JP2002214077A - 光学特性測定方法、光学特性測定装置、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検光学系の光学特性を精度良く測定する。 【解決手段】 意図的に回転対称な波面変形を発生させ
た被検光学系（投影光学系）からの光を、波面分割して
複数の像を形成して撮像し、第１波面情報を求める（ス
テップ１１３〜１１５）。また、意図的な波面変形が除
去された被測定状態における被検光学系からの光を、波
面分割して複数の像を形成し、第２波面情報を求める
（ステップ１１６〜１１８）。そして、第１波面情報を
使用して、意図的に発生させた回転対称な波面変形の中
心軸位置、すなわち、被検光学系からの光の波面の中心
軸位置を精度良く求める（ステップ１１９）。こうして
求められた中心軸位置を使用して、被測定状態における
被検光学系の光学特性を求める（ステップ１２０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学特性測定方
法、光学特性測定装置、露光装置、光学系、及び半導体
素子に係り、より詳しくは、被検光学系の光学特性を測
定する光学特性測定方法及び光学特性測定装置、該光学
特性測定装置を備える露光装置、前記光学特性測定方法
によって光学特性が測定された光学系、並びに前記露光
装置を用いて製造された半導体素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレ
チクル（以下、「マスク」と総称する）に形成されたパ
ターン（以下、「レチクルパターン」とも呼ぶ）を投影
光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラ
スプレート等の基板（以下、適宜「基板」と総称する）
上に転写する露光装置が用いられている。こうした露光
装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の露光
装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ等の走査露光
型の露光装置が主として用いられている。

【０００３】かかる露光装置においては、レチクルに形
成されたパターンを基板に、高い解像力で、忠実に投影
する必要がある。このため、投影光学系は、諸収差が十
分に抑制された良好な光学特性を有するように設計され
ている。

【０００４】しかし、完全に設計どおりに投影光学系を
製造することは困難であり、実際に製造された投影光学
系には様々な要因に起因する諸収差が残存してしまう。
このため、実際に製造された投影光学系の光学特性は、
設計上の光学特性とは異なるものとなってしまう。

【０００５】そこで、実際に製造された投影光学系のよ
うな被検光学系の収差等の光学特性を測定するための様
々な技術が提案されている。かかる様々な提案技術の中
で、ピンホールを用いて発生させた球面波を被検光学系
に入射し、被検光学系を通過した光を平行光に変換した
後に波面分割をし、分割波面ごとにスポット像を形成
し、分割波面ごとのスポット像の形成位置に基づいて被
検光学系の波面収差を測定するシャック−ハルトマン
（Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ）方式の波面収差測定
技術が注目されている。

【０００６】こうしたシャック−ハルトマン方式を採用
する波面収差測定装置（あるいは波面測定装置）は、例
えば、入射光を波面分割して分割波面ごとにスポット像
を形成する波面分割素子として、平行光の波面と平行な
２次元平面に沿って微小なレンズが多数配列されたマイ
クロレンズアレイを採用することにより、簡単に構成す
ることができる。そして、マイクロレンズアレイが形成
した多数のスポット像をＣＣＤ等の撮像素子によって撮
像し、各スポット像の撮像波形の重心を重心法により求
めたり、各スポット像の撮像波形とテンプレート波形と
の最大相関位置を相関法により求めたりしてスポット像
位置を検出する。

【０００７】こうして検出された各スポット像の位置
は、各マイクロレンズに入射した光の波面の局所的な傾
きを表している。そこで、その波面の局所的な傾きを積
分する等の演算を行うことによって、被検光学系の波面
形状を再構成して波面収差を求めている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなシャック
−ハルトマン方式を採用する波面収差測定装置（あるい
は波面測定装置）では、通常、マイクロレンズアレイに
入射した光の波面形状をツェルニケ展開された形式で求
める。かかるツェルニケ展開された形式では、マイクロ
レンズアレイへの入射光波面の中心軸に直交する面をｒ
θ面とし、当該中心軸とｒθ面との交点を原点とする
と、波面Ｗ（ｒ，θ）は、ツェルニケ多項式をΦ
_mn（ｒ）（ｍ＝０，１，…、かつ、ｎ＝０〜ｍ（ただ
し、（ｍ−ｎ）は、０又は偶数））として、次の（１）
式のように表される。

【０００９】

【数１】

【００１０】ここで、Ａ_mn及びＢ_mnは、波面Ｗ（ｒ，
θ）の形状に応じて決まる定数である。

【００１１】上記の（１）式においては、例えば、Ａ₂₀
・Φ₂₀（ｒ）（Φ₂₀（ｒ）＝２ｒ²−１）は、回転対称
なデフォーカス成分を表しており、また、Ａ₄₀・Φ
₄₀（ｒ）（Φ₄₀（ｒ）＝６ｒ⁴−６ｒ²＋１）は、球面収
差成分を表している。また、Ａ₃₁・Φ₃₁（ｒ）（Φ₃₁＝
３ｒ³−２ｒ²）及びＡ₃₃Φ₃₃（ｒ）（Φ₃₃＝ｒ³）は、
コマ収差成分を示している。

【００１２】以上のような波面Ｗ（ｒ，θ）の測定結果
によって被検光学系の諸収差を精度良く求めることがで
きるためには、被検光学系からの光の波面の中心軸と撮
像面との交点位置（以下、「波面の中心位置」という）
を、精度良くツェルニケ展開における原点とできること
が前提となっている。この原点合わせがずれると、例え
ば半径ｒの４次式で表される球面収差成分のみが波面に
含まれているときであっても、半径ｒの３次式で表され
るコマ収差成分等の４次よりも低次の成分が波面に含ま
れているとの測定結果となってしまう。

【００１３】ところで、撮像面における波面の中心を求
める場合に、従来の波面収差測定装置（あるいは波面測
定装置）では、一般的に、撮像面に形成された多数のス
ポット像の内で、ピークレベルが所定の閾値以上となっ
ているスポット像分布の重心を波面の中心位置として求
める２値化重心法が使用されている。この２値化重心法
では量子化誤差が１マイクロレンズアレイの１／１０程
度となるので、現状で求められている波面測定精度から
みると、十分な精度で波面中心の測定をしているとはい
えなかった。この結果、被検光学系の波面収差について
も十分な精度で測定されているとはいえなかった。

【００１４】本発明は、かかる事情のもとでなされたも
のであり、その第１の目的は、被検光学系の光学特性を
精度良く測定することができる光学特性測定方法及び光
学特性測定装置を提供することにある。

【００１５】また、本発明の第２の目的は、所定のパタ
ーンを基板に精度良く転写することができる露光装置を
提供することにある。

【００１６】また、本発明の第３の目的は、光学特性が
精度良く測定された光学系を提供することにある。

【００１７】また、本発明の第４の目的は、微細パター
ンが精度良く形成された半導体素子を提供することにあ
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の光学特性
測定方法は、被検光学系（ＰＬ）の光学特性を測定する
光学特性測定方法であって、前記被検光学系からの光に
回転対称な波面変形を発生させる波面変形工程と；前記
回転対称な波面変形が発生している光を波面分割し、複
数の像を形成して撮像し、第１撮像結果を得る第１撮像
工程と；前記被検光学系からの光に前記回転対称な波面
変形がない被測定状態とする波面変形除去工程と；前記
被測定状態における前記被検光学系からの光を波面分割
し、複数の像を形成して撮像し、第２撮像結果を得る第
２撮像工程と；前記第１撮像結果及び前記第２撮像結果
に基づいて、前記被測定状態における前記被検光学系の
光学特性を求める光学特性算出工程と；を含む光学特性
測定方法である。

【００１９】これによれば、波面変形工程において回転
対称な波面変形を意図的に発生させた被検光学系からの
光を、第１撮像工程において、波面分割して複数の像を
形成して撮像し、第１撮像結果を得る。こうして得られ
た第１撮像結果には、波面の中心軸に関する情報が内包
されている。また、波面変形除去工程において回転対称
な波面変形が除去された被検光学系からの光を、第２撮
像工程において、波面分割して複数の像を形成して撮像
し、第２撮像結果を得る。

【００２０】そして、光学特性算出工程において、第１
撮像結果及び第２撮像結果に基づき、波面の中心軸位置
の情報を考慮しつつ、被測定状態における被検光学系の
光学特性を求める。したがって、被測定状態における被
検光学系の光学特性を精度良く測定することができる。

【００２１】本発明の第１の光学特性測定方法では、前
記光学特性算出工程が、前記第１撮像結果のみを用い
て、第１波面情報を求める第１波面情報算出工程と；前
記第１波面情報を使用して、前記回転対称な波面変形の
中心軸位置を求める中心位置算出工程と；を含むことが
できる。

【００２２】ここで、前記光学特性算出工程が、前記第
２撮像結果を用いて、第２波面情報を求める第２波面情
報算出工程を更に含み、前記中心位置算出工程におい
て、前記第１波面情報と前記第２波面情報との差に基づ
いて、前記中心軸位置を求めることができる。

【００２３】本発明の第２の光学特性測定方法は、被検
光学系（ＰＬ）の光学特性を測定する光学特性測定方法
であって、前記被検光学系からの光を波面分割し、複数
の像を形成して撮像し、第１撮像結果を得る第１撮像工
程と；前記被検光学系からの光に回転対称な波面変形を
発生させる波面変形工程と；前記回転対称な波面変形が
発生している光を波面分割し、複数の像を形成して撮像
し、第２撮像結果を得る第２撮像工程と；前記第１撮像
結果及び前記第２撮像結果に基づいて、前記被検光学系
の光学特性を求める光学特性算出工程と；を含む光学特
性測定方法である。

【００２４】これによれば、第２撮像工程において、被
検光学系からの光を波面分割して複数の像を形成し、そ
れらの像を撮像して第２撮像結果を得る。また、波面変
形工程において回転対称な波面変形を意図的に発生させ
た被検光学系からの光を、第２撮像工程において、波面
分割して複数の像を形成して撮像し、第２撮像結果を得
る。こうして得られた第２撮像結果には、波面の中心軸
に関する情報が内包されている。

【００２５】そして、光学特性算出工程において、第１
撮像結果及び第２撮像結果に基づき、波面の中心軸位置
の情報を考慮しつつ、被測定状態における被検光学系の
光学特性を求める。したがって、被測定状態における被
検光学系の光学特性を精度良く測定することができる。

【００２６】本発明の第２の光学特性測定方法では、前
記光学特性算出工程が、前記第２撮像結果のみを用い
て、第２波面情報を求める第２波面情報算出工程と；前
記第２波面情報を使用して、前記回転対称な波面変形の
中心軸位置を求める中心位置算出工程と；を含むことが
できる。

【００２７】ここで、前記光学特性算出工程が、前記第
１撮像結果を用いて、第１波面情報を求める第１波面情
報算出工程を更に含み、前記中心位置算出工程におい
て、前記第２波面情報と前記第１波面情報との差に基づ
いて、前記中心軸位置を求めることができる。

【００２８】また、本発明の第１及び第２の光学特性測
定方法では、前記回転対称な波面変形を、デフォーカス
成分及び球面収差成分の少なくとも一方を含むものとす
ることができる。

【００２９】また、本発明の第１及び第２の光学特性測
定方法では、前記被検光学系が光軸に沿って並べられた
複数のレンズ要素を有するとき、前記被検光学系におけ
る前記回転対称な波面変形の発生を、前記複数のレンズ
要素のうちの少なくとも２つのレンズ要素間の距離、及
び、前記被検光学系と前記被検光学系からの光を波面分
割して複数の像を形成する波面分割素子を有する測定光
学系との光学的距離の少なくとも一方を調整することに
より行うことができる。

【００３０】また、本発明の第１及び第２の光学特性測
定方法では、前記光学特性を波面収差とすることができ
る。

【００３１】本発明の光学測定装置は、被検光学系（Ｐ
Ｌ）の光学特性を測定する光学特性測定装置であって、
前記被検光学系からの光に回転対称な波面変形を発生さ
せる波面変形装置（５１，２４）と；前記被検光学系か
らの光を波面分割し、複数の像を形成する波面分割素子
（９４）を含む測定光学系（９９）と；前記複数の像を
撮像する撮像装置（９５）と；前記撮像装置の撮像結果
から波面情報を算出する波面情報算出装置（３２）と；
前記波面情報に基づいて、前記波面変形装置による回転
対称な波面変形の中心軸位置を算出する中心位置算出装
置（３３）と；前記被検光学系の光学特性を、前記中心
軸位置を使用して算出する光学特性算出装置（３４）
と；を備える光学特性測定装置である。

【００３２】これによれば、波面変形装置が被検光学系
からの光に回転対称な波面変形を発生させた状態や発生
させない状態で、測定光学系が、被検光学系からの光を
波面分割し、複数の像を形成する。引き続き、撮像装置
が当該複数の像を撮像することにより、様々な波面変形
の状態における撮像結果が得られる。

【００３３】そして、中心位置算出装置が、得られた波
面情報を使用して、波面の中心軸位置を算出する。引き
続き、光学特性算出装置が、中心軸位置を使用して、被
検光学系の光学特性を算出する。

【００３４】すなわち、本発明の光学特性測定装置は、
上述の本発明の第１又は第２の光学特性測定方法を使用
して、被検光学系の光学特性を測定する。したがって、
被測定状態における被検光学系の光学特性を精度良く測
定することができる。

【００３５】本発明の光学特性測定装置では、前記波面
の中心軸位置を、前記波面変形装置により回転対称な波
面変形が発生している前記被検光学系からの光に関する
第１波面情報を使用して算出した、前記波面変形装置に
よる回転対称な波面変形の中心軸位置とすることができ
る。

【００３６】ここで、本発明の光学特性測定装置では、
前記中心位置算出装置が、前記被測定状態における前記
被検光学系からの光に関する第２波面情報を更に使用
し、前記第１波面情報と前記第２波面情報との差に基づ
いて、前記中心軸位置を求める構成とすることができ
る。

【００３７】本発明の光学特性測定装置では、前記波面
分割素子を、レンズ要素（９４ａ）がマトリクス状に配
列されたマイクロレンズアレイ（９４）とする構成とす
ることができる。

【００３８】また、本発明の光学特性測定装置では、前
記被検光学系が光軸に沿って並べられた複数のレンズ要
素を有するとき、前記波面変形装置が、前記複数のレン
ズ要素のうちの少なくとも２つのレンズ要素間の距離、
及び、前記被検光学系と前記測定光学系との光学的距離
の少なくとも一方を調整する構成とすることができる。

【００３９】本発明の露光装置は、露光光を基板（Ｗ）
に照射することにより、所定のパターンを前記基板に転
写する露光装置であって、露光光の光路上に配置された
投影光学系（ＰＬ）を有する露光装置本体（６０）と；
前記投影光学系を被検光学系とする本発明の光学特性測
定装置（７０）と；を備える露光装置である。

【００４０】本発明の光学系は、本発明の光学特性測定
方法を用いて光学特性が測定された光学系である。

【００４１】本発明の半導体素子は、本発明の露光装置
を用いて製造された半導体素子である。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
１〜図９を参照して説明する。

【００４３】図１には、本発明の一実施形態に係る露光
装置１００の概略構成が示されている。この露光装置１
００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装
置である。この露光装置１００は、露光装置本体６０
と、光学特性測定装置としての波面収差測定装置７０と
を備えている。

【００４４】前記露光装置本体６０は、照明系１０、レ
チクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、被検光学
系としての投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハＷが搭
載されるウエハステージＷＳＴ、アライメント系ＡＳ、
レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位
置及び姿勢を制御するステージ制御系１９、並びに装置
全体を統括制御する主制御系２０等を備えている。

【００４５】前記照明系１０は、光源、フライアイレン
ズ等からなる照度均一化光学系、リレーレンズ、可変Ｎ
Ｄフィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイック
ミラー等（いずれも不図示）を含んで構成されている。
こうした照明系の構成は、例えば、特開平１０−１１２
４３３号公報に開示されている。この照明系１０では、
回路パターン等が描かれたレチクルＲ上のレチクルブラ
インドで規定されたスリット状の照明領域部分を照明光
ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。

【００４６】前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチク
ルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチク
ルステージＲＳＴは、ここでは、２次元リニアアクチュ
エータから成る不図示のレチクルステージ駆動部によっ
て、レチクルＲの位置決めのため、照明系１０の光軸
（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直な
ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査
方向（ここではＹ方向とする）に指定された走査速度で
駆動可能となっている。さらに、本実施形態では上記２
次元リニアアクチュエータはＺ駆動用アクチュエータも
含んでいるため、Ｚ方向にも微小駆動可能となってい
る。

【００４７】レチクルステージＲＳＴのステージ移動面
内の位置はレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干
渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、例
えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レ
チクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置
情報（又は速度情報）はステージ制御系１９を介して主
制御系２０に送られ、主制御系２０は、この位置情報
（又は速度情報）に基づき、ステージ制御系１９及びレ
チクルステージ駆動部（図示省略）を介してレチクルス
テージＲＳＴを駆動する。

【００４８】なお、不図示のレチクルアライメント系に
より所定の基準位置にレチクルＲが精度良く位置決めさ
れるように、レチクルステージＲＳＴの初期位置が決定
されるため、移動鏡１５の位置をレチクル干渉計１６で
測定するだけでレチクルＲの位置を十分高精度に測定し
たことになる。

【００４９】前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージ
ＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの
方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとして
は、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、共通
のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する不図示の複数のレンズエ
レメントから構成されている。また、この投影光学系Ｐ
Ｌとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／
６などのものが使用されている。このため、上述のよう
にして、照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ上の照
明領域が照明されると、そのレチクルＲに形成されたパ
ターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小され
た像（部分倒立像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布
されたウエハＷ上のスリット状の露光領域に投影され転
写される。

【００５０】なお、本実施形態では、上記の複数のレン
ズエレメントのうち、特定のレンズエレメント（例え
ば、所定の５つのレンズエレメント）がそれぞれ独立に
移動可能となっている。かかるレンズエレメントの移動
は、特定レンズエレメントを支持するレンズ支持部材を
支持し、鏡筒部と連結する、特定レンズごとに設けられ
た３個のピエゾ素子等の駆動素子によって行われるよう
になっている。すなわち、特定レンズエレメントを、そ
れぞれ独立に、各駆動素子の変位量に応じて光軸ＡＸに
沿って平行移動させることもできるし、光軸ＡＸと垂直
な平面に対して所望の傾斜を与えることもできるように
なっている。そして、これらの駆動素子に与えられる駆
動指示信号が、主制御系２０からの指令ＭＣＤに基づい
て、波面変形装置としての結像特性補正コントローラ５
１によって制御され、これによって各駆動素子の変位量
が制御されるようになっている。

【００５１】こうして構成された投影光学系ＰＬでは、
主制御系２０による結像特性補正コントローラ５１を介
したレンズエレメントの移動制御により、ディストーシ
ョン、像面湾曲、非点収差、コマ収差、又は球面収差等
の光学特性が調整可能となっている。

【００５２】前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系
ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置さ
れ、このウエハステージＷＳＴ上には、ウエハホルダ２
５が載置されている。このウエハホルダ２５上にウエハ
Ｗが例えば真空吸着等によって固定されている。ウエハ
ホルダ２５は不図示の駆動部により、投影光学系ＰＬの
光軸直交面に対し、任意方向に傾斜可能で、かつ投影光
学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）にも微動可能に構成
されている。また、このウエハホルダ２５は光軸ＡＸ回
りの微小回転動作も可能になっている。

【００５３】また、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向側
には、後述する波面センサ９０を着脱可能とするための
ブラケット構造が形成されている。

【００５４】ウエハステージＷＳＴは走査方向（Ｙ方
向）の移動のみならず、ウエハＷ上の複数のショット領
域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させることが
できるように、走査方向に垂直な方向（Ｘ方向）にも移
動可能に構成されており、ウエハＷ上の各ショット領域
を走査（スキャン）露光する動作と、次のショットの露
光開始位置まで移動する動作とを繰り返すステップ・ア
ンド・スキャン動作を行う。このウエハステージＷＳＴ
はモータ等を含むウエハステージ駆動部２４によりＸＹ
２次元方向に駆動される。

【００５５】ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位
置はウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」とい
う）１８によって、移動鏡１７を介して、例えば０．５
〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハス
テージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）はステージ制
御系１９を介して主制御系２０に送られ、主制御系２０
は、この位置情報（又は速度情報）に基づき、ステージ
制御系１９及びウエハステージ駆動部２４を介してウエ
ハステージＷＳＴの駆動制御を行う。

【００５６】前記アライメント系ＡＳは、投影光学系Ｐ
Ｌの側面に配置され、本実施形態では、ウエハＷ上に形
成されたストリートラインや位置検出用マーク（ファイ
ンアライメントマーク）を観測する結像アライメントセ
ンサから成るオフ・アクシス方式の顕微鏡が用いられて
いる。このアライメント系ＡＳの詳細な構成は、例えば
特開平９−２１９３５４号公報に開示されている。アラ
イメント系ＡＳによる観測結果は、主制御系２０に供給
される。

【００５７】更に、図１の装置には、ウエハＷ表面の露
光領域内部及びその近傍の領域のＺ方向（光軸ＡＸ方
向）の位置を検出するための斜入射光式のフォーカス検
出系（焦点検出系）の一つである、多点フォーカス位置
検出系（２１，２２）が設けられている。この多点フォ
ーカス位置検出系（２１，２２）は、光ファイバ束、集
光レンズ、パターン形成板、レンズ、ミラー、及び照射
対物レンズ（いずれも不図示）から成る照射光学系２１
と、集光対物レンズ、回転方向振動板、結像レンズ、受
光用スリット板、及び多数のフォトセンサを有する受光
器（いずれも不図示）から成る受光光学系２２とから構
成されている。この多点フォーカス位置検出系（２１，
２２）の詳細な構成等については、例えば特開平６−２
８３４０３号公報に開示されている。多点フォーカス位
置検出系（２１，２２）による検出結果は、ステージ制
御系１９に供給される。

【００５８】前記波面収差測定装置７０は、波面センサ
９０と、波面データ処理装置８０とから構成されてい
る。

【００５９】前記波面センサ９０は、図２に示されるよ
うに、標示板９１、測定光学系９９、撮像装置としての
ＣＣＤ９５、並びに、測定光学系９９及びＣＣＤ９５を
収納する収納部材９７を備えている。

【００６０】前記標示板９１は、例えばガラス基板を基
材とし、ウエハホルダ２５に固定されたウエハＷの表面
と同じ高さ位置（Ｚ方向位置）に、光軸ＡＸ１と直交す
るように配置されている（図１参照）。この標示板９１
の表面には、図３に示されるように、その中央部に開口
９１ａが形成されている。また、標示板９１の表面にお
ける開口９１ａの周辺には、３組以上（図３では、４
組）の２次元位置検出用マーク９１ｂが形成されてい
る。この２次元位置検出用マーク９１ｂとしては、本実
施形態では、Ｘ方向に沿って形成されたラインアンドス
ペースマーク９１ｃと、Ｙ方向に沿って形成されたライ
ンアンドスペースマーク９１ｄとの組合せが採用されて
いる。なお、ラインアンドスペースマーク９１ｃ，９１
ｄは、上述のアライメント系ＡＳによって観察可能とな
っている。また、開口９１ａ及び２次元位置検出用マー
ク９１ｂを除く標示板９１の表面は反射面加工がなされ
ている。かかる反射面加工は、例えば、ガラス基板にク
ロム（Ｃｒ）を蒸着することによって行われている。

【００６１】図２に戻り、前記測定光学系９９は、初段
レンズ要素としてのコリメータレンズ９２、レンズ９３
ａ及びレンズ９３ｂから成るリレーレンズ系９３、並び
に波面分割素子としてのマイクロレンズアレイ９４を備
えており、この順序で光軸ＡＸ１上に配置されている。
また、測定光学系９９は、波面センサ９０に入射した光
の光路を設定するミラー９６ａ，９６ｂ，９６ｃを更に
備えている。

【００６２】前記コリメータレンズ９２は、開口９１ａ
を通って入射した光を平面波に変換する。

【００６３】前記マイクロレンズアレイ９４は、図４
（Ａ）、（Ｂ）に総合的に示されるように、マトリクス
状に正の屈折力を有する正方形状の多数のマイクロレン
ズ９４ａが稠密に配列されたものである。ここで、各マ
イクロレンズ９４ａの光軸は互いにほぼ平行となってい
る。なお、図４（Ａ）、（Ｂ）においては、マイクロレ
ンズ９４ａが７×７のマトリクス状に配列されたもの
が、一例として示されている。マイクロレンズ９４ａ
は、正方形状に限らず長方形状であってもよく、また、
マイクロレンズ９４ａは、全てが同一形状でなくともよ
い。また、マイクロレンズアレイ９４におけるマイクロ
レンズ９４ａの配列は、不等ピッチ配列でもよいし、ま
た、斜め並び配列であってもよい。

【００６４】こうしたマイクロレンズアレイ９４は、平
行平面ガラス板にエッチング処理を施すことにより作成
される。マイクロレンズアレイ９４は、リレーレンズ系
９３を介した光を入射したマイクロレンズ９４ａごと
に、開口９１ａの像をそれぞれ異なる位置に結像する。

【００６５】図２に戻り、前記ＣＣＤ９５は、マイクロ
レンズアレイ９４の各マイクロレンズ９４ａによって開
口９１ａに形成された後述するピンホールパターンの像
が結像される結像面、すなわち、測定光学系９９におけ
る開口９１ａの形成面の共役面に受光面を有し、その受
光面に結像された多数のピンホールの像を撮像する。こ
の撮像結果は、撮像データＩＭＤとして波面データ処理
装置８０に供給される。

【００６６】前記収納部材９７は、その内部に、コリメ
ータレンズ９２、リレーレンズ系９３、マイクロレンズ
アレイ９４、及びＣＣＤ９５をそれぞれ支持する不図示
の支持部材を有している。なお、ミラー９６ａ，９６
ｂ，９６ｃは、収納部材９７の内面に取り付けられてい
る。また、前記収納部材９７の外形は、上述したウエハ
ステージＷＳＴのブラケット構造と嵌合する形状となっ
ており、ウエハステージＷＳＴに対して着脱自在となっ
ている。

【００６７】前記波面データ処理装置８０は、図５に示
されるように、主制御装置３０と記憶装置４０とを備え
ている。主制御装置３０は、（ａ）主制御系２０からの
測定指示ＳＭＤに応じて、波面データ処理装置８０の動
作全体を制御して波面データ処理を行うとともに、波面
測定結果データＷＦＡを主制御系２０へ供給する制御装
置３９と、（ｂ）波面センサ９０からの撮像データＩＭ
Ｄを収集する撮像データ収集装置３１と、（ｃ）像デー
タに基づいて、マイクロレンズアレイ９４への入射光の
波面情報を算出する波面算出装置３２と、（ｄ）算出さ
れた波面情報に基づいて、波面の中心位置（すなわち、
波面の中心軸位置）を算出する中心位置算出装置３３
と、（ｅ）波面の中心位置を使用して、投影光学系ＰＬ
の波面収差を算出する波面収差算出装置３４とを含んで
いる。

【００６８】また、記憶装置４０は、（ａ）撮像データ
を格納する撮像データ格納領域４１と、（ｂ）波面情報
を格納する波面情報格納領域４２と、（ｃ）中心位置デ
ータを格納する中心位置格納領域４３と、（ｅ）波面収
差データを格納する波面収差格納領域４４とを有してい
る。

【００６９】なお、図５においては、データの流れが実
線矢印で示され、また、制御の流れが点線矢印で示され
ている。

【００７０】本実施形態では、主制御装置３０を上記の
ように、各種の装置を組み合わせて構成したが、主制御
装置３０を計算機システムとして構成し、主制御装置３
０を構成する上記の各装置の機能を主制御装置３０に内
蔵されたプログラムによって実現することも可能であ
る。

【００７１】以下、本実施形態の露光装置１００による
露光動作を、図６に示されるフローチャートに沿って、
適宜他の図面を参照しながら説明する。

【００７２】なお、以下の動作の前提として、波面セン
サ９０はウエハステージＷＳＴに装着されており、ま
た、波面データ処理装置８０と主制御系２０とが接続さ
れているものとする。

【００７３】また、ウエハステージに装着された波面セ
ンサ９０の標示板９１の開口９１ａとウエハステージＷ
ＳＴとの位置関係は、２次元位置マーク９１ｂをアライ
メント系ＡＳで観察することにより、正確に求められて
いるものとする。すなわち、ウエハ干渉計１８から出力
される位置情報（速度情報）に基づいて、開口９１ａの
ＸＹ位置が正確に検出でき、かつ、ウエハステージ駆動
部２４を介してウエハステージＷＳＴを移動制御するこ
とにより、開口９１ａを所望のＸＹ位置に精度良く位置
決めできるものとする。なお、本実施形態では、開口９
１ａとウエハステージＷＳＴとの位置関係は、アライメ
ント系ＡＳによる４つの２次元位置マーク９１ｂの位置
の検出結果に基づいて、特開昭６１−４４４２９号公報
等に開示されているいわゆるエンハンストグローバルア
ライメント（以下、「ＥＧＡ」という）等の統計的な手
法を用いて正確に検出される。

【００７４】図６に示される処理では、まず、サブルー
チン１０１において、投影光学系ＰＬの波面収差が測定
される。この波面収差の測定では、図７に示されるよう
に、まず、ステップ１１１において、不図示のレチクル
ローダにより、図８に示される波面収差測定用の測定用
レチクルＲＴがレチクルステージＲＳＴにロードされ
る。測定用レチクルＲＴには、図８に示されるように、
複数個（図８では、９個）のピンホールパターンＰＨ₁
〜ＰＨ_N（図８では、Ｎ＝９）がＸ方向及びＹ方向に沿
ってマトリクス状に形成されている。なお、ピンホール
パターンＰＨ₁〜ＰＨ_Nは、図８において点線で示される
スリット状の照明領域の大きさの領域内に形成されてい
る。

【００７５】引き続き、ウエハステージＷＳＴ上に配置
された不図示の基準マーク板を使用したレチクルアライ
メントや、更にアライメント系ＡＳを使用したベースラ
イン量の測定等が行われる。そして、収差測定が行われ
る最初のピンホールパターンＰＨ₁が投影光学系ＰＬの
光軸ＡＸ上に位置するように、レチクルステージＲＳＴ
を移動させる。かかる移動は、主制御系２０が、レチク
ル干渉計１６が検出したレチクルステージＲＳＴの位置
情報（速度情報）に基づいて、ステージ制御系１９を介
してレチクル駆動部を制御することにより行われる。

【００７６】図７に戻り、次に、ステップ１１２におい
て、波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａが、ピン
ホールパターンＰＨ₁の投影光学系ＰＬに関する共役位
置（ピンホールパターンＰＨ₁の場合には、光軸ＡＸ
上）に一致するようにウエハステージＷＳＴを移動させ
る。かかる移動は、主制御系２０が、ウエハ干渉計１８
が検出したウエハステージＷＳＴの位置情報（速度情
報）に基づいて、ステージ制御系１９を介してウエハス
テージ駆動部２４を制御することにより行われる。この
際、主制御系２０は、多点フォーカス位置検出系（２
１，２２）の検出結果に基づいて、ピンホールパターン
ＰＨ₁のピンホール像が結像される像面に波面センサ９
０の標示板９１の上面を一致させるべく、ウエハステー
ジ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向
に微少駆動する。

【００７７】引き続き、ステップ１１３において、主制
御系２０が、結像特性補正コントローラ５１を介した投
影光学系ＰＬのレンズエレメントを移動制御して、投影
光学系ＰＬに意図的な球面収差を発生させる。

【００７８】以上のようにして、最初のピンホールパタ
ーンＰＨ₁を通り、意図的な球面収差が発生した投影光
学系ＰＬを介した光の波面を測定するための光学的な各
装置の配置が終了する。こうした、光学的配置につい
て、波面センサ９０の光軸ＡＸ１及び投影光学系ＰＬの
光軸ＡＸに沿って展開したものが、図９に示されてい
る。

【００７９】波面センサ９０の光軸ＡＸ１と投影光学系
ＰＬの光軸ＡＸとを一致させるべく、上述のステップ１
１２において波面センサ９０の位置決めをしたが、実際
には、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸとを完全に一致させること
はできない。図９には、こうした光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ
とが僅かではあるがずれた状態が示されている。

【００８０】こうした光学配置において、照明系１０か
ら照明光ＩＬが射出されると、測定用レチクルＲＴの最
初のピンホールパターンＰＨ₁に到達した光が、ほぼ球
面波としてピンホールパターンＰＨ₁から出射する。そ
して、投影光学系ＰＬを介した後、波面センサ９０の標
示板９１の開口９１ａに集光される。なお、最初のピン
ホールパターンＰＨ₁以外のピンホールパターンＰＨ₂〜
ＰＨ_Nを通過した光は、開口パターン９１ａには到達し
ない。こうして開口９１ａに集光された光の波面は、ほ
ぼ球面ではあるが、投影光学系ＰＬの波面収差を含んだ
ものとなっている。

【００８１】開口９１ａを通過した光は、コリメータレ
ンズ９２により平面波化され、さらにリレーレンズ系９
３を介した後、マイクロレンズアレイ９４に入射する。
ここで、マイクロレンズアレイ９４に入射する光の波面
は、投影光学系ＰＬの波面収差を反映したものとなって
いる。すなわち、投影光学系ＰＬに波面収差が無い場合
には、その波面ＷＦは、図９において点線で示されるよ
うに、光軸ＡＸ１と直交する平面となるが、上述のよう
に意図的な球面収差が発生している投影光学系ＰＬの波
面ＷＦ’は、図９において二点鎖線で示されるように曲
面となり、各波面位置ごとに、意図的な球面収差に投影
光学系ＰＬが元々有している収差を加えた、この時点で
の収差に応じた傾きを有することになる。なお、意図的
な球面収差に応じた波面の変形は、投影光学系ＰＬの光
軸を中心軸として回転対称な形状を有することになる。

【００８２】マイクロレンズアレイ９４は、各マイクロ
レンズ９４ａごとに、開口９１ａの像を、標示板９１の
共役面すなわちＣＣＤ９５の撮像面に結像される。マイ
クロレンズ９４ａに入射した光の波面が光軸ＡＸ１と直
交する場合には、そのマイクロレンズ９４ａの光軸と撮
像面の交点を中心とするスポット像が、撮像面に結像さ
れる。また、マイクロレンズ９４ａに入射した光の波面
が傾いている場合には、その傾き量に応じた距離だけ、
そのマイクロレンズ９４ａの光軸と撮像面の交点からず
れた点を中心とするスポット像が撮像面に結像される。

【００８３】図７に戻り、次いで、ステップ１１４にお
いて、ＣＣＤ９５により、その撮像面に形成された像の
撮像を行う。この撮像により得られた撮像データＩＭＤ
は、波面データ処理装置８０に供給される。波面データ
処理装置８０では、撮像データ収集装置３１が撮像デー
タＩＭＤを収集し、撮像データ格納領域４１に収集した
撮像データを格納する。

【００８４】次に、ステップ１１５において、波面算出
装置３２が、撮像データ格納領域４１から撮像データを
読み出し、意図的に球面収差を投影光学系ＰＬに発生さ
せたときの波面情報として、各マイクロレンズ９４ａ位
置（Ｘ，Ｙ）における波面位置ＷＡ（Ｘ，Ｙ）を算出す
る。かかる波面位置ＷＡ（Ｘ，Ｙ）の算出にあたって、
波面算出装置３２は、まず、各スポット像位置を検出す
る。こうしたスポット像位置の検出は、例えば重心法や
相関法を使用して行われる。引き続き、波面算出装置３
２は、波面に傾きが存在しないときに期待される各スポ
ット像位置と、検出されたスポット像位置の差から、各
マイクロレンズ９４ａ位置における波面の傾きを算出す
る。そして、波面算出装置３２は、波面の傾きを積分す
ることにより、波面位置ＷＡ（Ｘ，Ｙ）を算出する。

【００８５】波面算出装置３２は、こうして求められた
波面位置ＷＡ（Ｘ，Ｙ）を波面形状格納領域４２に格納
する。

【００８６】引き続き、ステップ１１６において、主制
御系２０が、結像特性補正コントローラ５１を介して投
影光学系ＰＬのレンズエレメントを移動制御して、投影
光学系ＰＬに意図的な球面収差を取り除く。

【００８７】次いで、ステップ１１７において、ＣＣＤ
９５により、その撮像面に形成された像の撮像を行う。
この撮像により得られた撮像データＩＭＤは、波面デー
タ処理装置８０に供給される。波面データ処理装置８０
では、撮像データ収集装置３１が撮像データＩＭＤを収
集し、撮像データ格納領域４１に収集した撮像データを
格納する。

【００８８】次に、ステップ１１８において、波面算出
装置３２が、撮像データ格納領域４１からステップ１１
７における撮像によって得られた撮像データを読み出
す。そして、波面算出装置３２は、意図的な球面収差を
発生させていない被測定状態に投影光学系ＰＬがあると
きの各マイクロレンズ９４ａ位置（Ｘ，Ｙ）における波
面位置ＷＢ（Ｘ，Ｙ）を、上述の波面位置ＷＡ（Ｘ，
Ｙ）の場合と同様にして、算出する。波面算出装置３２
は、こうして求められた波面位置ＷＢ（Ｘ，Ｙ）、及び
該波面位置ＷＢ（Ｘ，Ｙ）の算出の途中過程で求められ
たスポット像位置を波面形状格納領域４２に格納する。

【００８９】次いで、ステップ１１９において、中心位
置算出装置３３が、波面形状格納領域４２から波面位置
ＷＡ（Ｘ，Ｙ），ＷＢ（Ｘ，Ｙ）を読み出し、波面の中
心位置（Ｘ₀，Ｙ₀）を算出する。かかる中心位置
（Ｘ₀，Ｙ₀）の算出にあたって、中心位置算出装置３３
は、まず、波面情報ＷＣ（Ｘ，Ｙ）を、 ＷＣ（Ｘ，Ｙ）＝ＷＡ（Ｘ，Ｙ）−ＷＢ（Ｘ，Ｙ） …（２） を算出することによって求める。

【００９０】この波面情報ＷＣ（Ｘ，Ｙ）は、投影光学
系ＰＬの球面収差のみに起因する波面形状に応じたもの
となっている。そこで、中心位置算出装置３３は、波面
情報ＷＣ（Ｘ，Ｙ）を、中心位置（Ｘ₀，Ｙ₀）を通る軸
について回転対称な、次の（３）式で表される４次関数
ＷＳ（Ｘ、Ｙ）によるフィッティングを行う。

【００９１】 ＷＳ（Ｘ，Ｙ）＝ａ₀＋ａ₁・（Ｘ−Ｘ₀）²＋ａ₂・（Ｙ−Ｙ₀）² ＋ａ₃・（Ｘ−Ｘ₀）⁴＋ａ₄・（Ｘ−Ｘ₀）²・（Ｙ−Ｙ₀）² ＋ａ₅・（Ｙ−Ｙ₀）⁴ …（３）

【００９２】なお、（３）式で表される関数ＷＳ（Ｘ，
Ｙ）による波面情報ＷＣ（Ｘ，Ｙ）のフィッティングに
あたっては、８つの未知数ａ₀〜ａ₅，Ｘ₀，Ｙ₀の値を求
めることになる。ここで、波面情報ＷＣ（Ｘ，Ｙ）の数
はマイクロレンズ９４ａの数程度（すなわち、２０〜４
０程度）であり、未知数の数よりも多いので、中心位置
算出装置３３は、最小二乗法のような統計的な手法によ
り、未知数ａ₀〜ａ₅，Ｘ₀，Ｙ₀の最適値を求める。

【００９３】中心位置算出装置３３は、こうして求めら
れた中心位置データ（Ｘ₀，Ｙ₀）を中心位置格納領域４
３に格納する。

【００９４】次いで、ステップ１２０において、波面収
差算出装置３４が、撮像データ格納領域４１から上述の
ステップ１１８で求められた、被測定状態に投影光学系
ＰＬがあるときのスポット像位置を読み出すとともに、
中心位置格納領域４３から中心位置データ（Ｘ₀，Ｙ₀）
を読み出す。引き続き、波面収差算出装置３４は、読み
出されたスポット像位置を中心位置データ（Ｘ₀，Ｙ₀）
を原点とする座標値に変換する。そして、変換された座
標値に基づいて、測定用レチクルＲＴにおける最初のピ
ンホールパターンＰＨ₁を介した光に関する投影光学系
ＰＬの波面収差を算出する。かかる波面収差の算出は、
波面収差が無いときに期待される各スポット像位置と、
検出されたスポット像位置の差から、極座標形式のツェ
ルニケ多項式の係数を求めることにより行われる。こう
して、算出された波面収差データは、ピンホールパター
ンＰＨ₁の位置とともに、波面収差格納領域４４に格納
される。

【００９５】次に、ステップ１２１において、全てのピ
ンホールパターンに関して投影光学系ＰＬの波面収差を
算出したか否かが判定される。この段階では、最初のピ
ンホールパターンＰＨ₁についてのみ投影光学系ＰＬの
波面収差を測定しただけなので、否定的な判定がなさ
れ、処理はステップ１２２に移行する。

【００９６】ステップ１２２では、波面センサ９０の標
示板９１の開口９１ａが、次のピンホールパターンＰＨ
₂の投影光学系ＰＬに関する共役位置にウエハステージ
ＷＳＴを移動させる。かかる移動は、主制御系２０が、
ウエハ干渉計１８が検出したウエハステージＷＳＴの位
置情報（速度情報）に基づいて、ステージ制御系１９を
介してウエハステージ駆動部２４を制御することにより
行われる。なお、このときも、主制御系２０が、多点フ
ォーカス位置検出系（２１，２２）の検出結果に基づい
て、ピンホールパターンＰＨ₂のピンホール像が結像さ
れる像面に波面センサ９０の標示板９１の上面を一致さ
せるべく、必要に応じて、ウエハステージ駆動部２４を
介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に微少駆動す
る。

【００９７】そして、上記のピンホールパターンＰＨ₁
の場合と同様にして、投影光学系ＰＬの波面収差が測定
される。そして、波面収差の測定結果は、ピンホールパ
ターンＰＨ₂の位置とともに、波面収差格納領域４４に
格納される。

【００９８】以後、上記と同様にして、全てのピンホー
ルパターンに関する投影光学系ＰＬの波面収差が順次測
定され、開口パターンごとの測定結果が開口パターンの
位置とともに、波面収差格納領域４４に格納される。こ
うして全てのピンホールパターンに関する投影光学系Ｐ
Ｌの波面収差が測定されると、ステップ１２１において
肯定的な判定がなされる。そして、制御装置３９が、波
面収差格納領域４４から波面収差の測定結果を読み出
し、波面測定結果データＷＦＡとして主制御系２０へ供
給する。この後、処理が図６のステップ１０２に移行す
る。

【００９９】ステップ１０２では、主制御系２０が、制
御装置３９から供給された波面測定結果データＷＦＡに
基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差の測定が許容値以
下であるか否かを判定する。この判定が肯定的である場
合には、処理がステップ１０４に移行する。一方、判定
が否定的である場合には、処理はステップ１０３に移行
する。この段階では、判定が否定的であり、処理がステ
ップ１０３に移行したとして、以下の説明を行う。

【０１００】ステップ１０３では、主制御系２０が、投
影光学系ＰＬの波面収差の測定結果に基づき、現在発生
している波面収差を低減させるように、投影光学系ＰＬ
の波面収差の調整を行う。かかる波面収差の調整は、制
御装置３９が、結像特性補正コントローラ５１を介して
レンズエレメントの移動制御を行うことや、場合によっ
ては、人手により投影光学系ＰＬのレンズエレメントの
ＸＹ平面内での移動やレンズエレメントの交換を行うこ
とによりなされる。

【０１０１】引き続き、サブルーチン１０１において、
調整された投影光学系ＰＬに関する波面収差が上記と同
様にして測定される。以後、ステップ１０２において肯
定的な判断がなされるまで、投影光学系ＰＬの波面収差
の調整（ステップ１０３）と、波面収差の測定（ステッ
プ１０１）が繰り返される。そして、ステップ１０２に
おいて肯定的な判断がなされると処理は、ステップ１０
４に移行する。

【０１０２】ステップ１０４では、波面センサ９０をウ
エハステージＷＳＴから取り外し、波面データ処理装置
８０と主制御系２０との接続を切断した後、主制御系２
０の制御のもとで、不図示のレチクルローダにより、転
写したいパターンが形成されたレチクルＲがレチクルス
テージＲＳＴにロードされる。また、不図示のウエハロ
ーダにより、露光したいウエハＷがウエハステージＷＳ
Ｔにロードされる。

【０１０３】次に、ステップ１０５において、主制御系
２０の制御のもとで、露光準備用計測が行われる。すな
わち、ウエハステージＷＳＴ上に配置された不図示の基
準マーク板を使用したレチクルアライメントや、更にア
ライメント系ＡＳを使用したベースライン量の測定等の
準備作業が行われる。また、ウエハＷに対する露光が第
２層目以降の露光であるときには、既に形成されている
回路パターンと重ね合わせ精度良く回路パターンを形成
するため、アライメン系ＡＳを使用した上述のＥＧＡ計
測により、ウエハＷ上におけるショット領域の配列座標
が高精度で検出される。

【０１０４】次いで、ステップ１０６において、露光が
行われる。この露光動作にあたって、まず、ウエハＷの
ＸＹ位置が、ウエハＷ上の最初のショット領域（ファー
スト・ショット）の露光のための走査開始位置となるよ
うに、ウエハステージＷＳＴが移動される。ウエハ干渉
計１８からの位置情報（速度情報）等（第２層目以降の
露光の場合には、基準座標系と配列座標系との位置関係
の検出結果、ウエハ干渉計１８からの位置情報（速度情
報）等）に基づき、主制御系２０によりステージ制御系
１９及びウエハステージ駆動部２４等を介して行われ
る。同時に、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置と
なるように、レチクルステージＲＳＴが移動される。こ
の移動は、主制御系２０によりステージ制御系１９及び
不図示のレチクル駆動部等を介して行われる。

【０１０５】次に、ステージ制御系１９が、主制御系２
０からの指示に応じて、多点フォーカス位置検出系（２
１，２２）によって検出されたウエハのＺ位置情報、レ
チクル干渉計１６によって計測されたレチクルＲのＸＹ
位置情報、ウエハ干渉計１８によって計測されたウエハ
ＷのＸＹ位置情報に基づき、不図示のレチクル駆動部及
びウエハステージ駆動部２４を介して、ウエハＷの面位
置の調整を行いつつ、レチクルＲとウエハＷとを相対移
動させて走査露光を行う。

【０１０６】こうして、最初のショット領域の露光が終
了すると、次のショット領域の露光のための走査開始位
置となるように、ウエハステージＷＳＴが移動されると
ともに、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置となる
ように、レチクルステージＲＳＴが移動される。そし
て、当該ショット領域に関する走査露光が、上述の最初
のショット領域と同様にして行われる。以後、同様にし
て各ショット領域について走査露光が行われ、露光が完
了する。

【０１０７】そして、ステップ１０７において、不図示
のアンローダにより、露光が完了したウエハＷがウエハ
ホルダ２５からアンロードされる。こうして、１枚のウ
エハＷの露光処理が終了する。

【０１０８】以後のウエハの露光においては、ステップ
１０１〜１０３の投影光学系ＰＬに関する波面収差の測
定及び調整が必要に応じて行われながら、ステップ１０
４〜１０７のウエハ露光作業が行われる。

【０１０９】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、被検光学系である投影光学系ＰＬに対して意図的に
軸対称な収差である球面収差を発生させた状態における
波面形状に関する情報を求め、この情報を使用して波面
中心位置を精度良く求める。そして、求められた波面中
心位置を中心として、被測定状態における投影光学系Ｐ
Ｌを介した光についての計測結果を波面展開して、被測
定状態における投影光学系ＰＬの光学特性を求める。し
たがって、被測定状態における投影光学系ＰＬの光学特
性を精度良く測定することができる。

【０１１０】また、波面の中心位置を求めるのにあたっ
て、投影光学系ＰＬに対して意図的に軸対称な収差であ
る球面収差を発生させた状態における波面形状情報と、
投影光学系ＰＬから当該意図的な球面収差を取り除いた
被測定状態における波面形状情報との差を使用するの
で、精度良く波面の中心位置を検出することができ、ひ
いては、被測定状態における投影光学系ＰＬの光学特性
を精度良く測定することができる。

【０１１１】また、精度良く求められた投影光学系ＰＬ
の波面収差に基づいて、投影光学系ＰＬの収差を調整
し、十分に諸収差が低減された投影光学系ＰＬによりレ
チクルＲに形成された所定のパターンがウエハＷ表面に
投影されるので、所定のパターンをウエハＷに精度良く
転写することができる。

【０１１２】なお、上記の実施形態では、フィッティン
グ関数Ｆ（Ｘ，Ｙ）として（１）式のものを使用した
が、他のものを使用することもできる。例えば、投影光
学系ＰＬの球面収差による波面の形状は、上述のＡ₄₀・
Φ₄₀（ｒ）（Φ₄₀（ｒ）＝６ｒ ⁴−６ｒ²＋１）（ｒ²＝
（Ｘ−Ｘ₀）²＋ａ₂・（Ｙ−Ｙ₀）²）の形状をしている
はずなので、次の（４）式で表される関数ＷＳ’（Ｘ，
Ｙ）をフィッティング関数として採用することもでき
る。

【０１１３】 ＷＳ’（Ｘ，Ｙ）＝ａ₀＋ａ₁・｛−（Ｘ−Ｘ₀）²−（Ｙ−Ｙ₀）² ＋（（Ｘ−Ｘ₀）²＋（Ｙ−Ｙ₀）²）²｝ …（４）

【０１１４】また、上記の実施形態では、軸対称な波面
変形を発生させるために投影光学系ＰＬに球面収差を発
生させたが、軸対称な波面変形の発生にあたって、波面
変形発生装置としてウエハステージ駆動部２４を用い、
ウエハステージＷＳＴをＺ方向に移動させることによ
り、アンフォーカス状態を発生させることも可能であ
る。このときには、フィッティング関数ＷＴ（Ｘ，Ｙ）
として、 ＷＴ（Ｘ，Ｙ）＝ａ₀＋ａ₁・（Ｘ−Ｘ₀）²＋ａ₂・（Ｙ−Ｙ₀）² …（５） を使用することができる。また、アンフォーカスによる
波面の変形は、Ａ₂₀・Φ ₂₀（ｒ）（Φ₂₀（ｒ）＝２ｒ²
−１）の形状をしているはずなので、フィッティング関
数ＷＴ（Ｘ，Ｙ）として、 ＷＴ（Ｘ，Ｙ）＝ａ₀＋ａ₁・｛（Ｘ−Ｘ₀）²＋（Ｙ−Ｙ₀）²｝…（５’） を使用することもできる。

【０１１５】また、上記の実施形態では、波面の中心位
置を求めるのにあたって、投影光学系ＰＬに対して意図
的に軸対称な波面変形を発生させた状態における波面形
状情報ＷＡ（Ｘ，Ｙ）と、投影光学系ＰＬから当該意図
的な球面収差を取り除いた被測定状態における波面形状
情報ＷＢ（Ｘ，Ｙ）との差ＷＣ（Ｘ，Ｙ）を使用した
が、意図的に発生させた軸対称な波面変形が被測定状態
の波面変形よりも十分に大きいときには、波面形状情報
ＷＡ（Ｘ，Ｙ）のみを用いて波面の中心位置を求めても
よい。

【０１１６】また、測定光学系９９における諸収差が不
明であるときは、測定光学系９９に球面波を入射させて
波面収差測定を行って、測定光学系９９における諸収差
を求めておき、その分だけ補正することにより、精度良
く投影光学系ＰＬの波面収差を精度良く求めることがで
きる。

【０１１７】また、上記の実施形態では、意図的に軸対
称な波面変形が発生している波面形状の情報を求めた後
に、被測定状態における波面形状の情報を求めたが、被
測定状態における波面形状の情報を求めた後に、意図的
に軸対称な波面変形が発生している波面形状の情報を求
めてもよいのは勿論である。

【０１１８】また、上記の実施形態では、測定用レチク
ルＲＴにおける開口パターンを９つとしたが、所望の波
面収差の測定精度に応じて、数を増減することが可能で
ある。また、マイクロレンズアレイ９４におけるマイク
ロレンズ９４ａの配列数や配列態様も、所望の波面収差
の測定精度に応じて変更することが可能である。

【０１１９】また、上記の実施形態では、位置検出の対
象像をスポット像としたが、他の形状のパターンの像で
あってもよい。

【０１２０】また、上記の実施形態では、露光にあたっ
ては波面収差計測装置７０を露光装置本体６０から切り
離したが、波面収差計測装置７０を露光装置本体６０に
装着したままで露光してもよいことは勿論である。

【０１２１】また、上記の実施形態では、走査型露光装
置の場合を説明したが、本発明は、投影光学系を備える
露光装置であれば、ステップ・アンド・リピート機、ス
テップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・ステ
ィッチング機を問わず適用することができる。

【０１２２】また、上記実施形態では、露光装置におけ
る投影光学系の収差計測に本発明を適用したが、露光装
置に限らず、他の種類の装置における結像光学系の諸収
差の計測にも本発明を適用することができる。

【０１２３】さらに、光学系の収差計測以外であって
も、例えば反射鏡の形状等の様々な光学系の光学特性の
測定にも本発明を適用することができる。

【０１２４】《デバイスの製造》次に、上記の実施形態
の露光装置を使用したデバイスの製造について説明す
る。

【０１２５】図１０には、本実施形態におけるデバイス
（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の生産のフロ
ーチャートが示されている。図１０に示されるように、
まず、ステップ２０１（設計ステップ）において、デバ
イスの機能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計
等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を
行う。引き続き、ステップ２０２（マスク製作ステッ
プ）において、設計した回路パターンを形成したマスク
を製作する。一方、ステップ２０３（ウエハ製造ステッ
プ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造
する。

【０１２６】次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステッ
プ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成す
る。次いで、ステップ２０５（デバイス組立ステップ）
において、ステップ２０４において処理されたウエハを
用いてチップ化する。このステップ２０５には、アッセ
ンブリ工程（ダイシング、ボンディング）パッケージン
グ工程（チップ封入）等の工程が含まれる。

【０１２７】最後に、ステップ２０６（検査ステップ）
において、ステップ２０５で作製されたデバイスの動作
確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工
程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

【０１２８】図１１には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されてい
る。図１１において、ステップ２１１（酸化ステップ）
においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２
（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形
成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）において
はウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２
１４（イオン打込みステップ）においてはウエハにイオ
ンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４
それぞれは、ウエハプロセスの各段階の前処理工程を構
成しており、各段階において必要な処理に応じて選択さ
れて実行される。

【０１２９】ウエハプロセスの各段階において、前処理
工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行
される。この後処理工程では、まず、ステップ２１５
（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を
塗布し、引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）に
おいて、上記で説明した実施形態の露光装置及び露光方
法によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光す
る。次に、ステップ２１７（現像ステップ）においては
露光されたウエハを現像し、引き続き、ステップ２１８
（エッチングステップ）において、レジストが残存して
いる部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り
去る。そして、ステップ２１９（レジスト除去ステッ
プ）において、エッチングが済んで不要となったレジス
トを取り除く。

【０１３０】これらの前処理工程と後処理工程とを繰り
返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。

【０１３１】以上のようにして、精度良く微細なパター
ンが形成されたデバイスが製造される。

【０１３２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
光学特性測定方法によれば、被検光学系に意図的に軸対
称な波面の変形を発生させ、その波面の変形を測定し
て、波面の中心位置を精度良く求める。そして、求めら
れた波面の中心位置を使用して、被検光学系の光学特性
を測定するので、被検光学系の光学特特性を精度良く検
出することができる。

【０１３３】また、本発明の光学特性測定装置によれ
ば、本発明の光学特性測定方法を使用して被検光学系の
光学特特性を測定するので、被検光学系の光学特特性を
迅速かつ精度良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概
略的に示す図である。

【図２】図１の波面センサの構成を概略的に示す図であ
る。

【図３】図２の標示板の表面状態を説明するための図で
ある。

【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、図２のマイクロ
レンズアレイの構成を示す図である。

【図５】図１の波面データ処理装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】図１の装置による露光動作における処理を説明
するためのフローチャートである。

【図７】図６の収差測定サブルーチンにおける処理を説
明するためのフローチャートである。

【図８】測定用レチクルに形成された測定用パターンの
例を示す図である。

【図９】波面収差測定時における光学配置を説明するた
めの図である。

【図１０】図１の露光装置を用いたデバイス製造方法を
説明するためのフローチャートである。

【図１１】図１０のウエハ処理ステップにおける処理の
フローチャートである。

【符号の説明】

２４…ウエハステージ駆動部（波面変形装置）、３２…
波面算出装置（波面情報算出装置）、３３…中心位置算
出装置、３４…波面収差算出装置（光学特性算出装
置）、５１…結像特性補正コントローラ（波面変形装
置）、６０…露光装置本体、９０…波面収差測定装置
（光学特性測定装置）、９４…マイクロレンズアレイ
（波面分割素子）、９４ａ…マイクロレンズ（レンズ要
素）、９５…ＣＣＤ（撮像装置）、９９…測定光学系、
ＰＬ…投影光学系（被検光学系）、Ｗ…ウエハ（基
板）。

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検光学系の光学特性を測定する光学特
   性測定方法であって、 前記被検光学系からの光に回転対称な波面変形を発生さ
   せる波面変形工程と；前記回転対称な波面変形が発生し
   ている光を波面分割し、複数の像を形成して撮像し、第
   １撮像結果を得る第１撮像工程と；前記被検光学系から
   の光に前記回転対称な波面変形がない被測定状態とする
   波面変形除去工程と；前記被測定状態における前記被検
   光学系からの光を波面分割し、複数の像を形成して撮像
   し、第２撮像結果を得る第２撮像工程と；前記第１撮像
   結果及び前記第２撮像結果に基づいて、前記被測定状態
   における前記被検光学系の光学特性を求める光学特性算
   出工程と；を含む光学特性測定方法。
2. 【請求項２】 前記光学特性算出工程は、 前記第１撮像結果のみを用いて、第１波面情報を求める
   第１波面情報算出工程と；前記第１波面情報を使用し
   て、前記回転対称な波面変形の中心軸位置を求める中心
   位置算出工程と；を含むことを特徴とする請求項１に記
   載の光学特性測定方法。
3. 【請求項３】 前記光学特性算出工程は、前記第２撮像
   結果を用いて、第２波面情報を求める第２波面情報算出
   工程を更に含み、 前記中心位置算出工程では、前記第１波面情報と前記第
   ２波面情報との差に基づいて、前記中心軸位置を求める
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学特性測定方法。
4. 【請求項４】 被検光学系の光学特性を測定する光学特
   性測定方法であって、 前記被検光学系からの光を波面分割し、複数の像を形成
   して撮像し、第１撮像結果を得る第１撮像工程と；前記
   被検光学系からの光に回転対称な波面変形を発生させる
   波面変形工程と；前記回転対称な波面変形が発生してい
   る光を波面分割し、複数の像を形成して撮像し、第２撮
   像結果を得る第２撮像工程と；前記第１撮像結果及び前
   記第２撮像結果に基づいて、前記被検光学系の光学特性
   を求める光学特性算出工程と；を含む光学特性測定方
   法。
5. 【請求項５】 前記光学特性算出工程は、前記第２撮像
   結果のみを用いて、第２波面情報を求める第２波面情報
   算出工程と；前記第２波面情報を使用して、前記回転対
   称な波面変形の中心軸位置を求める中心位置算出工程
   と；を含むことを特徴とする請求項４に記載の光学特性
   測定方法。
6. 【請求項６】 前記光学特性算出工程は、前記第１撮像
   結果を用いて、第１波面情報を求める第１波面情報算出
   工程を更に含み、 前記中心位置算出工程では、前記第２波面情報と前記第
   １波面情報との差に基づいて、前記中心軸位置を求める
   ことを特徴とする請求項５に記載の光学特性測定方法。
7. 【請求項７】 前記回転対称な波面変形は、デフォーカ
   ス成分及び球面収差成分の少なくとも一方を含むことを
   特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学特
   性測定方法。
8. 【請求項８】 前記被検光学系は、光軸に沿って並べら
   れた複数のレンズ要素を有し、 前記被検光学系における前記回転対称な波面変形の発生
   は、前記複数のレンズ要素のうちの少なくとも２つのレ
   ンズ要素間の距離、及び、前記被検光学系と前記被検光
   学系からの光を波面分割して複数の像を形成する波面分
   割素子を有する測定光学系との光学的距離の少なくとも
   一方を調整することにより行われることを特徴とする請
   求項１〜７のいずれか一項に記載の光学特性測定方法。
9. 【請求項９】 前記光学特性は波面収差であることを特
   徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学特性
   測定方法。
10. 【請求項１０】 被検光学系の光学特性を測定する光学
    特性測定装置であって、 前記被検光学系からの光に回転対称な波面変形を発生さ
    せる波面変形装置と；前記被検光学系からの光を波面分
    割し、複数の像を形成する波面分割素子を含む測定光学
    系と；前記複数の像を撮像する撮像装置と；前記撮像装
    置の撮像結果から波面情報を算出する波面情報算出装置
    と；前記波面情報に基づいて、波面の中心軸位置を算出
    する中心位置算出装置と；前記被検光学系の光学特性
    を、前記中心軸位置を使用して算出する光学特性算出装
    置と；を備える光学特性測定装置。
11. 【請求項１１】 前記波面の中心軸位置は、前記波面変
    形装置により回転対称な波面変形が発生している前記被
    検光学系からの光に関する第１波面情報を使用して算出
    した、前記波面変形装置による回転対称な波面変形の中
    心軸位置であることを特徴とする請求項１０に記載の光
    学特性測定装置。
12. 【請求項１２】 前記中心位置算出装置は、前記被検光
    学系からの光に関する第２波面情報を更に使用し、前記
    第１波面情報と前記第２波面情報との差に基づいて、前
    記中心軸位置を求めることを特徴とする請求項１１に記
    載の光学特性測定装置。
13. 【請求項１３】 前記波面分割素子は、レンズ要素が２
    次元的に配列されたマイクロレンズアレイであることを
    特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の光
    学特性測定装置。
14. 【請求項１４】 前記被検光学系は、光軸に沿って並べ
    られた複数のレンズ要素を有し、 前記波面変形装置は、前記複数のレンズ要素のうちの少
    なくとも２つのレンズ要素間の距離、及び、前記被検光
    学系と前記測定光学系との光学的距離の少なくとも一方
    を調整することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれ
    か一項に記載の光学特性測定装置。
15. 【請求項１５】 露光光を基板に照射することにより、
    所定のパターンを前記基板に転写する露光装置であっ
    て、 露光光の光路上に配置された投影光学系を有する露光装
    置本体と；前記投影光学系を被検光学系とする請求項１
    ０〜１４のいずれか一項に記載の光学特性測定装置と；
    を備える露光装置。
16. 【請求項１６】 請求項１〜９のいずれか一項に記載の
    光学特性測定方法を用いて光学特性が測定された光学
    系。
17. 【請求項１７】 請求項１５に記載の露光装置を用いて
    製造された半導体素子。