JPH10281934A

JPH10281934A - 投影光学系の結像特性計測方法、及び該方法を使用する投影露光装置

Info

Publication number: JPH10281934A
Application number: JP9087874A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Takeuchi; 裕一郎竹内
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1997-04-07
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】投影光学系の収差等の結像特性を短時間に、
且つ高精度に計測する。【解決手段】通常は、露光光ＩＬのもとでレチクルＲ
のパターン像が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投
影される。投影光学系ＰＬの結像特性の計測時には、フ
ライアイレンズ１０の射出面に小さい開口の開口絞り１
３Ｄを設定することで、レチクルＲを垂直入射光で照明
する。更に、投影光学系ＰＬの瞳面の近傍にレチクルＲ
からの±１次回折光のみを通過させる遮光フィルタ３６
ｂを設置した状態で、レチクルＲ上の各評価用マーク３
１の像を投影光学系ＰＬを介してウエハステージ２３上
に投影し、ウエハステージ２３上の開口パターン２５Ｘ
等よりなる空間像計測系を介してそれらの投影像の位置
を検出することで、投影光学系ＰＬの所定の収差を計測
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定のパターンの
像を投影するための投影光学系の結像特性計測方法、及
び例えば半導体素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッ
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の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エハ（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）、又はステップ・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て
いる。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エ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、
レジストを塗布したウエハ上に、テストレチクル上の収
差計測用パターンの像を投影光学系を介して投影し、現
像後にウエ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）等を用いて計測する
ことによって、残留収差を求めている。従来は、このよ
うに残留収差が求められた後、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た後、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してい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来は、テ
ストプリントによって投影光学系の収差を計測し、この
計測結果に基づいてその収差を修正していた。しかしな
がら、この方法では、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。

【０００５】更に、従来の収差計測方法は、レジストを
介した計測方法であるため、計測される収差がレジスト
の解像度等の性能に依存するという不都合もある。ま
た、レジスト現像時のパターンの歪み等の処理プロセス
上の誤差が収差の計測誤差になるという不都合もある。
本発明は斯かる点に鑑み、投影光学系の収差等の結像特
性を短時間に、且つ高精度に計測できる投影光学系の結
像特性計測方法を提供することを目的とする。

【０００６】更に本発明は、そのような計測方法を実施
できる投影露光装置を提供することをも目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による投影光学系
の結像特性計測方法は、第１面のパターンの像を第２面
上に投影する投影光学系（ＰＬ）の結像特性計測方法に
おいて、その第１面上に所定パターン（３７Ｘ）を配置
し、投影光学系（ＰＬ）内のその第１面に対する光学的
フーリエ変換面（瞳面）上で部分的に結像光束を遮光し
た状態で、その所定パターンの像をその第２面上に投影
して、この投影された像の位置を計測し、この計測され
た像の位置ずれ量より投影光学系（ＰＬ）の所定の結像
特性（コマ収差、歪曲収差等）を計測するものである。

【０００８】斯かる本発明において、その投影光学系に
収差が存在しない場合、例えば図４（ａ）に示すよう
に、その第１面上の所定パターン（３７Ｘ）が回折格子
パターンであるとして、この回折格子パターンにより回
折された回折光の内、主に０次回折光（５１）と±１次
回折光（５２Ａ，５２Ｂ）との合計３光束が投影光学系
内を通って第２面（Ｗ）上に到達し、互いに干渉しあっ
て像を結ぶことになる。ところが、投影光学系に３次コ
マ収差が存在する場合には、図４（ｂ）に示すように、
０次回折光（この場合、主光線となる）（５１）に対し
て、±１次回折光（５３Ａ，５３Ｂ）は、第２面上で横
方向に、３次コマ収差量に相当する量ΔＸだけシフトす
ることになる。それら３光束が干渉することにより像が
形成されるが、±１次回折光（５３Ａ，５３Ｂ）が位置
ずれを起こしている分、全体の像コントラストとしては
低下することとなる。

【０００９】このような場合に本発明では、図５（ｂ）
に示すように投影光学系の瞳面上に設けた遮光フィルタ
（３６ｂ）により０次回折光（５１）を遮断して、±１
次回折光（５３Ａ，５３Ｂ）のみの２光束干渉により結
像を行い、結像面での像の横方向の位置ずれ量を計測す
ることにより、残存コマ収差量を求める。その結像位置
の位置ずれ量は、例えば空間像検出系によって計測でき
る。更に、その位置ずれ量の計測結果に基づいて、投影
光学系（ＰＬ）内の対応するレンズエレメント（３３）
の位置を微調整することによって、そのコマ収差の修正
をすることが可能となる。

【００１０】この場合、その第１面上の所定パターン、
及びその所定パターンに対する照明条件の少なくとも一
方に応じて、投影光学系（ＰＬ）内のその光学的フーリ
エ変換面（瞳面）での遮光領域を変更するようにしても
よい。例えばその所定パターンのピッチが異なると、±
１次回折光のその瞳面での位置が変化するため、これに
応じてその遮光領域を最適化することで、より正確に結
像特性が計測できる。

【００１１】また、その第１面上のその所定パターンを
垂直入射光で照明することが望ましい。例えば図５
（ｂ）に示すように、その所定パターン（３７Ｘ）が回
折格子パターンである場合、垂直入射光で照明すること
によって、０次回折光（５１）は瞳面の中心を通過し、
±１次回折光（５３Ａ，５３Ｂ）は瞳面の周辺部を通過
するため、例えば瞳面の中心部を遮光することによって
容易に±１次回折光による像を得ることができる。

【００１２】また、本発明の投影露光装置は、マスク
（Ｒ）に形成されたパターンの像を所定の基板（Ｗ）上
に投影する投影光学系（ＰＬ）と、基板（Ｗ）の位置決
めを行う基板ステージ（２３）と、を備えた投影露光装
置において、投影光学系（ＰＬ）は、マスク（Ｒ）の配
置面に対する光学的フーリエ変換面、又はこの近傍の面
上で結像光束を部分的に遮光する遮光フィルタ（３６
ａ，３６ｂ）を着脱自在であり、基板ステージ（２３）
内に、投影光学系（ＰＬ）を介して投影された像の位置
を計測するための空間像計測系（２５Ｘ，３８Ｘ，３９
Ｘ）が設けられたものである。斯かる本発明の投影露光
装置によれば、本発明の結像特性計測方法が実施でき
る。また、空間像計測系によって、直接投影像の横ずれ
量が計測できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、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。

【００１４】図１は本例で使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及びミラー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
等や、又は複数種類の波長の混合光を使用しても良い。
更には、露光光源１としてＫｒＦエキシマレーザやＡｒ
Ｆエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源、又はＹＡＧ
レーザの高調波発生装置等を使用してもよい。

【００１５】干渉フィルタ７で選択された波長域の露光
光ＩＬ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。その射出面には、照明系の開口絞り板１
１が回転自在に配置され、開口絞り板１１の回転軸の周
りには、通常の円形の開口絞り１３Ａ、複数の偏心した
小開口よりなる変形光源用の開口絞り１３Ｂ、輪帯照明
用の輪帯絞り１３Ｃ、及び垂直照明用の小さい開口の開
口絞り１３Ｄが形成されている。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の射出面に所望の照明系の開口絞りを設置できるよ
うに構成されている。

【００１６】これらの開口絞りは、レチクルを照明する
露光光ＩＬの空間的コヒーレンシィを制御するための絞
りであり、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１３Ａ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１３Ｄは、σ値に換算して開口絞り１３Ａ
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、レチクルを照明する露光光ＩＬ
は、ほぼ垂直入射光とみなすことができるため、本例で
はレチクルを垂直入射光で照明する場合に開口絞り１３
Ｄを使用する。

【００１７】フライアイレンズ１０の射出面の開口絞り
を通過した露光光ＩＬ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。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、露光光ＩＬはレチクルＲのパターン面を
均一な照度分布で照明する。露光光ＩＬ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エハＷ上に投影される。投
影光学系ＰＬは両側、又はウエハ側に片側テレセントリ
ックであり、レチクルＲからウエハＷへの投影倍率は、
一例として１／４，１／５等である。

【００１８】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、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、ウエハＷはウエハホルダ２２上に吸着保持
され、ウエハホルダ２２はウエハステージ２３上に固定
され、ウエハステージ２３は、ウエハＷのＺ方向の位置
及び傾斜角を補正してウエハＷの表面を投影光学系ＰＬ
の像面に合焦させると共に、ウエハ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。ウエハステー
ジ２３の２次元的な位置は、不図示のレーザ干渉計によ
って高精度に計測され、この計測値に基づいて不図示の
主制御系によってウエハステージ２３の位置が制御され
ている。露光時には、ウエハＷ上の或るショット領域へ
の露光が終了した後、ウエハステージ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、ウエハＷ上の各ショット
領域への露光が行われる。

【００１９】また、本例のレチクルＲのパターン面に
は、結像特性計測用の評価用マーク３１がＸ方向、Ｙ方
向にそれぞれ所定ピッチで形成されている。図２（ａ）
はその評価用マーク３１を示し、この図２（ａ）におい
て、評価用マーク３１は、所定ピッチＰでＹ方向に配列
されたライン・アンド・スペースパターンよりなるＹ軸
の回折格子マーク３７Ｙ、所定ピッチＰでＸ方向に配列
されたライン・アンド・スペースパターンよりなるＸ軸
の回折格子マーク３７Ｘ、並びに回折格子マーク３７Ｙ
及び３７Ｘをそれぞれ反時計方向に４５°回転してなる
回折格子マーク３７Ｒ及び３７Ｔより構成されている。
即ち、本例の評価用マーク３１は、種々の方向に配列さ
れた同一ピッチＰの回折格子マークより構成されてい
る。結像特性の計測時には、レチクルＲに露光光ＩＬが
照射され、レチクルＲ上の各評価用マーク３１の像が投
影光学系ＰＬを介してウエハステージ２３上に投影され
る。

【００２０】これに対応して、ウエハステージ２３のウ
エハホルダ２２の近傍に透明なガラス基板よりなる基準
マーク部材２４が固定され、この基準マーク部材２４の
表面の遮光膜中にＸ方向にスリット状に伸びたＸ軸用の
開口パターン２５Ｘ、Ｙ方向にスリット状に伸びたＹ軸
用の開口パターン２５Ｙ、及び斜めに伸びた開口パター
ン（不図示）等が形成され、これらの開口パターンの底
部にそれぞれ光電検出器が配置されている。結像特性の
計測時には、ウエハステージ２３を駆動することによっ
て、レチクルＲ上の各評価用マーク３１の像の投影位置
で基準マーク部材２４上の対応する開口パターンが走査
される。以下では、評価用マーク３１内のＸ軸の回折格
子マーク３７Ｘの像の投影位置で、基準マーク部材２４
上のＸ軸の開口パターン２５ＸをＸ方向に走査するもの
とする。

【００２１】図２（ｂ）は、基準マーク部材２４の底部
のウエハステージ２３の内部構造を示し、この図２
（ｂ）において、Ｘ軸の開口パターン２５Ｘを通過した
露光光ＩＬ（ここでは回折格子マーク３７Ｘの像の結像
光束）は、集光レンズ３８Ｘを介して光電検出器３９Ｘ
で受光され、光電検出器３９Ｘの検出信号Ｓ１が不図示
の信号処理系に供給されている。この場合、基準マーク
部材２４をＸ方向に走査して検出信号Ｓ１の変化をモニ
タすると、開口パターン２５Ｘが回折格子マーク３７Ｘ
の像の各遮光パターンの像を横切る際に検出信号Ｓ１の
レベルが低下する。そこで、その信号処理系では、検出
信号Ｓ１が所定のスライスレベルを横切る位置の中点の
Ｘ座標として回折格子マーク３７の各遮光パターンの像
の位置を検出し、これらの位置を平均化することで、回
折格子マーク３７の像の中心のＸ座標を検出する。この
ように、Ｘ軸の開口パターン２５Ｘ、集光レンズ３８
Ｘ、及び光電検出器３９ＸよりＸ軸の空間像計測系が構
成されている。

【００２２】同様に、基準マーク部材２４のＹ軸の開口
パターン２５Ｙの底部にも光電検出器が配置され、これ
らよりＹ軸の空間像計測系が構成されている。そして、
開口パターン２５ＹでＹ軸の回折格子マーク３７Ｙの像
をＹ方向に走査することで、その回折格子マーク３７Ｙ
の像の中心のＹ座標が検出される。同様に、他の斜め方
向の回折格子マーク３７Ｒ，３７Ｔの中心の座標（Ｘ，
Ｙ）も検出される。本例では、このように空間像計測系
によって検出される回折格子マーク３７Ｘ，３７Ｙの像
の位置ずれ量より、後述のように投影光学系ＰＬの所定
の収差を計測する。

【００２３】さて、上記のように投影光学系ＰＬの所定
の収差を計測するに際して、本例では投影光学系ＰＬ内
のレチクルＲのパターン面に対する光学的なフーリエ変
換面、即ち瞳面の近傍に所定の遮光フィルタを配置す
る。即ち、本例の投影露光装置ＰＬ内の瞳面には開口絞
り（不図示）が設置されているが、その開口絞りの近傍
に遮光板３６が着脱できるように構成されている。一例
として、その投影光学系ＰＬの鏡筒３２の瞳面の近傍に
スリット３２ａが形成され、このスリット３２ａを介し
て、例えばオペレータが遮光板３６をその瞳面の近傍に
設置したり、取り外したりできるように構成されてい
る。なお、この遮光板３６の着脱を自動的に行う機構、
例えばスライド機構を設けてもよい。

【００２４】遮光板３６は、露光光ＩＬを吸収しないガ
ラス部材でできた透明な平行平面板に、部分的に金属蒸
着を施したものである。金属蒸着膜は露光光ＩＬをほと
んど透過させず、遮光部の役割を果たしている。また、
その金属蒸着膜は、輪帯状の開口を除く領域に形成さ
れ、且つその輪帯状の開口の大きさの異なる遮光パター
ンが複数種類（本例では２種類）１枚の遮光板３６上に
形成されている。以下では、遮光板３６内の異なる遮光
パターン毎の領域３６ａ，３６ｂをそれぞれ「遮光フィ
ルタ」と呼ぶ。なお、３種類以上の遮光フィルタを設け
てもよい。

【００２５】本例の遮光フィルタ３６ａ，３６ｂはそれ
ぞれレチクルＲからの所定次数の回折光のみを通過させ
る光学フィルタとして作用するものである。遮光フィル
タ３６ａ，３６ｂの遮光膜中の輪帯状の開口の外径は、
開口数に換算して投影光学系ＰＬの開口数ＮＡ_PLと同じ
に設定してあり、その内径は開口数ＮＡ_PLの０．２〜
０．８程度に設定される。

【００２６】図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ遮光板
３６中の遮光フィルタ３６ａ及び３６ｂを示し、一例と
して、一方の遮光フィルタ３６ａの輪帯状の開口の内径
は投影光学系ＰＬの開口数ＮＡ_PLの０．４倍であり、他
方の遮光フィルタ３６ｂの輪帯状の開口の内径はその開
口数ＮＡ_PLの０．６倍である。図１に戻り、本例の投影
光学系ＰＬは、内部の所定のレンズエレメントの位置を
補正することによって、所定の収差が修正できるように
構成されている。一例として、投影光学系ＰＬの上部付
近の所定のレンズエレメント（不図示）がレンズ枠３３
内に収納され、このレンズ枠３３は、投影光学系ＰＬの
鏡筒３２との間に介装されたスペーサ３４Ａ，３４Ｂ
（実際には３箇所に設けられている）の厚さを変えるこ
とによって、光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に微動できると共
に、所定範囲で傾斜できるようになっている。更に、レ
ンズ枠３３は、鏡筒３２に設けられた押しねじ３５Ａ，
３５Ｂ（実際には３箇所に設けられている）の進退量を
調整することによって、Ｘ方向、Ｙ方向の位置が微動で
きるように構成されている。従って、本例ではレンズ枠
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によって、所定の収差が補正できる
ようになっている。

【００２７】次に、本例で投影光学系ＰＬの所定の収差
を計測する場合の基本的な動作の一例につき、図１を参
照して説明する。その収差の計測時には、先ず開口絞り
板１１中の小さい円形の開口絞り１３Ｄをフライアイレ
ンズ１０の射出面に設定して、露光光ＩＬをレチクルＲ
に対して垂直入射とする。そして、最初は遮光板３６を
投影光学系ＰＬから取り外した状態で、レチクルＲ上の
各評価用マーク３１の像を投影光学系ＰＬを介してウエ
ハステージ２３上に投影し、これらの投影像の中心のＸ
座標、Ｙ座標を基準マーク部材２４上の開口パターン２
５Ｘ，２５Ｙを含む空間像計測系で計測する。

【００２８】その後、遮光板３６内の所定の遮光フィル
タ、例えば遮光フィルタ３６ｂを投影光学系ＰＬの瞳面
の近傍に設置して、レチクルＲ上の各評価用マーク３１
の像を投影光学系ＰＬを介してウエハステージ２３上に
投影し、これらの投影像の中心のＸ座標、Ｙ座標を空間
像計測系を介して計測する。その後、遮光フィルタ３６
ｂの無い状態の投影像の位置に対する、遮光フィルタ３
６ｂの有る状態の投影像の位置ずれ量を計測する。この
位置ずれ量は、例えば像高に応じて変化する値となり、
この結果より投影光学系ＰＬの所定の収差が求められ
る。その後は、求められた収差を修正するようにレンズ
枠３３の位置を微調整すればよい。

【００２９】次に、図４及び図５を参照して、実際に計
測できる投影光学系ＰＬの収差の一例につき具体的に説
明する。この場合、図４及び図５は、それぞれ図１にお
いて開口絞り１３Ｄを用いてレチクルＲを垂直入射で照
明する場合の、投影光学系ＰＬ内の結像光束の光路図で
あり、図４及び図５において、図１のリレーレンズ１７
Ａ〜コンデンサレンズ２０までの光学系がコンデンサレ
ンズ系５０として表されている。また、図４及び図５の
レチクルＲのパターン面には３箇所（光軸上、及び光軸
に対して対称な２箇所）にＸ軸の回折格子マーク３７Ｘ
が形成され、これら３個の回折格子マーク３７Ｘの像が
投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影された状態が
示されている。

【００３０】先ず、図４（ａ）は、投影光学系ＰＬの残
存収差を無収差と想定した場合の結像光束を示し、図４
（ａ）において、レチクルＲ上の回折格子マーク３７Ｘ
により回折された０次回折光５１及び±１次回折光５２
Ａ，５２Ｂの計３光束がウエハＷ上の位置Ｐ１での結像
に寄与することになる。一方、図４（ｂ）は投影光学系
ＰＬに残存収差として、３次のコマ収差が存在する場合
の結像光束を示す。この場合、光軸上では０次回折光も
±１次回折光も同じ位置Ｐ０に結像している。ところ
が、投影光学系ＰＬに３次のコマ収差が残存しているた
め、露光像高の高いところでは±１次回折光５３Ａ，５
３Ｂの結像位置Ｑ１が０次回折光５１の位置Ｐ１に比べ
てＸ方向にΔＸだけ横シフトすることになる。そのた
め、ウエハＷ上での全体としての像強度のコントラスト
は無収差の場合と比較して低下することになる。この場
合の回折格子マーク３７Ｘの像の結像位置は、例えば位
置Ｐ１と位置Ｑ１との中点となる。

【００３１】更に、図５（ａ）及び（ｂ）は、図４
（ａ）及び（ｂ）のそれぞれに対応して投影光学系ＰＬ
の瞳面ＥＰの近傍に遮光フィルタ３６ｂを装着した場合
の結像光束を示している。この遮光フィルタ３６ｂによ
り、０次回折光が遮断され、±１次回折光の計２光束の
みが、ウエハＷ上での結像に寄与することになる。図５
（ａ）では、投影光学系ＰＬは無収差と想定しているた
め、±１次回折光５２Ａ，５２Ｂの結像位置は、本来の
位置Ｐ１に対して位置ずれを起こすことはない。

【００３２】しかしながら、図５（ｂ）では、投影光学
系ＰＬに３次のコマ収差が残存していると共に、０次回
折光５１が遮光されているため、レチクルＲ上で光軸か
ら離れた回折格子マーク３７Ｘからの±１次回折光５３
Ａ，５３Ｂの結像位置Ｑ１は、図４（ｂ）での結像位置
に対して位置ずれを起こすこととなる。一例として、図
４（ｂ）での結像位置を位置Ｐ１と位置Ｑ１との中点と
すると、図５（ｂ）での結像位置Ｑ１の位置ずれ量はΔ
Ｘ／２となり、この位置ずれ量を２倍することによっ
て、３次のコマ収差による±１次回折光の横シフト量Δ
Ｘを求めることができる。

【００３３】そして、その横シフト量ΔＸを種々の像高
に対して計測することで３次のコマ収差を定量的に計測
できる。この計測結果に応じて、投影光学系ＰＬの収差
を修正するためには、その横シフト量ΔＸが小さくなる
ように図１のレンズ枠３３の位置を補正してもよい。こ
のように上記の実施の形態によれば、投影光学系ＰＬの
瞳面の近傍で遮光フィルタ３６ｂを着脱して、空間像計
測系を介して評価用マーク３１の像の位置を計測するの
みで、短時間に投影光学系ＰＬの３次のコマ収差を計測
でき、この結果に基づいてそのコマ収差を修正できる。
従って、テストプリントで結像特性を評価する方法と比
べて、投影光学系ＰＬの収差の計測及び修正を短時間に
行うことができる。また、レジストの特性、膜厚誤差、
現像による伸縮誤差等のプロセスに依存する誤差の影響
を受けずに、収差の修正を高精度に行うことができる。

【００３４】なお、上記の実施の形態では、３次のコマ
収差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。

【００３５】また、上記の実施の形態において、図２
（ａ）に示す評価用マーク３１を構成する回折格子マー
クのピッチＰが大きいレチクルを、図１のレチクルＲの
代わりに設置してもよい。この場合には、その評価用マ
ーク３１からの±１次回折光の回折角が小さくなるた
め、投影光学系ＰＬの瞳面付近には、図３（ａ）に示す
輪帯状の開口の内径が小さい遮光フィルタ３６ａを設置
すればよい。更に、±１次回折光のみが通過できればよ
いため、各遮光フィルタ３６ａ，３６ｂの輪帯状の開口
の外径も評価用マークのピッチに応じて変えてもよい。

【００３６】更に、上記の実施の形態では、±１次回折
光と０次回折光とを明確に分離するためにレチクルＲを
垂直入射光で照明しているが、実際の照明条件での結像
特性を計測するために、図１の開口絞り板１１上の開口
絞り１３Ａ〜１３Ｃ等を順次フライアイレンズ１０の射
出面に設置して、通常の照明条件や変形照明等でレチク
ルＲを照明してもよい。これらの場合にも、それぞれ±
１次回折光のみを透過できる遮光フィルタを用いればよ
い。

【００３７】また、上記の実施の形態では、±１次回折
光のみを通過させる遮光フィルタが使用されているが、
それ以外に例えば±２次回折光、若しくは±３次回折光
等のみ、又は複数の所定次数の回折光のみを通過させる
遮光フィルタを投影光学系ＰＬの瞳面付近で着脱するよ
うにしてもよい。このように、本発明は上述の実施の形
態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の構成を取り得る。

【００３８】

【発明の効果】本発明の投影光学系の結像特性計測方法
によれば、投影光学系内で結像光束を部分的に遮光して
形成される投影像の位置ずれ量を計測することによって
結像特性を計測できるため、投影光学系の収差等の結像
特性を短時間に、且つ高精度に計測できる利点がある。

【００３９】また、第１面上の所定パターン、及び所定
パターンに対する照明条件の少なくとも一方に応じて、
その投影光学系内の光学的フーリエ変換面での遮光領域
を変更する場合には、種々の条件のもとでの結像特性を
それぞれ正確に計測できる。また、第１面上の所定パタ
ーンを垂直入射光で照明する場合には、０次回折光とそ
の他の１次以上の回折光とが明確に分離されるため、容
易、且つ正確に結像特性を計測できる。

【００４０】また、本発明の投影露光装置によれば、本
発明の投影光学系の結像特性計測方法が実施できる。更
に、空間像計測系で投影像の位置ずれ量を計測できるた
め、テストプリントを行う場合に比べて、計測時間が大
幅に短縮される。更にレジストの特性や現像時のレジス
トの伸縮等に影響されずに、正確に結像特性を計測でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露
光装置を示す一部を切り欠いた斜視図である。

【図２】（ａ）は図１のレチクルＲ上の評価用マーク３
１を示す拡大平面図、（ｂ）は図１の基準マーク部材２
４の底部の構成を示す拡大断面図である。

【図３】図１の遮光板３６中の遮光フィルタ３６ａ，３
６ｂを示す図である。

【図４】（ａ）は投影光学系ＰＬが無収差の場合の結像
光束を示す光路図、（ｂ）は投影光学系ＰＬに収差が有
る場合の結像光束を示す光路図である。

【図５】（ａ）は、投影光学系ＰＬが無収差の場合に瞳
面近傍に遮光フィルタ３６ｂが設置された状態での結像
光束を示す光路図、（ｂ）は投影光学系ＰＬに収差が有
る場合に瞳面近傍に遮光フィルタ３６ｂが設置された状
態での結像光束を示す光路図である。

【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１３Ｄ垂直入射用の開口絞り１８投影式のレチクルブラインドＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ２３ウエハステージ２４基準マーク部材３１評価用マーク３６遮光板３６ａ，３６ｂ遮光フィルタ３７Ｘ，３７Ｙ回折格子マーク３９Ｘ光電検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１面のパターンの像を第２面上に投影
する投影光学系の結像特性計測方法において、前記第１面上に所定パターンを配置し、前記投影光学系内の前記第１面に対する光学的フーリエ
変換面上で部分的に結像光束を遮光した状態で、前記所
定のパターンの像を前記第２面上に投影して、該投影さ
れた像の位置を計測し、該計測された像の位置ずれ量より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。
【請求項２】前記第１面上の前記所定パターン、及び
前記所定パターンに対する照明条件の少なくとも一方に
応じて、前記投影光学系内の前記光学的フーリエ変換面
での遮光領域を変更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。
【請求項３】前記第１面上の前記所定パターンを垂直
入射光で照明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。
【請求項４】マスクに形成されたパターンの像を所定
の基板上に投影する投影光学系と、前記基板の位置決め
を行う基板ステージと、を備えた投影露光装置におい
て、前記投影光学系は、前記マスクの配置面に対する光学的
フーリエ変換面、又はこの近傍の面上で結像光束を部分
的に遮光する遮光フィルタを着脱自在であり、前記基板ステージ内に、前記投影光学系を介して投影さ
れた像の位置を計測するための空間像計測系が設けられ
たことを特徴とする投影露光装置。