JP3673783B2 - 収差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、収差計測方法及びそれを用いて投影光学系の収差が計測される投影露光装置に関し、例えば半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィー工程で製造する際に使用される投影露光装置の投影光学系の波面収差やフォーカス等を計測し、補正する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィー工程で製造する際に、フォトマスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）のパターンの像を投影光学系を介して感光基板上に結像する投影露光装置が使用されている。かかる投影露光装置の投影光学系（たとえばレンズ）の収差によるデバイスパターンへの影響が今日深刻な問題になっており、投影光学系の収差計測の重要度が増している。
【０００３】
これに対し現在様々な計測方法が提案され、球面収差、像面、非点、コマ、波面収差などの収差測定が実際に行なわれている。これら収差測定の中でも波面収差は収差そのものであり、レンズ製造現場では通常干渉計を用いて計測を行っている。しかしながら、投影露光装置本体上では、スペースの制約が大きい為、干渉計による計測が難しい。そのため干渉計を使わないで波面収差を計測できる方法が検討されている。
【０００４】
一般に、波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式等で近似する事で、この多項式のファクターである球面収差、像面、非点、コマなどといった代表的な収差を算出可能である。またＺｅｒｎｉｋｅ係数を使った実デバイスパターンでのＳｉｍｕｌａｔｉｏｎの結果から、マスクやプロセス、更には露光装置へのフィードバックも活発に行われており、露光装置本体上で波面収差を計測し、それによりＺｅｒｎｉｋｅ係数を高い精度で計測する事を、強く求められている。
【０００５】
波面収差の測定方法としては、米国特許第５，８２８，４５５号や米国特許第５，９７８，０８５号で示される方式がある。この測定方式は、レチクルのガラスのパターン面（下面）に格子状のパターンがあり、このパターンの中心の真下に少し距離をおいてピンホールがあり、且つレチクルのガラス非パターン面（上面）には上記パターン中心の真上に凸レンズを置いた、特殊なレチクルを用いる。露光装置の照明系から出た照明光は前記凸レンズによりσ（シグマ）≧１の幅広い照明角度をもつ光線束により、その下にある格子パターンを照射する。格子パターンを透過した光はその下にあるピンホールを通過する。
【０００６】
この時、格子パターンを通過できる光線は前記格子パターンそれぞれの点と前記ピンホールを結んだ角度の線に限定される。従って前記格子パターンの各点から出た光線は互いに異なる角度（光軸に対する角度）の光となって進む。これら互いに角度の異なる光線束は投影光学系の瞳面上の互いに異なる位置に到達し、投影光学系の波面収差の影響を受けた後にウエハー上に結像する。この時ウエハ上に結像した格子パターンの各点は異なる波面収差（位相）の影響を受けており、これらの点を結像する光線は、その波面の法線方向に進むため、結像した各点は、この波面の傾き分だけ理想位置からシフトすることになる。よって格子パターンの各点の結像位置の理想位置からのずれを測定することにより、瞳面内各点の波面の傾きが得られ、様々な数学的手法から波面を算出することができる。
【０００７】
Ｚｅｒｎｉｋｅ係数を求める場合、前述した干渉計によって投影光学系の瞳面全面に渡って均一に分布している微小なエリア毎の位相差を計測することにより波面収差を計測し、この波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式で近似を行いＺｅｒｎｉｋｅ係数を求めている。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は直交多項式であるため、上記条件下での適用は最適であり、絶対精度を保証し得る最高の計測方法と言える。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記米国特許に示されるような露光装置本体上での波面収差（Ｚｅｒｎｉｋｅ係数）計測方法は、像面におけるパターンの位置ずれから直接位相差（波面）を算出する方法や、同じく像面におけるパターンの位置ずれから波面の微係数（スロープ）を算出し、その微分波面から位相波面を再生する方法が採れる。どちらの方法においても、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の近似を行うことは可能であるが、いずれにしても直交条件を十分満たすだけの計測点が必要である。直交条件を満たさないという事はＺｅｒｎｉｋｅ項同士が干渉するため、Ｚｅｒｎｉｋｅの項をどの次数まで算出するか、どの項は計算しないかによって、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数の値が変わってしまうからである。しかしながら、上記米国特許方法では、像高や計測時間の問題がある。
【０００９】
像高の問題とは測定マーク群の領域がある広さを必要とするため、瞳面上での測定個所を増やそうと、するとそれだけ被測定マークの数が多くなってマーク群の領域が広くなり、１像高と言える範囲を逸脱していまうという問題である。マーク自体の大きさを小さくて全体のマーク群の領域を小さくすることも考えられるが、計測器側の精度の問題や計測方法自体の原理的な問題にも発展するため、難しい。この像高の問題はマスクと結像面を光軸に垂直な面内で移動させることで問題を避けることは可能であるが、当然露光回数も被測定マークの数分増えるため、計測値を繋ぎ合わせて波面を再生させる際、フォーカス誤差（場合によっては移動誤差）が波面計測の精度に影響を与えてしまう。更に計測時間の問題が大きくなることは避けられない。
【００１０】
本発明の目的は、比較的容易にＺｅｒｎｉｋｅ係数を求めることにより、光学系の収差やフォーカス位置等を比較的容易に計測することができる収差計測方法及び投影露光装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、あるＺｅｒｎｉｋｅ係数の変化量に対するテストパターン像の位置ずれ変化量を示す“Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度”を利用する。たとえば、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式における各項（Ｚｅｒｎｉｋｅ項）毎に、そのＺｅｒｎｉｋｅ係数の変化量に対する、点光源照明又は微小領域光源照明によるテストパターンの像の位置ずれ変化量（Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度）を、全ての有効な点光源位置又は微小領域位置に対しデータベース化し、このデータベースから、上記各項のうちの特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の測定・抽出を可能にする点光源又は微小領域光源の組み合わせ、即ち有効光源を決定する。
【００１２】
本発明の一形態の投影光学系の収差を計測する方法は、テストパターンを投影光学系を介して結像させるステップと、前記結像させるステップにおいて結像させたテストパターン像から（所定位置からの）位置ずれ量を測定するステップと、前記測定するステップの測定結果を用いて前記投影光学系の収差を測定するステップとを有し、前記結像させるステップにおいて、前記位置ずれ量から特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の係数が１：１の関係で求められるように前記テストパターンからの光の前記投影光学系の瞳での通過領域を制限することを特徴としている。
【００１３】
本発明の一形態の投影光学系の収差を計測する方法は、テストパターンを投影光学系を介して結像させるステップと、前記結像させるステップにおいて結像させたテストパターン像から（所定位置からの）位置ずれ量を測定するステップと、前記測定するステップの測定結果を用いて前記投影光学系の収差を測定するステップとを有し、前記結像させるステップにおいて、前記位置ずれ量から、特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の係数が前記位置ずれ量に主に依存して求められるように前記テストパターンからの光の前記投影光学系の瞳での通過領域を制限することを特徴としている。
【００１４】
テストパターンからの光の前記投影光学系の瞳での通過領域の制限は、上記有効光源が決定されれば得られる、前記テストパターンを照明する照明系の開口絞りや、前記テストパターンが形成されたレチクル上に設けた前記テストパターン照明用の開口を有する絞り（遮光部）や、前記投影光学系の瞳面フィルターにより行える。照明系の開口絞りやレチクルの絞りは、前記有効光源を定めるものであり、同絞りの開口形状と相似な有効光源形状（分布）を形成する。この照明系の開口絞りには、特に、主として０次回析光が投影光学系の瞳面を通過し高次回析光は同瞳面を通過せず従って像面に達しないようなラインアンドスペースを有するテストパターン（マーク）を組み合わせて用いる。また、テストパターン照明用の開口を有する絞りを持つレチクルに対してはσ＞１の照明光を当てる。
【００１５】
本発明の投影露光装置は、上記テストパターンが形成されたレチクルを所望の有効光源からの光で照明できる照明系を有する投影露光装置である。
【００１６】
本発明のデバイス製造方法は、上記投影露光装置によりデバイスパターンで基板を露光するステップと、該露光した基板を現像するステップとを含む。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、特定のＺｅｒｎｉｋｅ項（係数）に対し投影光学系の瞳面を通過する光束の領域を決定するよう有効光源およびテストパターンの最適化を行い、前記光束より形成された先のテストパターンの位置ずれを測定する事により、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数の算出をおこなっている。
【００１８】
本発明の実施形態を説明する前にＺｅｒｎｉｋｅ係数を求める方法について説明する。
【００１９】
投影露光装置本体上において、投影レンズによる複数のパターンの像のそれぞれの位置ずれを測定することによりＺｅｒｎｉｋｅ係数を算出する方式では、幾つかの問題が指摘されている。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は直交多項式であるため、各Ｚｅｒｎｉｋｅ項（係数）は互いに影響を及ぼしあわない。つまり各Ｚｅｒｎｉｋｅ係数は独立に計算が可能で、従って、より高次な項を付け加えて無限に計算可能である。しかしながら、このメリットを利用するには、離散的な計測点の集合が直交条件を満たさなければならず計測上の制約も大きい。そこで、直交性にこだわらない方法について以下考察する。
【００２０】
実際、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式において、投影レンズの結像性能に主に影響をおよぼす項は低次項であり、今後、デバイスの微細化が進みより高次項の影響を考慮する必要が出てきたとしても、表１に示すような現在一般的に議論されているＺｅｒｎｉｋｅの１〜３６項程で十分と思われる。特に１〜３６項に限る必要性は無いが、現実の投影光学系のＺｅｒｎｉｋｅの低次の成分と比較し、その高次の項の成分が十分に小さいと見なせる高次項までを考慮すれば良い。言い換えると、直交系でない近似計算を行う計測において、問題となる低次項の係数に影響をおよぼすであろう高次項までに限って近似計算を行う。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【外１】
【００２３】
投影レンズの波面を表わすＺｅｒｎｉｋｅの１〜３６の項を求める為には上記行列式（１）を解くことになるが、実際は計測値Ｓｉには誤差が含まれ、更にデータの欠落、測定法の違いや測定法の条件（設計）変更などによって計測点（ｒｉ，θｉ）、ｉ＝１…ｑのサンプリングのしかた（測定点数、測定個所）が異なることによって、解Ｃｊは影響を受けることになる。
【００２４】
【外２】
【００２５】
行列式から見ると、行列Ｚ→Ｚ’とベクトルＳ→Ｓ’の変化がおこり結果として異なる結果を算出する（ベクトルｃ→ｃ’）。上記問題は今まで挙げてきた計測方法共通の問題と言える。これらの問題を避ける方法としては、行列Ｚを固定すること、更に行列Ｚは直交条件を満たしてないので解が一意に決まる対角行列のような形を計測法自身が持つ事が望ましい。
【００２６】
【外３】
【００２７】
ここで上記対角行列の、行ベクトル（λ１，０，０，…，０）だけに着目して、次のような方程式（２）による最適化を考える。
【００２８】
【外４】
【００２９】
上記連立方程式（２）は、計測される投影レンズの瞳座標に対応した任意の位置ｋにおける、結像面での像の位置ずれ変化量がＺｅｒｎｉｋｅの各項ごとにあらかじめわかっていれば（Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度）、重み係数Ｗｋおよび瞳領域ｋを最適化することにより、満足させることができる。つまり（２）式を満足する計測法を構築することにより、像の位置ずれ量Ｓ１は被計測投影光学系の１項のＺｅｒｎｉｋｅ係数のみを独立に示す事になる。
【００３０】
【外５】
【００３１】
他のＺｅｒｎｉｋｅ項についても同様に、重み係数Ｗｋおよび瞳領域ｋを最適化することで独立にＺｅｒｎｉｋｅ係数を抽出可能となる。従って互いに異なる計測条件（重み係数Ｗｋおよび瞳領域ｋ）にてＺｅｒｎｉｋｅの各係数を計測することにより、Ｚｅｒｎｉｋｅ項同士の干渉のない独立した計測法が実現できる。
【００３２】
ここで像の位置ずれとＺｅｒｎｉｋｅ敏感度の関係について述べておく。波面のスロープもしくは位相差はその瞳位置とＺｅｒｎｉｋｅ係数であらわされる。従って、それらによって生じる像の位置ずれ量Ｓ１は、（３）式で示すように結像の際、瞳面を通過した光束の位置（微小な領域）での波面のスロープもしくは位相差に線形である。
【００３３】
Ｓ１＝ｇ・ΣＣ ｉ ・Ｚ ｉ （ｒ １ ，θ １ ）…（３）
Ｓ１…瞳座標（ｒ １ ，θ １ ）に対する位置ずれ
ｇ…定数
Ｃｉ…Ｚｅｒｎｉｋｅ係数
Ｚｉ（ｒ，θ）…瞳位置（ｒ，θ）でのｉ項のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度
様々な光束が互いに異なる瞳位置を通過した後で結像すると、その線形性から
前記（３）式より、
ＳＴ＝ΣＷｋ・Ｓｋ
＝ΣＷｋ・Σｇ・Ｃｉ・Ｚｉ（ｘｋ，ｙｋ）
＝ｇΣＣｉΣＷｋ・Ｚｉ（ｘｋ，ｙｋ）…（４）
（４）式から、像の位置ずれは、各微小な瞳領域ごとの位置ずれＳｋの総和であり、また、それはあるＺｅｒｎｉｋｅ項ｉについて言えば、瞳位置ｋ毎のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度の和にＺｅｒｎｉｋｅ係数を掛けたものであることが分かる。本発明は、この瞳位置ｋ毎のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度の和を最適化することを特徴としている。
【００３４】
以上の考え方を利用したＺｅｒｎｉｋｅ係数計測方法を実施することで、直交条件の問題から生じる像高や絶対値の問題を解決することができる。更に一般に１つの係数を求めるのに１つの計測値でよい為、計測時間を大幅に向上でき、これに関しても解決することができた。また、通常考えられる位置ずれから波面の微係数（微分波面スロープ）を算出し、その微分波面から位相波面を再生してからＺｅｒｎｉｋｅ多項式の近似を行う方法においては、多項式が直交である必要が無いため、直接、微分波面に対し微分したＺｅｒｎｉｋｅ多項式で近似を行い、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数を求める。
【００３５】
以上本発明では、前述したように投影レンズの瞳位置に対応した像の位置ずれにおけるＺｅｒｎｉｋｅ敏感度を計算もしくは実験からデータベースとして持ち、投影光学系の瞳領域および、その領域内での重みを特定の収差に対し最適化することで、前記投影光学系の瞳領域内だけに光束が通過するような計測系を構築し、前記光束により形成された像の位置ずれを計測することにより先の特定の収差に対し収差量を計測し、計測結果から前記投影光学系の収差を補正する手段を設けている。
【００３６】
次に本発明の収差計測法の実施形態を、レチクル上の回路パターンを投影光学系を介し感光基板（ウエハ）上に投影する投影露光装置に適用し、投影光学系のＺｅｒｎｉｋｅ係数を求める場合について説明する。但し、本実施形態では前提条件としてＺｅｒｎｉｋｅ項を１〜３６としている。
【００３７】
前述したように、本発明では、投影光学系（投影レンズ）の瞳面に、最適な形状および透過率の開口絞り（瞳フィルター）を設けることにより、特定のＺｅｒｎｉｋｅ係数を計測可能であるが、レンズ鏡筒構造のスペース的な制約や厳しい環境コントロールの必要性から、投影光学系の瞳面にそのような特殊な開口絞りを様々なＺｅｒｎｉｋｅ項に対してそれぞれ設けることは非常に難しいときには、以下述べる実施例の如く構成する。
【００３８】
図１は本実施形態の投影露光装置の一部分の要部概略図である。図１において、レチクル９上に形成されたパターンもしくはパターン群（テストパターン）ＴＰに照明光学系の有効光源面に設けられた特殊な形状の照明絞り４を介して、主光線ＬＰをもつ照明光が照射し、このレチクル９上のテストパターンＴＰが投影レンズ１０で感光基板Ｗ側に結像し、空中像もしくは感光基板Ｗに転写したパターン像ＴＰａの位置を測定する。尚、テストパターンＴＰはレチクル９でなく、別の基準プレート上に形成したものであっても良い。これら空中像もしくは転写パターン像ＴＰａの位置を測定することにより投影光学系１０の収差を測定している。
【００３９】
前記テストパターンには、本出願人が先の特願２００１−２６４５８２号で提案したライン間もしくはスペース間のピッチ（間隔）がほぼ等しい周期パターンであり、かつ光が透過する個々のスペースの幅が周期パターンの中心のスペースから外側のスペースに向かって減少するパターンや他の同じ機能を有するパターンを用いる。
【００４０】
このようなパターンは回折光を低減することにより、主として同パターンからの０次光により投影レンズ１０の瞳面１０ａにおいて、ほぼ照明用絞り４の開口形状に近い光強度分布を形成することができ、且つ又投影レンズ１０を介し結像した空中像もしくはパターン像ＴＰａの光強度分布をライン間が解像しない歪の少ない１つの大きなパターンと見なし得るものとすることができる。この空中像もしくは感光基板上に転写したパターン像ＴＰａをある基準からの位置ずれ量として測定している。前記照明開口絞り４の開口形状は、前記投影レンズ１０の瞳面上の各位置に対応してあらかじめ計算により求めておいた位置ずれ量のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度のデータベースより特定のＺｅｒｎｉｋｅ項について最適化を行ったものである。
【００４１】
即ち、該テストパターン像の所定位置からの位置ずれ量がＺｅｒｎｉｋｅ多項式における特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の１つの係数に主に依存するように、該照明系の有効光源分布を設定することによって、該投影光学系の瞳を通過する光束の瞳内での通過領域を特定領域に制限している。
【００４２】
特に該テストパターン像の所定位置からの位置ずれ量と特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の係数が１：１の関係となるように該照明系の有効光源分布を設定することにより、該投影光学系の瞳領域を通過する光束の瞳内での通過領域を特定領域に制限するようにしている。
【００４３】
本実施形態では、図１の状態で、上述したようにレチクル９上に形成されたテストパターンＴＰに最適化を施された開口を有する絞り４を有する照明光学系を介して、主光線ＬＰをもつ照明光を照射することによりレチクル９上のテストパターンＴＰを結像し、その空中像を測定したり、もしくは感光基板にパターン像ＴＰａを転写する。次に前記照明用開口絞り４を回転させるか、もしくは異なる開口絞りに変更する事により、照明光の主光線の進行方向を変え、この状態でレチクル上のテストパターンが結像した空中像を測定するか、もしくは感光基板の異なる場所にパターン像ＴＰａを転写する。上記工程を繰り返す事により、測定した複数の空中像位置にもとづいて、あるいは、転写した複数のパターン像ＴＰａを現像後その位置を夫々測定することで、投影光学系１０の瞳面１０ａ上の波面収差の特定Ｚｅｒｎｉｋｅ係数を測定している。この測定プロセスについて、以下、Ｚｅｒｎｉｋｅ項ごとに具体的な例を挙げて説明する。
【００４４】
図２は本実施形態の投影露光装置全体の概略図である。図１は図２の一部分の概略斜視図に相当している。
【００４５】
図２において、１は露光光用の光源であり、高圧水銀灯やエキシマレーザ等が使用できる。高圧水銀灯を用いる場合には、光源１から射出された露光光は楕円鏡１ａで集光された後に、インプットレンズ２を経てフライアイレンズ３の光入射面３ａに入射する。フライアイレンズのレチクル側焦点面３ｂ（レンズ面又は空中）には多数の２次光源が形成され、これら多数の２次光源から射出された露光光は、照明用開口絞り４、第１リレーレンズ５、投影式レチクルブラインド６、第２リレーレンズ７、メインコンデンサーレンズ８を経てレチクル９のパターン面全体を均一な照度で照明する。ここで、開口絞り４は図にある駆動系４ａにより、図３に示すように、その開口部４ｂの位置を回転方向に自由に変えられる。これにより照明光の主光線ＬＰのレチクル９への入射方向（方位角）を自由に変え、テストパターン１５とセットで使用することにより選択的に投影レンズ１０の瞳領域１０ａにパターンからの光束を集めることができる。投影式レチクルブラインド６とレチクル９のパターン形成面とは共役であり、投影式レチクルブラインド６によりレチクル９上の照明領域が設定される。なお、フライアイレンズ３の後側焦点面３ｂは投影光学系１０の瞳面１０ａとほぼ共役である。
【００４６】
レチクル９のパターンは投影光学系１０によって感光基板（ウエハ）Ｗに投影される。
【００４７】
開口絞り４を通った露光光によりレチクル９のパターン形成面に形成されたテストパターン１５の像が、投影光学系１０を介して、エウハステージ１２上に載置された検出系１１を構成するプレート１１ａ上に結像される。図４は検出系１１の拡大図である。
【００４８】
図４に示すとおりプレート１１ａにはスリット１１ｂが形成されており、スリット１１ｂを透過した光は受光器１１ｃにより光電変換され検出される。前記プレート１１ａとスリット１１ｂと受光器１１ｃを構成する検出系１１はウエハステージ１２上に載置されている。ウエハステージ１２は、投影光学系１０の光軸１０ｂに垂直な面内の任意の位置にウエハや検出系１１を位置決めするＸＹステージ１２ａと投影光学系１０の光軸１０ｂに平行な方向でウエハや検出系１１の位置（フォーカス位置）を設定するＺステージ１２ｂ等より構成されている。
【００４９】
また、本実施形態では、検出系１１のフォーカス位置を検出するためのフォーカス系１３が設けられている。オートフォーカス系１３は、プレート１１ａ上の上面に例えばスリット状の検出パターンの像を、投影光学系１０の光軸１０ｂに対して斜めに投影する送光系１３ａと、その結像面からの反射光を受光してその検出パターンの像を再結像する受光系１３ｂとより構成されている。プレート１１ａの上面のフォーカス位置が変化すると、受光系１３ｂにおいてその再結像される検出パターンの像の位置が変化することから、この像位置を検出することでプレート１１ａのフォーカス位置の変化を検出することができる。受光系１１ｂには、その再結像された検出パターンの位置に応じて変化するフォーカス信号を生成する光電検出器１３ｃが組み込まれ、そのフォーカス信号が光学系１０の像面位置に対応する所定のレベルに維持されるように制御系１３ｄによってウエハステージ１２中のＺステージ１２ｂを駆動することにより、プレート１１ａ上の上面のフォーカス位置を投影光学系１０の像面に維持する（フォーカスを維持する）ことができる。
【００５０】
また、フォーカス信号は所定の範囲内（光軸方向の所定の範囲内）でフォーカス位置の変化に対してほぼ直線的に変化するので、逆にフォーカス信号のレベル変動からフォーカス位置の変動を知ることができる。更に、ウエハステージ１２中のＺステージ１２ｂにも投影光学系１０の光軸１０ｂ方向の位置を検出するための高さセンサ（不図示）が組み込まれている。１４はオフ・アクシスのウエハアライメント系を示し、ウエハアライメント系１４はウエハＷの各ショット領域の近傍に形成されたアライメントマークを検出する。この場合、ウエハアライメント系１４の検出中心１４ａとレチクル９の中心の共役像との間の間隔、即ち所謂ベースライン量ＢＤを求めておくことにより、ウエハアライメント系１４で計測したアライメントマークの位置に基づいてウエハＷの各ショット領域のアライメントを正確に行うことができる。更に、ウエハアライメント系１４は種々のマークの検出をも行うことができる。
【００５１】
図５（Ａ）、（Ｂ）は本実施形態で使用するテストパターンの詳細図で、基本的にどちらか一方の種類のパターンが用いられる。図６、図７は、使用するテストパターン（マーク）の配置例である。これらのテストパターンに開口絞り４により形成される第一の照明光を照射し、これらのテストパターン像を投影光学系１０を通しウエハステージ１２上に設けたプレート１１ａ上に結像させ、前記ウエハステージ１２を像面に沿って（ＸＹ面内で）移動して前記プレート１１ａ上に設けたスリットパターン１１ｂを透過する光を光強度検出器もしくは光量検出器等の受光器１１ｃにより検出する。そして、前記ウエハステージ１２を前記投影光学系１０の光軸１０ｂ方向（Ｚ方向）に移動した後に、前記第１の照明光の入射方向と同じ方向にウエハステージ１２を像面に沿って移動させて前記スリットパターン１１ｂを透過する光を前記検出器１１ｃにより検出する。そして、スリットパターン１１ｂのＸ，Ｙ位置とその位置で検出した光強度もしくは光量からなる図１８が示す検出信号を用いて前記プレート１１ａ上に結像したテストパターン（像）１５の中心位置を算出する。次に開口絞り４の開口部４ｂの位置を回転もしくは開口形状を変更後、前記同様に同一のＺ位置とＸＹ平面上で前記テストパターン像１５の中心位置を算出する。これによりテストパターンの位置ずれ量を求める。更に開口絞り４の開口部４ｂの位置を回転もしくは開口形状を変更後、上記工程を数回繰り返す。ここで、使用する照明開口絞り４の開口部４ｂは計測するＺｅｒｎｉｋｅ項（係数）によってその形状を異にする。
【００５２】
図８（Ａ）〜（Ｆ）はＺｅｒｎｉｋｅ項に対応した開口絞り４ｂ−１〜４ｂ−６の説明図である。
図中、４ｂは開口部である。図９（Ａ）〜（Ｋ）はこれらの開口絞り（開口形状）毎のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度を示すグラフである。図１０は計測プロセスの説明図である。
【００５３】
図９に示すグラフは、図１０に示した各Ｚｅｒｎｉｋｅ係数ごとに異なるプロセスを経た結果のものである。図９により、これらの開口絞りおよび図１０に示す計測方法が各特定のＺｅｒｎｉｋｅ項に対して敏感になるよう最適にデザインされていることがわかる。
【００５４】
図１０において、記号ＣはＺｅｒｎｉｋｅ係数を示し、その後の数字がその項を示している。その他▲１▼・▲２▼は互いにプロセスおよび開口形状が異なる同じＺｅｒｎｉｋｅ係数を意味している。Ｃ５▲１▼およびＣ６▲１▼は開口部の形状は等しいが配置する方向が異なっている。以下一例としてＣ５▲１▼について順を追って説明する。始めの開口絞り位置ｄ１に対し、開口部４ｂ−１の位置を１８０°回転させ２回目の位置をｄ２とすると、両者の開口絞り位置から形成される前記テストパターン１５の像のそれぞれの中心位置を求めて両者の差に対応する位置ずれ量Ｓ（ｄ１−ｄ２）を得る事ができる。この時各開口絞り位置毎に位置ずれ量として２つの量が計測される。１つはＶパターン（Ｘ方向のずれ）でもう１つはそれに直交するＨパターン（Ｙ方向のずれ）である。それぞれについての位置ずれ量ＳをＳＶ（ｄ１−ｄ２）、ＳＨ（ｄ１−ｄ２）と表せる。次に前記同様ｄ１の開口位置から９０°回転させたｄ３位置とさらに１８０°回転させたｄ４位置の２つの状態から形成された像の位置ずれ量ＳＶ（ｄ３−ｄ４）、ＳＨ（ｄ３−ｄ４）が得られる。これらと、あらかじめ計算より求めた図９（Ａ）、（Ｂ）のグラフのＣ５係数のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度Ｚｅｒ５▲１▼もしくは実験からもとめた敏感度係数などから、Ｃ５▲１▼は次の様な計算により求めることができる。
Ｃ５▲１▼＝｛ＳＶ（ｄ１−ｄ２）−ＳＨ（ｄ３−ｄ４）｝／Ｚｅｒ５…▲１▼
【００５５】
同様に開口部４ｂ−１の形状はそのままで開口位置を相対的に４５°回転させた状態ｄ１′，ｄ２′，ｄ３′，ｄ４′から以下の計算によりＣ６▲１▼が求まる。
Ｃ６▲１▼＝｛ＳＶ（ｄ１′−ｄ２′）＋ＳＨ（ｄ１′−ｄ２′）＋ＳＶ（ｄ３′−ｄ４′）−ＳＨ（ｄ３′−ｄ４′）｝／Ｚｅｒ６…▲１▼
【００５６】
図１０には、Ｃ５，Ｃ６を計測する他の計測プロセス例としてＣ５▲２▼、Ｃ６▲２▼を示してある。開口部４ｂ−２を使用し前記同様開口絞り回転位置状態ｅ１〜ｅ４、およびｅ１′〜ｅ４′から各々像の中心位置を計測することで、以下の定義式からＣ５▲２▼およびＣ６▲２▼が求まる。
Ｃ５▲２▼＝｛ＳＶ（ｅ１−ｅ２）−ＳＨ（ｅ１−ｅ２）＋ＳＨ（ｅ３−ｅ４）＋ＳＶ（ｅ３−ｅ４）｝／Ｚｅｒ５…▲２▼
Ｃ６▲２▼＝｛ＳＨ（ｅ１′−ｅ２′）＋ＳＶ（ｅ３′−ｅ４′）｝／Ｚｅｒ６…▲２▼
【００５７】
敏感度係数Ｚｅｒ５▲２▼、Ｚｅｒ６▲２▼は、先と同様あらかじめ計算より求めた図９（Ｃ）、（Ｄ）グラフのＺｅｒｎｉｋｅ敏感度、もしくは実験からもとめたものを使用する。
【００５８】
次に球面収差（０θ）項Ｃ４、Ｃ９、Ｃ１６のＺｅｒｎｉｋｅ係数計測ならびに算出方法を図１０を用いて説明する。開口絞りはＣ４、Ｃ９、Ｃ１６各々に対して、一例として図８の４ｂ−３、４ｂ−４、４ｂ−５がある。図１０よりＣ４、Ｃ９、Ｃ１６に対応した開口絞り回転位置状態はｆ１〜ｆ８の８通りで、全て４５°回転刻みで回転方向に違いがある。前記同様Ｃ４、Ｃ９、Ｃ１６の計算式は下記のように定義されている。
Ｃ４＝｛√２｛ＳＶ（ｆ１−ｆ２）＋ＳＨ（ｆ３−ｆ４）｝＋ＳＨ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＶ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＨ（ｆ７−ｆ８）−ＳＶ（ｆ７−ｆ８）｝／２／Ｚｅｒ４
Ｃ９＝｛√２｛ＳＶ（ｆ１−ｆ２）＋ＳＨ（ｆ３−ｆ４）｝＋ＳＨ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＶ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＨ（ｆ７−ｆ８）−ＳＶ（ｆ７−ｆ８）｝／２／Ｚｅｒ９
Ｃ１６＝｛√２｛ＳＶ（ｆ１−ｆ２）＋ＳＨ（ｆ３−ｆ４）｝＋ＳＨ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＶ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＨ（ｆ７−ｆ８）−ＳＶ（ｆ７−ｆ８）｝／２／Ｚｅｒ１６
Ｚｅｒ４、Ｚｅｒ９、Ｚｅｒ１６は前記同様図９（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度もしくは実験より求めたものを使用する。
【００５９】
またここでは挙げていないが、Ｃ２５、Ｃ３６項のＺｅｒｎｉｋｅ係数も同じ式で定義できる。
【００６０】
続いてコマ収差項と呼ばれる、Ｃ７、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１１項について先と同様、図１０を用いて説明する。Ｃ７、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１１項の開口絞りは共通で図８ ４ｂ−６がその１例である。図１０より、開口絞り回転位置状態はｇ１〜ｇ４のイメージ図で示す様にｇ１を０°状態とすると、ｇ２は９０°、ｇ３は４５°、ｇ４は１３５°状態になっている。先と同様４つの状態で像の中心位置を求め、その相対位置ずれ量から下記計算式よりＺｅｒｎｉｋｅ係数を算出する。
Ｃ７＝｛ＳＶ（ｇ１−ｇ２）＋ＳＨ（ｇ３−ｇ４）｝／Ｚｅｒ７
Ｃ８＝｛−ＳＨ（ｇ１−ｇ２）＋ＳＶ（ｇ３−ｇ４）｝／Ｚｅｒ８
Ｃ１０＝｛ＳＶ（ｇ１−ｇ２）−ＳＨ（ｇ３−ｇ４）｝／Ｚｅｒ１０
Ｃ１１＝（ＳＨ（ｇ１−ｇ２）＋ＳＶ（ｇ３−ｇ４））／Ｚｅｒ１１
Ｚｅｒ７、Ｚｅｒ８、Ｚｅｒ１０、Ｚｅｒ１１は前記同様図９（Ｈ）、（Ｉ）、（Ｊ）、（Ｋ）のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度もしくは実験より求めたものを使用する。
【００６１】
以上述べた方式で、実際の投影レンズ数本分について絶対相関を調べた結果を図１１（Ａ）〜（Ｋ）に示す。この際、実際のレンズのＺｅｒｎｉｋｅ係数は波面収差計測用の干渉計にて計測に基づく値を使用した。
【００６２】
図１１から、本計測方法がＺｅｒｎｉｋｅ係数（レンズ収差）を求めるのに十分な計測精度を持つことが分かる。また先の実施形態では開口絞り４の開口部４ｂは光を通すか遮光するかのデジタルな選択のみで最適化を行ったが、減光材料などで開口部の濃度を変えてやれば、更に精度の高い最適化が行える。そして更に次数を高く設定して最適化を進めていけば、高次収差の測定も可能である。先の実施形態では検出系１１を使用して像の中心位置を測定したが、他にも、装置内ウエハステージ１２上に設けたホトクロ材料基板上に転写したテストパターン像を使用して現像することなく、そのまま、装置内のオフアクシスアライメント検出系１４を使用して像の中心位置を測定することも可能である。
【００６３】
更に、照明系の開口絞り４による有効光源の最適化という手段以外にも、図１２に示す様にレチクル９のパターン面の反対のガラス面に照明系開口絞り４ｂと同様な被計測パターンに対し、最適な有効光源の形状になるよう光束を遮光するようクロム等より成る遮光パターン１２１を付ける方法も可能である。また前記遮光パターンを装置内レチクルステージ上にもちレチクルと組み合わせて使用することも可能である。これらの場合、被計測マークと遮光パターンの開口の位置関係は図１０に示す照明モード分作る必要がある。
【００６４】
また図１６、図１７に示すように得られた計測値を、本体系にフィードバック系１６１、１６２や系１７１を設けるとよく、図１６において、駆動手段１６１により投影レンズ１０内にある補正光学系１６２を駆動させたり、図１７に示すように、波長可変手段１７１でレーザー１７２からの発振波長の中心波長を変える等の補正手段により、露光装置の投影光学系の収差を自動補正できる。
【００６５】
次に本発明の実施形態２を説明する。
【００６６】
図１３〜図１５は実施形態２のテストパターン像を感光基板（ウエハ）Ｗへの転写する形態についての具体例の説明図である。使用するテストパターンは実施形態１とは異なり、互いに重ねたマーク同志（図１３）の位置ずれを計測するための２種類のマークを有し、図１４および図１５はこの２種類のマークを示す。
【００６７】
図１４、図１５において、各マーク１４ａ、１５ａのグリッドの一部ＴＰＸが前述した図５（Ａ）又は（Ｂ）に示すパターン形状より成っている。
【００６８】
図１４、図１５の各マーク１４ａ、１５ａは、いずれも同一の線幅でデザインされており、それぞれのライン幅は図６や図７のマークと同じ、２μｍのライン幅とした。次にＺｅｒｎｉｋｅ係数計測の為の露光手順を説明する。実施形態２同様、求めるＺｅｒｎｉｋｅ係数によって照明開口形状４ｂを決め、この形状４ｂである１つの回転位置の状態でマーク１４ａおよび１５ａをウエハ上に露光し、次にマーク１４ａと１５ａが重なり合うようにウエハステージ１２（又は不図示のレチクルステージ）を移動させ、同じ照明開口形状４ｂで但し今度は回転位置を変えてマーク１４ａおよび１５ａを露光する。この時使用した２つの照明用開口絞り４の回転位置の状態は図１０の定義式に従う組み合わせで行う。この工程を図１０で定義した回数分繰り返し行う。そして、これら工程により転写された数個のマーク１４ａと１５ａの相対位置ずれ量を測定機を使って測定する。得られた位置ずれ量から図１０の定義式の計算処理よりＺｅｒｎｉｋｅ係数を算出する。
【００６９】
更に前記テストパターン１４ａ、１５ａを同一のレチクルもしくは別レチクルに数箇所配置しておけば、前記手法に従い露光を行い、各像高毎に収差（Ｚｅｒｎｉｋｅ係数）を計測可能となる。
【００７０】
また図１２で示したようにレチクルのパターン面よりも照明系に近いレチクル上の面に遮光パターンを設け最適な有効光源を作ることも可能である。また図１６、図１７で示したように計測結果を本体系にフィードバックすることにより投影レンズの収差の自動補正可能である。
【００７１】
以上のように各実施形態によれば、最適な有効光源の形状と回折光の少ないパターンを組み合わせる事により、特定のＺｅｒｎｉｋｅ項に対し最適な瞳フィルターを作り出す事ができた。そしてこれによりＺｅｒｎｉｋｅ係数そのものを独立して精度よく計測することができた。またその効果は、様々な測定したいパターン寸法や様々な露光装置の投影レンズのＮＡに対して最適化が可能で、高いスループット、高精度な計測および露光装置の収差補正系にフィードバックかけることにより自動補正または実デバイスに応じた最適化した補正が実現できる露光装置を達成することができる、という点である。
【００７２】
次に上記説明した投影露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
【００７３】
図１９は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（露光制御データ作成）では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意した制御データが入力された露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００７４】
図２０は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００７５】
次に、図１２を用いて簡単に説明したテストレチクル（又は基準プレート）を使って走査型投影露光装置（図２参照）の投影光学系の波面収差（即ちＺｅｒｎｉｋｅ係数）を計測する実施例について詳細に述べる。
【００７６】
本実施例のレチクル（プレート）で使用するテストパターン１５の詳細図を図２１に示す。図２１において一見ライン＆スペースに見える各ラインＴＰＸは、前述した図５（Ｂ）に示すパターンより成っている。勿論、このラインＴＰＸのパターンとして図５（Ａ）に示すパターンも使える。
【００７７】
図２１のマークはいずれのラインもその幅が図５（Ｂ）のものと同じとした。但し、図２１のマークの各ライン巾には特に制限は無く、感光基板上に各ラインを転写した際のできあがり寸法幅が転写パターンを計測する計測器の適正パターン寸法を満たすようにしてやれば良い。ここでは各ラインの幅を２μｍとした。また図１２を用いて説明したように、レチクル９のテストパターン１５のある面とは反対側の面上には各ラインＴＰＸ毎に対応する開口部１６をもつクロム等より成る遮光パターンを設け、通常の照明条件（大σ）で、照明系又はアライメントスコープ１９にて開口部に露光光を照射する。その際、開口部１６の形状やテストレチクル９の裏面内での位置は、計測したい収差の種類に応じて既にデザインされた設計値に従い決められ、１つもしくは１グループの収差に互いに形状が異なる複数個の開口部を配し、且つ各開口部に対応したテストパターンをレチクルの表面側（開口部の反対面）に配置する。ここで、前記テストパターンは全て互いに同一のパターンである。それら複数個の開口部およびテストパターンのセットを測定したい像高の近傍に配置する。図２２は開口部側から見たテストレチクルの開口部の配置例である。図７の例では一連の開口部１６が走査型投影露光装置のレチクルステージのスキャン方向に沿って配列している。これら各開口部の中心ＰＨＣの（基板の）反対面には対応するテストパターンの中心がある。これら図中の点線ＰＨＡで囲まれた領域はσ１．０の光束の照明領域であり、各光束が対応する開口部とラインＴＰＸの組以外の開口部＆ラインＴＰＸの組に影響を及ぼさないよう設計されている。この場合レチクルステージをスキャン方向にスキャンすることで、これら一連のテストパターン群（ライン群）は同一像高で計測できる。更に照明系から供給される照明光の入射角度がσ１．０よりも小さい場合で、かつ１．０以上の入射角が必要な場合は、図２３に示す様に、開口部１６のガラス面上に拡散効果を生む微細格子状クロムパターンを配置したものや、図２４に示すように、開口部１６のガラス面上に段差構造を持たせまた拡散効果を生む構成をしたものとする。また、図２５に示すように開口部１６の上部に散乱素子のように光学部材１７を配置させることにより光を散乱（拡散））させσ１．０以上の照明をテストパターン１５に供給可能とし、かつ走査型投影露光装置の有効光源の光強度分布を平坦にしてやる事が出来る。その際光学部材１７はテストレチクル９から少し離れた上部に例えば他のプレートに付けた状態で在っても良い。
【００７８】
以上説明した開口部（遮光部）付レチクル９のテストパターン像を図２に示す投影光学系１０を通しウエハステージ１２上に設けたプレート１１ａ上に結像させ、前記ウエハステージ１２を移動して前記プレート１１ａ上に設けたスリットパターン１１ｂを透過する光を光強度検出器（光量検出器）等の受光器１１ｃにより検出する。つまり、前記ウエハステージ１２を前記投影光学系１０の光軸１０ｂ方向（Ｚ方向）に移動してテストパターン像をプレート１１の上にフォーカスさせ、ウエハステージ１２を光軸方向と直交する面内（Ｘ，Ｙ方向）で、テストパターン像のラインに対し直交する方向に移動させ、この移動に同期して前記スリットパターン１１ｂを透過する光を前記検出器１１ｃにより検出しつづけ、各Ｘ，Ｙ位置とその位置でのスリットパターン１１ｂ透過検出光強度（光量）からなる図２６（Ａ）に示すような検出信号を用いて前記プレート１１ａ上に結像したテストパターン１５の像中心位置を算出する。この際スリット１１ｂは図２６（Ｂ）に示すよう空中像の半値幅程度の幅であることが望ましい。また図２１に示す様にテストパターン１５のマークＴＰＸの本数を増やすとともに、スリット１１ｂのスリットの本数も増やす事で、受光器１１ｃに与える光量も増え、また平均化効果による精度向上も期待できる。また縦ラインのテストパターンと横ラインのテストパターンで像に対するスリットの方向は違うため、異なるスリット方向毎に互いに異なる受光器１１ｃを持ち、計測するライン像の縦横の向きによってスリット＆受光器の組を切り換えて計測することも可能である。続けて、不図示のレチクルステージ（テストレチクル）を次のテストパターン位置に順次移動させ、同様にエウハーステージ１２も順次移動させながらテストレチクル９上に配置した一連のテストパターン群の計測を順次を行う。この計測手順を図２９に示す。また上記方法をウエハーステージ１２は動かさないで、レチクルステージ２０のみをスキャンさせ、同期をとりながら検出器１１ｃにより検出波形を一連のテストパターンそれぞれに対して採り、位置計測を行う事も可能である。
【００７９】
また空中像ではなく感光基板上に焼き付けた像の位置計測を行う方法においては、図２７に示したようなサイズの異なるフレームタイプのマーク、例えば１８ａと１８ｂを使用する。図２８に前記マークの配置例を示す。テストレチクル９上の測定したい像高の近傍に１８ａおよび１８ｂを複数個交互に配置し、同様にそれらのマークの基板の反対側の面上には形状は同じだが回転位置が異なる開口部をそれぞれ配置しておく。前記テストパターン中心位置を測定したい像高位置にくるまでレチクルステージ２０を駆動させ、その像高位置で感光基板上にマーク１８ａを露光する。続けてレチクルステージ２０を所定量駆動させ、先ほど露光されたマーク１８ａに重なるようサイズの異なるマーク１８ｂを露光する。更にウエハステージ位置を駆動させ、露光されていない領域に再度前記工程を繰り返し、一連のテストパターン群全てに対して重ね露光を行う。また前記一連の重ね露光の工程で、レチクルステージを止めることなくスキャンさせても同様に重ね露光が可能である。露光工程終了、後感光基板を現像し、上記重なり合ったマーク同志の位置ずれを、既存の位置ずれ測定機で計測し、前記同様Ｚｅｒｎｉｋｅ係数抽出もしくは実デバイス収差を求める。上記露光による手順を図３０に示す。
【００８０】
以上例をあげて、図１２に示したテストレチクルと、検出系１１や位置ずれ測定機とを使用した実施形態について述べた。他にも図２に示す装置内のウエハステージ１２上に設けたホトクロ材料基板上に転写したテストパターン像を使用して、現像することなく、そのまま図１２に示す装置内のオフアクシスアライメント検出系１４を使用してテストパターン像の中心位置を測定することも可能である。また前記テストパターン１５および開口部１６を同一のレチクル９に数箇所配置しておけば、前記手法に従い露光を行い、各像高毎に前記手法にて波面収差を計測可能である。
【００８１】
更に図１６に得られた計測値（収差値）を本体系にフィードバックすることによって、図１６に示すように駆動手段１６１により投影レンズ１０内にある補正光学系１６２を駆動させたり、図１７に示すように、波長可変手段１７１でレーザー１７２からの発振波長の中心波長を変えることにより、露光装置の収差を自動補正できる点は、先の実施例で説明したとおりである。
【００８２】
また本発明を他の計測方式、例えば干渉方式におけるシステムのキャリブレーションとして使用することも可能である。現在の干渉計は、露光装置本体上に搭載したり本体上で計測可能な工具としては存在していない。従って本体上における投影レンズの波面収差量は、先に干渉計のシステム上で計測された投影レンズの波面収差量で置き換えられている。つまり先の干渉計システム上と露光装置本体上の両者間での環境の違い等による投影レンズの波面収差の差を保証する必要がある。そこで装置およびシステム負荷の少ない本方式を用いて露光装置の本体上と干渉計システム上の両方で投影レンズの波面収差計測を行い、干渉計測による波面収差量の校正用として使用する。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば光学系の波面収差を露光装置本体上で高精度に計測可能な投影露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投影露光装置の一部分の要部概略図。
【図２】本発明の投影露光装置の全体の要部概略図。
【図３】本発明に係る照明系の一部分の説明図。
【図４】位置ずれ検出における検出系の説明図。
【図５】本発明に係るテストパターンの説明図。
【図６】本発明に係るテストパターンの説明図。
【図７】本発明に係るテストパターンの説明図。
【図８】本発明に係る照明用開口絞りの説明図。
【図９】図８の絞りを用いたときの最適化の説明図。
【図１０】本発明に係る計測プロセスの説明図。
【図１１】図８の絞りを用いたときの評価結果の説明図。
【図１２】本発明に係る他方式を用いたときの説明図。
【図１３】本発明の実施形態２に係るテストパターンの説明図。
【図１４】本発明の実施形態２に係るテストパターンの説明図。
【図１５】本発明の実施形態２に係るテストパターンの説明図。
【図１６】本発明に係る補正系本体の説明図。
【図１７】本発明に係る補正系本体の説明図。
【図１８】本発明に係る位置ずれ検出におけるマーク像の光強度分布の説明図。
【図１９】微小デバイスの製造フローチャート。
【図２０】図１９のウエハプロセスの詳細フローチャート。
【図２１】本発明に係るテストパターンの説明図。
【図２２】本発明に係るテストレチクルの説明図。
【図２３】本発明に係るテストレチクルの説明図。
【図２４】本発明に係るテストレチクルの説明図。
【図２５】本発明に係るテストレチクルの説明図。
【図２６】検出系１１の一部詳細図。
【図２７】本発明に係るテストパターンの説明図。
【図２８】本発明に係るレチクルの説明図。
【図２９】本発明に係るフローチャート。
【図３０】本発明に係るフローチャート説明図。
【符号の説明】
１ 光源
２ インプットレンズ
３ フライアイレンズ
４ 開口絞り
５ 第１リレーレンズ
６ 投影式レチクルブラインド
７ 第２リレーレンズ
８ メインコンデンサーレンズ
９ レチクル
１０ 投影光学系
１１ 検出系
１２ ウエハーステージ
１３ オートフォーカス系
１４ ウエハーアライメント系
１５ テストパターン
１６ 開口部
１７ 光学部材
１８ａ，ｂ テストパターン
１０ｂ 光軸
１６１ レンズ駆動手段
１６２ 補正光学系
１７１ 波長可変手段
１７２ レーザー
ＬＰ 主光線
ＴＰ テストパターン
ＴＰａ テストパターン像
ＴＰＸ ライン
ＰＨＡ 開口部σ１．０の領域
ＰＨＣ 開口部設計中心
Ｗ ウエハー
【発明の属する技術分野】
本発明は、収差計測方法及びそれを用いて投影光学系の収差が計測される投影露光装置に関し、例えば半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィー工程で製造する際に使用される投影露光装置の投影光学系の波面収差やフォーカス等を計測し、補正する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィー工程で製造する際に、フォトマスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）のパターンの像を投影光学系を介して感光基板上に結像する投影露光装置が使用されている。かかる投影露光装置の投影光学系（たとえばレンズ）の収差によるデバイスパターンへの影響が今日深刻な問題になっており、投影光学系の収差計測の重要度が増している。
【０００３】
これに対し現在様々な計測方法が提案され、球面収差、像面、非点、コマ、波面収差などの収差測定が実際に行なわれている。これら収差測定の中でも波面収差は収差そのものであり、レンズ製造現場では通常干渉計を用いて計測を行っている。しかしながら、投影露光装置本体上では、スペースの制約が大きい為、干渉計による計測が難しい。そのため干渉計を使わないで波面収差を計測できる方法が検討されている。
【０００４】
一般に、波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式等で近似する事で、この多項式のファクターである球面収差、像面、非点、コマなどといった代表的な収差を算出可能である。またＺｅｒｎｉｋｅ係数を使った実デバイスパターンでのＳｉｍｕｌａｔｉｏｎの結果から、マスクやプロセス、更には露光装置へのフィードバックも活発に行われており、露光装置本体上で波面収差を計測し、それによりＺｅｒｎｉｋｅ係数を高い精度で計測する事を、強く求められている。
【０００５】
波面収差の測定方法としては、米国特許第５，８２８，４５５号や米国特許第５，９７８，０８５号で示される方式がある。この測定方式は、レチクルのガラスのパターン面（下面）に格子状のパターンがあり、このパターンの中心の真下に少し距離をおいてピンホールがあり、且つレチクルのガラス非パターン面（上面）には上記パターン中心の真上に凸レンズを置いた、特殊なレチクルを用いる。露光装置の照明系から出た照明光は前記凸レンズによりσ（シグマ）≧１の幅広い照明角度をもつ光線束により、その下にある格子パターンを照射する。格子パターンを透過した光はその下にあるピンホールを通過する。
【０００６】
この時、格子パターンを通過できる光線は前記格子パターンそれぞれの点と前記ピンホールを結んだ角度の線に限定される。従って前記格子パターンの各点から出た光線は互いに異なる角度（光軸に対する角度）の光となって進む。これら互いに角度の異なる光線束は投影光学系の瞳面上の互いに異なる位置に到達し、投影光学系の波面収差の影響を受けた後にウエハー上に結像する。この時ウエハ上に結像した格子パターンの各点は異なる波面収差（位相）の影響を受けており、これらの点を結像する光線は、その波面の法線方向に進むため、結像した各点は、この波面の傾き分だけ理想位置からシフトすることになる。よって格子パターンの各点の結像位置の理想位置からのずれを測定することにより、瞳面内各点の波面の傾きが得られ、様々な数学的手法から波面を算出することができる。
【０００７】
Ｚｅｒｎｉｋｅ係数を求める場合、前述した干渉計によって投影光学系の瞳面全面に渡って均一に分布している微小なエリア毎の位相差を計測することにより波面収差を計測し、この波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式で近似を行いＺｅｒｎｉｋｅ係数を求めている。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は直交多項式であるため、上記条件下での適用は最適であり、絶対精度を保証し得る最高の計測方法と言える。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記米国特許に示されるような露光装置本体上での波面収差（Ｚｅｒｎｉｋｅ係数）計測方法は、像面におけるパターンの位置ずれから直接位相差（波面）を算出する方法や、同じく像面におけるパターンの位置ずれから波面の微係数（スロープ）を算出し、その微分波面から位相波面を再生する方法が採れる。どちらの方法においても、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の近似を行うことは可能であるが、いずれにしても直交条件を十分満たすだけの計測点が必要である。直交条件を満たさないという事はＺｅｒｎｉｋｅ項同士が干渉するため、Ｚｅｒｎｉｋｅの項をどの次数まで算出するか、どの項は計算しないかによって、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数の値が変わってしまうからである。しかしながら、上記米国特許方法では、像高や計測時間の問題がある。
【０００９】
像高の問題とは測定マーク群の領域がある広さを必要とするため、瞳面上での測定個所を増やそうと、するとそれだけ被測定マークの数が多くなってマーク群の領域が広くなり、１像高と言える範囲を逸脱していまうという問題である。マーク自体の大きさを小さくて全体のマーク群の領域を小さくすることも考えられるが、計測器側の精度の問題や計測方法自体の原理的な問題にも発展するため、難しい。この像高の問題はマスクと結像面を光軸に垂直な面内で移動させることで問題を避けることは可能であるが、当然露光回数も被測定マークの数分増えるため、計測値を繋ぎ合わせて波面を再生させる際、フォーカス誤差（場合によっては移動誤差）が波面計測の精度に影響を与えてしまう。更に計測時間の問題が大きくなることは避けられない。
【００１０】
本発明の目的は、比較的容易にＺｅｒｎｉｋｅ係数を求めることにより、光学系の収差やフォーカス位置等を比較的容易に計測することができる収差計測方法及び投影露光装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、あるＺｅｒｎｉｋｅ係数の変化量に対するテストパターン像の位置ずれ変化量を示す“Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度”を利用する。たとえば、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式における各項（Ｚｅｒｎｉｋｅ項）毎に、そのＺｅｒｎｉｋｅ係数の変化量に対する、点光源照明又は微小領域光源照明によるテストパターンの像の位置ずれ変化量（Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度）を、全ての有効な点光源位置又は微小領域位置に対しデータベース化し、このデータベースから、上記各項のうちの特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の測定・抽出を可能にする点光源又は微小領域光源の組み合わせ、即ち有効光源を決定する。
【００１２】
本発明の一形態の投影光学系の収差を計測する方法は、テストパターンを投影光学系を介して結像させるステップと、前記結像させるステップにおいて結像させたテストパターン像から（所定位置からの）位置ずれ量を測定するステップと、前記測定するステップの測定結果を用いて前記投影光学系の収差を測定するステップとを有し、前記結像させるステップにおいて、前記位置ずれ量から特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の係数が１：１の関係で求められるように前記テストパターンからの光の前記投影光学系の瞳での通過領域を制限することを特徴としている。
【００１３】
本発明の一形態の投影光学系の収差を計測する方法は、テストパターンを投影光学系を介して結像させるステップと、前記結像させるステップにおいて結像させたテストパターン像から（所定位置からの）位置ずれ量を測定するステップと、前記測定するステップの測定結果を用いて前記投影光学系の収差を測定するステップとを有し、前記結像させるステップにおいて、前記位置ずれ量から、特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の係数が前記位置ずれ量に主に依存して求められるように前記テストパターンからの光の前記投影光学系の瞳での通過領域を制限することを特徴としている。
【００１４】
テストパターンからの光の前記投影光学系の瞳での通過領域の制限は、上記有効光源が決定されれば得られる、前記テストパターンを照明する照明系の開口絞りや、前記テストパターンが形成されたレチクル上に設けた前記テストパターン照明用の開口を有する絞り（遮光部）や、前記投影光学系の瞳面フィルターにより行える。照明系の開口絞りやレチクルの絞りは、前記有効光源を定めるものであり、同絞りの開口形状と相似な有効光源形状（分布）を形成する。この照明系の開口絞りには、特に、主として０次回析光が投影光学系の瞳面を通過し高次回析光は同瞳面を通過せず従って像面に達しないようなラインアンドスペースを有するテストパターン（マーク）を組み合わせて用いる。また、テストパターン照明用の開口を有する絞りを持つレチクルに対してはσ＞１の照明光を当てる。
【００１５】
本発明の投影露光装置は、上記テストパターンが形成されたレチクルを所望の有効光源からの光で照明できる照明系を有する投影露光装置である。
【００１６】
本発明のデバイス製造方法は、上記投影露光装置によりデバイスパターンで基板を露光するステップと、該露光した基板を現像するステップとを含む。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、特定のＺｅｒｎｉｋｅ項（係数）に対し投影光学系の瞳面を通過する光束の領域を決定するよう有効光源およびテストパターンの最適化を行い、前記光束より形成された先のテストパターンの位置ずれを測定する事により、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数の算出をおこなっている。
【００１８】
本発明の実施形態を説明する前にＺｅｒｎｉｋｅ係数を求める方法について説明する。
【００１９】
投影露光装置本体上において、投影レンズによる複数のパターンの像のそれぞれの位置ずれを測定することによりＺｅｒｎｉｋｅ係数を算出する方式では、幾つかの問題が指摘されている。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は直交多項式であるため、各Ｚｅｒｎｉｋｅ項（係数）は互いに影響を及ぼしあわない。つまり各Ｚｅｒｎｉｋｅ係数は独立に計算が可能で、従って、より高次な項を付け加えて無限に計算可能である。しかしながら、このメリットを利用するには、離散的な計測点の集合が直交条件を満たさなければならず計測上の制約も大きい。そこで、直交性にこだわらない方法について以下考察する。
【００２０】
実際、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式において、投影レンズの結像性能に主に影響をおよぼす項は低次項であり、今後、デバイスの微細化が進みより高次項の影響を考慮する必要が出てきたとしても、表１に示すような現在一般的に議論されているＺｅｒｎｉｋｅの１〜３６項程で十分と思われる。特に１〜３６項に限る必要性は無いが、現実の投影光学系のＺｅｒｎｉｋｅの低次の成分と比較し、その高次の項の成分が十分に小さいと見なせる高次項までを考慮すれば良い。言い換えると、直交系でない近似計算を行う計測において、問題となる低次項の係数に影響をおよぼすであろう高次項までに限って近似計算を行う。
【００２１】
【表１】
【外１】
投影レンズの波面を表わすＺｅｒｎｉｋｅの１〜３６の項を求める為には上記行列式（１）を解くことになるが、実際は計測値Ｓｉには誤差が含まれ、更にデータの欠落、測定法の違いや測定法の条件（設計）変更などによって計測点（ｒｉ，θｉ）、ｉ＝１…ｑのサンプリングのしかた（測定点数、測定個所）が異なることによって、解Ｃｊは影響を受けることになる。
【００２４】
【外２】
行列式から見ると、行列Ｚ→Ｚ’とベクトルＳ→Ｓ’の変化がおこり結果として異なる結果を算出する（ベクトルｃ→ｃ’）。上記問題は今まで挙げてきた計測方法共通の問題と言える。これらの問題を避ける方法としては、行列Ｚを固定すること、更に行列Ｚは直交条件を満たしてないので解が一意に決まる対角行列のような形を計測法自身が持つ事が望ましい。
【００２６】
【外３】
ここで上記対角行列の、行ベクトル（λ１，０，０，…，０）だけに着目して、次のような方程式（２）による最適化を考える。
【００２８】
【外４】
上記連立方程式（２）は、計測される投影レンズの瞳座標に対応した任意の位置ｋにおける、結像面での像の位置ずれ変化量がＺｅｒｎｉｋｅの各項ごとにあらかじめわかっていれば（Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度）、重み係数Ｗｋおよび瞳領域ｋを最適化することにより、満足させることができる。つまり（２）式を満足する計測法を構築することにより、像の位置ずれ量Ｓ１は被計測投影光学系の１項のＺｅｒｎｉｋｅ係数のみを独立に示す事になる。
【００３０】
【外５】
他のＺｅｒｎｉｋｅ項についても同様に、重み係数Ｗｋおよび瞳領域ｋを最適化することで独立にＺｅｒｎｉｋｅ係数を抽出可能となる。従って互いに異なる計測条件（重み係数Ｗｋおよび瞳領域ｋ）にてＺｅｒｎｉｋｅの各係数を計測することにより、Ｚｅｒｎｉｋｅ項同士の干渉のない独立した計測法が実現できる。
【００３２】
ここで像の位置ずれとＺｅｒｎｉｋｅ敏感度の関係について述べておく。波面のスロープもしくは位相差はその瞳位置とＺｅｒｎｉｋｅ係数であらわされる。従って、それらによって生じる像の位置ずれ量Ｓ１は、（３）式で示すように結像の際、瞳面を通過した光束の位置（微小な領域）での波面のスロープもしくは位相差に線形である。
【００３３】
Ｓ１＝ｇ・ΣＣ ｉ ・Ｚ ｉ （ｒ １ ，θ １ ）…（３）
Ｓ１…瞳座標（ｒ １ ，θ １ ）に対する位置ずれ
ｇ…定数
Ｃｉ…Ｚｅｒｎｉｋｅ係数
Ｚｉ（ｒ，θ）…瞳位置（ｒ，θ）でのｉ項のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度
様々な光束が互いに異なる瞳位置を通過した後で結像すると、その線形性から
前記（３）式より、
ＳＴ＝ΣＷｋ・Ｓｋ
＝ΣＷｋ・Σｇ・Ｃｉ・Ｚｉ（ｘｋ，ｙｋ）
＝ｇΣＣｉΣＷｋ・Ｚｉ（ｘｋ，ｙｋ）…（４）
（４）式から、像の位置ずれは、各微小な瞳領域ごとの位置ずれＳｋの総和であり、また、それはあるＺｅｒｎｉｋｅ項ｉについて言えば、瞳位置ｋ毎のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度の和にＺｅｒｎｉｋｅ係数を掛けたものであることが分かる。本発明は、この瞳位置ｋ毎のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度の和を最適化することを特徴としている。
【００３４】
以上の考え方を利用したＺｅｒｎｉｋｅ係数計測方法を実施することで、直交条件の問題から生じる像高や絶対値の問題を解決することができる。更に一般に１つの係数を求めるのに１つの計測値でよい為、計測時間を大幅に向上でき、これに関しても解決することができた。また、通常考えられる位置ずれから波面の微係数（微分波面スロープ）を算出し、その微分波面から位相波面を再生してからＺｅｒｎｉｋｅ多項式の近似を行う方法においては、多項式が直交である必要が無いため、直接、微分波面に対し微分したＺｅｒｎｉｋｅ多項式で近似を行い、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数を求める。
【００３５】
以上本発明では、前述したように投影レンズの瞳位置に対応した像の位置ずれにおけるＺｅｒｎｉｋｅ敏感度を計算もしくは実験からデータベースとして持ち、投影光学系の瞳領域および、その領域内での重みを特定の収差に対し最適化することで、前記投影光学系の瞳領域内だけに光束が通過するような計測系を構築し、前記光束により形成された像の位置ずれを計測することにより先の特定の収差に対し収差量を計測し、計測結果から前記投影光学系の収差を補正する手段を設けている。
【００３６】
次に本発明の収差計測法の実施形態を、レチクル上の回路パターンを投影光学系を介し感光基板（ウエハ）上に投影する投影露光装置に適用し、投影光学系のＺｅｒｎｉｋｅ係数を求める場合について説明する。但し、本実施形態では前提条件としてＺｅｒｎｉｋｅ項を１〜３６としている。
【００３７】
前述したように、本発明では、投影光学系（投影レンズ）の瞳面に、最適な形状および透過率の開口絞り（瞳フィルター）を設けることにより、特定のＺｅｒｎｉｋｅ係数を計測可能であるが、レンズ鏡筒構造のスペース的な制約や厳しい環境コントロールの必要性から、投影光学系の瞳面にそのような特殊な開口絞りを様々なＺｅｒｎｉｋｅ項に対してそれぞれ設けることは非常に難しいときには、以下述べる実施例の如く構成する。
【００３８】
図１は本実施形態の投影露光装置の一部分の要部概略図である。図１において、レチクル９上に形成されたパターンもしくはパターン群（テストパターン）ＴＰに照明光学系の有効光源面に設けられた特殊な形状の照明絞り４を介して、主光線ＬＰをもつ照明光が照射し、このレチクル９上のテストパターンＴＰが投影レンズ１０で感光基板Ｗ側に結像し、空中像もしくは感光基板Ｗに転写したパターン像ＴＰａの位置を測定する。尚、テストパターンＴＰはレチクル９でなく、別の基準プレート上に形成したものであっても良い。これら空中像もしくは転写パターン像ＴＰａの位置を測定することにより投影光学系１０の収差を測定している。
【００３９】
前記テストパターンには、本出願人が先の特願２００１−２６４５８２号で提案したライン間もしくはスペース間のピッチ（間隔）がほぼ等しい周期パターンであり、かつ光が透過する個々のスペースの幅が周期パターンの中心のスペースから外側のスペースに向かって減少するパターンや他の同じ機能を有するパターンを用いる。
【００４０】
このようなパターンは回折光を低減することにより、主として同パターンからの０次光により投影レンズ１０の瞳面１０ａにおいて、ほぼ照明用絞り４の開口形状に近い光強度分布を形成することができ、且つ又投影レンズ１０を介し結像した空中像もしくはパターン像ＴＰａの光強度分布をライン間が解像しない歪の少ない１つの大きなパターンと見なし得るものとすることができる。この空中像もしくは感光基板上に転写したパターン像ＴＰａをある基準からの位置ずれ量として測定している。前記照明開口絞り４の開口形状は、前記投影レンズ１０の瞳面上の各位置に対応してあらかじめ計算により求めておいた位置ずれ量のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度のデータベースより特定のＺｅｒｎｉｋｅ項について最適化を行ったものである。
【００４１】
即ち、該テストパターン像の所定位置からの位置ずれ量がＺｅｒｎｉｋｅ多項式における特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の１つの係数に主に依存するように、該照明系の有効光源分布を設定することによって、該投影光学系の瞳を通過する光束の瞳内での通過領域を特定領域に制限している。
【００４２】
特に該テストパターン像の所定位置からの位置ずれ量と特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の係数が１：１の関係となるように該照明系の有効光源分布を設定することにより、該投影光学系の瞳領域を通過する光束の瞳内での通過領域を特定領域に制限するようにしている。
【００４３】
本実施形態では、図１の状態で、上述したようにレチクル９上に形成されたテストパターンＴＰに最適化を施された開口を有する絞り４を有する照明光学系を介して、主光線ＬＰをもつ照明光を照射することによりレチクル９上のテストパターンＴＰを結像し、その空中像を測定したり、もしくは感光基板にパターン像ＴＰａを転写する。次に前記照明用開口絞り４を回転させるか、もしくは異なる開口絞りに変更する事により、照明光の主光線の進行方向を変え、この状態でレチクル上のテストパターンが結像した空中像を測定するか、もしくは感光基板の異なる場所にパターン像ＴＰａを転写する。上記工程を繰り返す事により、測定した複数の空中像位置にもとづいて、あるいは、転写した複数のパターン像ＴＰａを現像後その位置を夫々測定することで、投影光学系１０の瞳面１０ａ上の波面収差の特定Ｚｅｒｎｉｋｅ係数を測定している。この測定プロセスについて、以下、Ｚｅｒｎｉｋｅ項ごとに具体的な例を挙げて説明する。
【００４４】
図２は本実施形態の投影露光装置全体の概略図である。図１は図２の一部分の概略斜視図に相当している。
【００４５】
図２において、１は露光光用の光源であり、高圧水銀灯やエキシマレーザ等が使用できる。高圧水銀灯を用いる場合には、光源１から射出された露光光は楕円鏡１ａで集光された後に、インプットレンズ２を経てフライアイレンズ３の光入射面３ａに入射する。フライアイレンズのレチクル側焦点面３ｂ（レンズ面又は空中）には多数の２次光源が形成され、これら多数の２次光源から射出された露光光は、照明用開口絞り４、第１リレーレンズ５、投影式レチクルブラインド６、第２リレーレンズ７、メインコンデンサーレンズ８を経てレチクル９のパターン面全体を均一な照度で照明する。ここで、開口絞り４は図にある駆動系４ａにより、図３に示すように、その開口部４ｂの位置を回転方向に自由に変えられる。これにより照明光の主光線ＬＰのレチクル９への入射方向（方位角）を自由に変え、テストパターン１５とセットで使用することにより選択的に投影レンズ１０の瞳領域１０ａにパターンからの光束を集めることができる。投影式レチクルブラインド６とレチクル９のパターン形成面とは共役であり、投影式レチクルブラインド６によりレチクル９上の照明領域が設定される。なお、フライアイレンズ３の後側焦点面３ｂは投影光学系１０の瞳面１０ａとほぼ共役である。
【００４６】
レチクル９のパターンは投影光学系１０によって感光基板（ウエハ）Ｗに投影される。
【００４７】
開口絞り４を通った露光光によりレチクル９のパターン形成面に形成されたテストパターン１５の像が、投影光学系１０を介して、エウハステージ１２上に載置された検出系１１を構成するプレート１１ａ上に結像される。図４は検出系１１の拡大図である。
【００４８】
図４に示すとおりプレート１１ａにはスリット１１ｂが形成されており、スリット１１ｂを透過した光は受光器１１ｃにより光電変換され検出される。前記プレート１１ａとスリット１１ｂと受光器１１ｃを構成する検出系１１はウエハステージ１２上に載置されている。ウエハステージ１２は、投影光学系１０の光軸１０ｂに垂直な面内の任意の位置にウエハや検出系１１を位置決めするＸＹステージ１２ａと投影光学系１０の光軸１０ｂに平行な方向でウエハや検出系１１の位置（フォーカス位置）を設定するＺステージ１２ｂ等より構成されている。
【００４９】
また、本実施形態では、検出系１１のフォーカス位置を検出するためのフォーカス系１３が設けられている。オートフォーカス系１３は、プレート１１ａ上の上面に例えばスリット状の検出パターンの像を、投影光学系１０の光軸１０ｂに対して斜めに投影する送光系１３ａと、その結像面からの反射光を受光してその検出パターンの像を再結像する受光系１３ｂとより構成されている。プレート１１ａの上面のフォーカス位置が変化すると、受光系１３ｂにおいてその再結像される検出パターンの像の位置が変化することから、この像位置を検出することでプレート１１ａのフォーカス位置の変化を検出することができる。受光系１１ｂには、その再結像された検出パターンの位置に応じて変化するフォーカス信号を生成する光電検出器１３ｃが組み込まれ、そのフォーカス信号が光学系１０の像面位置に対応する所定のレベルに維持されるように制御系１３ｄによってウエハステージ１２中のＺステージ１２ｂを駆動することにより、プレート１１ａ上の上面のフォーカス位置を投影光学系１０の像面に維持する（フォーカスを維持する）ことができる。
【００５０】
また、フォーカス信号は所定の範囲内（光軸方向の所定の範囲内）でフォーカス位置の変化に対してほぼ直線的に変化するので、逆にフォーカス信号のレベル変動からフォーカス位置の変動を知ることができる。更に、ウエハステージ１２中のＺステージ１２ｂにも投影光学系１０の光軸１０ｂ方向の位置を検出するための高さセンサ（不図示）が組み込まれている。１４はオフ・アクシスのウエハアライメント系を示し、ウエハアライメント系１４はウエハＷの各ショット領域の近傍に形成されたアライメントマークを検出する。この場合、ウエハアライメント系１４の検出中心１４ａとレチクル９の中心の共役像との間の間隔、即ち所謂ベースライン量ＢＤを求めておくことにより、ウエハアライメント系１４で計測したアライメントマークの位置に基づいてウエハＷの各ショット領域のアライメントを正確に行うことができる。更に、ウエハアライメント系１４は種々のマークの検出をも行うことができる。
【００５１】
図５（Ａ）、（Ｂ）は本実施形態で使用するテストパターンの詳細図で、基本的にどちらか一方の種類のパターンが用いられる。図６、図７は、使用するテストパターン（マーク）の配置例である。これらのテストパターンに開口絞り４により形成される第一の照明光を照射し、これらのテストパターン像を投影光学系１０を通しウエハステージ１２上に設けたプレート１１ａ上に結像させ、前記ウエハステージ１２を像面に沿って（ＸＹ面内で）移動して前記プレート１１ａ上に設けたスリットパターン１１ｂを透過する光を光強度検出器もしくは光量検出器等の受光器１１ｃにより検出する。そして、前記ウエハステージ１２を前記投影光学系１０の光軸１０ｂ方向（Ｚ方向）に移動した後に、前記第１の照明光の入射方向と同じ方向にウエハステージ１２を像面に沿って移動させて前記スリットパターン１１ｂを透過する光を前記検出器１１ｃにより検出する。そして、スリットパターン１１ｂのＸ，Ｙ位置とその位置で検出した光強度もしくは光量からなる図１８が示す検出信号を用いて前記プレート１１ａ上に結像したテストパターン（像）１５の中心位置を算出する。次に開口絞り４の開口部４ｂの位置を回転もしくは開口形状を変更後、前記同様に同一のＺ位置とＸＹ平面上で前記テストパターン像１５の中心位置を算出する。これによりテストパターンの位置ずれ量を求める。更に開口絞り４の開口部４ｂの位置を回転もしくは開口形状を変更後、上記工程を数回繰り返す。ここで、使用する照明開口絞り４の開口部４ｂは計測するＺｅｒｎｉｋｅ項（係数）によってその形状を異にする。
【００５２】
図８（Ａ）〜（Ｆ）はＺｅｒｎｉｋｅ項に対応した開口絞り４ｂ−１〜４ｂ−６の説明図である。
図中、４ｂは開口部である。図９（Ａ）〜（Ｋ）はこれらの開口絞り（開口形状）毎のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度を示すグラフである。図１０は計測プロセスの説明図である。
【００５３】
図９に示すグラフは、図１０に示した各Ｚｅｒｎｉｋｅ係数ごとに異なるプロセスを経た結果のものである。図９により、これらの開口絞りおよび図１０に示す計測方法が各特定のＺｅｒｎｉｋｅ項に対して敏感になるよう最適にデザインされていることがわかる。
【００５４】
図１０において、記号ＣはＺｅｒｎｉｋｅ係数を示し、その後の数字がその項を示している。その他▲１▼・▲２▼は互いにプロセスおよび開口形状が異なる同じＺｅｒｎｉｋｅ係数を意味している。Ｃ５▲１▼およびＣ６▲１▼は開口部の形状は等しいが配置する方向が異なっている。以下一例としてＣ５▲１▼について順を追って説明する。始めの開口絞り位置ｄ１に対し、開口部４ｂ−１の位置を１８０°回転させ２回目の位置をｄ２とすると、両者の開口絞り位置から形成される前記テストパターン１５の像のそれぞれの中心位置を求めて両者の差に対応する位置ずれ量Ｓ（ｄ１−ｄ２）を得る事ができる。この時各開口絞り位置毎に位置ずれ量として２つの量が計測される。１つはＶパターン（Ｘ方向のずれ）でもう１つはそれに直交するＨパターン（Ｙ方向のずれ）である。それぞれについての位置ずれ量ＳをＳＶ（ｄ１−ｄ２）、ＳＨ（ｄ１−ｄ２）と表せる。次に前記同様ｄ１の開口位置から９０°回転させたｄ３位置とさらに１８０°回転させたｄ４位置の２つの状態から形成された像の位置ずれ量ＳＶ（ｄ３−ｄ４）、ＳＨ（ｄ３−ｄ４）が得られる。これらと、あらかじめ計算より求めた図９（Ａ）、（Ｂ）のグラフのＣ５係数のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度Ｚｅｒ５▲１▼もしくは実験からもとめた敏感度係数などから、Ｃ５▲１▼は次の様な計算により求めることができる。
Ｃ５▲１▼＝｛ＳＶ（ｄ１−ｄ２）−ＳＨ（ｄ３−ｄ４）｝／Ｚｅｒ５…▲１▼
【００５５】
同様に開口部４ｂ−１の形状はそのままで開口位置を相対的に４５°回転させた状態ｄ１′，ｄ２′，ｄ３′，ｄ４′から以下の計算によりＣ６▲１▼が求まる。
Ｃ６▲１▼＝｛ＳＶ（ｄ１′−ｄ２′）＋ＳＨ（ｄ１′−ｄ２′）＋ＳＶ（ｄ３′−ｄ４′）−ＳＨ（ｄ３′−ｄ４′）｝／Ｚｅｒ６…▲１▼
【００５６】
図１０には、Ｃ５，Ｃ６を計測する他の計測プロセス例としてＣ５▲２▼、Ｃ６▲２▼を示してある。開口部４ｂ−２を使用し前記同様開口絞り回転位置状態ｅ１〜ｅ４、およびｅ１′〜ｅ４′から各々像の中心位置を計測することで、以下の定義式からＣ５▲２▼およびＣ６▲２▼が求まる。
Ｃ５▲２▼＝｛ＳＶ（ｅ１−ｅ２）−ＳＨ（ｅ１−ｅ２）＋ＳＨ（ｅ３−ｅ４）＋ＳＶ（ｅ３−ｅ４）｝／Ｚｅｒ５…▲２▼
Ｃ６▲２▼＝｛ＳＨ（ｅ１′−ｅ２′）＋ＳＶ（ｅ３′−ｅ４′）｝／Ｚｅｒ６…▲２▼
【００５７】
敏感度係数Ｚｅｒ５▲２▼、Ｚｅｒ６▲２▼は、先と同様あらかじめ計算より求めた図９（Ｃ）、（Ｄ）グラフのＺｅｒｎｉｋｅ敏感度、もしくは実験からもとめたものを使用する。
【００５８】
次に球面収差（０θ）項Ｃ４、Ｃ９、Ｃ１６のＺｅｒｎｉｋｅ係数計測ならびに算出方法を図１０を用いて説明する。開口絞りはＣ４、Ｃ９、Ｃ１６各々に対して、一例として図８の４ｂ−３、４ｂ−４、４ｂ−５がある。図１０よりＣ４、Ｃ９、Ｃ１６に対応した開口絞り回転位置状態はｆ１〜ｆ８の８通りで、全て４５°回転刻みで回転方向に違いがある。前記同様Ｃ４、Ｃ９、Ｃ１６の計算式は下記のように定義されている。
Ｃ４＝｛√２｛ＳＶ（ｆ１−ｆ２）＋ＳＨ（ｆ３−ｆ４）｝＋ＳＨ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＶ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＨ（ｆ７−ｆ８）−ＳＶ（ｆ７−ｆ８）｝／２／Ｚｅｒ４
Ｃ９＝｛√２｛ＳＶ（ｆ１−ｆ２）＋ＳＨ（ｆ３−ｆ４）｝＋ＳＨ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＶ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＨ（ｆ７−ｆ８）−ＳＶ（ｆ７−ｆ８）｝／２／Ｚｅｒ９
Ｃ１６＝｛√２｛ＳＶ（ｆ１−ｆ２）＋ＳＨ（ｆ３−ｆ４）｝＋ＳＨ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＶ（ｆ５−ｆ６）＋ＳＨ（ｆ７−ｆ８）−ＳＶ（ｆ７−ｆ８）｝／２／Ｚｅｒ１６
Ｚｅｒ４、Ｚｅｒ９、Ｚｅｒ１６は前記同様図９（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度もしくは実験より求めたものを使用する。
【００５９】
またここでは挙げていないが、Ｃ２５、Ｃ３６項のＺｅｒｎｉｋｅ係数も同じ式で定義できる。
【００６０】
続いてコマ収差項と呼ばれる、Ｃ７、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１１項について先と同様、図１０を用いて説明する。Ｃ７、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１１項の開口絞りは共通で図８ ４ｂ−６がその１例である。図１０より、開口絞り回転位置状態はｇ１〜ｇ４のイメージ図で示す様にｇ１を０°状態とすると、ｇ２は９０°、ｇ３は４５°、ｇ４は１３５°状態になっている。先と同様４つの状態で像の中心位置を求め、その相対位置ずれ量から下記計算式よりＺｅｒｎｉｋｅ係数を算出する。
Ｃ７＝｛ＳＶ（ｇ１−ｇ２）＋ＳＨ（ｇ３−ｇ４）｝／Ｚｅｒ７
Ｃ８＝｛−ＳＨ（ｇ１−ｇ２）＋ＳＶ（ｇ３−ｇ４）｝／Ｚｅｒ８
Ｃ１０＝｛ＳＶ（ｇ１−ｇ２）−ＳＨ（ｇ３−ｇ４）｝／Ｚｅｒ１０
Ｃ１１＝（ＳＨ（ｇ１−ｇ２）＋ＳＶ（ｇ３−ｇ４））／Ｚｅｒ１１
Ｚｅｒ７、Ｚｅｒ８、Ｚｅｒ１０、Ｚｅｒ１１は前記同様図９（Ｈ）、（Ｉ）、（Ｊ）、（Ｋ）のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度もしくは実験より求めたものを使用する。
【００６１】
以上述べた方式で、実際の投影レンズ数本分について絶対相関を調べた結果を図１１（Ａ）〜（Ｋ）に示す。この際、実際のレンズのＺｅｒｎｉｋｅ係数は波面収差計測用の干渉計にて計測に基づく値を使用した。
【００６２】
図１１から、本計測方法がＺｅｒｎｉｋｅ係数（レンズ収差）を求めるのに十分な計測精度を持つことが分かる。また先の実施形態では開口絞り４の開口部４ｂは光を通すか遮光するかのデジタルな選択のみで最適化を行ったが、減光材料などで開口部の濃度を変えてやれば、更に精度の高い最適化が行える。そして更に次数を高く設定して最適化を進めていけば、高次収差の測定も可能である。先の実施形態では検出系１１を使用して像の中心位置を測定したが、他にも、装置内ウエハステージ１２上に設けたホトクロ材料基板上に転写したテストパターン像を使用して現像することなく、そのまま、装置内のオフアクシスアライメント検出系１４を使用して像の中心位置を測定することも可能である。
【００６３】
更に、照明系の開口絞り４による有効光源の最適化という手段以外にも、図１２に示す様にレチクル９のパターン面の反対のガラス面に照明系開口絞り４ｂと同様な被計測パターンに対し、最適な有効光源の形状になるよう光束を遮光するようクロム等より成る遮光パターン１２１を付ける方法も可能である。また前記遮光パターンを装置内レチクルステージ上にもちレチクルと組み合わせて使用することも可能である。これらの場合、被計測マークと遮光パターンの開口の位置関係は図１０に示す照明モード分作る必要がある。
【００６４】
また図１６、図１７に示すように得られた計測値を、本体系にフィードバック系１６１、１６２や系１７１を設けるとよく、図１６において、駆動手段１６１により投影レンズ１０内にある補正光学系１６２を駆動させたり、図１７に示すように、波長可変手段１７１でレーザー１７２からの発振波長の中心波長を変える等の補正手段により、露光装置の投影光学系の収差を自動補正できる。
【００６５】
次に本発明の実施形態２を説明する。
【００６６】
図１３〜図１５は実施形態２のテストパターン像を感光基板（ウエハ）Ｗへの転写する形態についての具体例の説明図である。使用するテストパターンは実施形態１とは異なり、互いに重ねたマーク同志（図１３）の位置ずれを計測するための２種類のマークを有し、図１４および図１５はこの２種類のマークを示す。
【００６７】
図１４、図１５において、各マーク１４ａ、１５ａのグリッドの一部ＴＰＸが前述した図５（Ａ）又は（Ｂ）に示すパターン形状より成っている。
【００６８】
図１４、図１５の各マーク１４ａ、１５ａは、いずれも同一の線幅でデザインされており、それぞれのライン幅は図６や図７のマークと同じ、２μｍのライン幅とした。次にＺｅｒｎｉｋｅ係数計測の為の露光手順を説明する。実施形態２同様、求めるＺｅｒｎｉｋｅ係数によって照明開口形状４ｂを決め、この形状４ｂである１つの回転位置の状態でマーク１４ａおよび１５ａをウエハ上に露光し、次にマーク１４ａと１５ａが重なり合うようにウエハステージ１２（又は不図示のレチクルステージ）を移動させ、同じ照明開口形状４ｂで但し今度は回転位置を変えてマーク１４ａおよび１５ａを露光する。この時使用した２つの照明用開口絞り４の回転位置の状態は図１０の定義式に従う組み合わせで行う。この工程を図１０で定義した回数分繰り返し行う。そして、これら工程により転写された数個のマーク１４ａと１５ａの相対位置ずれ量を測定機を使って測定する。得られた位置ずれ量から図１０の定義式の計算処理よりＺｅｒｎｉｋｅ係数を算出する。
【００６９】
更に前記テストパターン１４ａ、１５ａを同一のレチクルもしくは別レチクルに数箇所配置しておけば、前記手法に従い露光を行い、各像高毎に収差（Ｚｅｒｎｉｋｅ係数）を計測可能となる。
【００７０】
また図１２で示したようにレチクルのパターン面よりも照明系に近いレチクル上の面に遮光パターンを設け最適な有効光源を作ることも可能である。また図１６、図１７で示したように計測結果を本体系にフィードバックすることにより投影レンズの収差の自動補正可能である。
【００７１】
以上のように各実施形態によれば、最適な有効光源の形状と回折光の少ないパターンを組み合わせる事により、特定のＺｅｒｎｉｋｅ項に対し最適な瞳フィルターを作り出す事ができた。そしてこれによりＺｅｒｎｉｋｅ係数そのものを独立して精度よく計測することができた。またその効果は、様々な測定したいパターン寸法や様々な露光装置の投影レンズのＮＡに対して最適化が可能で、高いスループット、高精度な計測および露光装置の収差補正系にフィードバックかけることにより自動補正または実デバイスに応じた最適化した補正が実現できる露光装置を達成することができる、という点である。
【００７２】
次に上記説明した投影露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
【００７３】
図１９は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（露光制御データ作成）では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意した制御データが入力された露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００７４】
図２０は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００７５】
次に、図１２を用いて簡単に説明したテストレチクル（又は基準プレート）を使って走査型投影露光装置（図２参照）の投影光学系の波面収差（即ちＺｅｒｎｉｋｅ係数）を計測する実施例について詳細に述べる。
【００７６】
本実施例のレチクル（プレート）で使用するテストパターン１５の詳細図を図２１に示す。図２１において一見ライン＆スペースに見える各ラインＴＰＸは、前述した図５（Ｂ）に示すパターンより成っている。勿論、このラインＴＰＸのパターンとして図５（Ａ）に示すパターンも使える。
【００７７】
図２１のマークはいずれのラインもその幅が図５（Ｂ）のものと同じとした。但し、図２１のマークの各ライン巾には特に制限は無く、感光基板上に各ラインを転写した際のできあがり寸法幅が転写パターンを計測する計測器の適正パターン寸法を満たすようにしてやれば良い。ここでは各ラインの幅を２μｍとした。また図１２を用いて説明したように、レチクル９のテストパターン１５のある面とは反対側の面上には各ラインＴＰＸ毎に対応する開口部１６をもつクロム等より成る遮光パターンを設け、通常の照明条件（大σ）で、照明系又はアライメントスコープ１９にて開口部に露光光を照射する。その際、開口部１６の形状やテストレチクル９の裏面内での位置は、計測したい収差の種類に応じて既にデザインされた設計値に従い決められ、１つもしくは１グループの収差に互いに形状が異なる複数個の開口部を配し、且つ各開口部に対応したテストパターンをレチクルの表面側（開口部の反対面）に配置する。ここで、前記テストパターンは全て互いに同一のパターンである。それら複数個の開口部およびテストパターンのセットを測定したい像高の近傍に配置する。図２２は開口部側から見たテストレチクルの開口部の配置例である。図７の例では一連の開口部１６が走査型投影露光装置のレチクルステージのスキャン方向に沿って配列している。これら各開口部の中心ＰＨＣの（基板の）反対面には対応するテストパターンの中心がある。これら図中の点線ＰＨＡで囲まれた領域はσ１．０の光束の照明領域であり、各光束が対応する開口部とラインＴＰＸの組以外の開口部＆ラインＴＰＸの組に影響を及ぼさないよう設計されている。この場合レチクルステージをスキャン方向にスキャンすることで、これら一連のテストパターン群（ライン群）は同一像高で計測できる。更に照明系から供給される照明光の入射角度がσ１．０よりも小さい場合で、かつ１．０以上の入射角が必要な場合は、図２３に示す様に、開口部１６のガラス面上に拡散効果を生む微細格子状クロムパターンを配置したものや、図２４に示すように、開口部１６のガラス面上に段差構造を持たせまた拡散効果を生む構成をしたものとする。また、図２５に示すように開口部１６の上部に散乱素子のように光学部材１７を配置させることにより光を散乱（拡散））させσ１．０以上の照明をテストパターン１５に供給可能とし、かつ走査型投影露光装置の有効光源の光強度分布を平坦にしてやる事が出来る。その際光学部材１７はテストレチクル９から少し離れた上部に例えば他のプレートに付けた状態で在っても良い。
【００７８】
以上説明した開口部（遮光部）付レチクル９のテストパターン像を図２に示す投影光学系１０を通しウエハステージ１２上に設けたプレート１１ａ上に結像させ、前記ウエハステージ１２を移動して前記プレート１１ａ上に設けたスリットパターン１１ｂを透過する光を光強度検出器（光量検出器）等の受光器１１ｃにより検出する。つまり、前記ウエハステージ１２を前記投影光学系１０の光軸１０ｂ方向（Ｚ方向）に移動してテストパターン像をプレート１１の上にフォーカスさせ、ウエハステージ１２を光軸方向と直交する面内（Ｘ，Ｙ方向）で、テストパターン像のラインに対し直交する方向に移動させ、この移動に同期して前記スリットパターン１１ｂを透過する光を前記検出器１１ｃにより検出しつづけ、各Ｘ，Ｙ位置とその位置でのスリットパターン１１ｂ透過検出光強度（光量）からなる図２６（Ａ）に示すような検出信号を用いて前記プレート１１ａ上に結像したテストパターン１５の像中心位置を算出する。この際スリット１１ｂは図２６（Ｂ）に示すよう空中像の半値幅程度の幅であることが望ましい。また図２１に示す様にテストパターン１５のマークＴＰＸの本数を増やすとともに、スリット１１ｂのスリットの本数も増やす事で、受光器１１ｃに与える光量も増え、また平均化効果による精度向上も期待できる。また縦ラインのテストパターンと横ラインのテストパターンで像に対するスリットの方向は違うため、異なるスリット方向毎に互いに異なる受光器１１ｃを持ち、計測するライン像の縦横の向きによってスリット＆受光器の組を切り換えて計測することも可能である。続けて、不図示のレチクルステージ（テストレチクル）を次のテストパターン位置に順次移動させ、同様にエウハーステージ１２も順次移動させながらテストレチクル９上に配置した一連のテストパターン群の計測を順次を行う。この計測手順を図２９に示す。また上記方法をウエハーステージ１２は動かさないで、レチクルステージ２０のみをスキャンさせ、同期をとりながら検出器１１ｃにより検出波形を一連のテストパターンそれぞれに対して採り、位置計測を行う事も可能である。
【００７９】
また空中像ではなく感光基板上に焼き付けた像の位置計測を行う方法においては、図２７に示したようなサイズの異なるフレームタイプのマーク、例えば１８ａと１８ｂを使用する。図２８に前記マークの配置例を示す。テストレチクル９上の測定したい像高の近傍に１８ａおよび１８ｂを複数個交互に配置し、同様にそれらのマークの基板の反対側の面上には形状は同じだが回転位置が異なる開口部をそれぞれ配置しておく。前記テストパターン中心位置を測定したい像高位置にくるまでレチクルステージ２０を駆動させ、その像高位置で感光基板上にマーク１８ａを露光する。続けてレチクルステージ２０を所定量駆動させ、先ほど露光されたマーク１８ａに重なるようサイズの異なるマーク１８ｂを露光する。更にウエハステージ位置を駆動させ、露光されていない領域に再度前記工程を繰り返し、一連のテストパターン群全てに対して重ね露光を行う。また前記一連の重ね露光の工程で、レチクルステージを止めることなくスキャンさせても同様に重ね露光が可能である。露光工程終了、後感光基板を現像し、上記重なり合ったマーク同志の位置ずれを、既存の位置ずれ測定機で計測し、前記同様Ｚｅｒｎｉｋｅ係数抽出もしくは実デバイス収差を求める。上記露光による手順を図３０に示す。
【００８０】
以上例をあげて、図１２に示したテストレチクルと、検出系１１や位置ずれ測定機とを使用した実施形態について述べた。他にも図２に示す装置内のウエハステージ１２上に設けたホトクロ材料基板上に転写したテストパターン像を使用して、現像することなく、そのまま図１２に示す装置内のオフアクシスアライメント検出系１４を使用してテストパターン像の中心位置を測定することも可能である。また前記テストパターン１５および開口部１６を同一のレチクル９に数箇所配置しておけば、前記手法に従い露光を行い、各像高毎に前記手法にて波面収差を計測可能である。
【００８１】
更に図１６に得られた計測値（収差値）を本体系にフィードバックすることによって、図１６に示すように駆動手段１６１により投影レンズ１０内にある補正光学系１６２を駆動させたり、図１７に示すように、波長可変手段１７１でレーザー１７２からの発振波長の中心波長を変えることにより、露光装置の収差を自動補正できる点は、先の実施例で説明したとおりである。
【００８２】
また本発明を他の計測方式、例えば干渉方式におけるシステムのキャリブレーションとして使用することも可能である。現在の干渉計は、露光装置本体上に搭載したり本体上で計測可能な工具としては存在していない。従って本体上における投影レンズの波面収差量は、先に干渉計のシステム上で計測された投影レンズの波面収差量で置き換えられている。つまり先の干渉計システム上と露光装置本体上の両者間での環境の違い等による投影レンズの波面収差の差を保証する必要がある。そこで装置およびシステム負荷の少ない本方式を用いて露光装置の本体上と干渉計システム上の両方で投影レンズの波面収差計測を行い、干渉計測による波面収差量の校正用として使用する。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば光学系の波面収差を露光装置本体上で高精度に計測可能な投影露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投影露光装置の一部分の要部概略図。
【図２】本発明の投影露光装置の全体の要部概略図。
【図３】本発明に係る照明系の一部分の説明図。
【図４】位置ずれ検出における検出系の説明図。
【図５】本発明に係るテストパターンの説明図。
【図６】本発明に係るテストパターンの説明図。
【図７】本発明に係るテストパターンの説明図。
【図８】本発明に係る照明用開口絞りの説明図。
【図９】図８の絞りを用いたときの最適化の説明図。
【図１０】本発明に係る計測プロセスの説明図。
【図１１】図８の絞りを用いたときの評価結果の説明図。
【図１２】本発明に係る他方式を用いたときの説明図。
【図１３】本発明の実施形態２に係るテストパターンの説明図。
【図１４】本発明の実施形態２に係るテストパターンの説明図。
【図１５】本発明の実施形態２に係るテストパターンの説明図。
【図１６】本発明に係る補正系本体の説明図。
【図１７】本発明に係る補正系本体の説明図。
【図１８】本発明に係る位置ずれ検出におけるマーク像の光強度分布の説明図。
【図１９】微小デバイスの製造フローチャート。
【図２０】図１９のウエハプロセスの詳細フローチャート。
【図２１】本発明に係るテストパターンの説明図。
【図２２】本発明に係るテストレチクルの説明図。
【図２３】本発明に係るテストレチクルの説明図。
【図２４】本発明に係るテストレチクルの説明図。
【図２５】本発明に係るテストレチクルの説明図。
【図２６】検出系１１の一部詳細図。
【図２７】本発明に係るテストパターンの説明図。
【図２８】本発明に係るレチクルの説明図。
【図２９】本発明に係るフローチャート。
【図３０】本発明に係るフローチャート説明図。
【符号の説明】
１ 光源
２ インプットレンズ
３ フライアイレンズ
４ 開口絞り
５ 第１リレーレンズ
６ 投影式レチクルブラインド
７ 第２リレーレンズ
８ メインコンデンサーレンズ
９ レチクル
１０ 投影光学系
１１ 検出系
１２ ウエハーステージ
１３ オートフォーカス系
１４ ウエハーアライメント系
１５ テストパターン
１６ 開口部
１７ 光学部材
１８ａ，ｂ テストパターン
１０ｂ 光軸
１６１ レンズ駆動手段
１６２ 補正光学系
１７１ 波長可変手段
１７２ レーザー
ＬＰ 主光線
ＴＰ テストパターン
ＴＰａ テストパターン像
ＴＰＸ ライン
ＰＨＡ 開口部σ１．０の領域
ＰＨＣ 開口部設計中心
Ｗ ウエハー
Claims (4)
- 投影光学系の収差を計測する方法において、
テストパターンを投影光学系を介して結像させるステップと、
前記結像させるステップにおいて結像させたテストパターン像から位置ずれ量を測定するステップと、
前記測定するステップの測定結果を用いて前記投影光学系の収差を測定するステップとを有し、
前記結像させるステップにおいて、前記位置ずれ量から特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の係数が１：１の関係で求められるように前記テストパターンからの光の前記投影光学系の瞳での通過領域を制限することを特徴とする収差計測方法。 - 投影光学系の収差を計測する方法において、
テストパターンを投影光学系を介して結像させるステップと、
前記結像させるステップにおいて結像させたテストパターン像から位置ずれ量を測定するステップと、
前記測定するステップの測定結果を用いて前記投影光学系の収差を測定するステップとを有し、
前記結像させるステップにおいて、前記位置ずれ量から、特定のＺｅｒｎｉｋｅ項の係数が前記位置ずれ量に主に依存して求められるように前記テストパターンからの光の前記投影光学系の瞳での通過領域を制限することを特徴とする収差計測方法。 - 請求項１又は２の測定方法により投影光学系の収差を測定する測定モードを有する投影露光装置。
- 請求項３の投影露光装置によりデバイスパターンでウエハを露光する段階と、該露光したウエハを現像する段階とを含むデバイス製造方法。
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