(57)【要約】【課題】  計測装置を移動することなく、かつ多数の画素を備えた撮像素子を用いることなく、光学系の光学特性（結像性能等）を計測する。【解決手段】  被検光学系を通過して開口板３２を通過した光束をコリメートするコリメートレンズ３３と、その光束をそれぞれ集光する複数の微小レンズ３４ａの集合体であるマイクロレンズアレイ３４と、マイクロレンズアレイ３４の後側焦点面に配置されてそれぞれ角度可変の微小なミラー３５（ｉ，ｊ）の集合体であるマイクロミラーアレイ３５と、マイクロミラーアレイ３５で走査された光束を光電検出器に導く光ガイド３７とを有する。【選択図】        図３
2006108465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置において、
前記被検光学系を通過した光束を互いに異なる複数の領域を通る複数の部分光束に分割し、該複数の部分光束を時間的に逐次選択する光束分割素子と、
前記光束分割素子で逐次選択される前記部分光束を一つの受光部を介して検出する検出器と、
前記検出器で検出される情報に基づいて前記被検光学系の光学特性を求める演算装置とを備えたことを特徴とする光学特性計測装置。
【請求項２】
前記光束分割素子は、互いに独立に駆動される複数個のミラー又はシャッターを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学特性計測装置。
【請求項３】
前記被検光学系は結像光学系であり、
前記光束分割素子は、前記結像光学系を通過した光束を前記結像光学系の瞳面との共役面又はこの面の近傍において前記複数の部分光束に分割し、
前記検出器によって前記結像光学系の瞳面の情報が検出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学特性計測装置。
【請求項４】
前記被検光学系は結像光学系であり、
前記光束分割素子は、前記結像光学系を通過した光束を前記結像光学系の像面若しくはこの面の近傍、又は該像面との共役面若しくはこの面の近傍において前記複数の部分光束に分割し、
前記検出器によって前記結像光学系の像面の情報が検出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学特性計測装置。
【請求項５】
前記光束分割素子と前記検出器との間に配置されて前記部分光束を導く光ガイドをさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項６】
前記被検光学系を通過した光束を所定の開口を介して受光する計測光学系と、
前記光束分割素子からの光束又は前記計測光学系からの光束のいずれかを選択して前記検出器に導く光束切り換え部材とをさらに備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項７】
前記光束分割素子の受光面は、前記被検光学系の光軸に対して傾斜しており、
前記被検光学系を通過した光束を前記光束分割素子の受光面に結像させるためのアオリの光学系をさらに備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項８】
第１物体のパターンを投影光学系を介して第２物体上に投影露光する露光装置において、
請求項１から７のいずれか一項に記載の光学特性計測装置を備え、
前記光学特性計測装置を用いて前記投影光学系の結像特性を計測することを特徴とする露光装置。
【請求項９】
前記光学特性計測装置の計測結果に基づいて前記投影光学系の結像特性を補正する結像特性補正機構をさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系の光学特性を計測するための光学特性計測装置に関し、例えば半導体デバイス、ＣＣＤ撮像素子、薄膜磁気ヘッド、又は液晶表示素子等の各種デバイスを製造する際に使用される投影露光装置に搭載されている投影光学系の結像性能を計測するために使用して好適なものである。さらに本発明は、その光学特性計測装置を備えた露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で使用される投影露光装置は、レチクル又はフォトマスク等のマスクを照明する照明光学系、マスクに描かれたパターンの像を基板としての感光材料が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に結像する投影光学系、及びウエハの移動を行うウエハステージ等から構成されている。投影露光装置の性能は、投影光学系の投影像のずれ量や波面収差等の結像性能に大きく依存している。そこで、従来より次のようにして、投影光学系の結像性能が計測されていた。
【０００３】
先ず、投影光学系のコマ収差等に起因する投影像のずれ量を計測するために、ウエハステージ内にリレー系及び光ガイドを組み込んでおき、投影光学系を介して投影された所定マークの空間像を形成する結像光束をそのリレー系及び光ガイドを介して外部に取り出し、このように取り出された光を外部に配置されたフォトマルチプライヤのような光電検出器で受光するようにした投影露光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合には、その光電検出器の出力はその空間像のうち所定開口又はナイフエッジ部を通過する光束全体の光量に対応するため、その空間像の位置による光量分布を計測するためには、投影光学系に対してウエハステージを１次元又は２次元的に走査する必要があった。
【０００４】
次に、投影光学系の波面収差を計測するために、ウエハステージ内に投影光学系の瞳面と実質的に共役な面を形成する光学系と、その瞳面との共役面で光束を縦横に複数に分割するための波面分割素子と、このように分割された複数の光束の２次元的な光量分布を計測するための２次元のＣＣＤ撮像素子とを組み込んだ投影露光装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この場合には、ＣＣＤ撮像素子の出力を処理することでその瞳面との共役面での２次元的な光量分布を計測できるため、投影光学系に対してウエハステージを走査する必要はない。
【特許文献１】特開２０００−１２１４９８号公報
【特許文献２】特開２００３−２１４９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の如き従来の技術のうちで、光電検出器としてフォトマルチプライヤを用いる場合、フォトマルチプライヤは非常に高感度であるが、受光部を必要な数配置することが難しいため、１次元又は２次元的な光量分布を計測するためにはウエハステージを走査する必要があった。そのため、投影光学系の結像性能の計測に要する時間が長くなり、ステージ制御の精度、例えば干渉計ゆらぎなどの影響を受けるという不都合があった。
一方、光電検出器としての２次元のＣＣＤ撮像素子をウエハステージ内に組み込んだ場合には、ウエハステージを走査する必要はない。しかしながら、光量分布計測時の分解能を高めるためにはＣＣＤ撮像素子の画素数を多くする必要があるが、現在の１５０〜３００ｎｍ程度の露光波長域で良好な感度を持つとともに画素数の多いＣＣＤ撮像素子は大型であるとともに、発熱量が大きくなる。従って、ウエハステージを実用的な大きさに維持するためには、ＣＣＤ撮像素子の画素数には限界があり、計測の分解能にも一定の限界があった。また、ＣＣＤ撮像素子の発熱による熱変形を防ぐために冷却機構等を設けるときには、ウエハステージがさらに大型化するあるいは配置上の制約が大きいという不都合があった。
【０００６】
また、従来は、投影光学系の瞳面に対する共役面の光量分布を計測する装置と、投影光学系の像面の光量分布を計測する装置とは互いに独立に構成されていた。しかしながら、投影露光装置のウエハステージには、それらの光量分布を計測する装置の他に、温度センサや加速度センサなど種々の装置が装着されており、今後も計測対象の物理量は増加すると予想される。従って、その光量分布の計測装置においても、光電検出器を共通化するなどして全体として装置を小型化することが望まれている。
【０００７】
本発明は斯かる点に鑑み、計測装置を移動することなく、かつ多数の画素を備えた撮像素子を用いることなく、光学系（投影光学系等）の光学特性（結像性能等）を計測できる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、光電検出器を共通化して、光学系の複数の光学特性を計測できる計測技術を提供することを第２の目的とする。
【０００８】
また、本発明は、そのような計測技術を用いる露光技術を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による光学特性計測装置は、被検光学系（ＰＬ；１２）の光学特性を計測する光学特性計測装置において、その被検光学系を通過した光束を互いに異なる複数の領域を通る複数の部分光束に分割し、該複数の部分光束を時間的に逐次選択する光束分割素子（３５；４９）と、その光束分割素子で逐次選択されるその部分光束を一つの受光部を介して検出する検出器（４１）と、その検出器で検出される情報に基づいてその被検光学系の光学特性を求める演算装置（１６）とを備えたものである。
【００１０】
斯かる本発明によれば、光束分割素子によって逐次選択された部分光束を検出器で検出することによって、その被検光学系を通過した光束の一次元又は２次元的な光量分布の情報を得ることができ、その光量分布の情報からその被検光学系の光学特性を求めることができる。即ち、計測装置を移動することなく、かつ多数の画素を備えた撮像素子を用いることなく、光学系の光学特性を迅速に計測できる。
【００１１】
本発明において、一例として、その光束分割素子は、互いに独立に駆動される複数個のミラー又はシャッター（液晶セル等）を含むものである。特に、複数個のミラーを含む光束分割素子を用いる場合には、光路折り曲げ用のミラーを兼用することができ、計測装置をコンパクトにまとめることが可能となる。
また、一例として、その被検光学系は結像光学系であり、その光束分割素子は、その結像光学系を通過した光束をその結像光学系の瞳面との共役面又はこの面の近傍においてその複数の部分光束に分割し、その検出器によってその結像光学系の瞳面の情報が検出される。この場合には、その結像光学系の波面収差のような結像特性を計測できる。
【００１２】
また、別の例として、その被検光学系は結像光学系であり、その光束分割素子は、その結像光学系を通過した光束をその結像光学系の像面若しくはこの面の近傍、又は該像面との共役面若しくはこの面の近傍においてその複数の部分光束に分割し、その検出器によってその結像光学系の像面の情報が検出される。この場合には、その結像光学系の投影像のずれ量を生じる結像特性を計測できる。
また、その光束分割素子とその検出器との間に配置されてその部分光束を導く光ガイド（３７）をさらに備えてもよい。本発明の計測装置の光束分割素子を投影露光装置のウエハステージに組み込むような場合には、その光ガイドをウエハステージ内に配置して、その検出器を外部に配置することによって、ウエハステージを大型化することなく、その検出器としてフォトマルチプライヤのような大型で高感度の光電検出器を使用できる。
【００１３】
また、その被検光学系を通過した光束を所定の開口を介して受光する計測光学系（５６）と、その光束分割素子からの光束又はその計測光学系からの光束のいずれかを選択してその検出器に導く光束切り換え部材（５４）とをさらに備えてもよい。これによって、その検出器（例えば光電検出器）を共通化して、被検光学系の複数の光学特性を計測できる。
【００１４】
また、その光束分割素子の受光面を、その被検光学系の光軸に対して傾斜させておき、その被検光学系を通過した光束をその光束分割素子の受光面に結像させるためのアオリの光学系（３３，３４；４７，４８）をさらに備えてもよい。上記のように本発明の計測装置の光束分割素子を投影露光装置のウエハステージに組み込むような場合には、被検光学系からの光束の光路を折り曲げるとともに、その光束折り曲げ部（光軸に対して傾斜して配置される部分）にその光束分割素子を配置することが望ましいことがある。この際に、そのアオリの光学系を用いることで、その被検光学系を通過した光束の２次元的な光量分布をより高精度に検出できる。
【００１５】
次に、本発明による露光装置は、第１物体（Ｍ）のパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して第２物体（Ｗ）上に投影露光する露光装置において、本発明の光学特性計測装置を備え、その光学特性計測装置を用いてその投影光学系の結像特性を計測するものである。
本発明の特性計測装置の光束分割素子を例えば第２物体を駆動するためのステージに組み込むことで、そのステージを駆動することなく、かつそのステージ内に撮像素子を配置することなく効率的にその投影光学系の結像特性を計測できる。
【００１６】
この場合、その光学特性計測装置の計測結果に基づいてその投影光学系の結像特性を補正する結像特性補正機構をさらに備えてもよい。これによって、その投影光学系の結像特性を最適な状態に維持できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光束分割素子を用いて１次元又は２次元の光量分布の情報を逐次検出する（走査する）ことによって、計測装置を移動することなく、かつ多数の画素を備えた撮像素子を用いることなく、光学系の光学特性を迅速に計測することができる。
また、光束分割素子からの光束又は計測光学系からの光束のいずれかを選択して検出器に導く光束切り換え部材を設けた場合には、検出器を共通化して、光学系の複数の光学特性を計測することができる。
【００１８】
また、本発明の露光装置によれば、ステージを大型化することなく、投影光学系の結像特性を効率的に計測できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［第１の実施形態］
以下、本発明の好ましい第１の実施形態につき図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瞳面の情報に基づく結像特性を計測する場合に、本発明を適用したものである。本例の投影露光装置は、マスク（第１物体）を照明する照明光学系と、マスクを駆動するマスクステージと、投影光学系と、基板（第２物体）としてのウエハを駆動するウエハステージと、投影光学系の結像特性を計測する光学特性計測装置と、投影光学系の結像特性を補正する結像特性補正機構とを備えており、例えば半導体デバイス又はＣＣＤ撮像素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程中で使用される。
【００２０】
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、水銀ランプ等の露光光源１は、楕円鏡２の第１焦点に配置されている。その露光光源１から射出された露光ビームとしての露光用の照明光（露光光）ＩＬは、楕円鏡２によりその第２焦点に集光された後、コリメータレンズ３により平行光束に変換される。この平行光束は、断面が四角形のレンズ素子の集合体からなるフライアイレンズ４（オプティカル・インテグレータ）に入射し、フライアイレンズ４の射出側に複数の光源像が形成され、これらが２次光源となる。これらの光源像が形成される位置（照明光学系の瞳面）には円形状、輪帯状、及び複数の開口からなる変形照明用の開口などに切り換え可能な開口部を有する開口絞り（σ絞り）５が配置されている。開口絞り５内の光源像からの照明光ＩＬは、リレーレンズ系前群７、マスクブラインド（視野絞り）８、リレーレンズ系後群９を通って、折り曲げミラー１０で光路が偏向されて、コンデンサーレンズ１１によって集光されて、例えばレチクルからなるマスクＭを重畳的に均一な照度で照明する。露光光源１からコンデンサーレンズ１１までの部材を含んで照明光学系１２が構成されている。
【００２１】
なお、図１では、露光光源１として水銀ランプを挙げたが、より波長の短いエキシマレーザ（波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ又は波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ等）、Ｆ2 レーザ（波長１５７ｎｍ）、ＥＵＶ光源（波長１３．５ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、又は固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置などを露光光源として使用してもよい。また、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、マスクブラインド８は、矩形の照明領域を規定する固定ブラインドと、走査露光時に照明領域を開閉するための可動ブラインドとを含むことができる。
【００２２】
照明光ＩＬに照明されたマスクＭに形成されたパターンの像が、投影光学系ＰＬを介して基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハ上の一つのショット領域上に結像投影される。また、開口絞り５とリレーレンズ系前群７との間には、反射率の小さいビームスプリッタ６が挿入されており、ビームスプリッタ６によって一部反射した照明光は、集光レンズ１３で集光され、光電検出器よりなる露光量モニタ１４に入射する。露光量モニタ１４の出力信号は、露光量制御系１５及び後述の情報処理装置１６（演算装置）に供給されている。露光量制御系１５は、露光量モニタ１４の出力を用いて投影光学系ＰＬの像面での照明光ＩＬの光量を算出し、この算出値を用いて露光光源１の出力及び露光時間の制御を行う。なお、露光光源としてエキシマレーザ光源のようなパルス光源を使用する場合は、照明光のパルス発光に同期して露光量をモニタする必要がある。
【００２３】
投影光学系ＰＬは、例えば複数枚のレンズからなり、マスクＭに形成されたパターンを所定倍率でウエハＷ上に結像する。投影倍率としては、例えば１／４又は１／５等の縮小倍率もあるし、等倍や拡大倍率もある。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。
【００２４】
先ず、露光時にはマスクステージ１９上にマスクＭが吸着保持され、マスクステージ１９はマスクベース２０上でＸ方向、Ｙ方向、Ｚ軸の周りの回転方向に微動して、マスクＭの位置決めを行う。マスクステージ１９のＸＹ平面内での位置は、マスクステージ１９に固定された移動鏡２３Ｍ、投影光学系ＰＬに固定された参照鏡２４Ｍ、計測用のレーザビームを分割合成するビームスプリッタ２２Ｍ、及びレーザ干渉計２１Ｍを含むマスク側干渉計システムによって計測され、その計測値がステージ制御系１８に供給される。ステージ制御系１８は、その計測値及び装置全体の動作を統轄制御する主制御系１７からの制御情報にに基づいて、リニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してマスクステージ１９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走査露光型である場合には、マスクＭの照明領域は、Ｘ方向に細長い矩形領域となり、マスクステージ１９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。
【００２５】
一方、ウエハＷは、ウエハホルダ２５を介してウエハステージ２６上に吸着保持されている。ウエハステージ２６は、ウエハベース２７上をＸ方向、Ｙ方向に駆動されるＸＹステージ部と、ウエハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）並びにウエハＷのＸ軸及びＹ軸の周りの傾斜角（チルト角）を制御するＺレベリングステージ部とから構成されている。ウエハステージ２６のＸＹ平面内での位置は、ウエハステージ２６に固定された移動鏡２３Ｗ、投影光学系ＰＬに固定された参照鏡２４Ｗ、計測用のレーザビームを分割合成するビームスプリッタ２２Ｗ、及びレーザ干渉計２１Ｗを含むウエハ側干渉計システムによって計測され、その計測値がステージ制御系１８に供給される。ステージ制御系１８は、その計測値及び主制御系１７からの制御情報にに基づいて、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２６のＸ方向、Ｙ方向の位置等を制御する。レチクル側干渉計システム及びウエハ側干渉計システムの計測値は主制御系１７にも供給されている。
【００２６】
また、図１の投影露光装置は、マスクＭ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（不図示）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（不図示）と、ウエハステージ２６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、アライメントセンサ、及び基準マーク部材を用いて、マスクＭ及びウエハＷのアライメントが行われる。
【００２７】
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の表面又は光学特性計測装置の入射面の位置を検出するために、いわゆる斜入射方式の多点のオートフォーカス系（ＡＦ系）２８（図２参照）を備えている。このオートフォーカス系２８の計測値を用いてウエハステージ２６内のＺレベリングステージ部を駆動することで、ウエハＷの表面又はその計測装置の入射面を投影光学系ＰＬの像面に連続的に合わせ込むことができる。なお、多点のオートフォーカス系の詳細については、例えば特開平６−９７０４５号公報に開示されている。
【００２８】
さらに、本例の投影露光装置には、投影光学系ＰＬ内の所定のレンズの位置や傾斜角を調整することによって投影光学系ＰＬの波面収差（例えば、球面収差成分、コマ収差成分、ディストーション成分、及びフォーカス成分等を含む）を補正する補正機構（不図示）が備えられている。また、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置が変化した場合には、合焦精度を維持するためには、オートフォーカス系２８の計測値のオフセット値を補正して、ウエハステージ２６上のウエハＷのフォーカス位置を補正する必要がある。この意味で、オートフォーカス系２８及びウエハステージ２６のＺレベリングステージ部も補正機構の一部であるとみなすことができる。
【００２９】
そして、ウエハＷの露光時には、上記のようにマスクＭ及びウエハＷのアライメントを行った後、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、マスクＭ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。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、マスクステージ１９（マスクＭ）とウエハステージ２６（ウエハＷ）とが投影倍率を速度比としてＹ方向に同期して走査される。
【００３０】
さて、このような露光に際して、マスクＭ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、光学特性計測装置としての波面収差の計測装置が備えられている。
【００３１】
図２は、図１の投影露光装置に備えられた波面収差の計測装置を示し、この図２において、その計測装置の光学系は、ウエハＷの近傍でウエハステージ２６の上面に固定されて所定開口の形成された開口板３２と、開口板３２の底部のウエハステージ２６の内部に配置された受光光学系と、ウエハステージ２６の外部で不図示のコラムに固定されたフレーム４２内に収納された検出部とを含んで構成されている。例えば開口板３２の中心が光軸ＡＸに合致している状態で、フレーム４２の底面とこれに対向するウエハステージ２６の上面とにはそれぞれ光束を通過させるための大きめの開口が形成されている。また、波面収差の計測時には、マスクステージ１９上には計測用パターンの形成された計測用のマスクＭ１が保持される。なお、その計測用パターンをいわゆる実露光用のマスクＭの一部やマスクステージ１９の一部に形成しておくことも可能である。
【００３２】
図４（Ａ）に示すように、計測用のマスクＭ１には、遮光膜３１ｃ中に収差計測用の円形状の開口部３１ａがＸ方向及びＹ方向に沿って複数個（図４（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３１ａをＸ方向に挟むように２つの２次元のアライメントマーク３１ｂが形成されている。一方、図２の開口板３２はその上面がウエハＷの露光面とほぼ同じ高さ位置（Ｚ方向の位置）になるように、ウエハステージ２６上に固定されている。開口板３２は、例えばガラス基板からなり、その上面は投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに実質的に垂直な基準平面（計測装置の入射面）とされている。
【００３３】
図４（Ｂ）に示すように、開口板３２の基準平面の中央部にキャリブレーション用の開口部（光透過部）３２ａが形成されている。また、開口部３２ａをＸ方向に挟むように２つの２次元のアライメントマーク３２ｂが形成されている。キャリブレーション用の開口部３２ａは、投影光学系ＰＬを介して形成されるマスクＭ１の開口部３１ａの像よりも大きく設定されている。更に、開口板３２上で、開口部３２ａ及び複数のアライメントマーク３２ｂを除く領域には、遮光膜を兼ねた反射面３２ｃ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。
【００３４】
図２に戻り、投影光学系ＰＬの波面収差の計測時には、マスクＭ１上の任意の一つの開口部３１ａの投影光学系ＰＬによる投影像の中心に開口板３２の開口部３２ａの中心が合致するように、ウエハステージ２６が位置決めされる。図２の状態では開口部３２ａは光軸ＡＸ上にあるが、マスクＭ１上で別の開口部を通過した光を検出する場合には、開口部３２ａの位置は光軸ＡＸから離れた位置に来る。図２において、マスクＭ１の開口部３１ａに照明光ＩＬが照射されると、その開口部３１ａを通過した照明光ＩＬは投影光学系ＰＬを介して開口板３２の開口部３２ａ内に開口部３１ａの像を形成する。ウエハステージ２６の内部において、その開口板３２の開口部３２ａを通過した照明光ＩＬは、コリメートレンズ３３を介して、マイクロレンズアレイ３４に入射する。
【００３５】
図３は、図２の開口板３２の底面側の光学系の一部の拡大図であり、この図３において、マイクロレンズアレイ３４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複数の微小レンズ３４ａからなる光学素子である。マイクロレンズアレイ３４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。また、マイクロレンズアレイ３４の配置面は、投影光学系ＰＬの瞳面とほぼ共役であり、マイクロレンズアレイ３４を構成する微小レンズ３４ａは、＋Ｘ方向に配列されたものほど焦点距離が短くなるようにされている。従って、マイクロレンズアレイ３４の後側焦点面（個々の微小レンズ３４ａの後側焦点面の中心を通る平面）は、光軸（Ｚ軸に平行な軸）に対してＹ軸の周りにほぼ４５°で交差するように傾斜しており、その後側焦点面の光量分布は、投影光学系ＰＬの瞳面における波面収差の情報を含んでいる。この意味で、マイクロレンズアレイ３４を一種のアオリの光学系とみなすこともできる。
【００３６】
この場合、マイクロレンズアレイ３４に入射した光束は多数の微小レンズ３４ａにより２次元的に分割され、各微小レンズ３４ａの後側焦点面の近傍にはそれぞれ図２のマスクＭ１の開口部３１ａの像が形成される。換言すると、マイクロレンズアレイ３４の傾斜した後側焦点面の近傍には、開口部３１ａの像が多数形成される。そのマイクロレンズアレイ３４の傾斜した後側焦点面に反射面がほぼ合致するように、光束分割素子（又は光束走査素子）としての多数の微小な可動ミラーの集合体であるマイクロミラーアレイ３５（可動ミラーアレイ）が設置されている。マイクロミラーアレイ３５は、一例として図３の紙面に平行な方向に５００〜１０００行で、図３の紙面に垂直な方向に５００〜１０００列程度で多数の微小なマイクロミラー３５（ｉ，ｊ）（可動ミラー）（ｉ＝１，２，…；ｊ＝１，２，…）をほぼ密着するように配置したものである。個々のマイクロミラー３５（ｉ，ｊ）はそれぞれ１０〜２０μｍ角程度の大きさで、１μｍ程度の間隔で配列されている。
【００３７】
また、各マイクロミラー３５（ｉ，ｊ）の反射面の角度は、マイクロレンズアレイ３４からの光束をほぼ９０°折り曲げて−Ｘ方向に反射させる第１の角度と、マイクロレンズアレイ３４からの光束を−Ｘ方向とは大きく異なる方向（例えば３０°程度以上異なる方向）に反射させる第２の角度との間で個別に切り換えることができる。即ち、その第１の角度とその第２の角度とは例えば２０°程度異なっており、各マイクロミラー３５（ｉ，ｊ）の反射面の角度の切り換えの応答速度は例えば１０〜２０μｓｅｃ程度と高速である。このようなマイクロミラーアレイ３５として、例えばテキサス・インスツルメント(Texas Instrument)社からＳＶＧＡ方式のプロジェクタ用に発売されているＤＭＤ(digital micromirror device)（ＤＭＤはテキサス・インスツルメント社の商標又は登録商標）を使用できる。このＤＭＤは、１６μｍ角の微小ミラーを対角が１８ｍｍのチップ上に８００×６００個配列したものであり、各微小ミラーの駆動の応答速度は１５μｓｅｃである。
【００３８】
図５は、マイクロミラーアレイ３５の反射面を示す拡大図であり、この図５において、図２のＸ方向及びＹ方向に対応する方向をそれぞれｘ方向及びｙ方向としてある。このマイクロミラーアレイ３５内の各マイクロミラー３５（ｉ，ｊ）の反射面の角度は、図２の情報処理装置１６中の制御部によって制御される。本例では、全部のマイクロミラー３５（ｉ，ｊ）中から順次＋ｙ方向に１列のマイクロミラー群が選択され、各マイクロミラー群内では順次＋ｘ方向に１個ずつのマイクロミラー３５（ａ，ｂ）が選択され、選択されたマイクロミラー３５（ａ，ｂ）の反射面の角度だけが図３に示すように第１の角度（マイクロレンズアレイ３４からの光束を−Ｘ方向に反射する角度）に設定され、それ以外の全部のマイクロミラーの反射面の角度は第２の角度（マイクロレンズアレイ３４からの光束を実質的に−Ｘ方向には反射させない角度）に設定される。これによって、図５のマイクロミラーアレイ３５の反射面に入射する光束は、各マイクロミラー３５（ｉ，ｊ）に対応する多数の部分光束に分割されて、それらの多数の部分光束が逐次一つずつ取り出される。言い換えると、２次元の光量分布がマイクロミラーアレイ３５によって走査されて、時間軸上の一列の光量の情報として取り出される。このようなマイクロミラーアレイ３５を用いることによって、ＣＣＤ撮像素子を用いる場合に近い分解能で部分的に光束を逐次検出することができる。
【００３９】
一例として、マイクロミラー３５（ｉ，ｊ）の配列数を８００×６００個、各マイクロミラー３５（ｉ，ｊ）の応答速度を１５μｓｅｃとすると、マイクロミラーアレイ３５の全部の部分光束を逐次１回読み出すのに要する時間は、ほぼ１０ｓｅｃ程度となる。これは、例えば直径が１０〜２０μｍ程度のピンホールでほぼ１５ｍｍ角程度の投影像を２次元的に機械的に走査するために、ウエハステージ２６をＸ方向及びＹ方向に連続的に移動するのに要する時間と比べると、かなり短い時間である。
【００４０】
図３に戻り、マイクロミラーアレイ３５中の１つのマイクロミラー３５（ａ，ｂ）によって順次−Ｘ方向に反射された光束は、前群３６ａ及び後群３６ｂよりなる第１リレーレンズ系３６によって、複数の光ファイバーを束ねて形成された光ガイド３７の一方の端面（入射端）に集光される。リレーレンズ系３６は、マイクロミラーアレイ３５の反射面でほぼ−Ｘ方向に反射された光束を光ガイド３７の入射端に集光するものである。光ガイド３７の入射端の近傍には、外乱光を除くための絞り部材４３が配置されている。
【００４１】
図２に戻り、光ガイド３７はウエハステージ２６の内部に収納されており、光ガイド３７の他方の端面（射出端）の近傍に光束を＋Ｚ方向に折り曲げるためのミラー３８と、その＋Ｚ方向に向かう光束をほぼ平行光束にするための第２リレーレンズ系前群３９とが配置されている。このようにコリメートレンズ３３から第２リレーレンズ系前群３９までの受光光学系がウエハステージ２６の内部に配置されている。そして、光ガイド３７の内部を伝播した光は、その射出端より射出し、反射ミラー３８及び第２リレーレンズ系前群３９を経て、ほぼ＋Ｚ方向にウエハステージ２６の外部のフレーム４２の底面の開口に入射する。
【００４２】
フレーム４２内には、第２リレーレンズ系後群４０及び受光部が実質上一つの検出器（光電検出器）としてのフォトマルチプライヤ（光電子増倍管）４１が配置されている。即ち、第２リレーレンズ系後群４０及びフォトマルチプライヤ４１よりなる検出部が、ウエハステージ２６の外部に配置されている。そして、第２リレーレンズ系前群３９からの光束は、第２リレーレンズ系後群４０によってフォトマルチプライヤ４１の受光面に集光されて光電変換される。ただし、十分な光量あるいは感度があれば、検出器としてフォトマルチプライヤ４１以外の受光センサを使用してもよい。フォトマルチプライヤ４１の出力信号（光量分布の情報）は、情報処理装置１６に供給される。情報処理装置１６には、露光量モニタ１４の出力信号と、ウエハＷ又は開口板３２の上面の高さの情報を示すオートフォーカス系２８の出力信号も供給される。
【００４３】
ウエハステージ２６の上面の開口板３２と、ウエハステージ２６の内部のコリメートレンズ３３から第２リレーレンズ系前群３９までの受光光学系と、フレーム４２に固定された第２リレーレンズ系後群４０及びフォトマルチプライヤ４１からなる検出部とから波面収差計測用の光学系が構成され、この光学系と情報処理装置１６（演算装置）とから波面収差の計測装置（光学特性計測装置）が構成されている。なお、オートフォーカス系２８の出力信号は、例えば投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を計測するような場合に使用されるが、本例ではオートフォーカス系２８の出力信号は、情報処理装置１６では使用する必要はない。また、露光量モニタ１４の出力信号は、照明光ＩＬの光量が変化するような場合に、フォトマルチプライヤ４１の出力信号を露光量モニタ１４の出力信号で除算して規格化するために使用される。特に照明光ＩＬがエキシマレーザ光のようなパルス光で、パルス毎のばらつきがあるような場合には、その規格化によってパルス光ごとの出力のばらつきの影響を軽減することができる。以下では簡単のため、フォトマルチプライヤ４１の出力信号を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を評価するものとして説明する。
【００４４】
次に、図２のフォトマルチプライヤ４１の出力信号を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を求めるための処理の一例につき説明する。
一般に、投影露光装置では、図１の照明光学系１２から供給される照明光ＩＬの開口数ＮＡｉ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を用いて図２のマスクＭ１の開口部３１ａを照明しても、開口部３１ａを介した光が投影光学系の瞳全体を計測するためには不充分な開口数で投影光学系ＰＬに入射することになる。この対策として、図２において、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３１ａを照明（インコヒーレント照明）するために、マスクＭ１の上方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（不図示）を備えてもよい。
【００４５】
このように拡散板を用いる場合には、この拡散板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、図１の照明系の開口絞り５の近傍に配置することが望ましい。ただし、照明光学系１２から供給される照明光ＩＬの開口数ＮＡｉ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を用いることなく計測を行うことも可能である。
【００４６】
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３１ａを照明する。この場合、図３に示すように、計測装置の光学系のマイクロレンズアレイ３４の各微小レンズ３４ａ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３４ａ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３１ａ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、開口板３２の開口部３２ａの中央に開口部３１ａの像が形成されるように設定されている。即ち、開口部３２ａは、投影光学系ＰＬを介して形成される開口部３１ａの像よりも実質的に大きく設定されている。
【００４７】
図６は、図３の傾斜して配置されたマイクロミラーアレイ３５の反射面（マイクロレンズアレイ３４による結像面）に形成される像を示す拡大図であり、この図６に示すように、図３の個々の微小レンズ３４ａ（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３１ａの像（２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が投影光学系ＰＬの波面収差の情報を含んでいる。この場合、図６の開口部３１ａの像の配列数（ここでは５×５＝２５）に比べて、図５のマイクロミラーアレイ３５を構成するマイクロミラー３５（ｉ，ｊ）の配列数（例えば８００×６００）は十分に大きく設定されているため、マイクロミラー３５（ｉ，ｊ）の反射角を逐次切り換えてフォトマルチプライヤ４１の出力信号を取り込む（走査する）ことによって、図２の情報処理装置１６の演算部では、図６の複数の開口部３１ａの像の光量分布を十分な分解能で検出することができる。
【００４８】
情報処理装置１６の演算部では、その光量分布を画像処理することによって、一例として図６の各結像位置のずれに対応するベクトル５１Ａ〜５１Ｙの情報を求め、この情報から投影光学系ＰＬを通過した光束の波面収差を求める。なお、情報処理装置１６において、そのベクトルに加えて、図６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。
【００４９】
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３１ａ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。計測装置の光学系に波面収差などに起因する誤差がない場合、図６の計測用の各基準位置５３Ａ〜５３Ｙは、マイクロレンズアレイ３４の各微小レンズ３４ａの光軸上に設定される。実際には、投影光学系ＰＬ及び計測装置の光学系に波面収差が残存しているため、開口部３１ａ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、図６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のコリメートレンズ３３中を通過する光の波面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。
【００５０】
ただし、本例では、マイクロミラーアレイ３５において解像可能な大きさの開口部３１ａの像を結像させる方式であるため、開口部３１ａ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３１ａの形状は円形状に限定されることがない。また、開口部３１ａからフォトマルチプライヤ４１までの光路における透過率は計測装置の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、フォトマルチプライヤ４１に対して充分な照度を提供することが可能となる。
【００５１】
また、その波面収差の計測結果から、収差のチルト成分、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）を求めることができ、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。上述の波面収差の計測動作は、マスクＭ１に設けられた残りの複数の開口部３１ａについて同様に順次行われる。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。
【００５２】
例えばメンテナンス時の波面収差の計測結果は図１の主制御系１７に供給され、主制御系１７は、必要に応じて上記の投影光学系ＰＬのレンズの位置や傾斜角を調整する補正機構（不図示）を介して波面収差を補正する。また、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置が変化した場合には、オートフォーカス系２８のオフセット値を補正する。これによって、常に最良の結像特性のもとで露光を行うことができる。
【００５３】
このように本例によれば、マイクロミラーアレイ３５を用いて２次元の光量分布の情報を時間軸上の情報として逐次取り込む（走査する）ことができる。従って、高感度のフォトマルチプライヤ４１を用いた状態で、かつウエハステージ２６を１次元又は２次元的に走査することなく、高感度に迅速に投影光学系ＰＬを通過した光束の２次元的な光量分布を検出することができる。その光量分布の情報を用いることによって、投影光学系ＰＬの波面収差を効率的にかつ高精度に求めることができる。
【００５４】
また、ウエハステージ２６内に光ガイド３７を配置してフォトマルチプライヤ４１をウエハステージ２６の外部に配置しているため、ウエハステージ２６を小型化できるとともに、ウエハステージ２６内の温度上昇を抑制することができる。さらに、ウエハステージ２６内に加速度センサや温度センサ等も容易に配置することができる。
なお、光ガイド３７の代わりに、ミラーやリレー光学系を介して光束を導く送光光学系を用いることも可能である。さらに、フォトマルチプライヤ４１が小型化されたような場合には、光ガイド３７（又は送光光学系）を省いてウエハステージ２６内にフォトマルチプライヤ４１を配置することも可能である。
【００５５】
また、本例では、マイクロレンズアレイ３４を実質的にアオリの光学系として、マイクロミラーアレイ３５（光束分割素子）で光束を折り曲げる部材と光束を走査する部材とを兼用しているため、計測装置の光学系をコンパクトにまとめることができる。しかしながら、例えば光学系を縦に配置できるか、又は光束を折り曲げる部分に光ガイドのような可撓性を持つ部材を使用する場合には、アオリの光学系を用いることなく、その光束分割素子として後述の液晶シャッターのような透過型の光束分割素子を使用してもよい。また、マイクロレンズアレイ３４で生成した像を一旦リレーしてからマイクロミラーアレイ３５に導いてもよく、その場合は、マイクロレンズアレイではなくリレー光学系にアオリ機能を持たせてもよい。
【００５６】
なお、上記の実施形態では光束分割素子としてマイクロミラーアレイ３５を用いているが、光束分割素子としては、反射率分布を制御できる素子を使用してもよい。また、上記の実施形態では光束分割素子として反射型素子であるマイクロミラーアレイ３５を用いているが、このように光束分割素子を反射型で用いる場合、各マイクロミラーに反射率むらがあると測定誤差となる。この測定誤差を低減するためには、予め測定前に照度分布が均一な光束を照射してマイクロミラーアレイ３５の個々のマイクロミラーの反射率特性を計測して記憶しておき、波面収差の計測時にその記憶してある反射率特性で計測結果のキャリブレーションを行うことが望ましい。あるいは特開２００３−２６２９４８号公報に開示されているような方法でキャリブレーションを行っておくことが望ましい。
【００５７】
また、光束分割素子として、微細な液晶セルを縦横に配列した液晶シャッターを用いてもよい。液晶シャッターを用いる場合には、一例として図３においてマイクロミラーアレイ３５の代わりに通常のミラーを配置し、このミラーとマイクロレンズアレイ３４とを離して配置して、マイクロレンズアレイ３４の後側焦点面の近傍にその液晶シャッターを配置してもよい。あるいは、ミラーとファイバー３７との間の投影光学系の瞳とほぼ共役になる位置に液晶シャッターを配置してもよい。このように透過型の光束分割素子を用いる場合には、予め各液晶セルの透過率特性を計測して記憶しておき、波面収差の計測時には計測結果のキャリブレーションを行うことが望ましい。
【００５８】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態につき図７〜図９を参照して説明する。本例は、投影露光装置の投影光学系（被検光学系）の像面の情報に基づく結像特性を計測する場合に、本発明を適用したものである。本例の投影露光装置は基本的に図１の投影露光装置と同様であるが、光学特性計測装置としての結像特性の計測装置の光学系の部分が異なっている。以下、図７及び図８において、図２及び図３に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
【００５９】
図７は、本例の投影露光装置に備えられた結像特性の計測装置を示し、この図７において、マスクステージ１９上にはマスクＭが保持され、マスクＭには所定配置で複数の計測用のマーク４５が形成されており、マスクＭは照明光ＩＬで照明されている。本例の計測装置の光学系も、ウエハＷの近傍でウエハステージ２６の上面に固定された開口板３２Ａを備えており、開口板３２Ａ上の所定の透過部内には、Ｘ方向に所定間隔でそれぞれＸ方向に所定ピッチで形成された１対のライン・アンド・スペースパターンと、Ｙ方向に所定間隔でそれぞれＹ方向に所定ピッチで形成された１対のライン・アンド・スペースパターンとからなる基準マーク４６が形成されている。この場合、マスクＭ上の計測対象のマーク４５の投影光学系ＰＬによる像の中心と、基準マーク４６の中心とがほぼ合致するように、ウエハステージ２６が位置決めされている。
【００６０】
図８は、図７の開口板３２Ａの底面側の光学系の一部の拡大図であり、この図８において、開口板３２Ａの底面に順次前群４７ａ及び後群４７ｂよりなるリレーレンズ系４７と、図３のマイクロミラーアレイ３５と同じ構成のマイクロミラーアレイ４９（可動ミラーアレイ）とが配置されている。マイクロミラーアレイ４９は、多数の微小なマイクロミラー４９（ｉ，ｊ）（可動ミラー）を例えば５００〜１０００行で５００〜１０００列程度密着するように配置して構成され、その中の１つのマイクロミラー４９（ａ，ｂ）の反射角が逐次光軸に対してほぼ４５°に設定されて、入射する光束をほぼ−Ｘ方向に反射する。マイクロミラーアレイ４９の反射面は、光軸（Ｚ軸に平行な軸）に対してほぼ４５°傾斜しており、マイクロミラーアレイ４９から−Ｘ方向に反射された光束が、第１リレーレンズ系３６を介して光ガイド３７に送られる。
【００６１】
この構成において、開口板３２Ａを通過した照明光ＩＬは、リレーレンズ系４７を介して、光軸に対してほぼ４５°で傾斜して配置されたマイクロミラーアレイ４９の反射面にマーク４５及び基準マーク４６の像を形成する。即ち、リレーレンズ系４７はアオリの光学系として作用しており、マイクロミラーアレイ４９の反射面は投影光学系ＰＬの像面とほぼ共役である。これ以外の計測装置の光学系の構成は、第１の実施形態と同様であり、マイクロミラーアレイ４９の反射面（像面との共役面）の光量分布がマイクロミラーアレイ４９の各マイクロミラーによって逐次読み出されて、光ガイド３７等を介して図７のフォトマルチプライヤ４１（検出器）で受光される。
【００６２】
図９は、マイクロミラーアレイ４９の反射面に形成される投影像の一例を示し、この図９において、図７のＸ方向及びＹ方向に対応する方向がそれぞれｘ方向及びｙ方向とされている。そして、図７の開口板３２Ａの基準マーク４６の像４６Ｐの中にマスクＭのマーク４５の像４５Ｐが形成されている。図７の情報処理装置１６では、マイクロミラーアレイ４９で走査して読み出した光束をフォトマルチプライヤ４１を介して光電変換して取り込むことによって、ウエハステージ２６を移動することなく、図９の２つのマークの像４６Ｐ及び４５Ｐの２次元の光量分布の情報を迅速に求めることができる。その光量分布の情報から、基準マークの像４６Ｐに対するマスクＭ上のマークの像４５Ｐのｘ方向及びｙ方向への位置ずれ量が求められる。そして、一例として、図７のマスクＭ上の複数のマークについてその像の位置ずれ量を求めることによって、投影光学系ＰＬの倍率誤差、ディストーション、コマ収差などの波面収差等の結像特性を求めることができる。
【００６３】
また、図９の光量分布の情報を用いて、マスクＭ上のマーク４５の像４５Ｐの光量分布をフーリエ級数に展開して得られる所定次数の係数に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性を求めることで、ノイズの影響を軽減できる場合がある。このようにノイズの影響を軽減するために、光量分布（光強度分布）をフーリエ級数に展開する方法の詳細は、特開２０００−１２１４９８号公報に開示されている。
【００６４】
また、図９の光量分布の情報から、マスクＭ上のマーク４５の像４５Ｐのコントラストを求めてもよい。この場合、ウエハステージ２６で開口板３２ＡのＺ方向の位置（フォーカス位置）を変化させながらそのコントラストを求め、最も高いコントラストが得られるときのフォーカス位置を特定することで、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を求めることもできる。この場合、ウエハステージ２６によって開口板３２Ａのフォーカス位置を変える代わりに、リレーレンズ系４７中の前群４７ａ又は後群４７ｂのＺ方向の位置を変えて、リレーレンズ系４７による結像面の位置をＺ方向にずらしてもよい。また、マーク４５のパターンを複数種類計測することで、球面収差などの波面収差も計測できる。
【００６５】
また、図７において、例えばマスクＭ上に計測用のマークとして隣接する２つの微小な開口パターンを形成しておき、開口板３２Ａを透過部として、マイクロミラーアレイ４９を投影光学系ＰＬの瞳面とほぼ共役な面に配置してもよい。この構成では、マイクロミラーアレイ４９の反射面には、所定ピッチの干渉縞が形成されるため、この干渉縞の光量分布を計測することによって、投影光学系ＰＬの波面収差等の結像特性を求めることができる。このように一種のシアリング干渉測定法によって投影光学系ＰＬの結像特性を求める方法の詳細については、特開２００３−３０２２０５号公報及び特開２００３−８６５０１号公報に開示されている。
本実施形態によれば、ステージ制御の精度（干渉計のゆらぎなど）によらない高精度で、かつ安定した計測が可能となる。また、上述の例では基準マーク４６に対するパターン４５の位置ずれを計測する例を示したが、図８の開口板３２Ａ〜マイクロミラーアレイ４９よりなる光学系が十分に安定している場合にはマイクロミラー４９の座標（ｉ，ｊ）を基準とする計測を行うことができる。この場合、基準マーク４６は不要となる。
【００６６】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態につき図１０及び図１１を参照して説明する。本例は、検出器を共通に用いて投影光学系（被検光学系）の瞳面の情報及び像面の情報に基づく複数の結像特性を計測するものである。本例の投影露光装置も基本的に図１の投影露光装置と同様であるが、結像特性の計測装置（光学特性計測装置）の光学系の部分が異なっている。以下、図１０及び図１１において、図２、図３、図７、及び図８に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
【００６７】
図１０は、本例の投影露光装置に備えられた結像特性の計測装置を示し、この図１０において、本例の計測装置の光学系も、ウエハＷの近傍でウエハステージ２６の上面に固定された開口板３２Ｂを備えており、開口板３２Ｂ上には図２と同様の開口部３２ａ及び図７と同様の基準マーク４６がＸ方向に離れて形成されている。
図１１は、図１０の開口板３２Ｂの底面側の光学系の一部の拡大図であり、この図１１において、開口板３２Ｂの基準パターン４６の底面に順次リレーレンズ系５２と、マイクロミラーアレイ４９（光束分割素子）とが配置されている。マイクロミラーアレイ４９は光束切り換え部材としての駆動部５４に連結されており、駆動部５４は、マイクロミラーアレイ４９の反射面が光軸（Ｚ軸に平行な軸）に対して４５°で交差する第１の状態（図１１の実線の状態）と、マイクロミラーアレイ４９の反射面がその光軸に垂直になる第２の状態（待避した状態）Ｐ１との間でマイクロミラーアレイ４９の位置を切り換える。マイクロミラーアレイ４９がその第１の状態にあるときには、照明光ＩＬ１のもとで基準パターン４６のリレーレンズ系５２による像がマイクロミラーアレイ４９の反射面に結像される。即ち、リレーレンズ系５２はアオリの光学系である。そして、マイクロミラーアレイ４９内の多数のマイクロミラーを駆動して逐次読み出される（走査される）光束は、第１リレーレンズ系３６を介して光ガイド３７に送られる。リレーレンズ系５２とマイクロミラーアレイ４９とから第１の計測用光学系５６が構成されている。
【００６８】
一方、開口板３２Ｂの開口部３２ａの底面に順次、コリメートレンズ３３、マイクロレンズアレイ３４、及びマイクロミラーアレイ３５（光束分割素子）が配置され、開口部３２ａを通過した照明光ＩＬ２は、コリメートレンズ３３及びマイクロレンズアレイ３４を介して、光軸に対して４５°で傾斜して配置されたマイクロミラーアレイ３５の反射面に複数の開口部の像を形成する。そして、第１の計測用光学系５６内のマイクロミラーアレイ４９が上記の第１の状態にあるときには、マイクロミラーアレイ３５で反射された光束はマイクロミラーアレイ４９で遮光される。また、マイクロミラーアレイ４９が上記の第２の状態に待避しているときには、マイクロミラーアレイ３５内の多数のマイクロミラーを駆動して逐次読み出される（走査される）光束は、レンズ系５０及び第１リレーレンズ系３６を介して光ガイド３７に送られる。コリメートレンズ３３と、マイクロレンズアレイ３４と、マイクロミラーアレイ３５とから第２の計測用光学系５５が構成されている。
【００６９】
この他の光学系の構成は、例えば図２の第１の実施形態と同様であり、図１０において、光ガイド３７に入射した光束は、フォトマルチプライヤ４１（検出器）で受光される。この場合、図１１の駆動部５４によってマイクロミラーアレイ４９の位置を切り換えることによって、計測用光学系５５及び５６のいずれかの光束を共通のフォトマルチプライヤ４１で受光することができる。そして、第２の計測用光学系５５を介した光束を受光することによって、第１の実施形態と同様に、投影光学系ＰＬの瞳面の情報に基づく結像特性を計測でき、第１の計測用光学系５６を介した光束を受光することによって、第２の実施形態と同様に、投影光学系ＰＬの像面の情報に基づく結像特性を計測できる。
【００７０】
従って、本例によれば、２つの計測用光学系５５，５６を持ちながら、検出器としてのフォトマルチプライヤ４１を共通化することが可能となり、ウエハステージ２６の大型化を最小限にして、より多くの投影光学系ＰＬの結像特性を計測することができる。
なお、図１１において、２つの計測用光学系５５，５６の位置を入れ換えてもよい。また、照明光の光量に余裕があるような場合には、リレーレンズ系５２を通常の光学系として、マイクロミラーアレイ４９をハーフミラーとして、リレーレンズ系５２とハーフミラーとの間の結像面に例えば液晶シャッター方式の光束分割素子を配置してもよい。この場合には、機械的な可動部を用いることなく、計測用光学系５５，５６からの光束を切り換えることができるため、安定した測定系が実現できる。
【００７１】
また、基準パターン４６をナイフエッジとして、マイクロミラーアレイ４９を通常の全反射ミラーとして、計測用光学系５６を用いる場合には、ウエハステージ２６を走査するようにしてもよい。なお、全反射ミラーの代わりにハーフミラーを用いることも可能である。あるいは、そのミラー（合成部）の代わりに、電気的に反射と透過を可変にできる調光ミラーを配置することもできる。さらに、計測用光学系５５及び５６の照明光の波長に違いがある場合には、ミラー（合成部）としてダイクロイックミラーを用いることもできる。
【００７２】
［その他の実施形態］
上述の実施形態は、光学系の光学特性のうちで、投影光学系のベストフォーカス位置、波面収差、及びディストーションなどの結像特性を計測する場合に本発明を適用したものである。これ以外に、光学特性として計測が要求されるものとして、図１の照明光学系１２（照明系）内での照明光の強度分布（例えばコヒーレンスファクタ（σ値））、投影光学系ＰＬ（結像系）の開口数、照明系から結像系までの瞳空間の強度分布などがある。これらの計測は、図３の光学系を変形して対応する部分に同一符号を付した図１２の光学系を用いることで行うことができる。
【００７３】
図１２は、そのような光学特性の計測装置の光学系の要部を示し、この図１２において、開口板３２の開口部３２ａを通過した照明光ＩＬは、コリメートレンズ３３を介して、ほぼ平行光束となってマイクロミラーアレイ３５の反射面に照射され、マイクロミラーアレイ３５の各マイクロミラー３５（ｉ，ｊ）によって逐次取り出された（走査された）光束が第１リレーレンズ系３６を介して光ガイド３７に送られている。この他の構成は図２の第１の実施形態と同様であり、光ガイド３７から射出される光束は図２のフォトマルチプライヤ４１と同様の検出器で受光される。
【００７４】
この場合、その検出器の出力信号を取り込むことによって、図１の投影光学系ＰＬの瞳面と共役な面での照明光ＩＬの光量分布（強度分布）を計測することができる。そこで、例えば図１２の開口部３２ａを大きくして、開口部３２ａと図１の投影光学系ＰＬに関して共役なマスク上の位置に小さい開口部を配置しておくことによって、図１の照明光学系１２の瞳面上での光量分布、ひいてはσ値を計測することができる。この際に、照明系の開口絞り５の開口を輪帯状や変形光源に設定したときには、その輪帯状の開口や変形光源の形状を計測することもできる。
【００７５】
また、そのマスク上の開口部を大きくして、かつそのマスク上に拡散板等の開口数拡大手段を配置しておくことによって、投影光学系ＰＬの瞳面上での光量分布、ひいては投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを計測することができる。
さらに、光学系の光学特性として偏光特性の計測が要求される場合には、図１２の光学系を変形して対応する部分に同一符号を付した図１３の光学系を用いることで、その偏光特性を計測できる。
【００７６】
図１３は、そのような偏光特性の計測装置の光学系の要部を示し、この図１３において、開口板３２の開口部３２ａを通過した照明光ＩＬは、コリメートレンズ３３によってほぼ平行光束に変換された後、光軸の周りに回転可能な偏光ビームスプリッタ５７及び１／４波長板５８を介してマイクロミラーアレイ３５（光束分割素子）の反射面に照射され、マイクロミラーアレイ３５の各マイクロミラー３５（ｉ，ｊ）によって逐次取り出された（走査された）光束が第１リレーレンズ系３６を介して光ガイド３７に送られている。この他の構成は図２の第１の実施形態と同様であり、光ガイド３７から射出される光束は図２のフォトマルチプライヤ４１と同様の検出器で受光される。この場合、その検出器の出力信号を取り込むことによって、図１の投影光学系ＰＬの瞳面と共役な面での照明光ＩＬの光量分布（強度分布）を計測することができる。
【００７７】
この変形例では、偏光ビームスプリッタ５７の回転角を変えることで、図１の投影光学系ＰＬを通過した照明光ＩＬのうちで所定の直線偏光成分よりなる光束のみを取り出すことができ、この取り出された光束は１／４波長板５８によってほぼ円偏光状態でマイクロミラーアレイ３５に入射する。従って、その検出器の出力信号を取り込んで光量分布を求めることによって、投影光学系ＰＬの瞳面と共役な面における所定の直線偏光成分の光量分布（偏光特性）を求めることができる。
【００７８】
また、上記の実施形態では、被検光学系は透過型の光学系であったが、被検光学系が反射型の光学系又は反射屈折型の光学系であっても、透過型の光学系の場合と同様に光学特性を計測することができる。さらに、本発明は、投影露光装置の照明光学系や投影光学系のみならず、一般の照明系や結像系の光学特性を計測する場合にも適用できることは言うまでもない。
また、上記の例は一点の像高に対する光学特性の計測を行う例であったが、複数の像高について同じ計測を行えば、各像高における光学特性を計測することができる。また、逐次に光束を分割する部材の前にビームスプリッターを設けて計測系を２つに分割し、１つの計測系でのＸ方向の逐次検出と、もう１つの計測系でのＹ方向の逐次検出とを同時に行えば、計測時間を短縮することができる。
【００７９】
なお、上述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、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、その投影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。
【００８０】
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。
【００８１】
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において、照明光学系や投影光学系の光学特性を計測する際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撮像素子等）、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。
【００８２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の露光装置によれば、ステージを大型化することなく、投影光学系の結像特性を効率的に計測できる。従って、ステージを高機能化することができるとともに、各種デバイスを高精度に、かつ高スループットで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施形態で使用される投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の投影露光装置に備えられた波面収差の計測装置を示す一部を切り欠いた図である。
【図３】図２の開口板３２の底面側に配置された光学系の一部を示す拡大図である。
【図４】（Ａ）は図２の計測用のマスクＭ１に形成された開口部の配置の一例を示す平面図、（Ｂ）は図２の開口板３２の開口部の配置の一例を示す平面図である。
【図５】図３中のマイクロミラーアレイ３５の反射面を示す拡大図である。
【図６】図３中のマイクロミラーアレイ３５の反射面に形成される像を示す拡大図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の投影露光装置に備えられた結像特性の計測装置を示す一部を切り欠いた図である。
【図８】図７の開口板３２Ａの底面側に配置された光学系の一部を示す拡大図である。
【図９】図８中のマイクロミラーアレイ４９の反射面に形成される像を示す拡大図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の投影露光装置に備えられた結像特性の計測装置を示す一部を切り欠いた図である。
【図１１】図１０の開口板３２Ｂの底面側に配置された光学系の一部を示す拡大図である。
【図１２】光学系の開口数等を計測する際に使用できる計測装置の光学系の一部を示す図である。
【図１３】光学系の偏光特性を計測する際に使用できる計測装置の光学系の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
Ｍ…マスク、Ｍ１…計測用のマスク、Ｗ…ウエハ、ＰＬ…投影光学系、１２…照明光学系、１６…情報処理装置、２６…ウエハステージ、３１ａ…開口部、３２，３２Ａ，３２Ｂ…開口板、３２ａ…開口部、３３…コリメートレンズ、３４…マイクロレンズアレイ、３５，４９…マイクロミラーアレイ、３６…リレーレンズ系、３７…光ガイド、４１…フォトマルチプライヤ、４６…基準パターン、４７…リレーレンズ系、５４…駆動部、５７…偏光ビームスプリッタ、５８…１／４波長板
【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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