JP4032501B2 - 投影光学系の結像特性計測方法及び投影露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のパターン像を投影するための投影光学系の結像特性計測方法、及び半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンの像を投影光学系を介して基板上に転写するために使用される投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターン像を投影光学系を介してフォトレジストが塗布されたウェハ（又はガラスプレート等）上の各ショット領域に転写する一括露光型の投影露光装置（ステッパ等）が使用されている。また、これに代えてステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投影露光装置が使用されることもある。半導体素子等の集積度が向上するにつれて、これらの投影露光装置では、投影光学系の収差を低減させて、より高い解像度、及びより少ないディストーションで回路パターンの像をウェハ上に転写することが求められている。そのように投影光学系の収差を低減するためには、投影光学系の収差を高精度に計測し、この計測結果に基づいて投影光学系内の対応するレンズエレメントの位置等を補正する必要がある。
【０００３】
従来の投影光学系の収差の計測方法としては、テストプリント法が知られている。この方法では、テストレチクル上に形成された収差計測用のパターンの像を投影光学系を介してレジストを塗布したウェハ上に投影する。そして、現像後にウェハ上に形成されるレジストパターンの位置や形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて計測し、得られた計測データを解析することによって残留収差を求める。このように残留収差を求めた後、投影光学系内の所定のレンズエレメントをその残留収差に応じて上下左右に動かして収差を低減させ、再びテストプリントを行うことによって残留収差を確認し、その残留収差が所定の許容範囲内に収まるまで計測と収差補正とを繰り返す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では、収差計測用のパターンとして例えば周期パターンを用いた場合、この周期パターンからの０次回折光と±１次回折光とを合成した三光束干渉によって結像の収差計測を行うこととなるため、正確な収差量を得ることができないという問題がある。つまり、投影光学系の厳密な結像特性はテストパターンからの回折光の出射角度に依存するものであるから、上記のような三光束干渉の状態で得た収差量のように異なった出射角度における収差量の足し合わせになっているものでは、投影光学系の正確な結像特性を評価することができない。
【０００５】
また、従来の方法では、露光及び現像工程を含む計測工程と収差の修正工程とを繰り返す必要があるため、収差計測を開始してから収差の修正が完了するまでに長い時間を要するという不都合がある。
【０００６】
また、従来の方法では、レジストを介して収差計測を行うため、計測結果がレジストの性能に依存するという問題がある。さらに、レジストの塗布誤差、現像誤差などのプロセス上の誤差が収差計測値にのってしまうという問題もある。
【０００７】
そこで、本発明は、投影光学系の収差を高精度で迅速に計測することができる結像特性計測方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、投影光学系の収差計測に際してレジストの性能やプロセスの影響を受けにくい投影光学系の結像特性計測方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る投影光学系の結像特性計測方法は、第１面（Ｒ）上に配置された所定パターン（３１）を第２面（２４）上に転写する投影光学系の結像特性計測方法において、互いに周期が異なる複数のパターンを前記投影光学系の光軸（ＡＸ）に対して傾斜した方向から照明し、前記複数のパターンから発生する回折光のうち、０次回折光と±１次回折光の一方とを前記投影光学系（ＰＬ）に入射させ、前記投影光学系（ＰＬ）を介して前記第２面（２４）上に前記複数のパターンの像を転写し、前記第２面上に転写された前記複数のパターンの像のそれぞれの位置に基づいて、前記投影光学系の所定の結像特性を計測することを特徴とする。
【００１０】
また、好ましい態様では、前記複数のパターン（３１）を前記投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）方向とは異なる複数の方向から照明し、当該複数の方向から照明された前記複数のパターンの像を前記投影光学系（ＰＬ）を介して前記第２面（２４）上に転写し、該転写された前記複数のパターンの像のそれぞれの位置を計測する。
【００１１】
また、好ましい態様では、前記複数のパターン（３１）は、互いにピッチが異なるラインアンドスペースパターン（３１ａ〜３１ｄ）であり、当該ラインアンドスペースパターンから出射する０次光（ＤＬ０）と±１次光の一方（ＤＬ１）との光軸（ＡＸ）に対する角度が等しくなるように前記ラインアンドスペースパターン（３１）に対する照明光の入射角を設定する。
また、好ましい態様では、前記パターンの像は、受光センサーを備える像位置検出装置で検出されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る別の態様の投影光学系の結像特性計測方法は、照明光学系（１〜２０）によって照明された第１面（Ｒ）上の所定パターン（３１）を第２面（２４）上に転写する投影光学系（ＰＬ）の結像特性計測方法において、前記照明光学系及び前記投影光学系のいずれかにおける前記第１面（Ｒ）に対する光学的フーリエ変換面（１１、Ｅｐ）上で部分的に光束を遮光し、前記第１面上に、前記所定パターンとして、第１の繰り返しパターン（３１ａ、３１ｂ）と、前記第１の繰り返しパターンの繰り返し周期と異なる第２の繰り返しパターン（３１ｃ、３１ｄ）とを配置し、前記第１の繰り返しパターンと、前記第２の繰り返しパターンとをそれぞれ前記投影光学系を介して前記第２面（２１）上に転写し、該転写された各パターンの像の位置を計測することによって、前記投影光学系の所定の結像特性を計測する。
【００１３】
また、好ましい態様では、前記第１の繰り返しパターン（３１ａ、３１ｂ）を前記第１面（Ｒ）上に配置して、前記投影光学系を介した前記第１の繰り返しパターンの像の位置を計測した後に、前記第２の繰り返しパターン（３１ｃ、３１ｃ）を前記第１面上に配置して、前記投影光学系を介した前記第２の繰り返しパターンの像の位置を計測することを特徴とする。
【００１４】
また、好ましい態様では、前記第１及び第２の繰り返しパターン（３１ａ〜３１ｄ）の繰り返し周期に応じて、前記第１及び第２の繰り返しパターンに対する前記照明光学からの照明光の入射角を調整する（１３Ａ〜１３Ｅ）。
【００１５】
また、本発明に係る投影露光装置は、パターン（３１）の像を基板上に転写するものにおいて、互いに周期が異なる複数のパターンを投影光学系の光軸に対して傾斜した方向から照明する照明光学系（１〜２０）と、前記複数のパターンから発生する回折光のうち、０次回折光と±１次回折光の一方とに基づいて、前記複数のパターンの像を結像する前記投影光学系と、前記０次回折光と前記±１次回折光の一方とに基づいて、前記投影光学系が結像した前記複数のパターンの像のそれぞれの位置を検出する像位置検出装置（２４、４２、４３、６１、６２、７０）とを備える。
また、好ましい態様では、前記像位置検出装置は、前記パターンの空間像を検出することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る別の投影露光装置は、所定位置に配置されるパターン（３１）を照明光学系（１〜２０）で照明し、照明されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に転写するものにおいて、前記パターン（３１）は、第１の繰り返しパターン（３１ａ、３１ｂ）と、前記第１の繰り返しパターンの繰り返し周期と異なる第２の繰り返しパターン（３１ｃ、３１ｄ）とを有し、前記第１の繰り返しパターンと前記第２の繰り返しパターンを同時に、または選択的に前記所定位置に配置する配置機構（４１、４２、４３、１００）と、前記照明光学系及び前記投影光学系のいずれかの前記所定位置に対する光学的フーリエ変換面（１１、Ｅｐ）上で部分的に光束を遮光する光束遮光装置（１１、１３Ａ〜１３Ｈ）と、前記所定位置に配置された前記第１の繰り返しパターン（３１ａ、３１ｂ）の像と前記第２の繰り返しパターン（３１ｃ、３１ｄ）の像の位置を前記投影光学系を介して検出する像位置検出装置（２４、４２、４３、６１、６２、７０）とを備える。
また、好ましい態様では、前記像位置検出装置は、前記第１の繰り返しパターンの空間像と、前記第２の繰り返しパターンの空間像とを検出することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。本実施形態は、半導体素子等を製造する際に使用される投影露光装置用の投影光学系の所定の収差を計測し、この計測結果に基づいてその収差を修正する場合に本発明を適用したものである。その投影光学系の結像特性の計測は、専用の計測装置で行うことも可能であるが、以下では、その投影光学系を実際の投影露光装置に搭載して、その収差の計測及び修正を行う場合につき説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態が適用される投影露光装置を示し、この図１において、水銀ランプよりなる露光光源１からの照明光ＩＬ１は、楕円鏡２によって集光され、ミラー３、４で反射されてシャッタ５に入射する。シャッタ５が開状態のときに、シャッタ５を通過した照明光ＩＬ１は、干渉フィルタ７にて露光波長（本例では例えば波長３６５ｎｍのｉ線）以外の波長の照明光が除去される。なお、露光光としては、ｉ線以外のｇ線等のほか、複数種類の波長の混合光を使用しても良い。さらに、露光光源１としてＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源のほか、ＹＡＧレーザの高調波発生装置等を使用してもよい。
【００１９】
干渉フィルタ７で選択された波長域の照明光ＩＬ２は、第１インプットレンズ８Ａ、光路折り曲げ用のミラー９、及び第２インプットレンズ８Ｂを経てほぼ平行光束となってフライアイレンズ１０に入射する。フライアイレンズ１０の射出面は露光光源１の発光部と共役な位置関係となっており、その射出面は二次光源面を構成している。この射出面には、光束遮光装置として、照明系用の開口絞り板１１が回転自在に配置されている。開口絞り板１１の回転軸の周りには、各種形状の開口絞り１３Ａ〜１３Ｈが形成されており、開口絞り板１１を駆動モータ１２で回転することによって、フライアイレンズ１０の射出面に所望の開口絞りを設置できる。
【００２０】
フライアイレンズ１０から出射して開口絞り１３Ａ〜１３Ｈのいずれかを通過した照明光ＩＬ２は、第１リレーレンズ１７Ａ、投影式のレチクルブラインド（可変視野絞り）１８、第２リレーレンズ１７Ｂ、光路折り曲げ用のミラー１９、及びコンデンサレンズ２０を経て、レチクルＲを照明する。
【００２１】
レチクルＲとしては、回路パターンが形成されているデバイスレチクルのほか、結像特性を評価するためのテストパターンが形成されているテストレチクル等がある。図示の場合、レチクルＲとしてテストレチクルをセットした場合を示しており、全面に亘って適当な間隔でテストパターン３１が焼き付けられている。
【００２２】
フライアイレンズ１０の射出面とレチクルＲのパターン面とは光学的にフーリエ変換の関係にあり、フライアイレンズ１０がオプティカル・インテグレータとして作用するため、照明光ＩＬ２はレチクルＲのパターン面（第１面）を均一な照度分布で照明する。照明光ＩＬ２のもとで、レチクルＲ上のパターンの像は投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウェハＷの表面（第２面）上に投影される。投影光学系ＰＬは両側、又はウェハ側に片側テレセントリックであり、レチクルＲからウェハＷへの投影倍率は、一例として１／５、１／１０等である。
【００２３】
ここで、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面の直交座標系をＸ軸、Ｙ軸とすると、投影光学系ＰＬの一方の焦点面である第１面に配置されるレチクルＲは、Ｘ方向、Ｙ方向、回転方向に位置決めを行うレチクルステージ２１上に保持されている。また、投影光学系ＰＬの他方の焦点面である第２面に配置されるウェハＷは、ウェハホルダ２２上に吸着保持され、ウェハホルダ２２はウェハステージ２３上に固定される。ウェハステージ２３は、ウェハＷのＺ方向の位置及び傾斜角を補正してウェハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させると共に、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向へのステッピング、及び位置決めを行う。
【００２４】
ウェハステージ２３の２次元的な位置は、後述するレーザ干渉計によって高精度に計測され、この計測値に基づいてウェハステージ２３の位置が制御されている。露光時には、ウェハＷ上の或るショット領域への露光が終了した後、ウェハステージ２３をステッピングさせて、次に露光するショット領域を露光フィールドに移動して露光を行うという動作がステップ・アンド・リピート方式で繰り返されて、ウェハＷ上の各ショット領域への露光が行われる。
【００２５】
ウェハステージ２３のウェハホルダ２２の近傍には、投影光学系ＰＬを通過した投影光ＩＬ３によって形成される像の位置を検出するための開口部材２４が形成されている。投影光学系ＰＬの収差を計測する際には、ウェハステージ２３を移動させて投影光ＩＬ３が開口部材２４の中央に形成した矩形状の開口２５の位置を通過するように相対的走査を行う。
【００２６】
図２は、開口絞り板１１の詳細を説明する図である。開口絞り板１１の周辺には、垂直照明用の小さい開口の開口絞り１３Ａと、複数の偏心した小開口よりなる斜入射開口絞り１３Ｂ〜１３Ｅと、輪帯照明用の輪帯絞り１３Ｆ、１３Ｇと、通常の円形の開口絞り１３Ｈとが形成されている。光路上に配置された開口絞り１３Ａ〜１３Ｅは、レチクルＲの光学的フーリエ変換面においてこれを通過する照明光ＩＬ２の範囲を画定する。つまり、これらの開口絞り１３Ａ〜１３Ｅを適宜選択して光路上に配置することにより、レチクルＲへの照明光ＩＬ２の入射角の状態を制御できるので、レチクルＲを照明する照明光ＩＬ２の空間的コヒーレンシィを制御することができ、また、投影光学系ＰＬの結像特性を評価計測することができる。
【００２７】
レチクルＲとしてデバイスレチクルを用いてレチクル上の回路パターンをウェハＷ上に投影する際には、レチクルＲを照明する照明光ＩＬ２の空間的コヒーレンシィを制御して露光を最適化する。一般に空間的コヒーレンシィは、投影光学系ＰＬの開口数に対する照明光学系の開口数の比の値（即ち、照明系のσ値）で表される。現在使用されている通常の投影露光装置の照明系のσ値は、例えば０．５〜０．８程度である。そこで、通常の開口絞り１３Ｈの場合は、σ値に換算して０．５〜０．８程度に設定されているが、開口絞り１３Ａの場合は、σ値に換算して開口絞り１３Ｈより小さい値、即ち０．５より小さく設定されている。σ値が小さいときには、レチクルＲを照明する照明光ＩＬ２は、ほぼ垂直入射光とみなすことができるため、レチクルＲを垂直入射光で照明する場合には前述の開口絞り１３Ａを使用する。また、レチクルＲを中間の角度範囲内の斜入射光で照明する場合には、輪帯絞り１３Ｆ、１３Ｇを使用する。
【００２８】
斜入射開口絞り１３Ｂ〜１３Ｅは、レチクルＲ上に形成した回折格子パターンのテストパターンを特定方位から斜入射にて照明して投影光学系ＰＬの結像特性を評価するために用いることができる。このような斜入射照明の評価に際しては、斜入射照明の角度及び方位を設定するだけでなく、レチクルＲ上のテストパターンにより発生する回折光のうち、０次回折光と±１次回折光の一方とが光軸ＡＸに対してほぼ同じ角度になるように設定し、ウェハＷ上での結像状態が二光束干渉となるようにする。
【００２９】
斜入射開口絞り１３Ｂ〜１３Ｅを適宜選択して照明光ＩＬ２の光路上に配置することにより、レチクルＲ上に斜入射する照明光ＩＬ２の入射角を調節し、レチクルＲ上のテストパターンを通過する０次回折光の光軸ＡＸに対する角度及び斜入射の方位を調節することができる。また、照明光ＩＬ２の入射角に応じてレチクルＲ上のテストパターンの繰り返し周期を適宜選択することにより、レチクルＲ上のテストパターンから発生する±１次回折光のいずれか一方について光軸ＡＸに対する角度を０次回折光の光軸に対する角度と等しくすることができる。これにより、２光束干渉を用いた露光時の投影光学系ＰＬの収差を精密に測定するための準備ができる。
【００３０】
図３は、レチクルステージ２１やウェハステージ２３をより詳細に説明する図である。
【００３１】
レチクルＲは、モータ（不図示）の駆動によりＸ−Ｙ平面を２次元的に移動可能なレチクルステージ２１上のレチクルチャック４１によって、例えば真空吸着等によりレチクルステージ２１上に固定される。レチクルステージ２１のＸ、Ｙ方向の位置は、レチクルステージ２１の周辺に配置された反射鏡４２（１軸方向のみ図示）でレーザ光を反射させてレチクルステージ２１の移動量を計測するレチクルステージ干渉計４３（１軸方向のみ図示）によって常時検出され、制御系１００に入力される。制御系１００は、レチクルステージ干渉計４３からの移動量の情報に基づいてレチクルステージ２３の位置を制御する。
【００３２】
一方、レチクルＲのテストパターン３１が投影されるウェハＷは、真空吸着等によってウェハステージ２３上のウェハホルダ２２に固定されている。ウェハステージ２３のＸ−Ｙ平面内の位置は、ウェハステージ２３の周辺に配置された反射鏡４２（１軸方向のみ図示）にレーザ光を反射させてウェハステージ２３の移動量を計測するウェハステージ干渉計４３（１軸方向のみ図示）によって常時検出され、制御系１００に入力される。制御系１００は、ウェハステージ干渉計４３からの移動量の情報に基づいてウェハステージ２３の位置を制御する。
【００３３】
ウェハステージ２３の隅に形成されている開口部材２４は、投影光学系ＰＬを介してウェハＷ側に形成されたテストパターン３１の空間像を検出するための像位置検出装置の一部となっている。検出光学系６１は、開口部材２４の中央に形成された開口２５を通過した結像光を受光センサ６２に導くためのものである。受光センサ６２の出力は、ウェハステージ干渉計４３の出力と同期して像位置検出系７０に取り込まれた後、演算処理によってテストパターン３１の空間像の位置が検出され、その位置情報及び光像強度が制御系１００に送られるようになっている。後に詳細に説明するが、上記構成に基づいて複数のテストパターン３１の空間像の位置計測を行うことにより、投影光学系ＰＬの投影倍率を計測することかできる。さらに、光像強度のコントラスト等からデフォーカス（Ｚ方向の結像位置のずれに対応）やＸＹ面内での結像位置を計測して、投影光学系ＰＬの収差量を正確に求めることができる。
【００３４】
制御系１００は、計測により得られた結像特性に関する情報に基づいて投影光学系ＰＬを構成する複数のレンズエレメント８０を制御し、投影光学系ＰＬの結像特性を修正するとともに、露光動作における照明条件の変更や、温度あるいは気圧等の変化により変動する投影光学系ＰＬの投影倍率、収差等の補正を行うことができるようになっている。
【００３５】
レンズエレメント８０の制御についてより詳細に説明する。投影光学系ＰＬ内の上部には、所定のレンズエレメント８０がレンズ枠３３内に収納されている。このレンズ枠３３は、下方のレンズ枠３２との間に介装された圧電素子３４Ａ、３４Ｂ（実際には３箇所に設けられている）の伸縮量を電気的に調節することによって、光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に微小変位できると共に、所定範囲で傾斜できるようになっている。さらに、レンズ枠３３は、鏡筒側との間に設けた圧電素子（図示を省略）の伸縮量を調整することによって、Ｘ−Ｙ面内の位置を微動できるようにもなっている。つまり、制御系１００からドライバ１０１に制御信号を与えることにより、レンズ枠３３のＺ方向の位置や傾斜角、及びＸ方向、Ｙ方向の位置を微調整して、レンズ枠３３内のレンズエレメントの位置を微調整することができ、投影光学系ＰＬの結像特性を正確に補正できるようになっている。
【００３６】
なお、本実施の形態による投影露光装置には、上述の構成要素のほかにウェハステージ２３のＺ方向位置検出機構やウェハアライメント機構などが設けられているが、図示を省略している。
【００３７】
図４〜図６は、投影光学系ＰＬの投影倍率や収差等の結像特性を計測方法を説明する図である。
【００３８】
図４は、図２に示すレチクルＲ表面に形成されたテストパターン３１の形状の一例を説明する図である。図示のように、テストパターン３１は、Ｘ方向に延在する複数の光透過部からなるライン・アンド・スペース・パターンである回折格子マーク３１ａ、３１ｃと、Ｙ方向に延在する複数の光透過部からなるライン・アンド・スペース・パターンである回折格子マーク３１ｂ、３１ｄとを備える。
【００３９】
回折格子マーク３１ａを構成する複数の光透過部３１ａ１〜３１ａ５は、所定ピッチＰ１でＹ方向に配列されており、回折格子マーク３１ｃを構成する複数の光透過部３１ｃ１〜３１ｃ５は、所定ピッチＰ２（Ｐ２＜Ｐ１）でＹ方向に配列されている。また、回折格子マーク３１ｂを構成する複数の光透過部は、所定ピッチＰ１でＸ方向に配列されており、回折格子マーク３１ｄを構成する複数の光透過部は、所定ピッチＰ２でＸ方向に配列されている。
【００４０】
図５は、図１に示す開口部材２４の平面図である。開口部材２４の中央位置には、正方形の開口２５が形成されており、投影光学系ＰＬからの投影光を通過させる。この開口２５には、図４に示すテストパターン３１が投影される。
【００４１】
図４に戻って、テストパターン３１に逆に投影される開口２５の像１２５は、図示のように、各回折格子マーク３１ａ〜３１ｄの光透過部の寸法よりも小さくなっている。例えば、回折格子マーク３１ａを用いて結像特性を測定する際には、図３に示すウェハステージ２３とともに開口２５をＹ方向に徐々に移動させて、像１２５を回折格子マーク３１ａに対して相対的に−Ｙ方向に微動させる。これにより、回折格子マーク３１ａの像が開口２５の位置に投影されて移動する際の光量変化が検出される。なお、回折格子マーク３１ｃを用いて結像特性を測定する際にも、開口２５をＹ方向に徐々に移動させればよい。また、他の回折格子マーク３１ｂ、３１ｄを用いて結像特性を測定する際には、開口２５をＸ方向に徐々に移動させれば、回折格子マーク３１ｂ、３１ｄの像が開口２５の位置に投影されて移動する際の光量変化が検出される。
【００４２】
図６は、回折格子マーク３１ａ〜３１ｄの結像位置の検出方法を説明する図である。例えば、Ｙ方向にウェハステージ２３を等速微動させて回折格子マーク３１ａの空間像を開口２５及び受光光学系６１を介して受光センサ６２で検出する。この場合、受光センサ６２の出力信号は、図６（ａ）に示すように段階的に増加し、その後段階的に減少する波形となる。この出力信号は、開口２５のエッジ部を通過した光量を積分したものであるから、この波形を微分すれば、各回折格子マーク３１ａ〜３１ｄを構成するライン・アンド・スペースパターンの像の形状を正確に再現することができる。図６（ａ）に示す波形を微分した結果を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）において、出力信号Ｉを所定の基準レベルＶと比較して、出力信号Ｉと基準レベルＶとが一致したときのウェハステージ２３の位置ａ１、ａ２をウェハステージレーザ干渉計４３で計測する。
【００４３】
回折格子マーク３１ａを構成する第１の光透過部３１ａ１の空間像のＹ方向の中心位置は、開口２５の一方のエッジを基準として、ａ１、ａ２を平均した位置Ｙ１として求められる。同様にして、残りの第２〜第５の光透過部３１ａ２〜３１ａ５の空間像の位置Ｙ２〜Ｙ５を求めこれらを平均することにより、開口２５の一方のエッジを基準とした回折格子マーク３１ａの中心位置Ｃ３（Ｙ方向の位置）が求まる。なお、位置Ｙ１〜Ｙ１０の平均値を求めてそれらを平均することにより、開口２５の中心を基準とした回折格子マーク３１ａの中心位置が求まる。また、図６（ｂ）の波形から、例えば、所定の基準レベルＶで切り取られる線幅から像のコントラストを求めることができる。或いは、ピーク値ｐからコントラストを求めることもできる。このコントラストをウェハステージ２３をＺ方向に微動させつつ測定することにより、回折格子マーク３１ａのＺ方向の結像位置も測定することができる。つまり、回折格子マーク３１ａについてＹ方向及びＺ方向の結像位置やＹ方向の結像倍率を測定することができる。
【００４４】
なお、詳細な説明は省略するが、回折格子マーク３１ｂについても、Ｘ方向にウェハステージ２３を等速微動させて上記と同様の測定を行うことにより、回折格子マーク３１ｂについてＸ方向及びＺ方向の結像位置やＸ方向の結像倍率を測定することができる。また、回折格子マーク３１ｃについても、Ｙ方向にウェハステージ２３を等速微動させて上記と同様の測定を行うことにより、回折格子マーク３１ｃについてＹ方向及びＺ方向の結像位置やＹ方向の結像倍率を測定することができる。さらに、回折格子マーク３１ｄについても、Ｘ方向にウェハステージ２３を等速微動させて上記と同様の測定を行うことにより、回折格子マーク３１ｄについてＸ方向及びＺ方向の結像位置やＸ方向の結像倍率を測定することができる。
【００４５】
以上のような計測方法により、回折格子マーク３１ａ〜３１ｄからなるテストパターン３１の像の空間的な結像位置や結像倍率を求めることができ、投影光学系ＰＬの結像特性を迅速に評価することができるようになる。
【００４６】
例えば、一対の直交する回折格子マーク３１ａ、３１ｂのＺ方向の結像位置の差は、非点収差を意味する。つまり、レチクルＲを斜入射照明した際の０次回折光の光軸ＡＸに対する出射角度と、両回折格子マーク３１ａ、３１ｂの繰り返し周期に対応して出射する±１次回折光の一方の光軸ＡＸ対する出射角度とを等しくして投影光学系ＰＬに入射させてウェハＷ上に２光束干渉像を形成した場合、両回折格子マーク３１ａ、３１ｂについて得られる結像位置の差から、このような光路（瞳Ｅｐの位置において光軸からの距離が等しいリング上の部分を通過するもの）に関する投影光学系ＰＬの非点収差が求まる。また、レチクルＲ全面に分布する各テストパターン３１の像の空間的な結像位置を計測することにより、像高別のベストフォーカス位置の差を得ることができ、像面湾曲が求まる。さらに、レチクルＲを斜入射照明する角度と、回折格子マークの繰り返し周期とを対応させて変更することにより、０次回折光と±１次回折光の一方とを投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対称な複数組の角度で投影光学系ＰＬに入射させてウェハＷ上に２光束干渉像を形成することができる。このことは、投影光学系ＰＬの瞳Ｅｐ位置において光軸ＡＸからの距離が異なる複数の光路について投影光学系ＰＬのＺ方向の結像位置（デフォーカス量）を測定できることを意味し、投影光学系ＰＬの球面収差が求まる。以上の方法によれば、投影光学系ＰＬの各種収差量を正確に求めることができるので、それらの収差量に相応した方向と量だけ投影光学系ＰＬ中のレンズエレメント８０を微少移動させることにより、投影光学系ＰＬの収差を迅速かつ精密に低減することができるようになる。
【００４７】
以下、図７及び図８を参照して、球面収差の計測方法について具体的に説明する。図７及び図８は、斜入射照明の場合における投影光学系ＰＬによる２通りの結像を説明する概略図である。
【００４８】
図７に示すように、斜入射照明の場合、レチクルＲからの０次回折光ＤＬ０と±１次回折光の一方ＤＬ１との計２光束のみがウェハＷ上での結像に寄与するようにする。このため、０次回折光ＤＬ０の光軸ＡＸに対する角度と、±１次回折光の一方ＤＬ１の光軸ＡＸに対する角度とができるだけ等しくなるように、開口絞り板１１を適宜回転させて任意の斜入射開口絞りを光軸上に配置し斜入射照明光ＩＬ２と光軸ＡＸとのなす角度を調整するとともに、ウェハステージ２３を移動させてレチクルＲ上のテストパターン３１のうち計測対象となる繰り返し周期パターンを選択する。図示の場合、レチクルＲの光学的フーリエ変換面に配置されてここで部分的に光束を遮光する光束遮光装置として、図２の斜入射開口絞り１３Ｂ又は１３Ｄのうち対応するものを選択し、それぞれに対して図４に示す比較的ピッチの大きい回折格子マーク３１ｂ又は３１ａ（比較的周期の長い第１の繰り返しパターン）を選択している。
【００４９】
図７（ａ）では、投影光学系ＰＬは無収差であると想定しているため、投影光学系ＰＬ中のレンズエレメント８０（図３参照）の位置を調整してフォーカス位置をシフトさせる補正は必要ない。一方、図７（ｂ）では、投影光学系ＰＬに球面収差が残存しているため、投影光学系ＰＬ中のレンズエレメント８０の位置を調整してフォーカス位置を本来のベストフォーカス位置にシフトさせる補正が必要になる。
【００５０】
図８は、斜入射の角度がより大きい場合の例を示している。この場合も、０次回折光ＤＬ０の光軸ＡＸに対する角度と、±１次回折光の一方ＤＬ１の光軸ＡＸに対する角度とを等しくするが、図４の回折格子マーク３１ｂ又は３１ａの代わりに、これらよりピッチが小さい別の回折格子マーク３１ｄ又は３１ｃ（比較的周期の短い第２の繰り返しパターン）を選択し、それぞれに対して光学的フーリエ変換面に配置される図２の斜入射開口絞り１３Ｃ又は１３Ｅのうちいずれか対応するものを選択する。この結果、図８の場合の０次回折光ＤＬ０や１次回折光ＤＬ１の光軸ＡＸに対する角度は、図７の場合の０次回折光ＤＬ０や１次回折光ＤＬ１の光軸ＡＸに対する角度よりもわずかに大きくなっている。つまり、図７の場合、投影光学系ＰＬの開口絞りＥｐの位置においてより光軸ＡＸに近い領域を０次回折光ＤＬ０や１次回折光ＤＬ１が通過し、図８の場合、投影光学系ＰＬの開口絞りＥｐの位置においてより光軸ＡＸから離れた領域を０次回折光ＤＬ０や１次回折光ＤＬ１が通過する。
【００５１】
図８（ａ）では、投影光学系ＰＬは無収差であると想定しているため、投影光学系ＰＬ中のレンズエレメント８０の位置を調整してフォーカス位置をシフトさせる補正は必要ない。一方、図８（ｂ）では、投影光学系ＰＬに球面収差が残存しているため、投影光学系ＰＬ中のレンズエレメント８０の位置を調整してフォーカス位置を本来のベストフォーカス位置にシフトさせる補正が必要になる。
【００５２】
以下、図７及び図８を用いて、球面収差の具体的な測定手順について説明する。まず、図１の投影露光装置の開口絞り板１１の回転位置を適当に調節して、例えば斜入射開口絞り１３Ｂ（図２参照）を選択するとともに、ウェハステージ２３をＸ−Ｙ面内で適宜移動させることにより開口部材２４を対応する回折格子マーク３１ｂが投影されている位置まで移動させる。このとき、投影光学系ＰＬを通過する光は、図７に示すような状態になっている。次に、図６に示す検出方法を用いて、回折格子マーク３１ｂの空間像を計測し、この空間像のコントラストを計測する。この際、ウェハステージ２３をＺ方向に漸次移動させつつ回折格子マーク３１ｂの空間像のコントラストの変化を計測すれば、コントラストを最大にする条件で、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に関する結像位置を得ることができる。以上の測定により、投影光学系ＰＬの開口絞りＥｐの位置において、光軸ＡＸを含む特定面内で比較的光軸ＡＸに近い領域を通過する光に関して光軸ＡＸ方向の結像位置を計測することができる。
【００５３】
次に、開口絞り板１１の回転位置を適当に調節して、斜入射開口絞り１３Ｃ（図２参照）を選択するとともに、ウェハステージ２３をＸ−Ｙ面内で適宜移動させることにより開口部材２４を対応する回折格子マーク３１ｃが投影されている位置まで移動させる。このとき、投影光学系ＰＬを通過する光は、図８に示すような状態になっている。次に、再度図６に示す検出方法を用いて、回折格子マーク３１ｃの空間像を計測し、この空間像のコントラストを計測する。この際、ウェハステージ２３をＺ方向に漸次移動させつつ回折格子マーク３１ｃの空間像のコントラストの変化を計測すれば、コントラストを最大にする条件で、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に関する結像位置を得ることができる。以上の測定により、投影光学系ＰＬの開口絞りＥｐの位置において、光軸ＡＸを含む特定面内で比較的光軸ＡＸから離れた領域を通過する光に関して光軸ＡＸ方向の結像位置を計測することができる。
【００５４】
以上の計測により、投影光学系ＰＬの開口絞りＥｐで光軸ＡＸから離れた領域と光軸ＡＸに近接した領域とをそれぞれ通過する一対の光に関して結像位置を計測することができるようになるので、投影光学系ＰＬの球面収差を比較的正確に決定することができる。以上の説明では、同一方向に延びる回折格子マーク３１ｂ、３１ｄのみを利用した球面収差の測定について説明したが、直交方向に延びる回折格子マーク３１ａ、３１ｃを利用した球面収差の測定も行うことができ、この場合は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを含んで前述の特定面と直行する面に関して光軸ＡＸ方向の結像位置、さらには球面収差を計測することができる。
【００５５】
以上の説明では、球面収差を一例とした収差測定について説明したが、球面収差以外の測定、例えば、非点収差、像面湾曲等も可能であり、投影光学系ＰＬの開口絞りＥｐの位置において光軸ＡＸから離れた領域を通過する光と、光軸ＡＸに近接した領域を通過する光とに関して、それぞれの収差を決定することができる。さらに、レチクルＲ上に配置された各テストパターン３１について上記のような収差を測定すれば、投影光学系ＰＬのさらに詳細な結像特性（例えば像面湾曲等）を知ることができる。
【００５６】
以上の説明から明らかなように、図７（ａ）と図８（ａ）とに示すような結像状態が計測された場合、計測の範囲では、投影光学系ＰＬに球面収差はない。一方、図７（ｂ）と図８（ａ）とに示すような結像状態が計測された場合や、図７（ａ）と図８（ｂ）とに示すような結像状態が計測された場合、投影光学系ＰＬに球面収差が残存していることになる。
【００５７】
なお、上記の説明では、周期が異なる一対の回折格子マーク３１ａ、３１ｃを測定することによって投影光学系ＰＬの多様な収差を測定することとしているが、単一の回折格子マークのみを利用して投影光学系ＰＬの収差を測定することもできる。この場合、例えば、斜入射開口絞り１３Ｂ又は１３Ｃを光軸上に配置するとともに、対応する回折格子マーク３１ｂ又は３１ｄが投影されている位置に開口部材２４を移動させる。そして、図６に示す検出方法を用いて回折格子マーク３１ｂ又は３１ｄの投影像のコントラスト、中心位置等を計測する。これにより、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを含む特定面内で比較的光軸ＡＸに近い領域や比較的光軸ＡＸから遠い領域を通過する光に関して、収差を計測することができる。
【００５８】
また、上記の説明では、周期の異なる回折格子マーク３１ａ、３１ｃを開口１２５内に個別に投影して移動させることによってコントラストを計測するとしていたが、周期の異なる回折格子マーク３１ａ、３１ｃをサイズの大きな開口内に同時（例えば隣接して）に投影してコントラストを計測することにより、広い範囲にわたる収差の測定が可能になる。また、単一の開口内に同時に複数の回折格子マークを投影することにより、異なる領域を含む広い範囲に亘って収差の測定を行うことができる。この場合、パターンピッチに応じて斜入射絞りの調整を行うこととする。
【００５９】
図９は、図２に示す開口絞り板１１の変形例を説明する図である。図９（ａ）の斜入射開口絞り１１３Ｂや図９（ｂ）の斜入射開口絞り１１３Ｃを用いた場合、投影光学系ＰＬの非点収差を簡易に検出できる。図９（ａ）の斜入射開口絞り１１３Ｂを用いて非点収差のある投影光学系ＰＬを計測した場合、図４の回折格子マーク３１ｃ、３１ｄのいずれかの像のＺ方向の結像位置が複数となる。つまり、光像強度分布のコントラストのピークがフォーカス方向に複数できて、その差から非点収差の量を判定できる。図９（ｂ）の斜入射開口絞り１１３Ｃを用いて非点収差のある投影光学系ＰＬを計測した場合、図４の回折格子マーク３１ａ、３１ｂのいずれかの像のＺ方向の結像位置が複数となり、その差から非点収差の量を判定できる。さらに、図９（ａ）の場合、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ近傍を通過する光路に関する非点収差を検出することができ、図９（ｂ）の場合、投影光学系ＰＬの瞳Ｅｐにおいて光軸ＡＸから離れた位置を通過する光路に関する非点収差を検出することができる。
【００６０】
図１０は、図４に示すテストパターン３１の変形例を説明する図である。図示のテストパターン１３１を有するレチクルＲをレチクルステージ２１上にセットした場合、各回折格子マーク１３１ａ〜１３１ｄは、それぞれ各を反時計方向に４５゜回転させたものである。回折格子マーク１３１ａ〜１３１ｄの結像位置も計測することにより、より精度良く投影光学系ＰＬの結像特性を決定することができる。この場合、図２の斜入射開口絞り１３Ｂ〜１３Ｅを開口絞り板１１上で４５゜回転させることもできるが、図９に示すような斜入射開口絞り１１３Ｂ、１１３Ｃを用いることもできる。
【００６１】
以上の説明から明らかなように、上記の実施形態によれば、簡易なコントラスト計測により正確なベストフォーカス位置を迅速に求めることが可能となる。また、レチクルＲを照明する斜入射照明の角度や計測対象である回折格子マーク３１ａ〜１３ｄの周期を調節することにより、正確な球面収差を求めることができる。また、非点収差、像面湾曲等も正確に求めることができる。よって、投影光学系ＰＬの収差の修正を、短時間で正確に行うことができる。
【００６２】
以上、実施形態に即してこの発明を説明したがこの発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施の形態では、球面収差、非点収差、及び像面湾曲の計測及び修正を行っているが、同様に歪曲収差（ディストーション）の計測及び修正も行うことができる。即ち、ディストーションは投影像の横ずれであるため、上記の実施の形態の計測方法がそのまま適用でき、この計測結果に基づいてそのディストーションを修正できる。
【００６３】
また、上記の実施形態において、単一の開口２５を利用して回折格子マーク３１ａ〜３１ｄの結像位置を計測しているが、例えば同一形状の複数の開口を適所に配置し、同時に複数の回折格子マーク（例えば、回折格子マーク３１ａ、３１ｃ）を計測することにより、効率的な計測が可能となる。
【００６４】
また、図１０に示すような、回折格子マーク１３１ａ〜１３１ｄについては、直行する２辺がＸ、Ｙ方向に向いた開口２５の他に、これを４５゜回転させた開口を開口部材２４上に形成しておくことにより、簡易に回折格子マーク１３１ａ〜１３１ｄを計測することができる。
【００６５】
また、上記の実施形態において、図２に示す開口絞り１３Ｂ〜１３Ｅは、それぞれに形成された一対の開口の光軸からの距離を適宜調節・変更することができる。さらに、これに対応して、図４に示す回折格子マーク１３１ａ〜１３１ｄの繰り返し周期、すなわちピッチも調節・変更する。これにより、投影光学系ＰＬの瞳Ｅｐにおいて光軸ＡＸから必要な距離だけ反対方向に離れた位置を通過して２光束干渉する投影光ＩＬ３の計測が可能となり、光軸ＡＸから任意の距離の光路を通過する光に関する収差を測定することができ、球面収差の計測が精密になる。
【００６６】
また、図４に示すテストパターン３１は、単一周期の回折格子マーク３１ａ、３１ｂのみとすることができる。この場合、別のレチクルＲに、回折格子マーク３１ａ、３１ｂと異なる周期の回折格子マーク（回折格子マーク３１ｂ、３１ｄに対応）を形成し、レチクルステージ２１にセットするレチクルＲを交換してそれぞれの回折格子マークの空間像について結像位置を求める。これによっても、上記と同様に、投影光学系ＰＬの球面収差を得ることができる。
【００６７】
また、開口部材２４に一対の回折格子マーク３１ａ、３１ｃに対応して配置された一対の開口を設け、これらを通過する光を個別に検出すれば、一回の走査によって、同時に回折角（繰り返し周期）が異なるパターンについて像位置を検出することができる。この際、一対の回折格子マーク３１ａ、３１ｃに入射させる照明光ＩＬ２の入射角は、両回折格子マーク３１ａ、３１ｃの繰り返し周期に対応するものに設定する。
【００６８】
また、開口絞り板１１の開口絞り１３Ａ〜１３Ｈを変更する代わりに、投影光学系ＰＬの瞳Ｅｐ位置に開口絞り１３Ａ〜１３Ｈと同様の開口形状を有する絞りを交換可能に配置することによっても、レチクルＲに入射する照明光ＩＬ２の入射角を実質的に所望の範囲に制限することができ、レチクルＲに形成されたテストパターン３１との組み合わせによって投影光学系ＰＬの結像位置を計測して各種収差を検出することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る投影光学系の結像特性計測方法によれば、前記投影光学系の光軸に対して傾斜した方向から照明された前記所定パターンの像を前記投影光学系を介して前記第２面上に転写し、該転写された像の位置を計測するので、パターンの照明条件に対応して投影光学系に入射する光の角度を調節し、投影光学系の収差を高精度で迅速に計測することができる。
【００７０】
また、好ましい態様によれば、前記所定パターンを前記投影光学系の光軸方向とは異なる複数の方向から照明し、当該複数の方向から照明された前記所定パターンの像を前記投影光学系を介して前記第２面上に転写して該転写された像の位置を計測するので、前記投影光学系内の異なる位置を通過する光に関する収差を測定することができる。
【００７１】
また、好ましい態様によれば、前記所定パターンは、周期パターンであり、当該所定パターンから出射する０次光と±１次光の一方との光軸に対する角度が等しくなるように前記所定パターンに対する照明光の入射角を設定するので、０次光と±１次光の一方とによる２光束を用いた照明条件の下での収差を正確に計測することができる。
【００７２】
また、本発明に係る別の態様の投影光学系の結像特性計測方法によれば、前記照明光学系及び前記投影光学系のいずれかにおける前記第１面に対する光学的フーリエ変換面上で部分的に光束を遮光し、前記所定パターンとして前記第１面上に第１の繰り返しパターンと、前記第１の繰り返しパターンの繰り返し周期と異なる第２の繰り返しパターンとを配置し、前記第１の繰り返しパターンと、前記第２の繰り返しパターンの像をそれぞれ前記投影光学系を介して前記第２面上に転写して該転写された各パターンの像の位置を計測し、前記位置より前記投影光学系の所定の結像特性を計測するので、前記所定パターンの繰り返し周期に応じて投影光学系に入射する光の角度を適宜調節し、投影光学系の収差を高精度で迅速に計測することができる。
【００７３】
また、好ましい態様によれば、前記第１の繰り返しパターンを前記第１面上に配置して前記転写されたパターンの像の位置を計測した後に、前記第２の繰り返しパターンを前記第１面上に配置して前記転写されたパターンの像の位置を計測するので、前記所定パターンの繰り返し周期ごとに投影光学系の収差を個別に計測することができる。
【００７４】
また、好ましい態様によれば、前記第１及び第２の繰り返しパターンの繰り返し周期に応じて前記照明光学系から前記第１及び第２の繰り返しパターンへの照明光の入射角を調整するので、照明光学系に計測用の光を効率的に入射させることができ、測定精度を高めることができる。
【００７５】
また、本発明に係る投影露光装置によれば、パターンの像を基板上に転写する投影光学系を備えたものにおいて、前記パターンを前記投影光学系の光軸に対して傾斜した方向から照明する照明光学系と、前記傾斜した方向から照明された前記パターンの像の位置を前記投影光学系を介して計測する像位置検出装置とを備えるので、パターンの照明条件に対応して投影光学系に入射する光の角度を調節し、投影光学系の収差を高精度で迅速に計測することができる。
【００７６】
また、本発明に係る別の投影露光装置によれば、前記パターンが、第１の繰り返しパターンと、前記第１の繰り返しパターンの繰り返し周期と異なる第２の繰り返しパターンとを有し、前記第１の繰り返しパターンと前記第２の繰り返しパターンを同時に、または選択的に前記所定位置に配置する配置機構と、前記照明光学系及び前記投影光学系のいずれかの前記所定位置に対する光学的フーリエ変換面上で部分的に光束を遮光する光束遮光装置と、前記所定位置に配置された前記第１の繰り返しパターンの像と前記第２の繰り返しパターンの像の位置を前記投影光学系を介して計測する像位置検出装置とを備えるので、前記所定パターンの繰り返し周期に応じて投影光学系に入射する光の角度を適宜調節し、投影光学系の収差を高精度で迅速に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を実施するための投影露光装置を示す斜視図である。
【図２】図の装置に組み込まれる開口絞り板の構造を説明する図である。
【図３】図１の投影光学系による結像状態の計測を説明する図である。
【図４】図１の装置にセットされるレチクルに形成されたテストパターンを説明する図である。
【図５】図１の投影光学系によって形成されるテストパターン像の位置を計測するための開口部材を説明する図である。
【図６】テストパターン像の位置を計測する方法を説明する図である。
【図７】斜入射の角度が比較的小さい場合の結像を説明する図である。
【図８】斜入射の角度が比較的大きい場合の結像を説明する図である。
【図９】図２の開口絞り板の変形例を説明する図である。
【図１０ 】図４のテストパターンの変形例を説明する図である。
【符号の説明】
１ 露光光源
１０ フライアイレンズ
１１ 照明系の開口絞り板
１３ Ａ〜１３Ｈ 開口絞り
１８ 投影式のレチクルブラインド
２３ ウェハステージ
２１ レチクルステージ
２４ 開口部材
２５ 開口
２３ ウェハステージ
３１ テストパターン
３１ａ〜３１ｄ 回折格子マーク
３２、３３ レンズ枠
６１ 検出光学系
６１ 受光光学系
６２ 受光センサ
７０ 像位置検出系
８０ レンズエレメント
ＡＸ 光軸
ＰＬ 投影光学系
Ｒ レチクル
Ｗ ウェハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のパターン像を投影するための投影光学系の結像特性計測方法、及び半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンの像を投影光学系を介して基板上に転写するために使用される投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターン像を投影光学系を介してフォトレジストが塗布されたウェハ（又はガラスプレート等）上の各ショット領域に転写する一括露光型の投影露光装置（ステッパ等）が使用されている。また、これに代えてステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投影露光装置が使用されることもある。半導体素子等の集積度が向上するにつれて、これらの投影露光装置では、投影光学系の収差を低減させて、より高い解像度、及びより少ないディストーションで回路パターンの像をウェハ上に転写することが求められている。そのように投影光学系の収差を低減するためには、投影光学系の収差を高精度に計測し、この計測結果に基づいて投影光学系内の対応するレンズエレメントの位置等を補正する必要がある。
【０００３】
従来の投影光学系の収差の計測方法としては、テストプリント法が知られている。この方法では、テストレチクル上に形成された収差計測用のパターンの像を投影光学系を介してレジストを塗布したウェハ上に投影する。そして、現像後にウェハ上に形成されるレジストパターンの位置や形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて計測し、得られた計測データを解析することによって残留収差を求める。このように残留収差を求めた後、投影光学系内の所定のレンズエレメントをその残留収差に応じて上下左右に動かして収差を低減させ、再びテストプリントを行うことによって残留収差を確認し、その残留収差が所定の許容範囲内に収まるまで計測と収差補正とを繰り返す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では、収差計測用のパターンとして例えば周期パターンを用いた場合、この周期パターンからの０次回折光と±１次回折光とを合成した三光束干渉によって結像の収差計測を行うこととなるため、正確な収差量を得ることができないという問題がある。つまり、投影光学系の厳密な結像特性はテストパターンからの回折光の出射角度に依存するものであるから、上記のような三光束干渉の状態で得た収差量のように異なった出射角度における収差量の足し合わせになっているものでは、投影光学系の正確な結像特性を評価することができない。
【０００５】
また、従来の方法では、露光及び現像工程を含む計測工程と収差の修正工程とを繰り返す必要があるため、収差計測を開始してから収差の修正が完了するまでに長い時間を要するという不都合がある。
【０００６】
また、従来の方法では、レジストを介して収差計測を行うため、計測結果がレジストの性能に依存するという問題がある。さらに、レジストの塗布誤差、現像誤差などのプロセス上の誤差が収差計測値にのってしまうという問題もある。
【０００７】
そこで、本発明は、投影光学系の収差を高精度で迅速に計測することができる結像特性計測方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、投影光学系の収差計測に際してレジストの性能やプロセスの影響を受けにくい投影光学系の結像特性計測方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る投影光学系の結像特性計測方法は、第１面（Ｒ）上に配置された所定パターン（３１）を第２面（２４）上に転写する投影光学系の結像特性計測方法において、互いに周期が異なる複数のパターンを前記投影光学系の光軸（ＡＸ）に対して傾斜した方向から照明し、前記複数のパターンから発生する回折光のうち、０次回折光と±１次回折光の一方とを前記投影光学系（ＰＬ）に入射させ、前記投影光学系（ＰＬ）を介して前記第２面（２４）上に前記複数のパターンの像を転写し、前記第２面上に転写された前記複数のパターンの像のそれぞれの位置に基づいて、前記投影光学系の所定の結像特性を計測することを特徴とする。
【００１０】
また、好ましい態様では、前記複数のパターン（３１）を前記投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）方向とは異なる複数の方向から照明し、当該複数の方向から照明された前記複数のパターンの像を前記投影光学系（ＰＬ）を介して前記第２面（２４）上に転写し、該転写された前記複数のパターンの像のそれぞれの位置を計測する。
【００１１】
また、好ましい態様では、前記複数のパターン（３１）は、互いにピッチが異なるラインアンドスペースパターン（３１ａ〜３１ｄ）であり、当該ラインアンドスペースパターンから出射する０次光（ＤＬ０）と±１次光の一方（ＤＬ１）との光軸（ＡＸ）に対する角度が等しくなるように前記ラインアンドスペースパターン（３１）に対する照明光の入射角を設定する。
また、好ましい態様では、前記パターンの像は、受光センサーを備える像位置検出装置で検出されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る別の態様の投影光学系の結像特性計測方法は、照明光学系（１〜２０）によって照明された第１面（Ｒ）上の所定パターン（３１）を第２面（２４）上に転写する投影光学系（ＰＬ）の結像特性計測方法において、前記照明光学系及び前記投影光学系のいずれかにおける前記第１面（Ｒ）に対する光学的フーリエ変換面（１１、Ｅｐ）上で部分的に光束を遮光し、前記第１面上に、前記所定パターンとして、第１の繰り返しパターン（３１ａ、３１ｂ）と、前記第１の繰り返しパターンの繰り返し周期と異なる第２の繰り返しパターン（３１ｃ、３１ｄ）とを配置し、前記第１の繰り返しパターンと、前記第２の繰り返しパターンとをそれぞれ前記投影光学系を介して前記第２面（２１）上に転写し、該転写された各パターンの像の位置を計測することによって、前記投影光学系の所定の結像特性を計測する。
【００１３】
また、好ましい態様では、前記第１の繰り返しパターン（３１ａ、３１ｂ）を前記第１面（Ｒ）上に配置して、前記投影光学系を介した前記第１の繰り返しパターンの像の位置を計測した後に、前記第２の繰り返しパターン（３１ｃ、３１ｃ）を前記第１面上に配置して、前記投影光学系を介した前記第２の繰り返しパターンの像の位置を計測することを特徴とする。
【００１４】
また、好ましい態様では、前記第１及び第２の繰り返しパターン（３１ａ〜３１ｄ）の繰り返し周期に応じて、前記第１及び第２の繰り返しパターンに対する前記照明光学からの照明光の入射角を調整する（１３Ａ〜１３Ｅ）。
【００１５】
また、本発明に係る投影露光装置は、パターン（３１）の像を基板上に転写するものにおいて、互いに周期が異なる複数のパターンを投影光学系の光軸に対して傾斜した方向から照明する照明光学系（１〜２０）と、前記複数のパターンから発生する回折光のうち、０次回折光と±１次回折光の一方とに基づいて、前記複数のパターンの像を結像する前記投影光学系と、前記０次回折光と前記±１次回折光の一方とに基づいて、前記投影光学系が結像した前記複数のパターンの像のそれぞれの位置を検出する像位置検出装置（２４、４２、４３、６１、６２、７０）とを備える。
また、好ましい態様では、前記像位置検出装置は、前記パターンの空間像を検出することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る別の投影露光装置は、所定位置に配置されるパターン（３１）を照明光学系（１〜２０）で照明し、照明されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に転写するものにおいて、前記パターン（３１）は、第１の繰り返しパターン（３１ａ、３１ｂ）と、前記第１の繰り返しパターンの繰り返し周期と異なる第２の繰り返しパターン（３１ｃ、３１ｄ）とを有し、前記第１の繰り返しパターンと前記第２の繰り返しパターンを同時に、または選択的に前記所定位置に配置する配置機構（４１、４２、４３、１００）と、前記照明光学系及び前記投影光学系のいずれかの前記所定位置に対する光学的フーリエ変換面（１１、Ｅｐ）上で部分的に光束を遮光する光束遮光装置（１１、１３Ａ〜１３Ｈ）と、前記所定位置に配置された前記第１の繰り返しパターン（３１ａ、３１ｂ）の像と前記第２の繰り返しパターン（３１ｃ、３１ｄ）の像の位置を前記投影光学系を介して検出する像位置検出装置（２４、４２、４３、６１、６２、７０）とを備える。
また、好ましい態様では、前記像位置検出装置は、前記第１の繰り返しパターンの空間像と、前記第２の繰り返しパターンの空間像とを検出することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。本実施形態は、半導体素子等を製造する際に使用される投影露光装置用の投影光学系の所定の収差を計測し、この計測結果に基づいてその収差を修正する場合に本発明を適用したものである。その投影光学系の結像特性の計測は、専用の計測装置で行うことも可能であるが、以下では、その投影光学系を実際の投影露光装置に搭載して、その収差の計測及び修正を行う場合につき説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態が適用される投影露光装置を示し、この図１において、水銀ランプよりなる露光光源１からの照明光ＩＬ１は、楕円鏡２によって集光され、ミラー３、４で反射されてシャッタ５に入射する。シャッタ５が開状態のときに、シャッタ５を通過した照明光ＩＬ１は、干渉フィルタ７にて露光波長（本例では例えば波長３６５ｎｍのｉ線）以外の波長の照明光が除去される。なお、露光光としては、ｉ線以外のｇ線等のほか、複数種類の波長の混合光を使用しても良い。さらに、露光光源１としてＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源のほか、ＹＡＧレーザの高調波発生装置等を使用してもよい。
【００１９】
干渉フィルタ７で選択された波長域の照明光ＩＬ２は、第１インプットレンズ８Ａ、光路折り曲げ用のミラー９、及び第２インプットレンズ８Ｂを経てほぼ平行光束となってフライアイレンズ１０に入射する。フライアイレンズ１０の射出面は露光光源１の発光部と共役な位置関係となっており、その射出面は二次光源面を構成している。この射出面には、光束遮光装置として、照明系用の開口絞り板１１が回転自在に配置されている。開口絞り板１１の回転軸の周りには、各種形状の開口絞り１３Ａ〜１３Ｈが形成されており、開口絞り板１１を駆動モータ１２で回転することによって、フライアイレンズ１０の射出面に所望の開口絞りを設置できる。
【００２０】
フライアイレンズ１０から出射して開口絞り１３Ａ〜１３Ｈのいずれかを通過した照明光ＩＬ２は、第１リレーレンズ１７Ａ、投影式のレチクルブラインド（可変視野絞り）１８、第２リレーレンズ１７Ｂ、光路折り曲げ用のミラー１９、及びコンデンサレンズ２０を経て、レチクルＲを照明する。
【００２１】
レチクルＲとしては、回路パターンが形成されているデバイスレチクルのほか、結像特性を評価するためのテストパターンが形成されているテストレチクル等がある。図示の場合、レチクルＲとしてテストレチクルをセットした場合を示しており、全面に亘って適当な間隔でテストパターン３１が焼き付けられている。
【００２２】
フライアイレンズ１０の射出面とレチクルＲのパターン面とは光学的にフーリエ変換の関係にあり、フライアイレンズ１０がオプティカル・インテグレータとして作用するため、照明光ＩＬ２はレチクルＲのパターン面（第１面）を均一な照度分布で照明する。照明光ＩＬ２のもとで、レチクルＲ上のパターンの像は投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウェハＷの表面（第２面）上に投影される。投影光学系ＰＬは両側、又はウェハ側に片側テレセントリックであり、レチクルＲからウェハＷへの投影倍率は、一例として１／５、１／１０等である。
【００２３】
ここで、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面の直交座標系をＸ軸、Ｙ軸とすると、投影光学系ＰＬの一方の焦点面である第１面に配置されるレチクルＲは、Ｘ方向、Ｙ方向、回転方向に位置決めを行うレチクルステージ２１上に保持されている。また、投影光学系ＰＬの他方の焦点面である第２面に配置されるウェハＷは、ウェハホルダ２２上に吸着保持され、ウェハホルダ２２はウェハステージ２３上に固定される。ウェハステージ２３は、ウェハＷのＺ方向の位置及び傾斜角を補正してウェハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させると共に、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向へのステッピング、及び位置決めを行う。
【００２４】
ウェハステージ２３の２次元的な位置は、後述するレーザ干渉計によって高精度に計測され、この計測値に基づいてウェハステージ２３の位置が制御されている。露光時には、ウェハＷ上の或るショット領域への露光が終了した後、ウェハステージ２３をステッピングさせて、次に露光するショット領域を露光フィールドに移動して露光を行うという動作がステップ・アンド・リピート方式で繰り返されて、ウェハＷ上の各ショット領域への露光が行われる。
【００２５】
ウェハステージ２３のウェハホルダ２２の近傍には、投影光学系ＰＬを通過した投影光ＩＬ３によって形成される像の位置を検出するための開口部材２４が形成されている。投影光学系ＰＬの収差を計測する際には、ウェハステージ２３を移動させて投影光ＩＬ３が開口部材２４の中央に形成した矩形状の開口２５の位置を通過するように相対的走査を行う。
【００２６】
図２は、開口絞り板１１の詳細を説明する図である。開口絞り板１１の周辺には、垂直照明用の小さい開口の開口絞り１３Ａと、複数の偏心した小開口よりなる斜入射開口絞り１３Ｂ〜１３Ｅと、輪帯照明用の輪帯絞り１３Ｆ、１３Ｇと、通常の円形の開口絞り１３Ｈとが形成されている。光路上に配置された開口絞り１３Ａ〜１３Ｅは、レチクルＲの光学的フーリエ変換面においてこれを通過する照明光ＩＬ２の範囲を画定する。つまり、これらの開口絞り１３Ａ〜１３Ｅを適宜選択して光路上に配置することにより、レチクルＲへの照明光ＩＬ２の入射角の状態を制御できるので、レチクルＲを照明する照明光ＩＬ２の空間的コヒーレンシィを制御することができ、また、投影光学系ＰＬの結像特性を評価計測することができる。
【００２７】
レチクルＲとしてデバイスレチクルを用いてレチクル上の回路パターンをウェハＷ上に投影する際には、レチクルＲを照明する照明光ＩＬ２の空間的コヒーレンシィを制御して露光を最適化する。一般に空間的コヒーレンシィは、投影光学系ＰＬの開口数に対する照明光学系の開口数の比の値（即ち、照明系のσ値）で表される。現在使用されている通常の投影露光装置の照明系のσ値は、例えば０．５〜０．８程度である。そこで、通常の開口絞り１３Ｈの場合は、σ値に換算して０．５〜０．８程度に設定されているが、開口絞り１３Ａの場合は、σ値に換算して開口絞り１３Ｈより小さい値、即ち０．５より小さく設定されている。σ値が小さいときには、レチクルＲを照明する照明光ＩＬ２は、ほぼ垂直入射光とみなすことができるため、レチクルＲを垂直入射光で照明する場合には前述の開口絞り１３Ａを使用する。また、レチクルＲを中間の角度範囲内の斜入射光で照明する場合には、輪帯絞り１３Ｆ、１３Ｇを使用する。
【００２８】
斜入射開口絞り１３Ｂ〜１３Ｅは、レチクルＲ上に形成した回折格子パターンのテストパターンを特定方位から斜入射にて照明して投影光学系ＰＬの結像特性を評価するために用いることができる。このような斜入射照明の評価に際しては、斜入射照明の角度及び方位を設定するだけでなく、レチクルＲ上のテストパターンにより発生する回折光のうち、０次回折光と±１次回折光の一方とが光軸ＡＸに対してほぼ同じ角度になるように設定し、ウェハＷ上での結像状態が二光束干渉となるようにする。
【００２９】
斜入射開口絞り１３Ｂ〜１３Ｅを適宜選択して照明光ＩＬ２の光路上に配置することにより、レチクルＲ上に斜入射する照明光ＩＬ２の入射角を調節し、レチクルＲ上のテストパターンを通過する０次回折光の光軸ＡＸに対する角度及び斜入射の方位を調節することができる。また、照明光ＩＬ２の入射角に応じてレチクルＲ上のテストパターンの繰り返し周期を適宜選択することにより、レチクルＲ上のテストパターンから発生する±１次回折光のいずれか一方について光軸ＡＸに対する角度を０次回折光の光軸に対する角度と等しくすることができる。これにより、２光束干渉を用いた露光時の投影光学系ＰＬの収差を精密に測定するための準備ができる。
【００３０】
図３は、レチクルステージ２１やウェハステージ２３をより詳細に説明する図である。
【００３１】
レチクルＲは、モータ（不図示）の駆動によりＸ−Ｙ平面を２次元的に移動可能なレチクルステージ２１上のレチクルチャック４１によって、例えば真空吸着等によりレチクルステージ２１上に固定される。レチクルステージ２１のＸ、Ｙ方向の位置は、レチクルステージ２１の周辺に配置された反射鏡４２（１軸方向のみ図示）でレーザ光を反射させてレチクルステージ２１の移動量を計測するレチクルステージ干渉計４３（１軸方向のみ図示）によって常時検出され、制御系１００に入力される。制御系１００は、レチクルステージ干渉計４３からの移動量の情報に基づいてレチクルステージ２３の位置を制御する。
【００３２】
一方、レチクルＲのテストパターン３１が投影されるウェハＷは、真空吸着等によってウェハステージ２３上のウェハホルダ２２に固定されている。ウェハステージ２３のＸ−Ｙ平面内の位置は、ウェハステージ２３の周辺に配置された反射鏡４２（１軸方向のみ図示）にレーザ光を反射させてウェハステージ２３の移動量を計測するウェハステージ干渉計４３（１軸方向のみ図示）によって常時検出され、制御系１００に入力される。制御系１００は、ウェハステージ干渉計４３からの移動量の情報に基づいてウェハステージ２３の位置を制御する。
【００３３】
ウェハステージ２３の隅に形成されている開口部材２４は、投影光学系ＰＬを介してウェハＷ側に形成されたテストパターン３１の空間像を検出するための像位置検出装置の一部となっている。検出光学系６１は、開口部材２４の中央に形成された開口２５を通過した結像光を受光センサ６２に導くためのものである。受光センサ６２の出力は、ウェハステージ干渉計４３の出力と同期して像位置検出系７０に取り込まれた後、演算処理によってテストパターン３１の空間像の位置が検出され、その位置情報及び光像強度が制御系１００に送られるようになっている。後に詳細に説明するが、上記構成に基づいて複数のテストパターン３１の空間像の位置計測を行うことにより、投影光学系ＰＬの投影倍率を計測することかできる。さらに、光像強度のコントラスト等からデフォーカス（Ｚ方向の結像位置のずれに対応）やＸＹ面内での結像位置を計測して、投影光学系ＰＬの収差量を正確に求めることができる。
【００３４】
制御系１００は、計測により得られた結像特性に関する情報に基づいて投影光学系ＰＬを構成する複数のレンズエレメント８０を制御し、投影光学系ＰＬの結像特性を修正するとともに、露光動作における照明条件の変更や、温度あるいは気圧等の変化により変動する投影光学系ＰＬの投影倍率、収差等の補正を行うことができるようになっている。
【００３５】
レンズエレメント８０の制御についてより詳細に説明する。投影光学系ＰＬ内の上部には、所定のレンズエレメント８０がレンズ枠３３内に収納されている。このレンズ枠３３は、下方のレンズ枠３２との間に介装された圧電素子３４Ａ、３４Ｂ（実際には３箇所に設けられている）の伸縮量を電気的に調節することによって、光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に微小変位できると共に、所定範囲で傾斜できるようになっている。さらに、レンズ枠３３は、鏡筒側との間に設けた圧電素子（図示を省略）の伸縮量を調整することによって、Ｘ−Ｙ面内の位置を微動できるようにもなっている。つまり、制御系１００からドライバ１０１に制御信号を与えることにより、レンズ枠３３のＺ方向の位置や傾斜角、及びＸ方向、Ｙ方向の位置を微調整して、レンズ枠３３内のレンズエレメントの位置を微調整することができ、投影光学系ＰＬの結像特性を正確に補正できるようになっている。
【００３６】
なお、本実施の形態による投影露光装置には、上述の構成要素のほかにウェハステージ２３のＺ方向位置検出機構やウェハアライメント機構などが設けられているが、図示を省略している。
【００３７】
図４〜図６は、投影光学系ＰＬの投影倍率や収差等の結像特性を計測方法を説明する図である。
【００３８】
図４は、図２に示すレチクルＲ表面に形成されたテストパターン３１の形状の一例を説明する図である。図示のように、テストパターン３１は、Ｘ方向に延在する複数の光透過部からなるライン・アンド・スペース・パターンである回折格子マーク３１ａ、３１ｃと、Ｙ方向に延在する複数の光透過部からなるライン・アンド・スペース・パターンである回折格子マーク３１ｂ、３１ｄとを備える。
【００３９】
回折格子マーク３１ａを構成する複数の光透過部３１ａ１〜３１ａ５は、所定ピッチＰ１でＹ方向に配列されており、回折格子マーク３１ｃを構成する複数の光透過部３１ｃ１〜３１ｃ５は、所定ピッチＰ２（Ｐ２＜Ｐ１）でＹ方向に配列されている。また、回折格子マーク３１ｂを構成する複数の光透過部は、所定ピッチＰ１でＸ方向に配列されており、回折格子マーク３１ｄを構成する複数の光透過部は、所定ピッチＰ２でＸ方向に配列されている。
【００４０】
図５は、図１に示す開口部材２４の平面図である。開口部材２４の中央位置には、正方形の開口２５が形成されており、投影光学系ＰＬからの投影光を通過させる。この開口２５には、図４に示すテストパターン３１が投影される。
【００４１】
図４に戻って、テストパターン３１に逆に投影される開口２５の像１２５は、図示のように、各回折格子マーク３１ａ〜３１ｄの光透過部の寸法よりも小さくなっている。例えば、回折格子マーク３１ａを用いて結像特性を測定する際には、図３に示すウェハステージ２３とともに開口２５をＹ方向に徐々に移動させて、像１２５を回折格子マーク３１ａに対して相対的に−Ｙ方向に微動させる。これにより、回折格子マーク３１ａの像が開口２５の位置に投影されて移動する際の光量変化が検出される。なお、回折格子マーク３１ｃを用いて結像特性を測定する際にも、開口２５をＹ方向に徐々に移動させればよい。また、他の回折格子マーク３１ｂ、３１ｄを用いて結像特性を測定する際には、開口２５をＸ方向に徐々に移動させれば、回折格子マーク３１ｂ、３１ｄの像が開口２５の位置に投影されて移動する際の光量変化が検出される。
【００４２】
図６は、回折格子マーク３１ａ〜３１ｄの結像位置の検出方法を説明する図である。例えば、Ｙ方向にウェハステージ２３を等速微動させて回折格子マーク３１ａの空間像を開口２５及び受光光学系６１を介して受光センサ６２で検出する。この場合、受光センサ６２の出力信号は、図６（ａ）に示すように段階的に増加し、その後段階的に減少する波形となる。この出力信号は、開口２５のエッジ部を通過した光量を積分したものであるから、この波形を微分すれば、各回折格子マーク３１ａ〜３１ｄを構成するライン・アンド・スペースパターンの像の形状を正確に再現することができる。図６（ａ）に示す波形を微分した結果を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）において、出力信号Ｉを所定の基準レベルＶと比較して、出力信号Ｉと基準レベルＶとが一致したときのウェハステージ２３の位置ａ１、ａ２をウェハステージレーザ干渉計４３で計測する。
【００４３】
回折格子マーク３１ａを構成する第１の光透過部３１ａ１の空間像のＹ方向の中心位置は、開口２５の一方のエッジを基準として、ａ１、ａ２を平均した位置Ｙ１として求められる。同様にして、残りの第２〜第５の光透過部３１ａ２〜３１ａ５の空間像の位置Ｙ２〜Ｙ５を求めこれらを平均することにより、開口２５の一方のエッジを基準とした回折格子マーク３１ａの中心位置Ｃ３（Ｙ方向の位置）が求まる。なお、位置Ｙ１〜Ｙ１０の平均値を求めてそれらを平均することにより、開口２５の中心を基準とした回折格子マーク３１ａの中心位置が求まる。また、図６（ｂ）の波形から、例えば、所定の基準レベルＶで切り取られる線幅から像のコントラストを求めることができる。或いは、ピーク値ｐからコントラストを求めることもできる。このコントラストをウェハステージ２３をＺ方向に微動させつつ測定することにより、回折格子マーク３１ａのＺ方向の結像位置も測定することができる。つまり、回折格子マーク３１ａについてＹ方向及びＺ方向の結像位置やＹ方向の結像倍率を測定することができる。
【００４４】
なお、詳細な説明は省略するが、回折格子マーク３１ｂについても、Ｘ方向にウェハステージ２３を等速微動させて上記と同様の測定を行うことにより、回折格子マーク３１ｂについてＸ方向及びＺ方向の結像位置やＸ方向の結像倍率を測定することができる。また、回折格子マーク３１ｃについても、Ｙ方向にウェハステージ２３を等速微動させて上記と同様の測定を行うことにより、回折格子マーク３１ｃについてＹ方向及びＺ方向の結像位置やＹ方向の結像倍率を測定することができる。さらに、回折格子マーク３１ｄについても、Ｘ方向にウェハステージ２３を等速微動させて上記と同様の測定を行うことにより、回折格子マーク３１ｄについてＸ方向及びＺ方向の結像位置やＸ方向の結像倍率を測定することができる。
【００４５】
以上のような計測方法により、回折格子マーク３１ａ〜３１ｄからなるテストパターン３１の像の空間的な結像位置や結像倍率を求めることができ、投影光学系ＰＬの結像特性を迅速に評価することができるようになる。
【００４６】
例えば、一対の直交する回折格子マーク３１ａ、３１ｂのＺ方向の結像位置の差は、非点収差を意味する。つまり、レチクルＲを斜入射照明した際の０次回折光の光軸ＡＸに対する出射角度と、両回折格子マーク３１ａ、３１ｂの繰り返し周期に対応して出射する±１次回折光の一方の光軸ＡＸ対する出射角度とを等しくして投影光学系ＰＬに入射させてウェハＷ上に２光束干渉像を形成した場合、両回折格子マーク３１ａ、３１ｂについて得られる結像位置の差から、このような光路（瞳Ｅｐの位置において光軸からの距離が等しいリング上の部分を通過するもの）に関する投影光学系ＰＬの非点収差が求まる。また、レチクルＲ全面に分布する各テストパターン３１の像の空間的な結像位置を計測することにより、像高別のベストフォーカス位置の差を得ることができ、像面湾曲が求まる。さらに、レチクルＲを斜入射照明する角度と、回折格子マークの繰り返し周期とを対応させて変更することにより、０次回折光と±１次回折光の一方とを投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対称な複数組の角度で投影光学系ＰＬに入射させてウェハＷ上に２光束干渉像を形成することができる。このことは、投影光学系ＰＬの瞳Ｅｐ位置において光軸ＡＸからの距離が異なる複数の光路について投影光学系ＰＬのＺ方向の結像位置（デフォーカス量）を測定できることを意味し、投影光学系ＰＬの球面収差が求まる。以上の方法によれば、投影光学系ＰＬの各種収差量を正確に求めることができるので、それらの収差量に相応した方向と量だけ投影光学系ＰＬ中のレンズエレメント８０を微少移動させることにより、投影光学系ＰＬの収差を迅速かつ精密に低減することができるようになる。
【００４７】
以下、図７及び図８を参照して、球面収差の計測方法について具体的に説明する。図７及び図８は、斜入射照明の場合における投影光学系ＰＬによる２通りの結像を説明する概略図である。
【００４８】
図７に示すように、斜入射照明の場合、レチクルＲからの０次回折光ＤＬ０と±１次回折光の一方ＤＬ１との計２光束のみがウェハＷ上での結像に寄与するようにする。このため、０次回折光ＤＬ０の光軸ＡＸに対する角度と、±１次回折光の一方ＤＬ１の光軸ＡＸに対する角度とができるだけ等しくなるように、開口絞り板１１を適宜回転させて任意の斜入射開口絞りを光軸上に配置し斜入射照明光ＩＬ２と光軸ＡＸとのなす角度を調整するとともに、ウェハステージ２３を移動させてレチクルＲ上のテストパターン３１のうち計測対象となる繰り返し周期パターンを選択する。図示の場合、レチクルＲの光学的フーリエ変換面に配置されてここで部分的に光束を遮光する光束遮光装置として、図２の斜入射開口絞り１３Ｂ又は１３Ｄのうち対応するものを選択し、それぞれに対して図４に示す比較的ピッチの大きい回折格子マーク３１ｂ又は３１ａ（比較的周期の長い第１の繰り返しパターン）を選択している。
【００４９】
図７（ａ）では、投影光学系ＰＬは無収差であると想定しているため、投影光学系ＰＬ中のレンズエレメント８０（図３参照）の位置を調整してフォーカス位置をシフトさせる補正は必要ない。一方、図７（ｂ）では、投影光学系ＰＬに球面収差が残存しているため、投影光学系ＰＬ中のレンズエレメント８０の位置を調整してフォーカス位置を本来のベストフォーカス位置にシフトさせる補正が必要になる。
【００５０】
図８は、斜入射の角度がより大きい場合の例を示している。この場合も、０次回折光ＤＬ０の光軸ＡＸに対する角度と、±１次回折光の一方ＤＬ１の光軸ＡＸに対する角度とを等しくするが、図４の回折格子マーク３１ｂ又は３１ａの代わりに、これらよりピッチが小さい別の回折格子マーク３１ｄ又は３１ｃ（比較的周期の短い第２の繰り返しパターン）を選択し、それぞれに対して光学的フーリエ変換面に配置される図２の斜入射開口絞り１３Ｃ又は１３Ｅのうちいずれか対応するものを選択する。この結果、図８の場合の０次回折光ＤＬ０や１次回折光ＤＬ１の光軸ＡＸに対する角度は、図７の場合の０次回折光ＤＬ０や１次回折光ＤＬ１の光軸ＡＸに対する角度よりもわずかに大きくなっている。つまり、図７の場合、投影光学系ＰＬの開口絞りＥｐの位置においてより光軸ＡＸに近い領域を０次回折光ＤＬ０や１次回折光ＤＬ１が通過し、図８の場合、投影光学系ＰＬの開口絞りＥｐの位置においてより光軸ＡＸから離れた領域を０次回折光ＤＬ０や１次回折光ＤＬ１が通過する。
【００５１】
図８（ａ）では、投影光学系ＰＬは無収差であると想定しているため、投影光学系ＰＬ中のレンズエレメント８０の位置を調整してフォーカス位置をシフトさせる補正は必要ない。一方、図８（ｂ）では、投影光学系ＰＬに球面収差が残存しているため、投影光学系ＰＬ中のレンズエレメント８０の位置を調整してフォーカス位置を本来のベストフォーカス位置にシフトさせる補正が必要になる。
【００５２】
以下、図７及び図８を用いて、球面収差の具体的な測定手順について説明する。まず、図１の投影露光装置の開口絞り板１１の回転位置を適当に調節して、例えば斜入射開口絞り１３Ｂ（図２参照）を選択するとともに、ウェハステージ２３をＸ−Ｙ面内で適宜移動させることにより開口部材２４を対応する回折格子マーク３１ｂが投影されている位置まで移動させる。このとき、投影光学系ＰＬを通過する光は、図７に示すような状態になっている。次に、図６に示す検出方法を用いて、回折格子マーク３１ｂの空間像を計測し、この空間像のコントラストを計測する。この際、ウェハステージ２３をＺ方向に漸次移動させつつ回折格子マーク３１ｂの空間像のコントラストの変化を計測すれば、コントラストを最大にする条件で、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に関する結像位置を得ることができる。以上の測定により、投影光学系ＰＬの開口絞りＥｐの位置において、光軸ＡＸを含む特定面内で比較的光軸ＡＸに近い領域を通過する光に関して光軸ＡＸ方向の結像位置を計測することができる。
【００５３】
次に、開口絞り板１１の回転位置を適当に調節して、斜入射開口絞り１３Ｃ（図２参照）を選択するとともに、ウェハステージ２３をＸ−Ｙ面内で適宜移動させることにより開口部材２４を対応する回折格子マーク３１ｃが投影されている位置まで移動させる。このとき、投影光学系ＰＬを通過する光は、図８に示すような状態になっている。次に、再度図６に示す検出方法を用いて、回折格子マーク３１ｃの空間像を計測し、この空間像のコントラストを計測する。この際、ウェハステージ２３をＺ方向に漸次移動させつつ回折格子マーク３１ｃの空間像のコントラストの変化を計測すれば、コントラストを最大にする条件で、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に関する結像位置を得ることができる。以上の測定により、投影光学系ＰＬの開口絞りＥｐの位置において、光軸ＡＸを含む特定面内で比較的光軸ＡＸから離れた領域を通過する光に関して光軸ＡＸ方向の結像位置を計測することができる。
【００５４】
以上の計測により、投影光学系ＰＬの開口絞りＥｐで光軸ＡＸから離れた領域と光軸ＡＸに近接した領域とをそれぞれ通過する一対の光に関して結像位置を計測することができるようになるので、投影光学系ＰＬの球面収差を比較的正確に決定することができる。以上の説明では、同一方向に延びる回折格子マーク３１ｂ、３１ｄのみを利用した球面収差の測定について説明したが、直交方向に延びる回折格子マーク３１ａ、３１ｃを利用した球面収差の測定も行うことができ、この場合は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを含んで前述の特定面と直行する面に関して光軸ＡＸ方向の結像位置、さらには球面収差を計測することができる。
【００５５】
以上の説明では、球面収差を一例とした収差測定について説明したが、球面収差以外の測定、例えば、非点収差、像面湾曲等も可能であり、投影光学系ＰＬの開口絞りＥｐの位置において光軸ＡＸから離れた領域を通過する光と、光軸ＡＸに近接した領域を通過する光とに関して、それぞれの収差を決定することができる。さらに、レチクルＲ上に配置された各テストパターン３１について上記のような収差を測定すれば、投影光学系ＰＬのさらに詳細な結像特性（例えば像面湾曲等）を知ることができる。
【００５６】
以上の説明から明らかなように、図７（ａ）と図８（ａ）とに示すような結像状態が計測された場合、計測の範囲では、投影光学系ＰＬに球面収差はない。一方、図７（ｂ）と図８（ａ）とに示すような結像状態が計測された場合や、図７（ａ）と図８（ｂ）とに示すような結像状態が計測された場合、投影光学系ＰＬに球面収差が残存していることになる。
【００５７】
なお、上記の説明では、周期が異なる一対の回折格子マーク３１ａ、３１ｃを測定することによって投影光学系ＰＬの多様な収差を測定することとしているが、単一の回折格子マークのみを利用して投影光学系ＰＬの収差を測定することもできる。この場合、例えば、斜入射開口絞り１３Ｂ又は１３Ｃを光軸上に配置するとともに、対応する回折格子マーク３１ｂ又は３１ｄが投影されている位置に開口部材２４を移動させる。そして、図６に示す検出方法を用いて回折格子マーク３１ｂ又は３１ｄの投影像のコントラスト、中心位置等を計測する。これにより、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを含む特定面内で比較的光軸ＡＸに近い領域や比較的光軸ＡＸから遠い領域を通過する光に関して、収差を計測することができる。
【００５８】
また、上記の説明では、周期の異なる回折格子マーク３１ａ、３１ｃを開口１２５内に個別に投影して移動させることによってコントラストを計測するとしていたが、周期の異なる回折格子マーク３１ａ、３１ｃをサイズの大きな開口内に同時（例えば隣接して）に投影してコントラストを計測することにより、広い範囲にわたる収差の測定が可能になる。また、単一の開口内に同時に複数の回折格子マークを投影することにより、異なる領域を含む広い範囲に亘って収差の測定を行うことができる。この場合、パターンピッチに応じて斜入射絞りの調整を行うこととする。
【００５９】
図９は、図２に示す開口絞り板１１の変形例を説明する図である。図９（ａ）の斜入射開口絞り１１３Ｂや図９（ｂ）の斜入射開口絞り１１３Ｃを用いた場合、投影光学系ＰＬの非点収差を簡易に検出できる。図９（ａ）の斜入射開口絞り１１３Ｂを用いて非点収差のある投影光学系ＰＬを計測した場合、図４の回折格子マーク３１ｃ、３１ｄのいずれかの像のＺ方向の結像位置が複数となる。つまり、光像強度分布のコントラストのピークがフォーカス方向に複数できて、その差から非点収差の量を判定できる。図９（ｂ）の斜入射開口絞り１１３Ｃを用いて非点収差のある投影光学系ＰＬを計測した場合、図４の回折格子マーク３１ａ、３１ｂのいずれかの像のＺ方向の結像位置が複数となり、その差から非点収差の量を判定できる。さらに、図９（ａ）の場合、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ近傍を通過する光路に関する非点収差を検出することができ、図９（ｂ）の場合、投影光学系ＰＬの瞳Ｅｐにおいて光軸ＡＸから離れた位置を通過する光路に関する非点収差を検出することができる。
【００６０】
図１０は、図４に示すテストパターン３１の変形例を説明する図である。図示のテストパターン１３１を有するレチクルＲをレチクルステージ２１上にセットした場合、各回折格子マーク１３１ａ〜１３１ｄは、それぞれ各を反時計方向に４５゜回転させたものである。回折格子マーク１３１ａ〜１３１ｄの結像位置も計測することにより、より精度良く投影光学系ＰＬの結像特性を決定することができる。この場合、図２の斜入射開口絞り１３Ｂ〜１３Ｅを開口絞り板１１上で４５゜回転させることもできるが、図９に示すような斜入射開口絞り１１３Ｂ、１１３Ｃを用いることもできる。
【００６１】
以上の説明から明らかなように、上記の実施形態によれば、簡易なコントラスト計測により正確なベストフォーカス位置を迅速に求めることが可能となる。また、レチクルＲを照明する斜入射照明の角度や計測対象である回折格子マーク３１ａ〜１３ｄの周期を調節することにより、正確な球面収差を求めることができる。また、非点収差、像面湾曲等も正確に求めることができる。よって、投影光学系ＰＬの収差の修正を、短時間で正確に行うことができる。
【００６２】
以上、実施形態に即してこの発明を説明したがこの発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施の形態では、球面収差、非点収差、及び像面湾曲の計測及び修正を行っているが、同様に歪曲収差（ディストーション）の計測及び修正も行うことができる。即ち、ディストーションは投影像の横ずれであるため、上記の実施の形態の計測方法がそのまま適用でき、この計測結果に基づいてそのディストーションを修正できる。
【００６３】
また、上記の実施形態において、単一の開口２５を利用して回折格子マーク３１ａ〜３１ｄの結像位置を計測しているが、例えば同一形状の複数の開口を適所に配置し、同時に複数の回折格子マーク（例えば、回折格子マーク３１ａ、３１ｃ）を計測することにより、効率的な計測が可能となる。
【００６４】
また、図１０に示すような、回折格子マーク１３１ａ〜１３１ｄについては、直行する２辺がＸ、Ｙ方向に向いた開口２５の他に、これを４５゜回転させた開口を開口部材２４上に形成しておくことにより、簡易に回折格子マーク１３１ａ〜１３１ｄを計測することができる。
【００６５】
また、上記の実施形態において、図２に示す開口絞り１３Ｂ〜１３Ｅは、それぞれに形成された一対の開口の光軸からの距離を適宜調節・変更することができる。さらに、これに対応して、図４に示す回折格子マーク１３１ａ〜１３１ｄの繰り返し周期、すなわちピッチも調節・変更する。これにより、投影光学系ＰＬの瞳Ｅｐにおいて光軸ＡＸから必要な距離だけ反対方向に離れた位置を通過して２光束干渉する投影光ＩＬ３の計測が可能となり、光軸ＡＸから任意の距離の光路を通過する光に関する収差を測定することができ、球面収差の計測が精密になる。
【００６６】
また、図４に示すテストパターン３１は、単一周期の回折格子マーク３１ａ、３１ｂのみとすることができる。この場合、別のレチクルＲに、回折格子マーク３１ａ、３１ｂと異なる周期の回折格子マーク（回折格子マーク３１ｂ、３１ｄに対応）を形成し、レチクルステージ２１にセットするレチクルＲを交換してそれぞれの回折格子マークの空間像について結像位置を求める。これによっても、上記と同様に、投影光学系ＰＬの球面収差を得ることができる。
【００６７】
また、開口部材２４に一対の回折格子マーク３１ａ、３１ｃに対応して配置された一対の開口を設け、これらを通過する光を個別に検出すれば、一回の走査によって、同時に回折角（繰り返し周期）が異なるパターンについて像位置を検出することができる。この際、一対の回折格子マーク３１ａ、３１ｃに入射させる照明光ＩＬ２の入射角は、両回折格子マーク３１ａ、３１ｃの繰り返し周期に対応するものに設定する。
【００６８】
また、開口絞り板１１の開口絞り１３Ａ〜１３Ｈを変更する代わりに、投影光学系ＰＬの瞳Ｅｐ位置に開口絞り１３Ａ〜１３Ｈと同様の開口形状を有する絞りを交換可能に配置することによっても、レチクルＲに入射する照明光ＩＬ２の入射角を実質的に所望の範囲に制限することができ、レチクルＲに形成されたテストパターン３１との組み合わせによって投影光学系ＰＬの結像位置を計測して各種収差を検出することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る投影光学系の結像特性計測方法によれば、前記投影光学系の光軸に対して傾斜した方向から照明された前記所定パターンの像を前記投影光学系を介して前記第２面上に転写し、該転写された像の位置を計測するので、パターンの照明条件に対応して投影光学系に入射する光の角度を調節し、投影光学系の収差を高精度で迅速に計測することができる。
【００７０】
また、好ましい態様によれば、前記所定パターンを前記投影光学系の光軸方向とは異なる複数の方向から照明し、当該複数の方向から照明された前記所定パターンの像を前記投影光学系を介して前記第２面上に転写して該転写された像の位置を計測するので、前記投影光学系内の異なる位置を通過する光に関する収差を測定することができる。
【００７１】
また、好ましい態様によれば、前記所定パターンは、周期パターンであり、当該所定パターンから出射する０次光と±１次光の一方との光軸に対する角度が等しくなるように前記所定パターンに対する照明光の入射角を設定するので、０次光と±１次光の一方とによる２光束を用いた照明条件の下での収差を正確に計測することができる。
【００７２】
また、本発明に係る別の態様の投影光学系の結像特性計測方法によれば、前記照明光学系及び前記投影光学系のいずれかにおける前記第１面に対する光学的フーリエ変換面上で部分的に光束を遮光し、前記所定パターンとして前記第１面上に第１の繰り返しパターンと、前記第１の繰り返しパターンの繰り返し周期と異なる第２の繰り返しパターンとを配置し、前記第１の繰り返しパターンと、前記第２の繰り返しパターンの像をそれぞれ前記投影光学系を介して前記第２面上に転写して該転写された各パターンの像の位置を計測し、前記位置より前記投影光学系の所定の結像特性を計測するので、前記所定パターンの繰り返し周期に応じて投影光学系に入射する光の角度を適宜調節し、投影光学系の収差を高精度で迅速に計測することができる。
【００７３】
また、好ましい態様によれば、前記第１の繰り返しパターンを前記第１面上に配置して前記転写されたパターンの像の位置を計測した後に、前記第２の繰り返しパターンを前記第１面上に配置して前記転写されたパターンの像の位置を計測するので、前記所定パターンの繰り返し周期ごとに投影光学系の収差を個別に計測することができる。
【００７４】
また、好ましい態様によれば、前記第１及び第２の繰り返しパターンの繰り返し周期に応じて前記照明光学系から前記第１及び第２の繰り返しパターンへの照明光の入射角を調整するので、照明光学系に計測用の光を効率的に入射させることができ、測定精度を高めることができる。
【００７５】
また、本発明に係る投影露光装置によれば、パターンの像を基板上に転写する投影光学系を備えたものにおいて、前記パターンを前記投影光学系の光軸に対して傾斜した方向から照明する照明光学系と、前記傾斜した方向から照明された前記パターンの像の位置を前記投影光学系を介して計測する像位置検出装置とを備えるので、パターンの照明条件に対応して投影光学系に入射する光の角度を調節し、投影光学系の収差を高精度で迅速に計測することができる。
【００７６】
また、本発明に係る別の投影露光装置によれば、前記パターンが、第１の繰り返しパターンと、前記第１の繰り返しパターンの繰り返し周期と異なる第２の繰り返しパターンとを有し、前記第１の繰り返しパターンと前記第２の繰り返しパターンを同時に、または選択的に前記所定位置に配置する配置機構と、前記照明光学系及び前記投影光学系のいずれかの前記所定位置に対する光学的フーリエ変換面上で部分的に光束を遮光する光束遮光装置と、前記所定位置に配置された前記第１の繰り返しパターンの像と前記第２の繰り返しパターンの像の位置を前記投影光学系を介して計測する像位置検出装置とを備えるので、前記所定パターンの繰り返し周期に応じて投影光学系に入射する光の角度を適宜調節し、投影光学系の収差を高精度で迅速に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を実施するための投影露光装置を示す斜視図である。
【図２】図の装置に組み込まれる開口絞り板の構造を説明する図である。
【図３】図１の投影光学系による結像状態の計測を説明する図である。
【図４】図１の装置にセットされるレチクルに形成されたテストパターンを説明する図である。
【図５】図１の投影光学系によって形成されるテストパターン像の位置を計測するための開口部材を説明する図である。
【図６】テストパターン像の位置を計測する方法を説明する図である。
【図７】斜入射の角度が比較的小さい場合の結像を説明する図である。
【図８】斜入射の角度が比較的大きい場合の結像を説明する図である。
【図９】図２の開口絞り板の変形例を説明する図である。
【図１０ 】図４のテストパターンの変形例を説明する図である。
【符号の説明】
１ 露光光源
１０ フライアイレンズ
１１ 照明系の開口絞り板
１３ Ａ〜１３Ｈ 開口絞り
１８ 投影式のレチクルブラインド
２３ ウェハステージ
２１ レチクルステージ
２４ 開口部材
２５ 開口
２３ ウェハステージ
３１ テストパターン
３１ａ〜３１ｄ 回折格子マーク
３２、３３ レンズ枠
６１ 検出光学系
６１ 受光光学系
６２ 受光センサ
７０ 像位置検出系
８０ レンズエレメント
ＡＸ 光軸
ＰＬ 投影光学系
Ｒ レチクル
Ｗ ウェハ
Claims (11)
- 第１面上に配置された所定パターンを第２面上に転写する投影光学系の結像特性計測方法において、
互いに周期が異なる複数のパターンを前記投影光学系の光軸に対して傾斜した方向から照明し、
前記複数のパターンから発生する回折光のうち、０次回折光と±１次回折光の一方とを前記投影光学系に入射させ、前記投影光学系を介して前記第２面上に前記複数のパターンの像を転写し、
前記第２面上に転写された前記複数のパターンの像のそれぞれの位置に基づいて、前記投影光学系の所定の結像特性を計測することを特徴とする投影光学系の結像特性計測方法。 - 前記複数のパターンを前記投影光学系の光軸方向とは異なる複数の方向から照明し、当該複数の方向から照明された前記複数のパターンの像を前記投影光学系を介して前記第２面上に転写し、該転写された前記複数のパターンの像のそれぞれの位置を計測する請求項１記載の結像特性計測方法。
- 前記複数のパターンは、互いにピッチが異なるラインアンドスペースパターンであり、当該ラインアンドスペースパターンから出射する０次光と±１次光の一方との光軸に対する角度が等しくなるように前記ラインアンドスペースパターンに対する照明光の入射角を設定することを特徴とする請求項１記載の投影光学系の結像特性計測方法。
- 前記パターンの像は、受光センサーを備える像位置検出装置で検出されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の投影光学系の結像特性計測方法。
- 照明光学系によって照明された第１面上の所定パターンを第２面上に転写する投影光学系の結像特性計測方法において、
前記照明光学系及び前記投影光学系のいずれかにおける前記第１面に対する光学的フーリエ変換面上で部分的に光束を遮光し、
前記第１面上に、前記所定パターンとして、第１の繰り返しパターンと、前記第１の繰り返しパターンの繰り返し周期と異なる第２の繰り返しパターンとを配置し、
前記第１の繰り返しパターンと、前記第２の繰り返しパターンとをそれぞれ前記投影光学系を介して前記第２面上に転写し、
該転写された各パターンの像の位置を計測することによって、
前記投影光学系の所定の結像特性を計測することを特徴とする投影光学系の結像特性計測方法。 - 前記第１の繰り返しパターンを前記第１面上に配置して、前記投影光学系を介した前記第１の繰り返しパターンの像の位置を計測した後に、前記第２の繰り返しパターンを前記第１面上に配置して、前記投影光学系を介した前記第２の繰り返しパターンの像の位置を計測することを特徴とする請求項５に記載の投影光学系の結像特性計測方法。
- 前記第１及び第２の繰り返しパターンの繰り返し周期に応じて、前記第１及び第２の繰り返しパターンに対する前記照明光学系からの照明光の入射角を調整することを特徴とする請求項５又は６に記載の投影光学系の結像特性計測方法。
- パターンの像を基板上に転写する投影露光装置において、
互いに周期が異なる複数のパターンを投影光学系の光軸に対して傾斜した方向から照明する照明光学系と、
前記複数のパターンから発生する回折光のうち、０次回折光と±１次回折光の一方とに基づいて、前記複数のパターンの像を結像する前記投影光学系と、
前記０次回折光と前記±１次回折光の一方とに基づいて、前記投影光学系が結像した前記複数のパターンの像のそれぞれの位置を検出する像位置検出装置とを備えることを特徴とする投影露光装置。 - 前記像位置検出装置は、前記パターンの空間像を検出することを特徴とする請求項８に記載の投影露光装置。
- 所定位置に配置されるパターンを照明光学系で照明し、照明されたパターンの像を投影光学系を介して基板上に転写する投影露光装置において、
前記パターンは、第１の繰り返しパターンと、前記第１の繰り返しパターンの繰り返し周期と異なる第２の繰り返しパターンとを有し、
前記第１の繰り返しパターンと前記第２の繰り返しパターンを同時に、または選択的に前記所定位置に配置する配置機構と、
前記照明光学系及び前記投影光学系のいずれかの前記所定位置に対する光学的フーリエ変換面上で部分的に光束を遮光する光束遮光装置と、
前記所定位置に配置された前記第１の繰り返しパターンの像と前記第２の繰り返しパターンの像の位置を前記投影光学系を介して検出する像位置検出装置とを備えることを特徴とする投影露光装置。 - 前記像位置検出装置は、前記第１の繰り返しパターンの空間像と、前記第２の繰り返しパターンの空間像とを検出することを特徴とする請求項１０に記載の投影露光装置。
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