(57)【要約】【課題】  計測用光学系の透過率分布に影響されることなく、投影光学系等の被検光学系の光学性能を高精度に計測する。【解決手段】  露光時には、照明光学系１２からの露光光ＩＬのもとで、レチクルＲのパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写する。投影光学系ＰＬの開口数の計測時には、投影光学系ＰＬに対向するように計測装置２１を配置して、投影光学系ＰＬを通過した露光光ＩＬを計測装置２１中のピンホール板２２及びコリメータレンズ２３を介して２次元撮像素子２４で受光する。２次元撮像素子２４で計測される光量分布を、予め求めてあるピンホール板２２及びコリメータレンズ２３の透過率分布で補正する。【選択図】        図１
2005158828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系の光学性能を計測する光学性能計測方法において、
計測用光学系に入射する計測光の入射角と、該入射角で入射した計測光に対する前記計測用光学系の透過率情報とを求める第１工程と、
前記被検光学系に計測光を入射させ、前記被検光学系を通過した前記計測光を前記計測用光学系を介して受光する第２工程と、
前記計測用光学系に入射する前記計測光の入射角と、前記第２工程で受光された計測光の光量に関する情報と、前記第１工程で求められた透過率情報とに基づいて、前記被検光学系の光学性能を求める第３工程とを有することを特徴とする光学性能計測方法。
【請求項２】
前記第２工程は、前記計測光の１次元又は２次元の光量分布を求める工程を含み、
前記第３工程は、前記第２工程で求められた光量分布を前記第１工程で求められた透過率情報に含まれる透過率分布で補正する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学性能計測方法。
【請求項３】
前記第２工程において、光拡散部材を介して前記計測光を前記被検光学系に入射させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学性能計測方法。
【請求項４】
前記計測用光学系は、所定の大きさの開口が形成された開口部材を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光学性能計測方法。
【請求項５】
被検光学系の光学性能を計測する光学性能計測装置において、
前記被検光学系に計測光を照射する照明系と、
前記被検光学系を通過した計測光を入射する計測用光学系と、
前記計測用光学系を介した計測光を受光する受光器と、
前記計測用光学系に入射する計測光の入射角と、該入射角で入射した計測光に対する前記計測用光学系の透過率情報とを記憶する記憶装置と、
前記計測用光学系に入射する前記計測光の入射角と、前記受光器で検出される光量の情報と、前記記憶装置に記憶されている透過率情報とに基づいて前記被検光学系の光学性能を求める演算装置とを有することを特徴とする光学性能計測装置。
【請求項６】
前記受光器は、１次元又は２次元の撮像素子であり、
前記演算装置は、前記撮像素子によって求められた光量分布を前記記憶装置に記憶されている透過率情報に含まれる透過率分布で補正することを特徴とする請求項５に記載の光学性能計測装置。
【請求項７】
前記照明系と前記被検光学系との間に挿脱自在に配置される光拡散部材を更に有することを特徴とする請求項５又は６に記載の光学性能計測装置。
【請求項８】
前記計測用光学系は、所定の大きさの開口が形成された開口部材を含むことを特徴とする請求項５〜７の何れか一項に記載の光学性能計測装置。
【請求項９】
照明光学系からの露光ビームで第１物体を照明し、前記露光ビームで前記第１物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光装置において、
請求項５〜８の何れか一項に記載の光学性能計測装置を備え、
前記光学性能計測装置を用いて前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方の光学性能を計測することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
前記光学性能計測装置は、前記第１物体を保持する第１ステージ又は前記第２物体を保持する第２ステージに着脱自在であることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検光学系の光学性能を計測するための光学性能計測技術に関し、例えば半導体集積回路、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンを基板上に転写するために使用される投影露光装置の照明光学系や投影光学系の開口数等を計測する際に使用して好適なものである。本発明は更に、光学性能計測技術を用いた露光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体集積回路を製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンを感光基板（感応物体）としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）の各ショット領域に転写するために、照明光学系と投影光学系とを備えたステッパー型又はスキャニングステッパー型等の投影露光装置が使用されている。微細パターンをウエハ上に高精度に転写するためには、照明光学系及び投影光学系においてそれぞれ開口数などの光学性能が所定の条件を満たすことが要求される。そのためには、先ずそれらの光学系の光学性能を正確に計測（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、投影光学系の開口数を計測するためには、その投影光学系を通過した光を受光し、その受光した光の入射角に対する光量分布を求めればよい。そこで、投影光学系を通過した照明光をピンホール板を介して２次元光センサで受光し、その２次元光センサの検出信号を処理してその投影光学系の開口数を求める簡単な構成の計測装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２９２８２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、ピンホール板を備えた計測装置を用いることによって、投影光学系等の開口数を計測することができる。これに関して、ピンホール板としては通常、ガラス基板の一面に被着した遮光膜中に、エッチング等によって所定の大きさのピンホールを形成した部材が使用される。しかしながら、ガラス基板では一般に入射角が大きくなると光の透過率が低下するため、従来の計測装置で計測された投影光学系の開口数は、ピンホール板の透過率分布に起因する誤差が混入していた。
【０００５】
また、計測装置によっては、ピンホール板と共に又はピンホール板の代わりに、レンズやプリズム等の光学部材を備える構成も想定できる。この場合も、その光学部材において、光の入射角によって透過率が異なるため、計測結果にはその光学部材の透過率分布による誤差が混入する恐れがある。同様に、光学系の開口数以外の光学性能を計測する場合にも、計測装置中の光学部材の透過率分布による計測誤差が生じる恐れがある。
【０００６】
今後、半導体集積回路等が益々微細化するのに応じて、投影露光装置の照明光学系や投影光学系の光学性能を更に高精度に制御する必要がある。従って、その光学性能を計測する際にも、内部の光学部材の透過率分布等の特性による誤差を低減させて計測精度を高めることが求められている。
本発明は、斯かる点に鑑み、照明光学系や投影光学系などの光学系の開口数等の光学性能を高精度に計測できる光学性能計測技術を提供することを第１の目的とする。
【０００７】
また、本発明は、照明光学系又は投影光学系の光学性能を高精度に計測できる露光装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による光学性能計測方法は、被検光学系（１２；ＰＬ）の光学性能を計測する光学性能計測方法において、計測用光学系（２２，２３）に入射する計測光の入射角と、この入射角で入射した計測光に対するその計測用光学系の透過率情報とを求める第１工程と、その被検光学系に計測光を入射させ、その被検光学系を通過したその計測光をその計測用光学系を介して受光する第２工程と、その計測用光学系に入射するその計測光の入射角と、その第２工程で受光された計測光の光量に関する情報と、その第１工程で求められた透過率情報とに基づいて、その被検光学系の光学性能を求める第３工程とを有するものである。
【０００９】
本発明によれば、その第１工程において、例えばその計測用光学系への計測光の入射角と透過率との関係が求められる。従って、その関係を用いてその第２工程での受光結果を補正することによって、その被検光学系の光学性能を高精度に計測できる。
この場合、一例として、その第２工程は、その計測光の１次元又は２次元の光量分布を求める工程を含み、その第３工程は、その第２工程で求められた光量分布をその第１工程で求められた透過率情報に含まれる透過率分布で補正する工程を含むものである。このようにその計測光の１次元又は２次元の光量分布を求めることで、計測効率が高くなる。
【００１０】
また、その第２工程において、光拡散部材（１４）を介してその計測光をその被検光学系に入射させてもよい。これによって、その被検光学系が露光装置の投影光学系である場合に、その投影光学系の開口数を計測できる。
また、一例として、その計測用光学系は、所定の大きさの開口（２２ａ）が形成された開口部材（２２）を含むものである。これによって、その被検光学系の開口数やコヒーレンスファクタ（σ値）などを計測できる。
【００１１】
次に、本発明による光学性能計測装置は、被検光学系（１２；ＰＬ）の光学性能を計測する光学性能計測装置において、その被検光学系に計測光を照射する照明系（１；１２）と、その被検光学系を通過した計測光を入射する計測用光学系（２２，２３）と、その計測用光学系を介した計測光を受光する受光器（２４）と、その計測用光学系に入射する計測光の入射角と、この入射角で入射した計測光に対するその計測用光学系の透過率情報とを記憶する記憶装置（２６）と、その計測用光学系に入射するその計測光の入射角と、その受光器で検出される光量の情報と、その記憶装置に記憶されている透過率情報とに基づいてその被検光学系の光学性能を求める演算装置（２５）とを有するものである。
【００１２】
本発明によれば、その演算装置において、その記憶装置に記憶されている透過率情報を用いてその受光器で検出される光量の情報を補正することによって、その被検光学系の光学性能を高精度に計測できる。
この場合、一例として、その受光器は、１次元又は２次元の撮像素子（２４）であり、その演算装置は、その撮像素子によって求められた光量分布をその記憶装置に記憶されている透過率情報に含まれる透過率分布で補正するものである。
【００１３】
また、その照明系とその被検光学系との間に挿脱自在に配置される光拡散部材（１４）を更に有してもよい。
また、一例として、その計測用光学系は、所定の大きさの開口（２２ａ）が形成された開口部材（２２）を含むものである。この際に更に、その開口部材を透過した光を集光する光学部材（２３）を設けることによって、光の拡がりを小さくして、その受光器を小型化することができる。
【００１４】
また、本発明による露光装置は、照明光学系（１２）からの露光ビームで第１物体（Ｒ）を照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（ＰＬ）を介して第２物体（Ｗ）を露光する露光装置において、本発明の光学性能計測装置を備え、その光学性能計測装置を用いてその照明光学系及びその投影光学系の少なくとも一方の光学性能を計測するものである。
【００１５】
本発明の適用によって、照明光学系又は投影光学系の開口数等を高精度に計測できる。
この場合、一例として、その光学性能計測装置は、その第１物体を保持する第１ステージ又はその第２物体を保持する第２ステージに着脱自在である。これによって、通常の露光時にはステージを小型及び軽量化できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、計測用光学系の透過率情報を求めることによって、その計測用光学系の透過率分布等に影響されることなく、被検光学系の光学性能を高精度に計測できる。
また、その計測用光学系が、所定の大きさの開口が形成された開口部材を含む場合には、その被検光学系の開口数等を高精度に計測できる。
また、本発明の露光装置によれば、照明光学系又は投影光学系の光学性能を高精度に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図４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照明光学系及び投影光学系の光学性能を計測する場合に本発明を適用したものである。その光学性能の計測は、例えば投影露光装置のメンテナンス時等に行われる。
図１は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図１において、露光ビームとしての露光光（照明光）を供給するための露光光源１として、例えばＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源１としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４７ｎｍ）、Ｆ2 レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ2 レーザ光源（波長１４６ｎｍ）などの紫外パルスレーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）なども使用することができる。
【００１８】
露光光源１から射出されたほぼ平行光束よりなる露光光ＩＬは、ビーム整形光学系２を介して所定断面の光束に整形された後、干渉性低減部３に入射する。干渉性低減部３は、被照射面であるレチクルＲ上（ひいてはウエハＷ上）での干渉パターンを低減する機能を有する。干渉性低減部３の詳細については、たとえば特開昭５９−２２６３１７号公報に開示されている。干渉性低減部３からの露光光ＩＬは、オプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ又はホモジナイザ）としての第１フライアイレンズ４を介して、その後側焦点面に多数の光源を形成する。
【００１９】
これらの多数の光源からの露光光ＩＬは、振動ミラー５で偏向された後、リレー光学系６を介してオプティカル・インテグレータとしての第２フライアイレンズ７を重畳的に照明する。振動ミラー５は、図１の紙面に垂直な軸の周りに回動する光路折り曲げ用のミラーであって、被照射面での干渉パターンを低減する機能を有する。こうして、第２フライアイレンズ７の後側焦点面には、多数の光源からなる二次光源が形成される。第２フライアイレンズ７の後側焦点面（照明光学系の瞳面）には、通常照明用の円形の開口絞り（σ絞り）８ａ、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り８ｂ、及び変形照明用の複数の離れた開口を有する開口絞り（不図示）などを有する照明系開口絞り部材８が、駆動モータ１１によって回転自在に配置されている。不図示の主制御系が、駆動モータ１１を介して照明条件に応じた開口絞りを設定する。
【００２０】
図１の状態では、第２フライアイレンズ７の後側焦点面には通常照明用の開口絞り８ａが配置されており、開口絞り８ａを通過した露光光ＩＬは、コンデンサ光学系９及び落射照明用のミラー１０を介して、マスクとしてのレチクルＲの転写用のパターンが形成された下面（レチクル面）の照明領域を均一な照度分布で照明する。また、例えばレチクル面の近傍に、その照明領域を規定する視野絞り（不図示）が配置されている。なお、コンデンサ光学系９内で一度レチクル面との共役面を形成し、その共役面近傍に視野絞りを配置してもよい。ビーム整形光学系２、干渉性低減部３、第１フライアイレンズ４、ミラー５、リレー光学系６、第２フライアイレンズ７、照明系開口絞り部材８、コンデンサ光学系９、及びミラー１０を含んで照明光学系１２が構成されている。なお、その照明光学系１２と同様の光学系の構成は、例えば特開平６−３４９７０１号公報などに開示されている。
【００２１】
通常の露光時には露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンは、例えば両側テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは１／４，１／５等）で、レジストが塗布された基板（感光基板）としてのウエハＷ上の一つのショット領域上の露光領域に投影される。なお、図１は、投影光学系ＰＬの光学性能を計測する状態を示しているため、投影光学系ＰＬの露光領域は光学性能の計測装置２１上に位置している（詳細後述）。ウエハＷは、例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の直径が１５０〜３００ｍｍ程度の円板状の基板である。レチクルＲ及びウエハＷがそれぞれ第１物体及び第２物体（感光体）に対応している。投影光学系ＰＬとしては、屈折系の他に、例えば国際公開公報(WO)第 00/39623 号に開示されているような反射屈折系等を使用することができる。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。
【００２２】
先ず、レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ（第１ステージ）上に保持され、レチクルステージＲＳＴはレチクルベース（不図示）上でＸ方向、Ｙ方向、Ｚ軸の周りの回転方向に微動して、レチクルＲの位置決めを行う。レチクルステージＲＳＴの位置は不図示のレーザ干渉計によって計測され、その計測値に基づいて主制御系（不図示）がリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してレチクルステージＲＳＴの位置等を制御する。なお、これはステッパーの場合であり、本例の投影露光装置がスキャニングステッパーのような走査露光型である場合には、レチクルＲの照明領域は、Ｘ方向に細長い矩形領域となり、レチクルステージＲＳＴには、Ｙ方向に所定速度で往復運動（走査）する機能が付加される。
【００２３】
一方、ウエハＷは、ウエハステージＷＳＴ（第２ステージ）上のウエハホルダ１５に真空吸着されている。ウエハステージＷＳは、定盤よりなるウエハベース１９上をＸ方向、Ｙ方向に駆動されるＸＹステージ部１８と、ウエハＷのＺ方向の位置を制御するＺステージ部１７と、ウエハＷのＸ軸及びＹ軸の周りの傾斜角（チルト角）を制御する機能を有すると共に、ウエハホルダ１５が固定されたウエハテーブル（試料台）１６とから構成されている。ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は、ウエハテーブル１６に固定された移動鏡２０に対して計測用のレーザビームＷＬＢを照射するレーザ干渉計（不図示）によって計測されている。この計測値に基づいて、主制御系（不図示）がリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置等を制御する。
【００２４】
また、図１の投影露光装置は、レチクルＲ上のアライメントマークの位置を計測するための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、ウエハテーブル１６上に固定されて所定の基準マークが形成された基準マーク部材（不図示）とを備えている。これらのレチクルアライメント顕微鏡、アライメントセンサ、及び基準マーク部材を用いて、レチクルＲ及びウエハＷのアライメントが行われる。なお、ＦＩＡ方式のアライメントセンサについては、たとえば特開平４−６５６０３号公報や特開平４−２７３２４６号公報などに開示されている。
【００２５】
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の表面又は光学性能の計測装置の入射面（被検面）の位置を検出するために、いわゆる斜入射方式の二次元オートフォーカス系（ＡＦ系）３０を備えている。この二次元ＡＦ系３０において、たとえばハロゲンランプ（不図示）からの白色光よりなる検出光は、リレー光学系（不図示）、ライトガイド３１、コンデンサレンズ３２、偏向プリズム３３を介して、偏向プリズム３３の射出側に形成された透過型格子パターンを照明する。
【００２６】
その透過型格子パターンを透過した検出光は、投射用集光レンズ３４、ミラー３５、及び投射用対物レンズ３６を介して、所定の大きい入射角で被検面に達し、その被検面の光軸ＡＸを囲む所定範囲の領域には、二次元スリット投影パターン（格子パターンの一次像）が形成される。その被検面で反射された検出光は、受光用対物レンズ３７、振動ミラー３８、及び受光用集光レンズ３９を介して上述の偏向プリズム３３と同様の構成を有するアオリ補正プリズム４０に入射する。
【００２７】
こうして、アオリ補正プリズム４０の入射面には、格子パターンの二次像が形成される。なお、アオリ補正プリズム４０の入射面には二次元受光スリットの開口部が設けられている。アオリ補正プリズム４０の射出面から射出された検出光は、リレー光学系４１を介して、上記の格子パターンの二次像と受光スリットの開口部との共役像を、受光部４２の受光面上に形成する。受光面には、受光スリットの複数の開口部に光学的に対応するように、二次元受光センサとしての複数のシリコン・フォトダイオードが設けられている。
【００２８】
ここで、被検面が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿ってＺ方向に上下移動すると、アオリ補正プリズム４０の入射面上に形成される格子パターンの二次像は、その上下移動に対応してパターンのピッチ方向に横ずれを起こす。こうして、光電顕微鏡の原理により、格子パターンの二次像の横ずれ量を光電検出し、光電検出した横ずれ量に基づいて投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った被検面の面位置を３点以上の複数点で検出する。このように検出される面位置に基づいて、主制御系（不図示）がＺステージ部１７及びウエハテーブル１６内の駆動機構を介して、オートフォーカス方式でその被検面を投影光学系ＰＬの像面に連続的に合わせ込むことができる。なお、二次元多点オートフォーカス方式の詳細については、例えば特開平６−９７０４５号公報に開示されている。
【００２９】
そして、ウエハＷの露光時には、上記のようにレチクルＲ及びウエハＷのアライメントを行った後、照明系開口絞り部材８を駆動して照明条件が設定される。その後、ウエハＷ上の一連のショット領域を順次投影光学系ＰＬの露光領域にステップ移動する動作と、レチクルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上のショット領域に露光する動作とが、ステップ・アンド・リピート方式で繰り返される。その露光時には、ウエハＷの表面がオートフォーカス方式で投影光学系ＰＬの像面に合わせ込まれている。また、本例の投影露光装置が走査露光型である場合には、ウエハＷ上の各ショット領域への露光時に、レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）とウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）とが投影倍率βを速度比としてＹ方向に同期して走査される。
【００３０】
さて、このような露光に際して、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に常に高解像度で、且つ忠実に転写するためには、照明光学系１２及び投影光学系ＰＬの光学性能が予め定められている所定の条件（規格）を満たす必要がある。また、それらの光学系の光学性能は、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照明光学系１２及び投影光学系ＰＬの所定の光学性能である開口数及び照明系のコヒーレンスファクタ（σ値）等をメンテナンス時等に随時計測できるように、計測装置（光学性能計測装置）２１が備えられている。計測装置２１は、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの何れにも着脱することができる。
【００３１】
図１は、例えば投影光学系ＰＬの開口数ＮＡPLを計測するために、計測装置２１をウエハステージＷＳＴ中のウエハテーブル１６上の切り欠き部１６ａに装着した状態を示している。図１において、計測装置２１は、投影光学系ＰＬ（被検光学系）に対向して配置されてその表面にピンホール２２ａ（所定の大きさの開口）が形成されたピンホール板２２（開口部材）と、ピンホール板２２を通過した計測光をほぼ平行光束に変換するコリメータレンズ２３と、コリメータレンズ２３を通過したほぼ平行光束よりなる計測光を受光する受光器としてのＣＣＤ型の２次元撮像素子２４とを備えている。ピンホール板２２とコリメータレンズ２３とが計測用光学系に対応しており、ピンホール板２２のピンホール２２ａは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの近傍（露光領域のほぼ中心）に位置している。なお、ピンホール２２ａの位置は、必ずしも投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致している必要はない。この場合、二次元ＡＦ系３０からの検出光をピンホール板２２の表面に照射することにより、ピンホール板２２の表面は投影光学系ＰＬの像面（ウエハＷの表面と実質的に同じ高さ）に合わせ込まれている。
【００３２】
また、２次元撮像素子２４の検出信号が、不図示のアナログ／デジタル変換器を介してコンピュータよりなる情報処理装置２５（演算装置）に供給されている。情報処理装置２５には、ハードディスク装置等の記憶装置２６が接続されている。なお、本例のように被検光学系が回転対称である場合には、２次元撮像素子２４の代わりに、ラインセンサ等の１次元撮像素子を用いることも可能である。
【００３３】
図２（Ａ）は、図１中の計測装置２１を示し、この図２（Ａ）において、ピンホール板２２は、露光光ＩＬを透過するガラス基板の被検光学系側の面（入射面）の全面にクロム膜等の遮光膜２２ｂを被着した後、その遮光膜２２ｂの中央にエッチング等によって微小な円形のピンホール２２ａを形成したものである。ピンホール板２２のガラス基板の入射面及び射出面には、必要に応じて露光光ＩＬの波長の光を透過するための反射防止膜も形成されている。また、ピンホール２２ａは、コリメータレンズ２３のほぼ前側焦点の位置にあり、コリメータレンズ２３の後側焦点面（計測用光学系の瞳面）が２次元撮像素子２４の受光面にほぼ一致しており、露光光ＩＬはほぼ垂直にその受光面に入射する。投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと、ピンホール２２ａを通るコリメータレンズ２３（計測用光学系）の光軸ＡＸ１とはほぼ一致している。なお、実用上は光軸ＡＸと光軸ＡＸ１とは必ずしも一致しなくともよく、互いに平行であればよい。また、コリメータレンズ２３としては、その入射側の開口数が、被検光学系の射出側の開口数よりも大きいものが選択されている。更に、２次元撮像素子２４の受光面（画素が配列された領域）の大きさは、コリメータレンズ２３に対して最大の開口数で入射する光束を受光できるように設定されており、その受光面の中心が光軸ＡＸ１にほぼ一致している。
【００３４】
本例では露光光ＩＬをそのまま計測光としても使用する。そして、ピンホール板２２に対して所定の入射角（これを「θ」とする。）で入射する露光光ＩＬが、２次元撮像素子２４の受光面で光軸ＡＸ１に対応する位置（原点）から半径方向（Ｒ方向）に距離ｘの位置に入射するものとする。この場合、コリメータレンズ２３の前側及び後側の焦点距離をｆとすると、一例として次の関係がある。
【００３５】
ｘ＝ｆ・sin θ  …（１）
次に、計測装置２１を用いて投影光学系ＰＬの開口数ＮＡPLを計測する動作の一例につき、以下のように工程別に説明する。
［第１工程］
例えば、予め図１の計測装置２１の組立調整時に、計測装置２１のピンホール板２２に入射する計測光の入射角θに対する、ピンホール板２２及びコリメータレンズ２３を通過した計測光の透過率分布（透過率情報）を計測する。具体的に、先ず図３（Ａ）に示すように、計測装置２１からコリメータレンズ２３を外した構成で、計測光（本例では露光光ＩＬ）と同じ波長でピンホール２２ａよりも大きい断面形状のほぼ平行光束よりなる計測光ＩＬ１を、ピンホール板２２に対してピンホール２２ａを覆うように垂直に（光軸ＡＸ１に平行に）入射させる。このときの計測光ＩＬ１の光量Ｉ１を２次元撮像素子２４で計測する。この際の光量は、例えば２次元撮像素子２４の全部の画素で受光される光量の和、又は光量分布の中心位置にある所定個数の画素の受光量の和である。更に、このときの光量分布の中心位置に最も近い画素の位置を原点位置（ｘ＝０）として記憶する。
【００３６】
次に、図３（Ｂ）に示すように、ピンホール板２２と２次元撮像素子２４との間にコリメータレンズ２３を配置する。この状態で、ピンホール板２２に対する入射角θ（ｄｅｇ）を０°から９０°まで例えば所定角度Δθずつ変えながら、それぞれピンホール２２ａを覆うように計測光ＩＬ１を入射させて、コリメータレンズ２３を介して２次元撮像素子２４で計測光ＩＬ１を受光する。そして、２次元撮像素子２４の受光面における計測光ＩＬ１の光量分布の中心の原点からの距離ｘ、及び光量Ｉ（ｘ）を計測する。この際の光量Ｉ（ｘ）の定義は、図３（Ａ）の場合の光量Ｌ１の定義と同じである。そして、その光量Ｉ（ｘ）を最初の光量Ｉ１で割ることによって、次のように原点から距離ｘの位置での透過率Ｔ（ｘ）（入射角θに対する透過率分布）が求められる。
【００３７】
Ｔ（ｘ）＝Ｉ（ｘ）／Ｉ１  …（２）
図４（Ｂ）は、そのようにして求められる透過率Ｔ（ｘ）の一例を、計測点間のデータを補間して表したものであり、その横軸は距離ｘ（最大値がｘｍａｘ）、その縦軸が透過率Ｔ（ｘ）である。この場合、透過率Ｔ（ｘ）の関数をより少ないデータで記憶するために、一例として例えば最小自乗法によって係数ａｉ（ｉ＝０，１，２，…）を決定することによって、その関数Ｔ（ｘ）を次のように距離ｘに関する所定次数（本例では６次）の関数で近似する。
【００３８】
Ｔ（ｘ）≒ａ０＋ａ１・ｘ＋ａ２・ｘ2 ＋ａ３・ｘ3 ＋ａ４・ｘ4
＋ａ５・ｘ5 ＋ａ６・ｘ6     …（３）
そして、その透過率Ｔ（ｘ）の関数（透過率情報）として、（３）式の係数ａｉ（ｉ＝０〜６）を図１の記憶装置２６に格納する。
なお、透過率Ｔ（ｘ）は、他の指数関数ｅｘｐ（ｂ・ｘ）（ｂは係数）等を含む関数で近似してもよく、更には、距離ｘに関して所定間隔毎のテーブルとして記憶してもよい。このようにテーブルとして記憶する場合には、隣り合うデータ間のデータは、例えば補間によって計算すればよい。
【００３９】
本例において、透過率Ｔ（ｘ）を記憶する代わりに、（１）式の関係から距離ｘを入射角θに換算し、透過率Ｔ（ｘ）を入射角θの関数Ｔ（θ）として記憶してもよい。また、本例ではピンホール板２２及びコリメータレンズ２３よりなる計測光学系が回転対称であるため、透過率Ｔ（ｘ）を受光面の原点からの半径方向への距離ｘの関数で表している。しかしながら、より高精度に計測光学系の透過率分布を求めたい場合には、受光面において原点から直交するＸ方向及びＹ方向の位置（ｘ，ｙ）の関数として透過率Ｔ（ｘ，ｙ）を求めても良い。この場合には、計測光ＩＬ１のピンホール板２２への入射角も、Ｘ方向及びＹ方向に所定角度間隔で変化させればよい。
【００４０】
また、計測装置２１中のコリメータレンズ２３の入射角に対する透過率の変化が小さい場合には、上記の透過率Ｔ（ｘ）の代わりに、ガラス基板であるピンホール板２２のみの入射角θに対する透過率Ｔ１（θ）を用いてもよい。この場合の透過率Ｔ１（θ）の一例が図４（Ａ）に示されている。透過率Ｔ１（θ）は、入射角θが６０°程度を超えると、急激に低下している。
【００４１】
［第２工程］
次に、図１に示すように、計測装置２１をウエハステージＷＳＴのウエハテーブル１６上に装着して、計測装置２１のピンホール２２ａを投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ付近に移動すると共に、第２フライアイレンズ７の射出側焦点面に通常照明用の開口絞り８ａを設定する。そして、投影光学系ＰＬに対して入射側の開口数以上の開き角の露光光ＩＬ（計測光）が入射するように、レチクルＲの代わりに、すりガラス板又はレモンスキン板のような光拡散板１４（光拡散部材）を配置する。この際に、光拡散板１４自体の拡散角による光量分布の変化の影響を軽減するために、第２フライアイレンズ７の射出側焦点面付近に、光拡散板１４の拡散角に応じた光量分布とほぼ逆特性の透過率分布を持つ減光フィルタ板を配置してもよい。
【００４２】
この状態で、露光光源１の発光を開始させて、計測用の照明系を兼用する照明光学系１２を介して投影光学系ＰＬに露光光ＩＬ（計測光）を入射させ、投影光学系ＰＬを通過した露光光ＩＬをピンホール板２２及びコリメータレンズ２３を介して２次元撮像素子２４で受光し、２次元撮像素子２４の各画素から読み出される検出信号を情報処理装置２５に供給する。情報処理装置２５では、その検出信号を処理して２次元撮像素子２４の受光面での光量分布（光の強度分布）を、原点からの距離ｘの関数ｄａｔａ（ｘ）として求める。この関数ｄａｔａ（ｘ）は、一例として光量分布を原点からの距離ｘで平均化した値であり、関数ｄａｔａ（ｘ）の一例が図４（Ｃ）の実線の補間された曲線Ｃ１で表されている。図４（Ｃ）の縦軸では、２次元撮像素子２４の飽和受光量（最大受光量）が１で表されている。
【００４３】
［第３工程］
次に、情報処理装置２５では、第１工程で求められて記憶装置２６に記憶されている（３）式の係数ａｉ（ｉ＝０〜６）（計測用光学系の透過率情報）を読み出して、（３）式から計測装置２１の計測用光学系の透過率Ｔ（ｘ）を計算する。そして、情報処理装置２５では、第２工程で求めた光量分布の関数ｄａｔａ（ｘ）を次のようにその透過率Ｔ（ｘ）で割ることによって、計測用光学系の透過率分布の影響を受けない投影光学系ＰＬを通過した光の光量分布、即ち、２次元撮像素子２４の受光面での光量分布をその透過率Ｔ（ｘ）で補正した距離ｘ毎の光量Ｕ（ｘ）を算出する。
【００４４】
Ｕ（ｘ）＝ｄａｔａ（ｘ）／Ｔ（ｘ）  …（４）
この場合、透過率Ｔ（ｘ）は１より小さい値であるため、距離ｘでの光量Ｕ（ｘ）は図４（Ｃ）の点線の曲線Ｃ２で示すように、元のｄａｔａ（ｘ）よりも大きい値となる。
この後は、例えば図４（Ｃ）の曲線Ｃ２が所定のスライスレベル（規格値）を横切るときの距離ｘ（これをｘＮＡとする）を求め、この距離ｘＮＡを（１）式からsin θに換算すると、これが投影光学系ＰＬの開口数ＮＡPLとなる。この際に、本例では、投影光学系ＰＬ及び計測装置２１内の計測用光学系を通過した光量分布（２次元撮像素子２４の受光面での光量分布）を、計測装置２１内の計測用光学系による透過率Ｔ（ｘ）で補正した分布に基づいて、その投影光学系ＰＬの開口数を算出しているため、その開口数を高精度に求めることができる。その結果、必要に応じて、投影光学系ＰＬ中の所定の光学部材の清掃や交換等を行うことによって、常に投影光学系ＰＬの開口数を所定の条件を満たすように維持することができる。従って、レチクルＲのパターンを常に高解像度で忠実にウエハＷ上に転写できる。
【００４５】
次に、図１のように計測装置２１をウエハテーブル１６に装着した状態で、照明光学系１２のコヒーレンスファクタ（σ値）（照明光学系１２の射出側の開口数を投影光学系ＰＬの入射側の開口数で割った値）を計測することもできる。このためには、上記の第２工程において、光拡散板１４を取り除き、レチクルＲの代わりに単に露光光ＩＬ１を透過するガラス基板１３を配置して、照明光学系１２からの露光光ＩＬ（計測光）をそのまま投影光学系ＰＬを介して計測装置２１で受光すればよい。一般に、投影光学系ＰＬの開口数は照明光学系１２の開口数よりも大きいため、照明光学系１２からの露光光ＩＬは、全て投影光学系ＰＬを介して計測装置２１に入射する。そこで、上記の第３工程において、その第２工程で得られた光量分布を上記の第１工程で求められている透過率Ｔ（ｘ）で補正することによって、照明光学系１２からの露光光ＩＬの２次元撮像素子２４の受光面での光量分布の半径を高精度に求めることができる。この半径を、上記の投影光学系ＰＬの光量分布の半径（距離ｘＮＡ）で割ることによって、σ値を高精度に求めることができる。
【００４６】
また、図１において、２点鎖線で示すように、不図示の支持部材を介して計測装置２１をレチクルステージＲＳＴ上に設置することによって、照明光学系１２の開口数ＮＡILを計測することもできる（図２（Ａ）参照）。この場合には、計測装置２１のピンホール板２２の上面がレチクル面と同じ高さに設置される。そして、上記の第２工程において、露光光源１（計測用の照明系）からの露光光ＩＬ（計測光）を照明光学系１２を介してそのまま計測装置２１で受光し、上記の第３工程において、その第２工程で得られた光量分布を上記の第１工程で求められている透過率Ｔ（ｘ）で補正すればよい。これによって、照明光学系１２からの露光光ＩＬの２次元撮像素子２４の受光面での光量分布、ひいては開口数ＮＡILを高精度に求めることができる。
【００４７】
なお、本例では受光器として２次元撮像素子２４が用いられているため、その照明光学系１２からの２次元的な光量分布を求めることによって、照明光学系１２のテレセントリック性、及び輪帯照明や変形照明を行う場合の照明光学系１２の瞳面での光源の形状なども高精度に計測することができる。
また、本例の計測装置２１の代わりに、図２（Ｂ）に示すように、ピンホール板２２及び２次元撮像素子２４のみからなる計測装置２１Ａも使用することができる。この計測装置２１Ａの一例は、特許第２９２８２７７号公報に開示されている。この計測装置を用いる場合にも、予めピンホール板２２に入射する計測光の入射角θに対する透過率Ｔ（θ）の分布を求めておき、被検光学系及びピンホール板２２を通過した光の光量分布（Ｒ方向の位置による分布）をその透過率Ｔ（θ）で補正することによって、その被検光学系の開口数等の光学性能を高精度に計測できる。
【００４８】
但し、図２（Ｂ）の計測装置２１Ａでは、構成は簡単であるが、２次元撮像素子２４の受光面での光束の拡がり（面積）が大きくなると共に、２次元撮像素子２４の周辺部で計測光の入射角が大きくなるため、２次元撮像素子２４においても入射角に応じた検出感度の補正を行う必要が生じる。
なお、上記の実施形態では、計測装置２１は投影露光装置に対して着脱自在であるため、露光時にはレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴは小型軽量化できる。しかしながら、光学系の光学性能の計測頻度を高めるような場合には、計測装置２１を常時レチクルステージＲＳＴやウエハステージＷＳＴに組み込んでおいてもよい。また、上記の実施形態の計測装置２１は、例えば照明光学系１２や投影光学系ＰＬを製造する工場においても、その光学性能のチェック等を行う際に使用することができる。
【００４９】
なお、上記の実施形態の投影露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００５０】
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。
【００５１】
なお、本発明は、例えば国際公開（ＷＯ）第９９／４９５０４号などに開示される液浸型露光装置で投影光学系の光学性能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。
【００５２】
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】
【００５３】
また、本発明を露光装置に適用することにより、照明光学系や投影光学系の光学性能を高精度に計測することによって、それらの光学系の光学性能を高精度に制御することができる。従って、微細パターンを有する各種デバイスを高精度に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態の一例の投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】（Ａ）は図１中の計測装置２１を示す斜視図、（Ｂ）は計測装置２１の別の例を示す斜視図である。
【図３】図１の計測装置２１の透過率分布を計測する際の説明図である。
【図４】（Ａ）は図２（Ａ）中のピンホール板２２の透過率分布の一例を示す図、（Ｂ）は図２（Ａ）中のピンホール板２２及びコリメータレンズ２３の透過率分布の一例を示す図、（Ｃ）は図１の投影光学系ＰＬを通過した光の光量分布の計測結果及びその補正結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…露光光源、１２…照明光学系、１４…光拡散板、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＷＳＴ…ウエハステージ、２１，２１Ａ…計測装置、２２…ピンホール板、２２ａ…ピンホール、２３…コリメータレンズ、２４…２次元撮像素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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