類似の専用照明ユニットを用い
て自己キャリブレーションを行うこともできる。すなわ
ち、図１８に示す変形例では、光源（不図示）からの光
がライトガイド６１によって伝播された後、コンデンサ
ーレンズ６２を介して、標示板１１の校正用開口部１１
ｂを照明する。このとき、照明ユニット（６１，６２）
は、収差測定系の物体側開口数以上の開口数で標示板１
１を照明するように構成されている。こうして、上述の
実施形態と同様に、収差測定系の誤差を測定することが
できる。

【０１０８】ところで、図１８に示す変形例では、専用
の照明ユニットを用いて収差測定系の自己キャリブレー
ションを行っているが、図１９に示すように、図１の実
施形態の照明系と照明リレー光学系とを用いて自己キャ
リブレーションを行うこともできる。すなわち、図１９
に示す変形例では、図１の実施形態の照明系と同じ構成
を有する照明系からの光が、照明リレー光学系７１を介
して、標示板１１の校正用開口部１１ｂを照明する。こ
のとき、照明リレー光学系７１は、収差測定系の物体側
開口数以上の開口数で標示板１１を照明するように構成
されている。こうして、上述の実施形態と同様に、収差
測定系の誤差を測定することができる。

【０１０９】さらに、上述の実施形態では、標示板１１
の中央に形成された校正用開口部１１ｂの像をＣＣＤ１
５の受光面上に形成させることによって収差測定系の自
己キャリブレーションを行っているが、図２０に示すよ
うに、極小ピンホールを介して発生させた球面波に基づ
いて自己キャリブレーションを行うこともできる。すな
わち、図２０に示す変形例では、ＣＣＤ１５の受光面と
光学的に共役な位置に、極小ピンホールが形成された工
具８１を位置決めする。

【０１１０】したがって、図２０に示す変形例の場合、
ＣＣＤ１５の受光面と光学的に共役な面と標示板１１の
基準平面１１ａとの間には所定の間隙（ギャップ）が形
成されることになる。この状態で工具８１を照明する
と、その極小ピンホールから発生した球面波が、コリメ
ートレンズ１２、リレーレンズ１３、およびマイクロフ
ライアイ１４を介して、ＣＣＤ１５の受光面に極小ピン
ホールの像（集光点）を多数形成する。こうして、上述
の実施形態と同様に、収差測定系の誤差を測定すること
ができる。

【０１１１】ところで、図２１に示すように、図１の露
光装置に対して、図２０に示す変形例を適用することも
できる。この場合、収差測定系の自己キャリブレーショ
ンに際して、極小ピンホールが形成されたテストマスク
ＴＭが設置される。この状態で照明系（１〜９）がテス
トマスクＴＭを照明すると、その極小ピンホールから発
生した球面波が、投影光学系ＰＬ、コリメートレンズ１
２、リレーレンズ１３、およびマイクロフライアイ１４
を介して、ＣＣＤ１５の受光面に極小ピンホールの像
（集光点）を多数形成する。こうして、上述の実施形態
と同様に、たとえば環境の変動に起因する収差測定系の
誤差の変化などを測定することができる。

【０１１２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、被検
光学系の物体側開口数以上の開口数で被検光学系の物体
面に位置決めされた開口部を照明（インコヒーレント照
明）し、被検光学系の像面に形成された開口部の一次像
からの光を波面分割して、たとえばＣＣＤのような光電
検出部の受光面上に開口部の二次像を多数形成する方式
を採用している。その結果、本発明では、球面波を発生
させるための極小ピンホールを用いることなく、充分な
測定光量に基づいて高精度な収差測定を行うことができ
る。

【０１１３】また、本発明では、被検光学系の波面収差
を測定するための収差測定系に一体的に取り付けられた
標示板と、この標示板の位置を検出するための位置検出
系とを備えている。この標示板には、たとえばアライメ
ントマークおよび反射面が形成されているので、アライ
メントマークや反射面を利用して、収差測定系の位置を
迅速に且つ高精度に検出することができる。その結果、
本発明では、収差測定系の初期的な位置設定および位置
制御を迅速に且つ高精度に行うことができ、ひいては迅
速で且つ正確な収差測定を行うことができる。

【０１１４】さらに、本発明では、上述の標示板に校正
用の開口部が形成されているので、、この校正用開口部
を照明することにより、ＣＣＤの受光面上に多数の像が
形成される。設計値では、校正用開口部の各像が整然と
並んで形成されるはずであるが、収差測定系の波面収差
などの影響により、実際に測定される各開口部像の光量
重心位置は設計上仮定した理想位置から位置ずれしてし
まう。そこで、本発明では、上述の自己キャリブレーシ
ョンで得られた各開口部像の位置を測定用の各原点に設
定する。その結果、設定した測定用の各原点に基づいて
波面収差の測定を行うことにより、収差測定系自体が発
生する波面収差などの誤差が被検光学系の測定結果に実
質的に影響することなく、精度の高い波面収差測定を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる検査装置を備えた露
光装置の構成を概略的に示す図である。

【図２】図１の検査装置の要部構成を概略的に示す図で
あって、収差測定系をその光軸に沿って展開した状態を
示す図である。

【図３】投影光学系の波面収差の測定に際してマスクス
テージ上に設置されるテストマスクの構成を概略的に示
す図である。

【図４】収差測定系に一体的に取り付けられた標示板の
構成を概略的に示す図である。

【図５】収差測定系における波面分割素子としてのマイ
クロフライアイの構成を概略的に示す図である。

【図６】レモンスキン板に平行光束が入射したときの散
乱特性を示す図である。

【図７】レモンスキン板を設置しないときにテストマス
クへ入射する光束の照明ＮＡ内の輝度分布とレモンスキ
ン板を設置したときにテストマスクへ入射する光束の照
明ＮＡ内の輝度分布とを比較する図である。

【図８】濃度フィルタに付与された逆正規分布形状の透
過率分布を示す図である。

【図９】輪帯開口絞りを介して二次光源を輪帯状に制限
することによりレモンスキン板により悪化する照明光束
の輝度特性をほぼ均一化される様子を示す図である。

【図１０】収差測定系のマイクロフライアイの各微小レ
ンズ毎に互いに独立な多数の結像光学系が存在する様子
を示す図である。

【図１１】標示板の校正用開口部の中央にテストマスク
の開口部の像が形成されている様子を示す図である。

【図１２】本実施形態における収差測定系の自己キャリ
ブレーションの手順を説明する図である。

【図１３】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを
得る際の手法のフローチャートである。

【図１４】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得
る際の手法のフローチャートである。

【図１５】超高圧水銀ランプを光源とする露光装置に本
発明を適用した変形例を示す図である。

【図１６】図１のウェハステージと類似の専用ステージ
を有する検査装置に本発明を適用した変形例を示す図で
ある。

【図１７】専用の照明ユニットを有する検査装置に本発
明を適用した変形例を示す図である。

【図１８】図１７に示す変形例の照明ユニットと類似の
専用照明ユニットを用いて自己キャリブレーションを行
う変形例を示す図である。

【図１９】図１の実施形態の照明系と照明リレー光学系
とを用いて自己キャリブレーションを行う変形例を示す
図である。

【図２０】極小ピンホールを介して発生させた球面波に
基づいて自己キャリブレーションを行う変形例を示す図
である。

【図２１】図１の露光装置に対して図２０に示す変形例
を適用して自己キャリブレーションを行う変形例を示す
図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ ビーム整形光学系 ３ 干渉性低減部 ４，７ フライアイレンズ ５ 振動ミラー ６ リレー光学系 ８ 開口絞り ９ コンデンサー光学系 １１ 標示板 １２ コリメートレンズ １３ リレーレンズ １４ マイクロフライアイ １５ ＣＣＤ １６，１８ レモンスキン板 １７ 濃度フィルタ １９ 信号処理ユニット Ｍ マスク ＭＳ マスクステージ ＴＭ テストマスク ＰＬ 投影光学系 Ｗ ウェハ ＷＳ ウェハステージ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA45 BB27 CC20 EE01 EE08 FF04 FF67 FF69 GG04 HH13 JJ26 LL04 LL10 LL25 LL30 LL49 PP12 UU05 UU07 2G086 HH06 5F046 AA25 BA03 CB17 DA13 DB01 DC12 EA03 EA09 EB03 EC05

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検光学系の波面収差を測定するための
   検査装置において、 前記被検光学系の物体側開口数以上の開口数で前記被検
   光学系の物体面に位置決めされた開口部を照明するため
   の照明ユニットと、 前記被検光学系の像面に形成された前記開口部の一次像
   からの光を波面分割して前記開口部の二次像を多数形成
   するための波面分割素子と、 前記波面分割素子により形成された前記多数の二次像を
   光電検出するための光電検出部とを備えていることを特
   徴とする検査装置。
2. 【請求項２】 前記照明ユニットは、前記開口部に対し
   て照明光を供給するための照明系と、該照明系からの光
   束の開口数を拡大するための開口数拡大手段とを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 【請求項３】 前記開口数拡大手段は、前記照明系と前
   記被検光学系の物体面との間の光路中に挿脱自在に配置
   されて光束を拡散するための拡散光学部材を有すること
   を特徴とする請求項２に記載の検査装置。
4. 【請求項４】 前記開口数拡大手段は、前記拡散光学部
   材により悪化する照明光束の輝度特性を均一化するため
   の輝度特性均一化手段を有することを特徴とする請求項
   ３に記載の検査装置。
5. 【請求項５】 照明されたマスクのパターン像を感光性
   基板上に形成するための投影光学系を備えた露光装置に
   おいて、 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の検査装置を備
   え、 前記検査装置中の前記照明系は前記マスクを照明するこ
   とが可能であり、 前記検査装置により前記投影光学系を前記被検光学系と
   して波面収差を測定することを特徴とする露光装置。
6. 【請求項６】 被検光学系の波面収差を測定するための
   収差測定系と、 前記収差測定系に一体的に取り付けられた標示板と、 前記標示板の位置を検出するための位置検出系とを備え
   ていることを特徴とする検査装置。
7. 【請求項７】 前記位置検出系は、前記被検光学系の光
   軸に垂直な面に沿った前記収差測定系の位置を検出する
   ための第１検出系と、前記被検光学系の光軸方向に沿っ
   た前記収差測定系の位置を検出するための第２検出系と
   を有することを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
8. 【請求項８】 前記標示板は、前記収差測定系の光軸に
   垂直な基準平面を有し、該基準平面上にはアライメント
   マークおよび反射面が形成され、 前記第１検出系は、前記アライメントマークに基づいて
   前記基準平面に沿った前記収差測定系の位置を検出し、 前記第２検出系は、前記反射面へ斜め方向から光束を入
   射させ前記反射面で反射された光束に基づいて前記基準
   平面の法線方向に沿った前記収差測定系の位置を検出す
   ることを特徴とする請求項７に記載の検査装置。
9. 【請求項９】 前記標示板は、前記収差測定系の光軸に
   垂直な基準平面を有し、該基準平面上にはアライメント
   マークおよび反射面のうちの一方が形成されていること
   を特徴とする請求項６に記載の検査装置。
10. 【請求項１０】 前記被検光学系の物体側開口数以上の
    開口数で前記被検光学系の物体面に位置決めされた開口
    部を照明するための照明ユニットをさらに備え、 前記収差測定系は、前記被検光学系の像面に形成された
    前記開口部の一次像からの光を波面分割して前記開口部
    の二次像を多数形成するための波面分割素子と、該波面
    分割素子により形成された前記多数の二次像を光電検出
    するための光電検出部とを有することを特徴とする請求
    項６乃至９のいずれか１項に記載の検査装置。
11. 【請求項１１】 前記標示板は、前記収差測定系の光軸
    に垂直な基準平面を有し、 前記収差測定系は、前記被検光学系の像面に形成された
    開口部の一次像からの光を波面分割して前記開口部の二
    次像を多数形成するための波面分割素子と、該波面分割
    素子により形成された前記多数の二次像を光電検出する
    ための光電検出部とを有し、 前記基準平面は前記光電検出部の検出面と光学的にほぼ
    共役な位置に配置され、前記基準平面上には前記収差測
    定系の誤差を測定して前記収差測定系を校正するための
    校正用開口部が形成されていることを特徴とする請求項
    ６乃至１０のいずれか１項に記載の検査装置。
12. 【請求項１２】 前記校正用開口部は、前記基準平面上
    に形成される前記開口部の一次像よりも実質的に大きく
    設定されていることを特徴とする請求項１１に記載の検
    査装置。
13. 【請求項１３】 照明されたマスクのパターン像を感光
    性基板上に形成するための投影光学系を備えた露光装置
    において、 請求項６乃至１２のいずれか１項に記載の検査装置を備
    え、 前記検査装置により前記投影光学系を前記被検光学系と
    して波面収差を測定することを特徴とする露光装置。
14. 【請求項１４】 照明されたマスクのパターン像を感光
    性基板上に形成するための投影光学系を備えた露光装置
    において、 前記投影光学系を前記被検光学系として波面収差を測定
    するための請求項７または８に記載の検査装置を備え、 前記第２検出系は、前記投影光学系の光軸方向に沿った
    前記感光性基板の位置を検出することを特徴とする露光
    装置。
15. 【請求項１５】 照明されたマスクのパターン像を感光
    性基板上に形成するための投影光学系を備えた露光装置
    において、 前記投影光学系を前記被検光学系として波面収差を測定
    するための請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の
    検査装置を備え、 前記検査装置中の前記照明ユニットは前記マスクを照明
    することが可能であることを特徴とする露光装置。
16. 【請求項１６】 収差測定系を用いて被検光学系の波面
    収差を測定するための検査装置において、 前記収差測定系の誤差を測定するための誤差測定手段を
    備え、 前記誤差測定手段で測定した誤差情報に基づいて、前記
    被検光学系に関する前記収差測定系の出力を補正するこ
    とを特徴とする検査装置。
17. 【請求項１７】 前記収差測定系は、所定面からの光を
    波面分割して前記所定面の像を多数形成するための波面
    分割素子と、該波面分割素子により形成された前記多数
    の像を光電検出するための光電検出部とを有し、 前記誤差測定手段は、前記所定面の近傍に形成された校
    正用開口部を有し、前記被検光学系を介した光により前
    記校正用開口部を照明し、前記波面分割素子により形成
    された前記校正用開口部の多数の像に基づいて前記収差
    測定系の誤差を測定することを特徴とする請求項１６に
    記載の検査装置。
18. 【請求項１８】 収差測定系を用いて被検光学系の波面
    収差を測定するための検査装置において、 前記収差測定系の誤差を記憶するためのユニットを備
    え、 前記ユニットからの誤差情報に基づいて、前記被検光学
    系に関する前記収差測定系の出力を補正することを特徴
    とする検査装置。
19. 【請求項１９】 マスクを照明するための照明系と、前
    記マスクのパターン像を感光性基板上に形成するための
    投影光学系を備えた露光装置において、 請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の検査装置を
    備え、 前記検査装置により前記投影光学系を前記被検光学系と
    して波面収差を測定することを特徴とする露光装置。
20. 【請求項２０】 前記検査装置による測定結果に基づい
    て、前記投影光学系の光学特性を調整することを特徴と
    する請求項５、１３〜１５、および１９のいずれか１項
    に記載の露光装置。
21. 【請求項２１】 請求項５、１３〜１５、１９および２
    ０のいずれか１項に記載の露光装置を用いて前記マスク
    のパターンを前記感光性基板上に露光する露光工程と、
    該露光工程により露光された前記感光性基板を現像する
    現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの
    製造方法。
22. 【請求項２２】 収差測定系を用いて被検光学系の波面
    収差を測定する検査方法において、 前記収差測定系の誤差を測定する誤差測定工程と、 前記収差測定系を用いて前記被検光学系の波面収差を測
    定する収差測定工程と、 前記誤差測定工程で測定した誤差情報に基づいて、前記
    収差測定工程で得られた前記被検光学系の収差測定値を
    補正する補正工程とを含むことを特徴とする検査方法。
23. 【請求項２３】 前記誤差測定工程では、所定の環境に
    おける前記収差測定系の誤差を測定し、該測定誤差に基
    づいて前記環境の変動に起因する誤差の変化を予測する
    ことを特徴とする請求項２２に記載の検査方法。
24. 【請求項２４】 前記収差測定工程は、所定面からの光
    を波面分割して前記所定面の像を多数形成する補助工程
    と、波面分割により形成された前記多数の像を光電検出
    する補助工程とを含み、 前記誤差測定工程は、前記所定面に開口部を位置決めし
    て照明する補助工程と、前記開口部からの光を波面分割
    して多数の像を形成する補助工程と、波面分割により形
    成された前記多数の像に基づいて前記収差測定系の誤差
    を測定する補助工程とを含むことを特徴とする請求項２
    ２または２３に記載の検査方法。
25. 【請求項２５】 前記収差測定工程は、所定面からの光
    を波面分割して前記所定面の像を多数形成する補助工程
    と、波面分割により形成された前記多数の像を光電検出
    する補助工程とを含み、 前記誤差測定工程は、前記所定面またはその近傍にピン
    ホールを位置決めして照明することにより球面波を発生
    させる補助工程と、該球面波を波面分割して多数の像を
    形成する補助工程と、波面分割により形成された前記多
    数の像に基づいて前記収差測定系の誤差を測定する補助
    工程とを含むことを特徴とする請求項２２または２３に
    記載の検査方法。
26. 【請求項２６】 前記収差測定工程は、所定面からの光
    を波面分割して前記所定面の像を多数形成する補助工程
    と、波面分割により形成された前記多数の像を光電検出
    する補助工程とを含み、 前記誤差測定工程は、前記所定面近傍に位置決めされた
    校正用開口部を照明する補助工程と、該校正用開口部か
    らの光を波面分割して多数の像を形成する補助工程と、
    波面分割により形成された前記多数の像に基づいて前記
    収差測定系の誤差を測定する補助工程とを含むことを特
    徴とする請求項２２または２３に記載の検査方法。
27. 【請求項２７】 投影光学系を介してマスクのパターン
    像を感光性基板上に投影露光する露光方法において、 前記投影光学系を前記被検光学系として、前記投影光学
    系の波面収差を請求項２２乃至２６のいずれか１項に記
    載の検査方法により測定し、 前記補正工程により補正された前記投影光学系の波面収
    差に基づいて、前記投影光学系を調整する調整工程を含
    むことを特徴とする露光方法。
28. 【請求項２８】 前記誤差測定工程では、所定の気圧お
    よび所定の波長のうちの少なくとも一方における誤差を
    測定し、測定した誤差に基づいて気圧および波長のうち
    の少なくとも一方の変動に起因する誤差の変化を予測す
    ることを特徴とする請求項２７に記載の露光方法。
29. 【請求項２９】 前記誤差測定工程では、複数の温度条
    件において誤差を測定し、測定した複数の誤差に基づい
    て温度の変動に起因する誤差の変化を予測することを特
    徴とする請求項２７または２８に記載の露光方法。
30. 【請求項３０】 請求項２７乃至２９のいずれか１項に
    記載の露光方法を用いて前記マスクのパターンを前記感
    光性基板上に露光する露光工程と、該露光工程により露
    光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むこ
    とを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。