JP2004047737A - 検査方法及びフォトマスク - Google Patents

Abstract

【課題】投影光学系の高精度の検査方法を提供する。
【解決手段】偏光された第１の露光光でウェーハ１０上に塗布されたレジストにフォトマスク３３の露光マークを転写して投影光学系９の光学特性を求める。次に、第１の露光光と偏光状態が異なる第２の露光光でウェーハ１０上に塗布されたレジストにフォトマスク３３の露光マークを転写して投影光学系９の光学特性を求める。そして、第１及び第２の露光光で求めた前記光学特性の差を算出して投影光学系９の性能検査を行う。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光リソグラフィ技術に関し、特に露光装置の投影光学系の性能検査方法及び検査に用いるフォトマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスを構成するパターンの最小線幅、最小周期は年々微細化し、このパターンを解像する露光装置に要求される最小解像線幅は現在１００ｎｍ程度以下となってきている。露光装置の最小解像周期は、露光波長λ及び投影レンズの開口数（ＮＡ）で決まる。より微細なパターンを形成するためには露光波長λを短波長化し、ＮＡを拡大すればよい。この目的のために、露光光の短波長化が進められている。近年ではアルゴンフロライド（ＡｒＦ）エキシマレーザ露光装置（λ＝１９３ｎｍ）が実用化され、またフッ素ガス（Ｆ_２）エキシマレーザ露光装置（λ＝１５７ｎｍ）が数年後の実用化を目標に開発が行われている。１９３ｎｍ以下の波長で光リソグラフィ用レンズとして使用できる光学材料は種類が限られており、現在の技術では波長１９３ｎｍの光には蛍石（フッ化カルシウム単結晶）と溶融石英が使用できるが、波長１５７ｎｍの光に対しては蛍石しか使うことができない。
【０００３】
レンズを使用するときに問題となる現象の一つに複屈折がある。屈折率は光の屈折角や位相速度を支配する物理量であるから、投影レンズが複屈折を示す場合、投影レンズの結像特性が光の偏光状態によって変化する。複屈折があると、例えば露光光の偏光状態ごとに異なる位置に像を結ぶことによって像がぼけ、像コントラストや解像力が低下して、微細パターンが形成できない恐れがある。
【０００４】
蛍石は特定の結晶軸方向に比較的大きな複屈折をもつことが最近の研究から判明した。すなわち、蛍石の複屈折を示さない結晶軸を光軸方向にとってレンズを製造したとしても、光軸と平行でない方向に沿う光路については複屈折を示す。この結果、転写すべきパターンが微細であればあるほど、光軸と平行でない方向に多くの回折光が発生し、複屈折の影響を受けやすくなってしまう。レンズ全体として複屈折の影響を抑制するために、複数の蛍石のレンズを、それぞれの結晶軸方向を互いに変えて配置することによって、複屈折の影響をある程度相殺したり特定の光路に影響が集中したりしないようにできる。しかし、その場合でも複屈折の影響を完全に抑制することは、現在の技術では困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
露光装置の投影光学系に用いるレンズ材の複屈折は結像性能を劣化させるため抑制しなければならないが，結像の劣化状態だけをみてもそれが複屈折のために発生しているかどうか見分けられない。半導体デバイスの微細化のために複屈折の小さいレンズを投影光学系に使用する必要があり、複屈折が可能な限り抑制されているかどうかを、他の像劣化要因と切り分けて検査する方法が必要である。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決し、複屈折の影響を他の像劣化要因と切り分けて検査する投影光学系の検査方法を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、投影光学系の検査方法に用いるフォトマスクを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴は、（イ）偏光された第１の露光光でウェーハ上に塗布されたレジストにフォトマスクの露光マークを転写して投影光学系の第１の光学特性を求めるステップと、（ロ）第１の露光光と偏光状態が異なる第２の露光光でウェーハ上に塗布された新たなレジストにフォトマスクの露光マークを転写して投影光学系の第２の光学特性を求めるステップと、（ハ）第１及び第２の光学特性の差を算出するステップとを含む検査方法であることを要旨とする。
【０００９】
本発明の第１の特徴によれば、複屈折の影響を検査する投影光学系の検査方法を提供することができる。
【００１０】
本発明の第１の特徴において、第１の露光光が、直線偏光であることが好ましい。また、第２の露光光が、第１の露光光の偏光と直交する偏光であることが好ましい。また、第２の露光光は、無偏光であってもよい。また、露光光は、フォトマスクの露光パターンと対向するように形成された偏光子により偏光される。このようにして、偏光状態の異なる露光光により光学特性が計測され、投影光学系の性能検査が行われる。また、露光光が、ペリクル上に形成された偏光子により偏光されてもよい。露光光の偏光状態はフォトマスクを透過しても変化しないためである。また、光学特性が、投影光学系の投影レンズの収差であることが好ましい。投影レンズの収差は、コマ収差、球面収差、非点収差、３θ収差のうち少なくとも一つが用いられる。収差が、ゼルニケ多項式の収差係数で表わされることが好ましい。さらに、収差の計測が、三光束干渉条件で行われることが好ましい。
【００１１】
本発明の第２の特徴は、（イ）第１の表面及び第１の表面に対向する第２の表面を有する透明基板と、（ロ）第１の表面に配置された露光マークと、（ハ）第２の表面に露光マークに対向して配置された偏光子とを備えるフォトマスクであることを要旨とする。
【００１２】
本発明の第２の特徴によれば、投影光学系の複屈折の影響を検査するフォトマスクを提供することができる。
【００１３】
本発明の第３の特徴は、（イ）第１の表面を有する第１の透明基板と、（ロ）第１の表面に配置された露光マークと、（ハ）第１の表面に対向するように配置され、第２の表面を有する第２の透明基板からなるペリクルと、（ニ）第２の表面に露光マークに対向して配置された偏光子とを備えるフォトマスクであることを要旨とする。
【００１４】
本発明の第３の特徴によれば、投影光学系の複屈折の影響を検査するフォトマスクを提供することができる。
【００１５】
本発明の第２及び第３の特徴において、偏光子が、露光光を第１の偏光状態に偏光する第１の偏光子と、露光光を第１の偏光状態とは異なる偏光状態に偏光する第２の偏光子とからなることが好ましい。また、第１の偏光状態が、直線偏光であることが好ましい。また、第２の偏光状態が、第１の偏光状態と偏光面が互いに直交することが好ましい。また、第２の偏光状態が、無偏光状態であってもよい。また、偏光子が、ラインアンドスペースパターンよりなるワイヤグリッド型偏光子であることが好ましい。ワイヤグリッド型偏光子のラインアンドスペースパターンの周期が、露光光の波長以下であれば、光を直線偏光させることができる。また、露光マークが、投影レンズの収差計測パターンを含むことが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１７】
本発明の実施の形態の投影光学系の性能検査方法の説明に用いる露光装置１は、図２に示すような屈折型の露光装置（スキャナ）で、縮小比は４：１としている。光源２として波長λ：１９３ｎｍのアルゴンフロライド（ＡｒＦ）エキシマレーザが用いられる。照明光学系３には、フライアイレンズやコンデンサレンズ等が含まれる。投影光学系９は、投影レンズ５と瞳６等により構成されている。露光光は、照明光学系３と投影光学系９との間のマスクステージ４上に設置されたフォトマスク３３のパターンを、ウェーハステージ７上のウェーハ１０に縮小投影する。ペリクル８は、フォトマスク３３上に塵が付着するのを防止するために設置され、フォトマスク３３と同じ材料の透明基板からなる。なお、説明の便宜上、露光装置１として、スキャナを示しているが、スキャナの他にも、ステッパ等が使用可能である。また、縮小比を４：１としているが、任意の縮小比でもよいことは勿論である。
【００１８】
本発明の実施の形態に係るフォトマスク３３は、図３（ａ）に示すように、露光装置１のマスクステージ５に、ペリクル８で保護された第１の表面１５を下向きにして設置される。フォトマスク３３の第１の表面１５上には、図３（ｂ）に示すように、投影光学系９の各種のレンズ収差、例えば、コマ収差や３θ収差等の奇関数収差、及び球面収差や非点収差等の偶関数収差を計測する収差計測ユニット３６ａ〜３６ｉ及び３７ａ〜３７ｉが、それぞれ第１の収差計測ユニット領域３４及び第２の収差計測ユニット領域３５に配置されている。フォトマスク３３の第２の表面１６上には、図３（ｃ）に示すように、二種類のワイヤグリッド型偏光子が配置される。第１の収差計測ユニット領域３４に対向して配置された第１の偏光子３１と、第２の収差計測ユニット領域３５に対向して配置された第２の偏光子３２のワイヤグリッドパターンの周期方向は、互いに直交している。例えば、第１の偏光子３１のワイヤグリッドパターンの周期方向は、図３（ｃ）に示すフォトマスク３３の左右方向の辺に対して平行で、第２の偏光子３２のワイヤグリッドパターンの周期方向は、第１の偏光子３１のワイヤグリッドパターンの周期方向と直交する方向である。
【００１９】
本発明の実施の形態に係るフォトマスク３３の第２の表面１６に配置されるワイヤグリッド型偏光子１１は、図４（ａ）の平面図に示すように、所定の方向に周期性をもつラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターンである。ワイヤグリッド型偏光子１１のＬ／Ｓパターンの周期方向の断面構造は、図４（ｂ）に示すように、例えば、透明石英からなる透明基板１２上にクロム（Ｃｒ）等の金属膜からなる遮光部１３ａ〜１３ｃが一定の遮光部幅ｗ：２０ｎｍ、一定の周期Ｐ：１００ｎｍで配列されている。ワイヤグリッド型偏光子１１は入射した光のうち、Ｌ／Ｓパターンの周期Ｐ方向に電場の振動面をもつ直線偏光光のみを通過させる機能を持つ。
【００２０】
本発明の実施の形態に係るフォトマスク３３は、露光装置１のマスクステージ４に第２の表面１６を露光光の入射側に向けて設置される。ここで、第１又は第２の収差計測ユニット領域３４、３５のそれぞれの大きさが、露光装置１の静止露光における一括露光領域と一致するように設計されている。フォトマスク３３に入射する露光光は、まず第１又は第２の偏光子３１、３２により偏光面が互いに直交する直線偏光光とされて、第１又は第２の収差計測ユニット領域３４、３５に入射する。二つの直線偏光光を用いて露光したパターンにより収差計測を行うため、投影光学系９の投影レンズ５の複屈折の大小が判定できる。なお、本発明の実施の形態では、第１及び第２の偏光子３１、３２を有する第２の表面１６を露光光の入射側に向けたが、逆に露光光の出射側に向けて設置してもよい。フォトマスク３３の収差計測ユニット３６ａ〜３６ｉ及び３７ａ〜３７ｉを通過する際に、露光光の偏光状態は変化せず、第１及び第２の偏光子３１、３２によってそれぞれの直線偏光成分だけが選択的に取り出されるからである。
【００２１】
ワイヤグリッド型偏光子１１の形成方法は、半導体デバイス製造に用いられるフォトマスクの製造方法と同様である。まず、図５（ａ）に示すように、露光光に対してほぼ透明な透明基板１２上に、クロム等の金属の蒸着等により、遮光性膜２３が形成される。次いで、遮光性膜２３表面にレジストを塗布し、電子線描画装置でワイヤグリッドパターンを描画し、現像工程により、図５（ｂ）に示すように、レジストパターン１４が遮光性膜２３上に形成される。その後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）工程等により遮光性膜２３が選択エッチングされて、図５（ｃ）に示すように、遮光部１３ａ〜１３ｃが透明基板１２上に形成され、ワイヤグリッド型偏光子１１が作製される。また、本発明の実施の形態に係る収差の計測に用いる収差計測用マークも、後述するように、基本構造は所定の周期Ｐをもつラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターンであり、図５に示したワイヤグリッド型偏光子１１の形成方法と同様にして作製される。
【００２２】
本発明の実施の形態に係るフォトマスクは、第１の表面１５上に、投影光学系９の各種の収差を計測する収差計測用マークを含む収差計測ユニット３６ａ〜３６ｉ及び３７ａ〜３７ｉが第１及び第２の収差計測ユニット領域３４、３５に形成され、さらに、第２の表面１６上に、互いに直交するパターンを有するワイヤグリッド型の第１及び第２の偏光子３１、３２が対向するように形成されて、作製される。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る収差の計測には、例えば、特許第３２５６６７８号公報において本筆頭発明者らが示した、レンズの収差計測用マークが用いられる。収差計測用マークには、所定の周期Ｐをもつラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターンが含まれている。すべてのＬ／Ｓパターンの線幅／周期比は０．５である。周期Ｐは、露光装置のコヒーレンスファクタσ、露光波長λ、投影レンズ開口数ＮＡとの間に次の関係を満たしている。
【００２４】
３・λ／（ＮＡ・（１＋σ））　≧　Ｐ　≧　λ／（ＮＡ・（１−σ））　（１）
（１）式の条件は、Ｌ／Ｓパターンの像が、０次回折光と±１次回折光の干渉により形成される条件であり、「３光束干渉条件」と呼ばれる。即ち、１次回折光が投影光学系９の瞳６から外れず、３次以上の高次回折光が瞳６面を通過しない条件を意味している。また、Ｌ／Ｓパターンの線幅／周期比を０．５としているため、２次回折光は発生しない。３光束干渉条件下の収差計測では、＋１次回折光の経路における波面誤差と−１次回折光の経路における波面誤差の和及び差が計測される。
【００２５】
コマ収差や３θ収差等の奇関数収差を計測するための収差計測用マークの基本構造は、図６（ａ）に示すように、いずれも複数の正方形パターンである、一対の露光マーク４３と切り抜き露光マーク４４からなる。露光マーク４３は、一様な周期の微細なＬ／ＳパターンのＬ／Ｓ内枠パターン４１と、Ｌ／Ｓ内枠パターン４１を囲むようにして、フォトマスク上で幅が２μｍのラインの外枠パターン４２を有している。Ｌ／Ｓ内枠パターン４１の微細なＬ／Ｓパターンは、周期Ｐが（１）式の条件を満たしている。切り抜き露光マーク４４は、内枠切り抜きパターン４６と外枠切り抜きパターン４５を有している。露光マーク４３と切り抜き露光マーク４４の中心間の距離は５０μｍで、互いに重なり合うことなく配置されている。露光マーク４３と切り抜き露光マーク４４は、例えば、図６（ａ）の左右方向にフォトマスク上で５０μｍずらして、それぞれの正方形の中心を合わせた場合、内枠切り抜きパターン４６がＬ／Ｓ内枠パターン４１の一部に重なり、また、外枠切り抜きパターン４５が外枠パターン４２を全部覆うように設計されている。
【００２６】
奇関数収差の計測には、図７に示すように、図６（ａ）に示した基本構造の露光マーク４３と切り抜き露光マーク４４と同様に、露光マーク１２１と切り抜き露光マーク１２４とが対をなし、時計回り方向に３０度回転させた第１の回転露光マーク１２２と第１の回転切り抜きマーク１２５とが対をなし、更に時計回り方向に６０度回転させた第２の回転露光マーク１２３と第２の回転切り抜きマーク１２６とが対をなしている。露光マーク１２１及び切り抜き露光マーク１２４には、Ｌ／Ｓ内枠パターン１２１ａと外枠パターン１２１ｂ、及び内枠切り抜きパターン１２４ａと外枠切り抜きパターン１２４ｂが配置されている。同様に、第１及び第２の回転露光マーク１２２、１２３には、Ｌ／Ｓ内枠パターン１２２ａ、１２３ａ、及び外枠パターン１２２ｂ、１２３ｂが配置され、第１及び第２の回転切り抜き露光マーク１２５、１２６には、内枠切り抜きパターン１２５ａ、１２６ａ、及び外枠切り抜きパターン１２５ｂ、１２６ｂが配置されている。また、図８に示すように、第１の露光マーク６１と第１の切り抜き露光マーク６４、第２の露光マーク６２と第２の切り抜き露光マーク６５、及び第３の露光マーク６３と第３の切り抜き露光マーク６６が、それぞれ対で奇関数収差の計測に用いられる。ここで、第１〜第３の露光マーク６１〜６３の外枠パターン６１ｂ〜６３ｂは同一寸法のパターンであり、第１〜第３の切り抜き露光マーク６４〜６６は同一のパターンである。Ｌ／Ｓ内枠パターン６１ａ〜６３ａは、（１）式の三光束干渉条件を満たす範囲内で周期Ｐが異なるＬ／Ｓパターンからなる。さらに、図７に示した第１及び第２の回転露光マーク１２２、１２３だけでなく、Ｌ／Ｓパターンの周期Ｐを（１）式の三光束干渉条件を満たす範囲内で変化させたＬ／Ｓ内枠パターンを配置した回転露光マークの対も配置される。
【００２７】
球面収差や非点収差等の偶関数収差を計測するための露光マークは、図６（ｂ）に示すように、周期Ｐが（１）式の三光束干渉条件を満たす微細なＬ／Ｓパターンであり、縦Ｌ／Ｓマーク４７、横Ｌ／Ｓマーク４８、第１の斜めＬ／Ｓマーク４９、及び第２の斜めＬ／Ｓマーク５０の四種類がセットとなる。縦Ｌ／Ｓマーク４７のＬ／Ｓパターンの周期Ｐの向きを基準とすると、それぞれ横Ｌ／Ｓマーク４８が９０°、第１の斜めＬ／Ｓマーク４９が１３５°、及び第２の斜めＬ／Ｓマーク５０が４５°の向きとなる。また、奇関数収差の場合と同様、（１）式の三光束干渉条件を満たす範囲内で周期Ｐが異なるＬ／Ｓパターンからなる偶関数収差計測用の露光マークが複数配置される。
【００２８】
このように、第１及び第２の収差計測ユニット３６ａ〜３６ｉ及び３７ａ〜３７ｉに、それぞれ周期と向きが異なる複数の奇関数、及び偶関数収差計測用の露光マークが互いに近傍に配置される。第１及び第２の収差計測ユニット３６ａ〜３６ｉ及び３７ａ〜３７ｉに配置される各露光マークの配列は、同一とされている。
【００２９】
次に、本発明の実施の形態に係る収差計測について説明する。露光装置１による静止露光の領域は、図３（ｂ）に示した第１又は第２の収差計測ユニット領域３４、３５である。したがって、例えば、まずフォトマスク３３上の第１の収差計測ユニット領域３４を第１の偏光子３１で直線偏光された露光光により収差計測ユニット３６ａ〜３６ｉの露光マークのパターンをウェーハ１０上に転写する。その後、フォトマスク３３上の第２の収差計測ユニット領域３５を第２の偏光子３２で直線偏光された露光光により収差計測ユニット３７ａ〜３７ｉの露光マークのパターンをウェーハ１０上に転写する。このとき、投影レンズ５に対する第１の収差計測ユニット領域３４中の各露光マークの相対位置と、投影レンズ５に対する第２の収差計測ユニット領域３５中の各露光マークの相対位置とがほぼ一致するようにする。即ち、２回の収差計測は、ほぼ同じ像位置に関して実施される。また、奇関数及び偶関数収差計測の露光方法が相異しているため、それぞれ別々に収差計測される。
【００３０】
奇関数収差の計測では、第１及び第２の収差計測ユニット領域３４、３５それぞれに対して二重露光が行われる。図８の露光マーク６１〜６６を用いて奇関数収差計測を行う場合、例えば、まず１回目の露光を行い、次に、ウェーハステージ７を第１〜第３の露光マーク６１〜６３と第１〜第３の切り抜き露光マーク６４〜６６が重なる方向に１２．５μｍ（フォトマスク３３上で５０μｍ）移動して２回目の露光を行う。この二重露光により、第１〜第３の露光マーク６１〜６３のＬ／Ｓ内枠パターン６１ａ〜６３ａ、及び外枠パターン６１ｂ〜６３ｂは、第１〜第３の切り抜き露光マーク６４〜６６が重なる部分が切り取られるようなパターンでウェーハ１０上に転写され、図９に示すように、第１〜第３のレジストパターン６７〜６９が、現像工程を経て形成される。第１〜第３のレジストパターン６７〜６９のＬ／Ｓ内枠レジストパターン６７ａ〜６９ａは、内枠切り抜きパターン６４ａ〜６６ａの幅のＬ／Ｓパターンとなり、外枠レジストパターン６７ｂ〜６９ｂは、０．５μｍの幅のパターンとなる。同様にして、図７に示した露光マーク１２１、第１及び第２の回転露光マーク１２２、１２３が、切り抜き露光マーク１２４、第１及び第２の回転切り抜き露光マーク１２５、１２６で切り取られて、図１０に示すように、Ｌ／Ｓ内枠レジストパターン１３１ａ〜１３３ａ、及び外枠レジストパターン１３１ｂ〜１３３ｂからなるレジストパターン１３１、第１及び第２の回転レジストパターン１３２、１３３が形成される。図９及び図１０に示したようなＬ／Ｓ内枠レジストパターン６７ａ〜６９ａ、１３１ａ〜１３３ａと外枠レジストパターン６７ｂ〜６９ｂ、１３１ｂ〜１３３ｂの相対的な転写位置ずれ量が、合わせずれ検査装置を用いて測定される。
【００３１】
次に、奇関数収差計測で得られた相対的な転写位置ずれ量と奇関数収差量の関係について説明する。ｘ方向に周期Ｐの周期性を持ち、（１）式の三光束干渉条件を満たすＬ／Ｓパターンをσ＝０に近いコヒーレント照明で結像させる状態を考える。図１１（ａ）に示すように、光源２からの露光光がマスクパターン２１に入射して回折される場合、０次回折光は基板面に垂直に入射、±１次回折光が、入射面をｘ−ｚ平面とし、０次回折光に対し角度θで、０次回折光を挟むように瞳面７０に入射し、ウェーハ上でマスクパターン像２２が結像される。ここで、座標系の原点を、無収差レンズの場合に干渉波の極大が現れる理想像点とする。また、光の進行方向を正ｚ方向とする各回折光の電気ベクトルをＥ_０、Ｅ_１、Ｅ_−１、露光波長をλ、０次回折光の振幅をＡ、±１次回折光の振幅をＢとする。また０次回折光の位相を基準として、±１次回折光の位相誤差をそれぞれφ_１、φ_−１とする。一般に、時間依存部分を省いた光の電気ベクトルは、次式で表される。
【００３２】
Ｅ　＝　Ａ・ｅｘｐ（ｉ・ｋ・ｘ）　　　（２）
ここで、ｉは虚数単位、ｋは波数ベクトル、ｘは位置ベクトルである。したがって、各回折光の電気ベクトルは、次式で表される。
【００３３】
【数１】
Ｅ_０（ｘ，ｙ，ｚ）　＝　Ａ・ｅｘｐ（ｉ・ｋ・ｚ）　　　（３）
Ｅ_１（ｘ，ｙ，ｚ）　＝　Ｂ・ｅｘｐ｛ｉ・（−ｋ・ｘ・ｓｉｎθ　＋　ｋ・ｚ・ｃｏｓθ＋φ_１）｝　　（４）
Ｅ_−１（ｘ，ｙ，ｚ）　＝　Ｂ・ｅｘｐ｛ｉ・（ｋ・ｘ・ｓｉｎθ　＋　ｋ・ｚ・ｃｏｓθ＋φ_−１）｝　　（５）
ウェーハ上に形成される干渉波Ｉは、
Ｉ　＝　｜Ｅ_０　＋　Ｅ_１　＋　Ｅ_−１｜^２　　（６）
である。（６）式を展開すると、
【数２】
Ｉ＝Ａ^２＋２・Ｂ^２＋２・Ａ・Ｂ・ｃｏｓ（Ｓ・ｋ・ｘ−φ_ｏｄｄ）・ｃｏｓ（Ｃ・ｋ・ｚ−φ_ｅｖｅｎ）＋２・Ｂ^２・ｃｏｓ｛２・（Ｓ・ｋ・ｘ−φ_ｏｄｄ）｝　　（７）
ここで、簡単のため、Ｓ　＝　ｓｉｎθ、Ｃ　＝　１　−　ｃｏｓθ、φ_ｅｖｅｎ　＝　（φ_１＋　φ_−１）／２、φ_ｏｄｄ　＝　（φ_１　−　φ_−１）／２の置き換えを使った。φ_ｅｖｅｎは偶関数収差成分、φ_ｏｄｄは奇関数収差成分である。ｚを固定してｘ−ｙ平面の振る舞いを考えると、原点付近での干渉波の極大位置は、Ｓ・ｋ・ｘ　−　φ_ｏｄｄ　＝　０　即ち、
ｘ　＝　φ_ｏｄｄ／（Ｓ・ｋ）　　（８）
に存在することがわかる。
【００３４】
±１次回折光の入射角θは、Ｌ／Ｓパターン周期Ｐと露光波長λの間に、
ｓｉｎθ　＝　λ／Ｐ　　（９）
という関係があることを考慮すると、Ｌ／Ｓパターンの相対的な転写位置ずれ量δｘは、
δｘ　＝　Ｐ・φ_ｏｄｄ／（２・π）　（１０）
と表される。
【００３５】
一方、例えば、図６（ａ）に示した外枠パターン４２は、露光波長λに対して十分大きなパターン幅であり、投影レンズを通過する露光光は瞳面７０の中央を通過する。通常、投影レンズの中央はよく調整されているから、瞳面７０の中央では波面収差は０であると考えて良い。従って、外枠パターン４２の位置はたいていの場合変化せず、位置基準マークとすることができる。即ち、奇関数収差φ_ｏｄｄは、合わせずれ検査装置を用いて計測された相対的な転写位置ずれ量δｘから次式で導かれる。
【００３６】
φ_ｏｄｄ　＝　２・π・δｘ／Ｐ　（１１）
ここで収差は位相の次元で表されている。露光波長λを単位とする表記では
φ_ｏｄｄ　＝　δｘ／Ｐ　　（１２）
となる。このφ_ｏｄｄ（Ｒ，θ）は投影光学系９の瞳６の瞳面７０内の座標（Ｒ，θ）における波面収差の奇関数成分を表す。瞳面７０は半径を１とする単位円として規定され、瞳面７０の動径Ｒは、０≦Ｒ≦１である。周期ＰのＬ／Ｓパターンを露光したとき、０次回折光は瞳面７０の中央、±１次回折光は、瞳面７０中央からλ／（Ｐ・ＮＡ）だけＬ／Ｓパターンの周期方向に離れた位置を通過する。回折光通過位置の瞳面７０中心からの距離は、Ｌ／Ｓパターンの周期Ｐに反比例し、周期Ｐが大きい場合は、図１１（ｂ）に示すように、瞳面７０ａの中心からＲ１離れた内側の位置を通り、周期Ｐが小さい場合は、図１１（ｃ）に示すように、瞳面７０ｂ内の中心からＲ２離れた外側の位置を通る。言い換えると、単位円で規定される瞳面７０上の、（Ｒ，θ）における奇関数収差成分がφ_ｏｄｄで、（Ｒ，θ＋１８０°）における奇関数収差成分が−φ_ｏｄｄである。即ち、
φ_ｏｄｄ（Ｒ，θ）　＝　δｘ／Ｐ　　（１３）
φ_ｏｄｄ（Ｒ，θ＋１８０）　＝　−δｘ／Ｐ　　（１４）
となる。なお、動径Ｒはλ、Ｐ、ＮＡとの間に次の関係がある。
【００３７】
Ｒ　＝　λ／（Ｐ・ＮＡ）　　（１５）
以上を考慮すれば、周期Ｐ及び回転角度が異なる露光マークから形成された収差計測用パターンの計測により、瞳面７０上の異なる位置における奇関数収差成分φ_ｏｄｄ（Ｒ，θ）が求められる。例えば、周期がＰ_０で３０°回転した露光マークから形成された収差計測用パターンの計測から、φ_ｏｄｄ（λ／（Ｐ_０・ＮＡ），３０°）と、φ_ｏｄｄ（λ／（Ｐ_０・ＮＡ），−１５０°）　＝　−φ_ｏｄｄ（λ／（Ｐ_０・ＮＡ），３０°）が求められる。
【００３８】
次に、求めたφ_ｏｄｄから奇関数収差のゼルニケ収差係数を算出する。オプティカル・レヴュー（ＯＰＴＩＣＡＬ　ＲＥＶＩＥＷ）、第７巻、（２０００年）、５２５頁−５３４頁に記載されている次の行列計算によって奇関数収差を１θ成分、３θ成分、５θ成分に分ける。
【００３９】
【数３】

次に、奇関数収差の１θ成分、３θ成分を動径関数にフィットして、係数を求める。
【００４０】
【数４】
φ_{ｃｏｓ θ}（Ｒ）　＝　ａ_２・Ｚ_２（Ｒ）＋ａ_７・Ｚ_７（Ｒ）＋ａ_１４・Ｚ_１４（Ｒ）＋・・・　（１７）
φ_{ｓｉｎ θ}（Ｒ）　＝　ａ_３・Ｚ_３（Ｒ）＋ａ_８・Ｚ_８（Ｒ）＋ａ_１５・Ｚ_１５（Ｒ）＋・・・　（１８）
φ_{ｃｏｓ３ θ}（Ｒ）　＝　ａ_１０・Ｚ_１０（Ｒ）＋ａ_１９・Ｚ_１９（Ｒ）＋・・・　（１９）
φ_{ｓｉｎ３ θ}（Ｒ）　＝　ａ_１１・Ｚ_１１（Ｒ）＋ａ_２０・Ｚ_２０（Ｒ）＋・・・　（２０）
ここでａ_ｎ（ｎは整数）は第ｎ項のゼルニケ収差係数で、Ｚ_ｎ（Ｒ）は、第ｎ項のゼルニケ多項式の動径Ｒ依存部分である。このようにして、コマ収差ａ_７、ａ_８、３θ収差ａ_１０、ａ_１１、及びそれらの高次成分ａ_１４、ａ_１５、ａ_１９、ａ_２０が求められる。
【００４１】
次に、偶関数収差の測定について説明する。図６（ｂ）に示した４種のＬ／Ｓマーク４７〜５０を、露光量を固定したまま徐々にフォーカス位置と転写位置を変えながらレジストを塗布したウェーハ１０上に露光する。このようにフォーカス状態を変化させて転写したＬ／Ｓレジストパターンを、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて測定する。各Ｌ／Ｓレジストパターンのライン幅は、フォーカス状態の変化に従い極大値を持つ。ライン幅が極大値となるフォーカス状態は３光束干渉に形成する干渉波のコントラストが極大となる状態であり、即ちベストフォーカスである。周期或いは向きの異なる各パターンごとに、ベストフォーカスを決定する。具体的には、フォーカス位置、即ち、露光装置で設定された各デフォーカス距離毎に、Ｌ／Ｓレジストパターンのライン幅寸法の極大値もしくはスペース幅の極小値を取る位置がベストフォーカスの位置となる。例えば、図１２に示すように、縦Ｌ／Ｓレジストパターン１１１ａ〜１１１ｇは、デフォーカス距離が−０．２〜０．４μｍの範囲でパターンが転写され、ベストフォーカスは、０．１μｍの位置である。同様に、横Ｌ／Ｓレジストパターン１１２ａ〜１１２ｇ、第１の斜めＬ／Ｓレジストパターン１１３ａ〜１１３ｇ及び第２の斜めＬ／Ｓレジストパターン１１４ａ〜１１４ｇ、それぞれのベストフォーカスは、０、−０．１、及び０のデフォーカス距離の位置にある。上記例ではライン幅寸法の極大値もしくはスペース幅の極小値を取る位置をベストフォーカスとしたが、露光量が小さい場合は、ライン幅寸法の極小値もしくはスペース幅の極大値を取る位置をベストフォーカスとしてもよい。なお、デフォーカス距離が０の位置としては、例えば、図６（ａ）に示した露光マーク４３の外枠パターン４２により、異なるパターン間の平均的なベストフォーカス位置を予め求め、その位置をデフォーカスの基準位置に設定してある。したがって、図１２のデフォーカス距離が０．０の状態は、使用する露光装置１におけるデフォーカスの基準位置を表わし、必ずしも無収差の場合のフォーカス位置を表わすわけではない。
【００４２】
次に、ベストフォーカスのずれと偶関数収差量の関係について説明する。３光束干渉によりウェーハ上に形成される干渉波の式（７）において、ウェーハ１０が光の進行方向（ｚ方向）にずれた場合を考える。コントラストを決める（７）式の右辺第２項がｚ依存性を持つことから、ベストフォーカスとなる条件は、次の式で表される。
【００４３】
Ｃ・ｋ・Ｚ　−　φ_ｅｖｅｎ　＝　０　　（２１）
すなわち、ベストフォーカスの無収差の場合からのずれ量δｚは、偶関数収差成分φ_ｅｖｅｎに比例する。具体的には、±１次回折光の入射角θが、Ｌ／Ｓ周期Ｐと露光波長λとの間に（９）式の関係があることを考慮して、次のように表現できる。
【００４４】
φ_ｅｖｅｎ　＝　Ｃ・ｋ・δｚ　＝　２・π・κ（λ，Ｐ）・δｚ／λ　　（２２）
ここで、κ（λ，Ｐ）　＝　１−（１−λ^２／Ｐ^２）^１／２である。（２２）式では収差が位相の次元で表されている。波長を単位とする表記では
φ_ｅｖｅｎ　＝　κ（λ，Ｐ）・δｚ／λ　　（２３）
となる。
【００４５】
φ_ｅｖｅｎ（Ｒ，θ）は投影レンズ５の瞳面内座標（Ｒ，θ）における波面収差の偶関数成分を表す。言い換えると、単位円で規定される瞳面７０上、（Ｒ，θ）及び（Ｒ，θ＋１８０°）における偶関数収差成分がφ_ｅｖｅｎである。即ち、
【数５】
φ_ｅｖｅｎ（Ｒ，θ）　＝　φ_ｅｖｅｎ（Ｒ，θ＋１８０°）　＝　κ（λ，Ｐ）・δｚ／λ　　（２４）
以上を考慮すれば、周期Ｐ及び角度が異なる露光マークから形成されたＬ／Ｓレジストパターンの計測により、瞳面７０上の異なる位置における偶関数収差成分φ_ｅｖｅｎ（Ｒ，θ）が求められる。例えば、周期がＰ_０で４５°回転したマークから形成されたＬ／Ｓレジストパターンの計測から、
【数６】
φ_ｅｖｅｎ（λ／（Ｐ_０・ＮＡ），４５°）　＝　φ_ｅｖｅｎ（λ／（Ｐ_０・ＮＡ），−１３５°）　　（２５）
が求められる。
【００４６】
次に、ベストフォーカスのずれ量δｚから偶関数収差のゼルニケ収差係数を算出する。上述のオプティカル・レヴューに記載されている次の行列計算によって偶関数収差を０θ成分φ_ｓｙｍ（Ｒ）、２θ成分φ_{ｃｏｓ２ θ}（Ｒ）、φ_{ｓｉｎ２ θ}（Ｒ）等に分ける。
【００４７】
【数７】

次に、０θ成分φ_ｓｙｍ（Ｒ）、２θ成分φ_{ｃｏｓ２ θ}（Ｒ）、φ_{ｓｉｎ２ θ}（Ｒ）を動径関数にフィットして、係数を求める。
【００４８】
【数８】
φ_ｓｙｍ（Ｒ）　＝　ａ_４・Ｚ_４（Ｒ）＋ａ_９・Ｚ_９（Ｒ）＋ａ_１６・Ｚ_１６（Ｒ）＋・・・　　（２７）
φ_{ｃｏｓ２ θ}（Ｒ）　＝　ａ_５・Ｚ_５（Ｒ）＋ａ_１２・Ｚ_１２（Ｒ）＋・・・　　（２８）
φ_{ｓｉｎ２ θ}（Ｒ）　＝　ａ_６・Ｚ_６（Ｒ）＋ａ_１３・Ｚ_１３（Ｒ）＋・・・　　（２９）
このようにして、球面収差ａ_９、非点収差ａ_５、ａ_６、及びそれらの高次成分ａ_１６、ａ_１２、ａ_１３が求められる。なお、（２１）〜（２５）式までの議論においては、無収差レンズの場合に対するベストフォーカスのずれ量をδｚとしているが、実際の計測においては無収差のレンズの場合のベストフォーカスが不明である。そこで、図１２を例にとって説明したように、適当なデフォーカス位置をデフォーカスの基準位置とし、それに対するベストフォーカスのずれ量δｚ´をδｚの代わりに使用することになる。ベストフォーカスのずれ量δｚ´を用いて（２６）、（２７）式の計算を行うと、デフォーカスを表わす係数ａ_４が変化するが、偶関数収差を表わす他の係数ａ_５、ａ_６、ａ_９等は変化しない。したがって、ベストフォーカスのずれ量δｚ´を用いても偶関数収差の計測が可能である。
【００４９】
本発明の実施の形態に係る投影レンズの性能検査方法を図１にしたがって説明する。
【００５０】
（イ）まず、フォトマスク３３及び第１のレジストを塗布したウェーハ１０が露光装置１のウェーハステージ７上に装着される。ステップＳ１０１で、例えば、第１の収差計測ユニット領域３４の、図６（ａ）、図７及び図８で示した奇関数収差計測用の露光マークを用いて二重露光が行われ、第１の偏光子３１で直線偏光された露光光で各々のＬ／Ｓパターンがウェーハ１０上の第１のレジストに転写される。第１のレジストの現像後、図９及び図１０に示したようなＬ／Ｓレジストパターンから横ずれ量δｘが計測される。
【００５１】
（ロ）第２のレジストを塗布したウェーハ１０が露光装置に装着される。ステップＳ１０２で、第１の収差計測ユニット領域３４の、図６（ｂ）に示した偶関数収差計測用の露光マークを用いて露光量を固定したままフォーカス位置と転写位置を変えながら、第１の偏光子３１で直線偏光された露光光でおのおののＬ／Ｓパターンがウェーハ１０上の第２のレジストに転写される。第２のレジストの現像後、図１２に示したようなＬ／Ｓレジストパターンからベストフォーカスずれ量δｚが計測される。
【００５２】
（ハ）ステップＳ１０３で、第１の偏光子３１で直線偏光された露光光による横ずれ量δｘ及びベストフォーカスずれ量δｚから、第１のゼルニケ収差係数が算出される。例えば、奇関数収差として、コマ収差のゼルニケ係数ａ_７、ａ_８、及び３θ収差のゼルニケ係数ａ_１０、ａ_１１、また、偶関数収差として、非点収差のゼルニケ係数ａ_５、ａ_６、及び球面収差のゼルニケ係数ａ_９が算出される。
【００５３】
（ニ）次に、ステップＳ１０４で、第３のレジストを塗布したウェーハ１０が露光装置に装着される。第２の収差計測ユニット領域３５の、図６（ａ）、図７及び図８で示した奇関数収差計測用の露光マークを用いて二重露光が行われ、第２の偏光子３２で直線偏光された露光光で各々のＬ／Ｓパターンがウェーハ１０上の第３のレジストに転写される。第３のレジストの現像後、図９及び図１０に示したようなＬ／Ｓレジストパターンから横ずれ量δｘが計測される。
【００５４】
（ホ）第４のレジストを塗布したウェーハ１０が露光装置に装着される。ステップＳ１０５で、第４の収差計測ユニット領域３５の、図６（ｂ）に示した偶関数収差計測用の露光マークを用いて露光量を固定したままフォーカス位置と転写位置を変えながら、第２の偏光子３２で直線偏光された露光光でおのおののＬ／Ｓパターンがウェーハ１０上の第４のレジストに転写される。第４のレジストの現像後、図１２に示したようなＬ／Ｓレジストパターンからベストフォーカスずれ量δｚが計測される。
【００５５】
（ヘ）ステップＳ１０６で、第２の偏光子３２で直線偏光された露光光による横ずれ量δｘ及びベストフォーカスずれ量δｚから、第２のゼルニケ収差係数が算出される。ステップ１０３と同様に、奇関数収差として、コマ収差のゼルニケ係数ａ_７、ａ_８、及び３θ収差のゼルニケ係数ａ_１０、ａ_１１、また、偶関数収差として、非点収差のゼルニケ係数ａ_５、ａ_６、及び球面収差のゼルニケ係数ａ_９が算出される。
【００５６】
（ト）ステップＳ１０７で、算出された第１及び第２のゼルニケ収差係数の差が求められる。求められたゼルニケ収差係数差より、ステップＳ１０８で、投影レンズ５の性能が判定され、投影レンズ５の選別が行われる。
【００５７】
図１３には、検査１および２として算出された第１及び第２のゼルニケ収差係数と、ゼルニケ収差係数差を示してある。投影レンズ５の複屈折が十分に抑制されているならば、検査１の結果と検査２の結果との間に差はない。一方、投影レンズ５の複屈折が大きい場合、光の偏光状態によって投影レンズ５の実効的な収差が変わるから、露光光の偏光状態を変えて露光した２回の露光の計測結果は異なる。図１３においては、二つの検査で求めたゼルニケ収差係数差が検査１で計測されたゼルニケ収差係数の１０％以上あり、投影レンズ５が大きな複屈折を示しているといえる。
【００５８】
投影レンズが複屈折を示さないならば、入射光の偏光状態と射出光の偏光状態は同じである。一方、複屈折を示す材質が使われている場合は、入射光と射出光の偏光状態が変わる。複屈折を示す光透過性材料に偏光光を入射した場合、射出光の偏光状態は次式で表される。
【００５９】
【数９】

ここで、（Ｅ_ｐ，Ｅ_ｓ）は、入射光の電場ベクトルのｐ偏光成分及びｓ偏光成分、（Ｅ_ｐ´，Ｅ_ｓ´）は、出射光の電場ベクトルのｐ偏光成分及びｓ偏光成分、Ｍは、光透過性材料内の光路に関するジョンズ（Ｊｏｎｅｓ）行列である。
【００６０】
露光装置１のレンズの材料として使用される蛍石は、結晶方向によって複屈折の大きさが異なる。従って、露光光が通る経路によって異なる偏光状態の変化を受けることになる。この状態は、瞳６上の任意の点において定義される２×２の行列Ｍにより表現できる。行列Ｍは瞳座標及び像面座標の関数となる。また、ある一つの像点における結像を考えるときは、行列Ｍは瞳座標の関数となる。
【００６１】
露光装置１においては、フォトマスク３３から出射した回折光が投影レンズ５に入射し、投影レンズ５を通過した光がウェーハ１０に到達する。ウェーハ１０表面では、２本以上の光束の干渉により、像が形成される。光束の干渉においては、互いに直交する偏光光同士は干渉せず、像のコントラストを生じない。従って、干渉する光が互いに異なる偏光状態にある場合、像のコントラストが低下し、正常なパターン形成が困難となる。
【００６２】
ここで、２光束干渉による結像を例に取り、複屈折の影響を説明する。図１４に示すように、露光光Ｂがフォトマスク３３の偏光子及びＬ／Ｓ露光マークにより偏光、回折されて第１及び第２の偏光光線Ｂ１、Ｂ２となる。投影レンズに入射する前は同一の強度及び偏光状態であった第１及び第２の偏光光線Ｂ１、Ｂ２の２つの光束が、投影レンズ５内の別の経路を通過し、同一入射面（図１４のｘ−ｚ平面）上で、かつウェーハ１０の法線に対し角度θだけ傾いた角度からウェーハ１０表面に入射する状態を表している。ここではウェーハ１０表面に入射する第１及び第２の偏光光線Ｂ１、Ｂ２の偏光状態を、入射面に平行な成分（ｐ偏光成分）と入射面に垂直な成分（ｓ偏光成分）とを用いて表記する。第１の偏光光線Ｂ１の偏光状態と第２の偏光光線Ｂ２の偏光状態がそれぞれ（Ｅ_１ｐ，Ｅ_１ｓ）、（Ｅ_２ｐ，Ｅ_２ｓ）のように表されているとする。ｐ　偏光とｓ偏光の位相差をφ_γｂ（γは１または２）とすると、光の電場ベクトルのｐ　偏光成分、ｓ偏光成分は次のように表される。ただし、時間依存の項を省略した。
【００６３】
Ｅ_{γ ｐ}　＝　Ａ_{γ ｐ}・ｅｘｐ｛ｉ・（ｋ_γ・ｘ＋φ_γ＋φ_{γ ｂ}／２）｝　　（３１）
Ｅ_{γ ｓ}　＝　Ａ_{γ ｓ}・ｅｘｐ｛ｉ・（ｋ_γ・ｘ＋φ_γ−φ_{γ ｂ}／２）｝　　（３２）
φ_γは、ｓ偏光、ｐ偏光状態の平均的な位相を表し、ｉは虚数単位、ｘは位置ベクトルである。Ａ_{γ ｐ}、Ａ_{γ ｓ}は、それぞれ電場のｐ偏光成分、ｓ偏光成分の振幅を表わす。ｋ_γは、波数ベクトルを表し、具体的には次式で表される。
【００６４】
ｋ_１　＝　２・π／λ（ｓｉｎθ，０，ｃｏｓθ）　　（３３）
ｋ_２　＝　２・π／λ（−ｓｉｎθ，０，ｃｏｓθ）　　（３４）
このような条件の下、ウェーハ表面における干渉波Ｉは、電場の振動面が互いに直交するｐ偏光光及びｓ偏光光同士が干渉しないことを考慮すると、ｐ偏光の干渉波Ｉ_ｐ、ｓ偏光の干渉波Ｉ_ｓの和で表わされる。即ち、
【数１０】
Ｉ_ｐ　＝　｜Ｅ_１ｐ＋Ｅ_２ｐ｜^２　＝　｜Ａ_１ｐ｜^２＋｜Ａ_２ｐ｜^２＋２・Ａ_１ｐ・Ａ_２ｐ・（２・ｋ・ｘ・ｓｉｎθ＋Δφ＋Δφ_ｂ）
（３５）
Ｉ_ｓ　＝　｜Ｅ_１ｓ＋Ｅ_２ｓ｜^２　＝　｜Ａ_１ｓ｜^２＋｜Ａ_２ｓ｜^２＋２・Ａ_１ｓ・Ａ_２ｓ・（２・ｋ・ｘ・ｓｉｎθ＋Δφ−Δφ_ｂ）
（３６）
Ｉ　＝　Ｉ_ｐ＋Ｉ_ｓ
＝　Ｉ_１＋Ｉ_２＋Ａ_ｐ・ｃｏｓ（２・ｋ・ｘ・ｓｉｎθ＋Δφ＋Δφ_ｂ）＋Ａ_ｓ・ｃｏｓ（２・ｋ・ｘ・ｓｉｎθ＋Δφ−Δφ_ｂ）　　（３７）
ただし、Ｉ_１、Ｉ_２は、それぞれ光線１及び光線２の強度、Ａ_ｐ＝２・Ａ_１ｐ・Ａ_２ｐ・ｃｏｓ（２・θ）は、ｐ偏光光同士の干渉波の振幅、Ａ_ｓ＝２・Ａ_１ｓ・Ａ_２ｓは、ｓ偏光光同士の干渉波の振幅である。ｋは波数ベクトルの大きさ、Δφ＝φ_１−φ_２は偏光に無関係な二つの光束の位相差、Δφ_ｂ＝φ_１ｂ−φ_２ｂは偏光の大きさに依存した二つの光束の位相差である。また、各干渉波ごとに収差が異なり、ｐ偏光成分の収差及びｓ偏光成分の収差は、
Φ_ｐ＝Δφ＋Δφ_ｂ　　（３８）
Φ_ｓ＝Δφ−Δφ_ｂ　　（３９）
となる。
【００６５】
像全体としての収差Φは、ｐ偏光の干渉波の振動成分Ａ_ｐ、ｐ偏光の収差Φ_ｐ、及びｓ偏光の干渉波の振動成分Ａ_ｓ、ｓ偏光の収差Φ_ｓを用いて、次式で近似できる。
【００６６】
【数１１】
Φ≒（Ａ_ｐ・Φ_ｐ＋Ａ_ｓ・Φ_ｓ）／（Ａ_ｐ＋Ａ_ｓ）　＝　Δφ＋Δφ_ｂ・（Ａ_ｐ−Ａ_ｓ）／（Ａ_ｐ＋Ａ_ｓ）　　（４０）
Ａ_ｐ、Ａ_ｓは、二つの光束の偏光状態により決まる値であり、（３０）式に示されているように、入射光の偏光状態を表すベクトルに瞳座標に依存する行列Ｍを掛けて得られるベクトルの各成分の大きさである。即ち、二つの光束の偏光状態は、投影レンズ５に入射する光の偏光状態よって変化する。従って、投影レンズ５に入射する前に光の偏光状態を変えることによって、ウェーハ１０面の像に対する収差の影響が異なる。即ち、ウェーハ１０面に形成される収差計測用レジストパターンを計測して求めた収差の値が、入射側の光の偏光状態によって変わる。投影レンズ５の複屈折が十分小さい場合は、投影レンズ５を通過する光の偏光状態が変化しない。このとき行列Ｍは瞳座標によらない単位行列となる。従って、φ_１ｂ＝φ_２ｂ、Δφ_ｂ＝０であるから、入射側の偏光状態によらず（４０）式のΦが一定となる。即ち、ウェーハ１０面に形成される収差計測用レジストパターンを計測して求めた収差の値が、入射側の光の偏光状態によって変化しなければ、投影レンズ５の複屈折が十分小さいと判定できる。
【００６７】
ここでは、２光束干渉を例に取り説明したが、３光束干渉の場合も同様の議論が成り立つ。即ち、入射光の偏光状態を変えて露光を行って収差計測することにより、投影レンズ５の複屈折の大小を調査することができる。
【００６８】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６９】
本発明の実施の形態に係るフォトマスク３３は、ワイヤグリッド型の第１及び第２の偏光子３１、３２はフォトマスク３３の端面に平行に配列されていたが、図１５に示すように、フォトマスク３３ａの第１の表面１５ａに配置される第１及び第２の収差計測ユニット領域３４ａ、３５ａに対向するように第２の表面１６ａに配置される第１及び第２の偏光子１６１、１６２のワイヤグリッド型のパターンの方向は、フォトマスク３３ａ端面に対して斜めの異なる向きに互いに直交するように配列されていてもよい。このような場合でも、第１及び第２の偏光子１６１、１６２により互いに直交する直線偏光が得られるため、本発明の実施の形態と同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００７０】
また、図１６に示すように、フォトマスク３３ｂの第１の表面１５ｂの第１の収差計測ユニット領域３４ｂに対向して第２の表面１６ｂに偏光子１７２を配置し、第２の収差計測ユニット領域３５ｂに対向する第２の表面１６ｂの領域にはグリッド型偏光子を配置しない構造であってもよい。この場合は、偏光光と無偏光光の状態により、投影レンズ５の収差の差より検査が行われる。
【００７１】
また、本発明の実施の形態においては、ワイヤグリッド型偏光子をフォトマスク３３の第２の表面１６に配置しているが、ワイヤグリッド型偏光子をフォトマスク３３ではなくペリクル８上に配置しても良い。図１７（ａ）に示すように、ペリクル８ａが、フォトマスク３３ｃに対するゴミ付着防止のために設置されている。フォトマスク３３ｃは、図１７（ｂ）に示すように、第１の表面１５ｃに第１及び第２の収差計測ユニット領域３４ｃ、３５ｃが配置されている。第１及び第２の偏光子３１ａ、３２ａは、図１７（ｃ）に示すように、ペリクル８ａ上の、第１の表面１５ｃの第１及び第２の収差計測ユニット領域３４ｃ、３５ｃに対向する位置に配置されている。ペリクル８ａは、図１８に示すように、フォトマスク３３ｃと同様の透明基板１８上に、Ｌ／Ｓパターンの周期Ｐで遮光部幅ｗの遮光部１９ａ〜１９ｃが配置された構造である。フォトマスク３３ｃを透過してくる露光光の偏光状態は変化しないため、ワイヤグリッド型偏光子がペリクル８上にあっても、本発明の実施の形態と同様の効果が得られることは、いうまでもない。なお、第１及び第２の偏光子３１ａ、３２ａは、ペリクル８ａの、フォトマスク３３Ｃに対向する面でも、その反対の面であっても同様の効果が得られることは、勿論である。
【００７２】
さらに、本発明の実施の形態においては、投影レンズ５の収差としてコマ収差と３θ収差の奇関数収差及び球面収差と非点収差の偶関数収差を用いているが、４種の収差のうち少なくともいずれか一つあれば投影レンズの正の検査は可能である。あるいは、奇関数収差、偶関数収差のうち一方を用いてもよいことは、勿論である。また、投影レンズ５の収差計測方法は説明に用いられている方法に限らず、別の方法が適用できることは、勿論である。
【００７３】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、複屈折の影響を他の像劣化要因と切り分けて検査する投影光学系の検査方法を提供することができる。
【００７５】
また、本発明によれば、投影光学系の検査方法に用いるフォトマスクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る投影光学系の検査方法の説明に用いるフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態に係る露光装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るフォトマスクの構成の一例を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の構造の一例を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の製造工程図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る収差計測露光マークのパターンを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る奇関数収差計測露光マークのパターンを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る奇関数収差計測露光マークの他のパターンを示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る奇関数収差計測のためのレジストパターンを説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る奇関数収差計測のための他のレジストパターンを説明する図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る瞳面を通過する回折光を説明する図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る偶関数収差計測のためのレジストパターンを説明する図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係るゼルニケ収差係数の計測結果を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る２光束干渉を説明する図である。
【図１５】本発明のその他の実施の形態に係るフォトマスクの構成の一例を説明する図である。
【図１６】本発明のその他の実施の形態に係るフォトマスクの構成の他の例を説明する図である。
【図１７】本発明のその他の実施の形態に係るフォトマスク及びペリクルの構成の一例を説明する図である。
【図１８】本発明のその他の実施の形態に係るペリクルの断面構造図である。
【符号の説明】
１　露光装置
２　光源
３　照明光学系
４　マスクステージ
５　投影レンズ
６　瞳
７　ウェーハステージ
８、８ａ　ペリクル
９　投影光学系
１０　ウェハ
１１　ワイヤグリッド偏光子
１２、１８　透明基板
１３ａ〜１３ｃ、１９ａ〜１９ｃ　遮光部
１５、１５ａ〜１５ｃ　第１の表面
１６、１６ａ〜１６ｃ　第２の表面
２１　マスクパターン
２２　マスクパターン像
３１、３１ａ、１６１　第１の偏光子
３２、３２ａ、１６２　第２の偏光子
３３、３３ａ〜３３ｃ　フォトマスク
３４、３４ａ〜３４ｃ　第１の収差計測ユニット領域
３５、３５ａ〜３５ｃ　第２の収差計測ユニット領域
３６ａ〜３６ｉ、３７ａ〜３７ｉ　収差計測ユニット
４１、６１ａ〜６３ａ、１２１ａ〜１２３ａ　Ｌ／Ｓ内枠パターン
４２、６１ｂ〜６３ｂ、１２１ｂ〜１２３ｂ　外枠パターン
４３　露光マーク
４４　切り抜き露光マーク
４５、６４ｂ〜６６ｂ　外枠切り抜きパターン
４６、６４ａ〜６６ａ　内枠切り抜きパターン
４７　縦Ｌ／Ｓパターン
４８　横Ｌ／Ｓパターン
４９　第１の斜めＬ／Ｓパターン
５０　第２の斜めＬ／Ｓパターン
５１、６７ｂ〜６９ｂ、１３１ｂ〜１３３ｂ　外枠レジストパターン
５２、６７ａ〜６９ａ、１３１ａ〜１３３ａ　Ｌ／Ｓ内枠レジストパターン
５３　レジストパターン
６１、１２１　第１の露光マーク
６２　第２の露光マーク
６３　第３の露光マーク
６４、１２４　第１の切り抜き露光マーク
６５　第２の切り抜き露光マーク
６６　第３の切り抜き露光マーク
６７、１３１　第１のレジストパターン
６８　第２のレジストパターン
６９　第３のレジストパターン
７０、７０ａ、７０ｂ　瞳面
８１　第１の縦Ｌ／Ｓマーク
８２　第１の横Ｌ／Ｓマーク
８３　第２の縦Ｌ／Ｓマーク
８４　第２の横Ｌ／Ｓマーク
９１ａ〜９１ｅ　第１の縦Ｌ／Ｓレジストパターン
９２ａ〜９２ｅ　第１の横Ｌ／Ｓレジストパターン
９３ａ〜９３ｅ　第２の縦Ｌ／Ｓレジストパターン
９４ａ〜９４ｅ　第２の横Ｌ／Ｓレジストパターン
１１１ａ〜１１１ｇ　縦Ｌ／Ｓレジストパターン
１１２ａ〜１１２ｇ　横Ｌ／Ｓレジストパターン
１１３ａ〜１１３ｇ　第１の斜めＬ／Ｓレジストパターン
１１４ａ〜１１４ｇ　第２の斜めＬ／Ｓレジストパターン
１２２　第１の回転露光マーク
１２３　第２の回転露光マーク
１２５　第１の回転切り抜き露光マーク
１２６　第２の回転切り抜き露光マーク
１３２　第１の回転レジストパターン
１３３　第２の回転レジストパターン
１７２　偏光子

Claims (26)

1. 偏光された第１の露光光でウェーハ上に塗布されたレジストにフォトマスクの露光マークを転写して投影光学系の第１の光学特性を求めるステップと、
   前記第１の露光光と偏光状態が異なる第２の露光光でウェーハ上に塗布された新たなレジストに前記フォトマスクの露光マークを転写して前記投影光学系の第２の光学特性を求めるステップと、
   前記第１及び第２の光学特性の差を算出するステップ
   とを含むことを特徴とする検査方法。
2. 前記第１の露光光が、直線偏光であることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
3. 前記第２の露光光が、前記第１の露光光の偏光と直交する偏光であることを特徴とする請求項１又は２に記載の検査方法。
4. 前記第２の露光光が、無偏光であることを特徴とする請求項１又は２に記載の検査方法。
5. 前記露光光が、前記フォトマスクの前記露光マークと対向するように形成された偏光子により偏光されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査方法。
6. 前記露光光が、ペリクル上に形成された偏光子により偏光されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査方法。
7. 前記光学特性が、前記投影光学系の投影レンズの収差であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の検査方法。
8. 前記投影レンズの収差は、コマ収差、球面収差、非点収差、３θ収差のうちいずれかであることを特徴とする請求項７に記載の検査方法。
9. 前記収差の計測が、三光束干渉条件で行われることを特徴とする請求項７又は８に記載の検査方法。
10. 前記収差が、ゼルニケ多項式の収差係数で表わされることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の検査方法。
11. 第１の表面及び前記第１の表面に対向する第２の表面を有する透明基板と、
    前記第１の表面に配置された露光マークと、
    前記第２の表面に前記露光マークに対向して配置された偏光子
    とを備えることを特徴とするフォトマスク。
12. 前記偏光子が、露光光を第１の偏光状態に偏光する第１の偏光子と、
    前記露光光を前記第１の偏光状態とは異なる偏光状態に偏光する第２の偏光子
    とからなることを特徴とする請求項１１に記載のフォトマスク。
13. 前記第１の偏光状態が、直線偏光であることを特徴とする請求項１２に記載のフォトマスク。
14. 前記第２の偏光状態が、前記第１の偏光状態と偏光面が互いに直交することを特徴とする請求項１２又は１３に記載のフォトマスク。
15. 前記第２の偏光状態が、無偏光状態であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のフォトマスク。
16. 前記偏光子が、ラインアンドスペースパターンよりなることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載のフォトマスク。
17. 前記偏光子のラインアンドスペースパターンの周期が、露光光の波長以下であることを特徴とする請求項１６に記載のフォトマスク。
18. 前記露光マークが、投影レンズの収差計測パターンを含むことを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載のフォトマスク。
19. 第１の表面を有する第１の透明基板と、
    前記第１の表面に配置された露光マークと、
    前記第１の表面に対向するように配置され、第２の表面を有する第２の透明基板からなるペリクルと、
    前記第２の表面に前記露光マークに対向して配置された偏光子
    とを備えることを特徴とするフォトマスク。
20. 前記偏光子が、露光光を第１の偏光状態に偏光する第１の偏光子と、
    前記露光光を前記第１の偏光状態とは異なる偏光状態に偏光する第２の偏光子
    とからなることを特徴とする請求項１９に記載のフォトマスク。
21. 前記第１の偏光状態が、直線偏光であることを特徴とする請求項２０に記載のフォトマスク。
22. 前記第２の偏光状態が、前記第１の偏光状態と偏光面が互いに直交することを特徴とする請求項２０又は２１に記載のフォトマスク。
23. 前記第２の偏光状態が、無偏光状態であることを特徴とする請求項２０又は２１に記載のフォトマスク。
24. 前記偏光子が、ラインアンドスペースパターンよりなることを特徴とする請求項１９〜２３のいずれか１項に記載のフォトマスク。
25. 前記偏光子のラインアンドスペースパターンの周期が、露光光の波長以下であることを特徴とする請求項２４に記載のフォトマスク。
26. 前記露光マークが、投影レンズの収差計測パターンを含むことを特徴とする請求項１９〜２５のいずれか１項に記載のフォトマスク。

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