JP2010147109A - 評価方法、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の光学特性をより正確に計測する技術を提供する。
【解決手段】テストパターンを有するテストマスクをマスク保持部によって保持して光学系の物体面に配置し、前記光学系の像面に形成される前記テストパターンの像の位置を計測し、その計測結果を処理することによって前記光学系の光学特性を決定する方法において、前記テストマスクの変形量を計測し、前記像の位置の計測結果を処理して決定されうる前記光学系の光学特性を前記変形量に基づいて補正する。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学系の光学特性の評価方法、該評価方法を実行する機能を有する露光装置、および、該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。

半導体デバイス、液晶表示デバイス、薄膜磁気ヘッドデバイス等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程において、原版（レチクルまたはマスクとも呼ばれる）のパターンを投影光学系によって基板に投影し該基板を露光する露光装置が使用されている。近年、露光装置の光学特性、例えば、投影光学系の収差をそれが露光装置に搭載された状態で計測することが望まれている。

特許文献１には、レチクルのパターンを投影光学系によって結像させ、形成された像の中心とある基準からの位置ずれに基づいて投影光学系の波面収差を計測する方法が開示されている。この方法では、投影光学系を通過する光束が投影光学系の瞳における特定の領域だけを通過するように制限することにより特定の収差量だけを抽出することができる。瞳における特定の領域だけを光束が通過するよう制限する方法として、投影光学系の瞳面と共役な照明系の絞り位置に特殊な開口を持った絞りを配置する方法がある。他の方法として、レチクルのパターン面とは反対の裏面側に遮光部を設け、その遮光部に特殊な開口を持たせることにより、パターン面を照明する光の入射角度を制限する方法がある。

図２０は、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の係数Ｃ１〜Ｃ３６とそれを決定するために最適な瞳中の領域を規定するデザインとの関係を示す図である。特許文献２には、実デバイスパターンに及ぼす収差量を計測するための最適な瞳中の領域を規定するデザインが開示されている。

投影光学系の波面収差の測定方法が特許文献３、４に開示されている。この測定方法では、レチクルパターン面に格子状のパターンを設け、該パターンの中心の真下に少し距離をおいてピンホールを設け、更にレチクルガラス面には該パターンの中心の真上に凸レンズ（正レンズ）を置いた特殊なレチクルが用いられる。露光装置の照明系から出た照明光は、凸レンズでσ＝１以上の照明角度でその下にある格子パターンを照明する。格子パターンを通過した光は、その下にあるピンホールを通過する。ピンホールを通過する光は、格子パターンそれぞれの点の位置とピンホールとを結んだ角度の光のみに限定される。つまり、格子パターンの各点から出た光は、全く異なる角度の光となって進む。これらの角度の異なる光は、投影光学系の瞳面における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て像面で結像する。この時、像面に形成される格子パターンの像における各点は、波面収差（位相）の影響を受けている。つまり、光線は波面の法線方向に進むため、像面に形成される格子パターンの像の各点は、波面の各点の傾き分だけシフトしている。よって、像面に形成される格子パターンの像の理想格子からのずれを測定することにより瞳面における各点の波面の傾きが得られ、これに基づいて波面収差を計算することができる。

特許文献５には、レチクルパターン面の反対側にピンホールを設けて斜入射照明を行い、特殊な回折格子マークの像の位置ずれを複数点で計測することにより波面収差が求められる。このような方法は、ＳＰＩＮ法と呼ばれる。
特開２００３−１７８９６８号公報 特開２００３−３１８０９０号公報 米国特許第５８２８４５５号明細書 米国特許第５９７８０８５号明細書 特許第０３８７０１５３号公報

露光装置の物体面に配置されるマスクには、それを保持するマスク保持部の製造誤差によって応力が加わりうる。このような応力によってマスクが変形し、マスクの平坦度が損なわれるほか、マスクのディストーションを生じさせうる。

マスクのディストーションは、マスク描画誤差と同様に、位置ずれ誤差を生じさせうる。この歪みは、マスクの面内の微小領域内でも起こるため、微小領域内におけるマークの相対的な位置ずれに基づいて波面収差を求めるＳＰＩＮ法などによる計測の精度に影響を与える。

本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、例えば、光学系の光学特性をより正確に計測する技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、テストパターンを有するテストマスクをマスク保持部によって保持して光学系の物体面に配置し、前記光学系の像面に形成される前記テストパターンの像の位置を計測し、その計測結果を処理することによって前記光学系の光学特性を決定する評価方法に係り、前記評価方法は、前記テストマスクの変形量を計測し、前記像の位置の計測結果を処理して決定されうる前記光学系の光学特性を前記変形量に基づいて補正する補正工程を含む。

本発明の第２の側面は、原版のパターンを投影光学系によって基板に投影し該基板を露光する露光装置に係り、前記露光装置は、テストパターンを有するテストマスクをマスク保持部によって保持して前記投影光学系の物体面に配置し前記投影光学系の像面に形成される前記テストパターンの像の位置を計測して得られた計測結果を処理することによって前記投影光学系の光学特性を決定する演算処理部を備え、前記演算処理部は、前記テストマスクの変形量に基づいて、前記像の位置の計測結果を処理して決定されうる前記光学系の光学特性を補正する。

本発明の第３の側面は、デバイスを製造するデバイス製造方法に係り、前記デバイス製造方法は、上記の露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記工程で露光された基板を現像する工程とを含む。

本発明によれば、例えば、光学系の光学特性をより正確に計測する技術を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は、本発明の好適な実施形態における光学特性の計測原理を説明するための図である。ここでは、本発明の一実施形態として、ＳＰＩＮ法を適用して露光装置の投影光学系（被検光学系）１０の波面収差の計測方法を説明する。図１において、被検光学系である投影光学系１０の物体面には、テストマスク９が配置される。テストマスク９は、一方の面（投影光学系１０側の面）には、パターン群（テストパターン）ＴＰを有し、その反対側の面（照明系ＩＬ側の面）には、ピンホールＰＨを有する遮光部を有する。

照明系ＩＬは、計測用の光強度分布ＥＬＳを形成し、照明絞り４を介してテストマスク９のピンホールＰＨを照明光で照明する。照明光の主光線ＬＰは、σ＞１またはσ＝１の角度の広がりを有しうる。ピンホールＰＨを通過した光束によってテストパターンＴＰが照明される。テストパターンＴＰの像は、投影光学系１０によってその像面に空中像として、またはレジストが塗布された基板Ｗに潜像ＴＰａとして、形成されうる。投影光学系１０の像面に形成された像の基準位置からのずれを計測し、その計測結果を処理することによって投影光学系１０の波面収差を決定することができる。

なお、テストパターンＴＰおよびピンホールＰＨは、同一プレートでなく、別のプレート上に形成されてもよい。この場合、計測される像は、１つ以上存在しうる。各々の像は、ピンホールＰＨとテストパターンＴＰとの位置関係で決まる角度の主光線ＬＰを含む光束によって形成される。これらの像の位置を計測し、その結果を処理すことによって投影光学系の波面収差を求める方法が国際公開０３／０２１３５２号の明細書に開示されている。例えば、テストパターンを主光線の傾斜角又は／及び方向が異なる２つの照明光又は主光線の傾斜角が等しく入射方向が対称な２つの照明光で照明し、光学系によってその像面に該テストパターンの２つの像を形成する。該該２つの像の間における相互の位置ずれ量より該光学系の瞳面における波面の傾きを求め、該波面の傾きより該光学系の光学特性（典型的には波面収差）を計測することができる。

図２は、本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。ここで説明される計測方法は、屈折光学系のみで構成される投影光学系のほか、反射光学系で構成される投影光学系のみで構成される投影光学系や、屈折光学系および反射光学系で構成される投影光学系にも適用されうる。また、ここで説明される計測方法は、投影光学系の光学特性の計測に限定されるものではなく、種々の光学系の光学特性の計測に適用されうる。

図２に示される露光装置ＥＸは、照明系ＩＬ、原版ステージ２２、投影光学系１０、基板ステージ１２およびスコープ１９を備えている。デバイスの製造時は、原版ステージ（マスク保持部）２２によって保持された原版が照明系ＩＬによって照明され、該原版のパターンは、投影光学系１０によって、基板ステージ１２によって保持された基板Ｗに投影される。これによって、基板Ｗに塗布されているレジストに原版のパターンが転写される。

照明系ＩＬは、光源１および照明光学系２を含む。光源１は、例えば、高圧水銀灯またはエキシマレーザを含みうる。照明光学系２は、光源１から提供される光を使って、デバイスの製造時には原版を照明し、投影光学系１０の光学特性の計測時にはテストマスク９または他の誤差計測テストマスクを照明する。照明光学系２は、開口絞り４および駆動部５を有し、開口絞り４の開口径は、駆動部５によって調整されうる。テストマスク９は、原版ステージ２２によって保持されていて、原版ステージ２２がＸＹ面内で可動することによりテストマスク９の位置を変更することができる。ここで、この明細書では、投影光学系１０の光軸方向をＺ方向、それに直交する面をＸＹ面とするＸＹＺ座標系にしたがって方向が説明される。

スコープ１９は、テストマスク９上のあらゆるＸＹ位置に駆動可能な駆動機構を有し、投影光学系１０の波面収差の計測において、複数のテストパターン２０のそれぞれの全域を観測することができるように構成されている。なお、各テストパターン２０の構成例が図６に示されている。

図１４は、テストマスク９の断面を模式的に示す図である。テストマスク９の上面には、内部に拡散素子の入ったピンホール１８が配置されている。ピンホール１８を通過した光束は、テストマスク９の下面に形成されているテストパターン２０を照明し、そのテストパターン２０の像が投影光学系１０の像面に形成される。像面に基板Ｗが配置されている場合は、基板Ｗに塗布されているレジストにテストパターン２０の潜像が形成される。像面に基板Ｗが配置さていない場合は、該像面には空中像が形成される。基板Ｗに塗布されたレジストに潜像を形成する場合には、その潜像、または、それを現像したレジストパターンの位置が不図示の計測装置を使って計測される。

テストマスク９は、複数のテストパターン２０を有し、投影光学系１０の像面には、複数のテストパターン２０に対応する複数の像が形成される。基板ステージ１２には、投影光学系１０の像面に形成されるテストパターン２０の空中像の位置を検出する検出器１１が配置されうる。図３は、露光装置ＥＸの基板ステージ１２に搭載れた検出器１１の概略構成を示す図である。検出器１１は、スリット１１ｂを有するプレート１１ａと、スリット１１ｂを通過した光を検出する光電変換器１１ｃとを有する。基板ステージ１２は、基板Ｗまたは検出器１１をＸＹ面に沿って位置決めする第１駆動機構と、基板Ｗまたは検出器１１をＺ方向（フォーカス方向）に沿って位置決めする第２駆動機構とを含みうる。

図６は、テストマスク９に配置される複数のテストパターン２０のうちの１つを例示する図である。図５（ａ）、（ｂ）は、テストパターン２０の一部分ＴＰのパターン形状を例示する図である。格子状のテストパターン２０を構成する複数のラインは、いずれも同一の線幅を有するように設計されうる。例えば、１つのテストパターン２０を構成する各ラインの幅を２μｍ（テストレチクル９上における寸法）とし、１つのテストパターン２０の全体の大きさを直径３ｍｍとすることができる。

テストパターン２０の像ＴＰａが投影光学系１０の像面に形成され、これが基板ステージ１２に設けられた検出器１１によって検出される。この際に、基板ステージ１２（検出器１１）を移動させながらスリット１１ｂを通過する光が光電変換器１１ｃによって検出される。例えば、基板ステージ１２をＸＹ面に沿って移動させながら光電変換器１１ｃの出力を時系列データとして蓄積することによって、図４に例示するような結果が得られる。図４において、横軸は、Ｘ方向またはＹ方向における位置を示し、縦軸は、光電変換器１１ｃの出力（光強度）を示す。これにより、格子状のテストパターン２０を構成する複数のラインそれぞれの中心位置を計測することができる。スリット１１ｂの長さおよび幅は、図６に重ねて示されているように、測定対象のラインとは異なるラインの空中像がスリット１１ｂに入らないように、格子のピッチよりも小さい長さおよび幅に設計されている。図６に示す例では、縦ラインの検出のためのスリット１１ｂ（および光電変換器）と横ラインの検出のためのスリット１１ｂ（および光電変換器）とが配置されている。

テストパターン２０に含まれる全てのラインの位置を同様に計測し、それらの計測結果を処理することによって、１つの像高における投影光学系１０の波面収差を求めることができる。また、テストマスク９に配置された複数のテストパターン２０について同様の処理を繰り返すことによって、種々の像高における投影光学系１０の波面収差を求めることができる。

以下、テストマスク９を用いて上記の方法で投影光学系１０の波面収差を求めた後に、テストマスク９の変形に起因する計測誤差を別のテストマスク２０１を用いて計測する方法について説明する。図７は、テストマスク２０１の構成を模式的に示す図である。

テストマスク（誤差計測テストマスク）２０１は、原版ステージ２２に設けられた原版チャック（原版またはテストマスクを保持するマスク保持部）に起因するテストマスク９の変形を評価するために使用される。したがって、テストマスク９とテストマスク２０１とは、原版チャックによって保持された状態で同程度の変形が生じるように、変形に影響を与えうる仕様が共通化されることが好ましい。例えば、テストマスク９とテストマスク２０１とは、露光画角内の平坦度、原版チャックとの接触部の平坦度、更にペリクルを設ける場合にはペリクルの仕様が共通化されうる。テストマスク２０１は、図７に例示されるように、その全面にわたって複数のテストパターン２０２がマトリックス状に配列された構成を有する。

個々のテストパターン２０２は、スコープ１９を通して観察することができる。個々のテストパターン２０２のスコープ１９を通して観察することで、個々のパターン２０２の中心位置を計測することができる。更に、原版ステージ２２を走査方向（走査露光時における走査方向）に移動させることで、走査方向に沿って配列された複数のテストパターン２０２それぞれの位置を計測することができる。また、スコープ１９の位置を走査方向と直交する非走査方向に移動させることにより、走査方向と直交する非走査方向に沿って配列された複数のテストパターンそれぞれの位置を計測することができる。

上記のようなスコープ１９による計測において、スコープ１９を干渉計による計測値を使って制御しない場合には、計測値にスコープ１９の駆動誤差がのってしまう。その対策としては、投影光学系１０によってテストパターン２０２の像をその像面に投影し、その像を検出器１１で観察する方法が有用である。この方法では、原版ステージ２２を走査方向における複数の位置に順に駆動し、各位置において、基板ステージ１２を非走査方向に駆動して検出器１１を非走査方向に配列された複数のテストパターン２０２それぞれの像高位置に位置決めして計測がなされうる。ただし、この方法では、投影光学系のディストーションが計測誤差を生じさせうる。通常は、調整された露光装置では、その計測誤差が十分に小さいために問題にならないが、調整が不十分な場合などでは、予め投影光学系のディストーション成分を調整することにより、または、計算によって除去することが好ましい。

上記の方法により、テストマスク２０１の変形（３次元的な変形）によるテストマスク２０１の面内の全域にわたるマスクディストーションの情報を得ることができる。ここで、”マスクディストーション”という用語は、光学系のディストーションとは区別して用いられ、マスクにおける評価点の位置が設計上の位置からずれた状態を意味する。

テストマスク２０１の変形（３次元的な変形）によってどのようなマスクディストーションが発生するかについては、有限要素法などを用いた一般的な構造解析ソフトウエアを使用して計算することができる。

図１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃは、それぞれ、テストマスクのＡタイプ、Ｂタイプ、Ｃタイプの変形を示す図である。図１７Ａ、１７Ｂ、図１７Ｃは、それぞれ、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃに示す変形に対応するマスクディストーションを示す図である。図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃは、それぞれ、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃに示すマスクディストーションによって生じるある像高における局所的な領域（例えば直径３ｍｍ）における局所的なマスクディストーション（以下、局所マスクディストーションともいう。）を設計位置からの位置ずれを示すベクトルマップとして示す図である。この局所マスクディストーションまたは位置ずれに基づいて、テストマスクの変形に起因して生じる計測誤差を計算することができる。

よって、テストマスク９を使ってＳＰＩＮ法などによって計測された位置（または位置ずれ量）から計測誤差を差し引いた結果に基づいて投影光学系の光学特性（波面収差）を計算することによって該光学特性をより正確に求めることができる。

以下、局所マスクディストーションを考慮して投影光学系の光学特性を求める方法をより具体的に説明する。ここで、前述のＡタイプ、Ｂタイプ、Ｃタイプのマスク変形量、マスクディストーションおよび局所マスクディストーションをＡ成分、Ｂ成分、Ｃ成分として扱うことにする。なお、更に多くのタイプを定義することによって、マスクの変形による計測誤差に起因して生じる光学特性の評価誤差を更に低減することができる。

テストマスク２０１を使用して計測されたマスクディストーションからＡ成分、Ｂ成分、Ｃ成分を抽出する。そして、マスクディストーションのＡ成分、Ｂ成分、Ｃ成分に基づいて、光軸方向（Ｚ方向）におけるマスク変形量のＡ成分、Ｂ成分、Ｃ成分を計算する。また、マスク変形量のＡ成分、Ｂ成分、Ｃ成分の総和を（全体の）マスク変形量として計算する。マスク変形量のＡ成分、Ｂ成分、Ｃ成分は、最小自乗法などの数学的な方法で求めることができる。

（１）式は、マスク変形量のＡ成分、Ｂ成分、Ｃ成分としてマスク変形量係数ａ、ｂ、ｃを計算するための方程式である。（１）式を解くことにより、マスク変形量係数ａ、ｂ、ｃが決定される。

・・・（１）

ここで、Ｄｘ_ｊ、Ｄｙ_ｊは、マスクの像高ｊにおけるＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量（マスクディストーション）、
Ａｘ_ｊ、Ｂｘ_ｊ、Ｃｘ_ｊは、マスクの像高ｊにおけるＸ方向についての位置ずれ敏感度係数のＡ成分、Ｂ成分、Ｃ成分、
Ａｙ_ｊ、Ｂｙ_ｊ、Ｃｙ_ｊは、マスクの像高ｊにおけるＹ方向についての位置ずれ敏感度係数のＡ成分、Ｂ成分、Ｃ成分である。

続いて、マスク変形量係数（マスク変形量）ａ、ｂ、ｃに基づいて、前述のような構造解析ソフトウエアを用いた構造解析によって局所マスクディストーションを計算する。その際に、入力情報としてのＺ方向におけるマスク変形量ｄｚ_ｊは、（２）式に従って計算することができる。

また、それ以外にもシミュレーションで予めマスク変形量と局所マスクディストーションとの関係を示すテーブルを成分毎に作成しておいて、そのテーブルに基づいて局所マスクディストーションを求めてもよい。この場合において、テーブルの要素として、図１８Ａ〜図１８Ｃのベクトルマップのように、グリッド毎の位置ずれ量を持ってもよいし、位置ずれ量を求めるべき収差係数に換算した形で持ってもよい。具体的には、（３）式に従ってグリッド毎の位置ずれ量（局所マスクディストーションの量）ｄｘ_ｉ（ｊ）、ｄｙ_ｉ（ｊ）を計算することができる。また、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数（収差係数）は、（４）式を解くことによって求めることができる。

・・・（２）

ここで、ｄｚ_ｊは、マスクの像高ｊにおけるＺ方向変形量、
Ａ_ｊ、Ｂ_ｊ、Ｃ_ｊは、マスク像高ｊにおけるマスクのＺ方向変形量敏感度係数のＡ成分、Ｂ成分、Ｃ成分である。

・・・（３）

ここで、ｄｘ_ｉ（ｊ）、ｄｙ_ｉ（ｊ）は、収差計測グリッド番号ｉに対応する像高（ｊ）における局所マスクディストーションの量、
ＡＡｘ_ｉ（ｊ）、ＡＡｙ_ｉ（ｊ）、ＢＢｘ_ｉ（ｊ）、ＢＢｙ_ｉ（ｊ），ＣＣｘ_ｉ（ｊ）、ＣＣｙ_ｉ（ｊ）は、収差計測グリッド番号ｉに対応する像高（ｊ）における局所マスクディストーション敏感度係数のＡ成分、Ｂ成分、Ｃ成分である。

図１３は、局所マスクディストーションのＡ成分、Ｂ成分、Ｃ成分をＺｅｒｎｉｋｅ項の係数誤差に換算した結果を示す図である。

・・・（４）

ここで、ｄｘ_ｉ（ｊ）、ｄｙ_ｉ（ｊ）は、収差計測グリッド番号ｉに対応する像高（ｊ）における局所マスクディストーションの量、
ｐ_ｋｉ、ｑ_ｋｉは、各ｋ Ｚｅｒｎｉｋｅ項ごとのグリッド番号ｉの場所における微係数、
Ｃ_ｋ（ｊ）は、像高（ｊ）におけるＺｅｒｎｉｋｅ多項式の第ｋ項の係数
ＮＡは、投影レンズ開口、
λは、波長である。

以上より、露光装置においてテストマスク２０１のマスクディストーションを計測し、その計測結果に基づいて上記の計算によってマスク変形量またはマスク変形成分係数を計算し、最終的に局所マスクディストーションの量を算出することができる。そして、局所マスクディストーションの量によって定まる計測誤差に基づいて投影光学系の光学特性の評価結果を補正することができる。

ここまでは、波面収差を計測するためのテストマスク９とは別に、テストマスク９を使って計測される波面収差に含まれるテストマスク９の変形に起因する計測誤差を除去するためのテストマスク２０１を用いる例を説明した。他の実施形態では、図１０、図１４に例示されるように、波面収差の計測のためのテストパターン２０と、そのテストパターン２０を使って計測される波面収差に含まれる計測誤差を除去するためのテストパターン２０２とが配置されたテストマスク９’が使用される。このようなテストマスク９’を使用する場合においても、上記と同様の方法でテストマスク９’の変形によって生じる局所マスクディストーションに起因する計測誤差を除去あるいは補正することができる。

上記の計算では、テストマスクにおけるパターンの描画誤差に関して考慮されていないが、描画誤差を計測してそれを考量してもよい。また、（１）式〜（３）式における敏感度係数行列は、上記のようなシミュレーションによって決定してもよいし、実験によって決定してもよい。

図８は、局所マスクディストーション（計測誤差）を計測するために使用されるテストマスクの他の実施形態を示す図である。図８に示すテストマスク２０５は、その全面にわたって配列された複数のテストパターン２０４と、少なくとも１つのレファレンスパターン２０３を有する。図１２Ａは、１つのテストパターン２０４の例を示す図である。１つのテストパターン２０４は、マトリックス状に配列された複数のボックスマーク（第１マーク）２０４ａを含む。図１２Ｂは、１つのレファレンスパターン２０３の例を示す図である。１つのレファレンスパターン２０３は、マトリックス状に配列された複数のボックスマーク（第２マーク）２０３ａを含む。

図１１は、ボックスマーク２０４ａとボックスマーク２０３ａとを重ね露光することによって形成されるボックス・イン・ボックス・マーク（潜像または現像されたレジストパターン）を示す図である。ボックスマーク２０４ａ、２０３ａにそれぞれ対応する第１潜像、第２潜像、または、それらが現像されたレジストパターンがボックスマーク２０４ａ’、２０３ａ’として示されている。ボックスマーク２０４ａとボックスマーク２０３ａとの相対位置を計測することによってマスクディストーションを求めることができる。

テストマスク２０５では、各像高（局所領域）に配置されたテストパターン２０４がマトリックス状に配列された複数のボックスマーク２０４ａを有する。よって、各像高の局所領域におけるディストーション（即ち、局所マスクディストーション）を直接に計測することができる。各テストパターン２０４は、例えば３ｍｍ角程度の領域を有しうる。ボックスマーク２０４ａは、例えば、０．１ｍｍ程度のピッチで配置されうる。なお、テストパターン２０４を構成するマークは、ボックスマークに限定されるものではない。

ここで、ボックスマーク２０４ａの配置ピッチを収差計測のためのテストパターンにおけるマークＴＰの配置ピッチと一致させることが好ましい。この場合、データ変換をすることなく収差計測のためのテストパターンを使って計測された位置（または位置ずれ量）からマスク変形による位置ずれ量を除去することができる。ただし、両者の配置ピッチが一致しない場合であっても、データ補間を行うか、（４）式からＺｅｒｎｉｋｅ係数誤差として補正量を直接計算することも可能である。

以下、計測の手順を説明する。露光装置ＥＸの原版ステージ２２にテストマスク２０５を固定し、テストマスク２０５に配置された複数のテストパターン２０４が基板Ｗに転写されるように基板Ｗを露光する。この際、特に照明条件に対する制約はないが、投影光学系１０のディストーション成分が小さな照明条件を使うことで投影光学系１０に起因する誤差を小さくすることができる。また、露光装置ＥＸが走査露光装置である場合において、基板Ｗへのテストパターン２０４の転写は、デバイスの製造時のように走査露光によって行ってもよいが、静止露光によって行ってもよい。後者においては、テストマーク２０４の配列における各列が順にスリット形状の露光領域内に入るように原版ステージ２２をステップ移動させ、これに応じて基板ステージ１２もステップ移動させる必要がある。

次いで、基板ステージ１２をステップ移動させながら、複数のテストパターン２０４の像に対して順にレファレンスマーク２０３が重ねて転写されるように複数回にわたって基板Ｗを露光する。

次いで、計測器によって、ボックスマーク２０４ａ’とボックスマーク２０３ａ’との位置ずれがボックス・イン・ボックス・マーク毎に計測される。この計測は、露光によって形成された潜像を現像する前になされてもよいし、潜像を現像してレジストパターンを形成した後になされてもよい。

上記のような方法に代えて、スコープ１９によりマーク２０４ａの位置を計測してもよい。

以上のようにして、像高毎に得られた位置ずれ量（局所マスクディストーションの量に起因する計測誤差）を求めて、これに基づいて波面収差を補正することができる。

波面収差を計測するためのテストマスク９とは別に計測誤差を除去するための誤差計測テストマスク２０５を用いる例を説明した。他の実施形態では、図９に例示されるように、波面収差計測のためのテストパターン２０と、それを使って計測される波面収差に含まれる計測誤差を除去するためのテストパターン２０２およびレファレンスマーク２０３とが配置されたテストマスク９”が使用される。ここで、テストマスク９とテストマスク２０５とを一体化させることによるデメリットは、テストパターン２０の近傍にテストパターン２０４を配置できない場合に、それが誤差要因とすることである。

マスクの変形は、原版チャックによるマスクの保持方法、原版チャックの製造誤差のほか、マスクの構造（例えば、マスクが原版チャックによって保持される部分の平坦度や、ペリクルの構造）にも依存しうる。したがって、光学系の光学特性を計測するためのテストマスクとは異なるマスクを誤差計測テストマスクとして使用するケースでは、マスク間の差による影響が補正誤差として生じうる。

以下では、マスク間の差を補正する方法について説明する。露光装置ＥＸにマスクの形状を計測するマスク形状計測器２００を備えている。図１５は、計測器２００の構成を模式的に示す図である。計測器２００は、複数のセンサを含み、各センサは、投影部２００ａと受光部２００ｂとを有する。投影部２００ａから射出されて光束がマスクによって反射されて受光部２００ｂの受光面にスポットを形成する。受光面におけるスポットの形成位置に基づいてマスクのＺ方向位置（変形量）が計測される。複数のセンサは、マスクの互いに異なるＸ方向位置におけるＺ方向位置を計測するように配置され、マスクがＹ方向に走査されることによって、マスクの全面にわたって変形量を計測することができる。これによって、マスクの形状（平坦度）を計測することができる。

計測器２００によって露光装置においてテストマスク９および誤差計測テストマスク２０１の形状をそれぞれ計測し、両者の計測値の差を計算し、これに基づいて補正量を計算する。補正量は、マスク間における変形量の差による局所マスクディストーションの差を構造解析計算によって求めることによって決定されうる。あるいは、マスク変形量の差と局所マスクディストーションの差との関係を示すテーブルを成分毎に作成しておいて、そのテーブルに基づいて局所マスクディストーションの差を求めてもよい。

ここで、計測器２００によってテストマスク９の変形量を直接計測し、その結果に基づいて前述の計算方法に従って局所マスクディストーションによる計測誤差を補正することもできる。しかしながら、計測器２００によるマスク変形量の計測の絶対精度は、計測に関連する部分の変形やセンサのドリフト等のために不十分であるかもしれない。そこで、２枚のマスク間における変形量の差を計測することは、計測精度の向上の観点で有利である。

以上述べた計測方法により、マスク変形による露光装置の光学特性の計測誤差を補正し、より精度よく露光装置を制御することが可能である。図１９に示すように、計測器２００で計測された結果、スコープ１９で計測された結果、検出器１１で計測された結果は、演算処理部３００に送られる。演算処理部３００は、これらの計測の結果に基づいて、レチクルの変形による局所マスクディストーションに起因する誤差を投影光学系１０の光学特性の評価結果から除去し、高い精度で投影光学系の光学特性を計算する。

本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶デバイス等のデバイスの製造に好適である。前記方法は、感光剤が塗布された基板を、上記の露光装置を用いて露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、前記デバイス製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。

本発明の好適な実施形態における光学特性の計測原理を説明するための図である。 本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 露光装置の基板ステージに搭載れた検出器の概略構成を示す図である。 検出器に設けられた光電変換器の出力を例示する図である。 波面収差の計測のためのテストパターンの一部分を例示する図である。 波面収差の計測のためのテストパターンを例示する図である。 テストマスクの構成を模式的に示す図である。 テストマスクの構成を模式的に示す図である。 テストマスクの構成を模式的に示す図である。 テストマスクの構成を模式的に示す図である。 ボックス・イン・ボックス・マークを例示する図である。 １つのテストパターンの例を示す図である。 １つのレファレンスパターンの例を示す図である。 局所マスクディストーションのＡ成分、Ｂ成分、Ｃ成分をＺｅｒｎｉｋｅ項の係数誤差に換算した結果を示す図である。 テストマスクの断面を模式的に示す図である。 マスク形状計測器の構成を模式的に示す図である。 テストマスクのＡタイプの変形を示す図である。 テストマスクのＢタイプの変形を示す図である。 テストマスクのＣタイプの変形を示す図である。 Ａタイプのマスクディストーションを示す図である。 Ｂタイプのマスクディストーションを示す図である。 Ｃタイプのマスクディストーションを示す図である。 Ａタイプの局所マスクディストーションを示す図である。 Ｂタイプの局所マスクディストーションを示す図である。 Ｃタイプの局所マスクディストーションを示す図である。 本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の係数Ｃ１〜Ｃ３６とそれを決定するために最適な瞳中の領域を規定するデザインとの関係を示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ 照明光学系
ＩＬ 照明系
４ 開口絞り
５ 駆動機構
９ テストレチクル
１０ 投影光学系
１０ａ 瞳
１１ 検出器
１２ 基板ステージ
２０ テストパターン
１９ スコープ
２０ 原版ステージ
２００ マスク形状計測器
２００ａ 投影部
２００ｂ 受光部
２０１ テストマスク
２０２ テストマーク
２０３ テストマーク
２０３ａ テストマーク
２０４ テストマーク
２０４ａ テストマーク
２０５ テストマスク
３００ 演算処理部
ＬＰ 主光線
Ｔｐ テストパターン
ＴＰａ テストパターン像
ＰＨ 開口部
Ｗ 基板

Claims (9)

1. テストパターンを有するテストマスクをマスク保持部によって保持して光学系の物体面に配置し、前記光学系の像面に形成される前記テストパターンの像の位置を計測し、その計測結果を処理することによって前記光学系の光学特性を決定する評価方法であって、
   前記テストマスクの変形量を計測し、前記像の位置の計測結果を処理して決定されうる前記光学系の光学特性を前記変形量に基づいて補正する補正工程を含む、
   ことを特徴とする評価方法。
2. 前記補正工程では、前記テストマスクのディストーションであるマスクディストーションを計測し、前記マスクディストーションに基づいて前記テストマスクの変形量を計測する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
3. 前記補正工程では、
   前記テストマスクのディストーションであるマスクディストーションを計測し、
   前記マスクディストーションに基づいて、前記テストマスクの複数の局所領域のそれぞれについて前記光学系の光軸方向における変形量を計算し、
   前記複数の局所領域のそれぞれにおける変形量に基づいて該複数の局所領域のそれぞれについて前記テストマスクの局所的なディストーションである局所マスクディストーションを計算し、
   前記複数の局所領域のそれぞれについての局所マスクディストーションに基づいて、前記像の位置の計測結果を処理して決定されうる前記光学系の光学特性を補正する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
4. 前記テストマスクまたはその代わりに使用される誤差計測テストマスクは、その全域にわたって配列された複数のテストパターンを有し、
   前記補正工程では、前記複数のテストパターンの位置を計測することによって前記マスクディストーションを計測する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の評価方法。
5. 前記テストマスクまたはその代わりに使用される誤差計測テストマスクは、その全域にわたって配列された複数のテストパターンと、少なくとも１つのレファレンスパターンとを有し、前記テストパターンは、マトリックス状に配列された複数の第１マークを有し、前記レファレンスパターンは、マトリックス状に配列された複数の第２マークを有し、
   前記補正工程では、
   前記複数のテストパターンを前記光学系の像面に配置された基板に塗布されたレジストに転写して複数の第１潜像を形成し、かつ、前記複数の第１潜像のそれぞれに対して重なるように前記レファレンスパターンを複数回にわたって前記レジストに転写して複数の第２潜像を形成し、前記複数の第１潜像および前記複数の第２潜像またはそれらを現像したレジストパターンを観察することによって前記テストマスクの複数の局所領域のそれぞれについて前記テストマスクの局所的なディストーションである局所マスクディストーションを計算し、
   前記複数の局所領域のそれぞれについての局所マスクディストーションに基づいて、前記像の位置の計測結果を処理して決定されうる前記光学系の光学特性を補正する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の評価方法。
6. 前記補正工程では、前記テストマスクの複数の位置のそれぞれにおける前記光学系の光軸方向における変形量を計測器によって計測する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
7. 前記光学系は、露光装置において原版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に記載の評価方法。
8. 原版のパターンを投影光学系によって基板に投影し該基板を露光する露光装置であって、
   テストパターンを有するテストマスクをマスク保持部によって保持して前記投影光学系の物体面に配置し前記投影光学系の像面に形成される前記テストパターンの像の位置を計測して得られた計測結果を処理することによって前記投影光学系の光学特性を決定する演算処理部を備え、
   前記演算処理部は、前記テストマスクの変形量に基づいて、前記像の位置の計測結果を処理して決定されうる前記光学系の光学特性を補正する、
   ことを特徴とする露光装置。
9. デバイスを製造するデバイス製造方法であって、
   請求項８に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。