JPH06163366A

JPH06163366A - 露光方法及び露光装置

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Publication number: JPH06163366A
Application number: JP4318163A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Seya; 英一瀬谷; Masaaki Ito; 昌昭伊東; Souichi Katagiri; 創一片桐; Tsuneo Terasawa; 恒男寺澤; Minoru Hidaka; 稔日高; Eiji Takeda; 英次武田; Norio Saito; 徳郎斉藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1992-11-27
Publication date: 1994-06-10
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: US5420436A; JP3259373B2

Abstract

(57)【要約】【目的】設置された状態の光学系の個々の光学素子の
形状誤差と設置誤差を計測する。該計測機能と光学素子
面の修正機能を備えた露光装置および方法を実現する。【構成】測定する光学系１１〜１４のフィールド内
で、光源位置と結像点位置を移動位置決めしながら波面
収差分布を測定し、反射面位置誤差と波面収差の関係を
線形近似した係数群を用いて、各光学面１１〜１４上の
複数点における面位置誤差の修正量を得る。露光装置に
おいて、干渉計２３、凹面鏡２４を備えたウェハステー
ジ２、参照球面２１、および露光光学系１１〜１４の面
形状を制御するアクチュエータ群を備え、該修正量に基
づき光学面１１〜１４を修正して露光する。【効果】個々の光学面の設置及び形状誤差を装置上で
計測できる。また、露光光学系の誤差を修正し、収差を
常に小さく保って露光を行う露光装置を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学系を構成する光学
素子の面形状誤差および設置誤差の測定方法、また、半
導体製造用の露光装置及び露光方法に関わる。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体微細パターンを加工するた
めのリソグラフィとして広く用いられている、紫外光に
よる縮小投影露光法は０．１μｍ程度が解像限界である
といわれている。紫外光リソグラフィで対応が不可能な
０．１μｍ以下のパターン加工を実現する方法として、
波長５〜１５ｎｍ程度の軟Ｘ線を用いるＸ線縮小投影露
光法が有力視されている。良く知られているように、露
光装置の理論最小解像寸法は露光光の波長λに比例する
から、λ＝１５ｎｍのＸ線縮小投影露光法による理論最
小解像寸法は、同一開口数のもとでは、現在用いられて
いるλ＝３６５ｎｍの紫外光による場合の１／２０程度
の値を得ることが出来る。

【０００３】既に提案されているＸ線縮小投影露光装置
の構成例としては、例えば特開昭６３−１８６２６号公
報に記載されたものなどがある。しかしながら、こうい
った提案にもかかわらず、Ｘ線縮小投影露光技術は、未
だに実用化の領域には到達していない。その最大の理由
は、軟Ｘ線用の良い結像光学系を製作することが困難な
ことにある。

【０００４】すなわち、軟Ｘ線領域では実用的な屈折率
を持つ材料が得られないため、従来のようなレンズを用
いた屈折型光学系でなく、曲面鏡による反射型光学系を
用いる必要があり、しかも、反射鏡表面に軟Ｘ線反射用
多層膜を用いたとしても、反射率は数十％に理論的限界
があるため、露光光強度を低下させないためには反射面
数を少なくすることの出来る非球面反射鏡を使用しなく
てはならない。特開昭６３−１８６２６号公報の例で
は、数枚の非球面反射鏡を用いて軟Ｘ線用縮小投影光学
系を構成し、これによってパターンの転写を行ってい
る。

【０００５】ところが、一般に、結像光学系において波
動光学より求められる理論限界解像度を得るには、収差
をλ／４程度以下にする必要のあることが知られてい
る。Ｘ線縮小投影露光法では使用する波長が短いため、
光学系への要求は極めて厳しくなり、露光波長が１５ｎ
ｍとすると、許容される収差は、光路長差にして４ｎｍ
程度以下となる。これを実現するためには、光学系を構
成する各反射面単体の形状精度を１ｎｍ以下、また反射
面同士の設置精度もこれに近い値とすることが必要とな
る。

【０００６】このうち、光学素子の面形状に関しては、
上記のような精度を直接に実現出来る非球面形状加工法
は無いので、計測評価と形状修正を繰り返しながら必要
な形状に近付けていく方法を取る必要がある。このよう
な場合に必要となる面形状の高精度な計測に一般的に用
いられる方法としては、干渉法やプローブ法がある。干
渉法は、コヒーレントな光源から出射した光をハーフミ
ラーなどで分離してその一部を測定する面に、また残り
を参照面にそれぞれ当てて反射させ、これら２つの反射
光を重ね合わせて干渉させることにより、参照面の形状
と比較する形で測定面の形状を求める方法である。また
プローブ法は、定圧触針などを利用した３次元測定によ
り、測定する面の形状を求める方法である。

【０００７】一方、光学系を構成するための光学素子の
設置精度に関しても、支持部材の機械精度による光学素
子位置決めでは、０．１μｍ程度の精度しか期待できな
いため、組立て後に設置精度を評価し、設置位置の修正
をする必要がある。但し、設置精度を評価するといって
も、光学面は曲面であるため、面間の距離や相対的な姿
勢を高精度に測定するのは困難である。そこでこのよう
な場合、一般的には、組み立てた光学系の波面収差を測
定し、その結果から光学素子の設置位置が正確であるか
を推定する方法を取る。光学系の波面収差を測定する方
法としては、例えば図９に示すような方法がある。干渉
計２３から出射する測定光２０を測定用の集光光学系２
６により集め、その焦点を、測定しようとする光学系８
１の光源位置８２に一致させる。また、球面鏡２４を結
像点位置８３に一致するように設置し、測定光２０がも
との光路を戻るようにする。このようにして反射して来
る測定光を、球面である参照面２１からの反射光と重ね
合わせて干渉計で測定することにより、戻り光の球面波
からのずれ量を測ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来提案されている露
光装置には、非球面反射鏡を用いる軟Ｘ線用縮小投影光
学系を、露光に必要なｎｍオーダの精度で構成し、また
保持することが出来ないという問題点がある。

【０００９】まず、光学素子面形状を加工するためにど
うしても必要な、素子単体の面形状の計測については、
干渉法による形状計測では、平面や球面の計測に比較し
て、軟Ｘ線用縮小投影光学系に必要な非球面ではコモン
パス性の低下を避けられないために精度が低下すること
が知られており、数ｎｍ以下の形状測定精度を達成する
ことは困難である。一方、プローブ法では、検出感度自
体は１ｎｍ程度の値を得ている例があるものの、プロー
ブ送り機構の運動精度や安定性、形状を決定するための
基準面の精度などの問題から、やはり数ｎｍ以下の測定
精度を達成することが出来ない。

【００１０】また、光学素子の設置精度の評価に関して
は、図９に示されるような方法で波面収差を計測したと
しても、光学系の波面収差は、各反射面の形状誤差およ
び設置誤差の作用がすべて重なり合って生ずるものであ
り、Ｘ線縮小投影光学系においては、各反射面形状に十
分な精度が期待出来ない以上、波面収差のみの測定から
は、各面の形状と姿勢を具体的にどれだけ修正すべきか
の情報は得られないという問題がある。

【００１１】しかも、露光装置においては、露光フィー
ルドと呼ばれる、ある広がりを持った領域を正しい倍率
で像歪無しに投影することが求められる。このため、図
９のような方法で光学系の波面収差を測定した結果をも
とに、反射面を適当に選んでその形状および姿勢を修正
することにより収差を補正したとしても、フィールド内
にわたって収差が小さく出来る保証は無いし、また、倍
率や像歪を小さくできる保証もない。

【００１２】また、これらの問題に加えて、Ｘ線縮小投
影光学系の場合、装置実装状態における熱変形や応力に
よる変形の発生という問題も生ずる。上記のような精度
を要求する場合、光学素子自身の自重や固定力による変
形は無視出来ない大きさとなってしまうし、露光中には
Ｘ線の一部が反射鏡に吸収されて熱となるから、反射鏡
内に場所による温度勾配が発生し、不均一な熱膨張によ
る変形を生ずる。すなわち、たとえ設置当初の収差を小
さくすることができたとしても、使用中に有害な収差を
新たに生ずることが考えられる。

【００１３】装置実装に際するこれらの現象に対応する
手段として、適応光学系技術が提案されている。これ
は、各反射面に形状を制御するための変形機構を備え、
装置上で歪を検出して形状を理想的な状態に戻してやろ
うというものである。しかし、適応光学系技術が実用化
された例は殆ど無い。これは、装置上に実装された状態
で各反射面の誤差を計測する良い方法が無いことによ
る。というのは、既に述べた各反射面単体の測定で充分
な測定精度が得られないことに加えて、光学系として組
立てた状態での各面の形状の計測では、測定する面に対
向する位置に参照面あるいは検出プローブなどを配置す
ることが必要となるので、他の光学素子との機械的な干
渉により測定がさらに困難となるためである。

【００１４】以上述べたように、非球面の形状計測の困
難さと、組み立てた光学系の各反射面の設置誤差を具体
的に計測する方法の無いこと、また、装置実装状態で収
差を小さく保つために適応光学系技術を適用しようとす
る上で、装置上で各反射面の誤差を計測する良い手段が
無いことがＸ線縮小投影光学系実現上の障害となってい
た。

【００１５】本発明の目的は、非球面反射光学系の収差
の原因となる、光学素子の設置誤差及び形状誤差を正確
に計測すること、とりわけ光学系および各光学素子を装
置から取り外すことなく、光学系全体としての収差を計
測することによって、各面別の設置誤差と形状誤差に由
来する反射面位置の誤差を計測する方法を得ることにあ
る。また、露光光学系の各光学素子の誤差を、露光装置
に設置された状態で正確に測定し、各光学素子の誤差を
修正して、常に光学系の収差を小さく保つ露光方法、及
びそれを行う露光装置を得ることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明では、波面収差測
定における光源位置と結像点位置をフィールド内で移動
位置決めすることのできる波面収差測定手段を備え、光
源と結像点を移動位置決めしながら、対象とする光学系
の波面収差を開口内の光線位置の関数として数回計測す
る。また、対象とする光学系における各光学素子の幾何
学的配置関係から、各光学素子面の位置誤差と光学系の
波面収差の間の関係を線形関係に近似してその係数群を
あらかじめ計算して記憶保存しておく。これらの係数群
を並べたマトリクスと、上記の波面収差の測定値を開口
内の光線位置に関して並べたベクトルと、定数マトリク
スと、定数ベクトルとスカラー定数の積和の形で、各光
学素子面上の複数位置における光学素子面の位置誤差の
最適修正量を与える連立方程式の係数および定数項を求
め、これを解くことにより、開口内における複数の光線
の光路長のばらつきの２乗和の、上記の各測定位置にわ
たる総和を極小にするような、各光学素子面上の複数位
置における面法線方向の反射面位置誤差の最適修正量を
得る。

【００１７】また本発明の別の一形態では、露光方法に
おいて、露光動作と次の露光動作の間に、干渉計から発
せられた測定光が、露光光学系の原パターン側の露光フ
ィールド内に配置された複数の点のうちの一点に集光す
るように測定光の集光用光学系及び参照球面を移動位置
決めし、また、露光フィールド内の点から発せられた光
が露光光学系によって集光されるべき点に曲率中心が一
致するように凹面鏡を移動位置決めして露光光学系の波
面収差を測定することを繰り返して得たデータから、露
光光学系を構成する各光学素子面に関し、面上の複数の
点における面法線方向の位置の修正量を上記の方法によ
り求め、得られた結果に基づいて各光学素子面の形状及
び位置を修正して、光学系の熱変形などによる誤差を取
り除いて露光を行う。

【００１８】また本発明の別の一形態では、露光装置に
おいて、干渉計と、移動位置決め可能な干渉測定光集光
用の光学系及び参照球面と、上記第２の基板の移動位置
決め手段に固定された凹面鏡とを備え、上記参照球面の
曲率中心が露光状態における上記第１の基板の表面上に
位置し、上記凹面鏡の曲率中心が露光状態における上記
第２の基板の表面を含む面の上に位置するように配置
し、集光用光学系及び参照球面と凹面鏡を移動位置決め
しながら干渉計により露光光学系の波面収差を測定する
ことを繰り返す。また、露光光学系を複数の反射鏡によ
って構成し、それぞれの反射鏡に反射面形状および位置
を変化させる複数の変位発生器を設ける。さらに、露光
光学系を構成する各光学素子の面上の複数の点における
面法線方向の面位置誤差と波面収差変動の関係を示す係
数、あるいは、上記変位発生器の駆動量と波面収差変動
の関係を示す係数を記憶保持する手段を設け、上記波面
収差の測定値から面位置の修正量、または、変位発生器
の駆動量を計算し、それに基づき反射面形状および位置
を制御する。

【００１９】

【作用】以下、図２に示す、実施例であるＸ線縮小露光
装置の光学系を例として具体的に作用を説明する。図１
は波面収差測定中の側面図である。本装置は、光学系の
精度を保つために、干渉計２３による光学系の誤差測定
機能を備えており、原パターンステージ４を図中上方に
移動することにより、測定光２０が貫通穴２５から光学
系に導かれて測定が可能になる。

【００２０】以下、複数反射面からなる光学系の各反射
面の位置誤差を求める方法の原理を詳しく説明する。

【００２１】ここで、以下の説明に用いるために、若干
の用語について述べる。図６は開口と光線の関係を示す
図である。以下の説明において、開口とは、原パターン
３上の光源位置あるいはウェハ１上の結像点位置からみ
た立体角のうちで、光源から出た光線５２が光学系を通
じて結像点に到達する範囲を示す。また、以下の説明に
おいて、光線位置とは、開口内の任意の光線が光源から
結像点に至る道筋を示し、光線位置を示すために、開口
の中心に位置する光線と直交する平面あるいは球面を想
定し、この面と光線の交点の位置でその光線の位置を規
定するものとする。

【００２２】まず、反射面の位置誤差と光路長誤差の関
係を図１０を用いて示す。波面収差は、光線位置に関す
る結像光の位相分布であり、光源から結像点に至る光路
長の光線位置に関する変動の分布を光波長で除したもの
と等価である。光学素子形状誤差および設置誤差によ
り、反射面には法線方向の位置誤差Ｅを生ずる。反射面
位置誤差Ｅと光路長誤差ΔＬの関係は、光線の入射角θ
を用いて、数１によって表すことが出来る。

【００２３】

【数１】

【００２４】なお、厳密には、反射面の傾き誤差により
光線が横ずれを生じることによる光路長誤差の発生も考
えられるが、反射面は滑らかな鏡面で、形状誤差の横周
期はｍｍオーダ以上であり、しかも位置誤差Ｅは０．１
μｍ以下程度に小さい範囲にあるとすると、その影響は
数１の関係によって示される光路長誤差に比較して無視
出来る程度に小さいものとなる。

【００２５】形状誤差や設置誤差による反射面の位置誤
差Ｅは反射面上の位置の関数となるから、これによって
引き起こされる光路長の変動も光線位置の関数となる。
反射面に形状誤差の分布があれば、これによって、開口
内の分布としての光路長偏差を生ずることになる。従っ
て、光路長偏差あるいは波面収差を測定すれば、反射面
の位置誤差Ｅの分布に関する情報も得られることにな
る。しかしながら、露光光学系は４枚の反射面の組合せ
であり、それぞれの反射面の誤差の影響の総和によって
収差が決まるわけであるから、波面収差から直ちに各面
の誤差が求まるわけではない。

【００２６】そこで、本発明では、光源位置がフィール
ド内で移動することにより、反射面上で開口の像が移動
することを利用して各反射面の位置誤差を計算する。図
８は、フィールド内で光源および結像点位置が移動する
と反射面上での開口の像が移動することを示す図であ
る。図８（ａ）は露光フィールドを、（ｂ）は光源位置
が移動した場合の開口の位置を、また（ｃ）は第１反射
面上での開口の像を示す図である。なお、ここで開口の
像とは、光源位置を定めた場合に、反射面上で開口内の
光線を反射する領域を示すものとする。

【００２７】本光学系はアパーチャのための部材を特に
設けず、第２反射面を開口を定めるために用いている。
すなわち、図６において原パターン側開口５１およびウ
ェハ側開口５３は第２反射面１２の外形で規定されてい
る。このため、図８（ａ）においてフィールド４１内の
位置４２および４３を考えると、それぞれの開口は、第
２反射面で規定されるから図８（ｂ）における開口４４
および４５のようになる。その結果、第１反射面上の開
口像は図８（ｃ）における開口像４６及び４７のように
なる。すなわち、開口像はフィールド内の光源位置に依
存して反射面上を移動することがわかる。

【００２８】図１１は、フィールド内で光源および結像
点位置が移動することによる収差の発生の仕方の変化か
ら、原因となる誤差がどの反射面に由来するかを判断す
る方法を説明する図である。ここでは、１つの面に形状
誤差があった場合の収差の発生状況について説明する。
図１１において、ａ列とｂ列はそれぞれ、反射面の形状
誤差分布、反射面上における開口像の移動状態を示し、
ｃ列とｄ列はそれぞれ、図８におけるフィールド内の点
４３および４２を測定における光源位置とした場合の開
口内の光路長誤差分布を示す。１行から４行までの各行
はそれぞれ第１反射面から第４反射面に対応する。本光
学系では、第２反射面を開口に用いているため、ａ列２
行に示す第２反射面の形状誤差は、そのままの位置でｃ
列およびｄ列に示す光路長誤差に反映され、測定点によ
って動くことは無い。一方、第１反射面、第３反射面お
よび第４反射面の形状誤差は、測定点の位置に応じてｂ
列に示す開口像が移動するため、ｃ、ｄ列の光路長誤差
に現われる位置が変化する。１行と３行を比較すると、
開口像の移動方向が逆であり、それにつれて、光路長誤
差上に影響が現われる位置も逆方向に移動しているが、
これは、反射面が第２反射面より光源側にあるか否かに
よるものである。更に第３反射面より第４反射面の方が
移動量が大きくなっているのは、後者の方が第２反射面
から遠いことによる。

【００２９】これらの関係をみると、局所的な形状誤差
による収差に関しては、露光フィールド内の数点で計測
を行い、収差の現われる位置がどのように移動するかを
調べれば、どの面の誤差に依存するか特定することが出
来ることがわかる。ところが一般には、反射面の誤差は
反射面全面に分布するものであって、しかも各面が同時
に誤差を持つ。このため、各面の位置誤差の分布に関す
る連立方程式を立てて、それを解く方法を用いないと各
面の誤差分布を知ることはできない。

【００３０】以下、連立方程式による具体的な計算方法
について説明する。なお、以下の説明では、ベクトル及
びマトリクスを表すために、頭にそれぞれｖ及びｘをつ
けるものとする。たとえば、ベクトルＥをｖＥ、マトリ
クスＭをｘＭ、などと書く。また、一般的な説明とする
ため、反射面の枚数をｒと書く。さらに、反射面上に点
群をとり、点の数をｎとする。ここで、隣合う点同士の
間隔を、考えられる形状うねり横周期より小さくなるよ
うに取れば、面の形状及び姿勢はこの点群における反射
面の高さ位置のずれによってほぼ一意に記述できる。そ
こで、反射面位置誤差の分布は、数２に示すように各点
上の位置誤差を並べたｎ次元のベクトルで表記する。

【００３１】

【数２】

【００３２】数２において、位置誤差ベクトルｖＥの添
字ｉは反射面を表す。また位置誤差ベクトルの要素の２
番目の添字は面上の点の番号を表すものとする。

【００３３】また、光路長誤差に関しても、開口内にｓ
本の光線群を考え、各光線ごとの光路長誤差を並べたｓ
次元のベクトルで表記する。光路長誤差は、同一の光学
系でもフィールド内の測定点位置により異なるから、測
定点の数をｍとして、数３のように表す。

【００３４】

【数３】

【００３５】数３において、光路長誤差ベクトルｖΔＬ
の添字ｋは、フィールド内の測定点を表す。また、要素
の２番目の添字は開口内の光線位置を表すものとする。

【００３６】波面収差は、光路長誤差の変動分に相当す
るから、数４で定義される定数マトリクスｘＣを用いて
数５のようにベクトルで表すことができる。

【００３７】

【数４】

【００３８】

【数５】

【００３９】数４において右辺の第１項はｓ次の単位行
列、第２項はすべての要素が１／ｓであるようなｓ次の
正方行列である。また、数５において上線の付いたΔＬ
ｋはベクトルｖΔＬｋの各要素の平均値を示す。

【００４０】上記のように位置誤差ベクトル、光路長誤
差ベクトル及び波面収差ベクトルを定めると、数１の関
係が線形関係であることから、位置誤差ベクトルと光路
長誤差ベクトルの間の関係は数６のように書くことがで
きる。

【００４１】

【数６】

【００４２】数６は、各反射面の位置誤差分布が光路長
誤差の分布に及ぼす影響の、全反射面にわたる総和が光
路長誤差を与えることを示している。数６においてマト
リクスｘＭは、位置誤差ベクトルと光路長誤差ベクトル
の関係を示すｓ×ｒ次元のマトリクスであり、１番目の
添字は反射面を、２番目の添字は測定点を表す。その要
素は、反射面上の各点上に存在する単位大きさの反射面
誤差が、それぞれ光路長誤差ベクトルの各要素に与える
影響の大きさを並べた縦ベクトルを、さらに反射面上の
点の順番に横に並べたものである。従って、光路長誤差
ベクトルの各要素に対応する光線について、反射面上で
反射される位置がその反射面上の上記点群の何番目の点
に一番近いか、また、そこでの入射角がどうなるかをす
べて調べれば、この関係係数マトリクスは、数１に従っ
て求めることが出来る。既に述べたように反射面誤差が
小さいという仮定のもとでは、これらの値は光学系の幾
何学的設計形状から、計算により充分な精度で求めるこ
とが出来る。

【００４３】ここで数５の関係を数６に代入すると、数
７の関係が得られる。

【００４４】

【数７】

【００４５】数７は、位置誤差ベクトルと波面収差ベク
トルの関係を示す式であるが、各測定点に関するｍ本の
式が同時に成立することから、位置誤差ベクトルｖＥ₁
からｖＥ_rに関するベクトル連立方程式とみることも出
来る。従って、数７を解いて、各位置誤差ベクトルの値
を求めることができれば、目的とする各面の位置誤差が
求まることになる。

【００４６】ところが実際には、いくつかの問題点があ
る。未知数の個数と条件式の本数を考えると、未知数は
位置誤差ベクトルの次元数と面の枚数の積となるからｎ
×ｒ個であり、式の本数は、波面収差ベクトルの次元数
と測定点数の積であるからｓ×ｍ本である。ｒは反射面
の枚数であって既定であるから、ｎ×ｒ＝ｓ×ｍの関係
を満たすようにあらかじめｎ、ｓ、ｍを定めておく必要
がある。すなわち、位置誤差ベクトルの次元、波面収差
ベクトルの次元と測定点数は任意に決めることが出来な
いという問題がある。

【００４７】また、パターン転写用の結像光学系の設計
においては、一般に完全に無収差の特性が得られるよう
に設計を行うことは不可能であって、実用上問題の無い
程度の大きさの収差が、設計値においてすでに残存して
いるのが普通である。このような光学系においては、収
差を完全に０とするような解はそもそも存在しないので
あって、たとえ上記のようにｎ、ｓ、ｍを定めたとして
も、当然、数７の方程式は解けないことが予想される。

【００４８】そこで、本発明では、フィールド内でのｒ
ｍｓ収差分布の二乗積分値を評価関数とし、それを最小
とする最適値としての解を求める。実際の計算において
は、点群が十分に細かく、かつ均一に分布する条件のも
とでは、波面収差ベクトルのノルムがｒｍｓ収差の定数
倍にほぼ等しくなること、更に、全測定点にわたってこ
のノルムの二乗和を作ると、これは上記のフィールド内
でのｒｍｓ収差分布の二乗積分値の定数倍に概ね等しく
なることを利用し、数８に示す評価関数Ｇを用いる。

【００４９】

【数８】

【００５０】この評価関数Ｇは、位置誤差ベクトルの二
次形式となるから、公知の手法により、極小値を与える
位置誤差ベクトルの変化量を求めることが出来る。すな
わち波面収差測定時の位置誤差ベクトルをｖＥ_ia、位
置の修正量ベクトルをｖ△Ｅ_iとして、ｖＥ_ia＋ｖ△Ｅ
_iに関する二次形式Ｇの値を最小にするｖ△Ｅ_iの値を
求める問題を解けば良いことになる。

【００５１】但し、ここで注意すべきことは、極小値を
与える解の組は反射面の枚数ｒ分の自由度を持ってい
て、一意には定まらないことである。これは、波面収差
が光路長の偏差分に相当することによる。すなわち、開
口の全面にわたって光路長を一定量だけ増減するような
解の変化は波面収差および評価関数Ｇに影響を与えない
から、各面についてのこのような変化が自由度として残
ってしまうのである。本発明では、最終的に数値計算に
よって解を求めるから、解が一意的でないことは数値計
算を発散させるので望ましくない。

【００５２】このようなケースでは、解のうちで修正量
ベクトルｖ△Ｅ_iが最も小さくてすむようなものを選ぶ
のが一般に実現上望ましい。このような解を得るための
手法にはいくつかあるが、ここでは、コスト関数を用い
る手法について述べる。すなわち、数９に示すとおり、
評価関数Ｇの替わりに、Ｇと、ベクトルｖ△Ｅ_iのノル
ムの総和の定数倍との和Ｇ₁を評価関数として用いる方
法である。

【００５３】

【数９】

【００５４】ここで、定数γは正の実数であって、第２
項の存在による解の最適値からのずれ量が充分に小さ
く、しかも、以下の数値計算の精度が低下しない程度に
解が一意性を持つような適当な大きさに選ぶ必要があ
る。

【００５５】以下、最適修正ベクトルｖ△Ｅ_iを求め
る。評価関数Ｇ₁の極小条件は位置誤差ベクトルｖＥ_i
の各要素Ｅ_ijによる偏微分∂Ｇ₁／∂Ｅ_ijが０となる
ことから数１０の通りとなる。

【００５６】

【数１０】

【００５７】数１０において条件ｖＥ_q＝ｖＥ_qa＋ｖ
△Ｅ_qはすべてのｑについて成り立つものとする。ここ
に、ベクトルｖＥ_qaは測定を行った時点での位置誤差
ベクトルであって、定数であるがその値は未知である。

【００５８】評価関数Ｇの、位置誤差ベクトルｖＥ_iの
各要素Ｅ_ijによる偏微分である∂Ｇ／∂Ｅ_ijをＥ_i
の関数として求めると数１１のようになる。

【００５９】

【数１１】

【００６０】従って、数９に従って数１０の左辺を、Ｇ
の偏微分と修正量ベクトルのノルム和の偏微分の２成分
に分解した場合の第１成分は、数１２のように書くこと
ができる。

【００６１】

【数１２】

【００６２】数１２において、ｖｅ_jは第ｊ項が１であ
るような単位ベクトルを示し、ベクトルｖＲ_kaは、ｋ
番目の測定点における波面収差の測定値を示す。

【００６３】また、同じく第２成分は、数１３のように
求められる。

【００６４】

【数１３】

【００６５】数１２と数１３を用いると数１０の方程式
群は数１４のように変形することが出来る。

【００６６】

【数１４】

【００６７】数１４の左辺に含まれる未知数は、各面に
関する修正量ベクトルｖ△Ｅ_iのみであり、式の値は各
ｖ△Ｅ_iと定数ベクトルの内積だから、数１４の左辺は
各ｖ△Ｅ_iの要素の線形結合であるのは明らかである。
すなわち、数１４の方程式群は、各ｖ△Ｅ_iの要素を未
知数とする、連立１次方程式となることがわかる。この
連立１次方程式においては、未知数の個数と式の本数が
共にｎ×ｒ個となるから、通常の連立方程式解法で解く
ことが出来る。

【００６８】ここで、数１５に示すように、縦ベクトル
である各ｖΔＥ_iをさらに縦に並べたｎ×ｒ次元の縦ベ
クトルｖΔＥを定義する。

【００６９】

【数１５】

【００７０】また、数１４は、１からｒまでの整数ｉ、
１からｎまでの整数ｊについて成立するから、ｐ＝ｎ
（ｉ−１）＋ｊなる整数ｐを考え、数１４のｎ×ｒ個の
方程式群をｐの順に縦に並べると、数１６に示すような
マトリクス形式に書き換えることができる。

【００７１】

【数１６】

【００７２】（ここに、ｃ_pはｖＣの第ｐ要素、ａ_pw
はｘＡの第（ｐ，ｓ）要素であって、ｉ、ｊはｎ（ｉ
−１）＋ｊ＝ｐ、１≦ｊ≦ｎを満たす整数、ｔ、ｕは
ｎ（ｔ−１）＋ｕ＝ｗ、１≦ｕ≦ｎを満たす整数であ
る）数１６において、係数行列ｘＡは、ａ_pwを与える式で
示されるとおり、ある行列と、単位行列の実数倍の和と
なるから、係数γを適当に選べば、必ず正則にすること
が出来る。すなわち、数１６の方程式は、その条件のも
とで、数値計算により必ず一意に解くことが出来ること
がわかる。

【００７３】なお、既に述べたとおりγは過大に取ると
解に含まれる誤差の増大を招き、過小に取ると解の一意
性の低下による上記の数値計算の発散を招く。従って、
上記の計算を係数γを減少させながら繰り返し、発散す
る直前の解をもって正しい解とするのが計算誤差を小さ
くする点からは望ましい。

【００７４】以上、上記数１６が示す連立方程式の解
が、波面収差を極小にする最適解を与えること、およ
び、これらの方程式が数値計算により実際に解けること
を示した。すなわち、複数計測点における波面収差の測
定結果と、光学系の幾何学的配置に基づく反射面位置誤
差と波面収差の変動の関係から、光学系のｒｍｓ収差の
二乗積分値を評価関数として反射面誤差の最適修正量を
得る方法が示されたわけである。

【００７５】次に、上記の計算に必要な、複数点におけ
る波面収差の測定について説明する。図１は波面収差を
測定している状態の側面図を示す。干渉計２３より出射
した測定光２０は平面鏡３２、３３を経て集光用レンズ
２６および参照面２１に達する。原パターンステージ４
を図中上方に移動して貫通穴２５を通し測定光２０を光
学系に導き、かつ、ウェハステージ２を移動して球面反
射鏡２４の曲率中心を結像点に一致させれば、図９に示
す従来方法と同様の原理により、露光光学系の波面収差
が測定できる。ただし、本装置においては、球面鏡２４
および参照面２１が移動位置決め可能となっているた
め、光学系に対して光源および結像点を移動しながら複
数点で波面収差を測定することが可能である。なお、波
面収差測定に利用可能な精密干渉法としては、フリンジ
スキャン干渉法やヘテロダイン干渉法などがあり、位相
差計測の分解能は光路長差にして１ｎｍ程度が実現可能
である。

【００７６】以上述べた手法により、各面に関し、具体
的に反射面の位置をどれだけ修正すべきかの値が、面上
の位置の関数として得られるわけであるから、各反射面
に面形状を制御する機構を備えることにより、理想的な
光学系を実現することが出来る。図１２は、形状制御機
構を備えた反射面の構造を示す。ピエゾアクチュエータ
７１は、反射面１１と基板７２の間に配列され、両端を
反射面１１および基板７２に固定されている。配列を構
成するそれぞれのピエゾアクチュエータ７１に、配列内
の位置に応じて適当な駆動電圧を加えることにより、反
射面１１を任意の形状に歪ませることが出来る。

【００７７】また、あらかじめ各アクチュエータの単位
駆動量による光学系の波面収差の変化量を実測により求
めておき、これらの値を並べたマトリクスを上記の計算
方法におけるマトリクスｘＭの替わりに用いると、各ア
クチュエータの最適駆動量を示すベクトルを、上記と全
く同じ原理、および計算方法により直接求めることが出
来る。

【００７８】

【実施例】以下、実施例であるＸ線縮小露光装置につい
て説明する。図２は本装置の透視図、図３は露光動作中
の側面図、また、図１は波面収差測定中の側面図であ
る。本装置は、半導体微細パターンをウェハ上に転写露
光する用途に用いるものであり、露光光には波長１３ｎ
ｍの軟Ｘ線を用いる。

【００７９】図３に示す露光動作においては、図示しな
い照明光学系により照射された軟Ｘ線７は、原パターン
３で反射され、縮小光学系を構成する反射面１１、１
２、１３および１４によって集光されてウェハ１上に結
像する。縮小光学系を構成する第１反射面１１および第
３反射面１３は図中Ｘ方向から見て半円状の外形を持つ
凹面であり、第２反射面１２は同じく円状の外形を持つ
凸面であって、いずれも非球面である。また、第４反射
面１４は平面である。図７は、パターン露光を行ってい
る状態を示す図である。図７において、第１の基板であ
る原パターン３上の弓形の露光フィールド４１内のパタ
ーンが第２の基板であるウェハ１上に投影される。パタ
ーン全面を転写するために原パターンステージ４および
ウェハステージ２を連続で移動させる同期走査方式を採
用しているが、これは、光学系への制約が厳しいため
に、チップ全面が一度に露光出来るようなフィールドの
広い縮小光学系が設計出来ないことによるものである。

【００８０】図１に示す波面収差測定動作においては、
干渉計２３より出射した測定光２０は平面鏡３２、３３
を経て集光レンズ２６に達する。集光レンズ２６は凸レ
ンズであって、図中右側の面は参照面２１を兼ねてお
り、右側の焦点位置を中心とする正確な球面をなすハー
フミラーとなっている。測定光２０の一部はこの面にお
いて反射されて元の光路を戻り、残りはマスクステージ
の開口部２５を通じて露光光７と同じ光路を通りウェハ
ステージ２上に至る。結像位置に球面鏡２４の曲率中心
を一致させるようにウェハステージ２を位置決めするこ
とにより、干渉計２３を利用した波面収差測定が出来
る。

【００８１】図４は、ウェハステージの構造の詳細を示
す図である。可動部に球面鏡２４が、曲率中心の高さが
ウェハ表面と同じになるように設けられている。露光時
には結像点にウェハが来るようにステージを移動する。
また、波面収差測定時にはステージをＸ方向に移動して
結像点と球面鏡２４の曲率中心を一致させる。

【００８２】図５は、参照面ステージの構造を示す図で
ある。集光光学系２６および参照面２１はＹＺ方向に移
動可能な参照面ステージ２２に固定されている。干渉計
２３より入射した測定光２０は、平面鏡３３および平面
鏡３２によって折り曲げられ、参照面２１に達する。平
面鏡３３および平面鏡３２はそれぞれ、Ｚ移動部３１、
参照面ステージ２２に固定されているため、ステージの
移動によって干渉計２３より参照面２１に入射する光軸
が移動することは無い。参照面ステージ２２は、集光光
学系２６により集光された測定光の焦点が、露光時の原
パターン上になるように配置されているため、原パター
ン上で反射した軟Ｘ線と同じ光路で縮小光学系に入射す
る。球面鏡２４および集光光学系２６、参照面２１が移
動可能となっているため、光学系に対して光源および結
像点を移動しながら複数点で波面収差を測定することが
可能となる。

【００８３】測定にあたっては、まず露光フィールドの
中央部で、参照面および球面鏡の位置を微調整して波面
収差が最小となるようにし、そこでの波面収差を計測す
る。それから、縮小光学系が結像光学系として有効に機
能する領域である露光フィールドの内部で、それぞれの
ステージを、縮小率を考慮して各測定点に正しく位置す
るように位置決めしながら波面収差の計測を繰り返す。
このようにして各点での波面収差を測定すると、光学系
に縮小倍率の誤差や像歪がある場合には、場所により、
実際の結像点と測定において想定した結像点の間に横ず
れを生じる。その影響は、開口内での光路長偏差となる
から、あたかも波面収差があるように測定結果に反映さ
れることになる。本装置では、この波面収差データをも
とに、数１６を用いて面法線方向の面位置の修正量を計
算するため、得られる結果は、測定時の実際の結像点で
はなく、凹面鏡の曲率中心を位置決めしたそれぞれの位
置に関するｒｍｓ収差の総和を極小にするような修正量
となる。すなわち、本装置では測定時に縮小倍率誤差や
像歪があったとしても、それを修正するような面位置修
正量を得ることが出来る。

【００８４】なお、本装置では、反射鏡表面に多層膜を
設けることにより軟Ｘ線の反射率を向上している。この
ため厳密には、表面反射する測定光と多層膜内部で反射
するＸ線では、反射位置が異なり、同一反射面上でも光
路により入射角が異なるため、開口内の光路長分布にも
若干の差を生ずる。従って、波面収差測定結果について
も、この差分をあらかじめ評価してデータとして保有し
ておき、それを測定結果に加算する形で補正することが
望ましい。

【００８５】図１２は、形状制御機構を備えた反射面の
構造を示す。ピエゾアクチュエータ７１は、反射面１１
と基板７２の間に配列され、両端を反射面１１および基
板７２に固定されている。配列を構成するそれぞれのピ
エゾアクチュエータ７１に、配列内の位置に応じて適当
な駆動電圧を加えることにより、反射面１１を任意の形
状に歪ませることが出来る。この際、反射面１１はベー
スに比較して充分薄く作られているので、ベースには殆
ど歪を生じない。形状を修正する場合は、駆動電圧を与
えて望ましい面形状に変形させ、次回の修正までその電
圧を正確に保持する必要がある。なお、ピエゾアクチュ
エータにはヒステリシスや非直線性があるため、充分に
高精度な制御を行おうとする場合、形状修正と誤差測定
を数回繰り返し、誤差を追い込む手法を用いることが望
ましい。

【００８６】図１４は、光学系の誤差を計算する処理の
方法を示す図である。図において、太い矢印はデータの
流れを示す。左側の細線で囲まれた部分は反射面位置誤
差と光路長偏差の関係を示す係数マトリクスの計算であ
る。

【００８７】この係数マトリクスを構成する各縦ベクト
ルは、ある反射面のある点における単位大きさの法線方
向の面位置誤差が開口内の光線群に与える光路長変化を
示す。同時に、この係数マトリクスを構成する各横ベク
トルは、開口内のある光線位置における光路長が反射面
上の各点における単位大きさの面位置誤差によりどのよ
うに変化するかを示す。実際の計算にあたっては、ま
ず、各反射面の面位置誤差をベクトルで表記するための
各反射面上の点群の位置と番号、露光フィールド内の測
定点群の位置と番号、また、波面収差分布をベクトルで
表記するための開口内の光線位置群の位置と番号を定義
する。次に、想定している測定点において、想定してい
る光線位置が想定している反射面上でどの点の一番近く
で反射されるかを求め、さらにそこでの入射角θを求め
て、横ベクトルの上記反射面上の点に相当する要素を数
１に従って２ｃｏｓθとする。反射面上の別の点におけ
る面位置誤差は想定している光線位置の光路長を変化さ
せないから、横ベクトルの他の要素はすべて０としてよ
い。ただし、２点あるいはそれ以上の点が同程度に最も
反射位置に近い場合には、上記の２ｃｏｓθを、対応す
る要素の間で配分してもよい。この際、横ベクトルの各
要素の和は、想定している反射面全面が単位大きさだけ
法線方向に移動した場合の光路長変化量である２ｃｏｓ
θに等しくしなくてはいけない。

【００８８】このような操作によって係数マトリクスを
決めると、既に述べたように係数マトリクスの縦ベクト
ルは、ある点での面位置誤差が開口内の光線群に与える
光路長変化を示す。その点が反射面上の開口の像の外に
ある場合には、面位置誤差が光路長変化を引き起こさな
いから縦ベクトルの要素は当然すべて０になる。ところ
が逆に、開口像の内部の点が必ず０でない要素を持つ保
証はない。なぜなら、光線の反射位置の分布密度が反射
面上の点群の分布密度より低い場合、想定する点がどの
光線の反射位置にも最も近い点ではないということが起
こりうる。この場合、縦ベクトルの要素はすべて０にな
るから、この点における面位置誤差が、開口内の光路長
分布に影響しないという誤った近似がなされてしまうこ
とになる。このようなことが起こるのを防ぐため、開口
像の内部にある点には、必ずその点が反射位置に最も近
い点となるような光線が存在するように、光線位置の密
度を高めてやる必要がある。すなわち、上記の波面収差
ベクトルの定義のための光線位置の定義においては、任
意の反射面における開口像内部の反射位置の分布密度
が、点群の分布密度と少なくとも同等以上となるよう
に、密度あるいは光線位置の総数を決める必要がある。

【００８９】以上の操作によって、面位置誤差と光路長
変化の関係が線形に近似されて求められたことになる。
なお、この部分は計算量がやや多く、また波面収差の測
定結果を用いる必要の無い部分なので、オンラインで求
めるよりも、あらかじめ光学系の設計形状をもとに計算
を行って、記憶回路を設けそこに結果を記憶しておくこ
とが望ましい。

【００９０】一方、図１４の右側の部分は、波面収差の
測定と、数１６による、開口内ｒｍｓ収差積分値を最小
にする光学素子面位置修正量を計算するための連立方程
式係数群の計算と、数値計算による上記方程式の解の算
出であって、オンライン処理で行うものである。

【００９１】上記の計算は、反射面の位置修正量を求め
るためのものであるが、あらかじめ各アクチュエータの
単位駆動量による光学系の波面収差の変化量を実測によ
り求めて記憶回路に記憶しておき、これらの値を並べた
マトリクスを、上記の計算方法における係数マトリクス
の替わりに用いることで、各アクチュエータの最適駆動
量を示すベクトルを、上記と全く同じ計算方法および構
成により直接求めることも出来る。ただ、この場合に
は、位置誤差修正量からアクチュエータの駆動量を計算
する手間が省ける一方で、駆動量と波面収差変化量の間
の関係を線形近似することになるため、アクチュエータ
特性に非線形性がある場合、計算で求めた駆動量による
修正結果の実際の面形状には誤差が生じることが考えら
れる。従って、やはり繰り返し測定及び計算、修正を行
うことが望ましく、この際、この修正ループ処理の打切
りを判断するには、アクチュエータの駆動量と別に、ｒ
ｍｓ収差積分値の値も計算し、その値が許容値より小さ
くなっていることを確認することが精度上望ましい。

【００９２】本装置では、光学系の精度を保つため、一
定時間を限度として露光動作を行うと、次の露光動作を
行う前に、面形状を測定して光学素子誤差を修正する。
この方法によって、常に光学系の誤差を一定レベル以下
に抑えることが出来る。図１３は、露光手順の一例を示
すものであり、ウェハステージ２を連続移動しながら往
復２列のチップパターン９６を露光後、凹面鏡２４が結
像点位置に来るように位置決めを行って波面収差を測定
する方法である。このような手順で露光を行うと、測定
のためのウェハステージ２の移動距離を小さく出来るた
め、スループットに与える悪影響を低減することが出来
る。なお、このような露光手順の発生は、露光動作を制
御する計算機上のソフトウェアにその機能を与えること
などにより容易に実現可能である。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば、非球面反射光学系の収
差の原因となる、光学素子の設置誤差及び形状誤差を正
確に計測することが出来る。しかも、光学系および各光
学素子を装置から取り外すことなく、光学系全体として
の収差を計測することによって、各面別の設置誤差と形
状誤差に由来する反射面位置の誤差を計測することがで
きる。なお、波面収差の計測は、反射してくる球面波の
波面の計測となるので、単体非球面の干渉計測に比較し
てはるかに高精度に行うことが可能である。このため、
光学系全体の収差が数ｎｍ程度でも、それを検出して光
学系の修正値を求めることが可能となる。

【００９４】また、本発明によれば、露光光学系の各光
学素子の誤差を機上で正確に測定出来る露光装置を得る
ことが出来る。さらに、本発明によれば、各光学素子の
誤差を修正し、常に光学系の収差を小さく保つことの出
来る露光装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるＸ線縮小投影露光装置
を示す透視図。

【図２】本発明の一実施例であるＸ線縮小投影露光装置
において露光を行っている状態を示す側面図。

【図３】本発明の一実施例であるＸ線縮小投影露光装置
において光学系の波面収差を測定している状態を示す側
面図。

【図４】ウェハ用ステージの構造を示す図。

【図５】参照面用ステージの構造を示す図。

【図６】光学系の開口および光線の関係を示す図。

【図７】パターンの転写状況を示す図。

【図８】露光フィールド内位置と反射面上の開口像の関
係を示す図。

【図９】光学系の波面収差の測定方法を示す図。

【図１０】反射面位置ずれと光路長変化の関係を示す
図。

【図１１】各反射面の形状誤差と波面収差の関係を示す
図。

【図１２】反射鏡の構造の一例を示す図。

【図１３】露光手順の一例を示す図。

【図１４】計算処理の手順を示す図。

【符号の説明】

１…ウェハ、２…ウェハステージ、３…原パターン、４
…マスクステージ、７…露光軟Ｘ線、１１…第１反射
面、１２…第２反射面、１３…第３反射面、１４…第４
反射面、２０…測定光、２１…参照面、２２…参照面ス
テージ、２３…干渉計、２４…球面反射鏡、２５…貫通
孔、２６…集光レンズ、３１…Ｚステージ、３２、３３
…平面鏡、３４…ベース、４１…露光フィールド、４
２、４３…計測点、４４…計測点４２に関する開口、４
５…計測点４３に関する開口、４６…計測点４２に関す
る開口の像、４７…計測点４３に関する開口の像、５１
…原パターン側開口、５２…光線、５３…ウェハ側開
口、６１…開口像、６２…波面収差、７１…ピエゾアク
チュエータ、７２…基板、８１…測定される光学系、８
２…光源位置、８３…結像点位置、９０…実際の反射
面、９１…理想的な反射面、９３…実際の光路、９４…
理想的光路、９６…チップパターン、９７…露光経路、
１０１…光学系の幾何学配置、１０２…フィールド内の
計測点配置、１０３…反射面上の格子点配置、１０４…
反射面上での光線入射角、１０５…位置誤差と収差の関
係係数マトリクス、１０７…波面収差ベクトル、１１０
…最適修正値、１１１…連立方程式の係数。ｒ…反射面の枚数、ｎ…反射面上の点群の数、ｓ…光路長誤差を測る開口内の光線位置の数、ｍ…フィールド内の計測点数、Ｅ…反射面の法線方向位置誤差、ｖＥ_i…第ｉ面の位置誤差ベクトル、Ｅ_ij…第ｉ面の位置誤差ベクトルの第ｊ要素、ｖＥ_ia…収差測定時の第ｉ面位置誤差ベクトル、ｖΔＥ_i…第ｉ面の最適修正値ベクトル、 ΔＥ_ij…第ｉ面の最適修正値ベクトルの第ｊ要素、ｖΔＥ…最適修正値ベクトル、 ΔＬ…光路長誤差、ｖΔＬ_k…第ｋ計測点における光路長誤差ベクトル、 ΔＬ_kj…第ｋ計測点における光路長誤差ベクトルの第ｊ
要素、ｖＲ_k…第ｋ計測点での波面収差ベクトル、ｖＲ_ka…第ｋ計測点での波面収差ベクトルの実測値、ｘＭ_ik…第ｉ反射面、第ｋ計測点に関する関係係数マト
リクスＧ…評価関数、Ｇ₁…補正された評価関数、ｘＣ…差分を与える定数マトリクス、ｖｅ_j…第ｊ要素が１である単位ベクトル、 δ_ij…クロネッカーのデルタ、ｘＡ…最適修正値ベクトルを与える連立方程式の係数マ
トリクス、ａ_pw…ｘＡの第（ｐ，ｗ）要素、ｖＣ…最適修正値ベクトルを与える連立方程式の定数ベ
クトル、ｃ_p…ｖＣの第ｐ要素。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 7352−4ＭＨ０１Ｌ 21/30 ３３１Ｅ (72)発明者寺澤恒男東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者日高稔東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者武田英次東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者斉藤徳郎東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ないしＸ線用の光学系の測定方法であっ
て、波面収差測定における光源位置及び結像点位置を、
測定する光学系においてそれぞれ有効な領域内の複数の
点のうちの１点に移動位置決めする工程と、測定する光
学系の波面収差を計測する工程とからなる工程を繰り返
して上記の複数の点における波面収差を測定する工程
と、光学系を構成する各光学素子面上の複数の点におけ
る面法線方向の面位置の修正量を計算する工程からなる
ことを特徴とする、光学系の測定方法。
【請求項２】請求項１に記載の光学系の測定方法におい
て、上記の面位置の修正量を計算する工程が、測定する
光学系の光学素子の幾何学的配置関係から、光学素子面
の位置変化と光学系の波面収差の間の関係を線形関係に
近似してその係数群をあらかじめ計算して記憶保存する
工程と、上記の係数群を並べたマトリクスと、波面収差
の測定値を開口内の光線位置に関して並べたベクトル
と、定数マトリクスと、定数ベクトルとスカラー定数の
積和により、各光学素子面上の上記複数の点における面
位置修正量を与える連立方程式の係数および定数項を得
る工程と、数値計算によりこの連立方程式の解を求める
工程からなることを特徴とする、光学系の測定方法。
【請求項３】投影光学系を用いる露光方法であって、上
記投影光学系を構成する各光学素子面の個別の設置誤差
及び形状誤差、ないし各面上の複数の点における面法線
方向の面位置の修正量を、露光を行う際の投影光学系の
設置位置における投影光学系の波面収差測定と計算によ
って求める工程と、上記の工程によって得られた結果に
基づいて各光学素子面の形状及び位置を修正する工程を
含むことを特徴とする露光方法。
【請求項４】請求項３に記載の露光方法において、複数
回繰り返される露光工程を含み、上記光学素子面の個別
誤差ないし各面の修正量を求める工程と、上記の各光学
素子面形状及び位置を修正する工程を、ある露光工程と
次の露光工程の間に含むことを特徴とする露光方法。
【請求項５】請求項３にまたは請求項４に記載の露光方
法において、上記光学素子面の個別誤差ないし各面の修
正量を求める工程が、測定光集光用光学系及び参照球面
を移動位置決めすることにより、測定光を投影光学系の
原パターン側の露光フィールド内に配置された複数の点
のうちの一点に集光する工程と、上記露光フィールド内
の点から発せられた光が投影光学系によって集光される
べき点に曲率中心が一致するように、測定光を反射する
凹面鏡を移動位置決めする工程と、干渉法により投影光
学系の波面収差を測定する工程の各工程の繰り返しによ
り上記複数の点における露光光学系の波面収差を測定す
る工程と、各光学素子の面上の複数の点における面法線
方向の面位置の修正量を計算する工程からなることを特
徴とする露光方法。
【請求項６】転写されるべきパターンを備えた第１の基
板と、このパターンが転写される第２の基板と、第２の
基板を移動位置決めするための手段と、パターンの像を
第２の基板に投影するための投影光学系を備えた露光装
置において、測定光の光源と、干渉測定手段と、移動位
置決め可能な干渉測定光集光用光学系及び参照球面と、
上記第２の基板の移動位置決め手段に固定された凹面鏡
とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項７】請求項６に記載の露光装置において、上記
参照球面の曲率中心が露光状態における上記第１の基板
の表面上に位置し、上記凹面鏡の曲率中心が露光状態に
おける上記第２の基板の表面を含む面の上に位置するこ
とを特徴とする露光装置。
【請求項８】請求項６または請求項７に記載の露光装置
において、上記投影光学系を複数の反射鏡によって構成
し、それぞれの反射鏡に反射面形状および位置を変化さ
せる複数の変位発生器を設け、さらにこの変位発生器の
変位量を制御する手段を設けたことを特徴とする露光装
置。
【請求項９】請求項６、請求項７または請求項８に記載
の露光装置において、上記投影光学系を構成する各光学
素子面上の複数点における面法線方向の反射面位置誤差
と投影光学系の波面収差の変動の関係を示す係数群を記
憶保持する手段を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項１０】請求項８に記載の露光装置において、上
記各変位発生器の駆動量と投影光学系の波面収差の変動
の関係を示す係数群を記憶保持する手段を備えたことを
特徴とする露光装置。