JP2003178968A - 収差計測方法及び投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系の波面収差を高精度に計測することが
できる収差計測方法及びそれを用いた投影露光装置を得
ること。 【解決手段】 テストパターンを投影光学系を介し基板
面上に結像させ、形成したテストパターン像の位置ずれ
量から先の投影光学系の収差を測定する収差計測方法に
おいて、投影光学系の瞳領域を最適化することにより、
テストパターンを介して投影光学系の最適な瞳領域を通
過する光束を、最適化された投影光学系の瞳領域を通過
させ、形成したテストパターン像の位置ずれを計測し、
収差計測を行うこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、収差計測方法及び
それを用いて投影光学系の収差が計測される投影露光装
置に関し、例えば半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気
ヘッド等をリソグラフィー工程で製造する際に使用され
る投影露光装置の投影光学系の波面収差やフォーカス等
を計測し、補正する際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気
ヘッド等をリソグラフィー工程で製造する際に、フォト
マスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）の
パターンの像を投影光学系を介して感光基板上に結像す
る投影露光装置が使用されている。かかる投影露光装置
の投影光学系（たとえばレンズ）の収差によるデバイス
パターンへの影響が今日深刻な問題になっており、投影
光学系の収差計測の重要度が増している。

【０００３】これに対し現在様々な計測方法が提案さ
れ、球面収差、像面、非点、コマ、波面収差などの収差
測定が実際に行なわれている。これら収差測定の中でも
波面収差は収差そのものであり、レンズ製造現場では通
常干渉計を用いて計測を行っている。しかしながら、投
影露光装置本体上では、スペースの制約が大きい為、干
渉計による計測が難しい。そのため干渉計を使わないで
波面収差を計測できる方法が検討されている。

【０００４】一般に、波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式
等で近似する事で、この多項式のファクターである球面
収差、像面、非点、コマなどといった代表的な収差を算
出可能である。またＺｅｒｎｉｋｅ係数を使った実デバ
イスパターンでのＳｉｍｕｌａｔｉｏｎの結果から、マ
スクやプロセス、更には露光装置へのフィードバックも
活発に行われており、露光装置本体上で波面収差を計測
し、それによりＺｅｒｎｉｋｅ係数を高い精度で計測す
る事を、強く求められている。

【０００５】波面収差の測定方法としては、米国特許第
５，８２８，４５５号や米国特許第５，９７８，０８５
号で示される方式がある。この測定方式は、レチクルの
ガラスのパターン面（下面）に格子状のパターンがあ
り、このパターンの中心の真下に少し距離をおいてピン
ホールがあり、且つレチクルのガラス非パターン面（上
面）には上記パターン中心の真上に凸レンズを置いた、
特殊なレチクルを用いる。露光装置の照明系から出た照
明光は前記凸レンズによりσ（シグマ）≧１の幅広い照
明角度をもつ光線束により、その下にある格子パターン
を照射する。格子パターンを透過した光はその下にある
ピンホールを通過する。

【０００６】この時、格子パターンを通過できる光線は
前記格子パターンそれぞれの点と前記ピンホールを結ん
だ角度の線に限定される。従って前記格子パターンの各
点から出た光線は互いに異なる角度（光軸に対する角
度）の光となって進む。これら互いに角度の異なる光線
束は投影光学系の瞳面上の互いに異なる位置に到達し、
投影光学系の波面収差の影響を受けた後にウエハー上に
結像する。この時ウエハ上に結像した格子パターンの各
点は異なる波面収差（位相）の影響を受けており、これ
らの点を結像する光線は、その波面の法線方向に進むた
め、結像した各点は、この波面の傾き分だけ理想位置か
らシフトすることになる。よって格子パターンの各点の
結像位置の理想位置からのずれを測定することにより、
瞳面内各点の波面の傾きが得られ、様々な数学的手法か
ら波面を算出することができる。

【０００７】Ｚｅｒｎｉｋｅ係数を求める場合、前述し
た干渉計によって投影光学系の瞳面全面に渡って均一に
分布している微小なエリア毎の位相差を計測することに
より波面収差を計測し、この波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ
多項式で近似を行いＺｅｒｎｉｋｅ係数を求めている。
Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は直交多項式であるため、上記条
件下での適用は最適であり、絶対精度を保証し得る最高
の計測方法と言える。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記米国特許に示され
るような露光装置本体上での波面収差（Ｚｅｒｎｉｋｅ
係数）計測方法は、像面におけるパターンの位置ずれか
ら直接位相差（波面）を算出する方法や、同じく像面に
おけるパターンの位置ずれから波面の微係数（スロー
プ）を算出し、その微分波面から位相波面を再生する方
法が採れる。どちらの方法においても、Ｚｅｒｎｉｋｅ
多項式の近似を行うことは可能であるが、いずれにして
も直交条件を十分満たすだけの計測点が必要である。直
交条件を満たさないという事はＺｅｒｎｉｋｅ項同士が
干渉するため、Ｚｅｒｎｉｋｅの項をどの次数まで算出
するか、どの項は計算しないかによって、Ｚｅｒｎｉｋ
ｅ係数の値が変わってしまうからである。しかしなが
ら、上記米国特許方法では、像高や計測時間の問題があ
る。

【０００９】像高の問題とは測定マーク群の領域がある
広さを必要とするため、瞳面上での測定個所を増やそう
と、するとそれだけ被測定マークの数が多くなってマー
ク群の領域が広くなり、１像高と言える範囲を逸脱して
いまうという問題である。マーク自体の大きさを小さく
て全体のマーク群の領域を小さくすることも考えられる
が、計測器側の精度の問題や計測方法自体の原理的な問
題にも発展するため、難しい。この像高の問題はマスク
と結像面を光軸に垂直な面内で移動させることで問題を
避けることは可能であるが、当然露光回数も被測定マー
クの数分増えるため、計測値を繋ぎ合わせて波面を再生
させる際、フォーカス誤差（場合によっては移動誤差）
が波面計測の精度に影響を与えてしまう。更に計測時間
の問題が大きくなることは避けられない。

【００１０】本発明の目的は、比較的容易にＺｅｒｎｉ
ｋｅ係数を求めることにより、光学系の収差やフォーカ
ス位置等を比較的容易に計測することができる収差計測
方法及び投影露光装置の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明においては、ある
Ｚｅｒｎｉｋｅ係数の変化量に対するテストパターン像
の位置ずれ変化量を示す“Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度”を利
用する。たとえば、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式における各項
（Ｚｅｒｎｉｋｅ項）毎に、そのＺｅｒｎｉｋｅ係数の
変化量に対する、点光源照明又は微小領域光源照明によ
るテストパターンの像の位置ずれ変化量（Ｚｅｒｎｉｋ
ｅ敏感度）を、全ての有効な点光源位置又は微小領域位
置に対しデータベース化し、このデータベースから、上
記各項のうちの特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の測定・抽出を
可能にする点光源又は微小領域光源の組み合わせ、即ち
有効光源を決定する。

【００１２】本発明の一形態は、テストパターンを投影
光学系を介して結像させ、該テストパターン像の（所定
位置からの）位置ずれ量に基づいて前記投影光学系の収
差を測定する収差計測方法であって、該テストパターン
像の前記位置ずれ（量）と特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の係
数が１：１の関係となるように前記テストパターンから
の光の前記投影光学系の瞳での通過領域を制限するよう
にする。

【００１３】本発明の他の形態は、テストパターンを投
影光学系を介して結像させ、該テストパターン像の（所
定位置からの）位置ずれ量に基づいて前記投影光学系の
収差を測定する収差計測方法であって、前記テストパタ
ーン像の位置ずれ（量）が特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の係
数に主に依存するように前記テストパターンからの光の
前記投影光学系の瞳での通過領域が制限される。

【００１４】テストパターンからの光の前記投影光学系
の瞳での通過領域の制限は、上記有効光源が決定されれ
ば得られる、前記テストパターンを照明する照明系の開
口絞りや、前記テストパターンが形成されたレチクル上
に設けた前記テストパターン照明用の開口を有する絞り
（遮光部）や、前記投影光学系の瞳面フィルターにより
行える。照明系の開口絞りやレチクルの絞りは、前記有
効光源を定めるものであり、同絞りの開口形状と相似な
有効光源形状（分布）を形成する。この照明系の開口絞
りには、特に、主として０次回析光が投影光学系の瞳面
を通過し高次回析光は同瞳面を通過せず従って像面に達
しないようなラインアンドスペースを有するテストパタ
ーン（マーク）を組み合わせて用いる。また、テストパ
ターン照明用の開口を有する絞りを持つレチクルに対し
てはσ＞１の照明光を当てる。

【００１５】本発明の投影露光装置は、上記テストパタ
ーンが形成されたレチクルを所望の有効光源からの光で
照明できる照明系を有する投影露光装置である。

【００１６】本発明のデバイス製造方法は、上記投影露
光装置によりデバイスパターンで基板を露光するステッ
プと、該露光した基板を現像するステップとを含む。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、特定のＺｅｒｎｉｋｅ
項（係数）に対し投影光学系の瞳面を通過する光束の領
域を決定するよう有効光源およびテストパターンの最適
化を行い、前記光束より形成された先のテストパターン
の位置ずれを測定する事により、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数の
算出をおこなっている。

【００１８】本発明の実施形態を説明する前にＺｅｒｎ
ｉｋｅ係数を求める方法について説明する。

【００１９】投影露光装置本体上において、投影レンズ
による複数のパターンの像のそれぞれの位置ずれを測定
することによりＺｅｒｎｉｋｅ係数を算出する方式で
は、幾つかの問題が指摘されている。Ｚｅｒｎｉｋｅ多
項式は直交多項式であるため、各Ｚｅｒｎｉｋｅ項（係
数）は互いに影響を及ぼしあわない。つまり各Ｚｅｒｎ
ｉｋｅ係数は独立に計算が可能で、従って、より高次な
項を付け加えて無限に計算可能である。しかしながら、
このメリットを利用するには、離散的な計測点の集合が
直交条件を満たさなければならず計測上の制約も大き
い。そこで、直交性にこだわらない方法について以下考
察する。

【００２０】実際、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式において、投
影レンズの結像性能に主に影響をおよぼす項は低次項で
あり、今後、デバイスの微細化が進みより高次項の影響
を考慮する必要が出てきたとしても、表１に示すような
現在一般的に議論されているＺｅｒｎｉｋｅの１〜３６
項程で十分と思われる。特に１〜３６項に限る必要性は
無いが、現実の投影光学系のＺｅｒｎｉｋｅの低次の成
分と比較し、その高次の項の成分が十分に小さいと見な
せる高次項までを考慮すれば良い。言い換えると、直交
系でない近似計算を行う計測において、問題となる低次
項の係数に影響をおよぼすであろう高次項までに限って
近似計算を行う。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【外１】

【００２３】投影レンズの波面を表わすＺｅｒｎｉｋｅ
の１〜３６の項を求める為には上記行列式（１）を解く
ことになるが、実際は計測値Ｓｉには誤差が含まれ、更
にデータの欠落、測定法の違いや測定法の条件（設計）
変更などによって計測点（ｒｉ，θｉ）、ｉ＝１…ｑの
サンプリングのしかた（測定点数、測定個所）が異なる
ことによって、解Ｃｊは影響を受けることになる。

【００２４】

【外２】

【００２５】行列式から見ると、行列Ｚ→Ｚ’とベクト
ルＳ→Ｓ’の変化がおこり結果として異なる結果を算出
する（ベクトルｃ→ｃ’）。上記問題は今まで挙げてき
た計測方法共通の問題と言える。これらの問題を避ける
方法としては、行列Ｚを固定すること、更に行列Ｚは直
交条件を満たしてないので解が一意に決まる対角行列の
ような形を計測法自身が持つ事が望ましい。

【００２６】

【外３】

【００２７】ここで上記対角行列の、行ベクトル（λ
１，０，０，…，０）だけに着目して、次のような方程
式（２）による最適化を考える。

【００２８】

【外４】

【００２９】上記連立方程式（２）は、計測される投影
レンズの瞳座標に対応した任意の位置ｋにおける、結像
面での像の位置ずれ変化量がＺｅｒｎｉｋｅの各項ごと
にあらかじめわかっていれば（Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感
度）、重み係数Ｗｋおよび瞳領域ｋを最適化することに
より、満足させることができる。つまり（２）式を満足
する計測法を構築することにより、像の位置ずれ量Ｓ１
は被計測投影光学系の１項のＺｅｒｎｉｋｅ係数のみを
独立に示す事になる。

【００３０】

【外５】

【００３１】他のＺｅｒｎｉｋｅ項についても同様に、
重み係数Ｗｋおよび瞳領域ｋを最適化することで独立に
Ｚｅｒｎｉｋｅ係数を抽出可能となる。従って互いに異
なる計測条件（重み係数Ｗｋおよび瞳領域ｋ）にてＺｅ
ｒｎｉｋｅの各係数を計測することにより、Ｚｅｒｎｉ
ｋｅ項同士の干渉のない独立した計測法が実現できる。

【００３２】ここで像の位置ずれとＺｅｒｎｉｋｅ敏感
度の関係について述べておく。波面のスロープもしくは
位相差はその瞳位置とＺｅｒｎｉｋｅ係数であらわされ
る。従って、それらによって生じる像の位置ずれ量Ｓ１
は、（３）式で示すように結像の際、瞳面を通過した光
束の位置（微小な領域）での波面のスロープもしくは位
相差に線形である。

【００３３】 Ｓ１＝ｇ・ΣＣ１・Ｚｉ（ｘ１，ｙ１）…（３） Ｓ１…瞳座標（ｘ１，ｙ１）に対する位置ずれ ｇ…定数 Ｃｉ…Ｚｅｒｎｉｋｅ係数 Ｚｉ（ｘ，ｙ）…瞳位置（ｘ，ｙ）でのｉ項のＺｅｒｎ
ｉｋｅ敏感度 様々な光束が互いに異なる瞳位置を通過した後で結像す
ると、その線形性から前記（３）式より、 Ｓ_Ｔ＝ΣＷｋ・Ｓｋ ＝ΣＷｋ・Σｇ・Ｃｉ・Ｚｉ（ｘｋ，ｙｋ） ＝ｇΣＣｉΣＷｋ・Ｚｉ（ｘｋ，ｙｋ）…（４） （４）式から、像の位置ずれは、各微小な瞳領域ごとの
位置ずれＳｋの総和であり、また、それはあるＺｅｒｎ
ｉｋｅ項ｉについて言えば、瞳位置ｋ毎のＺｅｒｎｉｋ
ｅ敏感度の和にＺｅｒｎｉｋｅ係数を掛けたものである
ことが分かる。本発明は、この瞳位置ｋ毎のＺｅｒｎｉ
ｋｅ敏感度の和を最適化することを特徴としている。

【００３４】以上の考え方を利用したＺｅｒｎｉｋｅ係
数計測方法を実施することで、直交条件の問題から生じ
る像高や絶対値の問題を解決することができる。更に一
般に１つの係数を求めるのに１つの計測値でよい為、計
測時間を大幅に向上でき、これに関しても解決すること
ができた。また、通常考えられる位置ずれから波面の微
係数（微分波面スロープ）を算出し、その微分波面から
位相波面を再生してからＺｅｒｎｉｋｅ多項式の近似を
行う方法においては、多項式が直交である必要が無いた
め、直接、微分波面に対し微分したＺｅｒｎｉｋｅ多項
式で近似を行い、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数を求める。

【００３５】以上本発明では、前述したように投影レン
ズの瞳位置に対応した像の位置ずれにおけるＺｅｒｎｉ
ｋｅ敏感度を計算もしくは実験からデータベースとして
持ち、投影光学系の瞳領域および、その領域内での重み
を特定の収差に対し最適化することで、前記投影光学系
の瞳領域内だけに光束が通過するような計測系を構築
し、前記光束により形成された像の位置ずれを計測する
ことにより先の特定の収差に対し収差量を計測し、計測
結果から前記投影光学系の収差を補正する手段を設けて
いる。

【００３６】次に本発明の収差計測法の実施形態を、レ
チクル上の回路パターンを投影光学系を介し感光基板
（ウエハ）上に投影する投影露光装置に適用し、投影光
学系のＺｅｒｎｉｋｅ係数を求める場合について説明す
る。但し、本実施形態では前提条件としてＺｅｒｎｉｋ
ｅ項を１〜３６としている。

【００３７】前述したように、本発明では、投影光学系
（投影レンズ）の瞳面に、最適な形状および透過率の開
口絞り（瞳フィルター）を設けることにより、特定のＺ
ｅｒｎｉｋｅ係数を計測可能であるが、レンズ鏡筒構造
のスペース的な制約や厳しい環境コントロールの必要性
から、投影光学系の瞳面にそのような特殊な開口絞りを
様々なＺｅｒｎｉｋｅ項に対してそれぞれ設けることは
非常に難しいときには、以下述べる実施例の如く構成す
る。

【００３８】図１は本実施形態の投影露光装置の一部分
の要部概略図である。図１において、レチクル９上に形
成されたパターンもしくはパターン群（テストパター
ン）ＴＰに照明光学系の有効光源面に設けられた特殊な
形状の照明絞り４を介して、主光線ＬＰをもつ照明光が
照射し、このレチクル９上のテストパターンＴＰが投影
レンズ１０で感光基板Ｗ側に結像し、空中像もしくは感
光基板Ｗに転写したパターン像ＴＰａの位置を測定す
る。尚、テストパターンＴＰはレチクル９でなく、別の
基準プレート上に形成したものであっても良い。これら
空中像もしくは転写パターン像ＴＰａの位置を測定する
ことにより投影光学系１０の収差を測定している。

【００３９】前記テストパターンには、本出願人が先の
特願２００１−２６４５８２号で提案したライン間もし
くはスペース間のピッチ（間隔）がほぼ等しい周期パタ
ーンであり、かつ光が透過する個々のスペースの幅が周
期パターンの中心のスペースから外側のスペースに向か
って減少するパターンや他の同じ機能を有するパターン
を用いる。

【００４０】このようなパターンは回折光を低減するこ
とにより、主として同パターンからの０次光により投影
レンズ１０の瞳面１０ａにおいて、ほぼ照明用絞り４の
開口形状に近い光強度分布を形成することができ、且つ
又投影レンズ１０を介し結像した空中像もしくはパター
ン像ＴＰａの光強度分布をライン間が解像しない歪の少
ない１つの大きなパターンと見なし得るものとすること
ができる。この空中像もしくは感光基板上に転写したパ
ターン像ＴＰａをある基準からの位置ずれ量として測定
している。前記照明開口絞り４の開口形状は、前記投影
レンズ１０の瞳面上の各位置に対応してあらかじめ計算
により求めておいた位置ずれ量のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度
のデータベースより特定のＺｅｒｎｉｋｅ項について最
適化を行ったものである。

【００４１】即ち、該テストパターン像の所定位置から
の位置ずれ量がＺｅｒｎｉｋｅ多項式における特定のＺ
ｅｒｎｉｋｅ項の１つの係数に主に依存するように、該
照明系の有効光源分布を設定することによって、該投影
光学系の瞳を通過する光束の瞳内での通過領域を特定領
域に制限している。

【００４２】特に該テストパターン像の所定位置からの
位置ずれ量と特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の係数が１：１の
関係となるように該照明系の有効光源分布を設定するこ
とにより、該投影光学系の瞳領域を通過する光束の瞳内
での通過領域を特定領域に制限するようにしている。

【００４３】本実施形態では、図１の状態で、上述した
ようにレチクル９上に形成されたテストパターンＴＰに
最適化を施された開口を有する絞り４を有する照明光学
系を介して、主光線ＬＰをもつ照明光を照射することに
よりレチクル９上のテストパターンＴＰを結像し、その
空中像を測定したり、もしくは感光基板にパターン像Ｔ
Ｐａを転写する。次に前記照明用開口絞り４を回転させ
るか、もしくは異なる開口絞りに変更する事により、照
明光の主光線の進行方向を変え、この状態でレチクル上
のテストパターンが結像した空中像を測定するか、もし
くは感光基板の異なる場所にパターン像ＴＰａを転写す
る。上記工程を繰り返す事により、測定した複数の空中
像位置にもとづいて、あるいは、転写した複数のパター
ン像ＴＰａを現像後その位置を夫々測定することで、投
影光学系１０の瞳面１０ａ上の波面収差の特定Ｚｅｒｎ
ｉｋｅ係数を測定している。この測定プロセスについ
て、以下、Ｚｅｒｎｉｋｅ項ごとに具体的な例を挙げて
説明する。

【００４４】図２は本実施形態の投影露光装置全体の概
略図である。図１は図２の一部分の概略斜視図に相当し
ている。

【００４５】図２において、１は露光光用の光源であ
り、高圧水銀灯やエキシマレーザ等が使用できる。高圧
水銀灯を用いる場合には、光源１から射出された露光光
は楕円鏡１ａで集光された後に、インプットレンズ２を
経てフライアイレンズ３の光入射面３ａに入射する。フ
ライアイレンズのレチクル側焦点面３ｂ（レンズ面又は
空中）には多数の２次光源が形成され、これら多数の２
次光源から射出された露光光は、照明用開口絞り４、第
１リレーレンズ５、投影式レチクルブラインド６、第２
リレーレンズ７、メインコンデンサーレンズ８を経てレ
チクル９のパターン面全体を均一な照度で照明する。こ
こで、開口絞り４は図にある駆動系４ａにより、図３に
示すように、その開口部４ｂの位置を回転方向に自由に
変えられる。これにより照明光の主光線ＬＰのレチクル
９への入射方向（方位角）を自由に変え、テストパター
ン１５とセットで使用することにより選択的に投影レン
ズ１０の瞳領域１０ａにパターンからの光束を集めるこ
とができる。投影式レチクルブラインド６とレチクル９
のパターン形成面とは共役であり、投影式レチクルブラ
インド６によりレチクル９上の照明領域が設定される。
なお、フライアイレンズ３の後側焦点面３ｂは投影光学
系１０の瞳面１０ａとほぼ共役である。

【００４６】レチクル９のパターンは投影光学系１０に
よって感光基板（ウエハ）Ｗに投影される。

【００４７】開口絞り４を通った露光光によりレチクル
９のパターン形成面に形成されたテストパターン１５の
像が、投影光学系１０を介して、エウハステージ１２上
に載置された検出系１１を構成するプレート１１ａ上に
結像される。図４は検出系１１の拡大図である。

【００４８】図４に示すとおりプレート１１ａにはスリ
ット１１ｂが形成されており、スリット１１ｂを透過し
た光は受光器１１ｃにより光電変換され検出される。前
記プレート１１ａとスリット１１ｂと受光器１１ｃを構
成する検出系１１はウエハステージ１２上に載置されて
いる。ウエハステージ１２は、投影光学系１０の光軸１
０ｂに垂直な面内の任意の位置にウエハや検出系１１を
位置決めするＸＹステージ１２ａと投影光学系１０の光
軸１０ｂに平行な方向でウエハや検出系１１の位置（フ
ォーカス位置）を設定するＺステージ１２ｂ等より構成
されている。

【００４９】また、本実施形態では、検出系１１のフォ
ーカス位置を検出するためのフォーカス系１３が設けら
れている。オートフォーカス系１３は、プレート１１ａ
上の上面に例えばスリット状の検出パターンの像を、投
影光学系１０の光軸１０ｂに対して斜めに投影する送光
系１３ａと、その結像面からの反射光を受光してその検
出パターンの像を再結像する受光系１３ｂとより構成さ
れている。プレート１１ａの上面のフォーカス位置が変
化すると、受光系１３ｂにおいてその再結像される検出
パターンの像の位置が変化することから、この像位置を
検出することでプレート１１ａのフォーカス位置の変化
を検出することができる。受光系１１ｂには、その再結
像された検出パターンの位置に応じて変化するフォーカ
ス信号を生成する光電検出器１３ｃが組み込まれ、その
フォーカス信号が光学系１０の像面位置に対応する所定
のレベルに維持されるように制御系１３ｄによってウエ
ハステージ１２中のＺステージ１２ｂを駆動することに
より、プレート１１ａ上の上面のフォーカス位置を投影
光学系１０の像面に維持する（フォーカスを維持する）
ことができる。

【００５０】また、フォーカス信号は所定の範囲内（光
軸方向の所定の範囲内）でフォーカス位置の変化に対し
てほぼ直線的に変化するので、逆にフォーカス信号のレ
ベル変動からフォーカス位置の変動を知ることができ
る。更に、ウエハステージ１２中のＺステージ１２ｂに
も投影光学系１０の光軸１０ｂ方向の位置を検出するた
めの高さセンサ（不図示）が組み込まれている。１４は
オフ・アクシスのウエハアライメント系を示し、ウエハ
アライメント系１４はウエハＷの各ショット領域の近傍
に形成されたアライメントマークを検出する。この場
合、ウエハアライメント系１４の検出中心１４ａとレチ
クル９の中心の共役像との間の間隔、即ち所謂ベースラ
イン量ＢＤを求めておくことにより、ウエハアライメン
ト系１４で計測したアライメントマークの位置に基づい
てウエハＷの各ショット領域のアライメントを正確に行
うことができる。更に、ウエハアライメント系１４は種
々のマークの検出をも行うことができる。

【００５１】図５（Ａ）、（Ｂ）は本実施形態で使用す
るテストパターンの詳細図で、基本的にどちらか一方の
種類のパターンが用いられる。図６、図７は、使用する
テストパターン（マーク）の配置例である。これらのテ
ストパターンに開口絞り４により形成される第一の照明
光を照射し、これらのテストパターン像を投影光学系１
０を通しウエハステージ１２上に設けたプレート１１ａ
上に結像させ、前記ウエハステージ１２を像面に沿って
（ＸＹ面内で）移動して前記プレート１１ａ上に設けた
スリットパターン１１ｂを透過する光を光強度検出器も
しくは光量検出器等の受光器１１ｃにより検出する。そ
して、前記ウエハステージ１２を前記投影光学系１０の
光軸１０ｂ方向（Ｚ方向）に移動した後に、前記第１の
照明光の入射方向と同じ方向にウエハステージ１２を像
面に沿って移動させて前記スリットパターン１１ｂを透
過する光を前記検出器１１ｃにより検出する。そして、
スリットパターン１１ｂのＸ，Ｙ位置とその位置で検出
した光強度もしくは光量からなる図１８が示す検出信号
を用いて前記プレート１１ａ上に結像したテストパター
ン（像）１５の中心位置を算出する。次に開口絞り４の
開口部４ｂの位置を回転もしくは開口形状を変更後、前
記同様に同一のＺ位置とＸＹ平面上で前記テストパター
ン像１５の中心位置を算出する。これによりテストパタ
ーンの位置ずれ量を求める。更に開口絞り４の開口部４
ｂの位置を回転もしくは開口形状を変更後、上記工程を
数回繰り返す。ここで、使用する照明開口絞り４の開口
部４ｂは計測するＺｅｒｎｉｋｅ項（係数）によってそ
の形状を異にする。

【００５２】図８（Ａ）〜（Ｆ）はＺｅｒｎｉｋｅ項に
対応した開口絞り４ｂ−１〜４ｂ−６の説明図である。
図中、４ｂは開口部である。図９（Ａ）〜（Ｋ）はこれ
らの開口絞り（開口形状）毎のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度を
示すグラフである。図１０は計測プロセスの説明図であ
る。

【００５３】図９に示すグラフは、図１０に示した各Ｚ
ｅｒｎｉｋｅ係数ごとに異なるプロセスを経た結果のも
のである。図９により、これらの開口絞りおよび図１０
に示す計測方法が各特定のＺｅｒｎｉｋｅ項に対して敏
感になるよう最適にデザインされていることがわかる。

【００５４】図１０において、記号ＣはＺｅｒｎｉｋｅ
係数を示し、その後の数字がその項を示している。その
他・は互いにプロセスおよび開口形状が異なる同じ
Ｚｅｒｎｉｋｅ係数を意味している。Ｃ５およびＣ６
は開口部の形状は等しいが配置する方向が異なってい
る。以下一例としてＣ５について順を追って説明す
る。始めの開口絞り位置ｄ１に対し、開口部４ｂ−１の
位置を１８０°回転させ２回目の位置をｄ２とすると、
両者の開口絞り位置から形成される前記テストパターン
１５の像のそれぞれの中心位置を求めて両者の差に対応
する位置ずれ量Ｓ（ｄ１−ｄ２）を得る事ができる。こ
の時各開口絞り位置毎に位置ずれ量として２つの量が計
測される。１つはＶパターン（Ｘ方向のずれ）でもう１
つはそれに直交するＨパターン（Ｙ方向のずれ）であ
る。それぞれについての位置ずれ量ＳをＳＶ（ｄ１−ｄ
２）、ＳＨ（ｄ１−ｄ２）と表せる。次に前記同様ｄ１
の開口位置から９０°回転させたｄ３位置とさらに１８
０°回転させたｄ４位置の２つの状態から形成された像
の位置ずれ量ＳＶ（ｄ３−ｄ４）、ＳＨ（ｄ３−ｄ４）
が得られる。これらと、あらかじめ計算より求めた図９
（Ａ）、（Ｂ）のグラフのＣ５係数のＺｅｒｎｉｋｅ敏
感度Ｚｅｒ５もしくは実験からもとめた敏感度係数な
どから、Ｃ５は次の様な計算により求めることができ
る。Ｃ５＝｛ＳＶ（ｄ１−ｄ２）−ＳＨ（ｄ３−ｄ
４）｝／Ｚｅｒ５…

【００５５】同様に開口部４ｂ−１の形状はそのままで
開口位置を相対的に４５°回転させた状態ｄ１′，ｄ
２′，ｄ３′，ｄ４′から以下の計算によりＣ６が求
まる。 Ｃ６＝｛ＳＶ（ｄ１′−ｄ２′）＋ＳＨ（ｄ１′−ｄ２′）＋ＳＶ（ｄ３ ′−ｄ４′）−ＳＨ（ｄ３′−ｄ４′）｝／Ｚｅｒ６…

【００５６】図１０には、Ｃ５，Ｃ６を計測する他の計
測プロセス例としてＣ５、Ｃ６を示してある。開口
部４ｂ−２を使用し前記同様開口絞り回転位置状態ｅ１
〜ｅ４、およびｅ１′〜ｅ４′から各々像の中心位置を
計測することで、以下の定義式からＣ５およびＣ６
が求まる。 Ｃ５＝｛ＳＶ（ｅ１−ｅ２）−ＳＨ（ｅ１−ｅ２）＋ＳＨ（ｅ３−ｅ４） ＋ＳＶ（ｅ３−ｅ４）｝／Ｚｅｒ５… Ｃ６＝｛ＳＨ（ｅ１′−ｅ２′）＋ＳＶ（ｅ３′−ｅ４′）｝／Ｚｅｒ６ …

【００５７】敏感度係数Ｚｅｒ５、Ｚｅｒ６は、先
と同様あらかじめ計算より求めた図９（Ｃ）、（Ｄ）グ
ラフのＺｅｒｎｉｋｅ敏感度、もしくは実験からもとめ
たものを使用する。

【００５８】次に球面収差（０θ）項Ｃ４、Ｃ９、Ｃ１
６のＺｅｒｎｉｋｅ係数計測ならびに算出方法を図１０
を用いて説明する。開口絞りはＣ４、Ｃ９、Ｃ１６各々
に対して、一例として図８の４ｂ−３、４ｂ−４、４ｂ
−５がある。図１０よりＣ４、Ｃ９、Ｃ１６に対応した
開口絞り回転位置状態はｆ１〜ｆ８の８通りで、全て４
５°回転刻みで回転方向に違いがある。前記同様Ｃ４、
Ｃ９、Ｃ１６の計算式は下記のように定義されている。 Ｃ４＝｛√２｛ＳＶ（ｆ１−ｆ２）＋ＳＨ（ｆ３−ｆ４）｝＋ＳＨ（ｆ５− ｆ６）＋ＳＶ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＨ（ｆ７−ｆ８）−ＳＶ（ｆ７−ｆ８）｝／２ ／Ｚｅｒ４ Ｃ９＝｛√２｛ＳＶ（ｆ１−ｆ２）＋ＳＨ（ｆ３−ｆ４）｝＋ＳＨ（ｆ５− ｆ６）＋ＳＶ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＨ（ｆ７−ｆ８）−ＳＶ（ｆ７−ｆ８）｝／２ ／Ｚｅｒ９ Ｃ１６＝｛√２｛ＳＶ（ｆ１−ｆ２）＋ＳＨ（ｆ３−ｆ４）｝＋ＳＨ（ｆ５ −ｆ６）＋ＳＶ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＨ（ｆ７−ｆ８）−ＳＶ（ｆ７−ｆ８）｝／ ２／Ｚｅｒ１６ Ｚｅｒ４、Ｚｅｒ９、Ｚｅｒ１６は前記同様図９
（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度もしく
は実験より求めたものを使用する。

【００５９】またここでは挙げていないが、Ｃ２５、Ｃ
３６項のＺｅｒｎｉｋｅ係数も同じ式で定義できる。

【００６０】続いてコマ収差項と呼ばれる、Ｃ７、Ｃ
８、Ｃ１０、Ｃ１１項について先と同様、図１０を用い
て説明する。Ｃ７、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１１項の開口絞り
は共通で図８ ４ｂ−６がその１例である。図１０よ
り、開口絞り回転位置状態はｇ１〜ｇ４のイメージ図で
示す様にｇ１を０°状態とすると、ｇ２は９０°、ｇ３
は４５°、ｇ４は１３５°状態になっている。先と同様
４つの状態で像の中心位置を求め、その相対位置ずれ量
から下記計算式よりＺｅｒｎｉｋｅ係数を算出する。 Ｃ７＝｛ＳＶ（ｇ１−ｇ２）＋ＳＨ（ｇ３−ｇ４）｝／Ｚｅｒ７ Ｃ８＝｛−ＳＨ（ｇ１−ｇ２）＋ＳＶ（ｇ３−ｇ４）｝／Ｚｅｒ８ Ｃ１０＝｛ＳＶ（ｇ１−ｇ２）−ＳＨ（ｇ３−ｇ４）｝／Ｚｅｒ１０ Ｃ１１＝（ＳＨ（ｇ１−ｇ２）＋ＳＶ（ｇ３−ｇ４））／Ｚｅｒ１１ Ｚｅｒ７、Ｚｅｒ８、Ｚｅｒ１０、Ｚｅｒ１１は前記同
様図９（Ｈ）、（Ｉ）、（Ｊ）、（Ｋ）のＺｅｒｎｉｋ
ｅ敏感度もしくは実験より求めたものを使用する。

【００６１】以上述べた方式で、実際の投影レンズ数本
分について絶対相関を調べた結果を図１１（Ａ）〜
（Ｋ）に示す。この際、実際のレンズのＺｅｒｎｉｋｅ
係数は波面収差計測用の干渉計にて計測に基づく値を使
用した。

【００６２】図１１から、本計測方法がＺｅｒｎｉｋｅ
係数（レンズ収差）を求めるのに十分な計測精度を持つ
ことが分かる。また先の実施形態では開口絞り４の開口
部４ｂは光を通すか遮光するかのデジタルな選択のみで
最適化を行ったが、減光材料などで開口部の濃度を変え
てやれば、更に精度の高い最適化が行える。そして更に
次数を高く設定して最適化を進めていけば、高次収差の
測定も可能である。先の実施形態では検出系１１を使用
して像の中心位置を測定したが、他にも、装置内ウエハ
ステージ１２上に設けたホトクロ材料基板上に転写した
テストパターン像を使用して現像することなく、そのま
ま、装置内のオフアクシスアライメント検出系１４を使
用して像の中心位置を測定することも可能である。

【００６３】更に、照明系の開口絞り４による有効光源
の最適化という手段以外にも、図１２に示す様にレチク
ル９のパターン面の反対のガラス面に照明系開口絞り４
ｂと同様な被計測パターンに対し、最適な有効光源の形
状になるよう光束を遮光するようクロム等より成る遮光
パターン１２１を付ける方法も可能である。また前記遮
光パターンを装置内レチクルステージ上にもちレチクル
と組み合わせて使用することも可能である。これらの場
合、被計測マークと遮光パターンの開口の位置関係は図
１０に示す照明モード分作る必要がある。

【００６４】また図１６、図１７に示すように得られた
計測値を、本体系にフィードバック系１６１、１６２や
系１７１を設けるとよく、図１６において、駆動手段１
６１により投影レンズ１０内にある補正光学系１６２を
駆動させたり、図１７に示すように、波長可変手段１７
１でレーザー１７２からの発振波長の中心波長を変える
等の補正手段により、露光装置の投影光学系の収差を自
動補正できる。

【００６５】次に本発明の実施形態２を説明する。

【００６６】図１３〜図１５は実施形態２のテストパタ
ーン像を感光基板（ウエハ）Ｗへの転写する形態につい
ての具体例の説明図である。使用するテストパターンは
実施形態１とは異なり、互いに重ねたマーク同志（図１
３）の位置ずれを計測するための２種類のマークを有
し、図１４および図１５はこの２種類のマークを示す。

【００６７】図１４、図１５において、各マーク１４
ａ、１５ａのグリッドの一部ＴＰＸが前述した図５
（Ａ）又は（Ｂ）に示すパターン形状より成っている。

【００６８】図１４、図１５の各マーク１４ａ、１５ａ
は、いずれも同一の線幅でデザインされており、それぞ
れのライン幅は図６や図７のマークと同じ、２μｍのラ
イン幅とした。次にＺｅｒｎｉｋｅ係数計測の為の露光
手順を説明する。実施形態２同様、求めるＺｅｒｎｉｋ
ｅ係数によって照明開口形状４ｂを決め、この形状４ｂ
である１つの回転位置の状態でマーク１４ａおよび１５
ａをウエハ上に露光し、次にマーク１４ａと１５ａが重
なり合うようにウエハステージ１２（又は不図示のレチ
クルステージ）を移動させ、同じ照明開口形状４ｂで但
し今度は回転位置を変えてマーク１４ａおよび１５ａを
露光する。この時使用した２つの照明用開口絞り４の回
転位置の状態は図１０の定義式に従う組み合わせで行
う。この工程を図１０で定義した回数分繰り返し行う。
そして、これら工程により転写された数個のマーク１４
ａと１５ａの相対位置ずれ量を測定機を使って測定す
る。得られた位置ずれ量から図１０の定義式の計算処理
よりＺｅｒｎｉｋｅ係数を算出する。

【００６９】更に前記テストパターン１４ａ、１５ａを
同一のレチクルもしくは別レチクルに数箇所配置してお
けば、前記手法に従い露光を行い、各像高毎に収差（Ｚ
ｅｒｎｉｋｅ係数）を計測可能となる。

【００７０】また図１２で示したようにレチクルのパタ
ーン面よりも照明系に近いレチクル上の面に遮光パター
ンを設け最適な有効光源を作ることも可能である。また
図１６、図１７で示したように計測結果を本体系にフィ
ードバックすることにより投影レンズの収差の自動補正
可能である。

【００７１】以上のように各実施形態によれば、最適な
有効光源の形状と回折光の少ないパターンを組み合わせ
る事により、特定のＺｅｒｎｉｋｅ項に対し最適な瞳フ
ィルターを作り出す事ができた。そしてこれによりＺｅ
ｒｎｉｋｅ係数そのものを独立して精度よく計測するこ
とができた。またその効果は、様々な測定したいパター
ン寸法や様々な露光装置の投影レンズのＮＡに対して最
適化が可能で、高いスループット、高精度な計測および
露光装置の収差補正系にフィードバックかけることによ
り自動補正または実デバイスに応じた最適化した補正が
実現できる露光装置を達成することができる、という点
である。

【００７２】次に上記説明した投影露光装置を利用した
デバイスの生産方法の実施例を説明する。

【００７３】図１９は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ半導
体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイ
クロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１（回
路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステッ
プ２（露光制御データ作成）では設計した回路パターン
に基づいて露光装置の露光制御データを作成する。一
方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を
用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセ
ス）は前工程と呼ばれ、上記用意した制御データが入力
された露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術に
よってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ
５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって
作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であ
り、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）等の工程を含む。ス
テップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デ
バイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行
う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これ
が出荷（ステップ７）される。

【００７４】図２０は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって
回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７
（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８
（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削
り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチング
が済んで不要となったレジストを取り除く。これらのス
テップ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。

【００７５】次に、図１２を用いて簡単に説明したテス
トレチクル（又は基準プレート）を使って走査型投影露
光装置（図２参照）の投影光学系の波面収差（即ちＺｅ
ｒｎｉｋｅ係数）を計測する実施例について詳細に述べ
る。

【００７６】本実施例のレチクル（プレート）で使用す
るテストパターン１５の詳細図を図２１に示す。図２１
において一見ライン＆スペースに見える各ラインＴＰＸ
は、前述した図５（Ｂ）に示すパターンより成ってい
る。勿論、このラインＴＰＸのパターンとして図５
（Ａ）に示すパターンも使える。

【００７７】図２１のマークはいずれのラインもその幅
が図５（Ｂ）のものと同じとした。但し、図２１のマー
クの各ライン巾には特に制限は無く、感光基板上に各ラ
インを転写した際のできあがり寸法幅が転写パターンを
計測する計測器の適正パターン寸法を満たすようにして
やれば良い。ここでは各ラインの幅を２μｍとした。ま
た図１２を用いて説明したように、レチクル９のテスト
パターン１５のある面とは反対側の面上には各ラインＴ
ＰＸ毎に対応する開口部１６をもつクロム等より成る遮
光パターンを設け、通常の照明条件（大σ）で、照明系
又はアライメントスコープ１９にて開口部に露光光を照
射する。その際、開口部１６の形状やテストレチクル９
の裏面内での位置は、計測したい収差の種類に応じて既
にデザインされた設計値に従い決められ、１つもしくは
１グループの収差に互いに形状が異なる複数個の開口部
を配し、且つ各開口部に対応したテストパターンをレチ
クルの表面側（開口部の反対面）に配置する。ここで、
前記テストパターンは全て互いに同一のパターンであ
る。それら複数個の開口部およびテストパターンのセッ
トを測定したい像高の近傍に配置する。図２２は開口部
側から見たテストレチクルの開口部の配置例である。図
７の例では一連の開口部１６が走査型投影露光装置のレ
チクルステージのスキャン方向に沿って配列している。
これら各開口部の中心ＰＨＣの（基板の）反対面には対
応するテストパターンの中心がある。これら図中の点線
ＰＨＡで囲まれた領域はσ１．０の光束の照明領域であ
り、各光束が対応する開口部とラインＴＰＸの組以外の
開口部＆ラインＴＰＸの組に影響を及ぼさないよう設計
されている。この場合レチクルステージをスキャン方向
にスキャンすることで、これら一連のテストパターン群
（ライン群）は同一像高で計測できる。更に照明系から
供給される照明光の入射角度がσ１．０よりも小さい場
合で、かつ１．０以上の入射角が必要な場合は、図２３
に示す様に、開口部１６のガラス面上に拡散効果を生む
微細格子状クロムパターンを配置したものや、図２４に
示すように、開口部１６のガラス面上に段差構造を持た
せまた拡散効果を生む構成をしたものとする。また、図
２５に示すように開口部１６の上部に散乱素子のように
光学部材１７を配置させることにより光を散乱（拡
散））させσ１．０以上の照明をテストパターン１５に
供給可能とし、かつ走査型投影露光装置の有効光源の光
強度分布を平坦にしてやる事が出来る。その際光学部材
１７はテストレチクル９から少し離れた上部に例えば他
のプレートに付けた状態で在っても良い。

【００７８】以上説明した開口部（遮光部）付レチクル
９のテストパターン像を図２に示す投影光学系１０を通
しウエハステージ１２上に設けたプレート１１ａ上に結
像させ、前記ウエハステージ１２を移動して前記プレー
ト１１ａ上に設けたスリットパターン１１ｂを透過する
光を光強度検出器（光量検出器）等の受光器１１ｃによ
り検出する。つまり、前記ウエハステージ１２を前記投
影光学系１０の光軸１０ｂ方向（Ｚ方向）に移動してテ
ストパターン像をプレート１１の上にフォーカスさせ、
ウエハステージ１２を光軸方向と直交する面内（Ｘ，Ｙ
方向）で、テストパターン像のラインに対し直交する方
向に移動させ、この移動に同期して前記スリットパター
ン１１ｂを透過する光を前記検出器１１ｃにより検出し
つづけ、各Ｘ，Ｙ位置とその位置でのスリットパターン
１１ｂ透過検出光強度（光量）からなる図２６（Ａ）に
示すような検出信号を用いて前記プレート１１ａ上に結
像したテストパターン１５の像中心位置を算出する。こ
の際スリット１１ｂは図２６（Ｂ）に示すよう空中像の
半値幅程度の幅であることが望ましい。また図２１に示
す様にテストパターン１５のマークＴＰＸの本数を増や
すとともに、スリット１１ｂのスリットの本数も増やす
事で、受光器１１ｃに与える光量も増え、また平均化効
果による精度向上も期待できる。また縦ラインのテスト
パターンと横ラインのテストパターンで像に対するスリ
ットの方向は違うため、異なるスリット方向毎に互いに
異なる受光器１１ｃを持ち、計測するライン像の縦横の
向きによってスリット＆受光器の組を切り換えて計測す
ることも可能である。続けて、不図示のレチクルステー
ジ（テストレチクル）を次のテストパターン位置に順次
移動させ、同様にエウハーステージ１２も順次移動させ
ながらテストレチクル９上に配置した一連のテストパタ
ーン群の計測を順次を行う。この計測手順を図２９に示
す。また上記方法をウエハーステージ１２は動かさない
で、レチクルステージ２０のみをスキャンさせ、同期を
とりながら検出器１１ｃにより検出波形を一連のテスト
パターンそれぞれに対して採り、位置計測を行う事も可
能である。

【００７９】また空中像ではなく感光基板上に焼き付け
た像の位置計測を行う方法においては、図２７に示した
ようなサイズの異なるフレームタイプのマーク、例えば
１８ａと１８ｂを使用する。図２８に前記マークの配置
例を示す。テストレチクル９上の測定したい像高の近傍
に１８ａおよび１８ｂを複数個交互に配置し、同様にそ
れらのマークの基板の反対側の面上には形状は同じだが
回転位置が異なる開口部をそれぞれ配置しておく。前記
テストパターン中心位置を測定したい像高位置にくるま
でレチクルステージ２０を駆動させ、その像高位置で感
光基板上にマーク１８ａを露光する。続けてレチクルス
テージ２０を所定量駆動させ、先ほど露光されたマーク
１８ａに重なるようサイズの異なるマーク１８ｂを露光
する。更にウエハステージ位置を駆動させ、露光されて
いない領域に再度前記工程を繰り返し、一連のテストパ
ターン群全てに対して重ね露光を行う。また前記一連の
重ね露光の工程で、レチクルステージを止めることなく
スキャンさせても同様に重ね露光が可能である。露光工
程終了、後感光基板を現像し、上記重なり合ったマーク
同志の位置ずれを、既存の位置ずれ測定機で計測し、前
記同様Ｚｅｒｎｉｋｅ係数抽出もしくは実デバイス収差
を求める。上記露光による手順を図３０に示す。

【００８０】以上例をあげて、図１２に示したテストレ
チクルと、検出系１１や位置ずれ測定機とを使用した実
施形態について述べた。他にも図２に示す装置内のウエ
ハステージ１２上に設けたホトクロ材料基板上に転写し
たテストパターン像を使用して、現像することなく、そ
のまま図１２に示す装置内のオフアクシスアライメント
検出系１４を使用してテストパターン像の中心位置を測
定することも可能である。また前記テストパターン１５
および開口部１６を同一のレチクル９に数箇所配置して
おけば、前記手法に従い露光を行い、各像高毎に前記手
法にて波面収差を計測可能である。

【００８１】更に図１６に得られた計測値（収差値）を
本体系にフィードバックすることによって、図１６に示
すように駆動手段１６１により投影レンズ１０内にある
補正光学系１６２を駆動させたり、図１７に示すよう
に、波長可変手段１７１でレーザー１７２からの発振波
長の中心波長を変えることにより、露光装置の収差を自
動補正できる点は、先の実施例で説明したとおりであ
る。

【００８２】また本発明を他の計測方式、例えば干渉方
式におけるシステムのキャリブレーションとして使用す
ることも可能である。現在の干渉計は、露光装置本体上
に搭載したり本体上で計測可能な工具としては存在して
いない。従って本体上における投影レンズの波面収差量
は、先に干渉計のシステム上で計測された投影レンズの
波面収差量で置き換えられている。つまり先の干渉計シ
ステム上と露光装置本体上の両者間での環境の違い等に
よる投影レンズの波面収差の差を保証する必要がある。
そこで装置およびシステム負荷の少ない本方式を用いて
露光装置の本体上と干渉計システム上の両方で投影レン
ズの波面収差計測を行い、干渉計測による波面収差量の
校正用として使用する。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば光学系の波面収差を露光
装置本体上で高精度に計測可能な投影露光装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投影露光装置の一部分の要部概略図。

【図２】本発明の投影露光装置の全体の要部概略図。

【図３】本発明に係る照明系の一部分の説明図。

【図４】位置ずれ検出における検出系の説明図。

【図５】本発明に係るテストパターンの説明図。

【図６】本発明に係るテストパターンの説明図。

【図７】本発明に係るテストパターンの説明図。

【図８】本発明に係る照明用開口絞りの説明図。

【図９】図８の絞りを用いたときの最適化の説明図。

【図１０】本発明に係る計測プロセスの説明図。

【図１１】図８の絞りを用いたときの評価結果の説明
図。

【図１２】本発明に係る他方式を用いたときの説明図。

【図１３】本発明の実施形態２に係るテストパターンの
説明図。

【図１４】本発明の実施形態２に係るテストパターンの
説明図。

【図１５】本発明の実施形態２に係るテストパターンの
説明図。

【図１６】本発明に係る補正系本体の説明図。

【図１７】本発明に係る補正系本体の説明図。

【図１８】本発明に係る位置ずれ検出におけるマーク像
の光強度分布の説明図。

【図１９】微小デバイスの製造フローチャート。

【図２０】図１９のウエハプロセスの詳細フローチャー
ト。

【図２１】本発明に係るテストパターンの説明図。

【図２２】本発明に係るテストレチクルの説明図。

【図２３】本発明に係るテストレチクルの説明図。

【図２４】本発明に係るテストレチクルの説明図。

【図２５】本発明に係るテストレチクルの説明図。

【図２６】検出系１１の一部詳細図。

【図２７】本発明に係るテストパターンの説明図。

【図２８】本発明に係るレチクルの説明図。

【図２９】本発明に係るフローチャート。

【図３０】本発明に係るフローチャート説明図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ インプットレンズ ３ フライアイレンズ ４ 開口絞り ５ 第１リレーレンズ ６ 投影式レチクルブラインド ７ 第２リレーレンズ ８ メインコンデンサーレンズ ９ レチクル １０ 投影光学系 １１ 検出系 １２ ウエハーステージ １３ オートフォーカス系 １４ ウエハーアライメント系 １５ テストパターン １６ 開口部 １７ 光学部材 １８ａ，ｂ テストパターン １０ｂ 光軸 １６１ レンズ駆動手段 １６２ 補正光学系 １７１ 波長可変手段 １７２ レーザー ＬＰ 主光線 ＴＰ テストパターン ＴＰａ テストパターン像 ＴＰＸ ライン ＰＨＡ 開口部σ１．０の領域 ＰＨＣ 開口部設計中心 Ｗ ウエハー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投影光学系の収差を計測する方法におい
   て、 テストパターンを投影光学系を介して結像させるステッ
   プと、 該テストパターン像の位置ずれ量を測定し、該位置ずれ
   量に基づいて前記投影光学系の収差を測定するステップ
   とを有し、 前記結像させるステップにおいて、前記テストパターン
   像の前記位置ずれと特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の係数が
   １：１の関係となるように前記テストパターンからの光
   の前記投影光学系の瞳での通過領域を制限することを特
   徴とする収差計測方法。
2. 【請求項２】 投影光学系の収差を計測する方法におい
   て、 テストパターンを投影光学系を介して結像させるステッ
   プと、 該テストパターン像の位置ずれ量を測定し、該位置ずれ
   量に基づいて前記投影光学系の収差を測定するステッ
   プ、とを有し、 前記結像させるステップにおいて、前記テストパターン
   像の前記位置ずれが特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の係数に主
   に依存するように前記テストパターンからの光の前記投
   影光学系の瞳での通過領域を制限することを特徴とする
   収差計測方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の測定方法により投影光
   学系の収差を測定する測定モードを有する投影露光装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３の投影露光装置によりデバイス
   パターンでウエハを露光する段階と、該露光したウエハ
   を現像する段階とを含むデバイス製造方法。