JP2009200259A - 測定方法及び測定用レチクル - Google Patents

Abstract

【課題】被検光学系の高次成分を含む波面収差を高精度に測定することができる測定方法を提供する。
【解決手段】波面測定用マークと前記波面測定用マークからの光を被検光学系の瞳面上の異なる位置に入射させるためのピンホールとを含む測定用レチクルを用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、前記測定用レチクルを前記被検光学系の物体面に配置して、前記被検光学系の像面に前記波面測定用マークの像を形成する形成ステップと、前記被検光学系の像面に形成された前記波面測定用マークの像の理想位置からの位置ずれ量に基づいて前記被検光学系の波面収差を算出する算出ステップと、を有し、前記波面測定用マークは、第１の方向に長手方向を有するように形成された第１のマークと、前記第１の方向に直交する第２の方向に長手方向を有するように且つ前記第１のマークから離れるように形成された第２のマークとを含むことを特徴とする測定方法を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、測定方法及び測定用レチクルに関する。

フォトリソグラフィー技術を用いて半導体デバイスを製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウエハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。

近年では、半導体デバイスの微細化が進んでいるため、投影光学系の光学特性を高精度に管理することが重要になってきており、特に、投影光学系の波面収差を高精度に測定することが必要である。

投影光学系の波面収差を測定する技術は、特許文献１及び２に開示されているＩＳＩ法と呼ばれる技術や特許文献３に開示されている特殊な回折格子パターンを用いたＳＰＩＮ法と呼ばれる技術が知られている。
米国特許第５８２８４５５号 米国特許第５９７８０８５号 国際公開第０３／０８８３２９号パンフレット

近年では、半導体デバイスの微細化に伴って、高次成分を含む波面収差を高精度に測定することが要求されており、従来のＳＰＩＮ法やＩＳＩ法では、要求される測定精度を必ずしも満たすことができなくなってきている。

ＳＰＩＮ法やＩＳＩ法において、投影光学系などの被検光学系の高次成分を含む波面収差を高精度に測定するためには、かかる被検光学系の瞳面における測定領域（測定対象領域）を広くする（理想的には、被検光学系の解像限界に近づける）ことが有効である。

しかしながら、本発明者が鋭意検討した結果、従来のＳＰＩＮ法やＩＳＩ法における装置構成においては、被検光学系の瞳面における測定領域が限界にまで広くなっておらず、測定領域を拡大できる余地があることを見出した。

そこで、本発明は、このような従来技術の課題に鑑みて、被検光学系の高次成分を含む波面収差を高精度に測定することができる測定方法を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定方法は、波面測定用マークと前記波面測定用マークからの光を被検光学系の瞳面上の異なる位置に入射させるためのピンホールとを含む測定用レチクルを用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、前記測定用レチクルを前記被検光学系の物体面に配置して、前記被検光学系の像面に前記波面測定用マークの像を形成する形成ステップと、前記被検光学系の像面に形成された前記波面測定用マークの像の理想位置からの位置ずれ量に基づいて前記被検光学系の波面収差を算出する算出ステップと、を有し、前記波面測定用マークは、第１の方向に長手方向を有するように形成された第１のマークと、前記第１の方向に直交する第２の方向に長手方向を有するように且つ前記第１のマークから離れるように形成された第２のマークとを含むことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、被検光学系の高次成分を含む波面収差を高精度に測定する測定方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

本発明の理解を深めるために、まず、ＳＰＩＮ法及びＩＳＩ法による波面収差の測定の原理と共に、ＳＰＩＮ法及びＩＳＩ法による波面収差の測定における具体的な課題について説明する。

図１５は、ＳＰＩＮ法による波面収差の測定の原理を説明するための図である。ＳＰＩＮ法による波面収差の測定では、図１５に示すように、特殊な測定用レチクル１０００を用いる。測定用レチクル１０００は、特殊な回折格子パターンを形成する波面測定用マーク１１００を光の射出側に有し、ピンホール１２００を光の入射側に有する。また、測定用レチクル１０００は、σ１以上の照明角度で光をピンホール１２００に入射させるための拡散部１３００を更に有する。なお、図１５では、拡散部１３００をわかりやすく示しているが、拡散部１３００は、実際には、ピンホール１２００の径の内側に配置される。

図示しない照明系からの光は、拡散部１３００を介して、σが１以上、即ち、被検光学系ＯＳの開口数以上の開口数でピンホールへ入射し、波面測定用マーク１１００を斜入射照明する。波面測定用マーク１１００は、特殊な回折格子パターンによって、０次回折光以外の回折光（±１次回折光など）の発生を抑制する機能を有している。従って、波面測定用マーク１１００における回折格子パターンの各点を通過した光は、互いに異なる角度の光となって被検光学系ＯＳの瞳面上の異なる位置に到達し、被検光学系ＯＳの波面収差の影響を受けてウエハＷＦに結像される。

ウエハＷＦに結像した回折格子パターンの各点は、互いに異なる波面収差（位相）の影響を受けている。従って、回折格子パターンの各点を通過した光は、被検光学系ＯＳの波面の法線方向に進むため、ウエハＷＦに結像した回折格子パターンの各点は、被検光学系ＯＳの瞳面内の各点の傾き分だけシフトする（即ち、理想位置からずれる）ことになる。その結果、ウエハＷＦに結像した回折格子パターンのレファレンスパターン（理想位置を規定する理想格子）からの相対位置ずれを測定することで、被検光学系ＯＳの瞳面内の各点の波面の傾きが得られ、種々の数学的手法から波面収差を算出することができる。

図１６を参照して、ウエハＷＦに結像した回折格子パターンとリファレンスパターンとの相対位置ずれの測定について説明する。図１６（ａ）は、回折格子パターン（波面測定用マーク１１００）を示しており、かかる回折格子パターンを、斜入射照明によってウエハＷＦに転写する（焼き付ける）。図１６（ｂ）は、レファレンスパターンを示しており、かかるレファレンスパターンを、斜入射照明を用いずに、図１６（ａ）に示す回折格子パターンに重ねてウエハＷＦに転写する（焼き付ける）。図１６（ｃ）は、図１６（ａ）に示す回折格子パターンと図１６（ｂ）に示すレファレンスパターンとをウエハＷＦに転写した結果を示している。なお、図１６（ｃ）において、回折格子パターンの角部が解像していないのは、被検光学系ＯＳの瞳面に配置される開口絞りの影響である。

図１６（ｃ）に示すように、回折格子パターン及びレファレンスパターンをウエハに転写したら、オーバーレイ測定装置によって回折格子パターンとレファレンスパターンの相対位置ずれを測定する。具体的には、レファレンスパターンの１つのボックスの中心と、それを取り囲む回折格子パターンのボックスの中心との相対位置ずれを測定する（「ｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘ測定法」と呼ばれる）。この際、相対位置ずれの測定される点（測定点）は、各レファレンスパターンのボックスの中心となる。

このように、ＳＰＩＮ法においては、通常、波面測定用マークとして特殊な回折格子パターンをウエハに転写し、かかる回折格子パターンの位置ずれをｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘ測定法で測定することによって、被検光学系の波面収差を測定している。

図１７は、ＩＳＩ法による波面収差の測定の原理を説明するための図である。ＩＳＩ法による波面収差の測定では、図１７に示すように、特殊な測定用レチクル２０００を用いる。測定用レチクル２０００は、格子状の波面測定用マーク２１００と、波面測定用マーク２１００の中心の真下に所定の距離を有して配置されたピンホール２２００と、波面測定用マーク２１００の真上に配置された凸レンズ（正レンズ）２３００とを有する。

図示しない照明系からの光は、凸レンズ２３００を介して、σ１以上の照明角度で波面測定用マーク２１００を照明する。波面測定用マーク２１００を構成する回折格子パターンを通過した光は、ピンホール２２００を通過（透過）する。但し、ピンホール２２００を通過できる光は、回折格子パターンの各点の位置とピンホール２２００とを結んだ角度の光のみに限定される。従って、波面測定用マーク２１００における回折格子パターンの各点を通過した光は、互いに異なる角度の光となって被検光学系ＯＳの瞳面上の異なる位置に到達し、被検光学系ＯＳの波面収差の影響を受けてウエハＷＦに結像される。

ウエハＷＦに結像した回折格子パターンの各点は、互いに異なる波面収差（位相）の影響を受けている。従って、回折格子パターンの各点を通過した光は、被検光学系ＯＳの波面の法線方向に進むため、ウエハＷＦに結像した回折格子パターンの各点は、被検光学系ＯＳの瞳面内の各点の波面の傾き分だけシフトする（即ち、理想位置からずれる）ことになる。その結果、ウエハＷＦに結像した回折格子パターンのレファレンスパターン（理想位置を規定する理想格子）からの相対位置ずれを測定することで、被検光学系ＯＳの瞳面内の各点の波面の傾きが得られ、種々の数学的手法から波面収差を算出することができる。

ＩＳＩ法においても、ＳＰＩＮ法と同様に、回折格子パターンとレファレンスパターンの相対位置ずれをｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘ測定法で測定することによって、被検光学系の波面収差を測定している。

ＳＰＩＮ法及びＩＳＩ法における回折格子パターンの位置ずれ量（測定値）は、上述したように、被検光学系の波面の傾きを反映している。なお、被検光学系の波面の傾きは、波面収差の高次成分になるほど瞳面の周辺で大きくなる。従って、高次成分を含む波面収差を高精度に測定するためには、投影光学系などの被検光学系の瞳面における測定領域（測定対象領域）を瞳面の周辺までとる必要がある。換言すれば、図１８に示すように、被検光学系の瞳面における測定領域を拡大することで、波面収差の測定精度を向上させることができる（即ち、高次成分を含む波面収差を高精度に測定することができる）。ここで、図１８は、被検光学系の瞳面における測定領域と測定誤差との関係を示すグラフである。図１８では、被検光学系の瞳面における測定領域の半径を被検光学系の開口数（ＮＡ）で規格化した値を横軸に採用し、Ｚｅｒｎｉｋｅ３６項の測定誤差のＲＭＳ換算値（波面収差の二乗の瞳面内における積分値）を縦軸に採用した。

但し、被検光学系の瞳面における測定領域は、以下の２つの要因によって、投影光学系などの被検光学系のフルＮＡ（σｒ＝１）よりも小さくなってしまう。第１の要因は、回折格子パターンがσｒ＝１まで解像しないことである。なお、以下では、回折格子パターンが解像する限界のσｒを解像限界と称する。第２の要因は、回折格子パターンの位置ずれをｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘ測定法で測定する場合には、測定領域が上述した解像限界よりも小さくなってしまうことである。

第１の要因（解像限界がσｒ＝１よりも小さくなる理由）について説明する。

ＳＰＩＮ法において、ピンホールは、ピンホールと回折格子パターンの各点とを結んだ角度の光のみで回折格子パターンを斜入射照明する機能を有する。ピンホールを通過した光は、回折格子パターンの有限の領域を通過する。なお、回折格子パターンは、上述したように、０次回折光以外の回折光の発生を抑制する機能を有しているため、回折格子パターンの各点を通過した光は、０次回折光のみを含む。従って、回折格子パターンからの回折光は、被検光学系の瞳面を有限の大きさで通過する。換言すれば、ピンホールの径は、被検光学系の瞳面での光束の径に相当する。かかる光束の径は有限の大きさを有するため、被検光学系の瞳面の周辺部では、開口絞りによって、一部の光束が通過できなくなる。その結果、被検光学系の瞳面の外縁に近い周辺部を通過した光は、ウエハ上で解像しなかったり、不完全な解像をしたりする。従って、被検光学系の瞳面における測定領域（の大きさ）は、ピンホールの径、即ち、開口径の影響を受ける。具体的には、ピンホール径の被検光学系の瞳面での大きさをσｓとすると、回折格子パターンが完全に解像する解像限界、即ち、被検光学系の瞳面における測定領域の半径は、σｒ＝１−σｓとなる。なお、σｓ及びσｒは、被検光学系のフルＮＡで規格化した値である。実際には、σｒ＝１−σｓを境として、回折格子パターンが急に解像しなくなるわけではない。但し、σｒ＝１−σｓよりも外側の領域を測定点（測定領域）とすることは、測定誤差を生じる要因となる。以下では、σｒ＝１−σｓの領域内の測定点のみを用いる場合を考え、この値を解像限界とする。

一方、ＩＳＩ法において、ピンホールは、回折格子パターンからの回折光のうち、回折格子パターンの各点とピンホールとを結んだ角度の光のみを通過させる機能を有する。換言すれば、ピンホールは、回折格子パターンからの回折光をメカ的に遮光する。ピンホールを通過した回折格子パターンからの回折光は、被検光学系の瞳面を有限の大きさで通過する。ピンホールの径は、被検光学系の瞳面での光束の径に相当する。従って、ＳＰＩＮ法と同様に、解像限界（σｒ＝１−σｓ）が存在する。

このように、ＳＰＩＮ法及びＩＳＩ法においては、取り得る測定領域の限界値はσｒ＝１−σｓとなり、被検光学系のフルＮＡ（σｒ＝１）よりも小さくなる。

第２の要因（回折格子パターンの位置ずれをｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘ測定法で測定する場合に、測定領域が解像限界よりも小さくなる理由）について説明する。

図１９は、回折格子パターンとレファレンスパターンが転写されたウエハを示す図であって、点線は解像限界（１−σｓ）を示している。図１９を参照するに、被検光学系の波面を測定するための測定点は、解像限界を示す点線よりも内側にあることがわかる。これは、従来のＳＰＩＮ法及びＩＳＩ法では、ｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘ測定法を行っている、即ち、回折格子パターンとレファレンスパターン（２つのボックスパターン）の相対位置ずれを１つの測定点の位置ずれとして測定していることが原因である。従って、ある測定点における位置ずれを測定しようとすると、かかる測定点を取り囲む回折格子パターンの４つの辺の全てが結像している必要がある。その結果、測定領域は、回折格子パターンのサイズの分だけ解像限界よりも内側になってしまう。

例えば、図２０に示すように、回折格子パターンの線幅をＷ１、回折格子パターンとレファレンスパターンとの間隔をＳ、レファレンスパターンの線幅をＷ２とする。また、レファレンスパターンの内幅（線と線との間隔）をＧ２、解像限界（σｒ＝１−σｓ）から回折格子パターンまでの間隔をΔとする。なお、これらは、被検光学系の瞳面における値を被検光学系のフルＮＡで規格化したものであるとする。図２０を参照するに、被検光学系の瞳面における測定領域の半径は、１−σｓ−（Ｗ１＋Ｓ＋Ｗ２＋Ｇ２／２＋Δ）となり、解像限界よりも小さくなっている。ここで、図２０は、図１９において、回折格子パターンの線幅、回折格子パターンとレファレンスパターンとの間隔、レファレンスパターンの線幅、レファレンスパターンの内幅及び解像限界から回折格子パターンまでの間隔の定義を示す図である。

上述したように、ＳＰＩＮ法やＩＳＩ法において、投影光学系などの被検光学系の高次成分を含む波面収差を高精度に測定するためには、かかる被検光学系の瞳面における測定領域を広くする（理想的には、被検光学系の解像限界に近づける）必要がある。

そこで、本発明では、被検光学系の瞳面の各点に対応して配置され、互いに直交する２つの独立した第１のマーク及び第２のマークを波面測定用マークとして用いる。そして、被検光学系の像面に形成される第１のマークの像の理想位置からの位置ずれ量及び第２のマークの像の理想位置からの位置ずれ量を測定し、かかる２つの位置ずれ量のそれぞれから算出される波面収差を合成することで、被検光学系の波面収差を測定する。これにより、投影光学系などの被検光学系の瞳面における測定領域を拡大することが可能となり、波面収差の測定精度を向上させることができる（即ち、高次成分を含む波面収差を高精度に測定することができる。

具体的には、図１に示すように、第１のマーク（以下、「Ｈマーク」と称する）１１２と、第２のマーク（以下、「Ｖマーク」と称する）１１４とを含む波面測定用マーク１１０を用いる。ここで、Ｈマーク１１２は、第１の方向に長手方向を有するように形成される。また、Ｖマーク１１４は、第１の方向に直交する第２の方向に長手方向を有するように、且つ、Ｈマーク１１２から離れて形成される。なお、以下では、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４をまとめてＨＶマークと称する。そして、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４をウエハ上の別々の位置に転写した後、Ｈマーク１１２には、Ｈマーク１１２と平行なレファレンスパターンを、Ｖマーク１１４には、Ｖマーク１１４と平行なレファレンスパターンを、ウエハ上に重ねて転写する。次いで、Ｈマーク１１２とレファレンスパターンとの相対位置ずれ量、及び、Ｖマーク１１４とレファレンスパターンとの相対位置ずれ量を測定する。

図２は、Ｖマーク１１４とレファレンスパターンが転写されたウエハを示す図であって、点線は解像限界（１−σｓ）を示している。図２に示すように、本発明では、相対位置ずれの測定される点（測定点）をＶマーク１１４上にすることが可能であり（即ち、Ｖマーク１１４上の位置ずれを測定することで）、測定領域を拡大させることができる。例えば、Ｖマーク１１４の線幅をＷ１、解像限界（σｒ＝１−σｓ）からＶマーク１１４までの間隔をΔとする。この場合、被検光学系の瞳面における測定領域の半径は、１−σｓ−（Ｗ１／２＋Δ）となる。従って、本発明における測定領域は、ｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘ測定法における測定領域よりも広く、波面収差の測定精度を向上させることができる。

図３は、波面測定用マーク１１０（ＨＶマーク）を用いて被検光学系の波面収差を測定した場合（本発明）の測定領域とピンホールの径との関係、及び、ｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘ測定法における測定領域とピンホールの径との関係を示す図である。図３を参照するに、ピンホールの径が同一であれば、ｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘ測定法よりも波面測定用マーク１１０（ＨＶマーク）を用いた場合の方が、被検光学系の瞳面における測定領域を広くすることができることがわかる。

なお、図１６（ａ）に示したような回折格子パターンを用いた場合であっても、第１の方向に長手方向を有するパターンと第２の方向に長手方向を有するパターンとを分けて測定すれば、ＨＶマークを用いた場合と同様に、測定領域を広くすることができる。但し、以下に説明する２つの点において、図１に示すような波面測定用マーク１１０（ＨＶマーク）を用いる場合の方が、図１６（ａ）に示したような回折格子パターンを用いる場合よりも有利となる。

第１の点は、測定領域における測定点の数である。図１６（ａ）に示したような回折格子パターンを用いた場合のレファレンスパターンの大きさは、レファレンスパターンの線幅よりも大きくなる。これは、１つのレファレンスパターンを用いて、第１の方向及び第２の方向の両方の位置ずれを測定するために、レファレンスパターンが第１の方向及び第２の方向に長手方向を有する必要があるからである。

一方、例えば、Ｈマーク１１２を用いた場合、第２の方向の位置ずれのみ測定するため、レファレンスパターンは第１の方向に長手方向を有すればよい。この場合、レファレンスパターンの大きさは、レファレンスパターンの線幅に等しくなる。従って、図１に示すような波面測定用マーク１１０（ＨＶマーク）を用いる場合の方が、図１６（ａ）に示したような回折格子パターンを用いる場合よりも、測定領域における測定点の数を多くすることができ、波面収差の測定精度を向上させることが可能となる。

第２の点は、各測定点における波面収差の方向である。図１６（ａ）に示したような回折格子パターンを用いた場合、各測定点では第１の方向又は第２の方向の位置ずれしか測定することができない。従って、被検光学系の瞳面における測定点において、各測定点で１つの方向の波面収差（波面収差情報）しか得ることができない。その結果、位置ずれを測定した後の波面収差の算出処理が複雑になってしまう。

また、図１に示すような波面測定用マーク１１０（ＨＶマーク）を用いる場合であっても、各測定点では第１の方向又は第２の方向の位置ずれしか測定することができない。但し、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４のそれぞれを転写するため、２つのマークの測定結果（即ち、位置ずれ）を合成することができる。従って、被検光学系の瞳面における測定点において、各測定点で第１の方向及び第２の方向の両方の波面収差（波面収差情報）を得ることができる。その結果、位置ずれを測定した後の波面収差の算出処理を単純にすることができる。

以下、図１に示すような波面測定用マーク１１０（ＨＶマーク）を用いた被検光学系の波面収差の測定方法について説明する。図４は、本発明の一側面としての測定方法を実施する測定装置１の構成を示す概略断面図である。

測定装置１は、ＳＰＩＮ法を用いて、被検光学系ＯＳ（例えば、露光装置の投影光学系など）の波面収差を測定する測定装置である。測定装置１は、図示しない照明系と、被検光学系ＯＳの物体面に配置される測定用レチクル１０と、レチクルステージ２０と、ウエハステージ３０と、オートフォーカス系４０と、アライメントスコープ５０と、算出部６０とを有する。

測定用レチクル１０は、図示しないレチクルチャックを介してレチクルステージ２０に載置され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に駆動可能に支持される。測定用レチクル１０は、光の射出側に、図１に示すようなＨマーク１１２と、Ｖマーク１１４とを含む波面測定用マーク１１０を有する。Ｈマーク１１２とＶマーク１１４とは、上述したように、互いに直交する独立した２つのマークである。換言すれば、Ｈマーク１１２とＶマーク１１４とは、離れて形成されている。なお、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４の各々は、０次回折光以外の発生を抑制する特殊な回折格子パターンで構成される。

また、測定用レチクル１０は、光の射出側に、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４に対するレファレンスパターン１２０を有する。レファレンスパターン１２０は、Ｈマーク１１２とＶマーク１１４とに対してそれぞれ別々のレファレンスパターンを含む。レファレンスパターン１２０は、本実施形態では、Ｈマーク１１２に対するレファレンスパターンであるＨマーク用レファレンスパターン１２２と、Ｖマーク１１４に対するレファレンスパターンであるＶマーク用レファレンスパターン１２４とを含む。Ｈマーク用レファレンスパターン１２２は、Ｈマーク１１２に平行な直線パターンであって、ウエハＷＦに転写した場合に、図５（ａ）に示すように、Ｈマーク１１２の間に転写されるような間隔で形成される。また、Ｖマーク用レファレンスパターン１２４は、Ｖマーク１１４に平行な直線パターンであって、ウエハＷＦに転写した場合に、図５（ｂ）に示すように、Ｖマーク１１４の間に転写されるような間隔で形成される。ここで、図５（ａ）は、Ｈマーク１１２とＨマーク用レファレンスパターン１２２が転写されたウエハＷＦを示す図であって、図５（ｂ）はＶマーク１１４とＶマーク用レファレンスパターン１２４が転写されたウエハＷＦを示す図である。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）において、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４が円形に転写されているのは、被検光学系ＯＳの瞳面に配置される開口絞りの影響である。

更に、測定用レチクル１０は、光の入射側に、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４のそれぞれに対応してピンホール１３０を有する。ピンホール１３０は、波面測定用マーク１１０（Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４）からの光を被検光学系ＯＳの瞳面上の異なる位置に入射させる機能を有する。また、ピンホール１３０のそれぞれには、ピンホール１３０を通過した光によってＨマーク１１２又はＶマーク１１４の全面を均一に照明するための拡散部１４０が配置されている。拡散部１４０は、例えば、拡散板、計算機ホログラム（ＣＧＨ）、回折光学素子などで構成される。なお、図４では、拡散部１４０をわかりやすく示しているが、拡散部１４０は、実際には、ピンホール１３０の径の内側に配置される。

但し、測定用レチクル１０は、レファレンスパターン１２０に対応したピンホールを有さず、レファレンスパターン１２０に対応する光の入射側は開口になっている。これにより、レファレンスパターン１２０は斜入射照明されることなく、通常照明され、ウエハＷＦに転写される。なお、レファレンスパターン１２０に対応して設けられる開口の大きさは、被検光学系ＯＳのＮＡ程度であることが好ましい。

ここで、測定装置１の動作、即ち、測定装置１による被検光学系ＯＳの波面収差の測定について説明する。

まず、図示しない照明系からの光で測定用レチクル１０の波面測定用マーク１１０（Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４）を照明する。この際、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４が同時に照明領域に位置するように、照明系に設けられた図示しない照明領域調整機構（例えば、マスキングブレード）を駆動する。次いで、ウエハＷＦのフォーカス位置（Ｚ軸方向の位置）をオートフォーカス系４０を用いて検出し、かかる検出結果に基づいてウエハステージ３０をＺ軸方向に駆動して、ウエハＷＦを被検光学系ＯＳのベストフォーカス面の近傍に配置する。そして、レチクルステージ２０及びウエハステージ３０を被検光学系ＯＳの縮小倍率比の速度比で走査して、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４を同時に（即ち、１回の露光で）ウエハＷＦに転写する。

図６は、ウエハＷＦに転写されたＨマーク１１２及びＶマーク１１４とウエハＷＦ上の転写領域（露光領域）との関係を示す図である。このように、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４を同時に転写する場合には、以下の３つの特徴がある。第１の特徴は、転写領域内におけるＨマーク１１２の位置（レンズ像高）及びＶマーク１１４の位置（レンズ像高）が異なることで誤差が生じることである。第２の特徴は、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４を同時に転写するため、ウエハＷＦのフォーカス駆動誤差（即ち、ウエハＷＦの駆動再現性）の影響を受けないことである。第３の特徴は、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４を同時に転写するため、ウエハＷＦの平坦度の影響を受けることである。

なお、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４は、別々にウエハＷＦに転写してもよい。まず、測定用レチクル１０の波面測定用マーク１１０のＨマーク１１２のみが照明領域（即ち、被検光学系ＯＳの物体面上の所定の位置）に位置するように、照明系に設けられた図示しない照明領域調整機構を駆動する。次いで、ウエハＷＦのフォーカス位置（Ｚ軸方向の位置）をオートフォーカス系４０を用いて検出し、かかる検出結果に基づいてウエハステージ３０をＺ軸方向に駆動して、ウエハＷＦを被検光学系ＯＳのベストフォーカス面の近傍に配置する。そして、レチクルステージ２０及びウエハステージ３０を被検光学系ＯＳの縮小倍率比の速度比で走査して、１回目の露光において、Ｈマーク１１２のみをウエハＷＦに転写する。その後、同様にして（測定用レチクル１０の波面測定用マーク１１０のＶマーク１１４のみが照明領域に位置するように、照明系に設けられた図示しない照明領域調整機構を駆動するなど）、２回目の露光において、Ｖマーク１１４のみをウエハＷＦに転写する。但し、Ｖマーク１１４は、Ｈマーク１１２を転写した際と同じレンズ像高を用いて転写する。なお、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４を転写する順序は任意であり、１回目の露光でＨマーク１１２及びＶマーク１１４のうち一方のマークを転写し、２回目の露光でＨマーク１１２及びＶマーク１１４のうち他方のマークを転写すればよい。

図７は、ウエハＷＦに転写されたＨマーク１１２及びＶマーク１１４、ウエハＷＦ上の転写領域（露光領域）及びあるレンズ像高（ｘ、ｙ）との関係を示す図であって、図７（ａ）は１回目の露光の状態を示し、図７（ｂ）は２回目の露光の状態を示している。図７では、各露光時において、レンズ像高（ｘ、ｙ）とＨマーク１１２又はＶマーク１１４の中心が一致するような場合を示している。このように、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４を別々に転写する場合には、以下の３つの特徴がある。第１の特徴は、転写領域内において、Ｈマーク１１２を転写する際のレンズ像高とＶマーク１１４を転写する際のレンズ像高をほぼ同じにできることである。第２の特徴は、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４を別々に転写するため、ウエハＷＦのフォーカス駆動誤差（即ち、ウエハＷＦの駆動再現性）の影響を受けることである。第３の特徴は、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４を別々に転写するため、ウエハＷＦの平坦度の影響を受けないことである。

Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４を同時に転写する場合と別々に転写する場合とでは、Ｈマーク１１２とＶマーク１１４とのデフォーカス差（即ち、Ｈマーク１１２の像とＶマーク１１４の像との間のデフォーカス量の差）をもたらす誤差成分が異なる。Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４を同時に転写する場合には、ウエハＷＦのフォーカス位置を被検光学系ＯＳのベストフォーカス面に合わせた後にＨマーク１１２及びＶマーク１１４を転写する。従って、ウエハＷＦの平坦度がＨマーク１１２とＶマーク１１４とのデフォーカス差の主な要因となる。一方、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４を別々に転写する場合には、Ｈマーク１１２の転写時及びＶマーク１１４の転写時のそれぞれについて、ウエハＷＦのフォーカス位置を被検光学系ＯＳのベストフォーカス面に合わせる。従って、ウエハＷＦのフォーカス駆動誤差がＨマーク１１２とＶマーク１１４とのデフォーカス差の主な要因となる。

Ｈマーク１１２とＶマーク１１４とのデフォーカス差（Ｈマーク１１２の像とＶマーク１１４の像との間のデフォーカス量の差）の補正については後で詳細に説明する。但し、かかる補正に応じて、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４を同時に転写するのか、或いは、別々に転写するのかを選択する必要がある。

このようにして、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４をウエハＷＦに転写したら、レチクルステージ２０を駆動して、Ｈマーク用レファレンスパターン１２２が照明領域に位置させる。そして、ウエハＷＦに転写されたＨマーク１１２に重なり合うようにＨマーク用レファレンスパターン１２２を転写する（図５（ａ）参照）。同様に、Ｖマーク用レファレンスパターン１２４もウエハＷＦに転写されたＶマーク１１４と重なり合うように転写する（図５（ｂ）参照）。なお、Ｈマーク用レファレンスパターン１２２及びＶマーク用レファレンスパターン１２４は同時に転写してもよいし、別々に転写してもよい。また、Ｈマーク用レファレンスパターン１２２及びＶマーク用レファレンスパターン１２４を転写する順序も任意である。

Ｈマーク１１２、Ｖマーク１１４、Ｈマーク用レファレンスパターン１２２及びＶマーク用レファレンスパターン１２４をウエハＷＦに転写したら、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４の位置ずれ（位置ずれ量）をアライメントスコープ５０を用いて測定する。ここで、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４の位置ずれ（位置ずれ量）とは、理想位置を規定するＨマーク用レファレンスパターン１２２及びＶマーク用レファレンスパターン１２４からの位置ずれである。アライメントスコープ５０は、被検光学系ＯＳの光軸外に配置され、Ｈマーク１１２とＨマーク用レファレンスパターン１２２との位置ずれ量、及び、Ｖマーク１１４とＶマーク用レファレンスパターン１２４との位置ずれ量を測定する。

図８を参照して、Ｈマーク１１２とＨマーク用レファレンスパターン１２２との位置ずれ量の測定について具体的に説明する。なお、Ｈマーク１１２の長手方向（第１の方向）をＨ方向とし、かかるＨ方向に直交する方向をＶ方向、即ち、Ｖマーク１１４の長手方向（第２の方向）とする。Ｈマーク１１２（及びＨマーク用レファレンスパターン１２２）からは、Ｖ方向の位置ずれ、即ち、Ｖ方向の波面情報のみが測定される。また、Ｖマーク１１４（及びＶマーク用レファレンスパターン１２４）からは、Ｈ方向の位置ずれ、即ち、Ｈ方向の波面情報のみが測定される。従って、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４から得られる２つの波面情報を合成することで、被検光学系ＯＳの波面収差を得ることができる。

まず、Ｖ方向の位置ずれを測定したいＨマーク１１２上の点（測定点）と、かかるＨマーク１１２の近傍の１つ以上のＨマーク用レファレンスパターン１２２とがアライメントスコープ５０の視野内に位置するように、ウエハステージ３０を駆動する。次に、Ｈマーク１１２を、所望の測定点のＨ方向座標においてＶ方向に測定して、得られるパルスを積算する（即ち、パルス積算領域を得る）。これにより、所望の測定点のＶ方向座標におけるＨマーク１１２の中心（Ｖ方向）を求めることができる。同様な測定をＨマーク用レファレンスパターン１２２に対しても実行して、Ｈマーク用レファレンスパターン１２２のＨ方向座標における中心（Ｖ方向）を求める。そして、Ｈマーク１１２の中心とＨマーク用レファレンスパターン１２２の中心との相対位置ずれ（Ｖ方向）を測定して、所望の測定点におけるＨマーク１１２の位置ずれ（Ｖ方向）を得る。次いで、Ｈ方向に予め決められた駆動量だけウエハステージ３０を駆動させて、上述した測定を繰り返す。この際、Ｈ方向のウエハステージ３０の駆動量は、ウエハＷＦに転写したＶマーク１１４のピッチと一致していることが好ましい。このようにして、１つのＨマーク１１２の測定が終了したら、次のＨマーク１１２を測定することを繰り返し、Ｈマーク１１２の全体としての位置ずれを測定する。

なお、本実施形態では、Ｈマーク１１２及びＨマーク用レファレンスパターン１２２を別々に測定しているが、同時に測定してもよい。

Ｖマーク１１４とＶマーク用レファレンスパターン１２４との位置ずれ量の測定は、Ｈマーク１１２とＨマーク用レファレンスパターン１２２との位置ずれ量の測定と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

Ｈマーク１１２の理想位置からの位置ずれ量及びＶマーク１１４の理想位置からの位置ずれ量を測定したら、かかる測定結果を算出部６０で演算処理して、被検光学系ＯＳの波面収差を算出する。具体的には、Ｈマーク１１２から得られる測定値は各測定点のＶ方向の位置ずれであり、Ｖマーク１１４から得られる測定値は各測定点のＨ方向の位置ずれであるため、２つの測定結果から各測定点のＨ方向及びＶ方向の位置ずれを求める。そして、かかる各測定点のＨ方向及びＶ方向の位置ずれから被検光学系ＯＳの波面収差を算出する。このように、算出部６０は、被検光学系ＯＳの像面に形成される波面測定用マーク１１０（Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４）の理想位置からの位置ずれ量に基づいて被検光学系ＯＳの波面収差を算出する。

上述したように、本実施形態では、ウエハＷＦに転写したＨマーク１１２の像とＶマーク１１４の像との間にデフォーカス差（デフォーカス量の差）が生じる。かかるデフォーカス差は、Ｈマーク１１２の位置ずれ及びＶマーク１１４の位置ずれを合成して被検光学系ＯＳの波面収差を算出する際に、アスの測定誤差（アス誤差）となる。

アス誤差は、図９に示すような格子状に形成された格子マーク１６０を用いることで補正することができる。換言すれば、格子マーク１６０は、被検光学系ＯＳの像面に形成されるＨマーク１１２の像とＶマーク１１４の像との間のデフォーカス量の差を補正する補正マークとして機能する。格子マーク１６０は、例えば、測定用レチクル１０に形成される。

格子マーク１６０は、Ｈ方向（第１の方向）に長手方向を有するマーク（Ｈマーク１１２）とＶ方向（第２の方向）に長手方向を有するマーク（Ｖマーク１１４）とを含むため、位置ずれの測定において、Ｈ方向とＶ方向の間にデフォーカス差を生じない。従って、格子マーク１６０の位置ずれ量から算出される被検光学系ＯＳの波面収差には、デフォーカス差による誤差（アス誤差）が含まれない。

そこで、格子マーク１６０及び格子マーク１６０に対応するレファレンスマークをウエハＷＦに転写して格子マーク１６０の理想位置からの位置ずれを測定し、かかる測定結果から波面収差を測定する。そして、格子マーク１６０から算出される波面収差（波面収差情報）を用いることで、Ｈマーク１１２の位置ずれ及びＶマーク１１４の位置ずれから算出される被検光学系ＯＳの波面収差のアス誤差を補正することが可能となる。

図１０を参照して、Ｈマーク１１２の位置ずれ及びＶマーク１１４の位置ずれから算出される被検光学系ＯＳの波面収差のアス誤差の補正について説明する。但し、Ｈマーク１１２、Ｈマーク用レファレンスパターン１２２、Ｖマーク１１４、Ｖマーク用レファレンスパターン１２４、格子マーク１６０及び格子マーク１６０に対応するレファレンスマークは、ウエハＷＦに転写されているものとする。

図１０を参照するに、まず、ステップＳ３００２において、Ｈマーク１１２の位置ずれ量及びＶマーク１１４の位置ずれ量を測定する。

次に、ステップＳ３００４において、ステップＳ３００２で測定したＨマーク１１２の位置ずれ量及びＶマーク１１４の位置ずれ量から、被検光学系ＯＳの波面収差Ｗ１を算出する。

次いで、ステップＳ３００６において、格子マーク１６０の位置ずれ量を測定する。

次に、ステップＳ３００８において、ステップＳ３００６で測定した格子マーク１６０の位置ずれ量から、被検光学系ＯＳの波面収差Ｗ２を算出する。

次いで、ステップＳ３０１０において、波面収差Ｗ２のアス成分を波面収差Ｗ１に代入して波面収差Ｗ１に含まれるアス誤差を補正し、アス誤差が補正された波面収差Ｗ３を算出する。

そして、ステップＳ３０１２において、ステップＳ３０１０で算出された波面収差Ｗ３を被検光学系ＯＳの波面収差とする。

また、Ｈマーク１１２の位置ずれ及びＶマーク１１４の位置ずれから算出される被検光学系ＯＳの波面収差のアス誤差の補正の別の例を図１１に示す。但し、ステップＳ４００２乃至Ｓ４００８までは、図１０に示すステップＳ３００２乃至Ｓ３００８と同様である。

ステップＳ４０１０において、波面収差Ｗ１と波面収差Ｗ２とを比較して、Ｈマーク１１２とＶマーク１１４との間のデフォーカス差を算出する。

次いで、ステップＳ４０１２において、ステップＳ４０１０で算出したデフォーカス差に基づいて、ステップＳ４００２で測定したＨマーク１１２及びＶマーク１１４の位置ずれ量を補正する。

次に、ステップＳ４０１４において、ステップＳ４０１２で補正されたＨマーク１１２及びＶマーク１１４の位置ずれ量から、被検光学系ＯＳの波面収差Ｗ３を算出する。

そして、ステップＳ４０１６において、ステップＳ４０１４で算出された波面収差Ｗ３を被検光学系ＯＳの波面収差とする。

また、補正マークとして、Ｈ方向（第１の方向）に直交する方向に長手方向を有してＨマーク１１２と一体的に形成されるマーク又はＶ方向（第２の方向）に直交する方向に長手方向を有してＶマーク１１４と一体的に形成されるマークを用いてもよい。

図１２は、Ｈ方向に直交する方向に長手方向を有してＨマーク１１２と一体的に形成されるマーク１６０Ａを示す図である。図１２において、点線は、被検光学系ＯＳの瞳面に配置される開口絞りを示している。マーク１６０Ａは、図１２に示すように、Ｈマーク１１２の２箇所に形成される。なお、マーク１６０Ａは、ウエハＷＦに転写された際に、測定領域の周辺部に位置するように形成されることが好ましい。図１２に示すＨマーク１１２においては、Ｈマーク１１２とマーク１６０Ａとの交点でＨ方向及びＶ方向の位置ずれ量を測定することができる。

図１３は、マーク１６０Ａが一体的に形成されたＨマーク１１２を用いた場合のＨマーク１１２の位置ずれ及びＶマーク１１４の位置ずれから算出される被検光学系ＯＳの波面収差のアス誤差の補正を説明するためのフローチャートである。但し、マーク１６０Ａが一体的に形成されたＨマーク１１２、Ｈマーク用レファレンスパターン１２２、Ｖマーク１１４及びＶマーク用レファレンスパターン１２４は、ウエハＷＦに転写されているものとする。

まず、ステップＳ５００２において、マーク１６０Ａが一体的に形成されたＨマーク１１２の位置ずれ量及びＶマーク１１４の位置ずれ量を測定する。

次に、ステップＳ５００４において、マーク１６０ＡとＶマーク１１４のマーク１６０Ａと同じ位置におけるＨ方向の位置ずれ（図１２に示す矢印）を比較して、Ｈマーク１１２とＶマーク１１４との間のデフォーカス差を算出する。なお、Ｈマーク１１２に一体的に形成されたマーク１６０Ａ間の距離と、それに対応するＶマーク１１４の間の距離とを比較しても、Ｈマーク１１２とＶマーク１１４との間のデフォーカス差を算出することができる。

次いで、ステップＳ５００６において、ステップＳ５００４で算出したデフォーカス差に基づいて、ステップＳ５００２で測定したＨマーク１１２及びＶマーク１１４の位置ずれ量を補正する。

次に、ステップＳ５００８において、ステップＳ５００６で補正されたＨマーク１１２及びＶマーク１１４の位置ずれ量から、被検光学系ＯＳの波面収差Ｗ４を算出する。

そして、ステップＳ５０１０において、ステップＳ５００８で算出された波面収差Ｗ４を被検光学系ＯＳの波面収差とする。

このように、本実施形態の測定装置１によれば、被検光学系ＯＳの瞳面における測定領域を従来よりも拡大することが可能であり、ＳＰＩＮ法を用いて、被検光学系ＯＳの高次成分を含む波面収差を高精度に測定することができる。

なお、本実施形態では、波面測定用マーク１１０やレファレンスパターン１２０などをウエハＷＦに転写しているが、波面測定用マーク１１０やレファレンスパターン１２０などをウエハＷＦに転写せずに、撮像素子などを用いて空中像を測定してもよい。

また、本実施形態では、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４の理想位置からの位置ずれ量をアライメントスコープ５０で測定しているが、オーバーレイ測定装置を用いてもよい。なお、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４の理想位置からの位置ずれは、レファレンスパターン１２０を用いることなく、例えば、ウエハステージ３０上の基準位置を用いて測定することも可能である。

また、本実施形態では、レファレンスパターン１２０は測定用レチクル１０に形成されているが、レファレンスパターン１２０は、レチクルステージ２０や他のレチクルに形成され、被検光学系ＯＳの物体面に配置されてもよい。

また、波面測定用マーク１１０（ＨＶマーク）は、図１４に示すように、ＩＳＩ法を用いる測定装置１Ａにも適用することができる。図１４は、本発明の一側面としての測定装置１Ａの構成を示す概略断面図である。

測定装置１Ａは、ＩＳＩ法を用いて、被検光学系ＯＳ（例えば、露光装置の投影光学系など）の波面収差を測定する測定装置である。測定装置１Ａは、図示しない照明系と、被検光学系ＯＳの物体面に配置される測定用レチクル１０Ａと、レチクルステージ２０と、ウエハステージ３０と、オートフォーカス系４０と、アライメントスコープ５０と、算出部６０とを有する。

測定用レチクル１０Ａは、図示しないレチクルチャックを介してレチクルステージ２０に載置され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に駆動可能に支持される。
測定用レチクル１０Ａは、光の射出側に、図１に示すようなＨマーク１１２とＶマーク１１４とを含む波面測定用マーク１１０を有する。

また、測定用レチクル１０Ａは、光の射出側に、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４に対するレファレンスパターン１２０を有する。

更に、測定用レチクル１０Ａは、光の入射側に、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４のそれぞれに対応して凸レンズ（正レンズ）１７０を有する。凸レンズ１７０は、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４の中心の真上に配置され、波面測定用マーク１１０（Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４）をσが１以上となるように、即ち、被検光学系ＯＳの開口数以上の開口数の光で照明する機能を有する。

また、波面測定用マーク１１０及びレファレンスパターン１２０の真下には、ペリクルフレームと同様な枠状部材で構成されるスペーサー１８０が配置されている。なお、スペーサー１８０においては、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４に対応してピンホール１３０Ａが配置されている。但し、レファレンスパターン１２０に対応するスペーサー１８０にはピンホールが配置されておらず、開口になっている。なお、レファレンスパターン１２０に対応して設けられる開口の大きさは、被検光学系ＯＳのＮＡ程度であることが好ましい。

測定装置１Ａにおいて、波面測定用マーク１１０（Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４）は斜入射照明されてウエハＷＦに転写される。一方、レファレンスパターン１２０は斜入射照明されることなく、通常照明され、ウエハＷＦに転写される。

なお、測定装置１Ａにおける波面測定用マーク１１０及びレファレンスパターン１２０の転写、Ｈマーク１１２及びＶマーク１１４の位置ずれ量の測定、被検光学系ＯＳの波面収差の算出は、測定装置１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

測定装置１Ａによれば、被検光学系ＯＳの瞳面における測定領域を従来よりも拡大することが可能であり、ＩＳＩ法を用いて、被検光学系ＯＳの高次成分を含む波面収差を高精度に測定することができる。

以下、測定装置１又は１Ａを有する（即ち、本発明の一側面としての測定方法を実施する機能を有する）露光装置について説明する。図２１は、露光装置３００の構成を示す概略断面図である。露光装置３００は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル３２０のパターンをウエハ３４０に転写する投影露光装置である。但し、露光装置３００は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。

露光装置３００は、照明装置３１０と、レチクル３２０及び測定用レチクル１０を支持するレチクルステージ３２５と、投影光学系３３０と、ウエハ３４０を支持するウエハステージ３４５とを有する。また、露光装置３００は、オートフォーカス系４０と、アライメントスコープ５０と、算出部６０と、調整部３６０とを有する。なお、露光装置３００において、照明装置３１０、レチクルステージ３２５、ウエハステージ３４５、測定用レチクル１０、オートフォーカス系４０、アライメントスコープ５０及び算出部６０は、上述した測定装置１を構成する。なお、本実施形態では、測定装置１を露光装置３００に適用した例を説明するが、同様に、測定装置１Ａを適用することも可能である。測定装置１Ａを適用する場合には、測定用レチクル１０を測定用レチクル１０Ａに置換すればよい。

照明装置３１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル３２０及び測定用レチクル１０を照明し、光源部３１２と、照明光学系３１４とを有する。

光源部３１２は、例えば、光源としてエキシマレーザーを使用する。エキシマレーザーは、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーなどを含む。但し、光源部３１２の光源はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーなどを使用してもよい。

照明光学系３１４は、レチクル３２０及び測定用レチクル１０を照明する光学系である。照明光学系３１４は、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、位相板、回折光学素子、絞り等を含む。

レチクル３２０は、回路パターンを有し、レチクルステージ３２５に支持及び駆動される。レチクル３２０から発せられた回折光は、投影光学系３３０を介して、ウエハ３４０に投影される。露光装置３００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル３２０とウエハ３４０を走査することによって、レチクル３２０のパターンをウエハ３４０に転写する。

レチクルステージ３２５は、レチクル３２０及び測定用レチクル１０を支持及び駆動する。

投影光学系３３０は、レチクル３２０のパターンをウエハ３４０に投影する光学系である。投影光学系３３０は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。投影光学系３３０は、後述するように、高次成分を含む波面収差が高精度に調整されている。

ウエハ３４０は、本実施形態では、レチクル３２０のパターンが投影（転写）される基板である。但し、ウエハ３４０は、ガラスプレートやその他の基板に置換されることもある。ウエハ３４０には、フォトレジストが塗布されている。

ウエハステージ３４５は、ウエハ３４０を支持及び駆動する。

調整部３６０は、測定装置１の測定結果（即ち、算出部６０で算出された投影光学系３３０の波面収差）に基づいて、かかる波面収差が低減するように投影光学系３３０を調整する。

露光装置３００の動作において、まず、投影光学系３３０の波面収差を測定する。投影光学系３３０の波面収差は、上述したように、測定装置１を構成する照明装置３１０、レチクルステージ３２５、ウエハステージ３４５、測定用レチクル１０、オートフォーカス系４０、アライメントスコープ５０及び算出部６０を用いて測定される。投影光学系３３０の波面収差が測定されると、かかる測定結果に基づいて、調整部３６０が投影光学系３３０を調整する。測定装置１は、上述したように、投影光学系３３０の高次成分を含む波面収差を高精度に測定することができるため、調整部３６０によって投影光学系３３０の波面収差は高精度に調整される。

次いで、レチクル３２０のパターンをウエハ３４０に露光する。光源部３１２から発せられた光束は、照明光学系３１４によってレチクル３２０を照明する。レチクル３２０のパターンを反映する光は、投影光学系３３０によってウエハ３４０上に結像する。露光装置３００が使用する投影光学系３３０は、上述したように、波面収差が高精度に調整されており、優れた結像能力を達成する。従って、露光装置３００は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）を提供することができる。なお、デバイスは、上述の露光装置を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の一側面としての測定装置において用いられる波面測定用マーク（ＨＶマーク）の一例を示す図である。 図１に示す波面測定用マークのうちＶマークとレファレンスパターンが転写されたウエハを示す図である。 図１に示す波面測定用マーク（ＨＶマーク）を用いて被検光学系の波面収差を測定した場合（本発明）の測定領域とピンホールの径との関係、及び、ｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘ測定法における測定領域とピンホールの径との関係を示す図である。 本発明の一側面としての測定装置の構成を示す概略断面図である。 図５（ａ）は、ＨマークとＨマーク用レファレンスパターンが転写されたウエハを示す図であって、図５（ｂ）はＶマークとＶマーク用レファレンスパターンが転写されたウエハを示す図である。 ウエハに転写されたＨマーク及びＶマークとウエハ上の転写領域（露光領域）との関係を示す図である。 ウエハに転写されたＨマーク及びＶマーク、ウエハ上の転写領域（露光領域）及びあるレンズ像高（ｘ、ｙ）との関係を示す図である。 ＨマークとＨマーク用レファレンスパターンとの位置ずれ量の測定を説明するための図である。 ウエハＷＦに転写されたＨマークとＶマークとの間のデフォーカス量の差を補正するための補正マークの一例を示す図である。 Ｈマークの位置ずれ及びＶマークの位置ずれから算出される被検光学系の波面収差のアス誤差の補正を説明するためのフローチャートである。 Ｈマークの位置ずれ及びＶマークの位置ずれから算出される被検光学系の波面収差のアス誤差の補正を説明するためのフローチャートである。 Ｈ方向に直交する方向に長手方向を有してＨマークと一体的に形成されるマークを示す図である。 Ｈマークの位置ずれ及びＶマークの位置ずれから算出される被検光学系の波面収差のアス誤差の補正を説明するためのフローチャートである。 本発明の一側面としての測定方法を実施する測定装置の構成を示す概略断面図である。 ＳＰＩＮ法による波面収差の測定の原理を説明するための図である。 ウエハに結像した回折格子パターンの理想格子からの相対位置ずれの測定を説明するための図である。 ＩＳＩ法による波面収差の測定の原理を説明するための図である。 被検光学系の瞳面における測定領域と測定誤差との関係を示すグラフである。 回折格子パターンとレファレンスパターンが転写されたウエハを示す図である。 図１９において、回折格子パターンの線幅、回折格子パターンとレファレンスパターンとの間隔、レファレンスパターンの線幅、レファレンスパターンの内幅及び解像限界から回折格子パターンまでの間隔の定義を示す図である。 露光装置の構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 測定装置
１０ 測定用レチクル１０
１１０ 波面測定用マーク
１１２ Ｈマーク
１１４ Ｖマーク
１２０ レファレンスパターン
１２２ Ｈマーク用レファレンスパターン
１２４ Ｖマーク用レファレンスパターン
１３０ ピンホール
１４０ 拡散部
１６０ 格子マーク
１６０Ａ マーク
２０ レチクルステージ
３０ ウエハステージ
４０ オートフォーカス系
５０ アライメントスコープ
６０ 算出部
ＯＳ 被検光学系
ＷＦ ウエハ
１Ａ 測定装置
１０Ａ 測定用レチクル
１３０Ａ ピンホール
１７０ 凸レンズ
１８０ スペーサー
３００ 露光装置
３１０ 照明装置
３２０ レチクル
３２５ レチクルステージ
３３０ 投影光学系
３４０ ウエハ
３４５ ウエハステージ
３６０ 調整部

Claims (10)

1. 波面測定用マークと前記波面測定用マークからの光を被検光学系の瞳面上の異なる位置に入射させるためのピンホールとを含む測定用レチクルを用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、
   前記測定用レチクルを前記被検光学系の物体面に配置して、前記被検光学系の像面に前記波面測定用マークの像を形成する形成ステップと、
   前記被検光学系の像面に形成された前記波面測定用マークの像の理想位置からの位置ずれ量に基づいて前記被検光学系の波面収差を算出する算出ステップと、
   を有し、
   前記波面測定用マークは、第１の方向に長手方向を有するように形成された第１のマークと、前記第１の方向に直交する第２の方向に長手方向を有するように且つ前記第１のマークから離れるように形成された第２のマークとを含むことを特徴とする測定方法。
2. 前記波面測定用マーク及び前記ピンホールは、前記ピンホールを通過した光が前記測定用マークに入射するように配置され、
   前記測定用レチクルは、波面測定用マークを前記被検光学系の開口数より大きい開口数の照明光で照明するための拡散部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
3. 前記波面測定用マーク及び前記ピンホールは、前記波面測定用マークを通過した光が前記ピンホールに入射するように配置され、
   前記測定用レチクルは、前記波面測定用マークを前記被検光学系の開口数より大きい開口数の照明光で照明するためのレンズを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
4. 前記被検光学系の像面に形成される前記第１のマークの像と前記第２のマークの像との間のデフォーカス量の差を補正するための補正マークを前記被検光学系の物体面に配置して、前記被検光学系の像面に前記補正マークの像を形成するステップを更に有し、
   前記算出ステップでは、前記被検光学系の像面に形成される前記第１のマークの像及び前記第２のマークの像の理想位置からの位置ずれ量と前記補正マークの像の理想位置からの位置ずれ量に基づいて前記被検光学系の波面収差を算出することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の測定方法。
5. 前記補正マークは、格子状に形成された格子マークを含むことを特徴とする請求項４に記載の測定方法。
6. 前記補正マークは、前記第１のマーク及び前記第２のマークの少なくとも一方と一体的に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の測定方法。
7. 前記補正マークは、前記第１のマークに直交するマーク又は前記第２のマークに直交するマークを含むことを特徴とする請求項６に記載の測定方法。
8. 前記形成ステップは、
   前記第１のマーク及び前記第２のマークのうち一方のマークを前記被検光学系の物体面上の所定の位置に配置して、前記一方のマークの像を形成するステップと、
   前記第１のマーク及び前記第２のマークのうち他方のマークを前記被検光学系の物体面上の前記所定の位置に配置して、前記他方のマークの像を形成するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
9. 前記被検光学系は、レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系であることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の測定方法。
10. 被検光学系の波面収差を測定する際に、前記被検光学系の物体面に配置される測定用レチクルであって、
    波面測定用マークと、
    前記波面測定用マークからの光を被検光学系の瞳面上の異なる位置に入射させるためのピンホールと、
    を有し、
    前記波面測定用マークは、第１の方向に長手方向を有するように形成された第１のマークと、前記第１の方向に直交する第２の方向に長手方向を有するように且つ前記第１のマークから離れるように形成された第２のマークとを含むことを特徴とする測定用レチクル。

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