JP2006303302A - 波面収差測定方法及び投影露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、被検光学系の詳細な波面収差情報を高速に取得することのできる波面収差測定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 被検光学系の波面収差を既知の量ずつ変化させながら前記被検光学系による孤立線像の強度分布を複数回検出する（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）と共に、前記検出された複数の強度分布で位相回復演算（Ｓ４）を行い、前記被検光学系に固有の波面収差情報を取得する（Ｓ５）。このとき、測定用パターンとして孤立線パターンを用いることができる。しかし、位相回復演算をするので、測定用パターンがシンプルである割には、多くの情報（少なくとも特定方向の透過波面の情報）を取得することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、投影光学系などの被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定方法、及び波面収差の自己測定機能を搭載した投影露光装置に関する。

半導体等の製造装置である投影露光装置では、製造品のバラツキを防止するために、稼働中に投影光学系を微調整する必要が生じる。その最適な調整量を知るため、投影露光装置には、投影光学系の波面収差を測定する機能が搭載されている。この測定方法の１つが、特許文献１などに開示されている。
この方法は、ストライプ状の測定用パターンをレチクル（原板）上に設けると共に、投影光学系の像面に形成されるそのパターンの空間像を検出し、その像の強度分布のカーブ形状を詳細に分析して波面収差を算出するものである。
特開２００４−１２８１４９号公報

しかし、この方法では、投影光学系の瞳面全域の波面収差情報を取得するために、測定用パターンの種類（ストライプピッチや方向）を切り替えて、それらの空間像をそれぞれ検出する必要がある。特定方向の測定用パターンからは、瞳面上の特定方向の情報しか取得できず、特定ピッチの測定用パターンからは、瞳面上の特定の径位置の情報しか取得できないからである。

そこで本発明は、被検光学系の詳細な波面収差情報を高速に取得することのできる波面収差測定方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、投影光学系の詳細な波面収差情報を高速に取得することのできる投影露光装置を提供することを目的とする。

本発明の波面収差測定方法は、被検光学系の波面収差を既知の量ずつ変化させながら前記被検光学系による孤立線像の強度分布を複数回検出すると共に、前記検出された複数の強度分布で位相回復演算を行い、前記被検光学系に固有の波面収差情報を取得することを特徴とする。
なお、前記波面収差のフォーカス成分を既知の量ずつ変化させながら前記検出を行ってもよい。

また、前記波面収差のフォーカス成分と回転対称成分との組み合わせを既知の量ずつ変化させながら前記検出を行ってもよい。
また、前記回転対称成分を変化させるために、前記孤立線像の原板と前記被検光学系との間隔を変化させてもよい。
また、前記回転対称成分を変化させるために、前記被検光学系内の一部のエレメントを光軸方向に移動させてもよい。

また、前記回転対称成分を変化させるために、前記強度分布の検出面と前記被検光学系との間に所定屈折率の平行平面板を挿入すると共に、その厚さを変化させてもよい。
また、前記フォーカス成分を変化させるために、前記強度分布の検出面を光軸方向に移動させてもよい。
また、前記検出及び前記位相回復演算を、方向の異なる複数の前記孤立線像の各々について行ってもよい。

本発明の投影露光装置は、物体側のパターンを像側へ投影する投影光学系と、前記投影光学系の波面収差を既知の量ずつ変化させる機構と、前記投影光学系による孤立線像の強度分布を検出する検出器と、前記波面収差の変化中に検出された複数の前記強度分布で位相回復演算を行い、前記投影光学系に固有の波面収差情報を取得する演算手段とを備えたことを特徴とする。

なお、前記機構は、前記波面収差のフォーカス成分を既知の量ずつ変化させることが可能であってもよい。
また、前記機構は、前記波面収差のフォーカス成分と回転対称成分との組み合わせを既知の量ずつ変化させることが可能であってもよい。
また、前記機構は、前記回転対称成分を変化させるために、前記孤立線像の原板と前記投影光学系との間隔を変化させてもよい。

また、前記機構は、前記回転対称成分を変化させるために、前記投影光学系内の一部のエレメントを光軸方向に移動させてもよい。
また、前記機構は、前記回転対称成分を変化させるために、前記検出器と前記投影光学系との間に、所定屈折率の平行平面板を挿入するとともに、その厚さを変化させてもよい。

また、前記機構は、前記フォーカス成分を変化させるために、前記検出器を光軸方向に移動させてもよい。

本発明によれば、被検光学系の詳細な波面収差情報を高速に取得することのできる波面収差測定方法が実現する。
また、本発明によれば、投影光学系の詳細な波面収差情報を高速に取得することのできる投影露光装置が実現する。

［第１実施形態］
図１，図２，図３，図４，図５を参照して本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態は、投影露光装置の実施形態である。
図１は、本投影露光装置の構成図である。図１に示すとおり、本投影露光装置には、照明光Ｌを生成する照明光学系１１，レチクル（原板）Ｒを移動可能に支持するレチクルステージＲＳ，レチクルＲのパターンを像側へ縮小投影する投影光学系ＴＯ，投影光学系ＴＯの全体を移動可能に支持する移動機構１３，投影光学系ＴＯ内のエレメントの位置や姿勢を調整する調整機構１４，ウエハＷを移動可能に支持するウエハステージＷＳ，ウエハステージＷＳに設けられた空間像センサ（ＣＣＤ撮像素子）ＩＳ，各部の制御及び各種の演算をするコンピュータ１６が備えられる。

コンピュータ１６は、各部を適切に制御し、ウエハＷの露光、投影光学系ＴＯの波面収差測定、投影光学系ＴＯの調整などを行う。これらの動作に必要なプログラムは、インターネットや可搬の記録媒体を介して予めインストールされている。
ウエハＷの露光では、レチクルＲ上の露光用パターンが投影光学系ＴＯで縮小投影され、その縮小投影像でウエハＷを露光する。また、投影光学系ＴＯの波面収差測定では、レチクルＲ上の測定用パターンＰが投影光学系ＴＯで縮小投影され、その縮小投影像の強度分布が空間像センサＩＳで検出される。また、投影光学系ＴＯの調整では、波面収差が低減されるように、投影光学系ＴＯ内のレンズエレメントの位置や姿勢が調整される。

このうち、本実施形態では、波面収差測定に特徴があるので、以下に詳細に説明する。なお、測定に関わる各部の制御や演算は、何れもコンピュータ１６によって行われる。
図２は、測定用パターンＰを正面から見た図である。図２に示すように、本実施形態の測定用パターンＰは、孤立線パターンである。この測定用パターンＰは、レチクルＲ上に形成された遮光領域（斜線部）中に、孤立線状の透過領域（白抜き部）を形成してなる。。

また、この測定用パターンＰは、互いに方向の異なる複数の測定用パターンＰ₁，Ｐ₂，・・・からなる。ここでは、３０°ずつ方向の異なる６種類の測定用パターンＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄，Ｐ₅，Ｐ₆とする。これらのうち何れか１つが、投影光学系ＴＯの視野内の測定ポイントにセットされる。
測定では、セットされる測定用パターンを、これら測定用パターンＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄，Ｐ₅，Ｐ₆の間で順次切り替え、それらの縮小投影像の強度分布を個別に検出し、各強度分布を個別に処理する。

これにより、投影光学系ＴＯの透過波面（所定条件下で投影光学系ＴＯの瞳面を透過する光の波面形状）が、３０°ずつ異なる各方向毎に求まる。それらの透過波面をツェルニケ多項式（図９参照）にフィッティングすれば、投影光学系ＴＯの波面収差を、各収差成分毎に求めることができる。
因みに、３０°ずつ方向の異なる６種類の測定用パターンを用いた場合は、波面収差の「６θ成分」まで求めることができる。なお、算出可能な収差成分は、測定用パターンの方向数及び方向の採り方によって決まるので、その方向数及び方向の採り方は、測定対象とすべき収差成分に応じて決定すればよい。

ここで、各方向の透過波面の測定手順は、セットされる測定用パターンが異なるのみで、その他は同じである。そこで、以下では、或る１つの測定用パターンによる１方向の透過波面の測定手順のみを説明する。
図３は、１方向の透過波面の測定手順を示すフローチャートである。この測定に先立ち、レチクルＲ，投影光学系ＴＯ，空間像センサＩＳの検出面の位置関係は、所定の関係（例えば、レチクルＲと空間像センサＩＳとが光学的に共役となる位置関係）に設定される。以下、各ステップを順に説明する。

（ステップＳ１）
測定ポイントに測定用パターンをセットした状態で、その測定用パターンを照明光Ｌで照明する。このとき、投影光学系ＴＯは、空間像センサＩＳの検出面上（又はその近傍）に、測定用パターンの縮小投影像（孤立線像）を形成する。空間像センサＩＳは、その検出面上の強度分布を検出し、コンピュータ１６に送出する。コンピュータ１６は、その強度分布のデータ（以下、「実測データ」という。）をメモリに格納する。

（ステップＳ２）
本装置の波面収差条件を、所定量だけ変更する。そのため、デフォーカス量Δと間隔Ｄとの組み合わせを変更する。このうち、デフォーカス量Δは、孤立線像の結像面と空間像検出センサＩＳの検出面との間のずれ量であり、これが所定量だけ変化すると波面収差のフォーカス成分が所定量だけ変化する。また、間隔Ｄは、投影光学系ＴＯ（その最前面）とレチクルＲとの間隔（以下、「レチクル間隔」という。）であり、これが所定量だけ変化すると波面収差の回転対称成分が所定量だけ変化する。

なお、デフォーカス量Δ，レチクル間隔Ｄを所定量だけ変化させるには、移動機構１３，ウエハステージＷＳを所定量だけ駆動すればよい。
（ステップＳ３）
必要な全ての実測データが取得済みか否かを判定し、取得済みでない場合はステップＳ１に戻り、取得済みであった場合にはステップＳ４に進む。

ここで、必要な全ての実測データとは、予め決められた全ての波面収差条件下で取得された全ての実測データのことを指す。その波面収差条件の数が多いほど、実測データの取得数が増えるので、透過波面の測定精度を高めることができる。但し、ここでは、説明を簡単にするため、波面収差条件を、以下の４条件に限定する。
・第１条件・・・Δ＝Δ₀かつＤ＝Ｄ₀（測定開始時の条件：デフォーカス無し，間隔ずれ無し）。

・第２条件・・・Δ＝Δ₁かつＤ＝Ｄ₀（デフォーカス有り，間隔ずれ無し）。
・第３条件・・・Δ＝Δ₁かつＤ＝Ｄ₁（デフォーカス有り，間隔ずれ有り）。
・第４条件・・・Δ＝Δ₀かつＤ＝Ｄ₁（デフォーカス無し，間隔ずれ有り）。
したがって、第１条件、第２条件、第３条件、第４条件の各条件下でそれぞれ第１実測データ、第２実測データ、第３実測データ、第４実測データの全てがコンピュータ１６のメモリに格納されるまで、ステップＳ１，Ｓ２が繰り返される。

（ステップＳ４）
コンピュータ１６は、第１実測データ、第２実測データ、第３実測データ、第４実測データに基づき、位相回復演算を行う。位相回復演算は、大まかに分けて以下の６ステップからなる。
・ステップＳ４１・・・所定条件下における所定面の光の複素振幅分布を仮定するステップ。

・ステップＳ４２・・・第１実測データでそれを修正するステップ。
・ステップＳ４３・・・第２実測データでそれを修正するステップ。
・ステップＳ４４・・・第３実測データでそれを修正するステップ。
・ステップＳ４５・・・第４実測データでそれを修正するステップ。
・ステップＳ４６・・・ステップＳ４２〜Ｓ４５からなるループの繰り返し回数を制御するステップ。

（ステップＳ５）
コンピュータ１６は、ステップＳ４における位相回復演算の結果から、投影光学系ＴＯの透過波面を算出する。なお、ここで算出されるのは、特定方向の透過波面である。その方向は、ステップＳ１で用いられた測定用パターンの方向に対応する。
以下、ステップＳ４を詳細に説明する。

図４，図５は、ステップＳ４の詳細を示すフローチャートである。以下、各ステップを順に説明する。
先ず、第１条件下（Δ＝Δ₀，Ｄ＝Ｄ₀）の検出面上の複素振幅分布を任意に仮定する（ステップＳ４１）。
その複素振幅分布の位相はそのままに、強度については、第１条件下（Δ＝Δ₀，Ｄ＝Ｄ₀）で取得した第１実測データに置換する。つまり、第１実測データによって複素振幅分布を修正する（ステップＳ４２１）。

その複素振幅分布をフーリエ変換し、投影光学系ＴＯの瞳面上の複素振幅分布を算出する（ステップＳ４２２）。
その複素振幅分布の位相項を調整し、第２条件下（Δ＝Δ₁，Ｄ＝Ｄ₀）の検出面とフーリエ変換の関係にある面の複素振幅分布に変換する（ステップＳ４２３）。
その複素振幅分布を逆フーリエ変換し、第２条件下（Δ＝Δ₁，Ｄ＝Ｄ₀）の検出面上の複素振幅分布を算出する（ステップＳ４２４）。

その複素振幅分布の位相はそのままに、強度については、第２条件下（Δ＝Δ₁，Ｄ＝Ｄ₀）で取得した第２実測データに置換する。つまり、第２実測データによって複素振幅分布を修正する（ステップＳ４３１）。
その複素振幅分布をフーリエ変換し、投影光学系ＴＯの瞳面上の複素振幅分布を算出する（ステップＳ４３２）。

その複素振幅分布の位相項を調整し、第３条件下（Δ＝Δ₁，Ｄ＝Ｄ₁）の検出面とフーリエ変換の関係にある面の複素振幅分布に変換する（ステップＳ４３３）。
その複素振幅分布を逆フーリエ変換し、第３条件下（Δ＝Δ₁，Ｄ＝Ｄ₁）の検出面上の複素振幅分布を算出する（ステップＳ４３４）。
その複素振幅分布の位相はそのままに、強度については、第３条件下（Δ＝Δ₁，Ｄ＝Ｄ₁）で取得した第３実測データに置換する。つまり、第３実測データによって複素振幅分布を修正する（ステップＳ４４１）。

その複素振幅分布をフーリエ変換し、投影光学系ＴＯの瞳面上の複素振幅分布を算出する（ステップＳ４４２）。
その複素振幅分布の位相項を調整し、第４条件下（Δ＝Δ₀，Ｄ＝Ｄ₁）の検出面とフーリエ変換の関係にある面の複素振幅分布に変換する（ステップＳ４４３）。
その複素振幅分布を逆フーリエ変換し、第４条件下（Δ＝Δ₀，Ｄ＝Ｄ₁）の検出面上の複素振幅分布を算出する（ステップＳ４４４）。

その複素振幅分布の位相はそのままに、強度については、第４条件下（Δ＝Δ₀，Ｄ＝Ｄ₁）で取得した第４実測データに置換する。つまり、第４実測データによって複素振幅分布を修正する（ステップＳ４５１）。
その複素振幅分布をフーリエ変換し、投影光学系ＴＯの瞳面上の複素振幅分布を算出する（ステップＳ４５２）。

その複素振幅分布の位相項を調整し、第１条件下（Δ＝Δ₀，Ｄ＝Ｄ₀）の検出面とフーリエ変換の関係にある面の複素振幅分布に変換する（ステップＳ４５３）。
その複素振幅分布を逆フーリエ変換し、第１条件下（Δ＝Δ₀，Ｄ＝Ｄ₀）の検出面上の複素振幅分布を算出する（ステップＳ４５４）。
そして、以上のステップＳ４２〜Ｓ４５からなるループの繰り返し回数が所定値未満である場合（ステップＳ４６ＮＯ）にはステップＳ４２へ戻り、ループを繰り返す。一方、それが所定値以上である場合（ステップＳ４６ＹＥＳ）には、ステップＳ５へ進む。

このループが繰り返される毎に、複素振幅分布の位相項が、真値に近づく。したがって、十分な回数だけ繰り返されれば、後段のステップＳ５では、その位相項から、特定方向の透過波面を高精度に求めることができる。
以上、本投影露光装置では、測定用パターンＰとして、比較的シンプルな孤立線パターンを用いる（図２参照）。しかし、波面収差条件を変化させながら孤立線像の強度分布データを複数回取得し、かつそれらのデータを用いて位相回復演算を行う。したがって、測定用パターンＰがシンプルである割には、多くの情報（少なくとも特定方向の透過波面の情報）を取得することができる。つまり、多くの情報を比較的短時間で取得できる。

また、本投影露光装置では、波面収差条件を変化させる際に、フォーカス成分だけでなく回転対称成分をも変化させるので、フォーカス成分しか変化させなかった場合と比較すると、測定誤差を小さく抑えることができる（その詳細は実施例２〜実施例４を参照）。
また、本投影露光装置では、レチクル間隔Ｄを変化させるので、その回転対称成分を確実かつ高精度に変化させることができる。

また、本投影露光装置では、互いに方向の異なる複数の測定用パターンＰ₁，Ｐ₂，・・・を用いる（図２参照）ので、透過波面を各方向に亘り測定することができる。
また、本投影露光装置では、各方向の透過波面をツェルニケ多項式（図９参照）にフィッティングするので、その透過波面の情報が離散的であるにも拘わらず、波面収差の詳細な情報を求めることができる。

［第１実施形態の変形例］
なお、第１実施形態では、波面収差の回転対称成分を変化させるために、レチクル間隔Ｄを変更したが、図６中に矢印で示すように、投影光学系ＴＯ内の特定のエレメントを光軸方向に移動させ、特定のエレメントの空気間隔（以下、「エレメント間隔」という。）を変化させてもよい。その場合も、同様の測定が可能である。

また、図７に示すように、投影光学系ＴＯと空間像センサＩＳとの間に、所定屈折率の平行平板からなる基板Ｂを挿入し、かつ基板Ｂの厚さを変更してもよい。その場合も、同様の測定が可能である。なお、厚さの変更を簡単に行うために、厚さの異なる複数の基板Ｂを用意し、それを切り替えてもよい。或いは、図７の右下に示すように段階的な厚さ分布を持った１枚の基板Ｂ’を挿入し、その基板Ｂ’をスライドさせてもよい。

また、第１実施形態では、孤立線像の強度分布を直接検出する空間像センサＩＳを用いたが、検出精度を高めるために、次のようにすることが望ましい。
すなわち、空間像センサＩＳを、孤立線像の形成面よりも後ろ側の離れた位置に配置すると共に、その孤立線像と空間像センサＩＳとの間に、孤立線像を拡大投影する光学系（リレー光学系）を挿入する。その場合、孤立線像を拡大した分だけ高い分解能で孤立線像の強度分布を検出することができる。

また、空間像センサＩＳの代わりに、図８に示すようなスリットスキャン型の空間像検出装置を適用してもよい。スリットスキャン型の空間像検出装置の原理や詳細は、特許文献１中に、「空間像計測装置」として開示されている。
その原理を簡単に説明すると、検出面にスリットマスクＳＭを配置し、そのスリットマスクＳＭを透過した光を、光検出器Ｓで検出する。スリットマスクＳＭには、孤立線像と同じ方向であり、かつ孤立線像よりも幅の狭いスリットが設けられている。よって、光検出器Ｓには、スリットを透過した細い光のみが入射する。このスリットマスクＳＭをスリット幅方向に移動させると、光検出器Ｓの出力信号が孤立線像の強度分布に応じて変化する。したがって、スリットマスクＳＭを移動させたときの出力信号の変化から、孤立線像の強度分布を高精度に検知することができる。なお、図８では、スリットマスクＳＭから光検出器Ｓまでの光学系（リレー光学系やミラーなど）を省略した。

本実施例では、上述した波面収差測定を計算機でシミュレーションし、波面収差の解析誤差の程度を調べた。シミュレーション条件は、以下のとおりである。なお、以下の記述中、λは測定波長であり、ＮＡは投影光学系の像側開口数である。
・投影光学系・・・現存ステッパー（投影露光装置）の設計データを使用。
・透過波面・・・ツェルニケ多項式（図９）で表現される波面次数１２次までの回転対称成分と、波面次数１０次までの１θ〜５θ成分とを持つと仮定し、ツェルニケ係数２〜３７項まで一律５．０ｍλ（TotalＲＭＳ＝２９ｍλ）の波面収差を付与。

・測定用パターン・・・３０°ピッチ６方向の孤立線パターンを使用。
・実測データ・・・ＳＮ比＝２５０の正規乱数誤差を付与。
・位相回復条件・・・孤立線像の検出領域を半径８λ／ＮＡ内に設定。
・波面収差条件の変更方法・・・デフォーカス量のみによる。
・デフォーカス範囲・・・±１．２λ／（１−√（１−ＮＡ²））。

図１０は、本実施例のシミュレーション結果（解析誤差）を示す図である。図１０には、デフォーカス量の変更数（フォーカスステップ数）が１，３，５，７，９であるときのシミュレーション結果（解析誤差）をそれぞれ示した。
なお、各シミュレーションにおいて、デフォーカス量の単位ステップ量は、デフォーカス範囲内をステップ数で等分した値である。

また、解析誤差は、予め設定した波面収差値と、算出された波面収差値との差のＲＭＳ値（単位：ｍλ）で表した。

本実施例でも、波面収差測定を計算機でシミュレーションし、波面収差の解析誤差の程度を調べた。シミュレーション条件は、実施例１と略同様で、以下の点のみが異なる。
・波面収差条件の変更方法・・・デフォーカス量とレチクル間隔との組み合わせによる。
・レチクル間隔の変更範囲・・・±１００μｍ。

図１１は、本実施例のシミュレーション結果（解析誤差）を示す図である。図１１には、フォーカスステップ数が１，３，５，７，９の何れかであり、かつレチクル間隔のステップ数が１，３，５，７，９の何れかであるときのシミュレーション結果（解析誤差）をそれぞれ示した。
なお、各シミュレーションにおいて、デフォーカス量の単位ステップ量は、デフォーカス範囲内をステップ数で等分した値であり、レチクル間隔の単位ステップ量は、レチクル間隔の変更範囲内をステップ数で等分した値である（例えば、レチクル間隔のステップ数＝３の場合、レチクル間隔は、−１００μｍ，０μｍ，＋１００μｍの３種類に変更される。）。

また、解析誤差は、予め設定した波面収差値と、算出された波面収差値との差のＲＭＳ値（単位：ｍλ）で表した。○印の大きさは、解析誤差の大ききさを示している。
図１１において、レチクル間隔のステップ数＝１のときの解析誤差が、レチクル間隔を変更しなかった場合（実施例１）の解析誤差である。
図１１によると、レチクル間隔を変更しなかった場合（レチクル間隔のステップ数＝１）には、解析誤差が７．５ｍλ程度までしか収束しえなかったのに対し、デフォーカス量とレチクル間隔との双方を変更した場合（レチクル間隔のステップ数≧３）には、解析誤差が急激に減少することがわかる。

同様に、デフォーカス量を変更しなかった場合（デフォーカスステップ数＝１）と比較すると、レチクル間隔とデフォーカス量との双方を変更した場合（デフォーカスステップ数≧３）には、解析誤差が急激に減少することがわかる。
また、図１１によると、同じ変更数であっても、デフォーカス量とレチクル間隔との何れか一方だけを変更した場合と、デフォーカス量とレチクル間隔との双方を変更した場合とでは、後者の方が解析誤差が小さくなることがわかる。

例えば、変更数が９であるときを考えると、デフォーカス量のみを９種類に変更した場合、解析誤差は７．５１７ｍλであり、レチクル間隔のみを９種類に変更した場合、解析誤差は２．９９４ｍλである。それに対し、デフォーカス量とレチクル間隔との双方を３種類ずつに変更した場合、解析誤差は１．６５２ｍλとなる。
以上、本実施例によれば、デフォーカス量とレチクル間隔との組み合わせを変更することの有効性が確認された。

本実施例でも、波面収差測定を計算機でシミュレーションし、波面収差の解析誤差の程度を調べた。シミュレーション条件は、実施例１と略同様で、以下の点のみが異なる。
・波面収差条件の変更方法・・・デフォーカス量とエレメント間隔との組み合わせによる（図６参照）。
・エレメント間隔の変更範囲・・・±１０μｍ。

図１２は、本実施例のシミュレーション結果（解析誤差）を示す図である。図１２には、フォーカスステップ数が１，３，５，７，９の何れかであり、かつエレメント間隔のステップ数が１，３，５，７，９の何れかであるときのシミュレーション結果（解析誤差）をそれぞれ示した。
なお、各シミュレーションにおいて、デフォーカス量の単位ステップ量は、デフォーカス範囲内をステップ数で等分した値であり、エレメント間隔の単位ステップ量は、エレメント間隔の変更範囲内をステップ数で等分した値である（例えば、エレメント間隔のステップ数＝３の場合、エレメント間隔は、−１０μｍ，０μｍ，＋１０μｍの３種類に変更される。）。

また、解析誤差は、予め設定した波面収差値と、算出された波面収差値との差のＲＭＳ値（単位：ｍλ）で表した。○印の大きさは、解析誤差の大ききさを示している。
図１２によると、エレメント間隔を変更しなかった場合（エレメント間隔のステップ数＝１）には、解析誤差が７．５ｍλ程度までしか収束しえなかったのに対し、デフォーカス量とエレメント間隔との双方を変更した場合（エレメント間隔のステップ数≧３）には、解析誤差が急激に減少することがわかる。

同様に、デフォーカス量を変更しなかった場合（デフォーカスステップ数＝１）と比較すると、エレメント間隔とデフォーカス量との双方を変更した場合（デフォーカスステップ数≧３）には、解析誤差が急激に減少することがわかる。
また、図１２によると、同じ変更数であっても、デフォーカス量とエレメント間隔との何れか一方だけを変更した場合と、デフォーカス量とエレメント間隔との双方を変更した場合とでは、後者の方が解析誤差が小さくなることがわかる。

例えば、変更数が９であるときを考えると、デフォーカス量のみを９種類に変更した場合、解析誤差は７．５１７ｍλであり、エレメント間隔のみを９種類に変更した場合、解析誤差は４．７８９ｍλである。それに対し、デフォーカス量とエレメント間隔との双方を３種類ずつに変更した場合、解析誤差は３．０００ｍλとなる。
以上、本実施例によれば、デフォーカス量とエレメント間隔との組み合わせを変更することの有効性が確認された。

本実施例でも、波面収差測定を計算機でシミュレーションし、波面収差の解析誤差の程度を調べた。シミュレーション条件は、実施例１と略同様で、以下の点のみが異なる。
・波面収差条件の変更方法・・・デフォーカス量と平行平板の厚さとの組み合わせによる（図７参照）。
・厚さの変更範囲・・・０〜１００μｍ。

図１３は、本実施例のシミュレーション結果（解析誤差）を示す図である。図１３には、フォーカスステップ数が１，３，５，７，９の何れかであり、かつ厚さのステップ数が１，２，３，４，５の何れかであるときのシミュレーション結果（解析誤差）をそれぞれ示した。
なお、各シミュレーションにおいて、デフォーカス量の単位ステップ量は、デフォーカス範囲内をステップ数で等分した値であり、厚さの単位ステップ量は、厚さの変更範囲内をステップ数で等分した値である（例えば、厚さのステップ数＝３の場合、厚さは、０μｍ，５０μｍ，１００μｍの３種類に変更される。）。

また、解析誤差は、予め設定した波面収差値と、算出された波面収差値との差のＲＭＳ値（単位：ｍλ）で表した。○印の大きさは、解析誤差の大ききさを示している。
図１３によると、厚さを変更しなかった場合（厚さステップ数＝１）には、解析誤差が７．５ｍλ程度までしか収束しえなかったのに対し、デフォーカス量と厚さとの双方を変更した場合（厚さのステップ数≧３）には、解析誤差が急激に減少することがわかる。

同様に、デフォーカス量を変更しなかった場合（デフォーカスステップ数＝１）と比較すると、厚さとデフォーカス量との双方を変更した場合（デフォーカスステップ数≧３）には、解析誤差が急激に減少することがわかる。
また、図１３によると、同じ変更数であっても、デフォーカス量と厚さとの何れか一方だけを変更した場合と、デフォーカス量と厚さとの双方を変更した場合とでは、後者の方が解析誤差が小さくなることがわかる。

例えば、変更数が９であるときを考えると、デフォーカス量のみを９種類に変更した場合、解析誤差は７．５１７ｍλであるのに対し、デフォーカス量と厚さとの双方を３種類ずつに変更した場合、解析誤差は１．６６６ｍλとなる。
以上、本実施例によれば、デフォーカス量と平行平板の厚さとの組み合わせを変更することの有効性が確認された。

なお、上述した実施形態は、波面収差測定機能を搭載した投影露光装置の実施形態であるが、本発明は、波面収差測定に専用の装置（波面収差測定装置）にも適用可能である。

投影露光装置の構成図である。 測定用パターンを正面から見た図である。 １方向の透過波面の測定手順を示すフローチャートである。 ステップＳ４の詳細を示すフローチャートである。 ステップＳ４の詳細を示すフローチャートである（図４の続き）。 第１実施形態の変形例を説明する図である。 第１実施形態の別の変形例を説明する図である。 第１実施形態のさらに別の変形例を説明する図である。 ツェルニケ多項式の各項を示す図である。 実施例１のシミュレーション結果を示す図である。 実施例２のシミュレーション結果を示す図である。 実施例３のシミュレーション結果を示す図である。 実施例４のシミュレーション結果を示す図である。

符号の説明

ＴＯ・・・投影光学系（被検光学系），Ｒ・・・レチクル，ＲＳ・・・レチクルステージ，１３・・・移動機構，１４・・・調整機構，ＷＳ・・・ウエハステージ，ＩＳ・・・空間像センサ，１６・・・コンピュータ

Claims (15)

1. 被検光学系の波面収差を既知の量ずつ変化させながら前記被検光学系による孤立線像の強度分布を複数回検出すると共に、前記検出された複数の強度分布で位相回復演算を行い、前記被検光学系に固有の波面収差情報を取得する
   ことを特徴とする波面収差測定方法。
2. 請求項１に記載の波面収差測定方法において、
   前記波面収差のフォーカス成分を既知の量ずつ変化させながら前記検出を行う
   ことを特徴とする波面収差測定方法。
3. 請求項２に記載の波面収差測定方法において、
   前記波面収差のフォーカス成分と回転対称成分との組み合わせを既知の量ずつ変化させながら前記検出を行う
   ことを特徴とする波面収差測定方法。
4. 請求項３に記載の波面収差測定方法において、
   前記回転対称成分を変化させるために、
   前記孤立線像の原板と前記被検光学系との間隔を変化させる
   ことを特徴とする波面収差測定方法。
5. 請求項３に記載の波面収差測定方法において、
   前記回転対称成分を変化させるために、
   前記被検光学系内の一部のエレメントを光軸方向に移動させる
   ことを特徴とする波面収差測定方法。
6. 請求項３に記載の波面収差測定方法において、
   前記回転対称成分を変化させるために、
   前記強度分布の検出面と前記被検光学系との間に所定屈折率の平行平面板を挿入すると共に、その厚さを変化させる
   ことを特徴とする波面収差測定方法。
7. 請求項２〜請求項６の何れか一項に記載の波面収差測定方法において、
   前記フォーカス成分を変化させるために、
   前記強度分布の検出面を光軸方向に移動させる
   ことを特徴とする波面収差測定方法。
8. 請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の波面収差測定方法において、
   前記検出及び前記位相回復演算を、方向の異なる複数の前記孤立線像の各々について行う
   ことを特徴とする波面収差測定方法。
9. 物体側のパターンを像側へ投影する投影光学系と、
   前記投影光学系の波面収差を既知の量ずつ変化させる機構と、
   前記投影光学系による孤立線像の強度分布を検出する検出器と、
   前記波面収差の変化中に検出された複数の前記強度分布で位相回復演算を行い、前記投影光学系に固有の波面収差情報を取得する演算手段と
   を備えたことを特徴とする投影露光装置。
10. 請求項９に記載の投影露光装置において、
    前記機構は、
    前記波面収差のフォーカス成分を既知の量ずつ変化させることが可能である
    ことを特徴とする投影露光装置。
11. 請求項１０に記載の投影露光装置において、
    前記機構は、
    前記波面収差のフォーカス成分と回転対称成分との組み合わせを既知の量ずつ変化させることが可能である
    ことを特徴とする投影露光装置。
12. 請求項１１に記載の投影露光装置において、
    前記機構は、
    前記回転対称成分を変化させるために、前記孤立線像の原板と前記投影光学系との間隔を変化させる
    ことを特徴とする投影露光装置。
13. 請求項１１に記載の投影露光装置において、
    前記機構は、
    前記回転対称成分を変化させるために、前記投影光学系内の一部のエレメントを光軸方向に移動させる
    ことを特徴とする投影露光装置。
14. 請求項１１に記載の投影露光装置において、
    前記機構は、
    前記回転対称成分を変化させるために、前記検出器と前記投影光学系との間に、所定屈折率の平行平面板を挿入するとともに、その厚さを変化させる
    ことを特徴とする投影露光装置。
15. 請求項９〜請求項１４の何れか一項に記載の投影露光装置において、
    前記機構は、
    前記フォーカス成分を変化させるために、
    前記検出器を光軸方向に移動させる
    ことを特徴とする投影露光装置。
    

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