JP3612903B2 - 収差測定方法及び収差測定装置並びにそれを備えた露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば顕微鏡の対物レンズや、半導体素子または液晶表示素子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及びスキャン型投影露光装置等に備えられる投影光学系の光学性能を測定・評価する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、結像光学系の収差計測は、次の２通りの方法で行われていた。まず、第１の方法として、干渉計を用いて結像光学系の波面収差を直接計測する方法がある。この第１の方法は、例えば図２１に示すように、レーザ光源２０１からのレーザ光をビームスプリッタ２０２、フィゾーレンズ２０３を介して被検光学系である結像光学系２０４の物体面位置で集光するように入射させる。そして、結像光学系２０４から射出されるレーザ光を、駆動部２０５により図中ＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ上に設けられた反射球面２０６ａにて反射させる。この反射されたレーザ光は、結像光学系２０４、フィゾーレンズ２０３及びビームスプリッタ２０２を順に介してＣＣＤからなる検出器２０７に達する。一方、レーザ光源２０１から結像光学系へ向かうレーザ光の一部は、フィゾーレンズ２０３の参照球面（フィゾー面）２０１１で反射された後、ビームスプリッタ２０２を介して検出器２０７へ達する。この検出器２０７上では、結像光学系を２回通過したレーザ光とフィゾーレンズの参照球面２０１１で反射されたレーザ光とによる干渉縞が形成される。この干渉縞には、結像光学系２０４の波面収差に対応する情報が含まれており、フリンジスキャンを行いつつ干渉縞の画像を取り込むことにより結像光学系の波面収差を測定することができる。ここで、レーザ光源２０１、ビームスプリッタ２０２、フィゾーレンズ２０３及び検出器２０７は、駆動部２０８により図中ＸＹ方向に移動可能な筐体２００内に収められており、この筐体２００と反射球面２０６ａとを結像光学系２０４に対して相対的に移動させることにより、結像光学系の任意の像高での波面収差を求めることができる。
【０００３】
次に、第２の方法としては、光学系を介して結像させたテストパターンの空間像または焼き付け像（レジストを塗布したウェハや写真フィルムなどに投影した後現像した像）を計測し、その良否により判断する方法がある。この第２の方法を半導体製造用の露光装置に適用した例を図２２に示す。図２２において、被検光学系としての投影光学系２１１の物体面には、レチクルテーブル２１２に載置されたテストレチクル２１３が配置されており、このテストレチクル２１３には、所定のテストパターンが設けられている。このテストレチクル２１３は、水源ランプ２１４、楕円鏡２１５、インプットレンズ２１６、バンドパスフィルタ２１７、フライアイレンズ２１８及びコンデンサレンズ２１９からなる照明光学系により均一に照明される。この照明光学系による照明光により、投影光学系２１１の像面には、テストパターンの空間像が形成される。この空間像を検査用投影光学系２２０でＣＣＤからなる検出器２２１上に再結像させる。ここで、検出器２２１上の空間像を計測することにより、投影光学系２１１の収差を測定できる。
【０００４】
また、図２３は、テストパターンの像をレジストが塗布されたウエハ２２２上に形成する焼き付け像計測方式を示す図である。尚、図２３において、図２２と同様の機能を達成する部材には同一の符号を付している。図２３において、このウエハ２２２は、図中ＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ２２３上に設けられたウエハホルダ２２４上に載置されている。ここで、照明光学系によりテストレチクルを照明して、ウエハ２２２上にテストパターン像を投影し、このウエハ２２２の現像処理を行ってレジスト像を得て、このレジスト像を光学顕微鏡や電子顕微鏡などにより観察・計測することにより、投影光学系の収差を測定できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した収差測定方法のうち、第１の方法、すなわち干渉計による波面収差計測による場合には、レーザ光源２０１として可干渉距離（コヒーレンス長）が長いものを用いる必要がある。言い換えると、被検光学系としての結像レンズ２０４が使用する波長領域内の波長で、可干渉距離の長いレーザ光源が要求される。ここで、例えば半導体製造のための露光装置に用いられる光源としては、水銀ランプのｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）、またエキシマレーザのＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９３ｎｍ）等が用いられているが、全てそのまま干渉計に使えるような可干渉距離の長い光源ではない。よって、別の可干渉距離の長いレーザ光源を用いることになるが、本来の光源と全く同一の波長領域を持つ光源は見あたらないのが実状である。
【０００６】
この場合、被検光学系としての結像レンズ２０４が使用する波長領域外の波長のレーザ光を供給するレーザ光源を使用せざるを得ないが、このときには、使用波長領域とは異なる波長で波面収差を計測し、この計測結果に基づいて使用波長領域での波面収差をシミュレーションするという技術が必要となり、精度と信頼性が低下する可能性が高いという問題点がある。
【０００７】
また、第２の方法は、光学的な収差を直接検出するのではなく、収差が像に与える影響を検査するものである、よって厳密な意味での光学的な収差を測っていることにはならない。また、テストパターンに対しての情報しか得られないため、実際に被検レンズの波面収差を求める方法と比較すると情報量が圧倒的に少ない問題点がある。
【０００８】
そこで、本発明は、被検光学系の全ての結像性能に対応している横収差を高精度に計測することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明にかかる収差測定方法は、被検光学系の収差を測定する収差測定方法であって、例えば図１に示す如く、被検光学系の物体側及び像側の少なくとも一方に配置された空間像供給ユニット（ＩＳＵ）により空間像を被検光学系（ＰＬ）に供給する工程と、被検光学系により再結像された空間像の像の位置を像位置計測系（ＩＰＤ）により計測する工程をと含み、空間像供給ユニットは、被検光学系の瞳の領域の一部を通過する光束（ＮＡ１）のみを用いて前記被検光学系へ空間像を供給するものである。
【００１０】
本発明の好ましい態様においては、被検光学系の瞳の領域の一部を通過する光束の前記瞳の領域内における位置は変更可能であり、複数の瞳の領域内の位置を通過する光束を用いて空間像の像の位置をそれぞれ計測するものである。また、本発明の好ましい態様においては、被検光学系を横切る方向において被検光学系に対する空間像の位置は変更可能であり、複数の空間像の位置において空間像の像の位置をそれぞれ計測するものである。
また、本発明の好ましい態様においては、被検光学系の光軸方向に沿った複数の位置で空間像の像の位置を計測するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上述のように、本発明においては、被検光学系（ＰＬ）の瞳（ＡＳｐ）の領域の一部を通過する光束が披検光学系（ＰＬ）を通過した後に、どのように偏向するか（空間像の像位置がどのように変位するか）を測定することができるため、この測定結果より被検光学系の瞳面（ＡＳｐ）上のある位置を通過する光束に関する横収差量を求めることができる。
【００１２】
また、被検光学系（ＰＬ）の瞳面（ＡＳｐ）における光束の通過位置を変更することにより、例えばメリジオナル方向・サジタル方向の横収差曲線を得ることができる。なお、本発明においては、横収差曲線を得るときの瞳座標のとりかたはメリジオナル方向・サジタル方向には限られない。また、空間像供給ユニット（ＩＳＵ）による空間像の位置を被検光学系（ＰＬ）の光軸（Ａｘｐ）を横切る方向へ移動させることにより、複数の物体高（像高）における被検光学系の横収差を測定することができる。
【００１３】
また、被検光学系（ＰＬ）による空間像の像の位置を計測するときに、被検光学系（ＰＬ）の光軸（Ａｘｐ）に沿った方向における複数の位置で計測を行うことにより、例えば被検光学系のテレセントリック性を測定することができる。なお、本発明においては、任意の像高に達する光束の被検光学系の光軸に対する傾きの度合い（テレセントリック性）だけではなく、任意の像高に達する光束の傾きの絶対値を測定することができるため、所定の傾きをもつ軸を基準として、この光束の傾きの測定を行うこともできる。
【００１４】
次に、図１を参照して本発明の一つの態様にかかる収差測定方法及び収差測定装置について説明する。図１は、被検光学系としての投影光学系ＰＬの横収差を測定するための収差測定装置を概略的に示す図である。この図１に示す収差測定装置は、半導体製造のための投影露光装置に設けられて、レチクル（或いはマスク）上の回路パターンをウエハやプレートなどの基板上に投影するための投影光学系を被検光学系とするものである。
【００１５】
この投影光学系ＰＬが使用される波長は、例えば水銀ランプ輝線の波長３６５ｎｍのｉ線、波長４３６ｎｍのｇ線である（投影光学系ＰＬの使用波長がエキシマレーザの２４８ｎｍや１９３ｎｍなどの場合は後述する）。図１において、投影光学系ＰＬの図中＋Ｚ方向側（投影光学系ＰＬの物体側）には、所定のテストパターンが設けられたテストレチクルＴＰ１を照明する測定用照明光学系ＩＬＭと、テストレチクルＴＰ１上のテストパターンの像（空間像）を中間像面Ｉ１（投影光学系ＰＬの物体面）上に形成する結像光学系Ｒ１とを備える空間像供給ユニットＩＳＵが配置されている。
【００１６】
ここで、測定用照明光学系ＩＬＭは、照明光を発生する光源としての水銀ランプ１１、回転楕円体形状の楕円反射鏡１２、インプットレンズ１３、バンドパスフィルタ１４、集光レンズ１５、ライトガイド１６、ライトガイド１６からの光をテストレチクルＴＰ１へ導くコンデンサレンズ１７とを備えている。水銀ランプ１１からの光は、楕円反射鏡１２によってその第２焦点位置近傍に集光されて水銀ランプ１１の輝点の像（光源像）を形成する。この光源像からの光は、光源像位置に前側焦点が位置するように配置されたインプットレンズ１３によって実質的な平行光束に変換されて、バンドパスフィルタ１４に達する。このバンドパスフィルタ１４は、投影光学系ＰＬが使用される波長域の光とほぼ同じ波長域の光を通過させる機能を有する。図１の例では、バンドパスフィルタ１４はｉ線或いはｇ線の光を透過させる。バンドパスフィルタ１４を通過した実質的な平行光束は、集光レンズ１５によってライトガイド１６の入射端に集光される。このライトガイド１６により伝送された光は、このライトガイド１６の射出端面に面光源（２次光源）を形成する。このライトガイド１６としては、入射端において不均一な光量分布であっても射出端における光量分布を均一なものにするものを用いることが望ましい。このようなものとしては、多数の光ファイバーをランダムに束ねて構成されたランダム光ファイバー束を用いることができる。次に、ライトガイド１６の射出端面からの光は、この射出端面に前側焦点位置が位置するように設けられたコンデンサレンズ１７を介して、テストレチクルＴＰ１をケーラー照明のもとで均一に照明する。
【００１７】
このテストレチクルＴＰ１上には、例えば図２に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＸ軸（或いはＹ軸）に対して±４５°方向に沿って４つのライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンと称する）３２〜３５がテストパターンとして設けられている。これらのテストパターン３２〜３５は、テストレチクルＴＰ１上に設けられた遮光部３１に光透過パターンとして設けられている。ここで、これらのＬ＆Ｓパターン３２〜３５の各々におけるライン・アンド・スペースの本数は任意に設定される。
【００１８】
図１に戻って、空間像供給ユニットＩＳＵ内の結像光学系Ｒ１は、ともに正屈折力の２つのレンズ群Ｒ１１，Ｒ１２を含み、これらの正レンズ群Ｒ１１，Ｒ１２の間には、開口ＡＳ１が光軸に垂直な平面内（図１の例ではＸＹ平面内）で移動可能に構成された可動開口絞りＭＡＳが設けられている。可動絞り制御ユニットＣＵ１は、可動開口絞りＭＡＳを駆動して開口ＡＳ１の位置を光軸直交面内において移動させ、かつ図示なきエンコーダや干渉計により開口ＡＳ１のＸＹ平面内における位置を検出する。このように可動絞り制御ユニットＣＵ１は、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の座標管理を行っている。この可動絞り制御ユニットＣＵ１は、中央制御ユニットＣＣＵに接続されている。可動絞り制御ユニットＣＵ１は、この中央制御ユニットＣＣＵからの制御信号に基づいて開口ＡＳ１の位置制御を行い、かつ中央制御ユニットＣＣＵへ開口ＡＳ１の座標を伝達する。
【００１９】
また、空間像供給ユニットＩＳＵにおいて、結像光学系Ｒ１が形成する空間像の位置を中間像面Ｉ１内で投影光学系ＰＬの光軸Ａｘを横切る方向へ変更するために、テストレチクルＴＰ１、ライトガイド１６の射出端、コンデンサレンズ１７及び結像光学系Ｒ１（以下、空間像検出ユニットＩＳＵの移動部分ＭＰと称する）は図中ＸＹ平面内で一体に移動可能に設けられている。ここで、空間像位置制御ユニットＣＵ２は、これらの空間像検出ユニットＩＳＵの移動部分ＭＰを一体に移動させ、かつこれらの移動部分ＭＰのＸＹ平面内における位置を検出する。この空間像位置制御ユニットＣＵ２は、上述の中央制御ユニットＣＣＵに接続されている。空間像位置制御ユニットＣＵ２は、中央制御ユニットＣＣＵからの制御信号に基づいてテストパターンの空間像の位置をＸＹ平面内で移動させ、かつこの空間像のＸＹ平面内の位置を中央制御ユニットＣＣＵへ伝達する。
【００２０】
ここで、図３に示すように、空間像の位置の移動範囲ＭＡ１は、投影光学系ＰＬの物体面における視野ＦＡの領域を包含するように定められることが望ましい。なお、空間像供給ユニットＩＳＵの移動に際しては、結像光学系Ｒ１の光軸がＺ軸に対して傾かないように設けられている。
さて、図１に戻って、投影光学系ＰＬは、正屈折力のレンズ群Ｇ１，Ｇ２とその間に配置された開口絞りＡＳｐとを有している。そして、空間像供給ユニットＩＳＵによる空間像は、この投影光学系ＰＬにより再結像される。図１において、投影光学系ＰＬの図中ーＺ方向側（投影光学系ＰＬの像側）には、投影光学系ＰＬによって再結像された空間像のＸＹ平面内での位置を少なくとも検出するための像位置計測系ＩＰＤが設けられている。
【００２１】
この像位置計測系ＩＰＤは、投影光学系ＰＬの像面に配置されてその表面上に所定の透過パターンが形成されたナイフエッジパターン板ＫＥ１と、ナイフエッジパターン板ＫＥ１の透過パターンを介した光の光量を検出するための検出器Ｄ１と、ＸＹ平面内及びＺ方向に沿って移動可能な検出ステージ２１と、検出ステージ２１をＸＹ平面内及びＺ方法へ移動させるように駆動し、かつ検出ステージ２１のＸＹ平面内及びＺ方向における位置を図示なき干渉計などで検出する検出ステージ制御ユニットＣＵ３とを備えている。この像位置計測系ＩＰＤに半導体露光装置のアライメント光学系の技術を適用することにより、現在ではナノオーダ（ｎｍ＝１０Ｅ−６ｍｍ）の精度で位置計測を行うことができる
このナイフエッジパターン板ＫＥ１の光透過パターンは、ガラス基板の表面に遮光性の蒸着膜（例えばクロムなどの蒸着膜）で構成されている。ナイフエッジパターン板ＫＥ１の光透過部は、例えば図４に示す通り、Ｘ軸及びＹ軸に沿った辺を有する矩形状の光透過部２２ａと、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５°方向に沿った辺を有する矩形状の光透過部２２ｂとから構成されている。
【００２２】
ここで、検出器Ｄ１は、光透過部２２ａ，２２ｂを通過する光束に対して十分に広い面積を有しかつそれ自体の受光面の感度ムラ及び受光する光の角度方向における感度ムラがないものを用いることが好ましい。
上述の検出ステージ制御ユニットＣＵ３は、上述した中央制御ユニットＣＣＵに接続されている。検出ステージ制御ユニットＣＵ３は、中央制御ユニットＣＣＵからの制御信号に基づいて検出ステージ２１のＸＹ平面内の位置並びにＺ方向の位置を変更し、かつ検出ステージ２１のＸＹＺ座標を中央制御ユニットＣＣＵへ伝達する。また、検出器Ｄ１も中央制御ユニットＣＣＵに接続されており、検出器Ｄ１からの検出出力は、中央制御ユニットＣＣＵへ伝達される。
【００２３】
また、ＸＹ平面内において上記光透過部２２ａ，２２ｂが移動する範囲が像位置計測系ＩＰＤにより検出可能な範囲ＭＡ２となるが、図５に示すように、この範囲ＭＡ２は投影光学系ＰＬによる像が形成される領域ＩＡを包含するように定められることが好ましい。
さて、図１に戻って、測定用照明光学系ＩＬＭはテストレチクルＴＰ１側の開口数ＮＡ０を有する、すなわちテストレチクルＴＰ１は開口数ＮＡ０の光束によって照明される。照明されたテストレチクルＴＰ１からの光は、結像光学系Ｒ１へ向かうが、結像光学系Ｒ１中には、結像光学系Ｒ１自体の開口数を決定するための可動開口絞りＭＡＳが設けられており、この可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１により結像光学系Ｒ１を通過する光束が制限されるため、結像光学系Ｒ１からは、開口数ＮＡ０よりも小さな開口数ＮＡ１の光束が射出される。言い換えると、結像光学系Ｒ１の像側（投影光学系ＰＬ側）開口数は開口数ＮＡ１である。仮に結像光学系Ｒ１において可動開口絞りＭＡＳをその光路中から除いたときには、結像光学系Ｒ１からは開口数ＮＡ３の光束が射出される。
【００２４】
前述の通り、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１は、ＸＹ平面内で移動可能に構成されている。図６に示すように、この可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内における移動範囲ＭＡ３は、可動開口絞りＭＡＳの位置における上記開口数ＮＡ３の光束に対応する光束のＸＹ平面内で占める領域ＮＡ１１よりも狭くなるように設定される。
【００２５】
投影光学系ＰＬは、その開口絞りＡＳｐによって定まる物体側開口数ＮＡ２を有している。ここで、結像光学系Ｒ１から投影光学系ＰＬへは開口数ＮＡ１の光束が入射するが、結像光学系Ｒ１の像側開口数ＮＡ１は投影光学系の物体側開口数ＮＡ２に対して小さくなるように設定されている。従って、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳｐの位置では、結像光学系Ｒ１からの光束は開口絞りＡＳｐの開口の領域を通過することになる。
【００２６】
図２において説明したテストレチクルＴＰ１上のＬ＆Ｓパターン３２〜３５は、その線幅及びピッチが結像光学系Ｒ１の像側開口数ＮＡ１によっても解像可能となるように決められている。言い換えると、開口数ＮＡ０の光によって照明されたＬ＆Ｓパターン３２〜３５から発生する回折光成分のうち少なくとも２つの回折光（例えば０次回折光、±１次回折光）は、可動開口絞りＭＡＳの開口を通過する。或いは可動開口絞りＭＡＳの開口は、照明されたテストパターンからの光のうち少なくとも像形成に必要な情報を持つ光を通過させる。
【００２７】
なお、テストレチクルＴＰ１上のテストパターンとして、十字線などの孤立線パターンが用いられる場合には、その線幅を結像光学系Ｒ１の像側開口数ＮＡ１によっても解像可能となるように定めれば良い。
このように、結像光学系Ｒ１は、開口数ＮＡ１の光に基づいてテストレチクルＴＰ１上のテストパターン（Ｌ＆Ｓパターン）の空間像を形成する。
【００２８】
図１に戻って、本実施の形態においては、結像光学系Ｒ１の横収差は実質的に発生しないと見なすことができる。従って、結像光学系Ｒ１の像面（投影光学系ＰＬの物体面）内における空間像のＸＹ平面内の位置は、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の位置が変更されたとしても変化しない。可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内における位置を変えると、空間像に達する開口数ＮＡ１の光束のＺ軸に対する傾きが変化する。ここで、開口ＡＳ１のＸＹ平面内における位置と空間像位置での開口数ＮＡ１の光束のＺ軸に対する傾きとは１対１の対応関係にあり、開口ＡＳ１のＸＹ平面内における位置は、可動絞り制御ユニットＣＵ１により座標管理されているので、中間像面Ｉ１上の空間像に達する光束、すなわち被検光学系である投影光学系ＰＬに入射する光束の傾きを任意に設定することができる。
【００２９】
このとき、投影光学系ＰＬへ入射する光束の入射角と可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内の位置との対応関係をあらかじめ求めておくことが好ましい。例えば図１において、空間像が形成される位置から−Ｚ方向へ所定の距離だけ離れたＸＹ平面内における光束の到達する位置を開口ＡＳ１を移動させつつ（または開口ＡＳ１の位置ごとに）測定し、この測定された位置を角度換算すれば、開口ＡＳ１のＸＹ平面内の位置と空間像位置での光束の傾き角との位置関係を正確に換算することができる。なお、この位置関係は、中央制御ユニットＣＣＵ内のメモリーなどにテーブルの形で記憶させておくことが好ましい。
【００３０】
結像光学系Ｒ１からの開口数ＮＡ１の光束は、投影光学系ＰＬの光軸Ａｘｐに対して所定の傾きをもって入射し、投影光学系ＰＬ中の正レンズ群Ｇ１を経て開口絞りＡＳｐに達する。この開口絞りＡＳｐの位置には、レンズ群Ｒ１２とレンズ群Ｇ１との合成の光学系により可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の像が形成される。この開口ＡＳ１の像の大きさは、上記合成の光学系Ｒ１２，Ｇ１の横倍率によって定まる。
【００３１】
図７に示すように、この投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳｐの面（投影光学系ＰＬの瞳面）では、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の像（開口絞りＡＳｐの面における開口数ＮＡ１の光束に対応する光束の占める領域）ＮＡ１ａは、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳｐの開口の領域（投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡ２に対応する光束が開口絞りＡＳｐの位置で占める領域）ＮＡ２ａのうちの一部の領域となる。ここで、開口ＡＳ１の像である領域ＮＡ１ａは、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内の移動に伴って、開口絞りＡＳｐの面内で移動する。この領域ＮＡ１ａの移動範囲ＭＡ４は、開口絞りＡＳｐの領域ＮＡ２ａを包含するように定められることが好ましい。
【００３２】
図１に戻って、開口絞りＡＳｐを通過した光束は、正レンズ群Ｇ２を経て投影光学系の像面に達する。ここで、結像光学系の像側開口数ＮＡ１を被検光学系である投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡ２よりも十分に小さく設定すれば（ＮＡ１＜＜ＮＡ２とすれば）、実質的に投影光学系ＰＬに対して光線追跡を行っていると見なせる。従って、投影光学系が理想光学系である場合に投影光学系ＰＬの像面上における空間像の像のＸＹ平面内の位置（以下、空間像の像の理想結像位置と呼ぶ）を基準として、開口数ＮＡ１の光束によって作られる空間像の像のＸＹ平面内での位置ずれを測定すれば、投影光学系ＰＬの入射瞳（或いは射出瞳）における所定の位置での投影光学系ＰＬの横収差量を測定していることになる。
【００３３】
なお、開口絞りＡＳｐが投影光学系に存在しない場合には、投影光学系の入射瞳或いは射出瞳の面内で、開口の領域の代わりに物体側開口数ＮＡ２の光束が占める領域を考えれば良い。
このように、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内の位置を任意に変更して、投影光学系ＰＬに所定の傾きを持つ光束のみを入射させることにより、投影光学系ＰＬの瞳上の任意の位置を通過する光束に関する横収差量を求めることができる。
【００３４】
さて、以上の説明は、投影光学系ＰＬが両側テレセントリック（物体側・像側の双方がテレセントリック）の場合のみに成立するものではなく、投影光学系が非テレセントリックな光学系である場合にも成立する。
この場合、図８に示すように、結像光学系Ｒ１において可動開口絞りＭＡＳをその光路中から除いたときの像側開口数ＮＡ３が、投影光学系ＰＬの視野ＦＡの領域内のどの物体高においても物体側開口数ＮＡ２を包含するように設定すれば良い。すなわち、この開口ＡＳ１によって定まる開口数ＮＡ１の光束が投影光学系の物体側開口数ＮＡ２の全ての範囲を包含できるように、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内での移動範囲を設定すれば良い。例えば、投影光学系ＰＬの入射瞳位置が投影光学系ＰＬの物体面よりも像側である場合には、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の移動範囲を投影光学系ＰＬの光軸から離れる方向に広げれば良い。
【００３５】
さて、被検光学系としての投影光学系ＰＬに残存する収差がある場合には、投影光学系ＰＬの像面Ｉ２上でのテストパターンの２次像が、理想結像状態に対してＸＹ平面内で位置ずれを起こす。ここで、このテストパターンの２次像の位置ずれ量は、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１を通過する光線群の平均的なＸ方向、Ｙ方向、Ｘ方向に対して±４５°方向の位置ずれ量と実質的に同じ値を示す。
【００３６】
次に、投影光学系ＰＬによる空間像の像（テストパターンの２次像）のＸＹ平面内での位置測定について説明する。なお、以下の説明においては、図２に示したテストパターン３２の２次像のＸ方向における位置測定について最初に説明する。
結像光学系Ｒ１及び投影光学系ＰＬを介した開口数ＮＡ１の光束によって形成されるテストパターン３２の２次像は、投影光学系の像面Ｉ２（ナイフエッジパターン板ＫＥ１の表面）において図９（ａ）に示す如き光強度分布となる。尚、図９（ａ）において縦軸は光強度Ｉであり横軸はＸ軸である。そして、このテストパターン２ｂの２次像が光透過部２２ａのＸ方向に沿って位置するように、検出ステージ２１を制御する。
【００３７】
その後、検出ステージ２１をＸ方向に沿って等速移動させると、光透過部２２ａを通過して検出器Ｄ１で検出される光束の光強度は、図９（ｂ）に示す如き分布となる。図９（ｂ）において、縦軸は光強度Ｉであり、横軸は時間Ｔである。本実施の形態では、検出ステージ２１を制御する検出ステージ制御ユニットＣＵ３内の干渉計からの出力によって、図９（ｂ）の出力を横軸がＸ軸となるように変換して、図９（ｃ）に示すＸ方向における座標に対する光強度Ｉの光量分布を得ている。なお、検出ステージの移動が等速移動でない場合には、図８（ｂ）に示す光量分布にはならないが、これを検出ステージ制御ユニットＣＵ３内の干渉計の出力により変換すれば、図９（ｃ）に示す通りの光量分布を得ることができる。
【００３８】
図９（ｃ）に示す光量分布を時間Ｔで微分すると、図９（ｄ）に示す通り、ｄＩ／ｄＴの波形が得られる。この図９（ｄ）に示す波形は、図９（ａ）に示したテストパターン３２の２次像のＸ方向における光強度分布となる。
本実施の形態では、得られた光強度分布が周期パターンであるため、周期パターンの位相成分が基準位置からどの程度ずれたかによって位置検出を行う位相差検出法によりテストパターン３２の位置検出を行っている。
【００３９】
具体的には、本願出願人による特開平１−２９９４０２号に開示している手法を用いることができる。この手法につき簡単に説明すると、図９（ｄ）において、ある一点を原点０と仮定し、この光強度分布をＸ方向に関する関数ｆ（ｘ）とする。そして、所定の領域において関数ｆ（ｘ）と同じ周期を持つサイン関数に関する関数ｆ（ｘ）のフーリエ係数Ｓと、関数ｆ（ｘ）と同じ周期を持つコサイン関数に関する関数ｆ（ｘ）のフーリエ係数Ｃとを得る。これら２つのフーリエ係数から、テストパターン３２の２次像のＸ方向における光強度分布の位相ずれ成分（テストパターン３２の２次像のＸ方向における原点からの位置ずれ）を求めることができる。
【００４０】
その後、上述の測定と同様に、Ｙ方向における位置検出をテストパターン３３の２次像について、Ｘ方向に対して＋４５°（時計回りの方向を＋とする）方向における位置検出をテストパターン３４の２次像について、Ｘ方向に対してー４５°方向における位置検出をテストパターン３５の２次像について行う。
これにより、投影光学系ＰＬの横収差によって発生するテストパターンの２次像の位置ずれのうち、Ｘ方向、Ｙ方向及びＸ方向に対して±４５°方向の位置ずれを測定できる。
次に、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内で移動させ、投影光学系ＰＬへ入射する開口数ＮＡ１の光束の入射角度を変更した後、テストパターンの２次像の位置計測を行うことにより、投影光学系ＰＬの瞳座標上の別の一点での横収差計測を行う。このように、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の移動とテストパターンの２次像の位置計測を繰り返してデータの収集・整理を行うことにより、投影光学系ＰＬへ入射する光線のうちの所定の１つの光線、例えば主光線を基準とした横収差計測が可能となる。
【００４１】
このような波面収差の計算手法の元となる理論は、例えば、「幾何光学」：三宅和夫著、共立出版Ｐ１０３〜Ｐ１０４に示されている。理論的には計測点等全てが連続的に分布し、アナログ的な処理（ここでは積分）も可能であるが、現実的にはコンピュータによるデジタル処理を行うため、離散的に得られた波面収差データを最小二乗法等の多項式解析手法によりデータ処理を行うことになる。それにより、実用上問題ない（理論値と大差ない）多項式近似による波面収差を求めることができる。このような手法は、デジタル信号処理の分野では一般的であり特に高度な技術ではない。
【００４２】
さて、前述したように、本実施の形態においては、空間像空間像供給ユニットＩＳＵは、ＸＹ平面内において移動可能に構成されており、テストパターンの像のＸＹ方向における位置を変更できる。従って、上述した所定の物体高（像高）における横収差測定のみならず、任意の物体高（像高）における横収差測定を行うことができる。
【００４３】
上述の如き横収差計測は、中央制御ユニットＣＣＵの制御により行われる。図１を参照してこの制御について簡単に説明する。
まず、図１において、中央制御ユニットＣＣＵに接続されている入力ユニットＩＮＰから、
▲１▼物点（或いは像点）のＸＹ座標に関する情報、
▲２▼投影光学系ＰＬに入射させる光束の角度に関する情報、
▲３▼出力形式（横収差、波面収差）に関する情報、
を入力する。なお、上記▲２▼は、可動開口絞りＭＡＳの位置座標に一義的に対応する。また、上記▲１▼及び▲２▼の情報について、複数の座標を同時に指定しても良い。
【００４４】
中央制御ユニットＣＣＵは、入力ユニットＩＮＰから入力される上記▲１▼の情報に基づいて、空間像供給ユニットＩＳＵの移動部分ＭＰのＸＹ座標を演算する、或いはメモリーから呼び出し、空間像位置制御ユニットＣＵ２に対して、移動部分ＭＰが演算された（呼び出された）座標に位置するように制御信号を伝達する。これにより、空間像供給ユニットＩＳＵによる空間像のＸＹ座標は、入力ユニットＩＮＰから入力された上記▲１▼の座標となる。
【００４５】
次に、中央制御ユニットＣＣＵは、入力ユニットＩＮＰから入力される上記▲２▼の情報に基き、中央制御ユニットＣＣＵ内のメモリーからＭＡＳの開口ＡＳ１の座標と光束の傾き角との関係を記憶しているテーブルを参照して、前記開口ＡＳ１の座標を設定すればよい。
中央制御ユニットＣＣＵは、この演算結果に基づいて、開口ＡＳ１を介した光束が投影光学系ＰＬの瞳面において演算された瞳座標となるように、可動絞り制御ユニットＣＵ１に対して制御信号を伝達する。これにより、投影光学系ＰＬに入射させる光束の角度が入力ユニットＩＮＰで入力された上記▲２▼の座標となる。
【００４６】
その後、中央制御ユニットＣＣＵは、図９で説明した通りの計測を実行するように、検出ステージ制御ユニットＣＵ３に対して制御信号を伝達する。この計測を行うと、中央制御ユニットＣＣＵへは、検出器Ｄ１の検出出力と検出ステージ２１のＸＹ座標とが出力される。
中央制御ユニットＣＣＵは、検出器Ｄ１からの出力と検出ステージ２１のＸＹ座標とに基づいて、図９において説明した信号処理を行い、テストパターンの２次像のＸＹ座標を算出する。この算出結果は、▲１▼物点（或いは像点）のＸＹ座標に関する情報及び▲２▼投影光学系ＰＬに入射させる光束の角度に関する情報と関連づけられて、中央制御ユニットＣＣＵ内のメモリーに保管される。
【００４７】
上述の▲１▼及び▲２▼において、複数の座標が指定されている場合には、以上の検出動作を指定された座標の分だけ繰り返す。
次に、中央制御ユニットＣＣＵは、入力ユニットＩＮＰから入力された上記▲３▼での出力形式が波面収差であれば、得られた横収差から波面収差を算出し、出力形式が横収差のみであれば横収差量と▲１▼及び▲２▼の座標とを関連づけて、例えばディスプレイからなる出力ユニットＯＵから結果を出力する。
【００４８】
なお、以上に示した制御は一例であって、本実施の形態にかかる収差測定装置では、被検光学系の任意の物体高における任意の傾きの光束に関する横収差量を計測することができ、上記の制御の形態には限られない。さて、実際の光線追跡においては、入射角度の異なる光線のうち、主光線を基準としてその他の光線の位置ズレ量を表すのが一般的である。
【００４９】
投影光学系ＰＬが完全に両側テレセントリックの理想的光学系であるならば、入射光線の傾きが０である光線を主光線として、その光線の像点位置を基準として上述の横収差を求めればよいが、完全に両側テレセントリックでない場合は主光線自体をそれぞれの像高（物体高）で設定しなければならない。
被検光学系としての投影光学系ＰＬの主光線は、投影光学系の物体面における所定の物体高の一点から発生する光線群（光束）のうち、投影光学系によってケラレることなしに通過する光束の集まりのうちの中心の光線と定義することができる。
【００５０】
次に、図１０及び図１１を参照して主光線の測定について説明する。図１０は、図１に示した収差測定装置の要部を示す図である。図１１（ａ）は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳｐ位置での光束の状態を示す図であり、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は開口絞りＡｓｐでの座標と検出器Ｄ１での出力（光量）との関係を示す図である。
【００５１】
ここでは、図の説明を容易化するために投影レンズ光軸を中心としたＸＹ座標系を規定した際、ほぼＸ軸上に物体が位置するときについて説明する。そのため、メリジオナル方向はＸ軸方向となりサジタル方向はＹ軸方向となる。実際には物体位置は任意である。
まず、図１０においてＸ軸上に物体位置を設定する、可動開口絞り制御ユニットＣＵ１により、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１をメリジオナル方向（ここではＸ方向となる）へ移動させる。このとき、図１１（ａ）に示す通り、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳｐの位置において開口ＡＳ１によって定まる光束ＮＡ１ａは走査される。この走査においては光束ＮＡ１ａが開口絞りＡＳｐの開口の領域外の完全に遮光される位置から走査する。
【００５２】
この走査された光束は、投影光学系ＰＬから射出して、像面近傍に置かれた検出器Ｄ１に達する。この検出器としては、投影光学系から射出される光量を測定できればよいため、図１０の例では像位置計測系ＩＰＤの検出器Ｄ１と共用している。但し、像位置計測系ＩＰＤの検出ステージ２１上に検出器Ｄ１とは別に光量センサを設ける構成であっても良い。
【００５３】
このとき、検出器Ｄ１にて検出される光量と可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の座標との関係は、図１１（ｂ）に示される通りの光量分布となる。このとき、開口ＡＳ１を通過した光束のうち、約半分の光束が受光系に到達する開口ＡＳ１の位置が、投影光学系ＰＬを通過できる最大の光線位置と考えられる（光量が半分になる位置である）。ここで、最大の光線位置の中点の座標を求めれば、その座標がメリジオナル方向（ここではＸ方向）の中心座標を表す。
【００５４】
その後、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１を、前記メリジオナル方向（ここではＸ方向）の中心座標を通り、かつサジタル方向（ここではＹ方向）に移動させる。このとき、メリジオナル方向（Ｘ方向）と同様に投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳｐの位置において開口ＡＳ１によって定まる光束ＮＡ１ａはサジタル方向（ここではＹ方向に）走査される。この走査においても光束ＮＡ１ａが開口絞りＡＳｐの開口の領域外の完全に遮光される位置から走査する。
【００５５】
この走査された光束は、投影光学系ＰＬから射出して、像面近傍に置かれた検出器Ｄ１に達する。このとき、検出器Ｄ１にて検出される光量と可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の座標との関係は、図１１（ｃ）に示される通りの光量分布となる。このとき、開口ＡＳ１を通過した光束のうち、約半分の光束が受光系に到達する開口ＡＳ１の位置が、投影光学系ＰＬを通過できる最大の光線位置と考えられる（光量が半分になる位置である）。ここで、最大の光線位置の中点の座標を求めれば、その座標がサジタル方向（ここではＹ方向）の中心座標を表す。
【００５６】
これにより、物体位置におけるメリジオナル方向とサジタル方向に関して最大の光線位置の中点座標が求められ、その座標が主光線を供給する開口ＡＳ１の座標となる。
ここでは、投影光学系における光束のケラレが開口絞りＡＳｐ於いてのみ発生する理想的な状態を表しているが、計測上必ずしもその必要はない。開口絞り以外のレンズ鏡筒や絞り等により光束がけられていても同様の計測が可能である。また、開口絞りの形状も丸に限る必要もない。
【００５７】
さらに、この計測の簡単な応用例として口径食（ビグネッティング）や像面内（物体面内）のＮＡ均一性の計測も可能である。前記主光線を供給する開口ＡＳ１の位置を中心に前記メリジオナル方向とサジタル方向以外の放射方向にも開口ＡＳ１を移動させ同様の計測を行い、投影光学系を通過可能な最大の光線位置を適当細かく計測してゆけば、最大光線を示す開口ＡＳ１の座標位置を結んだ図形から投影光学系の任意像点における瞳形状の歪み具合や大きさの違いが計測できる、これから投影光学系の持つ口径食（ビグネッティング）とＮＡ均一性が判る。
【００５８】
また、図１０（図１）に示す収差測定装置では、検出ステージ２１が図中±Ｚ方向に沿って移動可能に構成されているため、被検光学系である投影光学系ＰＬへ入射する光束の入射角と、投影光学系ＰＬから射出される光束の射出角との関係を測定することができる。図１０において、まず、入力ユニットＩＮＰを介して投影光学系ＰＬへ入射する光束の角度を所望の値に設定する。中央制御ユニットＣＣＵは、入射光束の角度と可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の座標との関係が記憶されているテーブルを参照して、設定された入射角になるように可動開口絞り制御ユニットＣＵ１へ制御信号を伝達する。これにより、開口ＡＳ１が位置決めされる。
【００５９】
次に、像位置計測系ＩＰＤの検出ステージ２１をＺ軸に沿って移動させて、Ｚ軸に関して複数点でテストパターンの２次像のＸＹ平面内での位置を計測する。この際、ＸＹ平面内の座標を確定するために、少なくてもに互いに直交する方向（例えばＸ方向とＹ方向等）に関しての位置計測を行う。
中央制御ユニットＣＣＵは、Ｚ軸位置と計測されたＸＹ平面内の位置とに基づいて、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１によって決定された光束の像面近傍における射出角を求める。具体的な方法例としては、前記方法により求められた計測点座標を通る直線の方程式を求め（多数の計測点の場合は最小二乗直線）、その方向余弦から射出角（各軸に対する角度）を決定できる。
【００６０】
前述したように、結像光学系Ｒ１の像側開口数ＮＡ１が投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡ２に比較して十分に小さいため、上記の光束の像面近傍の角度は、光線追跡による光線の入射角（物体位置での傾き）と射出角（像位置での傾き）にほぼ一致する。
このように、図１０（図１）の例では、投影光学系に任意の入射角で入射した光線に対する射出角の計測が可能である。入射角の設定は可動開口絞りのＸＹ座標から換算し、射出角の計測は位置計測系で測定可能である。よって、入射光線の位置と角度、さらに射出光線の位置と角度が計測可能であり、通常の光線追跡と同様の実験的光線追跡が行えるといえる。
【００６１】
なお、上述で説明した主光線を供給する開口ＡＳ１の座標を用いると、投影光学系ＰＬのテレセントリック性を測定することができる。あらかじめ、開口ＡＳ１の座標位置と入射角の対応関係において、開口ＡＳ１の座標原点がＺ軸に平行な入射角０に対応するような座標系を設定しておく。このような操作は、前記開口ＡＳ１の座標位置と入射角の関係が明らかであるから容易に行うことができる。このとき前記主光線を供給する開口ＡＳ１の座標値（原点からのずれ）は入射角に換算され物体側テレセントリック性を示す。入射角は定義通りＸＹＺの各軸に対し入射光線がなす角度で表すことが可能である。しかし、その表し方は多種考えられ任意で構わない。例えば、ＸＹＺの各軸に対する入射光線の角度のＣＯＳ（コサイン）をとり、いわゆる方向余弦として表示しても構わない。また、Ｚ軸に対しては角度のＳＩＮ（サイン）で表示し、ＸＹ軸に対してはＸＹ平面内で原点（Ｚ軸）を中心にＸ軸方向を角度０°としＹ軸方向を９０°と定義した位相角により表示することもできる。
【００６２】
また、前記主光線を供給する位置に開口ＡＳ１を設定し、このとき投影光学系ＰＬの像側における光束の射出角を計測すれば、像側テレセントリックからのずれを計測できる。この場合でも、入射側と同様な角度表示を行うことができる。このようなテレセントリックからのずれを任意の像高（物体高）に関して行えば、任意の像点におけるテレセントリックからのずれを光線追跡のように求めることが可能である。
【００６３】
上記の図１〜図１１の例において、ＸＹ平面内に配列された複数の空間像検出ユニットを用いることも可能である。
さて、上述した図１〜図１１の例では、投影光学系ＰＬの使用波長が水銀ランプ輝線の波長３６５ｎｍのｉ線、波長４３６ｎｍのｇ線であったが、投影光学系ＰＬの使用波長がエキシマレーザの２４８ｎｍや１９３ｎｍなどの場合は、図１２に示す構成を用いれば良い。
【００６４】
図１２は、図１に示す収差測定装置の変形例を示す図であって、図１のものと異なる点は測定用照明光学系ＩＬＭが水源ランプ輝線による照明光を供給するものではなく、エキシマレーザ光を供給する点である。なお、以下の説明においては、図１の構成と異なる点のみについて説明する。図１２では、図１と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付してある。
【００６５】
図１２に示す測定用照明光学系ＩＬＭは、２４８ｎｍまたは１９３ｎｍの波長のエキシマレーザ光を照明光として供給するレーザ光源部４１、フライアイレンズ４２、集光レンズ４３、拡散板４４、ライトガイド１６及びライトガイド１６からの光をテストレチクルＴＰ１へ導くコンデンサレンズ１７とを備えている。
【００６６】
上記レーザ光源部４１は、エキシマレーザ光源とビームエキスパンダなどのビーム整形光学系を含み、ほぼ平行光束と見なすことのできるレーザ光を発生する。このレーザ光は、光軸に対称にほぼ同じ量だけ偏心した４個のレンズ素子から構成されるフライアイレンズ４２により集光され、それぞれ４個の輝点を形成する。各々の輝点からのレーザ光は、集光レンズ４３により集光されて、光軸に対し一定の角度を持つほぼ平行な４光束となって拡散板４４に達する。拡散板４４からのレーザ光は、ランダム光ファイバー束からなるライトガイド１６に入射し、このライトガイド１６の射出 端に面光源（２次光源）を形成する。上記構成により、ライトガイド１６の射出端に形成される面光源は、必要とされる角度まで実質的に輝度が均一でかつ良好な光量分布をもつものとなる。この面光源から射出されるレーザ光は、この射出端面に前側焦点位置が位置するように設けられたコンデンサレンズ１７を介して、テストレチクルＴＰ１をケーラー照明のもとで均一に照明する。
【００６７】
この測定用照明光学系ＩＬＭの構成によれば、コヒーレントなレーザ光源を用いているにもかかわらず、十分に良質な照野を得ることができ、かつスペックルや干渉縞といったノイズ成分をテストレチクルＴＰ１上において十分に小さくすることができ、テストレチクルＴＰ１を実質的にインコヒーレント照明することができる。
【００６８】
なお、結像光学系Ｒ１を図中ＸＹ平面内で移動させる際にライトガイド１６が変形すると、ライトガイド１６を構成する光ファイバ素線を通過する光束の位相差が変化することにより、テストレチクルＴＰ１上の照野における微少なノイズ成分の位置が変動することがある。ここで、測定用照明光学系ＩＬＭ中の拡散板４４を拡散板４４の平面に垂直な軸を中心として回転させ、時間的平均化効果によりノイズ成分を平均化する構成を採用しても良い。なお、この微少なノイズ成分が計測上において問題とならないレベルであれば、もとの構成のままでかまわない。なお、このような照明光学系としては、本願出願人による特開平７−３２１０２２号に開示されている。
【００６９】
図１２の例において、テストレチクルＴＰ１以降の光学系の構成及び計測方法は上述の実施の形態と同様であるのでここでは説明を省略する。
なお、図１２では、光源としてエキシマレーザ光源を用いているが、エキシマレーザの代わりに、半導体レーザ及びこの半導体レーザからのレーザ光に基づいて高調波を生成する非線形光学素子からなる光源を適用しても良い。
【００７０】
以上の通り、図１２の例では、投影光学系ＰＬの使用波長がエキシマレーザの１９３ｎｍや２４８ｎｍであっても、精度良く横収差測定を行うことが可能である。
本発明による収差測定方法を縮小型投影露光装置に適用した例を第２の実施の形態として図１３を参照して説明する。
【００７１】
図１３に示す第２の実施の形態では、投影光学系ＰＬによってレチクル上の回路パターンをウエハＷ上に縮小投影する投影露光装置に、図１に示した収差測定装置を組み込み、投影光学系ＰＬの横収差測定を可能としたものである。なお、図１３では、レチクルを照明するための露光用照明光学系の光路中に収差測定装置の一部が挿入された状態を示している。
【００７２】
なお、以下の図１３の説明においては、図１と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付してある。
まず、レチクル上の回路パターンをウエハＷ上に縮小投影するための構成について説明する。図１３において、例えばｉ線（３６５ｎｍ）やｇ線（４３６ｎｍ）を含む紫外光を供給する水銀ランプ１１からの光は、水銀ランプ１１の輝点の位置に第１焦点が位置するように設けられた楕円反射鏡１２によって集光されて、その第２焦点位置近傍に集光される。ここからの光は、インプットレンズ５１により実質的にコリメートされてほぼ平行光束となりバンドパスフィルタ５２に入射する。このバンドパスフィルタ５２は、例えば波長３６５ｎｍのｉ線や、波長４３６ｎｍのｇ線などの露光波長の光を選択的に透過させる機能を有する。このバンドパスフィルタ５２を透過した光は、複数のレンズエレメントの集積体からなるフライアイレンズ５３に入射する。フライアイレンズ５３の射出面側には、複数の光源像からなる２次光源像が形成される。この２次光源像が形成される位置には、σ値を決定するための開口絞り５４が配置されており、開口絞り５４からの光は、２次光源像の形成位置に前側焦点を持つコンデンサレンズ５５及び折曲げミラー５６を介して、レチクルステージＲＳ上に配置されるレチクル（図１３では不図示）をケーラー照明のもとで重畳的に均一照明する。
【００７３】
このように、光源１１、楕円反射鏡１２、インプットレンズ５１、バンドパスフィルタ５２、フライアイレンズ５３、開口絞り５４、コンデンサーレンズ５５及び折り曲げミラー５６は、露光波長の照明光をレチクルに照射するための露光用照明光学系ＩＬＥを構成している。
ここで、図示なきレチクルを載置するレチクルステージＲＳのＸＹ座標、ひいてはその上に載置されるレチクルのＸＹ座標は、不図示のレチクルステージ用レーザＸＹ干渉計により常時計測される。
【００７４】
さて、レチクルを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、ウエハステージＷＳ上に載置されたウエハＷ上に達し、このウエハＷ上にレチクルの縮小像を形成する。ウエハステージＷＳは、ウエハＷを例えば真空吸着などの手法により保持するウエハホルダＷＨ、ＸＹ平面内において２次元的にウエハＷの位置決めを行うＸＹステージ、Ｚ方向に沿ってウエハＷの位置決めを行うＺステージ及びウエハＷの傾斜角の補整を行うレベリングステージなどから構成されている。ウエハステージＷＳのＸＹ座標は、ウエハステージ用レーザ干渉計を含むウエハステージ制御ユニットＣＵ４により常時観察されている。従って、ウエハステージ制御ユニットＣＵ４内の駆動部を用いてウエハステージＷＳを２次元的に駆動制御しながら投影露光を行うことにより、ウエハＷの各露光領域にレチクルのパターンを逐次転写することができる。
【００７５】
さて、図１３に示す実施の形態では、楕円鏡１２による集光点の近傍に表面上に反射面を有するシャッタ５０が配置されており、このシャッタ５０は、前述した露光用照明光学系ＩＬＥと測定用照明光学系との一方に照明光を選択的に供給する機能を有している。なお、このシャッタ５０によって、図示なきアライメント系（例えばレチクルアライメント系やＦＩＡ（フィールドイメージアライメント）系など）へ照明光を供給する構成としても良い。
【００７６】
本実施の形態における測定用照明光学系は、水銀ランプ１１、楕円反射鏡１２、インプットレンズ１３、バンドバスフィルタ１４、集光レンズ１５及びライトガイド１６、コンデンサレンズ１７を有し、図１に示した測定用照明光学系ＩＬＭと同様の機能を有しているため、ここでは説明を省略する。
図１３の測定用照明光学系１１〜１７は、テストパターンを有するテストレチクルＴＰ１を実質的にインコヒーレント照明し、このテストレチクルＴＰ１からの光のうち、結像光学系Ｒ１中の可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１を通過した光束によって、投影光学系ＰＬの物体面、言い換えるとレチクルステージＲＳ上に載置されるレチクルの回路パターンが位置する面に、テストレチクルＴＰ１の空間像が形成される。
【００７７】
このように、図１３の例では、測定用照明光学系１１〜１７、テストレチクルＴＰ１、結像光学系Ｒ１及び可動開口絞りＭＡＳが空間像供給ユニットを構成している。
ここで、図１３の例では、測定用照明光学系中のライトガイド１６の射出端及びコンデンサレンズ１７と、テストレチクルＴＰ１と、結像光学系Ｒ１と、可動開口絞りＭＡＳとは、図１における可動部分ＭＰに対応しており、これらを一体にＸＹ平面内で移動させるために、ＸＹステージＭＰＳ上に設けられている。ＸＹステージ制御ユニットＣＵ２は、これらの移動部分ＭＰを移動させるとともに、これらの移動部分ＭＰのＸＹ平面内における位置を検出する。このように、図１３の例では、ＸＹステージＭＰＳとＸＹステージ制御ユニットＣＵ２とが空間像位置制御ユニットを構成している。
【００７８】
また、ウエハステージＷＳのウエハホルダＷＨの近傍には、光透過性のガラス基板上にナイフエッジパターンが形成されてなるナイフエッジパターン板ＫＥ１が取り付けられており、このナイフエッジパターン板の下側（−Ｚ方向側）には、ナイフエッジパターン板ＫＥ１を介した光束の光量を検出する検出器Ｄ１が設けられている。ここで、ナイフエッジパターンは、ナイフエッジパターン板ＫＥ１の上面に設けられており、この面はウエハＷと面一になる。なお、これらのナイフエッジパターン板ＫＥ１及び検出器Ｄ１の機能は、上述の図１の例と同様であるためここでは説明を省略する。
【００７９】
この図１３の例では、上述のナイフエッジパターン板ＫＥ１、検出器Ｄ１、ウエハステージＷＳ及びウエハステージ制御ユニットＣＵ４が像位置計測系ＩＰＤを構成している。投影光学系ＰＬの横収差計測の際の像位置計測系ＩＰＤの機能は、図１の像位置検出系ＩＰＤの機能と同様であるためここでは説明を省略する。
【００８０】
さて、空間像供給ユニットの移動部分ＭＰ、ＸＹステージＭＰＳは、露光用照明光学系の光路内外の位置を選択的に移動可能となっており、投影光学系ＰＬの横収差測定を行う際には、図１３に示す通り、露光用照明光学系の光路内に位置する。ここで、これら空間像供給ユニット１５の移動部分ＭＰ及びＸＹステージＭＰＳの露光用照明光学系の光路内への挿入は、自動的に行っても良く、また手動であっても良い。
【００８１】
空間像供給ユニットの露光用照明光学系の光路内への挿入動作の後、投影光学系ＰＬの横収差測定並びにテレセントリック性の計測を行うが、この測定は上述の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
このように、図１３の例では、収差測定装置を投影露光装置内に組み込む構成であるため、投影光学系ＰＬの環境変化による収差変動や経時変化による収差変動などを高精度に検出することができる。
【００８２】
また、検出された投影光学系ＰＬの収差変動が許容される値を超える場合には、投影光学系ＰＬの収差を制御する収差制御ユニットＣＵ５を用いて、投影光学系ＰＬの収差を自動的に補正しても良い。ここで、収差制御ユニットＣＵ５による収差補正の手法としては、例えば特開昭６０−２８６１３号、特開平４−１３４８１３号、特開平６−８４７５７号、特開平７−１８３１９０号などに開示されている技術や、本件出願人による特願平７−１５２２２０号、特願平８−６９０９３号及び特願平８−２２５８７２号などで提案されている技術を適用することができる。
【００８３】
なお、図１３の例において、光源として水銀ランプではなくエキシマレーザ等の平行光束を供給する光源を用いた場合には、測定用照明光学系として図１２に示すものを適用すれば良い。
また、図１３のレンズでは、投影光学系ＰＬとして縮小倍率のものを用いているが、投影光学系ＰＬとしては縮小倍率のものに限られず等倍であっても良く拡大倍率のものであっても良い。
【００８４】
さて、以上の例では、投影光学系ＰＬの物体面の位置に空間像供給ユニットによる空間像を形成して、投影光学系ＰＬに対して物体側から任意の傾きの光束を入射させる構成としているが、投影光学系ＰＬの像側から光束を入射させる構成でも投影光学系ＰＬの横収差の測定は可能である。
次に、図１４を参照して、投影光学系ＰＬの像側（ウエハＷ側）から光束を入射させる構成とした第３の実施の形態について説明する。図１４に示す第３の実施の形態は、図１の収差測定装置を投影露光装置に組み込んだ点は前述の図１３の例と同様であるが、空間像供給ユニットをウエハステージＷＳ内に組み込み、レチクルの位置でテストパターンの２次像を検出する点で異なる。
【００８５】
図１４において、投影露光装置の露光用照明光学系ＩＬＥは、水銀ランプ１１、楕円反射鏡１２、インプットレンズ５１、バンドパスフィルタ５２、フライアイレンズ５３、開口絞り５４、コンデンサレンズ５５及び折曲げミラー５６から構成されており、これらの各部材の各機能は、上述の図１３の例と同様である。図１４の例における測定用照明光学系は、水銀ランプ１１、楕円反射鏡１２、インプットレンズ１３、バンドバスフィルタ１４、集光レンズ１５、ライトガイド１６及びコンデンサレンズ１７を有し、図１３に示した測定用照明光学系１１〜１７と同様の機能を有している。そして、図１４の例では、測定用照明光学系１１〜１７、テストレチクルＴＰ１、レンズ群Ｒ１１，Ｒ１２からなる結像光学系Ｒ１、結像光学系Ｒ１内に配置される可動開口絞りＭＡＳが空間像供給ユニットを構成している。ここで、図１３に示す空間像供給ユニットと異なる点は、ライトガイド１６、コンデンサレンズ１７、テストレチクルＴＰ１、結像光学系Ｒ１及び可動開口絞りＭＡＳからなる空間像供給ユニットの移動部分ＭＰがウエハステージＷＳ内に設けられている点である。
【００８６】
このウエハステージＷＳは、ウエハＷを例えば真空吸着などの手法により保持するウエハホルダＷＨ、ＸＹ平面内において２次元的にウエハＷの位置決めを行うＸＹステージ、Ｚ方向に沿ってウエハＷの位置決めを行うＺステージ及びウエハＷの傾斜角の補整を行うレベリングステージなどから構成されている。そして、ウエハステージＷＳにおけるウエハホルダＷＨの近傍には、開口部が設けられており、空間像供給ユニットの結像光学系Ｒ１は、ウエハＷが載置された際のウエハＷ表面と同一平面にテストパターンの空間像を形成できるように位置決めされている。すなわち、結像光学系Ｒ１は、投影光学系ＰＬの像面に空間像を形成する。
【００８７】
また、ウエハステージＷＳのＸＹ座標は、ウエハステージ用レーザ干渉計及びウエハステージを駆動するウエハステージ駆動部を含むウエハステージ制御ユニットＣＵ６により常時観察されている。
図１４に示す例において、投影光学系ＰＬの横収差を測定する際には、レチクルを載置するためのレチクルステージＲＳ上に、表面にクロム蒸着などの手法でナイフエッジパターンが設けられたナイフエッジパターン板ＫＥ２を、このナイフエッジパターンが形成された面が投影光学系ＰＬ側を向くように載置する。
【００８８】
ここで、ナイフエッジパターン板ＫＥ２は、例えば図１５に示すように、テストパターンの２次像が形成される面（ＸＹ平面内）において複数の検出点にてテストパターンの２次像のＸＹ平面内での位置を検出するために、複数のナイフエッジパターンの組（６１ａ，６１ｂの組、６２ａ、６２ｂの組、６３ａ、６３ｂの組、．．．６９ａ、６９ｂの組）を設けてある。なお、図１５の例では９組のナイフエッジパターンの組を設けているが、これらナイフエッジパターンの組は９組には限られない。
【００８９】
図１４に戻って、これらのナイフエッジパターン６１ａ、，６１ｂ〜６９ａ，６９ｂを透過した光量を検出できるように検出器Ｄ２を配置する。このレチクルステージＲＳは、ＸＹ平面内で微動可能に構成されており、そのレチクルステージＲＳのＸＹ平面内での座標は、レチクルステージＲＳを駆動する駆動部と干渉計を含むレチクルステージ制御ユニットＣＵ７により管理されている。このように、図１４の例では、ナイフエッジパターン板ＫＥ２、検出器Ｄ２、レチクルステージＲＳ及びレチクルステージ制御ユニットＣＵ７が像位置検出系ＩＰＤを構成している。
【００９０】
横収差計測に際しては、まず、図２に示したテストパターン３２〜３５の空間像の像（テストパターン３２〜３５の２次像）が複数のナイフエッジパターン（６１ａ、，６１ｂ〜６９ａ，６９ｂ）のうちの１つの近傍に位置するように、ウエハステージ制御ユニットＣＵ６によりウエハステージＷＳをＸＹ平面内で移動させる。なお、以下の説明においては、最初にテストパターン３２の２次像の位置計測を行うものとする。このとき、ウエハステージ制御ユニットＣＵ６は、テストパターン３２の２次像がナイフエッジパターン６１ａの近傍に位置するようにウエハステージＷＳをＸＹ平面で移動させる。
【００９１】
次に、レチクルステージＲＳをＸ方向に走査させつつ検出器Ｄ２にてナイフエッジパターン６１ａを介して光量検出を行う。この検出器Ｄ２によって検出された光量を図１の例と同様に演算処理することで、テストパターンの２次像のＸ方向の位置を測定できる。
その後、テストパターン３３の２次像がナイフエッジパターン６１ａの近傍に位置するようにウエハステージＷＳをＸＹ平面で移動させ、Ｙ方向に関するテストパターン３３の２次像の位置測定を行う。同様に、テストパターン３４，３５の２次像について、Ｘ軸に対して±４５°方向に関する位置測定を行う。
【００９２】
上述の位置測定において、可動開口絞りＭＡＳの開口をＸＹ平面内で移動させ異なる瞳座標で位置測定を行えば、投影光学系ＰＬの所定の物体高における横収差測定を達成できる。
次に、ウエハステージ制御ユニットＣＵ６をＸＹ平面内で移動させて、別のナイフエッジパターン６２ａの近傍にテストパターンの２次像を位置決めし、上述と同様にテストパターン３２〜３５の２次像の位置測定を行う。
【００９３】
このように、テストパターンの２次像の位置測定を複数のナイフエッジパターン（６１ａ、，６１ｂ〜６９ａ，６９ｂ）の位置で行うことにより、投影光学系２１の複数の物体位置（像位置）での横収差測定が達成できる。
なお、図１４の例では、空間像供給ユニットの移動部分ＭＰをウエハステージＷＳ内に設ける構成としているが、これらをウエハステージＷＳと別体に設けて、横収差測定時のみに投影光学系の下方に挿入する構成であっても良い。
【００９４】
さて、図１４の例では、レチクルステージＲＳのＸＹ方向での移動範囲が限られているため、レチクル側（投影光学系ＰＬの物体側）におけるＸＹ平面内での測定点を複数設ける構成としているが、レチクルステージＲＳのＸＹ平面内での可動範囲を十分に確保できる場合には、レチクルステージＲＳ上のレチクルが載置される場所とは別に像位置計測系を配置しても良い。
【００９５】
この例を図１６を参照して説明する。図１６（ａ）に示す投影露光装置において、図１４の例とは異なる点は、レチクルステージＲＳ上においてレチクルを載置する位置にナイフエッジパターン板ＫＥ２を載置する代わりに、レチクルステージＲＳ上においてレチクルＲが載置される位置とは異なる位置にナイフエッジパターン板ＫＥ３を設けた点である。なお、図１６（ａ）においては、可動絞り制御ユニットＣＵ１、ウエハステージ制御ユニットＣＵ６、レチクルステージ制御ユニットＣＵ７を制御するための中央制御ユニットＣＣＵは図示省略されている。また、投影光学系ＰＬの収差を補正するための収差制御ユニットＣＵ５も図示省略されている。
【００９６】
図１６（ｂ）に示す如く、ナイフエッジパターン板ＫＥ３は、ＸＹ方向におけるテストパターンの２次像の位置を計測するためのナイフエッジパターン２３ａと、Ｘ方向に対して±４５°方向におけるテストパターンの２次像の位置を計測するためのナイフエッジパターン２３ｂとがその表面上に例えばクロム蒸着などの手法で形成されている。
【００９７】
図１６（ａ）に戻って、ナイフエッジパターン板ＫＥ３は、そのパターンが形成されている面が、レチクルＲの回路パターン形成面と面一となるように設けられている。この図１６の例においても、ナイフエッジパターン板を通過した光量を検出するための検出器Ｄ３がナイフエッジパターン板ＫＥ３の上方（＋Ｘ方向側）に設けられている。
【００９８】
図１６の例での横収差測定に際しては、まず、ウエハステージＷＳをＸＹ平面内で移動させて、投影光学系ＰＬの像面における任意の位置にテストパターン３２〜３５の空間像を形成する。そして、レチクルステージＲＳをＸＹ平面内において移動させて、ナイフエッジパターン板ＫＥ３のナイフエッジパターン２３ａを投影光学系ＰＬによる空間像の像（テストパターン３２〜３５の２次像）近傍に位置させた後に、レチクルステージＲＳをＸ方向、Ｙ方向及びＸ軸に対して±４５°方向へ移動させてこの２次像の位置を計測する。この計測動作と、結像光学系Ｒ１中の可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１を移動とを繰り返して、所定の像高での投影光学系２１の横収差の測定を実行する。
【００９９】
投影光学系ＰＬの別の像高（物体高）での横収差測定を行う際には、ウエハステージＷＳをＸＹ平面内で移動させて、空間像供給ユニットが供給する空間像のＸＹ平面内での位置をＸＹ平面内において所望の座標に設定し、レチクルステージＲＳをこの空間像の像の位置を計測できる位置に移動させれば良い。
このように、レチクルステージＲＳの可動範囲を十分に確保できる場合には、１組のナイフエッジパターンのみで全像高における投影光学系ＰＬの横収差測定が可能となる。
【０１００】
また、上述の図１６の例において、投影露光装置がレチクルとウエハとを移動させつつ投影露光を行う走査型投影露光装置である場合には、レチクルを載置するレチクルステージＲＳの可動範囲が走査方向において十分に確保されているため、例えば図１７に示す如く、走査直交方向に沿って複数組のナイフエッジパターンの組を配列したナイフエッジパターン板ＫＥ４をナイフエッジパターン板ＫＥ３の代わりに用いれば、走査直交方向においてレチクルステージＲＳの可動範囲を十分に確保する必要がない。
【０１０１】
以上の図１４〜図１７の例では、レチクルステージＲＳを移動させることにより投影光学系ＰＬによる空間像の像位置を計測しているが、走査による像位置検出においては像との相対的な移動があれば良いため、空間像供給ユニットが位置するウエハステージＷＳを移動させる構成でも良い。この場合、ウエハステージＷＳの干渉計などの座標測定機構を利用して位置計測を行うことができるので、レチクルステージＲＳの位置を測定するための干渉計は必須ではなくなる。
【０１０２】
なお、図１４〜図１７の例に示したように、投影光学系ＰＬの像側から光束を入射させて横収差測定を行うことは、図１の横収差測定にも適用できる。
さて、上述に示した実施の形態においては、テストパターンの２次像のＸＹ平面内での位置を測定する際に、ナイフエッジパターンを用いて行っているが、位置測定の手法としてはこれに限られない。例えば、図１８（ａ）に示す如く、図６のテストパターン３２〜３５と同じピッチのＬ＆Ｓパターン状に配列された複数のスリットを有するスリット部材ＫＥ５をナイフエッジパターン板ＫＥ１〜ＫＥ４の代わりに設け、このスリット部材ＫＥ５とテストパターン３２〜３５の２次像とを相対的に走査することにより図１８（ｂ）に示す光量分布を得ても良い。この場合には、得られる光量分布が周期パターンであるため、図８において説明した位相差検出の手法を用いてテストパターンの２次像の位置を算出できる。
【０１０３】
また、図１９に示す如く、テストパターンの２次像の光強度分布を任意の強度レベルＬでスライスしたときの各交点ｘ１〜ｘ１０での位置（図９ではＸ方向）を求め、これらの各交点の位置からテストパターンの２次像全体の中点を算出することもできる。この図１９に示す方法ではテストパターンの周期性の有無にかかわらず位置計測が可能である。例えば、テストパターンがＬ＆Ｓパターンではなく、孤立線パターンである場合には、複数のスリットではなく１つのスリットからなるスリット部材を用いれば良い。このときには、スリットを介して得られる光強度分布を任意の強度でスライスしたときの交点の座標を求め、それらの交点の中点の位置からテストパターンの２次像の位置を算出できる。
【０１０４】
また、テストパターンの２次像の位置を測定する手法としては、ナイフエッジパターン或いはスリットを介して光量検出する手法に限られず、例えば図２０に示すように、テストパターンの２次像を画像検出する手法を用いても良い。図２０において、被検光学系の像面Ｉ２に形成されるテストパターンの２次像を第１のリレー光学系Ｒ２を用いて基準パターンが設けられている指標板８１上に再結像させ、この基準パターンと再結像されたテストパターンの（３次）像との位置ずれを第２のリレー光学Ｒ３系を介して例えばＣＣＤ等からなる撮像素子８２により検出すれば、指標板８１上の基準パターンに対するテストパターンの２次像のＸＹ平面内でのずれを測定できる。
【０１０５】
なお、以上に示した各実施の形態においては、テストレチクルＴＰ１を照明する際の測定用照明光学系の開口数ＮＡ０は、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の可動に対しても光束がケラレることがないよう、十分大きなＮＡを持つことが望ましい。
また、上述の各実施の形態では、可動開口絞りＭＡＳを用いて投影光学系ＰＬの瞳面の一部を占める光束を走査しているが、その代わりに、ＸＹ平面内に沿って設けられた複数の開口のうちの１つを選択する構成であっても良い。このとき、例えば複数の開口の各々にシャッタを設ける構成が考えられる。この構成は、より粗い測定の場合に有効である。ここで、粗い測定の場合には、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のとり得る位置が連続的でなく離散的であっても良い。
【０１０６】
なお、投影光学系ＰＬのあらかじめ決められた像高でのみ測定すれば良い場合には、空間像供給ユニットは可動でなくとも良い。
また、空間像供給ユニットを複数設ける場合には、測定用照明光学系におけるライトガイドとして、多分岐光ファイバ束を用いる構成や、各々の結像光学系に対応する複数のライトガイドへ選択的に光源からの光を導く構成であっても良い。
【０１０７】
また、上述の各実施の形態では、可動部分に設けられているテストパターン板ＴＰ１へライトガイドを用いて照明光を供給する構成としているが、このときに本件出願人が特願平８−６７２１９号で提案している手法を用いることができる。
なお、空間像供給ユニットは、物体側及び像側の一方だけではなく双方に設けてもかまわない。このときには、像位置計測系も物体側及び像側に設ければ良い。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による収差測定方法によれば、現実の光学系における高精度な横収差計測が可能となる。さらに、得られた横収差データから適切なデータ処理をすることによって、波面収差を求めることができる。このように、横収差測定、さらには波面収差測定が可能であるため、例えば変形照明時における収差の変動量の予測などを高精度に行うことができる。
【０１０９】
また、被検光学系の光軸に沿って複数点で測定を行えば、物体空間と像空間との双方においてテレセントリック性を計測することができる。さらに、本発明によれば、実際の被検光学系を用いて、実験的な光線追跡が可能である。そして、本発明にかかる収差測定装置を実際の投影露光装置に搭載すれば、投影光学系の収差測定が可能である。また、別途投影光学系に調整機構を設けておけば、前記収差測定の結果を投影光学系の調整に利用することができ、より良好な結像性能のもとでの露光を実現でき、高性能のデバイスを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる収差測定装置の模式図である。
【図２】図１の収差測定装置に用いられるテストパターンの一例を示す平面図である。
【図３】空間像供給ユニットＩＳＵの好適な移動範囲を説明するための図である。
【図４】図１の収差測定装置に用いられるナイフエッジパターンの一例を示す平面図である
【図５】像位置計測系ＩＰＤの好適な移動範囲を説明するための図である。
【図６】可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の好適な移動範囲を説明するための図である。
【図７】投影光学系ＰＬの瞳面における計測のための光束の好適な移動範囲を説明するための図である。
【図８】図１の収差測定装置の変形例の模式図である。
【図９】図１の収差測定装置における信号処理の一例を示す図である。
【図１０】図１の収差測定装置において光束の傾きを検出する際の構成を示す図である。
【図１１】図１の収差測定装置において投影光学系ＰＬの主光線を求める手法の一例を示す図である。
【図１２】図１の収差測定装置の変形例を示す模式図である。
【図１３】本発明にかかる収差測定装置を投影露光装置に組み込んだ構成を示す模式図である。
【図１４】図１３の投影露光装置の変形例を示す図である。
【図１５】図１４の変形例におけるナイフエッジパターンを示す平面図である。
【図１６】図１３の投影露光装置の変形例を示す図であり、（ａ）は装置全体の模式図、（ｂ）はナイフエッジパターンを示す平面図である。
【図１７】図１６の変形例におけるナイフエッジパターンを示す平面図である。
【図１８】像位置計測系における像ずれ検出の変形例を示す図であり、（ａ）はこの変形例におけるナイフエッジパターンを示す平面図であり、（ｂ）はそのときに得られる波形を示す図である。
【図１９】像位置計測系における像ずれ検出の変形例を示す図である。
【図２０】像位置計測系における像ずれ検出の変形例を示す図である。
【図２１】従来例の模式図である。
【図２２】従来例の模式図である。
【図２３】従来例の模式図である。
【符号の説明】
ＩＳＵ：空間像供給ユニット、
ＩＬＭ：測定用照明光学系、
Ｒ１ ：結像光学系、
ＭＡＳ：可動開口絞り、
ＰＬ ：投影光学系（被検光学系）、
ＩＰＤ：像位置計測系、
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば顕微鏡の対物レンズや、半導体素子または液晶表示素子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及びスキャン型投影露光装置等に備えられる投影光学系の光学性能を測定・評価する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、結像光学系の収差計測は、次の２通りの方法で行われていた。まず、第１の方法として、干渉計を用いて結像光学系の波面収差を直接計測する方法がある。この第１の方法は、例えば図２１に示すように、レーザ光源２０１からのレーザ光をビームスプリッタ２０２、フィゾーレンズ２０３を介して被検光学系である結像光学系２０４の物体面位置で集光するように入射させる。そして、結像光学系２０４から射出されるレーザ光を、駆動部２０５により図中ＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ上に設けられた反射球面２０６ａにて反射させる。この反射されたレーザ光は、結像光学系２０４、フィゾーレンズ２０３及びビームスプリッタ２０２を順に介してＣＣＤからなる検出器２０７に達する。一方、レーザ光源２０１から結像光学系へ向かうレーザ光の一部は、フィゾーレンズ２０３の参照球面（フィゾー面）２０１１で反射された後、ビームスプリッタ２０２を介して検出器２０７へ達する。この検出器２０７上では、結像光学系を２回通過したレーザ光とフィゾーレンズの参照球面２０１１で反射されたレーザ光とによる干渉縞が形成される。この干渉縞には、結像光学系２０４の波面収差に対応する情報が含まれており、フリンジスキャンを行いつつ干渉縞の画像を取り込むことにより結像光学系の波面収差を測定することができる。ここで、レーザ光源２０１、ビームスプリッタ２０２、フィゾーレンズ２０３及び検出器２０７は、駆動部２０８により図中ＸＹ方向に移動可能な筐体２００内に収められており、この筐体２００と反射球面２０６ａとを結像光学系２０４に対して相対的に移動させることにより、結像光学系の任意の像高での波面収差を求めることができる。
【０００３】
次に、第２の方法としては、光学系を介して結像させたテストパターンの空間像または焼き付け像（レジストを塗布したウェハや写真フィルムなどに投影した後現像した像）を計測し、その良否により判断する方法がある。この第２の方法を半導体製造用の露光装置に適用した例を図２２に示す。図２２において、被検光学系としての投影光学系２１１の物体面には、レチクルテーブル２１２に載置されたテストレチクル２１３が配置されており、このテストレチクル２１３には、所定のテストパターンが設けられている。このテストレチクル２１３は、水源ランプ２１４、楕円鏡２１５、インプットレンズ２１６、バンドパスフィルタ２１７、フライアイレンズ２１８及びコンデンサレンズ２１９からなる照明光学系により均一に照明される。この照明光学系による照明光により、投影光学系２１１の像面には、テストパターンの空間像が形成される。この空間像を検査用投影光学系２２０でＣＣＤからなる検出器２２１上に再結像させる。ここで、検出器２２１上の空間像を計測することにより、投影光学系２１１の収差を測定できる。
【０００４】
また、図２３は、テストパターンの像をレジストが塗布されたウエハ２２２上に形成する焼き付け像計測方式を示す図である。尚、図２３において、図２２と同様の機能を達成する部材には同一の符号を付している。図２３において、このウエハ２２２は、図中ＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ２２３上に設けられたウエハホルダ２２４上に載置されている。ここで、照明光学系によりテストレチクルを照明して、ウエハ２２２上にテストパターン像を投影し、このウエハ２２２の現像処理を行ってレジスト像を得て、このレジスト像を光学顕微鏡や電子顕微鏡などにより観察・計測することにより、投影光学系の収差を測定できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した収差測定方法のうち、第１の方法、すなわち干渉計による波面収差計測による場合には、レーザ光源２０１として可干渉距離（コヒーレンス長）が長いものを用いる必要がある。言い換えると、被検光学系としての結像レンズ２０４が使用する波長領域内の波長で、可干渉距離の長いレーザ光源が要求される。ここで、例えば半導体製造のための露光装置に用いられる光源としては、水銀ランプのｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）、またエキシマレーザのＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９３ｎｍ）等が用いられているが、全てそのまま干渉計に使えるような可干渉距離の長い光源ではない。よって、別の可干渉距離の長いレーザ光源を用いることになるが、本来の光源と全く同一の波長領域を持つ光源は見あたらないのが実状である。
【０００６】
この場合、被検光学系としての結像レンズ２０４が使用する波長領域外の波長のレーザ光を供給するレーザ光源を使用せざるを得ないが、このときには、使用波長領域とは異なる波長で波面収差を計測し、この計測結果に基づいて使用波長領域での波面収差をシミュレーションするという技術が必要となり、精度と信頼性が低下する可能性が高いという問題点がある。
【０００７】
また、第２の方法は、光学的な収差を直接検出するのではなく、収差が像に与える影響を検査するものである、よって厳密な意味での光学的な収差を測っていることにはならない。また、テストパターンに対しての情報しか得られないため、実際に被検レンズの波面収差を求める方法と比較すると情報量が圧倒的に少ない問題点がある。
【０００８】
そこで、本発明は、被検光学系の全ての結像性能に対応している横収差を高精度に計測することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明にかかる収差測定方法は、被検光学系の収差を測定する収差測定方法であって、例えば図１に示す如く、被検光学系の物体側及び像側の少なくとも一方に配置された空間像供給ユニット（ＩＳＵ）により空間像を被検光学系（ＰＬ）に供給する工程と、被検光学系により再結像された空間像の像の位置を像位置計測系（ＩＰＤ）により計測する工程をと含み、空間像供給ユニットは、被検光学系の瞳の領域の一部を通過する光束（ＮＡ１）のみを用いて前記被検光学系へ空間像を供給するものである。
【００１０】
本発明の好ましい態様においては、被検光学系の瞳の領域の一部を通過する光束の前記瞳の領域内における位置は変更可能であり、複数の瞳の領域内の位置を通過する光束を用いて空間像の像の位置をそれぞれ計測するものである。また、本発明の好ましい態様においては、被検光学系を横切る方向において被検光学系に対する空間像の位置は変更可能であり、複数の空間像の位置において空間像の像の位置をそれぞれ計測するものである。
また、本発明の好ましい態様においては、被検光学系の光軸方向に沿った複数の位置で空間像の像の位置を計測するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上述のように、本発明においては、被検光学系（ＰＬ）の瞳（ＡＳｐ）の領域の一部を通過する光束が披検光学系（ＰＬ）を通過した後に、どのように偏向するか（空間像の像位置がどのように変位するか）を測定することができるため、この測定結果より被検光学系の瞳面（ＡＳｐ）上のある位置を通過する光束に関する横収差量を求めることができる。
【００１２】
また、被検光学系（ＰＬ）の瞳面（ＡＳｐ）における光束の通過位置を変更することにより、例えばメリジオナル方向・サジタル方向の横収差曲線を得ることができる。なお、本発明においては、横収差曲線を得るときの瞳座標のとりかたはメリジオナル方向・サジタル方向には限られない。また、空間像供給ユニット（ＩＳＵ）による空間像の位置を被検光学系（ＰＬ）の光軸（Ａｘｐ）を横切る方向へ移動させることにより、複数の物体高（像高）における被検光学系の横収差を測定することができる。
【００１３】
また、被検光学系（ＰＬ）による空間像の像の位置を計測するときに、被検光学系（ＰＬ）の光軸（Ａｘｐ）に沿った方向における複数の位置で計測を行うことにより、例えば被検光学系のテレセントリック性を測定することができる。なお、本発明においては、任意の像高に達する光束の被検光学系の光軸に対する傾きの度合い（テレセントリック性）だけではなく、任意の像高に達する光束の傾きの絶対値を測定することができるため、所定の傾きをもつ軸を基準として、この光束の傾きの測定を行うこともできる。
【００１４】
次に、図１を参照して本発明の一つの態様にかかる収差測定方法及び収差測定装置について説明する。図１は、被検光学系としての投影光学系ＰＬの横収差を測定するための収差測定装置を概略的に示す図である。この図１に示す収差測定装置は、半導体製造のための投影露光装置に設けられて、レチクル（或いはマスク）上の回路パターンをウエハやプレートなどの基板上に投影するための投影光学系を被検光学系とするものである。
【００１５】
この投影光学系ＰＬが使用される波長は、例えば水銀ランプ輝線の波長３６５ｎｍのｉ線、波長４３６ｎｍのｇ線である（投影光学系ＰＬの使用波長がエキシマレーザの２４８ｎｍや１９３ｎｍなどの場合は後述する）。図１において、投影光学系ＰＬの図中＋Ｚ方向側（投影光学系ＰＬの物体側）には、所定のテストパターンが設けられたテストレチクルＴＰ１を照明する測定用照明光学系ＩＬＭと、テストレチクルＴＰ１上のテストパターンの像（空間像）を中間像面Ｉ１（投影光学系ＰＬの物体面）上に形成する結像光学系Ｒ１とを備える空間像供給ユニットＩＳＵが配置されている。
【００１６】
ここで、測定用照明光学系ＩＬＭは、照明光を発生する光源としての水銀ランプ１１、回転楕円体形状の楕円反射鏡１２、インプットレンズ１３、バンドパスフィルタ１４、集光レンズ１５、ライトガイド１６、ライトガイド１６からの光をテストレチクルＴＰ１へ導くコンデンサレンズ１７とを備えている。水銀ランプ１１からの光は、楕円反射鏡１２によってその第２焦点位置近傍に集光されて水銀ランプ１１の輝点の像（光源像）を形成する。この光源像からの光は、光源像位置に前側焦点が位置するように配置されたインプットレンズ１３によって実質的な平行光束に変換されて、バンドパスフィルタ１４に達する。このバンドパスフィルタ１４は、投影光学系ＰＬが使用される波長域の光とほぼ同じ波長域の光を通過させる機能を有する。図１の例では、バンドパスフィルタ１４はｉ線或いはｇ線の光を透過させる。バンドパスフィルタ１４を通過した実質的な平行光束は、集光レンズ１５によってライトガイド１６の入射端に集光される。このライトガイド１６により伝送された光は、このライトガイド１６の射出端面に面光源（２次光源）を形成する。このライトガイド１６としては、入射端において不均一な光量分布であっても射出端における光量分布を均一なものにするものを用いることが望ましい。このようなものとしては、多数の光ファイバーをランダムに束ねて構成されたランダム光ファイバー束を用いることができる。次に、ライトガイド１６の射出端面からの光は、この射出端面に前側焦点位置が位置するように設けられたコンデンサレンズ１７を介して、テストレチクルＴＰ１をケーラー照明のもとで均一に照明する。
【００１７】
このテストレチクルＴＰ１上には、例えば図２に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＸ軸（或いはＹ軸）に対して±４５°方向に沿って４つのライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンと称する）３２〜３５がテストパターンとして設けられている。これらのテストパターン３２〜３５は、テストレチクルＴＰ１上に設けられた遮光部３１に光透過パターンとして設けられている。ここで、これらのＬ＆Ｓパターン３２〜３５の各々におけるライン・アンド・スペースの本数は任意に設定される。
【００１８】
図１に戻って、空間像供給ユニットＩＳＵ内の結像光学系Ｒ１は、ともに正屈折力の２つのレンズ群Ｒ１１，Ｒ１２を含み、これらの正レンズ群Ｒ１１，Ｒ１２の間には、開口ＡＳ１が光軸に垂直な平面内（図１の例ではＸＹ平面内）で移動可能に構成された可動開口絞りＭＡＳが設けられている。可動絞り制御ユニットＣＵ１は、可動開口絞りＭＡＳを駆動して開口ＡＳ１の位置を光軸直交面内において移動させ、かつ図示なきエンコーダや干渉計により開口ＡＳ１のＸＹ平面内における位置を検出する。このように可動絞り制御ユニットＣＵ１は、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の座標管理を行っている。この可動絞り制御ユニットＣＵ１は、中央制御ユニットＣＣＵに接続されている。可動絞り制御ユニットＣＵ１は、この中央制御ユニットＣＣＵからの制御信号に基づいて開口ＡＳ１の位置制御を行い、かつ中央制御ユニットＣＣＵへ開口ＡＳ１の座標を伝達する。
【００１９】
また、空間像供給ユニットＩＳＵにおいて、結像光学系Ｒ１が形成する空間像の位置を中間像面Ｉ１内で投影光学系ＰＬの光軸Ａｘを横切る方向へ変更するために、テストレチクルＴＰ１、ライトガイド１６の射出端、コンデンサレンズ１７及び結像光学系Ｒ１（以下、空間像検出ユニットＩＳＵの移動部分ＭＰと称する）は図中ＸＹ平面内で一体に移動可能に設けられている。ここで、空間像位置制御ユニットＣＵ２は、これらの空間像検出ユニットＩＳＵの移動部分ＭＰを一体に移動させ、かつこれらの移動部分ＭＰのＸＹ平面内における位置を検出する。この空間像位置制御ユニットＣＵ２は、上述の中央制御ユニットＣＣＵに接続されている。空間像位置制御ユニットＣＵ２は、中央制御ユニットＣＣＵからの制御信号に基づいてテストパターンの空間像の位置をＸＹ平面内で移動させ、かつこの空間像のＸＹ平面内の位置を中央制御ユニットＣＣＵへ伝達する。
【００２０】
ここで、図３に示すように、空間像の位置の移動範囲ＭＡ１は、投影光学系ＰＬの物体面における視野ＦＡの領域を包含するように定められることが望ましい。なお、空間像供給ユニットＩＳＵの移動に際しては、結像光学系Ｒ１の光軸がＺ軸に対して傾かないように設けられている。
さて、図１に戻って、投影光学系ＰＬは、正屈折力のレンズ群Ｇ１，Ｇ２とその間に配置された開口絞りＡＳｐとを有している。そして、空間像供給ユニットＩＳＵによる空間像は、この投影光学系ＰＬにより再結像される。図１において、投影光学系ＰＬの図中ーＺ方向側（投影光学系ＰＬの像側）には、投影光学系ＰＬによって再結像された空間像のＸＹ平面内での位置を少なくとも検出するための像位置計測系ＩＰＤが設けられている。
【００２１】
この像位置計測系ＩＰＤは、投影光学系ＰＬの像面に配置されてその表面上に所定の透過パターンが形成されたナイフエッジパターン板ＫＥ１と、ナイフエッジパターン板ＫＥ１の透過パターンを介した光の光量を検出するための検出器Ｄ１と、ＸＹ平面内及びＺ方向に沿って移動可能な検出ステージ２１と、検出ステージ２１をＸＹ平面内及びＺ方法へ移動させるように駆動し、かつ検出ステージ２１のＸＹ平面内及びＺ方向における位置を図示なき干渉計などで検出する検出ステージ制御ユニットＣＵ３とを備えている。この像位置計測系ＩＰＤに半導体露光装置のアライメント光学系の技術を適用することにより、現在ではナノオーダ（ｎｍ＝１０Ｅ−６ｍｍ）の精度で位置計測を行うことができる
このナイフエッジパターン板ＫＥ１の光透過パターンは、ガラス基板の表面に遮光性の蒸着膜（例えばクロムなどの蒸着膜）で構成されている。ナイフエッジパターン板ＫＥ１の光透過部は、例えば図４に示す通り、Ｘ軸及びＹ軸に沿った辺を有する矩形状の光透過部２２ａと、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５°方向に沿った辺を有する矩形状の光透過部２２ｂとから構成されている。
【００２２】
ここで、検出器Ｄ１は、光透過部２２ａ，２２ｂを通過する光束に対して十分に広い面積を有しかつそれ自体の受光面の感度ムラ及び受光する光の角度方向における感度ムラがないものを用いることが好ましい。
上述の検出ステージ制御ユニットＣＵ３は、上述した中央制御ユニットＣＣＵに接続されている。検出ステージ制御ユニットＣＵ３は、中央制御ユニットＣＣＵからの制御信号に基づいて検出ステージ２１のＸＹ平面内の位置並びにＺ方向の位置を変更し、かつ検出ステージ２１のＸＹＺ座標を中央制御ユニットＣＣＵへ伝達する。また、検出器Ｄ１も中央制御ユニットＣＣＵに接続されており、検出器Ｄ１からの検出出力は、中央制御ユニットＣＣＵへ伝達される。
【００２３】
また、ＸＹ平面内において上記光透過部２２ａ，２２ｂが移動する範囲が像位置計測系ＩＰＤにより検出可能な範囲ＭＡ２となるが、図５に示すように、この範囲ＭＡ２は投影光学系ＰＬによる像が形成される領域ＩＡを包含するように定められることが好ましい。
さて、図１に戻って、測定用照明光学系ＩＬＭはテストレチクルＴＰ１側の開口数ＮＡ０を有する、すなわちテストレチクルＴＰ１は開口数ＮＡ０の光束によって照明される。照明されたテストレチクルＴＰ１からの光は、結像光学系Ｒ１へ向かうが、結像光学系Ｒ１中には、結像光学系Ｒ１自体の開口数を決定するための可動開口絞りＭＡＳが設けられており、この可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１により結像光学系Ｒ１を通過する光束が制限されるため、結像光学系Ｒ１からは、開口数ＮＡ０よりも小さな開口数ＮＡ１の光束が射出される。言い換えると、結像光学系Ｒ１の像側（投影光学系ＰＬ側）開口数は開口数ＮＡ１である。仮に結像光学系Ｒ１において可動開口絞りＭＡＳをその光路中から除いたときには、結像光学系Ｒ１からは開口数ＮＡ３の光束が射出される。
【００２４】
前述の通り、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１は、ＸＹ平面内で移動可能に構成されている。図６に示すように、この可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内における移動範囲ＭＡ３は、可動開口絞りＭＡＳの位置における上記開口数ＮＡ３の光束に対応する光束のＸＹ平面内で占める領域ＮＡ１１よりも狭くなるように設定される。
【００２５】
投影光学系ＰＬは、その開口絞りＡＳｐによって定まる物体側開口数ＮＡ２を有している。ここで、結像光学系Ｒ１から投影光学系ＰＬへは開口数ＮＡ１の光束が入射するが、結像光学系Ｒ１の像側開口数ＮＡ１は投影光学系の物体側開口数ＮＡ２に対して小さくなるように設定されている。従って、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳｐの位置では、結像光学系Ｒ１からの光束は開口絞りＡＳｐの開口の領域を通過することになる。
【００２６】
図２において説明したテストレチクルＴＰ１上のＬ＆Ｓパターン３２〜３５は、その線幅及びピッチが結像光学系Ｒ１の像側開口数ＮＡ１によっても解像可能となるように決められている。言い換えると、開口数ＮＡ０の光によって照明されたＬ＆Ｓパターン３２〜３５から発生する回折光成分のうち少なくとも２つの回折光（例えば０次回折光、±１次回折光）は、可動開口絞りＭＡＳの開口を通過する。或いは可動開口絞りＭＡＳの開口は、照明されたテストパターンからの光のうち少なくとも像形成に必要な情報を持つ光を通過させる。
【００２７】
なお、テストレチクルＴＰ１上のテストパターンとして、十字線などの孤立線パターンが用いられる場合には、その線幅を結像光学系Ｒ１の像側開口数ＮＡ１によっても解像可能となるように定めれば良い。
このように、結像光学系Ｒ１は、開口数ＮＡ１の光に基づいてテストレチクルＴＰ１上のテストパターン（Ｌ＆Ｓパターン）の空間像を形成する。
【００２８】
図１に戻って、本実施の形態においては、結像光学系Ｒ１の横収差は実質的に発生しないと見なすことができる。従って、結像光学系Ｒ１の像面（投影光学系ＰＬの物体面）内における空間像のＸＹ平面内の位置は、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の位置が変更されたとしても変化しない。可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内における位置を変えると、空間像に達する開口数ＮＡ１の光束のＺ軸に対する傾きが変化する。ここで、開口ＡＳ１のＸＹ平面内における位置と空間像位置での開口数ＮＡ１の光束のＺ軸に対する傾きとは１対１の対応関係にあり、開口ＡＳ１のＸＹ平面内における位置は、可動絞り制御ユニットＣＵ１により座標管理されているので、中間像面Ｉ１上の空間像に達する光束、すなわち被検光学系である投影光学系ＰＬに入射する光束の傾きを任意に設定することができる。
【００２９】
このとき、投影光学系ＰＬへ入射する光束の入射角と可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内の位置との対応関係をあらかじめ求めておくことが好ましい。例えば図１において、空間像が形成される位置から−Ｚ方向へ所定の距離だけ離れたＸＹ平面内における光束の到達する位置を開口ＡＳ１を移動させつつ（または開口ＡＳ１の位置ごとに）測定し、この測定された位置を角度換算すれば、開口ＡＳ１のＸＹ平面内の位置と空間像位置での光束の傾き角との位置関係を正確に換算することができる。なお、この位置関係は、中央制御ユニットＣＣＵ内のメモリーなどにテーブルの形で記憶させておくことが好ましい。
【００３０】
結像光学系Ｒ１からの開口数ＮＡ１の光束は、投影光学系ＰＬの光軸Ａｘｐに対して所定の傾きをもって入射し、投影光学系ＰＬ中の正レンズ群Ｇ１を経て開口絞りＡＳｐに達する。この開口絞りＡＳｐの位置には、レンズ群Ｒ１２とレンズ群Ｇ１との合成の光学系により可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の像が形成される。この開口ＡＳ１の像の大きさは、上記合成の光学系Ｒ１２，Ｇ１の横倍率によって定まる。
【００３１】
図７に示すように、この投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳｐの面（投影光学系ＰＬの瞳面）では、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の像（開口絞りＡＳｐの面における開口数ＮＡ１の光束に対応する光束の占める領域）ＮＡ１ａは、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳｐの開口の領域（投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡ２に対応する光束が開口絞りＡＳｐの位置で占める領域）ＮＡ２ａのうちの一部の領域となる。ここで、開口ＡＳ１の像である領域ＮＡ１ａは、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内の移動に伴って、開口絞りＡＳｐの面内で移動する。この領域ＮＡ１ａの移動範囲ＭＡ４は、開口絞りＡＳｐの領域ＮＡ２ａを包含するように定められることが好ましい。
【００３２】
図１に戻って、開口絞りＡＳｐを通過した光束は、正レンズ群Ｇ２を経て投影光学系の像面に達する。ここで、結像光学系の像側開口数ＮＡ１を被検光学系である投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡ２よりも十分に小さく設定すれば（ＮＡ１＜＜ＮＡ２とすれば）、実質的に投影光学系ＰＬに対して光線追跡を行っていると見なせる。従って、投影光学系が理想光学系である場合に投影光学系ＰＬの像面上における空間像の像のＸＹ平面内の位置（以下、空間像の像の理想結像位置と呼ぶ）を基準として、開口数ＮＡ１の光束によって作られる空間像の像のＸＹ平面内での位置ずれを測定すれば、投影光学系ＰＬの入射瞳（或いは射出瞳）における所定の位置での投影光学系ＰＬの横収差量を測定していることになる。
【００３３】
なお、開口絞りＡＳｐが投影光学系に存在しない場合には、投影光学系の入射瞳或いは射出瞳の面内で、開口の領域の代わりに物体側開口数ＮＡ２の光束が占める領域を考えれば良い。
このように、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内の位置を任意に変更して、投影光学系ＰＬに所定の傾きを持つ光束のみを入射させることにより、投影光学系ＰＬの瞳上の任意の位置を通過する光束に関する横収差量を求めることができる。
【００３４】
さて、以上の説明は、投影光学系ＰＬが両側テレセントリック（物体側・像側の双方がテレセントリック）の場合のみに成立するものではなく、投影光学系が非テレセントリックな光学系である場合にも成立する。
この場合、図８に示すように、結像光学系Ｒ１において可動開口絞りＭＡＳをその光路中から除いたときの像側開口数ＮＡ３が、投影光学系ＰＬの視野ＦＡの領域内のどの物体高においても物体側開口数ＮＡ２を包含するように設定すれば良い。すなわち、この開口ＡＳ１によって定まる開口数ＮＡ１の光束が投影光学系の物体側開口数ＮＡ２の全ての範囲を包含できるように、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内での移動範囲を設定すれば良い。例えば、投影光学系ＰＬの入射瞳位置が投影光学系ＰＬの物体面よりも像側である場合には、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の移動範囲を投影光学系ＰＬの光軸から離れる方向に広げれば良い。
【００３５】
さて、被検光学系としての投影光学系ＰＬに残存する収差がある場合には、投影光学系ＰＬの像面Ｉ２上でのテストパターンの２次像が、理想結像状態に対してＸＹ平面内で位置ずれを起こす。ここで、このテストパターンの２次像の位置ずれ量は、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１を通過する光線群の平均的なＸ方向、Ｙ方向、Ｘ方向に対して±４５°方向の位置ずれ量と実質的に同じ値を示す。
【００３６】
次に、投影光学系ＰＬによる空間像の像（テストパターンの２次像）のＸＹ平面内での位置測定について説明する。なお、以下の説明においては、図２に示したテストパターン３２の２次像のＸ方向における位置測定について最初に説明する。
結像光学系Ｒ１及び投影光学系ＰＬを介した開口数ＮＡ１の光束によって形成されるテストパターン３２の２次像は、投影光学系の像面Ｉ２（ナイフエッジパターン板ＫＥ１の表面）において図９（ａ）に示す如き光強度分布となる。尚、図９（ａ）において縦軸は光強度Ｉであり横軸はＸ軸である。そして、このテストパターン２ｂの２次像が光透過部２２ａのＸ方向に沿って位置するように、検出ステージ２１を制御する。
【００３７】
その後、検出ステージ２１をＸ方向に沿って等速移動させると、光透過部２２ａを通過して検出器Ｄ１で検出される光束の光強度は、図９（ｂ）に示す如き分布となる。図９（ｂ）において、縦軸は光強度Ｉであり、横軸は時間Ｔである。本実施の形態では、検出ステージ２１を制御する検出ステージ制御ユニットＣＵ３内の干渉計からの出力によって、図９（ｂ）の出力を横軸がＸ軸となるように変換して、図９（ｃ）に示すＸ方向における座標に対する光強度Ｉの光量分布を得ている。なお、検出ステージの移動が等速移動でない場合には、図８（ｂ）に示す光量分布にはならないが、これを検出ステージ制御ユニットＣＵ３内の干渉計の出力により変換すれば、図９（ｃ）に示す通りの光量分布を得ることができる。
【００３８】
図９（ｃ）に示す光量分布を時間Ｔで微分すると、図９（ｄ）に示す通り、ｄＩ／ｄＴの波形が得られる。この図９（ｄ）に示す波形は、図９（ａ）に示したテストパターン３２の２次像のＸ方向における光強度分布となる。
本実施の形態では、得られた光強度分布が周期パターンであるため、周期パターンの位相成分が基準位置からどの程度ずれたかによって位置検出を行う位相差検出法によりテストパターン３２の位置検出を行っている。
【００３９】
具体的には、本願出願人による特開平１−２９９４０２号に開示している手法を用いることができる。この手法につき簡単に説明すると、図９（ｄ）において、ある一点を原点０と仮定し、この光強度分布をＸ方向に関する関数ｆ（ｘ）とする。そして、所定の領域において関数ｆ（ｘ）と同じ周期を持つサイン関数に関する関数ｆ（ｘ）のフーリエ係数Ｓと、関数ｆ（ｘ）と同じ周期を持つコサイン関数に関する関数ｆ（ｘ）のフーリエ係数Ｃとを得る。これら２つのフーリエ係数から、テストパターン３２の２次像のＸ方向における光強度分布の位相ずれ成分（テストパターン３２の２次像のＸ方向における原点からの位置ずれ）を求めることができる。
【００４０】
その後、上述の測定と同様に、Ｙ方向における位置検出をテストパターン３３の２次像について、Ｘ方向に対して＋４５°（時計回りの方向を＋とする）方向における位置検出をテストパターン３４の２次像について、Ｘ方向に対してー４５°方向における位置検出をテストパターン３５の２次像について行う。
これにより、投影光学系ＰＬの横収差によって発生するテストパターンの２次像の位置ずれのうち、Ｘ方向、Ｙ方向及びＸ方向に対して±４５°方向の位置ずれを測定できる。
次に、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のＸＹ平面内で移動させ、投影光学系ＰＬへ入射する開口数ＮＡ１の光束の入射角度を変更した後、テストパターンの２次像の位置計測を行うことにより、投影光学系ＰＬの瞳座標上の別の一点での横収差計測を行う。このように、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の移動とテストパターンの２次像の位置計測を繰り返してデータの収集・整理を行うことにより、投影光学系ＰＬへ入射する光線のうちの所定の１つの光線、例えば主光線を基準とした横収差計測が可能となる。
【００４１】
このような波面収差の計算手法の元となる理論は、例えば、「幾何光学」：三宅和夫著、共立出版Ｐ１０３〜Ｐ１０４に示されている。理論的には計測点等全てが連続的に分布し、アナログ的な処理（ここでは積分）も可能であるが、現実的にはコンピュータによるデジタル処理を行うため、離散的に得られた波面収差データを最小二乗法等の多項式解析手法によりデータ処理を行うことになる。それにより、実用上問題ない（理論値と大差ない）多項式近似による波面収差を求めることができる。このような手法は、デジタル信号処理の分野では一般的であり特に高度な技術ではない。
【００４２】
さて、前述したように、本実施の形態においては、空間像空間像供給ユニットＩＳＵは、ＸＹ平面内において移動可能に構成されており、テストパターンの像のＸＹ方向における位置を変更できる。従って、上述した所定の物体高（像高）における横収差測定のみならず、任意の物体高（像高）における横収差測定を行うことができる。
【００４３】
上述の如き横収差計測は、中央制御ユニットＣＣＵの制御により行われる。図１を参照してこの制御について簡単に説明する。
まず、図１において、中央制御ユニットＣＣＵに接続されている入力ユニットＩＮＰから、
▲１▼物点（或いは像点）のＸＹ座標に関する情報、
▲２▼投影光学系ＰＬに入射させる光束の角度に関する情報、
▲３▼出力形式（横収差、波面収差）に関する情報、
を入力する。なお、上記▲２▼は、可動開口絞りＭＡＳの位置座標に一義的に対応する。また、上記▲１▼及び▲２▼の情報について、複数の座標を同時に指定しても良い。
【００４４】
中央制御ユニットＣＣＵは、入力ユニットＩＮＰから入力される上記▲１▼の情報に基づいて、空間像供給ユニットＩＳＵの移動部分ＭＰのＸＹ座標を演算する、或いはメモリーから呼び出し、空間像位置制御ユニットＣＵ２に対して、移動部分ＭＰが演算された（呼び出された）座標に位置するように制御信号を伝達する。これにより、空間像供給ユニットＩＳＵによる空間像のＸＹ座標は、入力ユニットＩＮＰから入力された上記▲１▼の座標となる。
【００４５】
次に、中央制御ユニットＣＣＵは、入力ユニットＩＮＰから入力される上記▲２▼の情報に基き、中央制御ユニットＣＣＵ内のメモリーからＭＡＳの開口ＡＳ１の座標と光束の傾き角との関係を記憶しているテーブルを参照して、前記開口ＡＳ１の座標を設定すればよい。
中央制御ユニットＣＣＵは、この演算結果に基づいて、開口ＡＳ１を介した光束が投影光学系ＰＬの瞳面において演算された瞳座標となるように、可動絞り制御ユニットＣＵ１に対して制御信号を伝達する。これにより、投影光学系ＰＬに入射させる光束の角度が入力ユニットＩＮＰで入力された上記▲２▼の座標となる。
【００４６】
その後、中央制御ユニットＣＣＵは、図９で説明した通りの計測を実行するように、検出ステージ制御ユニットＣＵ３に対して制御信号を伝達する。この計測を行うと、中央制御ユニットＣＣＵへは、検出器Ｄ１の検出出力と検出ステージ２１のＸＹ座標とが出力される。
中央制御ユニットＣＣＵは、検出器Ｄ１からの出力と検出ステージ２１のＸＹ座標とに基づいて、図９において説明した信号処理を行い、テストパターンの２次像のＸＹ座標を算出する。この算出結果は、▲１▼物点（或いは像点）のＸＹ座標に関する情報及び▲２▼投影光学系ＰＬに入射させる光束の角度に関する情報と関連づけられて、中央制御ユニットＣＣＵ内のメモリーに保管される。
【００４７】
上述の▲１▼及び▲２▼において、複数の座標が指定されている場合には、以上の検出動作を指定された座標の分だけ繰り返す。
次に、中央制御ユニットＣＣＵは、入力ユニットＩＮＰから入力された上記▲３▼での出力形式が波面収差であれば、得られた横収差から波面収差を算出し、出力形式が横収差のみであれば横収差量と▲１▼及び▲２▼の座標とを関連づけて、例えばディスプレイからなる出力ユニットＯＵから結果を出力する。
【００４８】
なお、以上に示した制御は一例であって、本実施の形態にかかる収差測定装置では、被検光学系の任意の物体高における任意の傾きの光束に関する横収差量を計測することができ、上記の制御の形態には限られない。さて、実際の光線追跡においては、入射角度の異なる光線のうち、主光線を基準としてその他の光線の位置ズレ量を表すのが一般的である。
【００４９】
投影光学系ＰＬが完全に両側テレセントリックの理想的光学系であるならば、入射光線の傾きが０である光線を主光線として、その光線の像点位置を基準として上述の横収差を求めればよいが、完全に両側テレセントリックでない場合は主光線自体をそれぞれの像高（物体高）で設定しなければならない。
被検光学系としての投影光学系ＰＬの主光線は、投影光学系の物体面における所定の物体高の一点から発生する光線群（光束）のうち、投影光学系によってケラレることなしに通過する光束の集まりのうちの中心の光線と定義することができる。
【００５０】
次に、図１０及び図１１を参照して主光線の測定について説明する。図１０は、図１に示した収差測定装置の要部を示す図である。図１１（ａ）は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳｐ位置での光束の状態を示す図であり、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は開口絞りＡｓｐでの座標と検出器Ｄ１での出力（光量）との関係を示す図である。
【００５１】
ここでは、図の説明を容易化するために投影レンズ光軸を中心としたＸＹ座標系を規定した際、ほぼＸ軸上に物体が位置するときについて説明する。そのため、メリジオナル方向はＸ軸方向となりサジタル方向はＹ軸方向となる。実際には物体位置は任意である。
まず、図１０においてＸ軸上に物体位置を設定する、可動開口絞り制御ユニットＣＵ１により、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１をメリジオナル方向（ここではＸ方向となる）へ移動させる。このとき、図１１（ａ）に示す通り、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳｐの位置において開口ＡＳ１によって定まる光束ＮＡ１ａは走査される。この走査においては光束ＮＡ１ａが開口絞りＡＳｐの開口の領域外の完全に遮光される位置から走査する。
【００５２】
この走査された光束は、投影光学系ＰＬから射出して、像面近傍に置かれた検出器Ｄ１に達する。この検出器としては、投影光学系から射出される光量を測定できればよいため、図１０の例では像位置計測系ＩＰＤの検出器Ｄ１と共用している。但し、像位置計測系ＩＰＤの検出ステージ２１上に検出器Ｄ１とは別に光量センサを設ける構成であっても良い。
【００５３】
このとき、検出器Ｄ１にて検出される光量と可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の座標との関係は、図１１（ｂ）に示される通りの光量分布となる。このとき、開口ＡＳ１を通過した光束のうち、約半分の光束が受光系に到達する開口ＡＳ１の位置が、投影光学系ＰＬを通過できる最大の光線位置と考えられる（光量が半分になる位置である）。ここで、最大の光線位置の中点の座標を求めれば、その座標がメリジオナル方向（ここではＸ方向）の中心座標を表す。
【００５４】
その後、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１を、前記メリジオナル方向（ここではＸ方向）の中心座標を通り、かつサジタル方向（ここではＹ方向）に移動させる。このとき、メリジオナル方向（Ｘ方向）と同様に投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳｐの位置において開口ＡＳ１によって定まる光束ＮＡ１ａはサジタル方向（ここではＹ方向に）走査される。この走査においても光束ＮＡ１ａが開口絞りＡＳｐの開口の領域外の完全に遮光される位置から走査する。
【００５５】
この走査された光束は、投影光学系ＰＬから射出して、像面近傍に置かれた検出器Ｄ１に達する。このとき、検出器Ｄ１にて検出される光量と可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の座標との関係は、図１１（ｃ）に示される通りの光量分布となる。このとき、開口ＡＳ１を通過した光束のうち、約半分の光束が受光系に到達する開口ＡＳ１の位置が、投影光学系ＰＬを通過できる最大の光線位置と考えられる（光量が半分になる位置である）。ここで、最大の光線位置の中点の座標を求めれば、その座標がサジタル方向（ここではＹ方向）の中心座標を表す。
【００５６】
これにより、物体位置におけるメリジオナル方向とサジタル方向に関して最大の光線位置の中点座標が求められ、その座標が主光線を供給する開口ＡＳ１の座標となる。
ここでは、投影光学系における光束のケラレが開口絞りＡＳｐ於いてのみ発生する理想的な状態を表しているが、計測上必ずしもその必要はない。開口絞り以外のレンズ鏡筒や絞り等により光束がけられていても同様の計測が可能である。また、開口絞りの形状も丸に限る必要もない。
【００５７】
さらに、この計測の簡単な応用例として口径食（ビグネッティング）や像面内（物体面内）のＮＡ均一性の計測も可能である。前記主光線を供給する開口ＡＳ１の位置を中心に前記メリジオナル方向とサジタル方向以外の放射方向にも開口ＡＳ１を移動させ同様の計測を行い、投影光学系を通過可能な最大の光線位置を適当細かく計測してゆけば、最大光線を示す開口ＡＳ１の座標位置を結んだ図形から投影光学系の任意像点における瞳形状の歪み具合や大きさの違いが計測できる、これから投影光学系の持つ口径食（ビグネッティング）とＮＡ均一性が判る。
【００５８】
また、図１０（図１）に示す収差測定装置では、検出ステージ２１が図中±Ｚ方向に沿って移動可能に構成されているため、被検光学系である投影光学系ＰＬへ入射する光束の入射角と、投影光学系ＰＬから射出される光束の射出角との関係を測定することができる。図１０において、まず、入力ユニットＩＮＰを介して投影光学系ＰＬへ入射する光束の角度を所望の値に設定する。中央制御ユニットＣＣＵは、入射光束の角度と可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の座標との関係が記憶されているテーブルを参照して、設定された入射角になるように可動開口絞り制御ユニットＣＵ１へ制御信号を伝達する。これにより、開口ＡＳ１が位置決めされる。
【００５９】
次に、像位置計測系ＩＰＤの検出ステージ２１をＺ軸に沿って移動させて、Ｚ軸に関して複数点でテストパターンの２次像のＸＹ平面内での位置を計測する。この際、ＸＹ平面内の座標を確定するために、少なくてもに互いに直交する方向（例えばＸ方向とＹ方向等）に関しての位置計測を行う。
中央制御ユニットＣＣＵは、Ｚ軸位置と計測されたＸＹ平面内の位置とに基づいて、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１によって決定された光束の像面近傍における射出角を求める。具体的な方法例としては、前記方法により求められた計測点座標を通る直線の方程式を求め（多数の計測点の場合は最小二乗直線）、その方向余弦から射出角（各軸に対する角度）を決定できる。
【００６０】
前述したように、結像光学系Ｒ１の像側開口数ＮＡ１が投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡ２に比較して十分に小さいため、上記の光束の像面近傍の角度は、光線追跡による光線の入射角（物体位置での傾き）と射出角（像位置での傾き）にほぼ一致する。
このように、図１０（図１）の例では、投影光学系に任意の入射角で入射した光線に対する射出角の計測が可能である。入射角の設定は可動開口絞りのＸＹ座標から換算し、射出角の計測は位置計測系で測定可能である。よって、入射光線の位置と角度、さらに射出光線の位置と角度が計測可能であり、通常の光線追跡と同様の実験的光線追跡が行えるといえる。
【００６１】
なお、上述で説明した主光線を供給する開口ＡＳ１の座標を用いると、投影光学系ＰＬのテレセントリック性を測定することができる。あらかじめ、開口ＡＳ１の座標位置と入射角の対応関係において、開口ＡＳ１の座標原点がＺ軸に平行な入射角０に対応するような座標系を設定しておく。このような操作は、前記開口ＡＳ１の座標位置と入射角の関係が明らかであるから容易に行うことができる。このとき前記主光線を供給する開口ＡＳ１の座標値（原点からのずれ）は入射角に換算され物体側テレセントリック性を示す。入射角は定義通りＸＹＺの各軸に対し入射光線がなす角度で表すことが可能である。しかし、その表し方は多種考えられ任意で構わない。例えば、ＸＹＺの各軸に対する入射光線の角度のＣＯＳ（コサイン）をとり、いわゆる方向余弦として表示しても構わない。また、Ｚ軸に対しては角度のＳＩＮ（サイン）で表示し、ＸＹ軸に対してはＸＹ平面内で原点（Ｚ軸）を中心にＸ軸方向を角度０°としＹ軸方向を９０°と定義した位相角により表示することもできる。
【００６２】
また、前記主光線を供給する位置に開口ＡＳ１を設定し、このとき投影光学系ＰＬの像側における光束の射出角を計測すれば、像側テレセントリックからのずれを計測できる。この場合でも、入射側と同様な角度表示を行うことができる。このようなテレセントリックからのずれを任意の像高（物体高）に関して行えば、任意の像点におけるテレセントリックからのずれを光線追跡のように求めることが可能である。
【００６３】
上記の図１〜図１１の例において、ＸＹ平面内に配列された複数の空間像検出ユニットを用いることも可能である。
さて、上述した図１〜図１１の例では、投影光学系ＰＬの使用波長が水銀ランプ輝線の波長３６５ｎｍのｉ線、波長４３６ｎｍのｇ線であったが、投影光学系ＰＬの使用波長がエキシマレーザの２４８ｎｍや１９３ｎｍなどの場合は、図１２に示す構成を用いれば良い。
【００６４】
図１２は、図１に示す収差測定装置の変形例を示す図であって、図１のものと異なる点は測定用照明光学系ＩＬＭが水源ランプ輝線による照明光を供給するものではなく、エキシマレーザ光を供給する点である。なお、以下の説明においては、図１の構成と異なる点のみについて説明する。図１２では、図１と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付してある。
【００６５】
図１２に示す測定用照明光学系ＩＬＭは、２４８ｎｍまたは１９３ｎｍの波長のエキシマレーザ光を照明光として供給するレーザ光源部４１、フライアイレンズ４２、集光レンズ４３、拡散板４４、ライトガイド１６及びライトガイド１６からの光をテストレチクルＴＰ１へ導くコンデンサレンズ１７とを備えている。
【００６６】
上記レーザ光源部４１は、エキシマレーザ光源とビームエキスパンダなどのビーム整形光学系を含み、ほぼ平行光束と見なすことのできるレーザ光を発生する。このレーザ光は、光軸に対称にほぼ同じ量だけ偏心した４個のレンズ素子から構成されるフライアイレンズ４２により集光され、それぞれ４個の輝点を形成する。各々の輝点からのレーザ光は、集光レンズ４３により集光されて、光軸に対し一定の角度を持つほぼ平行な４光束となって拡散板４４に達する。拡散板４４からのレーザ光は、ランダム光ファイバー束からなるライトガイド１６に入射し、このライトガイド１６の射出 端に面光源（２次光源）を形成する。上記構成により、ライトガイド１６の射出端に形成される面光源は、必要とされる角度まで実質的に輝度が均一でかつ良好な光量分布をもつものとなる。この面光源から射出されるレーザ光は、この射出端面に前側焦点位置が位置するように設けられたコンデンサレンズ１７を介して、テストレチクルＴＰ１をケーラー照明のもとで均一に照明する。
【００６７】
この測定用照明光学系ＩＬＭの構成によれば、コヒーレントなレーザ光源を用いているにもかかわらず、十分に良質な照野を得ることができ、かつスペックルや干渉縞といったノイズ成分をテストレチクルＴＰ１上において十分に小さくすることができ、テストレチクルＴＰ１を実質的にインコヒーレント照明することができる。
【００６８】
なお、結像光学系Ｒ１を図中ＸＹ平面内で移動させる際にライトガイド１６が変形すると、ライトガイド１６を構成する光ファイバ素線を通過する光束の位相差が変化することにより、テストレチクルＴＰ１上の照野における微少なノイズ成分の位置が変動することがある。ここで、測定用照明光学系ＩＬＭ中の拡散板４４を拡散板４４の平面に垂直な軸を中心として回転させ、時間的平均化効果によりノイズ成分を平均化する構成を採用しても良い。なお、この微少なノイズ成分が計測上において問題とならないレベルであれば、もとの構成のままでかまわない。なお、このような照明光学系としては、本願出願人による特開平７−３２１０２２号に開示されている。
【００６９】
図１２の例において、テストレチクルＴＰ１以降の光学系の構成及び計測方法は上述の実施の形態と同様であるのでここでは説明を省略する。
なお、図１２では、光源としてエキシマレーザ光源を用いているが、エキシマレーザの代わりに、半導体レーザ及びこの半導体レーザからのレーザ光に基づいて高調波を生成する非線形光学素子からなる光源を適用しても良い。
【００７０】
以上の通り、図１２の例では、投影光学系ＰＬの使用波長がエキシマレーザの１９３ｎｍや２４８ｎｍであっても、精度良く横収差測定を行うことが可能である。
本発明による収差測定方法を縮小型投影露光装置に適用した例を第２の実施の形態として図１３を参照して説明する。
【００７１】
図１３に示す第２の実施の形態では、投影光学系ＰＬによってレチクル上の回路パターンをウエハＷ上に縮小投影する投影露光装置に、図１に示した収差測定装置を組み込み、投影光学系ＰＬの横収差測定を可能としたものである。なお、図１３では、レチクルを照明するための露光用照明光学系の光路中に収差測定装置の一部が挿入された状態を示している。
【００７２】
なお、以下の図１３の説明においては、図１と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付してある。
まず、レチクル上の回路パターンをウエハＷ上に縮小投影するための構成について説明する。図１３において、例えばｉ線（３６５ｎｍ）やｇ線（４３６ｎｍ）を含む紫外光を供給する水銀ランプ１１からの光は、水銀ランプ１１の輝点の位置に第１焦点が位置するように設けられた楕円反射鏡１２によって集光されて、その第２焦点位置近傍に集光される。ここからの光は、インプットレンズ５１により実質的にコリメートされてほぼ平行光束となりバンドパスフィルタ５２に入射する。このバンドパスフィルタ５２は、例えば波長３６５ｎｍのｉ線や、波長４３６ｎｍのｇ線などの露光波長の光を選択的に透過させる機能を有する。このバンドパスフィルタ５２を透過した光は、複数のレンズエレメントの集積体からなるフライアイレンズ５３に入射する。フライアイレンズ５３の射出面側には、複数の光源像からなる２次光源像が形成される。この２次光源像が形成される位置には、σ値を決定するための開口絞り５４が配置されており、開口絞り５４からの光は、２次光源像の形成位置に前側焦点を持つコンデンサレンズ５５及び折曲げミラー５６を介して、レチクルステージＲＳ上に配置されるレチクル（図１３では不図示）をケーラー照明のもとで重畳的に均一照明する。
【００７３】
このように、光源１１、楕円反射鏡１２、インプットレンズ５１、バンドパスフィルタ５２、フライアイレンズ５３、開口絞り５４、コンデンサーレンズ５５及び折り曲げミラー５６は、露光波長の照明光をレチクルに照射するための露光用照明光学系ＩＬＥを構成している。
ここで、図示なきレチクルを載置するレチクルステージＲＳのＸＹ座標、ひいてはその上に載置されるレチクルのＸＹ座標は、不図示のレチクルステージ用レーザＸＹ干渉計により常時計測される。
【００７４】
さて、レチクルを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、ウエハステージＷＳ上に載置されたウエハＷ上に達し、このウエハＷ上にレチクルの縮小像を形成する。ウエハステージＷＳは、ウエハＷを例えば真空吸着などの手法により保持するウエハホルダＷＨ、ＸＹ平面内において２次元的にウエハＷの位置決めを行うＸＹステージ、Ｚ方向に沿ってウエハＷの位置決めを行うＺステージ及びウエハＷの傾斜角の補整を行うレベリングステージなどから構成されている。ウエハステージＷＳのＸＹ座標は、ウエハステージ用レーザ干渉計を含むウエハステージ制御ユニットＣＵ４により常時観察されている。従って、ウエハステージ制御ユニットＣＵ４内の駆動部を用いてウエハステージＷＳを２次元的に駆動制御しながら投影露光を行うことにより、ウエハＷの各露光領域にレチクルのパターンを逐次転写することができる。
【００７５】
さて、図１３に示す実施の形態では、楕円鏡１２による集光点の近傍に表面上に反射面を有するシャッタ５０が配置されており、このシャッタ５０は、前述した露光用照明光学系ＩＬＥと測定用照明光学系との一方に照明光を選択的に供給する機能を有している。なお、このシャッタ５０によって、図示なきアライメント系（例えばレチクルアライメント系やＦＩＡ（フィールドイメージアライメント）系など）へ照明光を供給する構成としても良い。
【００７６】
本実施の形態における測定用照明光学系は、水銀ランプ１１、楕円反射鏡１２、インプットレンズ１３、バンドバスフィルタ１４、集光レンズ１５及びライトガイド１６、コンデンサレンズ１７を有し、図１に示した測定用照明光学系ＩＬＭと同様の機能を有しているため、ここでは説明を省略する。
図１３の測定用照明光学系１１〜１７は、テストパターンを有するテストレチクルＴＰ１を実質的にインコヒーレント照明し、このテストレチクルＴＰ１からの光のうち、結像光学系Ｒ１中の可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１を通過した光束によって、投影光学系ＰＬの物体面、言い換えるとレチクルステージＲＳ上に載置されるレチクルの回路パターンが位置する面に、テストレチクルＴＰ１の空間像が形成される。
【００７７】
このように、図１３の例では、測定用照明光学系１１〜１７、テストレチクルＴＰ１、結像光学系Ｒ１及び可動開口絞りＭＡＳが空間像供給ユニットを構成している。
ここで、図１３の例では、測定用照明光学系中のライトガイド１６の射出端及びコンデンサレンズ１７と、テストレチクルＴＰ１と、結像光学系Ｒ１と、可動開口絞りＭＡＳとは、図１における可動部分ＭＰに対応しており、これらを一体にＸＹ平面内で移動させるために、ＸＹステージＭＰＳ上に設けられている。ＸＹステージ制御ユニットＣＵ２は、これらの移動部分ＭＰを移動させるとともに、これらの移動部分ＭＰのＸＹ平面内における位置を検出する。このように、図１３の例では、ＸＹステージＭＰＳとＸＹステージ制御ユニットＣＵ２とが空間像位置制御ユニットを構成している。
【００７８】
また、ウエハステージＷＳのウエハホルダＷＨの近傍には、光透過性のガラス基板上にナイフエッジパターンが形成されてなるナイフエッジパターン板ＫＥ１が取り付けられており、このナイフエッジパターン板の下側（−Ｚ方向側）には、ナイフエッジパターン板ＫＥ１を介した光束の光量を検出する検出器Ｄ１が設けられている。ここで、ナイフエッジパターンは、ナイフエッジパターン板ＫＥ１の上面に設けられており、この面はウエハＷと面一になる。なお、これらのナイフエッジパターン板ＫＥ１及び検出器Ｄ１の機能は、上述の図１の例と同様であるためここでは説明を省略する。
【００７９】
この図１３の例では、上述のナイフエッジパターン板ＫＥ１、検出器Ｄ１、ウエハステージＷＳ及びウエハステージ制御ユニットＣＵ４が像位置計測系ＩＰＤを構成している。投影光学系ＰＬの横収差計測の際の像位置計測系ＩＰＤの機能は、図１の像位置検出系ＩＰＤの機能と同様であるためここでは説明を省略する。
【００８０】
さて、空間像供給ユニットの移動部分ＭＰ、ＸＹステージＭＰＳは、露光用照明光学系の光路内外の位置を選択的に移動可能となっており、投影光学系ＰＬの横収差測定を行う際には、図１３に示す通り、露光用照明光学系の光路内に位置する。ここで、これら空間像供給ユニット１５の移動部分ＭＰ及びＸＹステージＭＰＳの露光用照明光学系の光路内への挿入は、自動的に行っても良く、また手動であっても良い。
【００８１】
空間像供給ユニットの露光用照明光学系の光路内への挿入動作の後、投影光学系ＰＬの横収差測定並びにテレセントリック性の計測を行うが、この測定は上述の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
このように、図１３の例では、収差測定装置を投影露光装置内に組み込む構成であるため、投影光学系ＰＬの環境変化による収差変動や経時変化による収差変動などを高精度に検出することができる。
【００８２】
また、検出された投影光学系ＰＬの収差変動が許容される値を超える場合には、投影光学系ＰＬの収差を制御する収差制御ユニットＣＵ５を用いて、投影光学系ＰＬの収差を自動的に補正しても良い。ここで、収差制御ユニットＣＵ５による収差補正の手法としては、例えば特開昭６０−２８６１３号、特開平４−１３４８１３号、特開平６−８４７５７号、特開平７−１８３１９０号などに開示されている技術や、本件出願人による特願平７−１５２２２０号、特願平８−６９０９３号及び特願平８−２２５８７２号などで提案されている技術を適用することができる。
【００８３】
なお、図１３の例において、光源として水銀ランプではなくエキシマレーザ等の平行光束を供給する光源を用いた場合には、測定用照明光学系として図１２に示すものを適用すれば良い。
また、図１３のレンズでは、投影光学系ＰＬとして縮小倍率のものを用いているが、投影光学系ＰＬとしては縮小倍率のものに限られず等倍であっても良く拡大倍率のものであっても良い。
【００８４】
さて、以上の例では、投影光学系ＰＬの物体面の位置に空間像供給ユニットによる空間像を形成して、投影光学系ＰＬに対して物体側から任意の傾きの光束を入射させる構成としているが、投影光学系ＰＬの像側から光束を入射させる構成でも投影光学系ＰＬの横収差の測定は可能である。
次に、図１４を参照して、投影光学系ＰＬの像側（ウエハＷ側）から光束を入射させる構成とした第３の実施の形態について説明する。図１４に示す第３の実施の形態は、図１の収差測定装置を投影露光装置に組み込んだ点は前述の図１３の例と同様であるが、空間像供給ユニットをウエハステージＷＳ内に組み込み、レチクルの位置でテストパターンの２次像を検出する点で異なる。
【００８５】
図１４において、投影露光装置の露光用照明光学系ＩＬＥは、水銀ランプ１１、楕円反射鏡１２、インプットレンズ５１、バンドパスフィルタ５２、フライアイレンズ５３、開口絞り５４、コンデンサレンズ５５及び折曲げミラー５６から構成されており、これらの各部材の各機能は、上述の図１３の例と同様である。図１４の例における測定用照明光学系は、水銀ランプ１１、楕円反射鏡１２、インプットレンズ１３、バンドバスフィルタ１４、集光レンズ１５、ライトガイド１６及びコンデンサレンズ１７を有し、図１３に示した測定用照明光学系１１〜１７と同様の機能を有している。そして、図１４の例では、測定用照明光学系１１〜１７、テストレチクルＴＰ１、レンズ群Ｒ１１，Ｒ１２からなる結像光学系Ｒ１、結像光学系Ｒ１内に配置される可動開口絞りＭＡＳが空間像供給ユニットを構成している。ここで、図１３に示す空間像供給ユニットと異なる点は、ライトガイド１６、コンデンサレンズ１７、テストレチクルＴＰ１、結像光学系Ｒ１及び可動開口絞りＭＡＳからなる空間像供給ユニットの移動部分ＭＰがウエハステージＷＳ内に設けられている点である。
【００８６】
このウエハステージＷＳは、ウエハＷを例えば真空吸着などの手法により保持するウエハホルダＷＨ、ＸＹ平面内において２次元的にウエハＷの位置決めを行うＸＹステージ、Ｚ方向に沿ってウエハＷの位置決めを行うＺステージ及びウエハＷの傾斜角の補整を行うレベリングステージなどから構成されている。そして、ウエハステージＷＳにおけるウエハホルダＷＨの近傍には、開口部が設けられており、空間像供給ユニットの結像光学系Ｒ１は、ウエハＷが載置された際のウエハＷ表面と同一平面にテストパターンの空間像を形成できるように位置決めされている。すなわち、結像光学系Ｒ１は、投影光学系ＰＬの像面に空間像を形成する。
【００８７】
また、ウエハステージＷＳのＸＹ座標は、ウエハステージ用レーザ干渉計及びウエハステージを駆動するウエハステージ駆動部を含むウエハステージ制御ユニットＣＵ６により常時観察されている。
図１４に示す例において、投影光学系ＰＬの横収差を測定する際には、レチクルを載置するためのレチクルステージＲＳ上に、表面にクロム蒸着などの手法でナイフエッジパターンが設けられたナイフエッジパターン板ＫＥ２を、このナイフエッジパターンが形成された面が投影光学系ＰＬ側を向くように載置する。
【００８８】
ここで、ナイフエッジパターン板ＫＥ２は、例えば図１５に示すように、テストパターンの２次像が形成される面（ＸＹ平面内）において複数の検出点にてテストパターンの２次像のＸＹ平面内での位置を検出するために、複数のナイフエッジパターンの組（６１ａ，６１ｂの組、６２ａ、６２ｂの組、６３ａ、６３ｂの組、．．．６９ａ、６９ｂの組）を設けてある。なお、図１５の例では９組のナイフエッジパターンの組を設けているが、これらナイフエッジパターンの組は９組には限られない。
【００８９】
図１４に戻って、これらのナイフエッジパターン６１ａ、，６１ｂ〜６９ａ，６９ｂを透過した光量を検出できるように検出器Ｄ２を配置する。このレチクルステージＲＳは、ＸＹ平面内で微動可能に構成されており、そのレチクルステージＲＳのＸＹ平面内での座標は、レチクルステージＲＳを駆動する駆動部と干渉計を含むレチクルステージ制御ユニットＣＵ７により管理されている。このように、図１４の例では、ナイフエッジパターン板ＫＥ２、検出器Ｄ２、レチクルステージＲＳ及びレチクルステージ制御ユニットＣＵ７が像位置検出系ＩＰＤを構成している。
【００９０】
横収差計測に際しては、まず、図２に示したテストパターン３２〜３５の空間像の像（テストパターン３２〜３５の２次像）が複数のナイフエッジパターン（６１ａ、，６１ｂ〜６９ａ，６９ｂ）のうちの１つの近傍に位置するように、ウエハステージ制御ユニットＣＵ６によりウエハステージＷＳをＸＹ平面内で移動させる。なお、以下の説明においては、最初にテストパターン３２の２次像の位置計測を行うものとする。このとき、ウエハステージ制御ユニットＣＵ６は、テストパターン３２の２次像がナイフエッジパターン６１ａの近傍に位置するようにウエハステージＷＳをＸＹ平面で移動させる。
【００９１】
次に、レチクルステージＲＳをＸ方向に走査させつつ検出器Ｄ２にてナイフエッジパターン６１ａを介して光量検出を行う。この検出器Ｄ２によって検出された光量を図１の例と同様に演算処理することで、テストパターンの２次像のＸ方向の位置を測定できる。
その後、テストパターン３３の２次像がナイフエッジパターン６１ａの近傍に位置するようにウエハステージＷＳをＸＹ平面で移動させ、Ｙ方向に関するテストパターン３３の２次像の位置測定を行う。同様に、テストパターン３４，３５の２次像について、Ｘ軸に対して±４５°方向に関する位置測定を行う。
【００９２】
上述の位置測定において、可動開口絞りＭＡＳの開口をＸＹ平面内で移動させ異なる瞳座標で位置測定を行えば、投影光学系ＰＬの所定の物体高における横収差測定を達成できる。
次に、ウエハステージ制御ユニットＣＵ６をＸＹ平面内で移動させて、別のナイフエッジパターン６２ａの近傍にテストパターンの２次像を位置決めし、上述と同様にテストパターン３２〜３５の２次像の位置測定を行う。
【００９３】
このように、テストパターンの２次像の位置測定を複数のナイフエッジパターン（６１ａ、，６１ｂ〜６９ａ，６９ｂ）の位置で行うことにより、投影光学系２１の複数の物体位置（像位置）での横収差測定が達成できる。
なお、図１４の例では、空間像供給ユニットの移動部分ＭＰをウエハステージＷＳ内に設ける構成としているが、これらをウエハステージＷＳと別体に設けて、横収差測定時のみに投影光学系の下方に挿入する構成であっても良い。
【００９４】
さて、図１４の例では、レチクルステージＲＳのＸＹ方向での移動範囲が限られているため、レチクル側（投影光学系ＰＬの物体側）におけるＸＹ平面内での測定点を複数設ける構成としているが、レチクルステージＲＳのＸＹ平面内での可動範囲を十分に確保できる場合には、レチクルステージＲＳ上のレチクルが載置される場所とは別に像位置計測系を配置しても良い。
【００９５】
この例を図１６を参照して説明する。図１６（ａ）に示す投影露光装置において、図１４の例とは異なる点は、レチクルステージＲＳ上においてレチクルを載置する位置にナイフエッジパターン板ＫＥ２を載置する代わりに、レチクルステージＲＳ上においてレチクルＲが載置される位置とは異なる位置にナイフエッジパターン板ＫＥ３を設けた点である。なお、図１６（ａ）においては、可動絞り制御ユニットＣＵ１、ウエハステージ制御ユニットＣＵ６、レチクルステージ制御ユニットＣＵ７を制御するための中央制御ユニットＣＣＵは図示省略されている。また、投影光学系ＰＬの収差を補正するための収差制御ユニットＣＵ５も図示省略されている。
【００９６】
図１６（ｂ）に示す如く、ナイフエッジパターン板ＫＥ３は、ＸＹ方向におけるテストパターンの２次像の位置を計測するためのナイフエッジパターン２３ａと、Ｘ方向に対して±４５°方向におけるテストパターンの２次像の位置を計測するためのナイフエッジパターン２３ｂとがその表面上に例えばクロム蒸着などの手法で形成されている。
【００９７】
図１６（ａ）に戻って、ナイフエッジパターン板ＫＥ３は、そのパターンが形成されている面が、レチクルＲの回路パターン形成面と面一となるように設けられている。この図１６の例においても、ナイフエッジパターン板を通過した光量を検出するための検出器Ｄ３がナイフエッジパターン板ＫＥ３の上方（＋Ｘ方向側）に設けられている。
【００９８】
図１６の例での横収差測定に際しては、まず、ウエハステージＷＳをＸＹ平面内で移動させて、投影光学系ＰＬの像面における任意の位置にテストパターン３２〜３５の空間像を形成する。そして、レチクルステージＲＳをＸＹ平面内において移動させて、ナイフエッジパターン板ＫＥ３のナイフエッジパターン２３ａを投影光学系ＰＬによる空間像の像（テストパターン３２〜３５の２次像）近傍に位置させた後に、レチクルステージＲＳをＸ方向、Ｙ方向及びＸ軸に対して±４５°方向へ移動させてこの２次像の位置を計測する。この計測動作と、結像光学系Ｒ１中の可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１を移動とを繰り返して、所定の像高での投影光学系２１の横収差の測定を実行する。
【００９９】
投影光学系ＰＬの別の像高（物体高）での横収差測定を行う際には、ウエハステージＷＳをＸＹ平面内で移動させて、空間像供給ユニットが供給する空間像のＸＹ平面内での位置をＸＹ平面内において所望の座標に設定し、レチクルステージＲＳをこの空間像の像の位置を計測できる位置に移動させれば良い。
このように、レチクルステージＲＳの可動範囲を十分に確保できる場合には、１組のナイフエッジパターンのみで全像高における投影光学系ＰＬの横収差測定が可能となる。
【０１００】
また、上述の図１６の例において、投影露光装置がレチクルとウエハとを移動させつつ投影露光を行う走査型投影露光装置である場合には、レチクルを載置するレチクルステージＲＳの可動範囲が走査方向において十分に確保されているため、例えば図１７に示す如く、走査直交方向に沿って複数組のナイフエッジパターンの組を配列したナイフエッジパターン板ＫＥ４をナイフエッジパターン板ＫＥ３の代わりに用いれば、走査直交方向においてレチクルステージＲＳの可動範囲を十分に確保する必要がない。
【０１０１】
以上の図１４〜図１７の例では、レチクルステージＲＳを移動させることにより投影光学系ＰＬによる空間像の像位置を計測しているが、走査による像位置検出においては像との相対的な移動があれば良いため、空間像供給ユニットが位置するウエハステージＷＳを移動させる構成でも良い。この場合、ウエハステージＷＳの干渉計などの座標測定機構を利用して位置計測を行うことができるので、レチクルステージＲＳの位置を測定するための干渉計は必須ではなくなる。
【０１０２】
なお、図１４〜図１７の例に示したように、投影光学系ＰＬの像側から光束を入射させて横収差測定を行うことは、図１の横収差測定にも適用できる。
さて、上述に示した実施の形態においては、テストパターンの２次像のＸＹ平面内での位置を測定する際に、ナイフエッジパターンを用いて行っているが、位置測定の手法としてはこれに限られない。例えば、図１８（ａ）に示す如く、図６のテストパターン３２〜３５と同じピッチのＬ＆Ｓパターン状に配列された複数のスリットを有するスリット部材ＫＥ５をナイフエッジパターン板ＫＥ１〜ＫＥ４の代わりに設け、このスリット部材ＫＥ５とテストパターン３２〜３５の２次像とを相対的に走査することにより図１８（ｂ）に示す光量分布を得ても良い。この場合には、得られる光量分布が周期パターンであるため、図８において説明した位相差検出の手法を用いてテストパターンの２次像の位置を算出できる。
【０１０３】
また、図１９に示す如く、テストパターンの２次像の光強度分布を任意の強度レベルＬでスライスしたときの各交点ｘ１〜ｘ１０での位置（図９ではＸ方向）を求め、これらの各交点の位置からテストパターンの２次像全体の中点を算出することもできる。この図１９に示す方法ではテストパターンの周期性の有無にかかわらず位置計測が可能である。例えば、テストパターンがＬ＆Ｓパターンではなく、孤立線パターンである場合には、複数のスリットではなく１つのスリットからなるスリット部材を用いれば良い。このときには、スリットを介して得られる光強度分布を任意の強度でスライスしたときの交点の座標を求め、それらの交点の中点の位置からテストパターンの２次像の位置を算出できる。
【０１０４】
また、テストパターンの２次像の位置を測定する手法としては、ナイフエッジパターン或いはスリットを介して光量検出する手法に限られず、例えば図２０に示すように、テストパターンの２次像を画像検出する手法を用いても良い。図２０において、被検光学系の像面Ｉ２に形成されるテストパターンの２次像を第１のリレー光学系Ｒ２を用いて基準パターンが設けられている指標板８１上に再結像させ、この基準パターンと再結像されたテストパターンの（３次）像との位置ずれを第２のリレー光学Ｒ３系を介して例えばＣＣＤ等からなる撮像素子８２により検出すれば、指標板８１上の基準パターンに対するテストパターンの２次像のＸＹ平面内でのずれを測定できる。
【０１０５】
なお、以上に示した各実施の形態においては、テストレチクルＴＰ１を照明する際の測定用照明光学系の開口数ＮＡ０は、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の可動に対しても光束がケラレることがないよう、十分大きなＮＡを持つことが望ましい。
また、上述の各実施の形態では、可動開口絞りＭＡＳを用いて投影光学系ＰＬの瞳面の一部を占める光束を走査しているが、その代わりに、ＸＹ平面内に沿って設けられた複数の開口のうちの１つを選択する構成であっても良い。このとき、例えば複数の開口の各々にシャッタを設ける構成が考えられる。この構成は、より粗い測定の場合に有効である。ここで、粗い測定の場合には、可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１のとり得る位置が連続的でなく離散的であっても良い。
【０１０６】
なお、投影光学系ＰＬのあらかじめ決められた像高でのみ測定すれば良い場合には、空間像供給ユニットは可動でなくとも良い。
また、空間像供給ユニットを複数設ける場合には、測定用照明光学系におけるライトガイドとして、多分岐光ファイバ束を用いる構成や、各々の結像光学系に対応する複数のライトガイドへ選択的に光源からの光を導く構成であっても良い。
【０１０７】
また、上述の各実施の形態では、可動部分に設けられているテストパターン板ＴＰ１へライトガイドを用いて照明光を供給する構成としているが、このときに本件出願人が特願平８−６７２１９号で提案している手法を用いることができる。
なお、空間像供給ユニットは、物体側及び像側の一方だけではなく双方に設けてもかまわない。このときには、像位置計測系も物体側及び像側に設ければ良い。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による収差測定方法によれば、現実の光学系における高精度な横収差計測が可能となる。さらに、得られた横収差データから適切なデータ処理をすることによって、波面収差を求めることができる。このように、横収差測定、さらには波面収差測定が可能であるため、例えば変形照明時における収差の変動量の予測などを高精度に行うことができる。
【０１０９】
また、被検光学系の光軸に沿って複数点で測定を行えば、物体空間と像空間との双方においてテレセントリック性を計測することができる。さらに、本発明によれば、実際の被検光学系を用いて、実験的な光線追跡が可能である。そして、本発明にかかる収差測定装置を実際の投影露光装置に搭載すれば、投影光学系の収差測定が可能である。また、別途投影光学系に調整機構を設けておけば、前記収差測定の結果を投影光学系の調整に利用することができ、より良好な結像性能のもとでの露光を実現でき、高性能のデバイスを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる収差測定装置の模式図である。
【図２】図１の収差測定装置に用いられるテストパターンの一例を示す平面図である。
【図３】空間像供給ユニットＩＳＵの好適な移動範囲を説明するための図である。
【図４】図１の収差測定装置に用いられるナイフエッジパターンの一例を示す平面図である
【図５】像位置計測系ＩＰＤの好適な移動範囲を説明するための図である。
【図６】可動開口絞りＭＡＳの開口ＡＳ１の好適な移動範囲を説明するための図である。
【図７】投影光学系ＰＬの瞳面における計測のための光束の好適な移動範囲を説明するための図である。
【図８】図１の収差測定装置の変形例の模式図である。
【図９】図１の収差測定装置における信号処理の一例を示す図である。
【図１０】図１の収差測定装置において光束の傾きを検出する際の構成を示す図である。
【図１１】図１の収差測定装置において投影光学系ＰＬの主光線を求める手法の一例を示す図である。
【図１２】図１の収差測定装置の変形例を示す模式図である。
【図１３】本発明にかかる収差測定装置を投影露光装置に組み込んだ構成を示す模式図である。
【図１４】図１３の投影露光装置の変形例を示す図である。
【図１５】図１４の変形例におけるナイフエッジパターンを示す平面図である。
【図１６】図１３の投影露光装置の変形例を示す図であり、（ａ）は装置全体の模式図、（ｂ）はナイフエッジパターンを示す平面図である。
【図１７】図１６の変形例におけるナイフエッジパターンを示す平面図である。
【図１８】像位置計測系における像ずれ検出の変形例を示す図であり、（ａ）はこの変形例におけるナイフエッジパターンを示す平面図であり、（ｂ）はそのときに得られる波形を示す図である。
【図１９】像位置計測系における像ずれ検出の変形例を示す図である。
【図２０】像位置計測系における像ずれ検出の変形例を示す図である。
【図２１】従来例の模式図である。
【図２２】従来例の模式図である。
【図２３】従来例の模式図である。
【符号の説明】
ＩＳＵ：空間像供給ユニット、
ＩＬＭ：測定用照明光学系、
Ｒ１ ：結像光学系、
ＭＡＳ：可動開口絞り、
ＰＬ ：投影光学系（被検光学系）、
ＩＰＤ：像位置計測系、
Claims (16)
- 被検光学系の収差を測定する収差測定方法において、
該被検光学系の物体側及び像側の少なくとも一方に配置された空間像供給ユニットにより空間像を該被検光学系に供給する工程と、
前記被検光学系により再結像された前記空間像の像の位置を計測する工程をと含み、
前記空間像供給ユニットは、前記被検光学系の瞳の領域の一部を通過する光束のみを用いて前記被検光学系へ前記空間像を供給することを特徴とする収差計測方法。 - 前記被検光学系の瞳の領域の一部を通過する光束の前記瞳の領域内における位置は変更可能であり、
複数の前記瞳の領域内の位置を通過する光束を用いて前記空間像の像の位置をそれぞれ計測することを特徴とする請求項１記載の収差測定方法。 - 前記被検光学系を横切る方向において前記被検光学系に対する前記空間像の位置は変更可能であり、
複数の前記空間像の位置において前記空間像の像の位置をそれぞれ計測することを特徴とする請求項１または２記載の収差測定方法。 - 前記被検光学系の光軸方向に沿った複数の位置で前記空間像の像の位置を計測することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の収差測定方法。
- 被検光学系の収差を測定する収差測定装置において、
該被検光学系の物体側及び像側の少なくとも一方に配置されて前記披検光学系へ空間像を供給する空間像供給ユニットと、
前記被検光学系により再結像された前記空間像の像の位置を計測する位置計測系をと含み、
前記空間像供給ユニットは、前記披検光学系の瞳の領域の一部を通過する光束のみを通過させる絞りを有することを特徴とする収差計測装置。 - 前記空間像供給ユニット中の前記絞りの前記瞳の領域内における位置は変更可能であることを特徴とする請求項５記載の収差測定装置。
- 前記空間像供給ユニット中の前記絞りは、前記空間像供給ユニットの光軸を横切る方向において移動可能であることを特徴とする請求項６記載の収差測定装置。
- 前記空間像供給ユニット中の前記絞りは、複数の開口を有し、
前記絞りは、該複数の開口のうちの何れか１つを前記光束が選択的に通過できるように構成されることを特徴とする請求項６記載の収差測定装置。 - 前記空間像供給ユニットは、前記被検光学系の光軸を横切る方向において移動可能に構成されることを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項記載の収差測定装置。
- 前記空間像供給ユニットは、
所定のテストパターンを照明する計測用照明光学系と、
照明された該所定のテストパターンから前記空間像を形成する結像光学系と、
該結像光学系の内部に設けられて、少なくとも第１位置と該第１位置とは該投影光学系の光軸を横切る方向において異なる第２位置との間で移動可能な開口を有する絞りを備え、
前記第１位置と前記第２位置とにおける前記空間像の像の位置をそれぞれ計測することを特徴とする請求項５記載の収差測定装置。 - 前記計測用照明光学系は、前記所定のテストパターンをインコヒーレント照明することを特徴とする請求項１０記載の収差測定装置。
- 被検光学系の収差を測定する収差測定方法において、
該被検光学系の物体側及び像側の少なくとも一方の側から前記被検光学系に光束を供給する第１工程と、
前記被検光学系を介した前記光束に基づいて像を形成する第２工程と、
該第２工程で形成された像の位置を計測する第３工程とを含み、
前記第１工程で前記被検光学系に供給される光束は、前記被検光学系の瞳の領域の一部のみを通過する光束であることを特徴とする収差測定方法。 - 前記被検光学系の瞳の領域の一部を通過する光束の前記瞳の領域内での位置を変更する工程を含み、
前記第３工程では、前記瞳の領域内での複数の位置を通過する複数の光束毎に前記像の位置を計測することを特徴とする請求項１２に記載の収差測定方法。 - 前記被検光学系の光軸を横切る面内において前記像が形成される位置を変更する工程を含み、
前記第３工程では、前記被検光学系の光軸を横切る面内における複数の像のそれぞれの位置を計測することを特徴とする請求項１２または１３に記載の収差測定方法。 - 所定の回路パターンを照明する露光用照明光学系と、
照明された該回路パターンの像を感光性基板上に形成する投影光学系と、
該投影光学系の収差を測定するための請求項５乃至１１の何れか一項記載の収差測定装置とを有することを特徴とする投影露光装置。 - 所定の回路パターンを感光性基板に転写する工程を含むデバイス製造方法であって、
露光用照明光学系を用いて所定の回路パターンを照明する工程と、
投影光学系を用いて照明された回路パターンの像を感光性基板上に形成する工程と、
請求項１乃至請求項４および請求項１２乃至請求項１４の何れか一項に記載の収差測定方法を用いて前記投影光学系の収差を測定する工程とを含むデバイス製造方法。
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