JP2005158829A - 波面収差計測方法及び装置、並びに露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 投影光学系などの光学系の波面収差を高精度に計測できる波面収差計測技術を提供する。
【解決手段】 投影光学系ＰＬの波面収差を計測するために、レチクルステージＲＳＴ上にテストレチクル１３を設置し、テストレチクル１３及び投影光学系ＰＬを通過した光を計測装置２１で受光して１回目の波面収差を求める。次に、テストレチクル１３及び計測装置２１を例えば１８０°回転してから、２回目の波面収差を求める。２回の計測結果を演算処理することにより、テストレチクル１３及び計測装置２１に起因する波面収差の誤差を求め、この誤差分の補正を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検光学系の波面収差を計測するための波面収差計測技術に関し、例えば半導体集積回路、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンを基板上に転写するために使用される投影露光装置の投影光学系などの波面収差を計測するために使用して好適なものである。本発明は更に、波面収差計測技術を用いた露光技術に関する。

例えば半導体集積回路を製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンを投影光学系を介して感光基板（感応物体）としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）の各ショット領域に転写するために、ステッパー型又はスキャニングステッパー型等の投影露光装置が使用されている。微細パターンをウエハ上に高精度に転写するためには、投影光学系の収差特性が所定の条件を満たすことが要求される。そのためには、先ず投影光学系の収差を正確に計測（評価）する必要があり、従来より様々な計測装置が使用されている。

例えば投影光学系の波面収差を計測するために、投影光学系を介して開口パターンの一次像を投影し、その一次像からの光束を複数に波面分割し、このように波面分割された複数の光束からそれぞれ二次像を形成し、これらの二次像を光電検出する方式の計測装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この計測装置では、一例として、複数の二次像の所定の基準位置からの横シフト量等に基づいて、その投影光学系の波面収差が求められていた。また、その計測装置では、計測装置自体の持つ収差の影響を低減するために、一例として、その計測装置の入射面に配置される開口パターンからの光束を波面分割して得られる複数のスポット像の光量重心を、それぞれ対応する二次像の基準位置としていた。
特開２００２−７１５１４号公報

上述のように、投影光学系による一次像からの光束を波面分割して形成される複数の二次像を光電検出することによって、その投影光学系の波面収差を計測することができる。ところが、一般の光学系と同様に、そのように光束を波面分割して複数の二次像を形成する光学系自体にも僅かな収差が残存している。従って、従来の計測装置による波面収差の計測結果には、計測装置の持つ光学系自体の収差に起因する僅かな計測誤差が混入していた恐れがある。

今後、半導体集積回路等が益々微細化するのに応じて、投影光学系や照明光学系の波面収差も一層高精度に制御する必要がある。従って、その波面収差を計測する際に、計測装置自体の収差に起因する僅かな計測誤差を補正することによって、計測精度を高めることが求められている。

本発明は、斯かる点に鑑み、投影光学系などの光学系の波面収差を高精度に計測できる波面収差計測技術を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、波面収差の計測装置による計測結果のキャリブレーション（較正）を行うことができ、これによって波面収差の計測精度を向上できる波面収差計測技術を提供することを第２の目的とする。

また、本発明は、投影光学系などの波面収差を高精度に計測できる露光装置を提供することを第３の目的とする。

本発明による第１の波面収差計測方法は、被検光学系（ＰＬ；１２）の波面収差を計測する波面収差計測方法において、その被検光学系に計測光を入射させ、その被検光学系を通過したその計測光を計測用光学系（２２〜２５）を介して受光して、その被検光学系の第１の波面収差情報を求める第１工程（ステップ１０１〜１０３）と、その計測用光学系を構成する複数の光学部材のうち、少なくとも一部の光学部材をその計測用光学系の光軸の回りに所定角度回転する第２工程（ステップ１０５）と、その第２工程に続いて、その被検光学系に計測光を入射させ、その被検光学系を通過したその計測光をその計測用光学系を介して受光して、その被検光学系の第２の波面収差情報を求める第３工程（ステップ１０２，１０３）と、その第１及び第２の波面収差情報を用いて、その計測用光学系の計測誤差を補正する第４工程（ステップ１０６，１０７）とを有するものである。

斯かる本発明において、その被検光学系の波面収差をＷｐｌとして、その計測用光学系自体の波面収差（計測誤差）を、その光学部材の回転によって変化しない成分Ｗｓ１と回転によって符号が反転する成分Ｗｓ２とに分けると、第１工程で計測される全体の波面収差ＷＴ（０）はほぼ次のようになる。
ＷＴ（０）＝Ｗｐｌ＋Ｗｓ１＋Ｗｓ２ …（１）
そして、その光学部材の回転角をΔとして、その回転後の第３工程で計測される全体の波面収差ＷＴ（Δ）はほぼ次のようになる。

ＷＴ（Δ）＝Ｗｐｌ＋Ｗｓ１−Ｗｓ２ …（２）
従って、（１）式及び（２）式より、その回転によって符号が反転する成分Ｗｓ２（計測誤差）は、次のように回転前後の波面収差の計測値の差分の１／２として求めることができる。
Ｗｓ２＝｛ＷＴ（０）−ＷＴ（Δ）｝／２ …（３）
従って、一例として、次のように最初の計測結果からその成分Ｗｓ２（計測誤差）を差し引いて得られる計測値ＷＴは、計測精度が向上している。

ＷＴ＝ＷＴ（０）−Ｗｓ２＝Ｗｐｌ＋Ｗｓ１ …（４）
また、別の例として、その成分Ｗｓ２を補正値として記憶しておくことで、計測値のキャリブレーションを行うことができる。
この場合、その第１工程及び第３工程において、その被検光学系に所定の開口（１３ａ）が形成された開口部材（１３）を介してその被検光学系にその計測光を入射させ、その第２工程において、その光学部材と共にその開口部材を同じ角度だけ回転してもよい。その開口部材によって波面収差の計測位置を選択できる。更に、その開口部材を回転することで、その開口部材に起因する波面収差を計測誤差の１つとして補正できる。

また、その第２工程におけるその光学部材の回転角の一例は、１８０°、９０°、又は４５°であり、その回転角が９０°又は４５°であるときには、その第２工程とその第３工程とを複数回繰り返してもよい。
一般に波面収差を表す関数は、ツェルニケの多項式（Zernike's Polynomial）によって展開される。そして、その回転される光学部材の光軸の周りの角度θを用いると、その光学部材による波面収差に対応するツェルニケの多項式中の各項には、関数cos ｍθ又はsin ｍθ（ｍは１以上の整数）を含む項がある。

この場合、ｍ＝２ｐ−１（ｐは１以上の整数）の項は、１８０°の回転で符号が反転するため、１８０°の回転で補正可能である。また、残りのｍ＝２ｐの項中で、更にｍ＝２（２ｐ−１）の項は、９０°の回転で補正可能である。同様に、残りのｍ＝２（２ｐ）の項中で、更にｍ＝２・２（２ｐ−１）の項は、４５°の回転で補正可能である。
また、９０°の回転を２回行うことで、１８０°の回転と等価となり、４５°の回転を２回又は４回行うことで、それぞれ９０°及び１８０°の回転と等価となる。これによって、回転によって変化する波面収差を回転角毎（要因毎）に分離して特定できる。

また、本発明による第２の波面収差計測方法は、被検光学系（ＰＬ；１２）の波面収差を計測する波面収差計測方法において、その被検光学系に計測光を入射させ、その被検光学系を通過したその計測光を計測用光学系（２２〜２５）を介して受光して、その被検光学系の第１の波面収差情報を求める第１工程（ステップ１０１〜１０３）と、その被検光学系を該被検光学系の光軸の回りに所定角度回転する第２工程（ステップ１０５Ａ）と、その第２工程に続いて、その被検光学系に計測光を入射させ、その被検光学系を通過したその計測光をその計測用光学系を介して受光して、その被検光学系の第２の波面収差情報を求める第３工程（ステップ１０３）と、その第１及び第２の波面収差情報を用いて、その計測用光学系の計測誤差を補正する第４工程（ステップ１０６，１０７）とを有するものである。

本発明において、被検光学系を回転することは、計測用光学系の全体を逆方向に回転するのと実質的に等価である。従って、計測用光学系を回転する場合と同様に、その被検光学系の回転によって符号が変化する波面収差を補正することで、波面収差の計測精度を向上できる。
次に、本発明による波面収差計測装置は、被検光学系（ＰＬ）の波面収差を計測する波面収差計測装置において、その被検光学系に計測光を照射する照明系（１２）と、その被検光学系を通過した計測光を入射する計測用光学系（２２〜２５）と、その計測用光学系を構成する複数の光学部材のうち、少なくとも一部の光学部材とその被検光学系とを相対回転する回転機構（ＲＳＴ，１６，２７，２８）と、その回転機構によってその光学部材とその被検光学系とを相対回転する前後にそれぞれその計測用光学系を介したその計測光の情報に基づいてその相対回転する前後のそれぞれの波面収差情報を求め、この相対回転する前後のそれぞれの波面収差情報を用いてその計測用光学系の計測誤差を補正する演算装置（２６）とを有するものである。

本発明によれば、その回転機構によってその光学部材と被検光学系とを相対回転する前後に波面収差を計測することで、その回転によって符号が変化する波面収差を求めることができる。その波面収差を補正することで、計測精度が向上する。
この場合、その照明系とその被検光学系との間に配置されて、所定の開口（１３ａ）が形成された開口部材（１３）を更に有し、その回転機構は、その光学部材及びその開口部材と、その被検光学系とを相対回転してもよい。これによって、その開口部材に起因する計測誤差も補正できる。

また、一例として、その計測用光学系の少なくとも一部の光学部材（２２〜２５）は、その計測用光学系の光軸に垂直な断面での外形が正多角形状の被覆部材（２１ａ）に覆われ、その回転機構は、その被覆部材の外側面が嵌合する内面（１６ａ）を有する支持部材（１６）を含むものである。これによって、簡単な機構で且つ正確にその光学部材を回転できる。

次に、本発明による第１の露光装置は、照明光学系（１２）からの露光ビームで第１物体（Ｒ）を照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（ＰＬ）を介して第２物体（Ｗ）を露光する露光装置において、本発明の波面収差計測装置（２１）を備え、その波面収差計測装置を用いてその照明光学系及びその投影光学系の少なくとも一方の波面収差を計測するものである。

本発明の適用によって、照明光学系又は投影光学系の波面収差を高精度に計測できる。
また、本発明による第２の露光装置は、照明光学系（１２）からの露光ビームで第１物体（Ｒ）を照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（ＰＬ）を介して第２物体（Ｗ）を露光する露光装置において、その照明光学系及びその投影光学系の少なくとも一方が回転可能であるものである。

この露光装置に例えば本発明の波面収差計測装置を装着して、その照明光学系又は投影光学系を回転する前後にその投影光学系の波面収差を計測することで、回転によって変化する波面収差よりなる計測誤差を求めることができ、波面収差の計測精度が向上する。
この場合、本発明の波面収差計測装置（２１）を備え、その波面収差計測装置を、その第１物体を保持する第１ステージ（ＲＳＴ）及びその第２物体を保持する第２ステージ（ＷＳＴ）の少なくとも一方に着脱自在に配置してもよい。これによって、通常の露光時にはステージを小型及び軽量化できる。

本発明によれば、計測用光学系の少なくとも一部の光学部材と被検光学系とを相対的に回転する前後の波面収差を計測することによって、その回転によって変化する波面収差を計測誤差として求めることができる。従って、その計測誤差を補正することによって計測精度が向上する。別の方法として、その計測誤差を補正値として記憶しておくことで、計測結果のキャリブレーションを行うことができる。

また、本発明の露光装置によれば、照明光学系又は投影光学系の波面収差を高精度に計測することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図６を参照して説明する。本例は、投影露光装置に装着されている被検光学系としての投影光学系の波面収差を計測する場合に、本発明を適用したものである。
図１は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図１において、露光ビームとしての露光光（照明光）を供給するための露光光源１として、例えばＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源１としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４７ｎｍ）、Ｆ₂ レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ₂ レーザ光源（波長１４６ｎｍ）などの紫外パルスレーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）なども使用することができる。

露光光源１から射出されたほぼ平行光束よりなる露光光ＩＬは、ビーム整形光学系２を介して所定断面の光束に整形された後、干渉性低減部３に入射する。干渉性低減部３は、被照射面であるレチクルＲ上（ひいてはウエハＷ上）での干渉パターンを低減する機能を有する。干渉性低減部３の詳細については、たとえば特開昭５９−２２６３１７号公報に開示されている。干渉性低減部３からの露光光ＩＬは、オプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ又はホモジナイザ）としての第１フライアイレンズ４を介して、その後側焦点面に多数の光源を形成する。

これらの多数の光源からの露光光ＩＬは、振動ミラー５で偏向された後、リレー光学系６を介してオプティカル・インテグレータとしての第２フライアイレンズ７を重畳的に照明する。振動ミラー５は、図１の紙面に垂直な軸の周りに回動する光路折り曲げ用のミラーであって、被照射面での干渉パターンを低減する機能を有する。こうして、第２フライアイレンズ７の後側焦点面には、多数の光源からなる二次光源が形成される。第２フライアイレンズ７の後側焦点面（照明光学系の瞳面）には、通常照明用の円形の開口絞り（σ絞り）８ａ、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り（不図示）、及び変形照明用の複数の離れた開口を有する開口絞り（不図示）などを有する照明系開口絞り部材８が、それらの内の任意の開口絞り（不図示の主制御系によって指示された開口絞り）をその後側焦点面に設置できるように配置されている。

図１の状態では、第２フライアイレンズ７の後側焦点面には通常照明用の開口絞り８ａが配置されている。また、露光光ＩＬの照明領域にマスクとしてのレチクルＲが配置されているものとすると、開口絞り８ａを通過した露光光ＩＬは、コンデンサ光学系９及び落射照明用のミラー１０を介して、レチクルＲの転写用のパターンが形成された下面（レチクル面）を均一な照度分布で照明する。また、例えばレチクル面の近傍に、その照明領域を規定する視野絞り（不図示）が配置されている。なお、コンデンサ光学系９内で一度レチクル面との共役面を形成し、その共役面近傍に視野絞りを配置してもよい。ビーム整形光学系２、干渉性低減部３、第１フライアイレンズ４、ミラー５、リレー光学系６、第２フライアイレンズ７、照明系開口絞り部材８、コンデンサ光学系９、及びミラー１０を含んで照明光学系１２が構成されている。なお、その照明光学系１２と同様の光学系の構成は、例えば特開平６−３４９７０１号公報などに開示されている。

本例では、照明光学系１２中の主要な光学部材であるリレー光学系６、第２フライアイレンズ７、照明系開口絞り部材８、及びコンデンサ光学系９は、円筒型の部分鏡筒２９内に保持されている。部分鏡筒２９は、照明光学系１２の光軸の周りに例えば４５°、９０°、１３５°、及び１８０°の４段階で正確に回転できるように、不図示のコラムに支持されている。従って、本例の照明光学系１２の主要光学部材は、必要に応じて光軸の周りに回転できるように支持されている。

通常の露光時には露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンは、例えば両側テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは１／４，１／５等）で、レジストが塗布された基板（感光基板）としてのウエハＷ上の一つのショット領域上の露光領域に投影される。なお、図１は、投影光学系ＰＬの波面収差を計測する状態を示しているため、投影光学系ＰＬの露光領域は波面収差の計測装置２１上に位置している（詳細後述）。ウエハＷは、例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の直径が１５０〜３００ｍｍ程度の円板状の基板である。レチクルＲ及びウエハＷがそれぞれ第１物体及び第２物体（感光体）に対応している。

投影光学系ＰＬとしては、屈折系の他に、例えば国際公開公報(WO)第 00/39623 号に開示されているような反射屈折系等を使用することができる。また、投影光学系ＰＬは、円筒状の鏡筒２７内に保持され、鏡筒２７は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの周りに例えば４５°、９０°、１３５°、及び１８０°の４段階で正確に回転できるように、コラム２８の開口部を通して支持されている。従って、本例の投影光学系ＰＬは、必要に応じて光軸ＡＸの周りに回転できるように支持されている。以下、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を取り、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。

先ず、露光時にはレチクルステージＲＳＴ（第１ステージ）上にレチクルＲが保持され、レチクルステージＲＳＴはレチクルベース（不図示）上でＸ方向、Ｙ方向、Ｚ軸の周りの回転方向に微動して、レチクルＲの位置決めを行う。レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内での位置は不図示のレーザ干渉計によって計測され、その計測値に基づいて主制御系（不図示）がリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してレチクルステージＲＳＴの位置等を制御する。なお、これはステッパーの場合であり、本例の投影露光装置がスキャニングステッパーのような走査露光型である場合には、レチクルＲの照明領域は、Ｘ方向に細長い矩形領域となり、レチクルステージＲＳＴには、Ｙ方向に所定速度で往復運動（走査）する機能が付加される。

また、本例のレチクルステージＲＳＴの近傍には、レチクルＲ又は後述のテストレチクル等を例えば４５°、９０°、１３５°、及び１８０°の４段階で正確に回転して再びそのレチクルステージＲＳＴ上に載置する不図示のレチクルローダ系が配置されている。そのレチクルローダ系、レチクルステージＲＳＴ、照明光学系１２の部分鏡筒２９、投影光学系ＰＬの鏡筒２７、及びコラム２８が、波面収差の被検光学系とその計測用光学系とを相対回転する回転機構の一部を構成している。

一方、ウエハＷは、ウエハステージＷＳＴ（第２ステージ）上のウエハホルダ１５に真空吸着されている。ウエハステージＷＳＴは、定盤よりなるウエハベース１９上をＸ方向、Ｙ方向に駆動されるＸＹステージ部１８と、ウエハＷのＺ方向の位置を制御するＺステージ部１７と、ウエハＷのＸ軸及びＹ軸の周りの傾斜角（チルト角）を制御する機能を有すると共に、ウエハホルダ１５が固定されたウエハテーブル（試料台）１６とから構成されている。ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は、ウエハテーブル１６に固定された移動鏡２０に対して計測用のレーザビームＷＬＢを照射するレーザ干渉計（不図示）によって計測されている。この計測値に基づいて、主制御系（不図示）がリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置等を制御する。

また、図１の投影露光装置は、レチクルＲ上のアライメントマークの位置を計測するための１対のレチクルアライメント顕微鏡４４Ａ，４４Ｂと、ウエハＷ上のアライメントマークの位置を計測するためのオフ・アクシス方式でＦＩＡ（Field Image Alignment)方式のアライメントセンサ４３と、ウエハテーブル１６上に固定されて所定の基準マークが形成された基準マーク部材（不図示）とを備えている。これらのレチクルアライメント顕微鏡４４Ａ，４４Ｂ、アライメントセンサ４３、及び基準マーク部材を用いて、レチクルＲ及びウエハＷのアライメントが行われる。なお、ＦＩＡ方式のアライメントセンサについては、たとえば特開平４−６５６０３号公報や特開平４−２７３２４６号公報などに開示されている。

更に、図１の投影露光装置は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向、即ちＺ方向に沿ったウエハＷの表面又は波面収差の計測装置の入射面（被検面）の位置を検出するために、いわゆる斜入射方式の二次元オートフォーカス系（ＡＦ系）３０を備えている。この二次元ＡＦ系３０において、たとえばハロゲンランプ（不図示）からの白色光よりなる検出光は、リレー光学系（不図示）、ライトガイド３１、コンデンサレンズ３２、偏向プリズム３３を介して、偏向プリズム３３の射出側に形成された透過型格子パターンを照明する。

その透過型格子パターンを透過した検出光は、投射用集光レンズ３４、ミラー３５、及び投射用対物レンズ３６を介して、所定の大きい入射角で被検面に達し、その被検面の光軸ＡＸを囲む所定範囲の領域には、二次元スリット投影パターン（格子パターンの一次像）が形成される。その被検面で反射された検出光は、受光用対物レンズ３７、振動ミラー３８、及び受光用集光レンズ３９を介して上述の偏向プリズム３３と同様の構成を有するアオリ補正プリズム４０に入射する。

こうして、アオリ補正プリズム４０の入射面には、格子パターンの二次像が形成される。なお、アオリ補正プリズム４０の入射面には二次元受光スリットの開口部が設けられている。アオリ補正プリズム４０の射出面から射出された検出光は、リレー光学系４１を介して、上記の格子パターンの二次像と受光スリットの開口部との共役像を、受光部４２の受光面上に形成する。受光面には、受光スリットの複数の開口部に光学的に対応するように、二次元受光センサとしての複数のシリコン・フォトダイオードが設けられている。

ここで、被検面が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿ってＺ方向に上下移動すると、アオリ補正プリズム４０の入射面上に形成される格子パターンの二次像は、その上下移動に対応してパターンのピッチ方向に横ずれを起こす。こうして、光電顕微鏡の原理により、格子パターンの二次像の横ずれ量を光電検出し、光電検出した横ずれ量に基づいて投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った被検面の面位置を３点以上の複数点で検出する。このように検出される面位置に基づいて、主制御系（不図示）がＺステージ部１７及びウエハテーブル１６内の駆動機構を介して、オートフォーカス方式でその被検面を投影光学系ＰＬの像面に連続的に合わせ込むことができる。なお、二次元多点オートフォーカス方式の詳細については、例えば特開平６−９７０４５号公報に開示されている。

そして、ウエハＷの露光時には、上記のようにレチクルＲ及びウエハＷのアライメントを行った後、照明系開口絞り部材８を駆動して照明条件が設定される。その後、ウエハＷ上の一連のショット領域を順次投影光学系ＰＬの露光領域にステップ移動する動作と、レチクルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上のショット領域に露光する動作とが、ステップ・アンド・リピート方式で繰り返される。その露光時には、ウエハＷの表面がオートフォーカス方式で投影光学系ＰＬの像面に合わせ込まれている。また、本例の投影露光装置が走査露光型である場合には、ウエハＷ上の各ショット領域への露光時に、レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）とウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）とが投影倍率βを速度比としてＹ方向に同期して走査される。

さて、このような露光に際して、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に常に高解像度で、且つ忠実に転写するためには、投影光学系ＰＬの収差の１つである波面収差を予め定められている所定範囲（規格）内に収める必要がある。また、その波面収差は、露光光ＩＬの長時間の照射等によって次第に変化する恐れがある。そこで、本例の投影露光装置には、被検光学系としての投影光学系ＰＬの波面収差をメンテナンス時等に随時計測できるように、着脱自在の計測装置２１が備えられている。計測装置２１は、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの何れにも着脱することができる。

図１は、投影光学系ＰＬの波面収差を計測するために、計測装置２１をウエハステージＷＳＴ中のウエハテーブル１６に装着した状態を示している。図１において、計測装置２１は、投影光学系ＰＬに対向して配置されており、計測装置２１の容器としての箱状部材２１ａ（被覆部材）が、ウエハテーブル１６（支持部材）の＋Ｘ方向の端部の切り欠き部１６ａに設置されている。箱状部材２１ａは、不図示のクランプ部材によってウエハテーブル１６に固定されている。

図５（Ａ）は、図１中のウエハテーブル１６の＋Ｘ方向側の上面を示し、この図５（Ａ）において、計測装置２１の箱状部材２１ａの外形は、断面形状が正八角形の角柱であり、ウエハテーブル１６上面の切り欠き部１６ａの側面（内面）は、箱状部材２１ａの−Ｘ方向側の外面に嵌合する形状に加工されている。ウエハテーブル１６の切り欠き部１６ａを含んで、投影光学系ＰＬと計測装置２１とを相対回転するための回転機構の一部が構成されている。計測装置２１を回転するためには、図５（Ｂ）に示すように、切り欠き部１６ａから＋Ｘ方向に計測装置２１を引き抜いて、その箱状部材２１ａを所定角度Δ（本例では、Δ＝３６０°／８＝４５°）の整数倍だけ回転した後、再びその箱状部材２１ａをウエハテーブル１６の切り欠き部１６ａに設置すればよい。これによって、ウエハテーブル１６に対して計測装置２１を角度Δ単位で正確に回転することができる。なお、箱状部材２１ａの外形を正Ｎ角形（Ｎは３以上の整数）として、切り欠き部１６ａの形状をそれに合わせることで、計測装置２１を角度３６０°／Ｎ単位で正確に回転することができる。

なお、このように本例の計測装置２１は、ウエハテーブル１６に対して一種の埋め込み方式で固定されるが、計測装置２１をウエハテーブル１６の側面で着脱自在に支持してもよい。
次に、図２は、図１中の投影光学系ＰＬの波面収差を計測するための装置構成を示す図である。以下、主に図１及び図２を参照して、本例の波面収差計測装置の構成について説明する。本例では、被検光学系としての投影光学系ＰＬの波面収差の計測に際して、レチクルステージＲＳＴ上に収差計測用のテストレチクル１３（開口部材）が設置され、このテストレチクル１３が計測光としての露光光ＩＬで照明される。図３（Ａ）に示すように、テストレチクル１３には、遮光膜１３ｃ中に収差計測用の円形状の開口部１３ａがＸ方向及びＹ方向に沿って複数個（図３（Ａ）では９個）マトリックス状に形成されている。また、中央の開口部１３ａを中心として半径方向に４５°間隔で８箇所に（８組の）、それぞれＸ方向及びＹ方向の位置を示すための２次元のアライメントマーク１３ｂが形成されている。更に、複数の開口部１３ａの間に、開口部１３ａよりも実質的に大きな正方形状の開口部１３ｄも形成されている。

また、投影光学系ＰＬの下方に配置された計測装置２１は、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブル１６）上においてウエハＷの露光面とほぼ同じ高さ位置（Ｚ方向位置）に取り付けられた標示板２２を備えている。標示板２２は、例えばガラス基板からなり、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な、ひいては後述する計測用光学系の光軸ＡＸ１に垂直な基準平面２２ｃを有する。図３（Ｂ）に示すように、標示板２２の基準平面２２ｃには、その中央部にキャリブレーション用の開口部（光透過部）２２ａが形成されている。また、開口部２２ａを中心として半径方向に４５°間隔で８箇所に（８組の）、それぞれＸ方向及びＹ方向の位置を示すための２次元のアライメントマーク２２ｂが形成されている。

ここで、キャリブレーション用の開口部２２ａは、投影光学系ＰＬを介して形成されるテストレチクル１３の開口部１３ａの像よりも大きく設定されている。更に、基準平面２２ｃ上で、開口部２２ａ及び複数のアライメントマーク２２ｂを除く領域には、反射面が形成されている。反射面は、例えばガラス基板にクロム（Ｃｒ）を蒸着することにより形成されている。

更に、計測装置２１において、投影光学系ＰＬを介してその像面に形成されたテストレチクル１３の開口部１３ａの像からの光が、コリメートレンズ２３を介して、マイクロレンズアレイ２４に入射する。マイクロレンズアレイ２４は、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ稠密に配列された正方形状の正屈折力を有する多数の微小レンズ２４ａからなる光学素子である。マイクロレンズアレイ２４は、例えば平行平面ガラス板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。

従って、マイクロレンズアレイ２４に入射した光束は多数の微小レンズ２４ａにより２次元的に分割され、各微小レンズ２４ａの後側焦点面の近傍にはそれぞれ１つの開口部１３ａの像が形成される。換言すると、マイクロレンズアレイ２４の後側焦点面の近傍には、開口部１３ａの像が多数形成される。こうして形成された多数の像は、ＣＣＤよりなる２次元の撮像素子２５（受光器）によって検出される。撮像素子２５の光電変換部に配列された多数の微細な画素から読み出される検出信号が、コンピュータよりなる情報処理装置２６（演算装置）に供給される。このように、マイクロレンズアレイ２４は、投影光学系ＰＬの像面に形成されたテストレチクル１３の開口部１３ａの一次像からの光を波面分割して開口部１３ａの二次像を多数形成するための波面分割素子を構成している。そして、撮像素子２５によってその多数の二次像が光電検出される。

本例では、標示板２２、コリメートレンズ２３、及びマイクロレンズアレイ２４が、投影光学系ＰＬの波面収差を計測するための計測用光学系を構成し、テストレチクル１３が、所定の開口が形成された開口部材に対応している。そして、標示板２２から撮像素子２５までの部材が、図１の箱状部材２１ａ（計測装置２１）内に収納されている。従って、計測装置２１及び情報処理装置２６が全体として波面収差計測装置に対応している。なお、本例では、コリメートレンズ２３からの光を直接マイクロレンズアレイ２４に導いているが、特開２００２−７１５１４号公報に開示されているように、コリメートレンズ２３とマイクロレンズアレイ２４との間にリレー光学系を配置してもよい。この場合、計測装置２１のＺ方向の高さを短くするために、計測光の光路の途中にミラーを配置してその光路を折り曲げてもよい。

一般に、投影露光装置では、照明光学系１２から供給される露光光ＩＬの開口数ＮＡが投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡｐよりも小さく設定されている。従って、照明光学系１２を用いてテストレチクル１３の開口部１３ａを照明しても、開口部１３ａを介した光が不充分な開口数で投影光学系ＰＬに入射することになる。そこで、本例では図２に示すように投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡｐ（＝sin φＰ）以上の開口数ＮＡｉ（＝sin φＩ）で開口部１３ａを照明（インコヒーレント照明）するために、図１に示すように、照明光学系１２とテストレチクル１３との間の光路中に挿脱自在に配置されて光束を拡散するための拡散板１４を備えている。

更に、拡散板１４の散乱特性と逆の透過率分布を有する濃度フィルタ（不図示）を、照明系開口絞り部材８の近傍に配置することが望ましい。この場合、拡散板１４及びその濃度フィルタは、照明光学系１２からの光束の開口数を拡大するための開口数拡大手段を構成する。なお、拡散板１４の設置に代えて、テストレチクル１３の上側面を拡散加工することもできる。また、拡散板１４に代えて、ＤＯＥ（回折光学素子：ディフラクティブ・オプティカル・エレメント）を使用することも可能である。但し、照明光学系１２から供給される露光光ＩＬの開口数ＮＡが投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡｐよりも十分に大きく設定されている場合（例えばコヒーレンスファクタ（σ値）が、σ≧１である場合）には、開口数拡大手段としての拡散板１４を用いることなく計測を行うことも可能である。

本例では、上述したように、投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡｐ以上の開口数ＮＡｉで開口部１３ａを照明する。この場合、図２に示すように、計測用光学系のマイクロレンズアレイ２４の各微小レンズ２４ａ毎に互いに独立な多数の結像光学系が存在すると考えることが可能である。各結像光学系は、各微小レンズ２４ａの大きさに相当する波面収差の一部分の影響を受けて開口部１３ａの像をそれぞれインコヒーレント結像する。このとき、光学系の配置は、標示板２２の開口部２２ａの中央に開口部１３ａの像が形成されるように設定される。即ち、開口部２２ａは、投影光学系ＰＬを介して形成される開口部１３ａの像よりも実質的に大きく設定されている。

図４は、撮像素子２５の受光面を示す拡大図であり、この図４に示すように、図２の個々の微小レンズ２４ａ（仮に５行×５列とする）によって集光された光が、それぞれ図２の開口部１３ａの像（二次像）ＩＬＡ，ＩＬＢ，…，ＩＬＹを形成する。これらの像の光量重心をそれぞれ結像位置とすると、所定の基準位置５３Ａ，５３Ｂ，…，５３Ｙから対応する結像位置までの変位を表すベクトル５１Ａ，５１Ｂ，…，５１Ｙが波面収差の情報を含んでいる。撮像素子２５の各画素からの検出信号を画像処理することによって、図２の情報処理装置２６では、一例としてそのベクトル５１Ａ〜５１Ｙの情報を求め、この情報から投影光学系ＰＬを通過した計測光の波面収差を求める。なお、情報処理装置２６において、そのベクトルに加えて、図４の各像ＩＬＡ〜ＩＬＹの拡がり量の情報（各光束のパワーの情報）を求め、この情報をも使用してもよい。

具体的に、投影光学系ＰＬを通過した光に波面収差が残存していない場合、開口部１３ａの各像の光量重心位置は計測用の各基準位置５３Ａ，５３Ｂ，…，５３Ｙに形成される。計測用光学系に波面収差などに起因する誤差がない場合、図４の計測用の各基準位置５３Ａ〜５３Ｙは、マイクロレンズアレイ２４の各微小レンズ２４ａの光軸上に設定される。実際には、投影光学系ＰＬ及び計測用光学系に波面収差が残存しているため、開口部１３ａの各像の光量重心位置は各基準位置から位置ずれする。従って、本例では、図４の各像ＩＬＡ〜ＩＬＹの位置ずれ量に対応するベクトル５１Ａ〜５１Ｙの情報に基づいて、図２に示すように、コリメートレンズ２３中を通過する光の波面５２を計算で求めることによって、投影光学系ＰＬを通過した光の波面収差を計測することになる。

但し、本例では、撮像素子２５において解像可能な大きさの開口部１３ａの像を結像させる方式であるため、開口部１３ａを球面波を発生させるような極小ピンホール形状にする必要はない。即ち、本例では開口部１３ａの形状は円形状に限定されることがない。また、開口部１３ａから撮像素子２５までの光路における透過率は計測用光学系を構成する光学部材の透過率に依存して決定されるため、撮像素子２５に対して充分な照度を提供することが可能となる。

以下、図１及び図２の構成において、投影光学系ＰＬを通過した光の波面収差を計測する基本的な動作について説明する。本例では、上述したように、テストレチクル１３のパターン面に複数のアライメントマーク１３ｂ（図３（Ａ））が形成され、計測装置２１の上部の標示板２２上に複数組のアライメントマーク２２ｂ（図３（Ｂ）参照）が形成されている。そこで、これらのアライメントマークを用いてテストレチクル１３と標示板２２との位置関係を調整することができる。

具体的には、レチクルステージＲＳＴ上に不図示のレチクルローダ系によって所定の回転角でテストレチクル１３をロードした後、図１のレチクルアライメント顕微鏡４４Ａ，４４Ｂを介して図３（Ａ）のテストレチクル１３の所定の対向する１対のアライメントマーク１３ｂの位置を検出する。この検出結果に基づいて、レチクルステージＲＳＴを駆動して、例えばテストレチクル１３の中央の開口部１３ａの位置を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸにほぼ一致させる。また、テストレチクル１３の全部の開口部１３ａの投影光学系ＰＬによる像の位置を計算によって求める。

次に、ウエハステージＷＳＴを駆動して、計測装置２１の標示板２２の上面を投影光学系ＰＬの露光視野領域内へ、ひいては二次元ＡＦ系３０の検出視野領域内へ移動させる。その状態で、二次元ＡＦ系３０の計測値を用いてＺステージ部１７及びウエハテーブル１６を駆動して、投影光学系ＰＬの像面に対して標示板２２の基準平面２２ｃを合わせ込む。次に、ウエハステージＷＳＴをＸＹ平面に沿って駆動して、標示板２２の上面をアライメントセンサ４３の検出視野領域内へ移動させる。そして、アライメントセンサ４３を用いて、標示板２２上の複数組のアライメントマーク２２ｂの位置を順次検出することにより、標示板２２の開口部２２ａのＸＹ平面内での位置、ひいては計測用光学系の光軸ＡＸ１のＸＹ平面に沿った位置を検出する。なお、標示板２２上のアライメントマーク２２ｂとその光軸ＡＸ１（開口部２２ａ）との間の位置関係情報は、通常のウエハアライメントと同様に、予め制御ソフトにデータとして認識されている。次に、テストレチクル１３に設けられた複数の開口部１３ａのうち、任意に選択された第１番目の開口部１３ａの像が投影光学系ＰＬを介して形成される位置に対して、計測装置２１（標示板２２）の開口部２２ａを初期的に位置決めする。

即ち、テストレチクル１３及び計測装置２１が初期的に正確に位置決めされた状態において、投影光学系ＰＬを介して形成された第１番目の開口部１３ａの像の中心点と開口部２２ａの中心（計測用光学系の光軸ＡＸ１）とがＸＹ平面内において一致する。この初期状態において、撮像素子２５の出力に基づいて投影光学系ＰＬを通過した光の波面収差を計測する。この計測結果から、チルト成分、パワー成分（デフォーカス成分）、及び非点収差成分（アス成分）を求め、チルト成分からディストーションの絶対値を、パワー成分からフォーカス面（像面）の絶対位置を、非点収差成分から像面収差をそれぞれ求めることができる。次に、チルト成分及びパワー成分ができるだけ小さくなるように、計測装置２１をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に微動させる。こうして、チルト成分及びパワー成分をできるだけ小さく追い込んだ状態で、撮像素子２５の出力に基づいて投影光学系ＰＬを通過した光の波面収差を最終的に高精度に計測する。

上述の波面収差の計測動作は、テストレチクル１３に設けられた残りの複数の開口部１３ａについて同様に順次行われる。この際のウエハステージＷＳＴのＸＹ平面に沿った位置決めは、計測ビームＷＬＢを用いるレーザ干渉計の計測情報に基づいて高精度に行うことができる。なお、投影光学系ＰＬの波面収差の計測は、投影光学系ＰＬの初期的な調整・検査時のみならず、その後の点検（メンテナンス）時にも行われる。

ところで、投影光学系ＰＬの波面収差を正確に計測するには、計測用光学系自体で発生する波面収差などの影響をどのように処理するかが問題となる。以下では、計測用光学系自体で発生する波面収差を含む収差の影響をできるだけ小さくする方法につき説明する。先ず、テストレチクル１３の正方形状の開口部１３ｄ（図３（Ａ）参照）の像が投影光学系ＰＬを介して形成される位置の中心に、図２の標示板２２（計測装置２１）のキャリブレーション用の開口部２２ａの中心を位置決めする。この状態で、照明光学系１２からの露光光ＩＬでテストレチクル１３を照明すると、投影光学系ＰＬを介して標示板２２上に形成される照明領域（開口部１３ｄの像）は、開口部２２ａよりも実質的に大きい。

こうして、開口部２２ａからの光がコリメートレンズ２３及びマイクロレンズアレイ２４を介して、撮像素子２５の受光面上に開口部２２ａの多数の像を形成する。設計値では、開口部２２ａの各像が、マイクロレンズアレイ２４の各微小レンズ２４ａの理想結像位置に整然と並んで形成されるはずである。しかしながら、計測用光学系の収差、マイクロレンズアレイ２４の製造誤差、及び撮像素子２５の各画素の配列誤差等により、実際に計測される各開口部像の光量重心位置は設計上仮定した理想結像位置から位置ずれしてしまう。

ここで、発生した各開口部像の位置ずれは、計測用光学系の収差、マイクロレンズアレイ２４の製造誤差、及び撮像素子２５の製造誤差にのみ起因するものであって、投影光学系ＰＬの波面収差などの影響を受けていない。なぜなら、テストレチクル１３の開口部１３ｄの像は、標示板２２上の開口部２２ａよりも実質的に大きいからである。そこで、本例では、そのようにして得られた各開口部像の位置を図４の計測用の各基準位置５３Ａ〜５３Ｙに設定する。そして、設定した計測用の各基準位置に基づいて、上記の投影光学系ＰＬを通過した光の波面収差の計測を行うことにより、計測用光学系の収差、マイクロレンズアレイ２４の製造誤差、及び撮像素子２５の各画素の配列誤差等の影響を少なくすることができる。

しかしながら、このように計測用光学系の収差の影響を少なくしても、僅かに計測用光学系に波面収差が残存している恐れがある。以下では、図２のテストレチクル１３（開口部材）と、標示板２２、コリメートレンズ２３、マイクロレンズアレイ２４、及び撮像素子２５からなる計測用光学系とに残存する波面収差の内で、所定の回転によって変化する波面収差を求めることによって、投影光学系ＰＬの波面収差の計測精度を向上する動作の一例につき、図６のフローチャートを参照して説明する。先ず、そのテストレチクル１３及び計測用光学系の１８０°の回転によって変化する波面収差成分を求めて、その補正を行う場合につき説明する。

図６のステップ１０１において、図１のレチクルステージＲＳＴ上にテストレチクル１３をロードし、ウエハテーブル１６に固定された計測装置２１を投影光学系ＰＬの下方に位置決めする。これが、テストレチクル１３及びその計測用光学系の回転角が０°の状態である。次のステップ１０２において、上述のように図３（Ａ）のテストレチクル１３の所定のアライメントマーク１３ｂの位置を検出して、例えば中央の開口部１３ａが投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの位置に来るように、レチクルステージＲＳＴを駆動してテストレチクル１３のアライメントを行う。これと共に、図３（Ｂ）の標示板２２の所定のアライメントマーク２２ｂの位置を検出して、キャリブレーション用の開口部２２ａ（計測用光学系の光軸ＡＸ１）が光軸ＡＸの位置に来るように、ウエハステージＷＳＴを駆動して計測装置２１のアライメントを行う。

次のステップ１０３において、上述の基本的な波面収差計測動作に従って、照明光学系１２（照明系）からの露光光ＩＬ（計測光）でテストレチクル１３を照明し、テストレチクル１３及び投影光学系ＰＬを通過した光を計測装置２１内の撮像素子２５で光電変換して、その検出信号を情報処理装置２６で処理することによって、投影光学系ＰＬを通過した光の波面収差（第１の波面収差情報）を計測する。本例では、例えば文献１（Max Born and Emil Wolf: Principles of Optics, 6th ed., Chap. 9.2 "Expansion of the Aberration Function", pp. 464-468 (Pergamon Press, 1980, England） に開示されているように、そのように計測された回転角０°での波面収差を表す関数（ＷＴ（０））をツェルニケの多項式(Zernike's Polynomial)で展開する。

ツェルニケの多項式中の定数項以外の項（以下、「ツェルニケ項」と呼ぶ。）は、被検光学系の所定面（例えば瞳面）での半径方向の位置ρの関数(radial polynomial) Ｒｎｍ（ρ）（ｎ＝１，２，３，…；ｍ＝０，１，…，ｎ）、及び光が通過する光学系に応じて定まる係数Ａｎｍ，Ｂｎｍを用いて、Ａｎｍ・Ｒｎｍ（ρ）cos ｍθ及びＢｎｍ・Ｒｎｍ（ρ）sin ｍθの形で表すことができる。その角度θは、その所定面での光軸の周りの角度である。なお、位置ρのみの関数からなるツェルニケ項は、回転によっては変化しないため、本例では補正対象とはしないものとする。そこで、以下では、ツェルニケ項中で関数cos ｍθ又はsin ｍθ（ｍは１以上の整数）を含む項のみを扱う。係数を１としたツェルニケ項であるＲｎｍ（ρ）cos ｍθ及びＲｎｍ（ρ）sin ｍθは、表１に示すように、具体的な関数の形に応じてツェルニケ項Ｚ２，Ｚ２，…，Ｚ３４，Ｚ３５と呼ばれている。

ここで、その整数ｍがｍ＝２ｐ−１（ｐは１以上の整数）のツェルニケ項ＺＴ１（ｎ，２ｐ−１）に着目し、ツェルニケ項ＺＴ１（ｎ，２ｐ−１）の係数を、投影光学系ＰＬ（被検光学系）に起因する係数ＣＰ１，ＳＰ１と、テストレチクル１３（開口部材）及び計測装置２１（計測用光学系）に起因する成分ＣＳ１，ＳＳ１とに分けると、次のようになる。

ＺＴ１（ｎ，２ｐ−１）＝（ＣＰ１＋ＣＳ１）Ｒｎｍ（ρ）cos[(2p-1)θ］
＋（ＳＰ１＋ＳＳ１）Ｒｎｍ（ρ）sin[(2p-1)θ］ …（１１）
但し、実際には係数（ＣＰ１＋ＣＳ１）及び（ＳＰ１＋ＳＳ１）はそれぞれ１つの値として求められる。
次のステップ１０４において、テストレチクル１３及び計測装置２１が１８０°回転しかたどうかを判定する。ここではまだ回転が行われていないため、動作はステップ１０５に移行して、テストレチクル１３及び計測装置２１をそれぞれ図２の計測用光学系の光軸ＡＸ１の周りに所定角度Δだけ回転する。今は所定角度Δを１８０°とする。そのためには、図１において、不図示のレチクルローダ系を用いてレチクルステージＲＳＴからテストレチクル１３を一度アンロードして１８０°回転した後、再びテストレチクル１３をレチクルステージＲＳＴ上にロードする。これと並行して、図５（Ａ）において、ウエハテーブル１６の切り欠き部１６ａから計測装置２１の箱状部材２１ａを＋Ｘ方向に一度引き抜いて、図５（Ｂ）に示すように、箱状部材２１ａを１８０°（図５（Ｂ）での角度Δの４倍に相当する。）回転した後、再び箱状部材２１ａをそのウエハテーブル１６の切り欠き部１６ａに戻して、不図示のクランプ部材で固定する。本例では、回転される光学部材は、テストレチクル１３及び計測装置２１中の全部の光学部材、即ち開口部材と計測用光学系との全体である。

次にステップ１０２に移行して、回転後のテストレチクル１３（中央の開口部１３ａ）及び計測装置２１（開口部２２ａ）のアライメントを行う。これによって、その開口部１３ａ及び開口部２２ａはそれぞれ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置決めされる。次のステップ１０３において、回転角が０°の場合と同様に、照明光学系１２からの露光光ＩＬでテストレチクル１３を照明し、計測装置２１内の撮像素子２５からの検出信号を情報処理装置２６で処理することによって、投影光学系ＰＬを通過した光の波面収差（第２の波面収差情報）を計測する。ここでも、計測された回転角１８０°での波面収差を表す関数（ＷＴ（１８０°））をツェルニケの多項式で展開する。そして、整数ｍがｍ＝２ｐ−１（ｐは１以上の整数）となるツェルニケ項ＺＴ２（ｎ，２ｐ−１）に着目し、ツェルニケ項ＺＴ２（ｎ，２ｐ−１）の係数を、投影光学系ＰＬに起因する係数ＣＰ１，ＳＰ１と、テストレチクル１３及び計測装置２１に起因する成分ＣＳ１，ＳＳ１とに分ける。これらの係数は、回転角が０°の場合と同じである。

但し、ここでは計測用光学系は１８０°（＝π(rad) ）回転しているため、テストレチクル１３及び計測装置２１に関するツェルニケ項ＺＴ２（ｎ，２ｐ−１）中の関数cos[(2p-1)θ］及びsin[(2p-1)θ］はそれぞれ次のように符号が反転する。
cos[(2p-1)(θ＋π）］＝cos[(2p-1)θ＋(2p-1)π］＝−cos[(2p-1)θ］…（１２）
sin[(2p-1)(θ＋π）］＝sin[(2p-1)θ＋(2p-1)π］＝−sin[(2p-1)θ］…（１３）
従って、回転後のツェルニケ項ＺＴ２（ｎ，２ｐ−１）は、次のようになる。

ＺＴ２（ｎ，２ｐ−１）＝（ＣＰ１−ＣＳ１）Ｒｎｍ（ρ）cos[(2p-1)θ］
＋（ＳＰ１−ＳＳ１）Ｒｎｍ（ρ）sin[(2p-1)θ］ …（１４）
なお、ここでも実際には係数（ＣＰ１−ＣＳ１）及び（ＳＰ１−ＳＳ１）はそれぞれ１つの値として求められる。
次に、ステップ１０４に移行するが、この段階ではテストレチクル１３及び計測装置２１は１８０°回転しているため、動作はステップ１０６に移行して、図１の情報処理装置２６は、テストレチクル１３及び計測装置２１自体の波面収差を計測誤差として求める。ここでは、（１１）式及び（１４）式のツェルニケ項ＺＴ１（ｎ，２ｐ−１）及びＺＴ２（ｎ，２ｐ−１）の差分より、次のようにテストレチクル１３及び計測装置２１に起因するＣＳ１，ＳＳ１を係数とするツェルニケ項（計測誤差）Ｅ１を求めることができる。

Ｅ１＝ＣＳ１・Ｒｎｍ（ρ）cos[(2p-1)θ］＋ＳＳ１・Ｒｎｍ（ρ）sin[(2p-1)θ］
＝｛ＺＴ１（ｎ，２ｐ−１）−ＺＴ２（ｎ，２ｐ−１）｝／２ …（１５）
次のステップ１０７において、求められた計測誤差Ｅ１を（１１）式の回転角０°でのツェルニケ項ＺＴ１（ｎ，２ｐ−１）から差し引くことで、次のように投影光学系ＰＬに起因する係数ＣＰ１，ＳＰ１のみを持つツェルニケ項（波面収差）を求めることができる。

ＺＴ１（ｎ，２ｐ−１）−Ｅ１＝ＣＰ１・Ｒｎｍ（ρ）cos[(2p-1)θ］
＋ＳＰ１・Ｒｎｍ（ρ）sin[(2p-1)θ］…（１６）
この補正は、ｍ＝２ｐ−１≦ｎ（ｐは１以上の整数）で表される全部のツェルニケ項Ａｎｍ・Ｒｎｍ（ρ）cos ｍθ及びＢｎｍ・Ｒｎｍ（ρ）sin ｍθについて個別に行うことができる。これは、テストレチクル１３及び計測装置２１の１８０°の回転によって、表１のツェルニケ項Ｚ２，Ｚ３，Ｚ７，Ｚ８，Ｚ１０，Ｚ１１，Ｚ１４，Ｚ１５，Ｚ１９，Ｚ２０，Ｚ２３，Ｚ２４，Ｚ２６，Ｚ２７，Ｚ３０，Ｚ３１，Ｚ３４，Ｚ３５が補正可能であることを意味する。

従って、これらを含むツェルニケの多項式で表される投影光学系ＰＬの波面収差は、（１５）式で表されるテストレチクル１３及び計測装置２１に起因する波面収差の一部が補正されているため、波面収差の計測精度が向上している。更に、（１５）式のツェルニケ項Ｅ１を計測誤差として記憶しておき、その後でテストレチクル１３及び計測装置２１を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を計測する際には、その計測結果をその記憶してある計測誤差で補正してもよい。これによって、計測結果のキャリブレーションを行うことができ、計測精度も高く維持される。

なお、テストレチクル１３及び計測装置２１を１８０°回転することは、９０°の回転を２回行うこと、又は４５°の回転を４回行うことと等価である。従って、テストレチクル１３及び計測装置２１を１８０°回転する代わりに、９０°の回転を２回行った後の波面収差の計測値、又は４５°の回転を４回行った後の波面収差の計測値を用いても、（１５）式の計測誤差の補正を行うことができる。この意味で、表１においては、１８０°の回転で補正できるツェルニケ項は、９０°の回転及び４５°の回転でも補正できるように表されている。

なお、上記の実施形態のようにテストレチクル１３及び計測装置２１を１８０°回転した場合には、ｍ＝２ｐ（ｐは１以上の整数）のツェルニケ項Ｒｎｍ（ρ）cos 2pθ及びＲｎｍ（ρ）sin 2pθは符号が変化しないため、補正することができない。
このｍ＝２ｐの場合は、更にｍ＝２(2p-1)の場合とｍ＝２・２ｐ＝４ｐの場合とに分けられる。そして、前者のｍ＝２(2p-1)のツェルニケ項中のテストレチクル１３及び計測装置２１に起因する計測誤差を求めるには、図６のステップ１０５でテストレチクル１３及び計測装置２１をそれぞれ９０°回転すればよい。この場合、テストレチクル１３及び計測装置２１は９０°（＝π／２(rad) ）回転しているため、これらに関するツェルニケ項ＺＴ２（ｎ，２(2p-1)）中の関数cos[2(2p-1)θ]及びsin[2(2p-1)θ]はそれぞれ次のように符号が反転する。

cos[2(2p-1)(θ＋π/2)]＝cos[2(2p-1)θ＋(2p-1)π]＝−cos[2(2p-1)θ]…（１７）
sin[2(2p-1)(θ＋π/2)]＝sin[2(2p-1)θ＋(2p-1)π]＝−sin[2(2p-1)θ]…（１８）
従って、（１５）式と同様に、回転角が０°の場合のｍ＝２(2p-1)のツェルニケ項から回転角が９０°の場合のツェルニケ項を差し引くことで、テストレチクル１３及び計測装置２１に起因する波面収差（計測誤差）を求めることができ、この補正を行うことで、計測精度を向上できる。これは、テストレチクル１３及び計測装置２１の９０°の回転によって、表１のツェルニケ項Ｚ５，Ｚ６，Ｚ１２，Ｚ１３，Ｚ２１，Ｚ２２，Ｚ３２，Ｚ３３が新たに補正可能であることを意味する。

なお、図６のフローチャートでは、ステップ１０５の回転角Δが９０°の場合でも、ステップ１０４によって、テストレチクル１３及び計測装置２１は最終的に１８０°まで回転される。これは、上述のように、回転角１８０°でツェルニケ項（ｍ＝２ｐ−１）の補正を行うためである。
また、テストレチクル１３及び計測装置２１を９０°回転することは、４５°の回転を２回行うことと等価である。従って、それらを９０°回転する代わりに、４５°の回転を２回行った後の波面収差の計測値を用いても、同様に計測誤差の補正を行うことができる。この意味で、表１においては、９０°の回転で補正できるツェルニケ項は、４５°の回転でも補正できるように表されている。

更に、上記のようにテストレチクル１３及び計測装置２１を９０°回転した場合でも、ｍ＝２・２ｐ＝４ｐ（ｐは１以上の整数）のツェルニケ項Ｒｎｍ（ρ）cos 4pθ及びＲｎｍ（ρ）sin 4pθは符号が変化しないため、補正することができない。
このｍ＝４ｐの場合は、更にｍ＝４(2p-1)の場合とｍ＝４・２ｐ＝８ｐの場合とに分けられる。そして、前者のｍ＝４(2p-1)のツェルニケ項中のテストレチクル１３及び計測装置２１に起因する計測誤差を求めるには、図６のステップ１０５でテストレチクル１３及び計測装置２１をそれぞれ４５°回転すればよい。この場合、テストレチクル１３及び計測装置２１は４５°（＝π／４(rad) ）回転しているため、これらに関するツェルニケ項ＺＴ２（ｎ，４(2p-1)）中の関数cos[4(2p-1)θ]及びsin[4(2p-1)θ]はそれぞれ次のように符号が反転する。

cos[4(2p-1)(θ＋π/4)]＝cos[4(2p-1)θ＋(2p-1)π]＝−cos[4(2p-1)θ]…（１９）
sin[4(2p-1)(θ＋π/4)]＝sin[4(2p-1)θ＋(2p-1)π]＝−sin[4(2p-1)θ]…（２０）
従って、（１５）式と同様に、回転角が０°の場合のｍ＝４(2p-1)のツェルニケ項から回転角が４５°の場合のツェルニケ項を差し引くことで、テストレチクル１３及び計測装置２１に起因する波面収差（計測誤差）を求めることができ、この補正を行うことで、計測精度を向上できる。これは、テストレチクル１３及び計測装置２１の４５°の回転によって、表１のツェルニケ項Ｚ１７，Ｚ１８，Ｚ２８，Ｚ２９が新たに補正可能であることを意味する。

なお、図６のフローチャートでは、ステップ１０５の回転角Δが４５°の場合でも、ステップ１０４によって、テストレチクル１３及び計測装置２１は最終的に１８０°まで回転される。これは、上述のように、回転角９０°でｍ＝２(2p-1)のツェルニケ項の補正を行い、回転角１８０°でｍ＝２ｐ−１のツェルニケ項の補正を行うためである。
また、上記の実施形態では、テストレチクル１３及び計測装置２１の全体を回転しているが、例えばテストレチクル１３の開口部１３ａがほぼ完全な円形であるような場合には、計測装置２１のみを回転してもよい。又は、計測装置２１（計測用光学系）中の一部の光学部材、例えばコリメートレンズ２３のみを回転してもよい。又は、テストレチクル１３のみを回転してもよい。これらの場合には、それぞれ計測装置２１、その一部の光学部材、又はテストレチクル１３のみに起因する波面収差の補正を行うことができるが、計測精度は向上する。更に、本例では、照明光学系１２の主要部の光学部材は回転可能な部分鏡筒２９内に固定されているため、図６のステップ１０５において、テストレチクル１３及び計測装置２１の代わりに部分鏡筒２９を回転してもよい。この場合には、投影光学系ＰＬの波面収差を計測する場合の、計測光の照明系としての照明光学系１２に起因する波面収差（計測誤差）を計測することができる。従って、この補正を行うことで、計測精度が向上する。

更に、例えばテストレチクル１３及び計測装置２１を時計回りに角度Δだけ回転することは、投影光学系ＰＬ（被検光学系）を反時計回りに角度Δだけ回転することと実質的に等価である。そこで、図６のステップ１０５の代わりに、ステップ１０５Ａで示すように、図１の投影光学系ＰＬを光軸ＡＸの周りに逆方向に角度Δだけ回転してもよい。この場合には、テストレチクル１３及び計測装置２１の位置は変化しないため、ステップ１０２のアライメントを省略してステップ１０３に移行して、波面収差の計測を行うことができる。

また、上記の実施形態では、投影光学系ＰＬを被検光学系としているが、照明光学系１２の波面収差を計測することも可能である。このためには、図１において、計測装置２１をレチクルステージＲＳＴ上の位置Ｐ１に固定し、例えば第１フライアイレンズ４の近傍にテストレチクル１３と同様の開口部の形成された開口部材を配置すればよい。この場合にも、例えば計測装置２１を所定角度だけ回転して、その前後に波面収差を計測することによって、計測装置２１に起因する波面収差を補正して、計測精度を向上できる。

なお、上記の実施形態の投影露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

また、上記の実施形態の投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、エッチング等の回路パターンを形成するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、及び検査ステップ等を経て製造される。

なお、本発明は、例えば国際公開（ＷＯ）第９９／４９５０４号などに開示される液浸型露光装置で投影光学系の波面収差を計測する場合にも適用することができる。また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、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ことは勿論である。

本発明を露光装置に適用することにより、照明光学系や投影光学系の波面収差を高精度に計測できる。従って、この計測結果を用いて投影光学系の結像特性を所望の状態に高精度に設定できるため、微細パターンを有する各種デバイスを高精度に製造できる。

本発明の実施形態の一例の投影露光装置の概略構成を示す図である。 図１中の投影光学系ＰＬに対する波面収差計測用の装置構成を示す図である。 （Ａ）は図２中のテストレチクル１３を示す平面図、（Ｂ）は図２中の標示板２２を示す平面図である。 図２の撮像素子２５の受光面に形成される多数の二次像を示す拡大平面図である。 （Ａ）はウエハテーブル１６に計測装置２１が装着された状態を示す要部の平面図、（Ｂ）はウエハテーブル１６から計測装置２１を引き出した状態を示す要部の平面図である。 本発明の実施形態において、投影光学系の波面収差を計測する場合の動作の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１…露光光源、１２…照明光学系、１３…テストレチクル、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＷＳＴ…ウエハステージ、１６…ウエハテーブル、２１…計測装置、２１ａ…箱状部材、２２…標示板、２３…コリメートレンズ、２４…マイクロレンズアレイ、２５…撮像素子、２６…情報処理装置

Claims (10)

1. 被検光学系の波面収差を計測する波面収差計測方法において、
   前記被検光学系に計測光を入射させ、前記被検光学系を通過した前記計測光を計測用光学系を介して受光して、前記被検光学系の第１の波面収差情報を求める第１工程と、
   前記計測用光学系を構成する複数の光学部材のうち、少なくとも一部の光学部材を前記計測用光学系の光軸の回りに所定角度回転する第２工程と、
   前記第２工程に続いて、前記被検光学系に計測光を入射させ、前記被検光学系を通過した前記計測光を前記計測用光学系を介して受光して、前記被検光学系の第２の波面収差情報を求める第３工程と、
   前記第１及び第２の波面収差情報を用いて、前記計測用光学系の計測誤差を補正する第４工程とを有することを特徴とする波面収差計測方法。
2. 前記第１工程及び第３工程において、前記被検光学系に所定の開口が形成された開口部材を介して前記被検光学系に前記計測光を入射させ、
   前記第２工程において、前記光学部材と共に前記開口部材を同じ角度だけ回転することを特徴とする請求項１に記載の波面収差計測方法。
3. 前記第２工程における前記光学部材の回転角は、１８０°、９０°、又は４５°であり、
   前記回転角が９０°又は４５°であるときには、前記第２工程と前記第３工程とを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１又は２に記載の波面収差計測方法。
4. 被検光学系の波面収差を計測する波面収差計測方法において、
   前記被検光学系に計測光を入射させ、前記被検光学系を通過した前記計測光を計測用光学系を介して受光して、前記被検光学系の第１の波面収差情報を求める第１工程と、
   前記被検光学系を該被検光学系の光軸の回りに所定角度回転する第２工程と、
   前記第２工程に続いて、前記被検光学系に計測光を入射させ、前記被検光学系を通過した前記計測光を前記計測用光学系を介して受光して、前記被検光学系の第２の波面収差情報を求める第３工程と、
   前記第１及び第２の波面収差情報を用いて、前記計測用光学系の計測誤差を補正する第４工程とを有することを特徴とする波面収差計測方法。
5. 被検光学系の波面収差を計測する波面収差計測装置において、
   前記被検光学系に計測光を照射する照明系と、
   前記被検光学系を通過した計測光を入射する計測用光学系と、
   前記計測用光学系を構成する複数の光学部材のうち、少なくとも一部の光学部材と前記被検光学系とを相対的に回転する回転機構と、
   前記回転機構によって前記光学部材と前記被検光学系とを相対回転する前後にそれぞれ前記計測用光学系を介した前記計測光の情報に基づいて前記相対回転する前後のそれぞれの波面収差情報を求め、該相対回転する前後のそれぞれの波面収差情報を用いて前記計測用光学系の計測誤差を補正する演算装置とを有することを特徴とする波面収差計測装置。
6. 前記照明系と前記被検光学系との間に配置されて、所定の開口が形成された開口部材を更に有し、
   前記回転機構は、前記光学部材及び前記開口部材と、前記被検光学系とを相対回転することを特徴とする請求項５に記載の波面収差計測装置。
7. 前記計測用光学系の前記光学部材は、前記計測用光学系の光軸に垂直な断面での外形が正多角形状の被覆部材に覆われ、
   前記回転機構は、前記被覆部材の外側面が嵌合する内面を有する支持部材を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の波面収差計測装置。
8. 照明光学系からの露光ビームで第１物体を照明し、前記露光ビームで前記第１物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光装置において、
   請求項５、６、又は７に記載の波面収差計測装置を備え、
   前記波面収差計測装置を用いて前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方の波面収差を計測することを特徴とする露光装置。
9. 照明光学系からの露光ビームで第１物体を照明し、前記露光ビームで前記第１物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光装置において、
   前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方が回転可能であることを特徴とする露光装置。
10. 請求項５、６、又は７に記載の波面収差計測装置を備え、
    前記波面収差計測装置が、前記第１物体を保持する第１ステージ及び前記第２物体を保持する第２ステージの少なくとも一方に着脱自在であることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
    

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