(57)【要約】【課題】  球面波を発生させるための極小ピンホールを用いることなく、充分な測定光量に基づいて高精度な収差測定を行うことのできる検査装置。【解決手段】  収差測定系（１２，１３，１４，１５）を用いて被検光学系（ＰＬ）の波面収差を測定するための検査装置は、収差測定系の誤差情報を記憶するためのユニット（１９）を備え、ユニットからの誤差情報に基づいて、被検光学系に関する収差測定系の出力を補正する。収差測定系の誤差を測定するための誤差測定手段を備え、ユニットは、誤差測定手段で計測された誤差情報を記憶する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収差測定系を用いて被検光学系の波面収差を測定するための検査装置において、
前記収差測定系の誤差情報を記憶するためのユニットを備え、
前記ユニットからの誤差情報に基づいて、前記被検光学系に関する前記収差測定系の出力を補正することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記収差測定系の誤差を測定するための誤差測定手段を備え、
前記ユニットは、前記誤差測定手段で計測された誤差情報を記憶することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記収差測定系は、所定面からの光を波面分割して前記所定面の像を多数形成するための波面分割素子と、該波面分割素子により形成された前記多数の像を光電検出するための光電検出部とを有し、
前記誤差測定手段は、前記所定面の近傍に形成された校正用開口部を有し、前記被検光学系を介した光により前記校正用開口部を照明し、前記波面分割素子により形成された前記校正用開口部の多数の像に基づいて前記収差測定系の誤差を測定することを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
【請求項４】
収差測定系を用いて被検光学系の波面収差を測定するための検査装置において、
前記収差測定系の誤差を測定するための誤差測定手段を備え、
前記誤差測定手段で測定した誤差情報に基づいて、前記被検光学系に関する前記収差測定系の出力を補正することを特徴とする検査装置。
【請求項５】
前記誤差情報を記憶する記憶するためのユニットを備えることを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
【請求項６】
前記収差測定系は、所定面からの光を波面分割して前記所定面の像を多数形成するための波面分割素子と、該波面分割素子により形成された前記多数の像を光電検出するための光電検出部とを有し、
前記誤差測定手段は、前記所定面の近傍に形成された校正用開口部を有し、前記被検光学系を介した光により前記校正用開口部を照明し、前記波面分割素子により形成された前記校正用開口部の多数の像に基づいて前記収差測定系の誤差を測定することを特徴とする請求項４又は５に記載の検査装置。
【請求項７】
マスクを照明するための照明系と、前記マスクのパターン像を感光性基板上に形成するための投影光学系を備えた露光装置において、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の検査装置を備え、
前記検査装置により前記投影光学系を前記被検光学系として波面収差を測定することを特徴とする露光装置。
【請求項８】
前記検査装置による測定結果に基づいて、前記投影光学系の光学特性を調整することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
請求項８に記載の露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露光する露光工程と、該露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【請求項１０】
収差測定系を用いて被検光学系の波面収差を測定する検査方法において、
前記収差測定系の誤差を測定する誤差測定工程と、
前記収差測定系を用いて前記被検光学系の波面収差を測定する収差測定工程と、
前記誤差測定工程で測定した誤差情報に基づいて、前記収差測定工程で得られた前記被検光学系の収差測定値を補正する補正工程とを含むことを特徴とする検査方法。
【請求項１１】
前記誤差測定工程では、所定の環境における前記収差測定系の誤差を測定し、該測定誤差に基づいて前記環境の変動に起因する誤差の変化を予測することを特徴とする請求項１０に記載の検査方法。
【請求項１２】
前記収差測定工程は、所定面からの光を波面分割して前記所定面の像を多数形成する補助工程と、波面分割により形成された前記多数の像を光電検出する補助工程とを含み、
前記誤差測定工程は、前記所定面に開口部を位置決めして照明する補助工程と、前記開口部からの光を波面分割して多数の像を形成する補助工程と、波面分割により形成された前記多数の像に基づいて前記収差測定系の誤差を測定する補助工程とを含むことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の検査方法。
【請求項１３】
前記収差測定工程は、所定面からの光を波面分割して前記所定面の像を多数形成する補助工程と、波面分割により形成された前記多数の像を光電検出する補助工程とを含み、
前記誤差測定工程は、前記所定面またはその近傍にピンホールを位置決めして照明することにより球面波を発生させる補助工程と、該球面波を波面分割して多数の像を形成する補助工程と、波面分割により形成された前記多数の像に基づいて前記収差測定系の誤差を測定する補助工程とを含むことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の検査方法。
【請求項１４】
前記収差測定工程は、所定面からの光を波面分割して前記所定面の像を多数形成する補助工程と、波面分割により形成された前記多数の像を光電検出する補助工程とを含み、
前記誤差測定工程は、前記所定面近傍に位置決めされた校正用開口部を照明する補助工程と、該校正用開口部からの光を波面分割して多数の像を形成する補助工程と、波面分割により形成された前記多数の像に基づいて前記収差測定系の誤差を測定する補助工程とを含むことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の検査方法。
【請求項１５】
投影光学系を介してマスクのパターン像を感光性基板上に投影露光する露光方法において、
前記投影光学系を前記被検光学系として、前記投影光学系の波面収差を請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の検査方法により測定し、
前記補正工程により補正された前記投影光学系の波面収差に基づいて、前記投影光学系を調整する調整工程を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１６】
前記誤差測定工程では、所定の気圧および所定の波長のうちの少なくとも一方における誤差を測定し、測定した誤差に基づいて気圧および波長のうちの少なくとも一方の変動に起因する誤差の変化を予測することを特徴とする請求項１５に記載の露光方法。
【請求項１７】
前記誤差測定工程では、複数の温度条件において誤差を測定し、測定した複数の誤差に基づいて温度の変動に起因する誤差の変化を予測することを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の露光方法。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の露光方法を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露光する露光工程と、該露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査装置、該検査装置を備えた露光装置、およびマイクロデバイスの製造方法に関する。本発明は、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、または薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に搭載された投影光学系の波面収差の測定に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、マスクのパターン像を感光性基板（ウェハ、ガラス基板、プレートなど）に投影露光する露光装置が使用されている。この種の露光装置では、マスクパターン像を感光性基板に高い解像力をもって忠実に投影するために、諸収差が充分に抑制された良好な光学性能を有する投影光学系が設計されている。
【０００３】
ところが、実際に製造された露光装置の投影光学系では、設計上の光学性能とは異なり、様々な要因に起因する諸収差が残存している。そこで、従来、露光装置に搭載された投影光学系のような被検光学系に残存する収差を測定するための種々の装置が提案されている。たとえば、極小ピンホールを用いて発生させた球面波に基づいて被検光学系の波面収差を測定する収差測定装置が開示されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ９９／６０３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の公報に開示された従来の収差測定装置では、装置自体が発生する波面収差などの誤差が被検光学系の収差測定結果に影響する（上乗せされる）という不都合があった。また、従来の収差測定装置では、装置の初期的な位置設定および位置制御が困難であるという不都合があった。さらに、従来の収差測定装置では、球面波を発生させるために極小径のピンホールを用いるので、測定光量が著しく不足するという不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、装置自体が発生する波面収差などの誤差が被検光学系の収差測定結果に実質的に影響することのない、測定精度の高い検査装置および該検査装置を備えた露光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、高精度な収差測定に基づいて良好に調整された投影光学系を用いて、高い解像力で良好なマイクロデバイスを製造することのできる、マイクロデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、収差測定系を用いて被検光学系の波面収差を測定するための検査装置において、
前記収差測定系の誤差情報を記憶するためのユニットを備え、
前記ユニットからの誤差情報に基づいて、前記被検光学系に関する前記収差測定系の出力を補正することを特徴とする検査装置を提供する。
【０００９】
第１形態によれば、前記収差測定系の誤差を測定するための誤差測定手段を備え、前記ユニットは、前記誤差測定手段で計測された誤差情報を記憶することが好ましい。この場合、前記収差測定系は、所定面からの光を波面分割して前記所定面の像を多数形成するための波面分割素子と、該波面分割素子により形成された前記多数の像を光電検出するための光電検出部とを有し、前記誤差測定手段は、前記所定面の近傍に形成された校正用開口部を有し、前記被検光学系を介した光により前記校正用開口部を照明し、前記波面分割素子により形成された前記校正用開口部の多数の像に基づいて前記収差測定系の誤差を測定することが好ましい。
【００１０】
本発明の第２形態では、収差測定系を用いて被検光学系の波面収差を測定するための検査装置において、
前記収差測定系の誤差を測定するための誤差測定手段を備え、
前記誤差測定手段で測定した誤差情報に基づいて、前記被検光学系に関する前記収差測定系の出力を補正することを特徴とする検査装置を提供する。
【００１１】
第２形態によれば、前記誤差情報を記憶する記憶するためのユニットを備えることが好ましい。また、前記収差測定系は、所定面からの光を波面分割して前記所定面の像を多数形成するための波面分割素子と、該波面分割素子により形成された前記多数の像を光電検出するための光電検出部とを有し、前記誤差測定手段は、前記所定面の近傍に形成された校正用開口部を有し、前記被検光学系を介した光により前記校正用開口部を照明し、前記波面分割素子により形成された前記校正用開口部の多数の像に基づいて前記収差測定系の誤差を測定することが好ましい。
【００１２】
本発明の第３形態では、マスクを照明するための照明系と、前記マスクのパターン像を感光性基板上に形成するための投影光学系を備えた露光装置において、
第１形態または第２形態の検査装置を備え、
前記検査装置により前記投影光学系を前記被検光学系として波面収差を測定することを特徴とする露光装置を提供する。この場合、前記検査装置による測定結果に基づいて、前記投影光学系の光学特性を調整することが好ましい。
【００１３】
本発明の第４形態では、第３形態の露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露光する露光工程と、該露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法を提供する。
【００１４】
本発明の第５形態では、収差測定系を用いて被検光学系の波面収差を測定する検査方法において、
前記収差測定系の誤差を測定する誤差測定工程と、
前記収差測定系を用いて前記被検光学系の波面収差を測定する収差測定工程と、
前記誤差測定工程で測定した誤差情報に基づいて、前記収差測定工程で得られた前記被検光学系の収差測定値を補正する補正工程とを含むことを特徴とする検査方法を提供する。
【００１５】
第５形態によれば、前記誤差測定工程では、所定の環境における前記収差測定系の誤差を測定し、該測定誤差に基づいて前記環境の変動に起因する誤差の変化を予測することが好ましい。また、前記収差測定工程は、所定面からの光を波面分割して前記所定面の像を多数形成する補助工程と、波面分割により形成された前記多数の像を光電検出する補助工程とを含み、前記誤差測定工程は、前記所定面に開口部を位置決めして照明する補助工程と、前記開口部からの光を波面分割して多数の像を形成する補助工程と、波面分割により形成された前記多数の像に基づいて前記収差測定系の誤差を測定する補助工程とを含むことが好ましい。
【００１６】
あるいは、第５形態によれば、前記収差測定工程は、所定面からの光を波面分割して前記所定面の像を多数形成する補助工程と、波面分割により形成された前記多数の像を光電検出する補助工程とを含み、前記誤差測定工程は、前記所定面またはその近傍にピンホールを位置決めして照明することにより球面波を発生させる補助工程と、該球面波を波面分割して多数の像を形成する補助工程と、波面分割により形成された前記多数の像に基づいて前記収差測定系の誤差を測定する補助工程とを含むことが好ましい。
【００１７】
あるいは、第５形態によれば、前記収差測定工程は、所定面からの光を波面分割して前記所定面の像を多数形成する補助工程と、波面分割により形成された前記多数の像を光電検出する補助工程とを含み、前記誤差測定工程は、前記所定面近傍に位置決めされた校正用開口部を照明する補助工程と、該校正用開口部からの光を波面分割して多数の像を形成する補助工程と、波面分割により形成された前記多数の像に基づいて前記収差測定系の誤差を測定する補助工程とを含むことが好ましい。
【００１８】
本発明の第６形態では、投影光学系を介してマスクのパターン像を感光性基板上に投影露光する露光方法において、
前記投影光学系を前記被検光学系として、前記投影光学系の波面収差を第５形態の検査方法により測定し、
前記補正工程により補正された前記投影光学系の波面収差に基づいて、前記投影光学系を調整する調整工程を含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１９】
第６形態によれば、前記誤差測定工程では、所定の気圧および所定の波長のうちの少なくとも一方における誤差を測定し、測定した誤差に基づいて気圧および波長のうちの少なくとも一方の変動に起因する誤差の変化を予測することが好ましい。また、前記誤差測定工程では、複数の温度条件において誤差を測定し、測定した複数の誤差に基づいて温度の変動に起因する誤差の変化を予測することが好ましい。
【００２０】
本発明の第７形態では、第６形態の露光方法を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露光する露光工程と、該露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、収差測定系自体が発生する波面収差などの誤差が被検光学系の測定結果に実質的に影響することなく、精度の高い波面収差測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態にかかる検査装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の検査装置の要部構成を概略的に示す図であって、収差測定系をその光軸に沿って展開した状態を示す図である。
【図３】投影光学系の波面収差の測定に際してマスクステージ上に設置されるテストマスクの構成を概略的に示す図である。
【図４】収差測定系に一体的に取り付けられた標示板の構成を概略的に示す図である。
【図５】収差測定系における波面分割素子としてのマイクロフライアイの構成を概略的に示す図である。
【図６】レモンスキン板に平行光束が入射したときの散乱特性を示す図である。
【図７】レモンスキン板を設置しないときにテストマスクへ入射する光束の照明ＮＡ内の輝度分布とレモンスキン板を設置したときにテストマスクへ入射する光束の照明ＮＡ内の輝度分布とを比較する図である。
【図８】濃度フィルタに付与された逆正規分布形状の透過率分布を示す図である。
【図９】輪帯開口絞りを介して二次光源を輪帯状に制限することによりレモンスキン板により悪化する照明光束の輝度特性をほぼ均一化される様子を示す図である。
【図１０】収差測定系のマイクロフライアイの各微小レンズ毎に互いに独立な多数の結像光学系が存在する様子を示す図である。
【図１１】標示板の校正用開口部の中央にテストマスクの開口部の像が形成されている様子を示す図である。
【図１２】本実施形態における収差測定系の自己キャリブレーションの手順を説明する図である。
【図１３】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図１４】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【図１５】超高圧水銀ランプを光源とする露光装置に本発明を適用した変形例を示す図である。
【図１６】図１のウェハステージと類似の専用ステージを有する検査装置に本発明を適用した変形例を示す図である。
【図１７】専用の照明ユニットを有する検査装置に本発明を適用した変形例を示す図である。
【図１８】図１７に示す変形例の照明ユニットと類似の専用照明ユニットを用いて自己キャリブレーションを行う変形例を示す図である。
【図１９】図１の実施形態の照明系と照明リレー光学系とを用いて自己キャリブレーションを行う変形例を示す図である。
【図２０】極小ピンホールを介して発生させた球面波に基づいて自己キャリブレーションを行う変形例を示す図である。
【図２１】図１の露光装置に対して図２０に示す変形例を適用して自己キャリブレーションを行う変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明では、被検光学系の物体側開口数以上の開口数で被検光学系の物体面に位置決めされた開口部を照明（インコヒーレント照明）し、被検光学系の像面に形成された開口部の一次像からの光を波面分割して、たとえばＣＣＤのような光電検出部の受光面上に開口部の二次像を多数形成する方式を採用している。すなわち、本発明では、ＣＣＤにおいて解像可能な大きさの開口部を結像させる方式であるため、この開口部を従来のように極小ピンホールとして形成して球面波を発生させる必要はない。
【００２４】
すなわち、従来技術では正確な球面波を発生させるために真円度の高い極小のピンホールを形成する必要があるが、本発明では開口部の形状は円形状に限定されることがなく、その形成精度もあまり厳密ではない。その結果、撮像素子であるＣＣＤに対して、極小ピンホールを用いる従来技術の場合に比して著しく大きな照度を提供することが可能となる。換言すると、本発明では、球面波を発生させるための極小ピンホールを用いることなく、充分な測定光量に基づいて高精度な収差測定を行うことができる。
【００２５】
また、本発明では、被検光学系の波面収差を測定するための収差測定系に一体的に取り付けられた標示板と、この標示板の位置を検出するための位置検出系とを備えている。この標示板には、たとえばアライメントマークおよび反射面が形成されている。したがって、たとえば露光装置に本発明を適用する場合、露光装置に搭載されたＦＩＡ系（詳細は後述）を用いて、アライメントマークに基づいて、投影光学系の光軸に垂直な面に沿った標示板の位置を、ひいては収差測定系のＸＹ平面に沿った位置を検出することができる。
【００２６】
また、露光装置に搭載された斜入射式の二次元ＡＦ系（詳細は後述）を用いて、反射面へ斜め方向から光束を入射させ反射面で反射された光束に基づいて、投影光学系の光軸方向に沿った標示板の面位置を、ひいては収差測定系のＺ方向位置、Ｘ軸周りの傾き、およびＹ軸周りの傾きを検出することができる。こうして、露光装置におけるウェハと同じ程度に高精度なアライメント（位置合わせ）および位置制御を迅速に行うことができる。すなわち、本発明では、収差測定系の初期的な位置設定および位置制御を迅速に且つ高精度に行うことができ、ひいては迅速で且つ正確な収差測定を行うことができる。
【００２７】
なお、後述する本実施形態では、収差測定系のＸＹ平面に沿った位置を検出するために、露光装置に搭載されたＦＩＡ系を用いているが、この位置検出系としてはＦＩＡ系には限られない。例えば、米国特許第４，７１０，０２６号公報や米国特許第５，１５１，７５０号公報、米国特許第５，８５９，７０７号公報に開示されているＬＩＡ系、米国特許第４，６７７，３０１号公報や米国特許第５，１５１，７５０号公報に開示されているＬＳＡ系、または測長干渉計などを用いることができる。ここで、測長干渉計を用いて標示板のＸＹ平面の位置を検出するときには、標示板の端面に測長干渉計からの測長ビームを反射させるための反射面を設ける構成、標示板に測長干渉計からの測長ビームを反射させるための反射鏡を取り付ける構成、あるいは標示板が取り付けられている筐体に測長干渉計からの測長ビームを反射させるための反射鏡を取り付ける構成とすることが好ましい。
【００２８】
また、後述する本実施形態では、収差測定系のＺ方向の位置、Ｘ軸周りの傾き、およびＹ軸周りの傾きを検出するために、露光装置に搭載された二次元ＡＦ系を用いているが、この位置検出系としては二次元ＡＦ系には限られない。例えば、測長干渉計やエアマイクロ、静電容量センサを用いたり、米国特許第５，７２１，６０５号公報や米国特許第５，７８３，８３３号公報に開示されているようなＦＩＡ系内のオートフォーカス機能を用いたりすることができる。また、上述のように測長干渉計を用いて標示板のＸＹ平面の位置を検出するときには、例えば特開２０００−３９３０５号公報または特開２０００−４９０６６号公報に開示されているように上記反射面、上記反射鏡にＸＹ平面に対して傾斜した反射面を設ければ、標示板、ひいては収差測定系のＺ方向の位置、Ｘ軸周りの傾き、およびＹ軸周りの傾きを検出することが可能となる。
【００２９】
さらに、本発明では、上述の標示板に校正用の開口部が形成されている。したがって、この校正用開口部を照明することにより、校正用開口部からの光がＣＣＤの受光面上に多数の像を形成する。設計値では、校正用開口部の各像が整然と並んで形成されるはずであるが、収差測定系の波面収差などの影響により、実際に測定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位置から位置ずれしてしまう。
【００３０】
ここで、発生した各開口部像の位置ずれは、収差測定系にのみ起因するものである。そこで、本発明では、上述の自己キャリブレーションで得られた各開口部像の位置を測定用の各原点に設定する。その結果、設定した測定用の各原点に基づいて波面収差の測定を行うことにより、収差測定系自体が発生する波面収差などの誤差が被検光学系の測定結果に実質的に影響することなく、精度の高い波面収差測定を行うことができる。
【００３１】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる検査装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。なお、図１では、投影光学系ＰＬの像面に検査装置の標示板を位置決めした収差測定時の状態を示しているが、ＦＩＡ系や斜入射方式のオートフォーカス系を用いた位置検出時および投影露光時には、投影光学系ＰＬの像面にウェハＷが位置決めされる。
【００３２】
図１の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１として、たとえば２４８ｎｍ（ＫｒＦ）または１９３ｎｍ（ＡｒＦ）の波長の光を供給するエキシマレーザー光源を備えている。光源１から射出されたほぼ平行光束は、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、被照射面であるマスクＭ上（ひいてはウェハＷ上）での干渉パターンの発生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。
【００３３】
干渉性低減部３からの光束は、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光は、振動ミラー５で偏向された後、リレー光学系６を介して第２フライアイレンズ６を重畳的に照明する。ここで、振動ミラー５は、Ｘ軸周りに回動する折り曲げミラーであって、被照射面での干渉パターンの発生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。この二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り８により制限された後、コンデンサー光学系９を介して、下側面に所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に均一照明する。
【００３４】
マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。マスクＭは、マスクホルダ（不図示）を介して、マスクステージＭＳに載置されている。なお、マスクステージＭＳは、主制御系（不図示）からの指令に基づき、マスクステージ制御部（不図示）によって駆動される。このとき、マスクステージＭＳの移動は、マスク干渉計（不図示）とマスクステージＭＳに設けられた移動鏡（不図示）とにより計測される。
【００３５】
一方、ウェハＷは、ウェハステージＷＳ上のウェハホルダＷＨに真空チャックされている。ウェハステージＷＳは、主制御系（不図示）からの指令に基づき、ウェハステージ制御部（不図示）によって駆動される。このとき、ウェハステージＷＳの移動は、ウェハ干渉計ＷＩＦとウェハステージＷＳに設けられた移動鏡ＷＭとにより計測される。こうして、ウェハステージＷＳは、Ｘ方向の移動機能、Ｙ方向の移動機能、Ｚ方向の移動機能、Ｚ軸周りの回転機能、Ｘ軸周りのチルト機能、およびＹ軸周りのチルト機能を有し、ウェハ干渉計ＷＩＦとウェハステージ制御部とによりナノオーダで位置制御される。
【００３６】
また、図１の露光装置は、投影光学系の光軸ＡＸに垂直な平面すなわちＸＹ平面に沿ったウェハＷの位置を検出するための第１位置検出系として、オフアクシス方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系を備えている。このＦＩＡ系は、波長帯域幅の広い照明光を供給するための光源として、たとえばハロゲンランプ（不図示）を備えている。光源からの照明光は、リレー光学系（不図示）を介して、ライトガイド２１に入射する。ライトガイド２１の内部を伝播した光は、コンデンサーレンズ２２およびリレーレンズ２３を介して、ハーフプリズム２４に入射する。
【００３７】
ハーフプリズム２４で反射された照明光は、第１対物レンズ２５および反射プリズム２６を介してウェハＷ上に形成された各アライメントマーク（たとえばＸ方向のラインアンドスペースパターンおよびＹ方向のラインアンドスペースパターン）を落射照明する。照明された各アライメントマークからの反射光は、反射プリズム２６および第１対物レンズ２５を介して、ハーフプリズム２４に入射する。ハーフプリズム２４を透過した光は、第２対物レンズ２７を介して、ハーフプリズム２８に入射する。ハーフプリズム２８を透過した光はＸ方向ＣＣＤ２９に達し、ハーフプリズム２８で反射された光はＹ方向ＣＣＤ３０に達する。
【００３８】
ここで、Ｘ方向ＣＣＤ２９の撮像面にはＸ方向アライメントマークの拡大像が形成され、Ｙ方向ＣＣＤ３０の撮像面にはＹ方向アライメントマークの拡大像が形成される。こうして、Ｘ方向ＣＣＤ２９およびＹ方向ＣＣＤ３０で得られた撮像信号を画像処理することによって、各アライメントマークのＸＹ平面に沿った位置を、ひいてはウェハＷのＸＹ平面に沿った位置を検出する。そして、検出した各アライメントマークの位置情報に基づいて、ウェハＷのＸＹ平面に沿ったアライメントを行うことができる。なお、ＦＩＡ系の詳細については、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。
【００３９】
さらに、図１の露光装置は、投影光学系の光軸ＡＸの方向すなわちＺ方向に沿ったウェハＷの位置を検出するための第２位置検出系として、いわゆる斜入射方式の二次元オートフォーカス系（ＡＦ系）を備えている。この斜入射方式の二次元ＡＦ系は、検出光として波長幅の広い白色光を供給するための光源として、たとえばハロゲンランプ（不図示）を備えている。光源からの照明光はリレー光学系（不図示）を介して、ライトガイド３１に入射する。ライトガイド３１の内部を伝搬した光は、コンデンサーレンズ３２を介してほぼ平行光束に変換された後、偏向プリズム３３に入射する。偏向プリズム３３は、コンデンサーレンズ３２からのほぼ平行光束を、屈折作用により偏向させる。また、偏向プリズム３３の射出側には、Ｘ方向に延びる細長い透過部とＸ方向に延びる細長い遮光部とが一定のピッチで交互に設けられた透過型格子パターンが形成されている。
【００４０】
偏向プリズム３３の透過型格子パターンを透過した光は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な光軸に沿って配置された投射用集光レンズ３４に入射する。投射用集光レンズ３４を介した光束は、ミラー３５および投射用対物レンズ３６を介して、所要の入射角でウェハＷに達する。こうして、ウェハＷ上には、二次元スリット投影パターンとしての格子パターンの一次像がその全体に亘って正確に形成される。ウェハＷで反射された光は、受光用対物レンズ３７および振動ミラー３８を介して、受光用集光レンズ３９に入射する。受光用集光レンズ３９を介した光は、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。
【００４１】
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、遮光手段としての二次元受光スリットが設けられている。アオリ補正プリズム４０の射出面から射出された光は、一対のレンズで構成されるリレー光学系４１に入射する。リレー光学系４１を介した光は、アオリ補正プリズム４０の入射面上に形成された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。
【００４２】
なお、格子パターンが形成された偏向プリズム３３の射出面とウェハＷの露光面、および二次元受光スリットの形成されたアオリ補正プリズム４０の入射面とウェハＷの露光面とがシャインプルーフの条件を満たした共役関係になっている。ここで、ウェハＷ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、ウェハＷ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。
【００４３】
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に沿ったウェハＷの面位置を検出する。また、二次元多点オートフォーカス方式にしたがって投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿ったウェハＷの面位置を二次元的に検出する。その結果、ウェハステージＷＳをＺ方向に移動させたり、Ｘ軸周りおよびＹ軸周りにチルトさせることにより、投影光学系ＰＬのフォーカス方向にウェハＷの面位置を二次元的にアライメントすることができる。なお、光電顕微鏡の原理の詳細については、例えば特開昭５６−４２２０５号公報に開示されている。また、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。
【００４４】
上述したように、図１の露光装置では、マスクＭおよびウェハＷを投影光学系ＰＬに対して高精度に位置決めして露光を行う。また、交換したマスクＭとウェハＷとを高精度に位置合わせして重ね露光を繰り返す。このとき、ウェハＷの交換時には、上述のＦＩＡ系および二次元ＡＦ系により、ウェハＷの位置検出が高精度に行われる。そして、ウェハ干渉計ＷＩＦおよびウェハステージ制御部により、ウェハＷの位置制御が高精度に行われる。こうして、ウェハＷへの重ね露光を繰り返すことにより、ウェハＷの各露光領域に種々のパターンが形成される。
【００４５】
本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬの波面収差を測定するための検査装置を備えている。図２は、図１の検査装置の要部構成を概略的に示す図であって、収差測定系をその光軸に沿って展開した状態を示す図である。以下、図１および図２を参照して、本実施形態の検査装置の構成について説明する。本実施形態の検査装置では、被検光学系としての投影光学系ＰＬの波面収差の測定に際して、マスクステージＭＳ上に収差測定用のテストマスクＴＭが設置される。テストマスクＴＭには、図３に示すように、収差測定用の円形状の開口部１０ａがＸ方向およびＹ方向に沿って複数個（図３では９個）マトリックス状に形成されている。また、開口部１０ａよりも実質的に大きな正方形状の開口部１０ｂが形成されている。
【００４６】
また、本実施形態の検査装置は、ウェハステージＷＳ上においてウェハ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１１を備えている。標示板１１は、たと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、ひいては後述する収差測定系の光軸ＡＸ１に垂直な基準平面１１ａを有する。この基準平面１１ａ上には、図４に示すように、その中央部に校正用開口部（光透過部）１１ｂが形成され、その周辺には複数組（図４では４組）のアライメントマーク１１ｃが形成されている。
【００４７】
ここで、校正用開口部１１ｂは、投影光学系ＰＬを介して形成されるテストマスクＴＭの開口部１０ａの像よりも大きく設定されている。また、各組のアライメントマーク１１ｃは、Ｘ方向に沿って形成されたラインアンドスペースパターンとＹ方向に沿って形成されたラインアンドスペースパターンとから構成されている。さらに、校正用開口部１１ｂおよび複数のアライメントマーク１１ｃを除く領域には、反射面１１ｄが形成されている。反射面１１ｄは、たと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。
【００４８】
さらに、本実施形態の検査装置は、投影光学系ＰＬの波面収差を測定するための光学系としての収差測定系を備えている。収差測定系では、投影光学系ＰＬを介してその像面に形成されたテストマスクＴＭの開口部１０ａの像からの光が、コリメートレンズ１２およびリレーレンズ１３を介して、マイクロフライアイ１４に入射する。マイクロフライアイ１４は、図５に示すように、縦横に且つ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１４ａからなる光学素子である。マイクロフライアイ１４は、たと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。
【００４９】
したがって、マイクロフライアイ１４に入射した光束は多数の微小レンズ１４ａにより二次元的に分割され、各微小レンズ１４ａの後側焦点面の近傍にはそれぞれ１つの開口部１０ａの像が形成される。換言すると、マイクロフライアイ１４の後側焦点面の近傍には、開口部１０ａの像が多数形成される。こうして形成された多数の像は、二次元撮像素子としてのＣＣＤ１５によって検出される。ＣＣＤ１５の出力は、信号処理ユニット１９に供給される。このように、マイクロフライアイ１４は、投影光学系ＰＬその像面に形成されたテストマスクＴＭの開口部１０ａの一次像からの光を波面分割して開口部１０ａ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。
【００５０】
また、ＣＣＤ１５は、波面分割素子としてのマイクロフライアイ１４により形成された開口部１０ａの多数の二次像を光電検出するための光電検出部を構成している。さらに、コリメートレンズ１２、リレーレンズ１３、マイクロフライアイ１４およびＣＣＤ１５は、図１に示すように、マスクステージＭＳの内部に設けられ、投影光学系ＰＬの波面収差を測定するための光学系としての収差測定系を構成している。その結果、標示板１１は、収差測定系（１２〜１５）に一体的に取り付けられている。
【００５１】
一般に、露光装置では、照明系（１〜９）から供給される照明光の開口数（ＮＡ）が投影光学系ＰＬの物体側開口数よりも小さく設定されている。したがって、照明系（１〜９）を用いてテストマスクＴＭの開口部１０ａを照明しても、開口部１０ａ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、本実施形態の検査装置は、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１０ａ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、照明系（１〜９）とテストマスクＴＭ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レモンスキン板１６を備えている。
【００５２】
図６は、レモンスキン板に平行光束が入射したときの散乱特性を示す図である。また、図７は、レモンスキン板を設置しないときにテストマスクへ入射する光束の照明ＮＡ内の輝度分布とレモンスキン板を設置したときにテストマスクへ入射する光束の照明ＮＡ内の輝度分布とを比較する図である。図６および図７を参照すると、照明系（１〜９）からの光束の開口数を拡大するためにレモンスキン板１６を設置すると、照明光束の輝度特性が悪化することがわかる。そこで、本実施形態では、照明系（１〜９）の照明光路中に、たとえば二次光源が形成される開口絞り８の近傍に挿脱自在に配置されて所定の光強度分布の光束を形成するための濃度フィルタ１７を備えている。
【００５３】
ここで、図６に示すような正規分布形状の散乱特性を有するレモンスキン板１６に対して、図８に示すような逆正規分布形状の透過率分布を濃度フィルタ１７に付与することにより、レモンスキン板１６により悪化する照明光束の輝度特性をほぼ均一化することができる。あるいは、開口絞り８に代えて輪帯状の開口部を有する輪帯開口絞りを設置して二次光源を輪帯状に制限することにより、図９に示すように、レモンスキン板１６により悪化する照明光束の輝度特性をほぼ均一化することもできる。もちろん、濃度フィルタ１７の設置と輪帯状の開口部を有する輪帯開口絞り８ａの設置とを併用することもできる。
【００５４】
以上のように、レモンスキン板１６および濃度フィルタ１７（必要に応じて輪帯開口絞り８ａ）は、照明系（１〜９）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している。そして、レモンスキン板１６は、照明系（１〜９）とテストマスクＴＭ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光学部材を構成している。また、濃度フィルタ１７（必要に応じて輪帯開口絞り８ａ）は、レモンスキン板１６により悪化する照明光束の輝度特性を均一化するための輝度特性均一化手段を構成している。レモンスキン板１６の設置に代えて、テストマスクＴＭの上側面をレモンスキン加工することもできる。
【００５５】
一般に、レモンスキン板の散乱特性は、レモンスキン板を作る際の砥石の面あらさと、表面を酸で化学処理する際の加工時間の差とにより、ある程度変化させることができる。なお、レモンスキン板１６に代えて、現在技術進歩の著しいＤＯＥ（回折光学素子：ディフラクティブ・オプティクス・エレメント）を使用し、開口数の拡大された光束の照明ＮＡ内の輝度特性をほぼ均一に維持することも可能である。ＤＯＥは、通常ガラスプレート上にホトリソグラフィで回折パターンを形成することにより構成され、散乱光の輝度特性を一定角度までほぼ均一にするような特性を有するＤＯＥも開発されている。したがって、拡散光学部材としてＤＯＥを使用する場合には、濃度フィルタ１７の設置や輪帯状の開口部を有する輪帯開口絞り８ａの設置を省略することもできる。なお、近年において、露光装置の照明系から供給される照明光の開口数は大きくなる傾向にある。ここで、露光装置の照明系から供給される照明光の開口数が投影光学系ＰＬの物体側開口数よりも十分に大きく設定されている場合（例えばσ≧１である場合）には、開口数拡大手段としてのレモンスキン板１６を用いることなく測定を行うことも可能である。
【００５６】
本実施形態では、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１０ａを照明する。この場合、図１０に示すように、収差測定系のマイクロフライアイ１４の各微小レンズ１４ａ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１４ａ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１０ａの像をそれぞれインコヒーレント結像することになる。このとき、収差測定系は、図１１に示すように、標示板１１の校正用開口部１１ｂの中央に開口部１０ａの像１０ｉが形成されるように設定される。すなわち、校正用開口部１１ｂは、投影光学系ＰＬを介して形成される開口部１０ａの像１０ｉよりも実質的に大きく設定されている。
【００５７】
結像論から考察して、波面収差にチルト成分（傾き成分）がある場合には、各微小レンズ１４ａを介して形成される像が位置シフトすることは自明である。すなわち、平均的な波面傾き量に対して、像の位置ズレが発生することになる。換言すると、各結像光学系毎に、部分的な波面傾き量に応じた像の位置ズレがそれぞれ発生することになる。このときの各像の状態は、極小ピンホールを用いて発生させた球面波に基づいて形成される従来の点像の状態と同じである。したがって、従来技術と同様の信号処理によって波面収差の測定が可能となる。
【００５８】
具体的には、投影光学系ＰＬに波面収差が残存していない場合、開口部１０ａの各像の光量重心位置は測定用の各原点位置に形成される。後述するように、収差測定系に波面収差などに起因する誤差がない場合、測定用の各原点位置は、マイクロフライアイ１４の各微小レンズ１４ａの光軸上に設定される。実際には、投影光学系ＰＬに波面収差が残存しているため、開口部１０ａの各像の光量重心位置は測定用の各原点位置から位置ずれする。したがって、本実施形態では、ＣＣＤ１５の出力に含まれる上述の位置ずれ情報に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差を測定することになる。
【００５９】
ただし、本実施形態では、ＣＣＤ１５において解像可能な大きさの開口部１０ａを結像させる方式であるため、開口部１０ａを従来のように極小ピンホールとして形成して球面波を発生させる必要はない。すなわち、従来技術では正確な球面波を発生させるために真円度の高い極小のピンホールを形成する必要があるが、本実施形態では開口部１０ａの形状は円形状に限定されることがない。また、開口部１０ａからＣＣＤ１５までの光路における透過率は収差測定系を構成する光学部材の透過率に依存して決定され、極小ピンホールを用いる従来技術の場合のような回折による輝度の劣化は起こらない。その結果、撮像素子であるＣＣＤ１５に対して、極小ピンホールを用いる従来技術の場合に比して著しく大きな照度を提供することが可能となる。
【００６０】
以下、本実施形態の検査装置を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を測定する動作について説明する。本実施形態では、上述したように、収差測定系（１２〜１５）に一体的に取り付けられた標示板１１が設けられている。そして、標示板１１の基準平面１１ａ上には、クロム膜などをエッチングすることによりアライメントマーク１１ｃが形成されているとともに、必要十分な面精度で加工された反射面１１ｄが形成されている。したがって、露光装置に搭載された前述のＦＩＡ系を用いて、アライメントマーク１１ｃに基づいて、ＸＹ平面に沿った標示板１１の位置を、ひいてはＸＹ平面に沿った収差測定系の位置を検出することができる。
【００６１】
また、露光装置に搭載された前述の斜入射式の二次元ＡＦ系を用いて、反射面１１ｄへ斜め方向から光束を入射させ反射面１１ｄで反射された光束に基づいて、Ｚ方向に沿った標示板１１の面位置を、ひいては収差測定系のＺ方向位置、Ｘ軸周りの傾き、およびＹ軸周りの傾きを検出することができる。さらに、露光装置に搭載された前述のウェハ干渉計ＷＩＦおよびウェハステージ駆動部の作用により、ウェハＷと同じ程度に高精度なアライメント（位置合わせ）および位置制御を迅速に行うことができる。
【００６２】
被検光学系である投影光学系ＰＬに対して収差測定系がＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向などに位置ずれしていると、チルト成分やデフォーカス成分のような低次の波面収差成分が大きく発生する。そこで、波面収差を測定するために、収差測定系の位置ずれを波面収差測定ストローク内に追い込む必要がある。さらに、波面収差の測定精度を向上させるために、上述のような低次の波面収差成分をできるだけ追い込んだ状態で波面収差の測定をすることが望ましい。標示板１１を設置することにより、収差測定系の正確で迅速な位置制御が可能になり、上述の追い込み動作が容易になる。その結果、投影光学系ＰＬのフォーカス面の絶対位置計測やディストーションの絶対値計測精度を向上させることができる。
【００６３】
具体的には、ウェハステージＷＳを駆動して、収差測定系を投影光学系ＰＬの露光視野領域内へ、ひいては二次元ＡＦ系の検出視野領域内へ移動させる。その状態で、二次元ＡＦ系を用いて、投影光学系ＰＬの像面に対して標示板１１の基準平面１１ａを位置合わせする。すなわち、標示板１１の基準平面１１ａのＺ方向に沿った位置、Ｘ軸周りの傾き、およびＹ軸周りの傾きを検出し、基準平面１１ａが投影光学系ＰＬの像面にほぼ一致するようにアライメント調整する。次に、ウェハステージＷＳをＸＹ平面に沿って駆動して、収差測定系をＦＩＡ系の検出視野領域内へ移動させる。そして、ＦＩＡ系を用いて、標示板１１上のアライメントマーク１１ｃを位置検出することにより、収差測定系の光軸ＡＸ１のＸＹ平面に沿った位置を検出する。
【００６４】
なお、標示板１１上のアライメントマーク１１ｃと収差測定系の光軸ＡＸ１との間の位置関係情報は、通常のウェ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。また、アライメントマーク１１ｃが複数組あるので、ＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）により、すなわち複数データの平均化効果により、さらに高精度な位置検出が可能となる。こうして、テストマスクＴＭに設けられた複数の開口部のうち、恣意的に選択された第１番目の開口部１０ａの像が投影光学系ＰＬを介して形成される位置に対して、収差測定系を初期的に位置決めする。
【００６５】
すなわち、収差測定系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１０ａの像の中心点と収差測定系の光軸ＡＸ１とがＸＹ平面内において一致する。すなわち、図１１に示すように、開口部１０ａの像１０ｉの中心点と標示板１１の校正用開口部１１ｂの中心点とがＸＹ平面内において一致する。この初期状態において、ＣＣＤ１５の出力に基づいて投影光学系ＰＬの波面収差を測定する。この測定結果から、チルト成分、パワー成分（デフォーカス成分）、および非点隔差成分（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、非点隔差成分から像面隔差をそれぞれ求めることができる。
【００６６】
次に、チルト成分およびパワー成分ができるだけ小さくなるように、収差測定系を微動させる。このときの収差測定系のＸ方向の微動量ΔｘおよびＹ方向の微動量Δｙに基づいてディストーションの絶対値を、収差測定系のＺ方向の微動量Δｚに基づいてフォーカス面の絶対位置をそれぞれ求めることもできる。こうして、チルト成分およびパワー成分をできるだけ小さく追い込んだ状態で、ＣＣＤ１５の出力に基づいて投影光学系ＰＬの波面収差を最終的に高精度に測定する。
【００６７】
上述の波面収差の測定動作は、テストマスクＴＭに設けられた残りの複数の開口部について同様に順次行われる。このように、標示板１１を用いてテストマスクＴＭの第１番目の開口部に対する収差測定系の位置設定が終了した後は、露光装置の本来の焼き付け動作と同様に、二次元ＡＦ系で標示板１１の高さ位置を常に位置合わせすると共に、ウェハ干渉計ＷＩＦの出力情報に基づいてウェハステージＷＳのＸＹ平面に沿った位置を制御して、投影光学系ＰＬの任意座標位置での波面収差の測定（すなわちテストマスクＴＭの残りの複数の開口部に対する波面収差の測定）を実施することができる。
【００６８】
上述のように、本実施形態では、収差測定系の初期的な測定結果であるチルト成分やパワー成分に基づいて所望の値だけ収差測定系を微動させ、チルト成分やパワー成分が小さくなるように追い込むことが可能である。この機能により、高速な位置制御に基づく高精度な波面収差の測定が可能になる。なお、投影光学系ＰＬの波面収差の測定は、投影光学系ＰＬの初期的な調整・検査時のみならず、その後の点検時にも行われる。点検時における波面収差の測定は、露光装置の本来の目的であるデバイスの製造を一次的に止めて行われるので、作業の迅速性が要求される。この場合、本実施形態の位置制御の容易性および迅速性は非常に重要な要素となる。
【００６９】
ところで、露光装置に搭載された投影光学系ＰＬの波面収差を正確に測定するには、収差測定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。本実施形態の収差測定系には、コリメートレンズ１２、リレーレンズ１３、マイクロフライアイ１４、ＣＣＤ１５、ミラー（図１参照）などの光学部材が用いられている。これらの光学部材の製造誤差は、投影光学系ＰＬの波面収差の測定時にその測定値に上乗せされる。収差測定系自体で発生する波面収差などの測定値への影響を小さく抑えるには、収差測定系を構成する各光学部材の公差を非常に厳しく設定し、被検光学系である投影光学系ＰＬの波面収差発生量に比して収差測定系の波面収差発生量を十分に小さく抑える方法、あるいは収差測定系自体で発生する波面収差などの影響を予め把握して測定値を補正する方法が考えられる。
【００７０】
本実施形態のように、被検光学系が露光装置に搭載される投影光学系ＰＬの場合、投影光学系ＰＬに比して収差測定系の波面収差発生量を十分に小さく抑えることは現実的に不可能に近い。なぜなら、露光装置の投影光学系ＰＬに残存している波面収差量が元々非常に小さい値に抑えられているからである。一方、収差測定系を構成するレンズ部品やミラー部品の面精度を厳しく設定するためには、光学材料（光学ガラス）自体の均一性を向上させたり、面精度を測定する干渉計の絶対値精度を向上させなければならない。
【００７１】
干渉計の精度を向上させるためには、干渉計を構成するフィゾーレンズや参照球面ミラー等の部品レベルでの精度の向上および誤差の把握が必要となる。面精度を向上させるための研磨機自体にも更に厳しい精度が要求され、場合によっては部分的に面精度を補正する部分修正研磨技術なども適用しなければならない。このように列挙していくと、収差測定系自体の波面収差発生量を投影光学系ＰＬに比して十分に小さく抑えることがいかに困難であるかがわかる。したがって、収差測定系自体の波面収差発生量をある程度許容できる範囲に抑え、収差測定系の誤差に基づいて測定値を補正すること、すなわち収差測定系について自己キャリブレーションを行うことにより収差測定系自体で発生する波面収差などの影響を補正するのが望ましいことがわかる。
【００７２】
以下、図１２を参照して、本実施形態における収差測定系の自己キャリブレーションの手順を説明する。まず、収差測定系の自己キャリブレーションに際して、テストマスクＴＭの正方形状の開口部１０ｂ（図３参照）の像が投影光学系ＰＬを介して形成される位置に収差測定系を位置決めする。この状態で、照明系（１〜９）からの照明光が、投影光学系ＰＬを介して、標示板１１の校正用開口部１１ｂを照明することになる。ここで、投影光学系ＰＬを介して標示板１１上に形成される照明領域（開口部１０ｂの像）は、校正用開口部１１ｂよりも実質的に大きい。
【００７３】
こうして、校正用開口部１１ｂからの光が、コリメートレンズ１２、リレーレンズ１３およびマイクロフライアイ１４を介して、ＣＣＤ１５の受光面上に校正用開口部１１ｂの多数の像を形成する。設計値では、校正用開口部１１ｂの各像が、マイクロフライアイ１４の各微小レンズ１４ａの光軸上に整然と並んで形成されるはずである。しかしながら、収差測定系の波面収差、マイクロフライアイ１４の製造誤差、ＣＣＤ１５の受光素子の配列誤差等により、実際に測定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位置から位置ずれしてしまう。
【００７４】
ここで、発生した各開口部像の位置ずれは、収差測定系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、図１２の自己キャリブレーション状態において、投影光学系ＰＬは、照明系と収差測定系との間の光路中に配置された照明リレー光学系の機能を果たしているに過ぎないからである。そこで、本実施形態では、自己キャリブレーションで得られた各開口部像の位置を測定用の各原点に設定する。そして、設定した測定用の各原点に基づいて波面収差の測定を行うことにより、収差測定系自体が発生する波面収差などの誤差が投影光学系ＰＬの測定結果に実質的に影響することなく、精度の高い波面収差測定を行うことができる。なお、本実施形態では、校正用開口部１１ｂが収差測定系に一体的に取り付けられた標示板１１上に形成されているので、自己キャリブレーション用の開口部をキャリブレーションの度に設置する方法と比ベて、開口部の位置ずれに起因する誤差は発生しない。
【００７５】
また、被検光学系の波面収差の測定に際して発生する誤差として、実際に波面収差を測定する測定時における環境と自己キャリブレーション時における環境との違いによる誤差が考えられる。具体的には、波長の変動に起因する誤差、温度の変動に起因する誤差、気圧の変動に起因する誤差等が挙げられる。これらの環境変動は、すべて収差測定系の測定誤差の原因となるが、主に影響を受ける成分は３次収差以下の低次収差（幾何光学でいうザイデルの５収差までの収差）である。
【００７６】
ここで、波長の変動に起因する誤差、および気圧の変動に起因する誤差は収差測定系に影響を与えるが、その誤差の発生量はほぼ設計値通りであって、ソフト的に予想可能であると考えられる。したがって、自己キャリブレーション時に所定の気圧および所定の波長における誤差を測定し、測定した誤差に基づいて気圧の変動および波長の変動に起因する誤差の変化を予測することができる。具体的には、測定時における実際の気圧および波長と自己キャリブレーション時における気圧および波長との間の変動量を求め、求めた変動量および自己キャリブレーション時における発生誤差量に基づいて、実際の測定時における発生誤差量を求めることが可能である。
【００７７】
一方、温度の変動に起因する誤差に関しては、自己キャリブレーション時に複数の温度条件の元で発生する誤差を測定し、測定した複数の誤差に基づいて温度の変動に起因する誤差の変化を予測することができる。具体的には、測定時における実際の温度と自己キャリブレーション時における複数の測定温度のうち実際の温度に最も近い測定温度との間の変動量を求め、求めた変動量および自己キャリブレーション時における発生誤差量に基づいて、内挿法（あるいは外挿法）により実際の測定時における発生誤差量を求めることが可能である。
【００７８】
なお、図１２の自己キャリブレーション状態において、校正用開口部１１ｂに対するインコヒーレント照明の条件を満たすために、投影光学系ＰＬの瞳に配置された開口絞りＡＳの可変開口部の径を必要以上に（たとえば最大限に）拡大するとともに、テストマスクＴＭの開口部１０ｂを投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの近傍に設定することが望ましい。また、投影光学系ＰＬと標示板１１との間の光路中にレモンスキン板１８のような拡散光学部材を設置することが望ましい。
【００７９】
しかしながら、事前に自己キャリブレーションが行われており、波長や気圧や温度の変動に起因する誤差のみを補正したいときには、誤差量が低次収差のみで且つ小さいことから、インコヒーレント照明の条件を必ずしも満たす必要はない。インコヒーレント照明の条件を満たさない場合、マイクロフライアイ１４の周辺部の微小レンズには光が入射しないが、中央部の微小レンズを介して形成される像の位置ずれに基づいて誤差の補正が可能となる。つまり、事前に自己キャリブレーションを行って各原点位置を求めておき、ある程度の測定精度で随時測定可能に設定しておき、その後の実測定前のキャリブレーションでは各原点位置にオフセットを加えてもよい。このように、自己キャリブレーションによる補正方法は種々考えられるが、収差測定系自体で発生する波面収差などの影響を補正することに変わりはない。
【００８０】
こうして、上述の実施形態にかかる露光装置では、自己キャリブレーションにより収差測定系（１〜９）の誤差を測定する（誤差測定工程）。測定された誤差は、たとえばＣＣＤ１５に接続された信号処理ユニット１９（図２および図１０参照）のメモリ部に記憶される。そして、収差測定系を用いて被検光学系としての投影光学系ＰＬの波面収差を測定し（収差測定工程）、自己キャリブレーションで測定した誤差情報に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差測定値を補正する（補正工程）。こうして、補正された投影光学系ＰＬの波面収差に基づいて、投影光学系ＰＬを調整する（調整工程）。投影光学系ＰＬの調整に際して、たとえばレンズを微動させたり、レンズ間の圧力を制御したり、収差補正用の光学部材を挿入したりする。
【００８１】
次いで、照明系によってマスクを照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に走査露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、図１に示す本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１３のフローチャートを参照して説明する。
【００８２】
先ず、図１３のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、図１に示す露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系（投影光学モジュール）を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００８３】
また、図１に示す露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１４のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１４において、パターン形成工程４０１では、各実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００８４】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【００８５】
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００８６】
なお、上述の実施形態において、１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源や１５７ｎｍの波長の光を供給するＦ2レーザー光源などを用いる場合、酸素による光吸収を回避するために、光源から感光性基板までの光路および収差測定系中の光路が窒素やヘリウムなどの不活性ガスで満たされることになる。この場合、汚れた空気に触れることにより収差測定系中のレンズ面に曇りが発生することのないように、たとえば不活性ガスで満たされた袋または容器に収差測定系を収容して輸送することが好ましい。
【００８７】
また、上述の実施形態では、エキシマレーザー光源を備えた露光装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、図１５に示すように、たとえば超高圧水銀ランプを光源とする露光装置に本発明を適用することもできる。この場合、図１５に示す変形例にかかる露光装置において、たとえばｉ線の輝線を含む光を供給する超高圧水銀ランプ５１が、光軸ＡＸに関して回転対称な楕円反射面を有する楕円鏡５２の第１焦点位置に位置決めされている。したがって、光源５１から射出された照明光束は、楕円鏡５２の第２焦点位置に光源像を形成する。
【００８８】
楕円鏡５２の第２焦点位置に形成された光源像からの発散光束は、反射ミラー５３で偏向され、コリメートレンズ５４によりほぼ平行光束に変換された後、波長選択フィルター（不図示）を介して、波面分割型のオプティカルインテグレータであるフライアイレンズ７に入射する。以下、フライアイレンズ７以降の構成は、図１の実施形態と同様である。なお、波長選択フィルターでは、たとえばｉ線の光（３６５ｎｍ）だけが露光光として選択される。あるいは、たとえばｇ線（４３６ｎｍ）の光とｈ線（４０５ｎｍ）とｉ線の光とを同時に選択することもできるし、ｇ線の光とｈ線の光とを同時に選択することもできるし、ｈ線の光とｉ線の光とを同時に選択することもできる。
【００８９】
さらに、上述の実施形態では、露光装置に組み込まれた検査装置に本発明を適用しているが、図１６に示すように、たとえばウェハステージと類似の専用ステージを有する検査装置に本発明を適用することもできる。この場合、図１６に示す変形例にかかる検査装置は、図１の露光装置の照明系と同じ構成を有する照明系と、図１の露光装置のウェハステージと類似の構成を有する専用ステージＳＳとを備えているが、ＦＩＡ系および斜入射方式のＡＦ系を備えていない。これらのアライメント系に代えて、専用ステージＳＳは、そのＹ方向の移動量を計測するための第１干渉計ＩＦ１と、Ｘ方向の移動量を計測するための一対の第２干渉計ＩＦ２および第３干渉計ＩＦ３とを備えている。図１６に示す変形例にかかる検査装置では、露光装置に搭載すべき投影光学系ＰＬや他の適当な被検光学系ＳＬの波面収差が測定される。
【００９０】
ところで、図１６に示す変形例にかかる検査装置では、図１の露光装置の照明系と同じ構成を有する照明系を用いているが、図１７に示すように専用の照明ユニットを有する検査装置に本発明を適用することもできる。この場合、図１７に示す変形例にかかる検査装置では、光源（不図示）からの光がライトガイド６１によって伝播された後、コンデンサーレンズ６２を介して、テストマスクＴＭの開口部を照明する。なお、ライトガイド６１の射出端およびコンデンサーレンズ６２は、支持体６３によって一体的に支持されている。
【００９１】
ここで、照明ユニット（６１〜６３）は、露光装置に搭載すべき投影光学系ＰＬや他の適当な被検光学系ＳＬの物体側開口数以上の開口数でテストマスクＴＭを照明するように構成されている。なお、照明ユニット（６１〜６３）がテストマスクＴＭ上に形成する照明領域の大きさが充分でない場合には、支持体６３をＸＹ平面に沿って二次元的に移動させ、テストマスクＴＭの複数の開口部を順次照明しながら、投影光学系ＰＬまたは被検光学系ＳＬの波面収差を測定することになる。
【００９２】
また、上述の実施形態では、露光装置の照明系を用いるとともに投影光学系ＰＬを照明リレー光学系として機能させて収差測定系の自己キャリブレーションを行っているが、図１８に示すように、図１７に示す変形例の照明ユニットと類似の専用照明ユニットを用いて自己キャリブレーションを行うこともできる。すなわち、図１８に示す変形例では、光源（不図示）からの光がライトガイド６１によって伝播された後、コンデンサーレンズ６２を介して、標示板１１の校正用開口部１１ｂを照明する。このとき、照明ユニット（６１，６２）は、収差測定系の物体側開口数以上の開口数で標示板１１を照明するように構成されている。こうして、上述の実施形態と同様に、収差測定系の誤差を測定することができる。
【００９３】
ところで、図１８に示す変形例では、専用の照明ユニットを用いて収差測定系の自己キャリブレーションを行っているが、図１９に示すように、図１の実施形態の照明系と照明リレー光学系とを用いて自己キャリブレーションを行うこともできる。すなわち、図１９に示す変形例では、図１の実施形態の照明系と同じ構成を有する照明系からの光が、照明リレー光学系７１を介して、標示板１１の校正用開口部１１ｂを照明する。このとき、照明リレー光学系７１は、収差測定系の物体側開口数以上の開口数で標示板１１を照明するように構成されている。こうして、上述の実施形態と同様に、収差測定系の誤差を測定することができる。
【００９４】
さらに、上述の実施形態では、標示板１１の中央に形成された校正用開口部１１ｂの像をＣＣＤ１５の受光面上に形成させることによって収差測定系の自己キャリブレーションを行っているが、図２０に示すように、極小ピンホールを介して発生させた球面波に基づいて自己キャリブレーションを行うこともできる。すなわち、図２０に示す変形例では、ＣＣＤ１５の受光面と光学的に共役な位置に、極小ピンホールが形成された工具８１を位置決めする。
【００９５】
したがって、図２０に示す変形例の場合、ＣＣＤ１５の受光面と光学的に共役な面と標示板１１の基準平面１１ａとの間には所定の間隙（ギャップ）が形成されることになる。この状態で工具８１を照明すると、その極小ピンホールから発生した球面波が、コリメートレンズ１２、リレーレンズ１３、およびマイクロフライアイ１４を介して、ＣＣＤ１５の受光面に極小ピンホールの像（集光点）を多数形成する。こうして、上述の実施形態と同様に、収差測定系の誤差を測定することができる。
【００９６】
ところで、図２１に示すように、図１の露光装置に対して、図２０に示す変形例を適用することもできる。この場合、収差測定系の自己キャリブレーションに際して、極小ピンホールが形成されたテストマスクＴＭが設置される。この状態で照明系（１〜９）がテストマスクＴＭを照明すると、その極小ピンホールから発生した球面波が、投影光学系ＰＬ、コリメートレンズ１２、リレーレンズ１３、およびマイクロフライアイ１４を介して、ＣＣＤ１５の受光面に極小ピンホールの像（集光点）を多数形成する。こうして、上述の実施形態と同様に、たとえば環境の変動に起因する収差測定系の誤差の変化などを測定することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１  光源
２  ビーム整形光学系
３  干渉性低減部
４，７  フライアイレンズ
５  振動ミラー
６  リレー光学系
８  開口絞り
９  コンデンサー光学系
１１  標示板
１２  コリメートレンズ
１３  リレーレンズ
１４  マイクロフライアイ
１５  ＣＣＤ
１６，１８  レモンスキン板
１７  濃度フィルタ
１９  信号処理ユニット
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＴＭ  テストマスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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