(57)【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であって、
前記被検光学系を照明光で照明する照明系と、
前記照明光の偏光状態を設定する偏光部材と、
前記被検光学系を介した光を前記被検光学系の瞳面における位相情報に対応する光量分布を持つ光に変換する受光系と、
前記受光系で変換された光を検出する光電検出器とを備え、
前記受光系は、前記被検光学系の瞳面と共役な面又はこの近傍の面において前記被検光学系を介した光束を分割する波面分割素子と、前記波面分割素子の近傍に配置されて所定の偏光状態の光を選択する偏光素子とを含むことを特徴とする光学特性計測装置。
【請求項２】
前記偏光部材で設定する前記照明光の偏光方向と、前記偏光素子で選択する光の偏光方向とが異なる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】
前記被検光学系の物体面に配置されたマスクをさらに備え、
前記偏光部材の少なくとも一部が、前記マスクに設けられた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】
前記マスクに設けられる部材は、拡散素子、旋光素子、偏光板、及び偏光ビームスプリッタのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項３に記載の光学特性計測装置。
【請求項５】
被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、
前記被検光学系を照明光で照明する照明系と、
前記被検光学系の瞳面と共役な面又はこの近傍の面において前記被検光学系を介した光束を分割する波面分割素子と、
前記波面分割素子の近傍に配置されて所定の偏光状態の光を選択する偏光素子と、
前記波面分割素子及び前記偏光素子を介した光を受光する光電検出器とを備えたことを特徴とする光学特性計測装置。
【請求項６】
前記照明光の偏光状態を設定する偏光部材を有し、
前記偏光部材で設定する前記照明光の偏光方向と、前記偏光素子で選択する光の偏光方向とが異なることを特徴とする請求項５に記載の光学特性計測装置。
【請求項７】
前記被検光学系の物体面に配置されたマスクをさらに備え、
前記偏光部材の少なくとも一部が、前記マスクに設けられたことを特徴とする請求項６に記載の光学特性計測装置。
【請求項８】
前記マスクに設けられる部材は、拡散素子、旋光素子、偏光板、及び偏光ビームスプリッタのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項７に記載の光学特性計測装置。
【請求項９】
被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、
前記被検光学系を照明光で照明する照明系と、
前記照明光の偏光状態を互いに異なる複数の偏光状態に設定する偏光部材と、
前記被検光学系を介した光を前記被検光学系の瞳面における位相情報に対応する光量分布を持つ光に変換する受光系と、
前記受光系で変換された光を検出する光電検出器と、
前記偏光部材によって設定された複数の偏光状態毎に、前記光電検出器によってそれぞれ得られる検出結果に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する演算装置と、
を備えたことを特徴とする光学特性計測装置。
【請求項１０】
前記偏光部材は、前記照明光の偏光方向を設定する偏光素子と、前記被検光学系の物体面又はこの面との共役面の近傍に配置されて前記照明光を拡散する拡散素子とを含むことを特徴とする請求項９に記載の光学特性計測装置。
【請求項１１】
前記拡散素子は、拡散板又は回折光学素子であることを特徴とする請求項１０に記載の光学特性計測装置。
【請求項１２】
前記照明系は、前記照明系の瞳面において光軸から離れた２つの領域で他の領域に対して光量が大きくなる２極照明で前記被検光学系を照明可能であり、
前記偏光部材は、前記照明光の偏光方向を設定する偏光素子と、前記被検光学系の物体面又はこの面との共役面の近傍に配置されて前記照明光を拡散する拡散素子とを含むことを特徴とする請求項９に記載の光学特性計測装置。
【請求項１３】
前記被検光学系の物体面に配置されたマスクをさらに備え、
前記偏光部材の少なくとも一部が、前記マスクに設けられたことを特徴とする請求項９から１２のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項１４】
前記マスクに設けられる部材は、拡散素子、旋光素子、偏光板、及び偏光ビームスプリッタのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１３に記載の光学特性計測装置。
【請求項１５】
前記被検光学系の開口数に応じて前記光電検出器の検出結果を補正することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項１６】
マスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンを感光体上に転写する投影光学系とを有する露光装置において、
前記感光体を保持して２次元平面内を移動するステージと、
前記ステージに設けられ、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方を前記被検光学系とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の光学特性計測装置と、
前記光学特性計測装置の計測結果に基づいて、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を調整する調整機構とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項１７】
被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法であって、
前記被検光学系を照明光で照明し、
前記照明光の偏光状態を互いに異なる複数の偏光状態に設定し、
前記被検光学系を介した光を前記被検光学系の瞳面における位相情報に対応する光量分布を持つ光に変換し、
前記変換された光を検出し、
設定された複数の偏光状態毎に得られるそれぞれの検出結果に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項１８】
前記照明光の偏光状態を設定するときに、前記被検光学系の物体面又はこの面との共役面の近傍で前記照明光を拡散することを特徴とする請求項１７に記載の光学特性計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検光学系の波面収差等の光学特性を計測するための光学特性計測技術、及びこの光学特性計測技術を用いる露光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスを製造するためのリソグラフィ工程中で、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンを投影光学系を介してレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）の各ショット領域に転写するために、ステッパー又はスキャニングステッパー等の露光装置が使用されている。これらの露光装置を用いて微細パターンをウエハ上に高精度に転写するためには、投影光学系の光学特性としての収差特性が所定条件を満たすことが要求される。そのためには、先ず投影光学系の収差を正確に計測（評価）する必要があり、従来より様々な計測装置が使用されている。
【０００３】
例えば投影光学系の波面収差を計測するために、投影光学系を介して開口パターンの一次像を投影し、その一次像からの光束を複数に波面分割し、このように波面分割された複数の光束からそれぞれ二次像を形成し、これらの二次像を光電検出する方式の計測装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この計測装置では、一例として、複数の二次像の所定の基準位置からの横シフト量等に基づいて、その投影光学系の波面収差が求められている。
【特許文献１】特開２００２−７１５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体デバイス等が益々微細化するのに応じて、露光装置においては、解像度や焦点深度等の結像特性を向上するために、露光用の照明光として直線偏光の光又は照明光学系の瞳面における輪帯状の領域においてほぼ円周方向に偏光した光のように、所定の偏光状態の光を用いるいわゆる偏光照明が使用されている。偏光照明を用いて種々のパターンを露光する場合の投影光学系の収差を正確に計算（予測）するためには、予め照明光学系又は投影光学系の瞳面のほぼ全面における照明光の偏光状態を所定の状態に制御して、収差を計測しておくことが望ましい。
【０００５】
しかしながら、従来の計測装置又は露光装置は、投影光学系の収差を計測する際に、照明光の偏光状態を考慮して計測できなかった。
本発明は、このような課題に鑑み、照明光学系や投影光学系等の光学系の光学特性を計測する際に、照明光の偏光状態を考慮して計測できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による第１の光学特性計測装置は、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、その被検光学系を照明光で照明する照明系（１，１２）と、その照明光の偏光状態を設定する偏光部材（２，３８）と、その被検光学系を介した光をその被検光学系の瞳面における位相情報に対応する光量分布を持つ光に変換する受光系（２３，２４）と、その受光系で変換された光を検出する光電検出器（２５）とを備え、その受光系は、その被検光学系の瞳面と共役な面又はこの近傍の面においてその被検光学系を介した光束を分割する波面分割素子（２４）と、その波面分割素子の近傍に配置されて所定の偏光状態の光を選択する偏光素子（４０）とを含むものである。
【０００７】
本発明によれば、その偏光部材によってその照明光の偏光状態を通常の使用時とは異なる状態に制御できる。
また、本発明による第２の光学特性計測装置は、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、その被検光学系を照明光で照明する照明系（１，１２）と、その被検光学系の瞳面と共役な面又はこの近傍の面においてその被検光学系を介した光束を分割する波面分割素子（２４）と、その波面分割素子の近傍に配置されて所定の偏光状態の光を選択する偏光素子（４０）と、その波面分割素子及びその偏光素子を介した光を受光する光電検出器（２５）とを備えたものである。本発明によれば、その偏光素子によって、通常の使用時とは異なる偏光状態の照明光を受光できる。
また、本発明による第３の光学特性計測装置は、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、その被検光学系を照明光で照明する照明系（１，１２）と、その照明光の偏光状態を互いに異なる複数の偏光状態に設定する偏光部材（２，３８）と、その被検光学系を介した光を前記被検光学系の瞳面における位相情報に対応する光量分布を持つ光に変換する受光系（２３，２４）と、その受光系で変換された光を検出する光電検出器（２５）と、その偏光部材によって設定された複数の偏光状態毎に、その光電検出器によってそれぞれ得られる検出結果に基づいて、その被検光学系の光学特性を算出する演算装置（２０）と、を備えたものである。本発明によれば、その偏光部材によってその照明光の偏光状態を通常の使用時とは異なる状態に制御できる。
【０００８】
また、本発明による露光装置は、マスクを照明する照明光学系（１２）と、そのマスクのパターンを感光体上に転写する投影光学系（ＰＬ）とを有する露光装置において、その感光体を保持して２次元平面内を移動するステージ（ＷＳＴ）と、そのステージに設けられ、その照明光学系及びその投影光学系の少なくとも一方をその被検光学系とする本発明の光学特性計測装置（１，１２，２１）と、その光学特性計測装置の計測結果に基づいて、その照明光学系及びその投影光学系の少なくとも一方の光学特性を調整する調整機構（２６，ＰＬ）とを備えたものである。
【０００９】
また、本発明による光学特性計測方法は、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法であって、その被検光学系を照明光で照明し、その照明光の偏光状態を互いに異なる複数の偏光状態に設定し、その被検光学系を介した光をその被検光学系の瞳面における位相情報に対応する光量分布を持つ光に変換し、その変換された光を検出し、設定された複数の偏光状態毎に得られるそれぞれの検出結果に基づいて、その被検光学系の光学特性を算出するものである。本発明によれば、照明光の偏光状態を考慮して被検光学系の光学特性を計測できる。
【００１０】
なお、以上の本発明の所定の要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図１１を参照して説明する。
図１は、本例のスキャニングステッパーよりなる走査露光型の露光装置１００の概略構成を示し、この図１において、露光用の光源１及び照明光学系１２よりなる照明系、レチクル（マスク）を保持して移動するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、レジストが塗布されたウエハＷ（感光体）を保持して移動するウエハステージＷＳＴ、並びにコンピュータからなり装置全体を統括制御するとともに、種々の演算処理を行う主制御装置２０（演算装置）等を備えている。光源１として、ここではＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、光源１としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４７ｎｍ）、Ｆ2 レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ2 レーザ光源（波長１４６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置なども使用することができる。光源１においては、主制御装置２０からの制御情報に基づいて、パルス発振するレーザビームＬＢの出力のオン・オフ、パルスエネルギー、発振周波数、中心波長、及びスペクトル幅などが制御される。
【００１２】
照明光学系１２は、光源１からのレーザビームＬＢを伝達するビームマッチングユニット（不図示）、偏光制御ユニット２、偏光変換ユニット３、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザ）５、照明系開口絞り板６、第１リレーレンズ８Ａ、固定レチクルブラインド（視野絞り）９Ａ、可動レチクルブラインド９Ｂ、第２リレーレンズ８Ｂ、光路折り曲げ用のミラーＭ、及びコンデンサレンズ１０等を備えている。
【００１３】
本例の偏光制御ユニット２は、照明光学系１２の光軸を中心に主制御装置２０によって回転可能な１／２波長板を備えている。光源１から出力されるレーザビームＬＢは直線偏光であり、その１／２波長板の回転角を制御することによって、偏光制御ユニット２を通過して偏光変換ユニット３に入射する際のレーザビームＬＢの偏光方向を制御できる。偏光変換ユニット３には、入射するレーザビームＬＢの偏光方向の分布を円周方向等に設定するための複数の偏光光学部（不図示）が備えられ、主制御装置２０が駆動装置４を介して偏光変換ユニット３を回転することで、所定の偏光光学部がレーザビームＬＢの光路上に設置される。各偏光光学部は、例えばそれぞれ所定形状で進相軸の方向が所定方向の複数の１／２波長板と、偏光方向を変えない透過板（又は光を素通しする開口部）とを組み合わせて形成されているが、１／４波長板や偏光板等を用いて形成することも可能である。偏光制御ユニット２及び偏光変換ユニット３によって種々の偏光照明を設定できる。
【００１４】
偏光変換ユニット３を通過したレーザビームＬＢは、オプティカル・インテグレータ５及び照明系開口絞り板６中の１つの開口絞りを経て露光用の照明光ＩＬとして射出される。オプティカル・インテグレータ５として本例ではフライアイレンズが使用されているが、その他に内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ）又は回折光学素子等も使用できる。照明系開口絞り板６は、照明光学系１２の瞳面ＰＩＬに配置されて、通常照明用の円形の開口絞り（σ絞り）、小さいコヒーレンスファクタ（小σ）用の開口絞り、輪帯照明用の開口絞り、２つの開口よりなる２極照明用の開口絞り、及び光軸に対して斜め方向の複数箇所（例えば４箇所）に配置された開口よりなる変形照明用の開口絞りなどが形成された回転可能な円板である。主制御装置２０が駆動装置７を介して照明系開口絞り板６を回転することで、選択された照明条件等に対応する開口絞りがレーザビームＬＢの光路に設置される。
【００１５】
照明系開口絞り板６中の所定の開口絞りを通過した照明光ＩＬは、第１リレーレンズ８Ａ、レチクルブラインド９Ａ，９Ｂ、第２リレーレンズ８Ｂ、ミラーＭ、及びコンデンサレンズ１０等を介して、レチクルステージＲＳＴ上のレチクルのパターン面（下面）のスリット状の照明領域で照明する。照明光ＩＬのもとで、レチクルの照明領域内のパターンは、投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは１／４，１／５等）で、その像面に投影される。可動レチクルブラインド９Ｂは、照明領域を走査方向に開閉する機能と、照明領域の非走査方向の幅を制限する機能とを有する。
【００１６】
なお、図１は、投影光学系ＰＬの波面収差を計測する状態を示しているため、レチクルステージＲＳＴ上には評価用のレチクル（テストレチクル）１３がロードされ、投影光学系ＰＬの下方には波面収差の計測部２１（詳細後述）が位置している。通常の露光時には、レチクルステージＲＳＴ上にデバイス用の原版パターンが形成されたレチクルＲがロードされ、投影光学系ＰＬの下方にレジストが塗布されたウエハＷが位置しており、レチクルＲのパターンがウエハＷ上の一つのショット領域上のスリット状の露光領域内に投影される。投影光学系ＰＬとしては、屈折系の他に反射屈折系等も使用できる。
【００１７】
本例の投影光学系ＰＬには、その結像特性（光学特性）としての球面収差及びディストーション等を調整するために、投影光学系ＰＬ内の所定の複数のレンズエレメントの光軸方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸の周りの傾斜角を制御するピエゾ素子等の駆動素子を含む結像特性調整機構が組み込まれている。主制御装置２０が制御系２６を介してその結像特性調整機構を駆動することで、投影光学系ＰＬの上記結像特性を所定の許容範囲内に維持することができる。その結像特性は、照明光ＩＬの照射エネルギーによっても変化するため、例えば照射エネルギーの積算値のモニタ結果に応じてその結像特性調整機構による調整量を制御することで、結像特性の変動が抑制される。なお、球面収差及びディストーション等の収差は、波面収差によっても表すことができるため、本例では一例として光源１、照明光学系１２、及び計測部２１よりなる計測装置による波面収差の計測結果から、投影光学系ＰＬの結像特性としての収差を求めるものとする。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の紙面に垂直にＸ軸を、図１の紙面に平行にＹ軸を取って説明する。走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向はＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）である。
【００１８】
露光時にはレチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲが吸着保持され、レチクルステージＲＳＴはレチクルベース（不図示）上でＹ方向に一定速度で移動するとともに、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ軸の周りの回転方向に微動して、レチクルＲの同期誤差を補正する。レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内での位置は移動鏡１５Ｒ及びレーザ干渉計１６Ｒによって計測され、その計測値に基づいて主制御装置２０がリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してレチクルステージＲＳＴの速度及び位置を制御する。
【００１９】
一方、ウエハＷは、ウエハステージＷＳＴ上にウエハホルダ１８を介して吸着保持されている。ウエハステージＷＳＴは、ウエハベース１４上をＸ方向、Ｙ方向に駆動されるとともに、ウエハＷ及び計測部２１のフォーカス位置（Ｚ方向の位置）とＸ軸及びＹ軸の周りの傾斜角（チルト角）とを制御するＺレベリング駆動部を備えている。ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は、移動鏡１５Ｗとレーザ干渉計１６Ｗとによって計測されている。この計測値に基づいて、主制御装置２０がリニアモータ等の駆動機構１７を介してウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の速度及び位置を制御する。
【００２０】
また、図１の露光装置１００は、レチクルＲ上のアライメントマークの位置を計測するための１対のレチクルアライメント顕微鏡（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ＡＳと、ウエハステージＷＳＴ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。さらに、露光装置１００は、ウエハＷの表面又は計測部２１の入射面のフォーカス位置を検出するために、複数のスリット像を投影する投射光学系１９Ａと、それらのスリット像を再結像する受光光学系１９Ｂとからなる斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサを備えている。このオートフォーカスセンサの計測値に基づいて、主制御装置２０は、ウエハＷの表面又は計測部２１の入射面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、ウエハステージＷＳＴのＺレベリング駆動部を制御する。
【００２１】
そして、ウエハＷの露光時には、レチクルＲ及びウエハＷのアライメントを行った後、照明系開口絞り板６の駆動によって所定の照明条件に対応する開口絞りが選択され、偏光制御ユニット２及び偏光変換ユニット３の駆動によって所定の偏光照明の状態（開口絞り内のレーザビームの偏光方向の分布状態）が設定される。その後、照明光ＩＬの照射を開始して、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを駆動して、レチクルＲとウエハＷとを投影光学系ＰＬに対して投影倍率比で同期移動する動作と、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とがステップ・アンド・スキャン方式で繰り返されて、ウエハＷ上の各ショット領域に順次レチクルＲのパターン像が転写される。
【００２２】
この露光に際しての偏光照明の一例は、以下のようなものである。
図４（Ａ）は、図１の照明光学系１２の瞳面ＰＩＬにおける照明光ＩＬの偏光状態の一例を示し、この図４（Ａ）では、輪帯照明用の開口絞りが配置され、その開口絞り内の照明光ＩＬ（レーザビームＬＢ）の偏光方向がほぼ円周方向（いわゆるアジマス方向）に設定されている。なお、図４（Ａ）以下の照明光学系１２の瞳面ＰＩＬにおけるＸ軸、Ｙ軸は、それぞれ図１の投影光学系ＰＬの像面におけるＸ軸、Ｙ軸に対応する方向を示している。その偏光方向の分布をほぼ円周方向にするために、図４（Ａ）の例では、輪帯状の開口をＸ方向に離れた１対の領域３１Ａ，３１Ｃと、Ｙ方向に離れた１対の領域３１Ｂ，３１Ｄとからなる４個のほぼ扇型の領域に分割し、１対の領域３１Ａ，３１Ｃを通過する照明光をＹ軸に平行な方向３２Ｙに偏光した直線偏光として、他の１対の領域３１Ｂ，３１Ｄを通過する照明光をＸ軸に平行な方向３２Ｘに偏光した直線偏光とする。
【００２３】
なお、このような偏光状態は、一例として、図１の偏光制御ユニット２を通過するレーザビームＬＢの偏光方向をＹ軸に平行な方向３２Ｙとして、偏光変換ユニット３の偏光光学部を、図４（Ａ）の領域３１Ａ，３１Ｃに対応する部分が偏光方向を変えない透過部で、領域３１Ｂ，３１Ｄに対応する部分が偏光方向を９０°回転するために、Ｘ軸に４５°で交差する方向を進相軸とする１／２波長板となるように形成すればよい。図４（Ａ）の偏光照明を用いることによって、図４（Ｂ）の投影光学系ＰＬの像面上の拡大図で示すように、Ｘ方向及びＹ方向に微細なピッチで配列されるライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンと言う。）の像３３Ｘ及び３３Ｙは、それぞれ主にＹ軸及びＸ軸に平行な方向３２Ｙ及び３２Ｘ（即ち、個々のラインパターンの像の長手方向）に偏光した照明光によって高解像度に形成される。
【００２４】
なお、照明光ＩＬの偏光方向を照明光学系１２の光軸を中心としてほぼ半径方向（放射状）に設定することも可能である。このためには、図４（Ａ）に破線で示すように、Ｘ方向に離れた領域３１Ａ，３１Ｃ、及びＹ方向に離れた領域３１Ｂ，３１Ｄを通過する照明光の偏光方向をそれぞれＸ軸及びＹ軸に平行な方向３４Ｘ及び３４Ｙとすればよい。これ以外にも種々の偏光照明を設定することができる。
【００２５】
このような露光に際して、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に常に高解像度で、且つ忠実に転写するために、主制御装置２０が、一例として照明条件とレチクルＲのパターンの種類（ピッチ、周期方向等）とから求められる投影光学系ＰＬの瞳面における光量分布、及び照明光ＩＬの照射エネルギーの積算値に応じて投影光学系ＰＬの結像特性の変動量を所定の時間間隔で予測し、この変動量を相殺するように、制御系２６及び上記の結像特性調整機構を介して投影光学系ＰＬの結像特性を調整する。この場合、転写対象のパターンはレチクルＲによって様々であり、そのパターンに応じて投影光学系ＰＬの瞳面における結像光束の光量分布が変化する。そこで、様々のパターンについて結像特性の変動量を正確に予測するためには、予め例えば照明光ＩＬの照射エネルギーを所定量ずつ増加させる毎に、投影光学系ＰＬの瞳のほぼ全面での波面収差を計測して、その波面収差データを主制御装置２０の記憶部に記憶しておくことが望ましい。これによって、実際にデバイス用のパターンを露光する際には、一例としてこのパターンから計算で求められる瞳内の結像光束の分布と、この分布に対応する波面収差データとから、投影光学系ＰＬの波面収差の変化を正確に予測できる。
【００２６】
さらに、本例では偏光照明が使用されるため、その波面収差の計測に際して、投影光学系ＰＬの瞳面のほぼ全面、又はその瞳面の所定領域での照明光の偏光状態を、例えば直線偏光のような所定状態に設定できることが望ましい。なお、照明光学系１２の瞳面と投影光学系ＰＬの瞳面とは共役であるため、投影光学系ＰＬの瞳面での照明光の偏光状態を所定状態に設定する代わりに、照明光学系１２の瞳面での照明光の偏光状態を設定してもよい。以下では、先ず計測部２１を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を計測する動作の一例につき説明した後、さらに照明光の偏光状態の設定動作を併用して波面収差を計測する方法につき説明する。
【００２７】
本例の計測部２１は、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、露光装置１００のウエハステージＷＳＴに着脱自在に固定されている。なお、計測部２１を、レチクルステージＲＳＴに着脱自在に固定することも可能であり、これによって照明光学系１２の波面収差を計測することも可能である。
図１は、投影光学系ＰＬの波面収差を計測するために、計測部２１の筐体としての箱状部材２１ａを不図示のクランプ部材によってウエハステージＷＳＴの凹部ＣＡに固定し、レチクルステージＲＳＴ上に収差計測用のレチクル１３をロードした状態を示し、この図１において、ウエハステージＷＳＴを駆動することによって、計測部２１の入射面が投影光学系ＰＬの露光領域に移動している。
【００２８】
図２は、図１中の投影光学系ＰＬの波面収差を計測するための装置構成を示す図であり、この図２において、レチクル１３が照明光ＩＬで照明される。レチクル１３には、遮光膜中に収差計測用の円形状の開口部１３ａがＸ方向及びＹ方向に沿って複数個（図２ではそのうちの中央の１個のみを示す）マトリックス状に形成されている。その中央の開口部１３ａは、ほぼ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置決めされている。レチクル１３には、開口部１３ａに対して所定の位置関係でアライメントマークも形成され、そのアライメントマークを検出することでその開口部１３ａを位置決めできる。
【００２９】
また、投影光学系ＰＬの下方に配置された計測部２１は、ウエハステージＷＳＴ上においてウエハＷの表面とほぼ同じ高さ位置（Ｚ方向位置）に取り付けられた標示板２２を備えている。標示板２２は、例えばガラス基板からなり、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な、ひいては後述する計測用光学系の光軸ＡＸ１に垂直な基準平面２２ｃを有する。標示板２２の基準平面２２ｃには、その中央部に開口部（光透過部）２２ａが形成されている。また、開口部２２ａに対して所定の位置関係でアライメントマーク（不図示）も形成されている。ここで、開口部２２ａは、投影光学系ＰＬを介して形成されるレチクル１３の開口部１３ａの像よりも大きく設定されている。更に、基準平面２２ｃ上で、開口部２２ａ及びアライメントマークを除く領域には、反射面が形成されている。反射面は、例えばガラス基板にクロム（Ｃｒ）を蒸着することにより形成されている。
【００３０】
更に、計測部２１において、投影光学系ＰＬを介してその像面に形成されたレチクル１３の開口部１３ａの像からの光が、開口部２２ａ及びコリメートレンズ２３を介して、マイクロレンズアレイ２４に入射する。マイクロレンズアレイ２４は、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ稠密に配列された正方形状の正屈折力を有する多数の微小レンズ２４ａからなる光学素子である。マイクロレンズアレイ２４は、例えば平行平面ガラス板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。
【００３１】
従って、マイクロレンズアレイ２４に入射した光束は多数の微小レンズ２４ａにより２次元的に分割され、各微小レンズ２４ａの後側焦点面の近傍にはそれぞれ１つの開口部１３ａの像が形成される。換言すると、マイクロレンズアレイ２４の後側焦点面の近傍には、開口部１３ａの像が多数形成される。こうして形成された多数の像は、ＣＣＤよりなる２次元の撮像素子２５によって検出される。撮像素子２５の光電変換部に配列された多数の微細な画素から読み出される検出信号が、主制御装置２０に供給される。このように、マイクロレンズアレイ２４は、投影光学系ＰＬの像面に形成されたテストレチクル１３の開口部１３ａの一次像からの光を波面分割して開口部１３ａの二次像を多数形成するための波面分割素子を構成している。そして、撮像素子２５によってその多数の二次像が光電検出され、主制御装置２０において撮像素子２５の検出信号をデジタルデータに変換して、所定の演算処理によってその多数の二次像の位置ずれ量を求めることによって投影光学系ＰＬの波面収差が求められる。なお、主制御装置２０ではその検出信号をデジタルデータに変換して記憶するのみで、その演算処理は主制御装置２０に接続されたホストコンピュータ（不図示）等で行ってもよい。
【００３２】
また、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが大きくなると、投影光学系ＰＬから射出されて撮像素子２５に入射する照明光のうちで、光軸ＡＸに対する角度が大きい光束は光電変換後の検出信号が小さくなる。そこで、撮像素子２５に入射する照明光の検出信号に対して、投影光学系ＰＬから射出される際の光軸ＡＸに対する角度に対して次第に大きくなる係数を乗じてもよい。これによって、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが大きい場合でも、正確に波面収差の計測ができる。
【００３３】
本例では、標示板２２、コリメートレンズ２３、マイクロレンズアレイ２４及び撮像素子２５が、投影光学系ＰＬの波面収差を計測するための計測用光学系を構成し、そのうちのコリメートレンズ２３及びマイクロレンズアレイ２４が、投影光学系ＰＬ（被検光学系）を介した光をその瞳面ＰＰＬにおける位相情報（波面収差情報）に対応する光量分布を持つ光に変換する受光系を構成している。そして、標示板２２から撮像素子２５までの部材が、図１の箱状部材２１ａ（計測部２１）内に収納されている。なお、本例では、コリメートレンズ２３からの光を直接マイクロレンズアレイ２４に導いているが、特開２００２−７１５１４号公報に開示されているように、コリメートレンズ２３とマイクロレンズアレイ２４との間にリレー光学系を配置して、その計測用光学系を構成してもよい。この場合、計測部２１のＺ方向の高さを短くするために、計測光の光路の途中に複数のミラーを配置してその光路を折り曲げてもよい。
【００３４】
一般に、露光装置では、照明光学系１２から供給される照明光ＩＬの開口数ＮＡが投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡｐよりも小さく設定されている。従って、照明光学系１２を用いてレチクル１３の開口部１３ａを照明しても、開口部１３ａを介した光が不充分な開口数で投影光学系ＰＬに入射することになる。そこで、本例では図２に示すように投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡｐ（＝sin φＰ）以上の開口数ＮＡｉ（＝sin φＩ）で開口部１３ａを照明（インコヒーレント照明）するために、図１に示すように、照明光学系１２とレチクル１３との間の光路中に挿脱自在に配置されて光束を拡散するための擦りガラス等の拡散板３８を備えている。なお、拡散板３８の代わりに、入射光を種々の方向に回折する回折光学素子３９を用いてもよい。さらに、拡散板３８の代わりに、レモンスキン板を用いてもよい。
【００３５】
本例では、上述したように、投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡｐ以上の開口数ＮＡｉで開口部１３ａを照明する。この場合、図２に示すように、計測用光学系のマイクロレンズアレイ２４の各微小レンズ２４ａ毎に互いに独立な多数の結像光学系が存在すると考えることが可能である。各結像光学系は、各微小レンズ２４ａの大きさに相当する波面収差の一部分の影響を受けて開口部１３ａの像をそれぞれインコヒーレント結像する。このとき、光学系の配置は、標示板２２の開口部２２ａの中央に開口部１３ａの像が形成されるように設定される。即ち、開口部２２ａは、投影光学系ＰＬを介して形成される開口部１３ａの像よりも実質的に大きく設定されている。
【００３６】
図３は、撮像素子２５の受光面を示す拡大図であり、この図３に示すように、図２の個々の微小レンズ２４ａ（仮に５行×５列とする）によって集光された光が、それぞれ図２の開口部１３ａの像（二次像）ＩＬＡ，ＩＬＢ，…，ＩＬＹを形成する。これらの像の光量重心をそれぞれ結像位置とすると、所定の基準位置５３Ａ，５３Ｂ，…，５３Ｙから対応する結像位置までの変位を表すベクトル５１Ａ，５１Ｂ，…，５１Ｙが波面収差の情報（投影光学系ＰＬの瞳面における照明光の位相情報）を含んでいる。撮像素子２５の各画素からの検出信号を画像処理することによって、図２の主制御装置２０では、一例としてそのベクトル５１Ａ〜５１Ｙの情報を求め、この情報から投影光学系ＰＬを通過した照明光の波面収差を求める。なお、主制御装置２０において、そのベクトルに加えて、図３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。
【００３７】
具体的に、投影光学系ＰＬを通過した光に波面収差が残存していない場合、開口部１３ａの各像の光量重心位置は計測用の各基準位置に形成される。計測用光学系に波面収差などに起因する誤差がない場合、図３の計測用の各基準位置５３Ａ〜５３Ｙは、マイクロレンズアレイ２４の各微小レンズ２４ａの光軸上に設定される。実際には、投影光学系ＰＬ及び計測用光学系に波面収差が残存しているため、開口部１３ａの各像の光量重心位置は各基準位置から位置ずれする。従って、本例では、図３の各像ＩＬＡ〜ＩＬＹの位置ずれ量に対応するベクトル５１Ａ〜５１Ｙの情報に基づいて、図２に示すように、コリメートレンズ２３中を通過する照明光の波面５２を計算で求めることによって、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬにおける照明光の波面収差を計測することになる。この波面収差の計測値から球面収差やディストーション等を求めることができる。
【００３８】
この際に、レチクル１３には複数個の開口部１３ａが設けられているため、ウエハステージＷＳＴをＸ方向、Ｙ方向に駆動して計測部２１の開口部２２ａを順次、その複数個の開口部１３ａの像の位置に移動してそれぞれ波面収差を計測することもできる。
なお、本例では、撮像素子２５において解像可能な大きさの開口部１３ａの像を結像させる方式であるため、開口部１３ａを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。即ち、本例では開口部１３ａの形状は円形状に限定されることがない。また、開口部１３ａから撮像素子２５までの光路における透過率は計測用光学系を構成する光学部材の透過率に依存して決定されるため、撮像素子２５に対して極小ピンホールを用いる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。なお、波面収差の計測原理については、特開２００２−７１５１４号公報にも開示されている。
【００３９】
次に、この計測部２１を用いる波面収差の計測に際して、照明光の偏光状態を所定状態に設定する種々の方法につき説明する。
先ず第１の方法では、図４（Ａ）のように照明光の偏光方向を円周方向に設定する場合の波面収差を求めるために、照明光学系１２の瞳面において、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、順次Ｘ方向及びＹ方向に離れたほぼ扇型の領域３１Ａ，３１Ｃ及び３１Ｂ，３１Ｄを通過する照明光の偏光方向をＹ軸に平行な方向３２Ｙ、及びＸ軸に平行な方向３２Ｘにそれぞれ設定して、それぞれ図２の計測部２１を用いて波面収差を計測する。その後、２つの計測結果を主制御装置２０において合成することによって、図４（Ａ）の偏光照明での波面収差を求めることができる。その合成方法としては、図３の波面を示すベクトルの段階で加算する方法と、図３の波面を示すベクトルから求めた波面収差からツェルニケ多項式の係数を求め、この係数を加算する方法とのいずれの方法でもよい（詳細は後述する）。
【００４０】
なお、順次、領域３１Ａ，３１Ｃ及び３１Ｂ，３１Ｄのみで照明光を通すために、図１の照明系開口絞り板６にはそれぞれ開口絞り３６Ａ及び３６Ｂが設けられている。また、この方法で、照明光の偏光方向を光軸を中心として半径方向にした場合の波面収差を求めるには、図５（Ａ）及び（Ｂ）における照明光の偏光方向をそれぞれＸ軸及びＹ軸に平行な方向３４Ｘ及び３４Ｙとすればよい。
【００４１】
また、図４（Ａ）の偏光照明と同様に図６（Ａ）に示すように、照明光学系１２の瞳面上で、Ｘ方向及びＹ方向に離れた楕円状の領域３５Ａ，３５Ｃ及び３５Ｂ，３５Ｄで偏光方向をそれぞれＹ軸及びＸ軸に平行な方向３２Ｙ及び３２Ｘとする場合がある。この偏光照明における波面収差を求めるためには、照明光学系１２の瞳面において、図６（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、順次Ｘ方向及びＹ方向に離れた楕円型の領域３５Ａ，３５Ｃ及び３５Ｂ，３５Ｄを通過する照明光の偏光方向をＹ軸及びＸ軸に平行な方向３２Ｙ及び３２Ｘに設定して、それぞれ図２の計測部２１を用いて波面収差を計測した後、２つの計測結果を主制御装置２０において合成すればよい。この場合にも、順次、領域３５Ａ，３５Ｃ及び３５Ｂ，３５Ｄのみで照明光を通すために、図１の照明系開口絞り板６にそれぞれ開口絞り３７Ａ及び３７Ｂを設けておけばよい。
【００４２】
次に第２の方法では、投影光学系ＰＬの瞳内のほぼ全面で照明光の偏光方向をＹ軸又はＸ軸に平行に設定して、図２の計測部２１を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を計測する。そのために、一例として、図１の照明系開口絞り板６では輪帯照明用又は小σ照明用の開口絞りを選択し、偏光制御ユニット２によってレーザビームＬＢの偏光方向をＹ軸又はＸ軸に平行に設定し、偏光変換ユニット３は使用することなく（例えば素通しに設定すればよい）、レチクル１３の上方近傍に拡散板３８（又は回折光学素子３９等）を配置する。この構成では、偏光制御ユニット２及び拡散板３８によって、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬにおける照明光の偏光状態が設定される。
【００４３】
この例で輪帯照明用の開口絞りが選択された場合には、照明光学系１２の瞳面上で照明光ＩＬ（レーザビームＬＢ）は図７（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、コヒーレンスファクタが１の円周ＰＰ１の内側の輪帯状の領域４１内を通過し、その偏光方向は図７（Ａ）及び（Ｃ）ではそれぞれＹ軸及びＸ軸に平行な方向３２Ｙ及び３２Ｘである。この場合、レチクル１３の近傍に配置されている拡散板３８によって、照明光の拡散方向が投影光学系ＰＬの物体側の開口数以上に拡げられるため、図７（Ａ）及び（Ｃ）に対応する投影光学系ＰＬの瞳面での照明光の偏光方向は、それぞれ図７（Ｂ）及び（Ｄ）に示すように瞳ＰＰ２のほぼ全面でＹ軸及びＸ軸に平行な方向３２Ｙ及び３２Ｘとなる。従って、図７（Ｂ）及び（Ｄ）の場合について順次、計測部２１を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を計測することで、投影光学系ＰＬの瞳のほぼ全面で照明光の偏光方向がＹ方向及びＸ方向となる場合の波面収差を計測でき、この計測結果が波面収差データとして記憶される。
【００４４】
その後、デバイス製造用のレチクル上の任意のパターンを偏光方向がＸ方向又はＹ方向の偏光照明で照明して露光する際には、そのパターンから投影光学系ＰＬの瞳面上での結像光束の分布を計算する。そして、この分布に対応する上記の偏光照明で求めた波面収差データを用いることによって、そのパターンを偏光照明した場合の投影光学系ＰＬの波面収差の変動を高精度に予測できる。
【００４５】
一方、この例で小σ照明用の開口絞りが選択された場合には、照明光学系１２の瞳面上で照明光ＩＬ（レーザビームＬＢ）は図８（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、小さい円形の領域４２内を通過し、その偏光方向は図８（Ａ）及び（Ｃ）ではそれぞれＹ軸及びＸ軸に平行な方向３２Ｙ及び３２Ｘである。この場合には、照明光の拡散角を大きくするために、拡散板３８の代わりに回折光学素子３９を用いることが望ましい。回折光学素子３９を用いることによって、図８（Ａ）及び（Ｃ）に対応する投影光学系ＰＬの瞳面での照明光の偏光方向は、それぞれ図８（Ｂ）及び（Ｄ）に示すように瞳ＰＰ２のほぼ全面でＹ軸及びＸ軸に平行な方向３２Ｙ及び３２Ｘとなる。従って、この場合にも、それぞれ計測部２１を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を計測することで、投影光学系ＰＬの瞳のほぼ全面で照明光の偏光方向がＹ方向及びＸ方向となる場合の波面収差を計測できる。
【００４６】
次に、２回の計測結果を合成して、投影光学系ＰＬの瞳内のほぼ全面で照明光の偏光方向をＹ軸若しくはＸ軸、又はＹ軸及びＸ軸に（円周方向に）平行に設定した場合の投影光学系ＰＬの波面収差を求める方法について説明する。そのために、一例として、図１の照明系開口絞り板６ではＸ方向及びＹ方向に離れた開口よりなる２極照明用の開口絞りを順次選択し、偏光制御ユニット２によってレーザビームＬＢの偏光方向をＹ軸又はＸ軸に平行に設定し、偏光変換ユニット３は使用することなく（例えば素通しに設定すればよい）、レチクル１３の上方近傍に拡散板３８（又は回折光学素子３９等）を配置する。この構成でも、偏光制御ユニット２及び拡散板３８によって、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬにおける照明光の偏光状態が設定される。
【００４７】
この例で、図９に示すように、照明光の偏光方向がＹ軸に平行な方向３２Ｙとされ、照明光学系１２の瞳面上でＸ方向に離れた楕円状の領域３５Ａ，３５Ｃからなる開口絞り３７Ａが選択されたときには、拡散板３８の作用によって照明光は、投影光学系ＰＬの瞳ＰＰ２を４分割した領域の内のＸ方向に対向するほぼ２つの領域内に、Ｙ方向に偏光した状態で分布する。この状態で図２の計測部２１を用いることで、波面を示すベクトル分布４３Ｂが求められる。その後、照明光学系１２の瞳面上でＹ方向に離れた楕円状の領域３５Ｂ，３５Ｄからなる開口絞り３７Ｂが選択されたときには、照明光は、投影光学系ＰＬの瞳ＰＰ２を４分割した領域の内のＹ方向に対向するほぼ２つの領域内に、Ｙ方向に偏光した状態で分布する。この状態で図２の計測部２１を用いることで、波面を示すベクトル分布４３Ｄが求められる。なお、領域４５Ａは照明光が通過する明部、領域４５Ｂは暗部である。その後、２つのベクトル分布４３Ｂ及び４３Ｄを加算することで、瞳ＰＰ２のほぼ全面をＹ方向に偏光した照明光が通過するときの波面に対応するベクトル分布４３Ｅが求められ、このベクトル分布から波面収差４３Ｆが求められる。
【００４８】
また、図９において、照明光の偏光方向をＸ方向とすることによって、投影光学系ＰＬの瞳ＰＰ２のほぼ全面をＸ方向に偏光した照明光が通過するときの波面収差が求められる。
また、この例で図１０に示すように、照明光の偏光方向がＹ軸に平行な方向３２Ｙとされ、照明光学系１２の瞳面上でＸ方向に離れた領域からなる２極照明用の開口絞り３７Ａが選択されたときには、図９の場合と同様に、投影光学系ＰＬの瞳ＰＰ２を４分割した領域の内のＸ方向に対向するほぼ２つの領域内での波面を示すベクトル分布４４Ｂが求められる。その後、同じ開口絞り３７Ａを用いて、照明光の光量を上げることによって、投影光学系ＰＬの瞳ＰＰ２内のＸ方向に対向する２つの領域４５Ｃでは光量の飽和によって、照明光が無い場合と等価となる。そのため、瞳ＰＰ２内でＹ方向に対向するほぼ２つの領域内での波面を示すベクトル分布４４Ｄが求められる。その後、２つのベクトル分布４４Ｂ及び４４Ｄを加算することで、瞳ＰＰ２のほぼ全面をＹ方向に偏光した照明光が通過するときの波面に対応するベクトル分布４４Ｅが求められ、このベクトル分布から波面収差４４Ｆが求められる。
【００４９】
また、図１０においても、照明光の偏光方向をＸ方向とすることによって、投影光学系ＰＬの瞳ＰＰ２のほぼ全面をＸ方向に偏光した照明光が通過するときの波面収差が求められる。
次に、照明光の偏光方向を直交させた２回の計測結果を合成して、図６（Ａ）のような円周方向に偏光した照明光を用いる場合の投影光学系ＰＬの波面収差を求める。
【００５０】
この例で、図１１に示すように、照明光の偏光方向がＹ軸に平行な方向３２Ｙとされ、照明光学系１２の瞳面上でＸ方向に離れた領域からなる２極照明の開口絞り３７Ａが選択されたときには、拡散板３８の作用によって照明光は、投影光学系ＰＬの瞳ＰＰ２を４分割した領域の内のＸ方向に対向するほぼ２つの領域内に、Ｙ方向に偏光した状態で分布する。この状態で図２の計測部２１を用いることで、波面を示すベクトル分布４６Ｂが求められる。その後、照明光の偏光方向がＸ軸に平行な方向３２Ｘとされ、照明光学系１２の瞳面上でＹ方向に離れた領域からなる２極照明の開口絞り３７Ｂが選択されたときには、照明光は、投影光学系ＰＬの瞳ＰＰ２を４分割した領域の内のＹ方向に対向するほぼ２つの領域内に、Ｘ方向に偏光した状態で分布し、波面を示すベクトル分布４６Ｄが求められる。その後、２つのベクトル分布４６Ｂ及び４６Ｄを加算することで、瞳ＰＰ２のほぼ全面を４分割した領域をほぼ円周方向に偏光した照明光が通過するときの波面に対応するベクトル分布４６Ｅが求められ、このベクトル分布から波面収差４６Ｆが求められる。
【００５１】
また、図１１において、照明光の偏光方向を９０°回転することによって、投影光学系ＰＬの瞳ＰＰ２のほぼ全面を半径方向に偏光した照明光が通過するときの波面収差が求められる。
なお、図２の計測部２１において、投影光学系ＰＬを通過した照明光ＩＬのうちから所定の偏光状態、例えばＺ軸の周りに任意の角度で回転した方向に偏光した状態の照明光のみを受光するために、２点鎖線で示すように、マイクロレンズアレイ２４の上方の近傍（又は下方の近傍でもよい）に偏光板４０を配置してもよい。また、偏光板４０の代わりに、ワイヤーグリッド、又はマイクロレンズアレイ２４の入射面の全面を覆う偏光ビームスプリッタ等の偏光子を配置してもよい。また、偏光板４０は不図示のモータにより回転可能であり、種々の方向に直線偏光した光を選択可能となっている。
【００５２】
このように偏光板４０を配置した場合、第１の検出方法として、図１の偏光制御ユニット２で設定する照明光ＩＬの偏光方向と偏光板４０で通過させる偏光方向とを平行にする。このとき、偏光制御ユニット２で設定した偏光方向の照明光ＩＬのみを撮像素子２５で受光できるため、偏光照明下での投影光学系ＰＬの波面収差を高精度に計測できる。また、第２の検出方法として、図１の偏光制御ユニット２で設定する照明光ＩＬの偏光方向に対して偏光板４０で通過させる偏光方向を直交させてもよい。この場合、偏光制御ユニット２で設定した偏光方向に直交する偏光方向の照明光ＩＬのみを撮像素子２５で受光できるため、照明光学系１２及び投影光学系ＰＬを通過することによる照明光ＩＬの偏光状態の変化を計測できる。
【００５３】
また、第３の検出方法として、図１の偏光変換ユニット３を使用しない状態で、偏光制御ユニット２を１／４波長板として、照明系開口絞り板６を通過した照明光ＩＬの偏光状態を円偏光、即ち実質的に無偏光としてもよい。また、光源１から射出される光が仮に円偏光又はランダム偏光である場合には、その光をそのまま照明光学系１２を介してレチクル１３に照射してもよい。これらの場合でも、拡散板３８（又は回折光学素子３９等）が配置されているとともに、偏光板４０が設けられているため、撮像素子２５で受光される光束は、投影光学系ＰＬの瞳のほぼ全面でＸ方向、又はＹ方向に偏光していた偏光成分である。従って、計測部２１内に偏光板４０を設けるだけの簡単な構成で、照明光ＩＬが所定状態に偏光している場合の投影光学系ＰＬの波面収差を計測することができる。
【００５４】
なお、本発明は、図２の計測部２１を持つ計測系（いわゆるシャックハルトマンセンサ）のみならず、シヤリング干渉計方式の計測系やポイントディフラクション方式の計測系で投影光学系ＰＬの波面収差を計測する場合にも適用できる。
次に、本発明の実施形態の他の例につき図１２を参照して説明する。本例は、波面収差評価用のレチクル自体に、入射する照明光の偏光状態を所定状態に設定するための偏光部材を設けたものである。本例のレチクルは、例えば図１の露光装置の投影光学系ＰＬの偏光照明下での波面収差を計測する際に使用できるが、この際に偏光制御ユニット２及び偏光変換ユニット３は必ずしも必要ではない。
【００５５】
図１２（Ａ）は、本例のレチクル４７（マスク）の一部を正面から見た断面図、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の平面図であり、図１２（Ａ）のＸ軸及びＹ軸は、それぞれレチクル４７を図１のレチクルステージＲＳＴ上にロードしたときのステージ座標系のＸ軸及びＹ軸に対応している。図１２（Ａ）に示すように、ガラス基板よりなるレチクル４７のパターン面（下面）には遮光膜４８が形成され、遮光膜４８中に図２のレチクル１３の開口部１３ａと同様の複数の開口部４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅが形成されている。そして、レチクル４７の上面の開口部４８ａ〜４８ｅに対向する点を中心とする凹部領域にそれぞれＹ軸に対する回転角が０°、４５°、９０°、１３５°（−４５°）、０°の小型の偏光ビームスプリッタ４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃ，４９Ｄ，４９Ｅが埋め込まれている。なお、偏光ビームスプリッタ４９Ａ〜４９Ｅは、単にレチクル４７の上面に固定するだけでもよい。さらに、右端の偏光ビームスプリッタ４９Ｅの上面は擦りガラス面４９Ｅａ（拡散面）とされている。なお、偏光ビームスプリッタ４９Ｅの上面を擦りガラス面に加工する代わりに、その上面に図１と同じ拡散板３８又は回折光学素子３９を小型化した部材を固定してもよい。
【００５６】
この結果、図１２（Ｂ）に示すように、レチクル４７に入射する照明光のうちで偏光ビームスプリッタ４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃ，４９Ｄ，４９Ｅを通過して図１２（Ａ）の開口部４８ａ〜４８ｅから射出される照明光は、それぞれＹ軸に平行な方向３２Ｙ、Ｙ軸に対して４５°傾斜した方向３２Ａ、Ｘ軸に平行な方向３２Ｘ、Ｙ軸に対して１３５°傾斜した方向３２Ｂ、及びＹ軸に平行な方向３２Ｙに偏光している。次に、図１の露光装置において、例えば照明系開口絞り板６を通過した照明光ＩＬの偏光状態を円偏光として、拡散板３８を配置して、レチクル４７を図１のレチクルステージＲＳＴ上にロードする。そして、図１２（Ａ）の開口部４８ａ〜４８ｄを順次、計測部２１の開口部２２ａと共役な位置に移動して投影光学系ＰＬの波面収差を計測する。これによって、レチクル４７に照射される照明光ＩＬが実質的に無偏光であっても、通常の使用状態とは異なり、投影光学系ＰＬの瞳のほぼ全面をＹ方向に対して０°、４５°、９０°、１３５°で交差する方向に偏光した照明光が通過する際の波面収差を計測できる。
【００５７】
また、図１の配置で拡散板３８（又は回折光学素子３９）が無い場合には、図１２（Ａ）の偏光ビームスプリッタ４９Ｅに対向する開口部４８ｅを図１の計測部２１の開口部２２ａと共役な位置に移動することによって、擦りガラス面４９Ｅａの作用によって、投影光学系ＰＬの瞳のほぼ全面をＹ方向に偏光した照明光が通過する際の波面収差を計測できる。このように、露光装置自体が偏光制御ユニット２や偏光変換ユニット３を備えていない場合であっても、レチクル４７を用いることによって、種々の偏光照明下での投影光学系ＰＬの波面収差を容易に計測することができる。
【００５８】
なお、レチクル４７の開口部４８ａ〜４８ｅ（及び偏光ビームスプリッタ４９Ａ〜４９Ｅ）の個数及び配置は任意であり、これらを例えばマトリックス状に配置してもよい。また、レチクル４７の上面に固定又は形成する偏光部材としては、偏光ビームスプリッタ４９Ａ〜４９Ｅの他に、拡散板、入射光の偏光方向を回転して射出する旋光素子、又は偏光板も使用できる。さらに、これらの拡散板、旋光素子、偏光板、及び偏光ビームスプリッタを組み合わせた部材を用いてもよい。さらに、レチクル４７のパターン面の遮光膜４８及び開口部４８ａ〜４８ｅを省いて、通常の露光用のデバイスパターンを形成してもよい。この場合、局所的に偏光状態を変えながら偏光照明を行うことができる。
【００５９】
このレチクル４７に遮光膜４８、すなわち、複数の開口部を形成することなく、単に偏光ビームスプリッタ及びレチクルを透過させることによって、照明光学系１２で設定された照明光ＩＬの偏光状態に影響されることなく、投影光学系ＰＬを通過した照明光ＩＬの偏光状態を計測することができる。この場合、擦りガラス面４９Ｅａ、拡散板３８、回折光学素子３９は、必ずしも設ける必要もない。
この計測を行う場合には、図２の計測部２１において、偏光板４０を配置してマイクロレンズアレイ２４を照明光の光路中から取り外してもよい。
また、計測部２１として、マイクロレンズアレイ２４の代わりに、λ／４板（位相子）及び偏光子（偏光ビームスプリッタ）を光軸方向に沿って順次配置する。すると、コリメータレンズ２３を介した光は、λ／４板及び偏光ビームスプリッタを介した後、撮像素子２５に達する。そして、λ／４板を光軸廻りに回転させながら撮像素子２５の撮像面における光強度分布の変化を検出し、この検出結果から回転移相子法により照明光の偏光状態を測定してもよい。
【００６０】
また、上記の実施形態の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。
【００６１】
なお、本発明は、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレットなどに開示される液浸型露光装置で投影光学系の結像特性を計測する場合にも適用することができる。また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。このように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】
【００６２】
本発明を露光装置に適用することにより、偏光照明下での投影光学系の結像特性等を高精度に計測できる。従って、その結果を用いて投影光学系の結像特性等を補正することによって、偏光照明を用いて微細パターンを高精度に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態の一例の露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。
【図２】図１中の投影光学系ＰＬに対する波面収差計測用の装置構成を示す図である。
【図３】図２の撮像素子２５の受光面に形成される多数の二次像を示す拡大平面図である。
【図４】（Ａ）は円周方向又は半径方向に偏光した照明光を用いる場合の開口絞りの一例を示す図、（Ｂ）は偏光照明で高精度に露光されるパターンの一例を示す拡大図である。
【図５】（Ａ）はＸ方向に離れた一対の開口を持つ開口絞りを示す図、（Ｂ）はＹ方向に離れた一対の開口を持つ開口絞りを示す図である。
【図６】（Ａ）は円周方向に偏光した照明光を用いる場合の開口絞りの他の例を示す図、（Ｂ）はＸ方向に離れた一対の開口を持つ開口絞りを示す図、（Ｃ）はＹ方向に離れた一対の開口を持つ開口絞りを示す図である。
【図７】（Ａ）は輪帯照明用の開口絞りを用いる場合の偏光状態の一例を示す図、（Ｂ）は図７（Ａ）に対応する投影光学系の瞳面上での偏光状態を示す図、（Ｃ）は輪帯照明用の開口絞りを用いる場合の偏光状態の他の例を示す図、（Ｄ）は図７（Ｃ）に対応する投影光学系の瞳面上での偏光状態を示す図である。
【図８】（Ａ）は小σ照明用の開口絞りを用いる場合の偏光状態の一例を示す図、（Ｂ）は図８（Ａ）に対応する投影光学系の瞳面上での偏光状態を示す図、（Ｃ）は小σ照明用の開口絞りを用いる場合の偏光状態の他の例を示す図、（Ｄ）は図８（Ｃ）に対応する投影光学系の瞳面上での偏光状態を示す図である。
【図９】異なる開口絞りを用いる２回の波面収差の計測結果を合成して、偏光照明下での投影光学系の波面収差を求める動作の説明図である。
【図１０】異なる光量を用いる２回の波面収差の計測結果を合成して、偏光照明下での投影光学系の波面収差を求める動作の説明図である。
【図１１】異なる開口絞りを異なる偏光照明で用いる２回の波面収差の計測結果を合成して、偏光照明下での投影光学系の波面収差を求める動作の説明図である。
【図１２】（Ａ）は本発明の実施形態の他の例のレチクルの一部を示す断面図、（Ｂ）は図１２（Ａ）の平面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…光源、２…偏光制御ユニット、３…偏光変換ユニット、６…照明系開口絞り板、１２…照明光学系、１３，４７…評価用のレチクル、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、２０…主制御装置、２１…計測部、２２…標示板、２３…コリメートレンズ、２４…マイクロフライアイ、２５…撮像素子、３８…拡散板、３９…回折光学素子、４０…偏光板、４９Ａ〜４９Ｅ…偏光ビームスプリッタ
【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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