JPH11304653A - 投影光学系の結像特性計測方法及び投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 レチクルＲ上に配置されたテストパター
ン３１の像をウェハＷ上に転写する投影光学系ＰＬの結
像特性を計測する。この際、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ
に対して傾斜した方向から照明されたレチクルＲ上のテ
ストパターン３１の像を投影光学系ＰＬを介してウェハ
Ｗ上に転写し、転写された像の位置を開口部材２４等か
らなる装置によって検出する。テストパターン３１は繰
り返し周期を有しており、この周期は、レチクルＲの斜
入射照明の角度に応じて変更する。これにより、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。

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（ＳＥ
Ｍ）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（ＰＬ）の結像特性
計測方法において、前記所定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
傾斜した方向から照明された前記所定パターン（３１）
の像を前記投影光学系（ＰＬ）を介して前記第２面（２
４）上に転写し、該転写された像の位置を計測し、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こ
とを特徴とする。

【００１０】また、好ましい態様では、前記所定パター
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
ら照明された前記所定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）上に転写して該転
写された像の位置を計測する。

【００１１】また、好ましい態様では、前記所定パター
ン（３１）は、周期パターン（３１ａ〜３１ｄ）であ
り、当該所定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所定パターン（３１）に対す
る照明光の入射角を設定する。

【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（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の像をそ
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。

【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（３１ｃ、３１
ｃ）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
期に応じて前記照明光学系（１〜２０）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（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投影光学系（Ｐ
Ｌ）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（１〜２０）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（２４、４２、４３、６１、６２、７
０）とを備える。

【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（３
１ｃ、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、４
３、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計測する像位置検出
装置（２４、４２、４３、６１、６２、７０）とを備え
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Ａｒ
Ｆエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源のほか、ＹＡ
Ｇ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２
０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Ｐ
Ｌ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１３
Ｈとが形成されている。光路上に配置された開口絞り１
３Ａ〜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１３
Ａ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２
３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３１
ｂ、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３
１ｄ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２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２
５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６
２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２
５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３
１ａ、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ＤＬ
０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Ａ
Ｘ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Ｐ
Ｌ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３
１ｃ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Ａ
Ｘ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Ｐ
Ｌ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３１
ｂ、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、３１
ｃ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Ｐ
Ｌ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Ｐ
Ｌ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３１
ｂ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、３１
ｃ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１
１３Ｂ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１
３１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、３
１ｃ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 １３Ａ〜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 ２３ 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 (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、 前記所定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
   ることを特徴とする投影光学系の結像特性計測方法。
2. 【請求項２】 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
   置を計測する請求項１記載の結像特性計測方法。
3. 【請求項３】 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。
4. 【請求項４】 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
   ることを特徴とする投影光学系の結像特性計測方法。
5. 【請求項５】 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
   することを特徴とする請求項４記載のする投影光学系の
   結像特性計測方法。
6. 【請求項６】 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
   ことを特徴とする請求項５記載の投影露光装置。
7. 【請求項７】 パターンの像を基板上に転写する投影光
   学系を備えた投影露光装置において、 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
   を備えることを特徴とする投影露光装置。
8. 【請求項８】 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
   影光学系を介して計測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。