(57)【要約】【課題】  投影光学系の光学性能を短時間で高精度に測定できるようにする。【解決手段】  方向Ｄ１に沿って線幅（方向Ｄ２の幅）が徐々に変化する楔形状のパターンＰ１と、パターンＰ１に並設され、線幅の変化の方向がパターンＰ１と逆に設定されたパターンＰ２とを含む測定パターンＭＰを投影光学系を介してウエハ上に転写し、ウエハ上に形成されるレジストパターンの形状変化を計測して数値化することにより、投影光学系のコマ収差を求める。【選択図】  図４
2005123427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面のパターンを第２面へ投影する投影光学系の光学性能を測定する光学性能測定方法であって、
長手方向に沿う第１方向に線幅が変化する第１パターンと、当該第１パターンと並設され、前記第１方向への線幅の変化が前記第１パターンとは逆である第２パターンとを含む測定パターンを前記第１面内に配置する配置工程と、
前記第２面に投影される前記測定パターンの像の検出結果から前記投影光学系の光学性能を測定する測定工程と
を含むことを特徴とする光学性能測定方法。
【請求項２】
前記第１パターン及び前記第２パターンは、前記第１方向に徐々に線幅が増加又は減少する楔形状であることを特徴とする請求項１に記載の光学性能測定方法。
【請求項３】
前記第１パターン及び前記第２パターンは、前記第１方向に直交する第２方向の線幅の和が前記第１方向に沿って一定となるように形状が設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学性能測定方法。
【請求項４】
前記測定工程は、前記第２面に投影される前記測定パターンの投影像を検出して検出信号を得る検出工程と、
前記検出工程で得られた前記検出信号を前記第２方向に対応する方向に積算して積算信号を得る積算工程と、
前記第１方向に対応する方向における前記積算信号の分布に基づいて前記投影光学系の光学性能を数値化する数値化工程と
を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学性能測定方法。
【請求項５】
前記測定工程は、前記第２面に検出用基板を配置する基板配置工程と、
前記投影光学系を介して前記測定パターンを前記検出用基板に転写する転写工程と、
前記検出用基板に転写された前記パターンを検出するパターン検出工程と、
前記パターン検出工程の検出結果に基づいて前記投影光学系の光学性能を数値化する数値化工程と
を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学性能測定方法。
【請求項６】
前記投影光学系の光学性能は、前記投影光学系のコマ収差を含むことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光学性能測定方法。
【請求項７】
マスクに形成されたパターンを、投影光学系を介して基板上に転写する露光方法において、
前記パターンの転写に先立って、請求項１〜６の何れか一項に記載の光学性能測定方法を用いて前記投影光学系の光学性能を測定する光学性能測定工程と、
前記光学性能測定工程の測定結果に応じて前記投影光学系の光学性能を調整する特性調整工程と
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項８】
マスクに形成されたパターンを、投影光学系を介して基板上に転写する露光装置において、
長手方向に沿う第１方向に線幅が変化する第１パターンと、当該第１パターンと並設され、前記第１方向の線幅の変化が前記第１パターンとは逆である第２パターンとを含む測定パターンが形成された測定用マスクを前記マスクとして用い、当該測定用マスクに形成されたパターンの前記投影光学系による投影像を検出する検出部と、
前記検出部の検出信号を前記第１方向に直交する第２方向に対応する方向に積算して積算信号を求め、前記第１方向に対応する方向における前記積算信号の分布に基づいて前記投影光学系の光学性能を数値化する性能算出部と
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項９】
前記性能算出部の算出結果に応じて前記投影光学系の光学性能を変更する特性調整部を備えることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】
第１面のパターンを第２面に投影する投影光学系の光学性能の測定に用いられるマスクであって、
長手方向に沿う第１方向に線幅が変化する第１パターンと、該第１パターンに隣接して設けられ、前記第１方向への線幅の変化が前記第１パターンとほぼ逆となる第２パターンとを含む測定パターンを有することを特徴とするマスク。
【請求項１１】
前記測定パターンは、前記第１方向と直交する第２方向に離れて複数対の前記第１及び第２パターンが並設されることを特徴とする請求項１０に記載のマスク。
【請求項１２】
前記第１及び第２パターンはそれぞれ前記第１方向と直交する第２方向の線幅が前記第１方向に徐々に増加又は減少する楔状であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のマスク。
【請求項１３】
前記第１及び第２パターンはその少なくとも一部で、前記第１方向と直交する第２方向の線幅の和が前記第１方向に沿ってほぼ一定であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のマスク。
【請求項１４】
前記測定パターンは、前記第１方向と直交する第２方向に離れて配置される複数対の前記第１及び第２パターンで、前記第２方向の線幅の和がほぼ等しいことを特徴とする請求項１３に記載のマスク。
【請求項１５】
前記測定パターンは、前記第１方向、及び前記第１方向と異なる方向に沿ってそれぞれ線幅が変化する複数の前記第１及び第２パターンを含むことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のマスク。
【請求項１６】
第１面のパターンを第２面に投影する投影光学系の光学性能を測定する光学性能測定方法であって、
請求項１０〜１５のいずれか一項に記載のマスクを前記第１面に配置するとともに、前記第２面に投影される前記測定パターンの像の検出結果に基づいて前記投影光学系の光学性能を求めることを特徴とする光学性能測定方法。
【請求項１７】
前記投影時に前記第１パターンと前記第２パターンとで長さ変化が異なる前記測定パターンの像の前記第１方向に関する検出情報を用いて前記投影光学系の光学性能を求めることを特徴とする請求項１６に記載の光学性能測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影光学系の光学性能を測定する光学性能測定方法、当該方法の測定結果に基づいて光学性能を調整した投影光学系を用いて基板を露光する露光方法、及び投影光学系の光学性能を測定する機能を有する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子、撮像装置、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造工程の１つとして設けられるフォトリソグラフィー工程では、マスク又はレチクル（以下、これらを総称するときは、マスクという）に形成されたパターンの像を、投影光学系を介して露光対象としての基板（フォトレジストが塗布された半導体ウエハ又はガラスプレート）上に投影露光する露光装置が用いられる。近時においては、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（所謂、ステッパ）又はステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が多用されている。
【０００３】
近年においては、デバイスに形成するパターンのより一層の高集積化に対応するために、投影光学系の更なる高解像度化が望まれている。投影光学系の解像度は露光光の波長が短くなるほど、また投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。このため、露光装置で使用される露光光の波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大している。露光光の短波長化に着目すると、従来はｇ線（波長４３６ｎｍ）やｉ線（波長３６５ｎｍ）が用いられていたが、現在ではＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が主流となってきており、更にＦ２レーザ（波長１５７ｎｍ）等の実用化も検討されている。
【０００４】
ところで、露光装置の性能は主として投影光学系の解像力性能によって左右されるため、投影光学系は収差量が極力小さくなるように設計・製造されるが、収差量を皆無にすることは困難である。このため、投影光学系の残存収差を測定し、その補正を行うことにより、解像力性能の向上が図られる。
【０００５】
投影光学系の従来の残存収差の測定方法としては、収差計測用のパターンとして、その線幅が長手方向に渡って均一に設定された２以上のパターンを短手方向に配列してなるＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）パターンの投影光学系の投影像を、結像面に配置したＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の計測器を用いて撮像し、その線幅（短手方向の寸法）を作業者が手作業で測定し、測定した線幅と理想状態で投影される投影像の線幅とを比較するものが知られている。
【０００６】
また、フォトレジストを塗布した基板上に、上記と同様な収差測定用のパターンを転写し、基板上に形成されたパターンを作業者がＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等を用いて観察して線幅を測定し、測定した線幅と理想状態で転写されたときに基板上に形成されるパターンの線幅とを比較するものが知られている。
【０００７】
なお、５本のラインを配置したＬ／Ｓパターンを用いるコマ収差計測方法が特開２００３−２７９３４１号公報に開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２７９３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来の残存収差の測定方法では、収差測定用のパターンとしてＬ／Ｓパターンを用い、作業者がその投影像又は基板上に転写されたパターンの線幅を手作業で測定し、この測定結果と理想状態で投影される投影像の線幅又は理想状態で基板上に転写されたパターンの線幅とを比較することで求められているため、これらの作業は極めて煩雑であり、このため作業時間が長くなり、また測定誤差も生じやすいという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、投影光学系の光学性能を短時間で高精度測定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】
【００１０】
以下、この項に示す説明では、本発明を、実施形態を表す図面に示す部材符号に対応付けて説明するが、本発明の各構成要件は、これら部材符号を付した図面に示す部材に限定されるものではない。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によると、第１面のパターンを第２面へ投影する投影光学系（ＰＬ）の光学性能を測定する光学性能測定方法であって、長手方向に沿う第１方向（Ｄ１、Ｄ３１）に線幅が変化する第１パターン（Ｐ１、Ｐ１１）と、当該第１パターンと並設され、前記第１方向への線幅の変化が前記第１パターンとは逆である第２パターン（Ｐ２、Ｐ１２）とを含む測定パターン（ＭＰ、ＭＰ１）を前記第１面内に配置する配置工程（Ｓ１１、Ｓ２１）と、前記第２面に投影される前記測定パターンの像の検出結果から前記投影光学系の光学性能を測定する測定工程（Ｓ１２〜Ｓ１７、Ｓ２２〜Ｓ２５）とを含む光学性能測定方法が提供される。
【００１２】
この発明では、測定パターンとして長手方向に線幅が変化する第１パターン及びこれと線幅の変化が逆である第２パターンを第１面に配置しており、これらの投影光学系による投影像は、投影光学系の光学性能（特に、残存コマ収差）に応じて、互いに長手方向の長さの変化に違いを生じた状態で第２面に投影される。これにより、例えば、第１及び第２パターンの投影像の長手方向の長さの変化を検出することにより、投影光学系の光学性能を容易に測定することができる。
【００１３】
また、第１及び第２パターンの投影像のそれぞれの長手方向の寸法変化の比較（例えば、比率）により、コマ収差を含む残存収差の方向及び大きさを容易に特定することができ、加えて、例えば、後述する実施形態で説明するように、ＣＣＤ等の撮像装置を用いて光学性能の測定を自動化することが可能なため、投影光学系の光学性能を短時間で高精度測定することができるようになる。
【００１４】
本発明の第１の観点に係る光学性能測定方法において、前記第１パターン及び前記第２パターンとして、前記第１方向に徐々に線幅が増加又は減少する楔形状のものを用いることができ、この場合において、前記第１パターン及び前記第２パターンは、前記第１方向に直交する第２方向の線幅の和が前記第１方向に沿って一定となるように形状が設定されることが好ましい。
【００１５】
この場合において、前記測定工程は、前記第２面に投影される前記測定パターンの投影像を検出して検出信号を得る検出工程と、前記検出工程で得られた前記検出信号を前記第２方向に対応する方向に積算して積算信号を得る積算工程と、前記第１方向に対応する方向における前記積算信号の分布に基づいて前記投影光学系の光学性能を数値化する数値化工程とを含むことができる。また、前記測定工程は、前記第２面に検出用基板を配置する基板配置工程と、前記投影光学系を介して前記測定パターンを前記検出用基板に転写する転写工程と、前記検出用基板に転写された前記パターンを検出するパターン検出工程と、前記パターン検出工程の検出結果に基づいて前記投影光学系の光学性能を数値化する数値化工程とを含むことができる。
【００１６】
本発明の第２の観点によると、マスク（Ｒ）に形成されたパターン（ＤＰ）を、投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に転写する露光方法において、前記パターンの転写に先立って、上記の光学性能測定方法を用いて前記投影光学系の光学性能を測定する光学性能測定工程と、前記光学性能測定工程の測定結果に応じて前記投影光学系の光学性能を調整する特性調整工程とを含む露光方法が提供される。
【００１７】
本発明の第３の観点によると、マスク（Ｒ）に形成されたパターン（ＤＰ）を、投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に転写する露光装置において、長手方向に沿う第１方向（Ｄ１、Ｄ３１）に線幅が変化する第１パターン（Ｐ１、Ｐ１１）と、当該第１パターンと並設され、前記第１方向の線幅の変化が前記第１パターンとは逆である第２パターン（Ｐ２、Ｐ１２）とを含む測定パターン（ＭＰ、ＭＰ１）が形成された測定用マスク（ＴＲ）を前記マスクとして用い、当該測定用マスクに形成されたパターンの前記投影光学系による投影像を検出する検出部（２０）と、前記検出部の検出信号を前記第１方向に直交する第２方向（Ｄ２、Ｄ３２）に対応する方向（Ｄ１２）に積算して積算信号（ＡＳ）を求め、前記第１方向に対応する方向（Ｄ１１）における前記積算信号の分布に基づいて前記投影光学系の光学性能を数値化する性能算出部（１２）とを備える露光装置が提供される。
【００１８】
この発明によれば、第１面内に配置された第１パターン及び第２パターンの像が投影光学系（ＰＬ）の光学性能に応じて長手方向の長さが変化した状態で第２面に投影され、この投影像を検出部で検出した検出信号を長手方向に直交する方向に積算した積算信号が求められ、積算信号の分布に基づいて投影光学系の光学性能が数値化される。
【００１９】
本発明の第４の観点によると、第１面のパターンを第２面に投影する投影光学系（ＰＬ）の光学性能の測定に用いられるマスクであって、長手方向に沿う第１方向（Ｄ１、Ｄ３１）に線幅が変化する第１パターン（Ｐ１、Ｐ１１）と、該第１パターンに隣接して設けられ、前記第１方向への線幅の変化が前記第１パターンとほぼ逆となる第２パターン（Ｐ２、Ｐ１２）とを含む測定パターンを有するマスク（ＴＲ）が提供される。
【００２０】
この場合において、前記測定パターンは、前記第１方向と直交する第２方向に離れて複数対の前記第１及び第２パターンが並設されたものとすることができる。また、前記第１及び第２パターンは、それぞれ前記第１方向と直交する第２方向の線幅が前記第１方向に徐々に増加又は減少する楔状とすることができる。さらに、前記第１及び第２パターンは、その少なくとも一部で、前記第１方向と直交する第２方向の線幅の和が前記第１方向に沿ってほぼ一定となるようにすることができる。また、前記測定パターンは、前記第１方向と直交する第２方向に離れて配置される複数対の前記第１及び第２パターンで、前記第２方向の線幅の和がほぼ等しくなるように設定することができる。さらに、前記測定パターンは、前記第１方向、及び前記第１方向と異なる方向に沿ってそれぞれ線幅が変化する複数の前記第１及び第２パターンを含むことができる。
【００２１】
本発明の第５の観点によると、第１面のパターンを第２面に投影する投影光学系（ＰＬ）の光学性能を測定する光学性能測定方法であって、上記本発明の第４の観点に係るマスク（ＴＲ）に計測された測定パターン（ＭＰ、ＭＰ１）を前記第１面に配置するとともに、前記第２面に投影される前記測定パターンの像の検出結果に基づいて前記投影光学系の光学性能を求めるようにした光学性能測定方法が提供される。
【００２２】
この場合において、前記投影時に前記第１パターンと前記第２パターンとで長さ変化が異なる前記測定パターンの像の前記第１方向に関する検出情報を用いて前記投影光学系の光学性能を求めるようにできる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、作業者の作業が大幅に低減されるとともに、作業者の手作業による測定を省略することが可能になるため、投影光学系の光学性能を短時間で高精度に測定することができる。
【００２４】
また、高い精度の測定結果に基づいて投影光学系の光学性能が調整されるため、投影光学系の光学性能をより理想の状態に近づけることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学性能測定方法が用いられる露光装置の概略構成を示す図である。図１に示す露光装置は、基板としてのウエハＷを二次元的に移動自在なウエハステージ８上に載置し、このウエハステージ８によりウエハＷを歩進（ステッピング）させて、マスクとしてのレチクルＲのパターンをウエハＷ上の各ショット領域に順次転写する動作を繰り返す、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（所謂、ステッパー）である。
【００２７】
尚、以下の説明においては、図中に示すＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
【００２８】
図１において、１は露光光源であって、断面が略長方形状の平行光束である露光光ＥＬを射出するＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）である。露光光源１から射出された露光光ＥＬは照明光学系２に入射する。照明光学系２は、例えば照明光路内に交換して配置される複数の回折光学素子、間隔が可変な複数のプリズム、及びズーム光学系を有する成形光学系、オプティカル・インテグレータ（例えばフライアイレンズ、内面反射型インテグレータ、又は回折光学素子など）、視野絞り、及びコンデンサーレンズ系などを含み、露光光源１から射出された露光光ＥＬを整形するとともに、照度分布の均一化を行ってレチクルＲの照明条件を設定する。さらに、この照明光学系２は前述の成形光学系によってその瞳面上での露光光ＥＬの光量分布を変更し、これにより通常照明以外に、例えば輪帯照明、４極変形照明、及び小さいコヒーレンスファクタ（σ値）の照明等の照明条件が設定される。
【００２９】
照明光学系２から射出された露光光ＥＬは、照明光学系２内に設けられる視野絞り（不図示）によって形状及び大きさが設定される照明領域ＩＡに照射される。尚、照明領域ＩＡは、基本的にショット領域に応じた大きさに設定される。露光光ＥＬが照明領域ＩＡ内に照射されることで、レチクルＲに形成されたパターンＤＰのうちの照明領域ＩＡ内に配置されたパターンがほぼ均一な照度で照明される。
【００３０】
レチクルＲは、駆動系３によって投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向に微動可能で、且つその光軸ＡＸに垂直な面内で２次元移動及び微小回転可能なレチクルステージ４上に載置されている。レチクルステージ４の端部にはレーザ干渉計６からのレーザビームを反射する移動鏡５が固定されており、レチクルステージ４の２次元的な位置はレーザ干渉計６によって、例えば数ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。
【００３１】
レチクルＲを透過した露光光ＥＬは、例えば両側（片側でも良い。）テレセントリックな投影光学系ＰＬに入射して露光領域ＥＡに投影される。露光領域ＥＡに対してウエハＷ上のショット領域の一つを位置決めしてからレチクルＲの照明領域ＩＡに露光光ＥＬを照射して投影光学系ＰＬを介してパターン像を露光領域ＥＡに投影することで、そのショット領域にパターンが転写される。
【００３２】
ここで、レチクルＲのパターンＤＰが形成されている面（パターン面）は投影光学系ＰＬの物体面（第１面）に配置され、ウエハＷの表面は投影光学系ＰＬの像面（第２面）に配置された状態で露光が行われる。また、投影光学系ＰＬはその瞳面（図示省略）が照明光学系２の瞳面とほぼ共役になっており、本例の露光装置ではケーラー照明が行われる。尚、投影光学系ＰＬはレンズ等の光学素子を複数備えて構成されており、その光学素子（特に屈折素子）の硝材としては露光光ＥＬの波長に応じて合成石英、蛍石等が用いられ、倍率は例えば１／５又は１／４に設計されている。
【００３３】
ウエハＷは、例えば径が３００ｍｍ程度である半導体ウエハであり、その表面には感光剤としてのフォトレジストが塗布されている。ウエハＷはウエハホルダ７を介してウエハステージ８上に載置されている。ウエハステージ８（本例ではウエハホルダ７）上には、ウエハステージ８の基準位置を定める基準部材９が設けられている。この基準部材９は、例えばパターン像が投影される露光領域ＥＡの中心と後述するアライメントセンサ１５の計測視野中心との距離であるベースラインを計測するために用いられる。
【００３４】
ウエハステージ８は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な面内でウエハＷを２次元的に位置決めするＸＹステージ、及び投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った方向（Ｚ方向）とＸ軸及びＹ軸回りの回転方向とに微動可能で、投影光学系ＰＬの像面（又はＸＹ平面）に対するウエハＷのＺ方向の位置及び傾きを調整する微動ステージなどから構成されている。なお、この微動ステージはＺ軸回りの回転方向、あるいはそれに加えてＸ方向及びＹ方向にも微動可能に構成してもよい。
【００３５】
ウエハステージ８の端部（又は側面）にはＬ字型の移動鏡１０が取り付けられており、この移動鏡１０の鏡面に向けてレーザビームを射出するレーザ干渉計１１が設けられている。図１では簡略化して図示しているが、移動鏡１０はＸ軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有する平面鏡より構成されている。また、レーザ干渉計１１は、Ｘ軸に沿って移動鏡１０にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡１０にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用のレーザ干渉計によりウエハステージ８のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウエハステージ８のＺ軸回りの回転角が計測される。
【００３６】
ウエハステージ８の２次元的な座標は、レーザ干渉計１１によって例えば数ｎｍ程度の分解能で常時検出されており、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の座標によりウエハステージ８のステージ座標系（静止座標系）が定められる。即ち、レーザ干渉計１１により計測されるウエハステージ８の座標値が、ステージ座標系上の座標値である。レーザ干渉計１１により計測されたＸ座標、Ｙ座標、及び回転角を示す位置計測信号ＰＤＳは主制御系１２に出力される。主制御系１２は、供給された位置計測信号ＰＤＳをモニタしつつウエハステージ８の位置を制御する制御信号を駆動系１３に出力する。
【００３７】
また、本実施形態の露光装置は投影光学系ＰＬの結像特性を調整するレンズコントローラ１４を備える。このレンズコントローラ１４は、投影光学系ＰＬの設置環境又はその温度などに関する情報を検出するセンサ（例えば大気圧センサなど）の検出結果を参照しつつ、主制御系１２からの制御信号に基づいて、投影光学系ＰＬに設けられる複数の光学素子のうち、所定数（例えば５個程度）の光学素子をそれぞれ３つのアクチュエータ（ピエゾ素子など）で独立に駆動して投影光学系ＰＬの結像性能（例えば倍率、ディストーション、像面湾曲、球面収差、コマ収差など）を調整する。なお、所定数の光学素子は光軸ＡＸに沿ったＺ方向への移動だけでなく、傾斜あるいはＸ、Ｙ方向への移動をも可能としてもよい。
【００３８】
投影光学系ＰＬの側方には、ウエハＷに形成されたマーク（アライメントマーク）の位置情報を計測するオフアクシス方式のアライメントセンサ１５が設けられている。このアライメントセンサ１５としては、ウエハＷに形成されたマークに検知ビームを照射して得られるマーク像を、例えば二次元ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子で撮像して画像信号に変換し、この画像信号を画像処理してマークの位置情報を計測する所謂ＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサを用いることが好ましい。アライメントセンサ１５の計測結果は主制御系１２に出力される。
【００３９】
主制御系１２にはウエハＷの露光を行う上で必要となる各種処理を行うための制御命令群からなるレシピが格納されており、主制御系１２はこのレシピに従って各部の制御を行う。主制御系１２が行う制御は、例えば露光光源１の発光・停止、及び露光光ＥＬの強度・露光量の制御、レチクルステージ４及びウエハステージ８の位置及び姿勢の制御、投影光学系ＰＬの結像性能の制御等である。
【００４０】
また、主制御系１２はウエハＷ上に予め設定された代表的な数個（３〜９個）のショット領域の各々に付随して形成されたマークの、アライメントセンサ１５により計測された位置情報と、その設計上の位置情報とに基づいてＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）演算を行い、ウエハＷ上に設定された全てのショット領域の配列の規則性を統計的な手法で決定する。かかる手法で決定されたショット領域の配列（座標値）に基づいて主制御系１２がウエハステージ８を制御し、露光領域ＥＡに対して各ショット領域を高い精度で位置決めした状態で各ショット領域の露光を行う。
【００４１】
次に、投影光学系ＰＬの光学性能を測定する原理について説明する。尚、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光学性能としてコマ収差の測定を行う場合を例に挙げて説明する。図２及び図３は、投影光学系ＰＬに残存するコマ収差の測定原理を説明するための図である。
【００４２】
いま、ラインパターンとスペースパターンとからなり、デューティ比が５０％であるライン・アンド・スペースパターンがレチクルＲに形成されており、照明領域ＩＡ内にライン・アンド・スペースパターンが配置されるようレチクルステージ４上においてレチクルＲが保持されているとする。また、レチクルＲが投影光学系ＰＬの物体面に、ウエハＷが投影光学系ＰＬの像面にそれぞれ正確に配置されており、且つ投影光学系ＰＬが無収差である場合には、レチクルＲを介した露光光ＥＬは投影光学系ＰＬ内において設計通りの光路を進んでウエハＷを露光する。このため、図２（ａ）に示す通り、現像処理後にウエハＷ上に形成されるレジストパターンＲＰ１は、レチクルＲに形成されたライン・アンド・スペースパターンとほぼ相似形状かつ投影光学系ＰＬの倍率を乗じた線幅になる。
【００４３】
しかしながら、レチクルＲが投影光学系ＰＬの物体面に、ウエハＷが投影光学系ＰＬの像面にそれぞれ正確に配置されていても投影光学系ＰＬにコマ収差が生じていると、レチクルＲを介した光束は投影光学系ＰＬ内において設計通りの光路を進まず、設計した位置とは異なる位置に結像する。このため、図２（ｂ）に示す通り、ウエハＷ上に形成されるレジストパターンＲＰ２は、両端のパターン幅が変化した所謂線幅異常が生じたものになる。この線幅異常は、レチクルＲに形成されたライン・アンド・スペースパターンの両端のパターン像のウエハＷ上における結像位置のずれ量に対して、中央部のパターン像のウエハＷ上における結像位置のずれ量が大きいため、中央部のパターン像が両端のパターン像の一方に偏り、一方の端部のコントラストと他方の端部のコントラストとの差が原因で生ずる。
【００４４】
この現象は、複数のラインパターン及びスペースパターンからなるライン・アンド・スペースパターンで生ずる現象に限られず、図３に示す２本のラインパターン及び１本のスペースパターンからなるパターンでも生ずる現象である。図３（ａ）は投影光学系ＰＬのコマ収差が無い場合にウエハＷ上に形成されるレジストパターンＲＰ３を示しており、図３（ｂ）は投影光学系ＰＬにコマ収差がある場合にウエハＷ上に形成されるレジストパターンＲＰ４を示している。
【００４５】
図３（ａ）に示す通り、投影光学系ＰＬにコマ収差が無い場合にはレジストパターンＲＰ４をなす各々のパターンの線幅はほぼ等しいが、図３（ｂ）に示す通り、コマ収差がある場合にはレジストパターンＲＰ４をなすパターンの線幅の一方が太くなり、他方が細くなる。これは、投影光学系ＰＬに残存するコマ収差の影響によって結像に寄与するコントラストの偏りが生ずるためである。ウエハＷ上に塗布されたレジストの感光特性によって線幅の変化量は異なるが、線幅の変化の方向が変わる訳ではなく、その挙動は概ね同様である。
【００４６】
投影光学系ＰＬに残存するコマ収差が、ライン・アンド・スペースパターンの両端又は２本のラインパターンの線幅を変化させるのは光軸のずれによって三光束干渉がずれるためであり、露光量の増減又はレチクルＲのパターンの線幅を変化させることで、ウエハＷ上に形成されるレジストパターンの幅を増減させることができ、特に解像力限界よりも細いパターンの場合にはウエハＷ上に形成されるレジストパターンが消失することになる。本実施形態ではかかる性質を利用して投影光学系ＰＬに残存しているコマ収差を測定している。
【００４７】
図４は、投影光学系ＰＬのコマ収差を測定するために用いる測定パターンの一例を示す図である。図４に示す通り、測定パターンＭＰは、図４中の方向Ｄ１に長手方向を有するパターンＰ１，Ｐ２（第１及び第２パターン）を並設してなる組パターンＰ０を方向Ｄ１に直交する方向Ｄ２に配列したものである。図４においては、測定パターンＭＰが３列の組パターンＰ０からなる場合を図示している。
【００４８】
パターンＰ１及びパターンＰ２は、方向Ｄ１に沿って線幅（方向Ｄ２の幅）が徐々に変化する楔形状のパターンであり、その変化の方向はパターンＰ１とパターンＰ２とで逆方向に、つまりパターンＰ１の線幅が増加するにつれてパターンＰ２の線幅が減少し、逆にパターンＰ１の線幅が減少するにつれてパターンＰ２の線幅が増加するよう設定されている。パターンＰ１，Ｐ２は、方向Ｄ１の任意の位置におけるパターンＰ１の線幅とパターンＰ２の線幅との和が一定となるよう設定されている。
【００４９】
以下、方向Ｄ２におけるパターンの最大線幅を方向Ｄ１におけるパターンの長さで除算した値をパターンの寸法変化率と定義する。パターンＰ１，Ｐ２は、例えば最も線幅の太い箇所が１μｍ程度に設定され、方向Ｄ１の長さが５０μｍ程度に設定される。かかる場合には、パターンＰ１，Ｐ２の寸法変化率は２％になる。また、コマ収差による線幅異常を求めるためには、デューティ比が５０％であるライン・アンド・スペースパターンを使用する必要がある。図４に示すパターンＰ１，Ｐ２は、長手方向（方向Ｄ１）の中間の位置で線幅が共に０．５μｍになる。このため、この位置においてデューティ比を５０％とする（即ち、パターンＰ１、Ｐ２の線幅とその間隔とを等しくする）ため、パターンＰ１とパターンＰ２とは０．５μｍの間隔をもって配置されることが望ましい。
【００５０】
図５は、図４に示す測定パターンＭＰをコマ収差のある投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写したときにウエハＷ上に形成されるレジストパターンの一例を示す図である。図５に示すレジストパターンＲＰ１０は、図４に示す組パターンＰ０をウエハＷ上に転写して形成された３つのレジストパターンｒｐ０からなる。このレジストパターンｒｐ０は、パターンＰ１の転写により形成されたレジストパターンｒｐ１とパターンＰ２の転写により形成されたレジストパターンｒｐ２とからなる。
【００５１】
図５を参照すると、レジストパターンｒｐ１，ｒｐ２の何れも投影光学系ＰＬに残存しているコマ収差の影響を受けて線幅変化を伴っており、レジストパターンｒｐ１は線幅が太くなり、逆にレジストパターンｒｐ２は線幅が細くなっている。また、レジストパターンｒｐ１，ｒｐ２は線幅の変化のみならず、長手方向の長さも変化し、かつその長さも互いに異なっている。これは、図４に示すパターンＰ１については先端の線幅の細い部分が解像力限界付近の線幅であってウエハＷ上において未解像の状態となったためであり、パターンＰ２についてはパターンＰ１と同様の効果及びコマ収差の影響によって線幅が細くなる効果の二つの効果によってパターンが消失したためである。
【００５２】
よって、図４に示す測定パターンＭＰを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写したときに、ウエハＷ上に形成されるレジストパターンの形状変化（線幅変化及び長さの変化）を測定して数値化すれば、投影光学系ＰＬのコマ収差の発生方向と大きさを求めることができる。但し、個々のレジストパターンの形状変化を求めるのは時間を要し、また形状変化にはばらつきがあることが多い。このため、ウエハＷ上に形成されたレジストパターンＲＰ１０をＣＣＤ等の撮像素子で撮像し、得られた画像信号をレジストパターンの長手方向に直交する方向（図４中の方向Ｄ２に対応する方向）に積算して得られる積算信号からコマ収差の発生方向と大きさを求める。
【００５３】
前述した通り、図４に示すパターンＰ１，Ｐ２の長さは５０μｍ程度で同一の長さに設定されており、しかも方向Ｄ１の任意の点におけるパターンＰ１の線幅とパターンＰ２の線幅との和は一定になるよう設定されている。このため、投影光学系ＰＬにコマ収差が無い場合には、パターンＰ１の転写により形成されるレジストパターン及びパターンＰ２の転写により形成されるレジストパターンの長さの変化量は同一となる。また、パターンＰ１，Ｐ２の転写時における露光量が変化した場合であっても、これらの転写により形成されるレジストパターンの長さは変化するが、その長さの変化量は同一となる。
【００５４】
従って、投影光学系ＰＬにコマ収差が発生していなければ、上述した積算信号は長手方向に変化しない。しかしながら、投影光学系ＰＬにコマ収差が発生していると、パターンＰ１，Ｐ２の転写により形成される各々のレジストパターンの形状変化が異なるため、上述の積算信号はレジストパターンの長手方向に変化することになる。このため、積算信号を測定することによって投影光学系ＰＬのコマ収差の発生方向と大きさが求められる。かかる原理によって、本実施形態は投影光学系ＰＬのコマ収差の発生方向と大きさを求めている。
【００５５】
次に、コマ収差の測定方法について説明する。図６は、第１実施形態におけるコマ収差の測定方法を示すフローチャートである。投影光学系ＰＬのコマ収差を測定するには、まず作業者が図１中の主制御系１２に接続された不図示のキーボード、操作盤等を操作して測定開始の指示を主制御系１２に対して行う。指示がなされると、主制御系１２は不図示のレチクルローダに対して制御信号を出力し、不図示のレチクルライブラリから図４に示す測定パターンＭＰが形成された測定用レチクルを搬出させてレチクルステージ４上に配置する（ステップＳ１１）。
【００５６】
図７は、測定用レチクルの一例を示す図である。図７に示す測定用レチクルＴＲには、中心部の回りにパターンＰ１，Ｐ２の幅方向が放射状となるように、つまり図４中に示した方向Ｄ２が放射状となるように複数の測定パターンＭＰが配列形成されている。測定パターンＭＰは、例えばＣｒ（クロム）等の金属を蒸着して楔形状にパターニングして測定用レチクルＴＲに形成されている。尚、図７に示すパターンＭＰの配列はあくまで一例であって、任意の配列とすることができる。
【００５７】
主制御系１２は照明光学系２内に設けられた不図示の視野絞りを制御して、測定パターンＭＰの全てが照明領域ＩＡ内に位置するように照明領域ＩＡの大きさを設定する。また、主制御系１２は、測定用レチクルＴＲの配置とともに、不図示のウエハローダに対して制御信号を出力し、レジストが塗布されたウエハＷ（測定用ウエハ）を露光装置内に搬入させてウエハＷをウエハステージ８上に配置する（ステップＳ１２）。
【００５８】
測定用レチクルＴＲ及びウエハＷの配置が完了すると、主制御系１２は駆動系１３に対して制御信号を出力してウエハステージ８を移動させ、ウエハＷを所定の位置に位置決めする。ウエハＷの位置決めが完了すると、主制御系１２は露光光源１に対して制御信号を出力して発光を開始させる。露光光源１の発光により、露光光源１から射出された露光光ＥＬは、照明光学系２を介して測定用レチクルＴＲ上の照明領域ＩＡを均一の照度で照明する。測定用レチクルＴＲを透過した露光光ＥＬは投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の露光領域ＥＡに投影され、これによって複数の測定パターンＭＰがウエハＷ上に転写される（ステップＳ１３）。
【００５９】
測定パターンＭＰがウエハＷ上に転写されると、主制御系１２は不図示のアンローダを制御して露光処理を行ったウエハＷを露光装置から搬出させる。搬出されたウエハＷは、露光装置に対してインライン化された不図示の現像装置（デベロッパ）に搬送されて現像処理が行われる。この現像処理によって、ウエハＷ上には測定パターンＭＰの形状及び投影光学系ＰＬのコマ収差に応じた形状のレジストパターンが形成される（ステップＳ１４）。
【００６０】
次に、作業者は現像処理を終えたウエハＷを不図示の測定装置にセットし、この測定装置を用いてウエハＷ上に形成されたレジストパターンの形状から投影光学系ＰＬのコマ収差を測定する。測定装置は、例えば重ね合わせ測定装置、線幅測定装置等の測定装置であり、作業者の指示を入力するための入力部、ＣＣＤ等の撮像装置を含む撮像部、撮像装置で撮像された画像信号に対して所定の画像処理を行う画像処理部、及び画像処理を行って得られた信号から投影光学系ＰＬのコマ収差を数値化する演算部を含んで構成されている。尚、測定装置が備える画像処理部及び演算部は、その機能がハードウェアで実現されていても良く、ソフトウェアで実現されていても良い。
【００６１】
測定装置にウエハＷがセットされると、まず撮像部にてウエハＷ上においてレジストパターンが形成されている部分が撮像される（ステップＳ１５）。ここで、図７に示す通り、測定パターンＭＰは測定用レチクルＴＲの中心部の回りに複数配列形成されているため、ウエハＷ上のレジストパターンは、図５に示すレジストパターンＲＰ１０のようなレジストパターンが測定パターンＭＰの配列と同様の配列でウエハＷ上の一点を中心にして複数形成されたものになる。
【００６２】
このようなレジストパターンを撮像する際には、作業者が入力部を操作して撮像部の撮像範囲を設定して、測定パターンＭＰ毎のレジストパターンを複数回に亘って撮像しても良く、ウエハＷ上に形成されたレジストパターンの全てを含む領域を一括して撮像するようにしても良い。レジストパターンの全てを一括して撮像する場合には、測定用レチクルＴＲに形成された測定パターンＭＰの配列及び測定パターンＭＰ毎のパターンＰ１，Ｐ２の幅方向（図４中に示した方向Ｄ２の向き）に関する情報（測定パターン情報）を予め測定装置に入力しておくことが後の処理を行う上で好ましい。
【００６３】
レジストパターンが撮像されると、撮像部から撮像信号が出力されて画像処理部に入力される。画像処理部は入力された画像信号に対して所定の画像処理を行い、その後でレジストパターンの長手方向に直交する方向（図４中の方向Ｄ２に対応する方向）に画像信号を積算して積算信号を算出する処理を行う（ステップＳ１６）。ここで、入力された画像信号に対して画像処理部が行う画像処理は、画像を拡大・縮小する処理、画像を回転させる処理、及び予め入力された測定パターン情報に基づいて画像を切り出す処理等の処理である。かかる処理を行うのは、画像処理後に行われる積算信号を算出する処理を容易にするためである。
【００６４】
図８は、コマ収差を求める際に測定装置で行われる処理を説明するための図である。図８において、ＩＳは画像処理部で画像処理が行われた画像信号に含まれるレジストパターンの画像信号を表している。レジストパターン表面はウエハＷの表面よりも反射率が低く、更に入射した光を僅かではあるが散乱するため、レジストパターンは周囲よりも暗く観察される。このため、レジストパターンを含む領域を撮像するとレジストパターンの部分のみが周囲よりも信号強度が低い画像信号が得られる。この様子を表すため、図８中においてレジストパターンの画像信号ＩＳに斜線を付している。
【００６５】
ステップＳ１６において、画像処理部はレジストパターンの長手方向に相当する方向Ｄ１１に直交する方向Ｄ１２に画像信号を積算して積算信号ＡＳを算出する処理を行う。図８に示す通り、レジストパターンの画像信号ＩＳが含まれない領域Ｒ１，Ｒ３においては、画像信号の変化が殆ど無いため、積算信号ＡＳは一定の値となる。これに対し、レジストパターンの画像信号ＩＳが含まれている領域Ｒ２においては、レジストパターンの画像信号ＩＳの強度が周囲より低く、且つ方向Ｄ１２の幅が方向Ｄ１１の位置に応じて変化する。このため、図８に示す通り、方向Ｄ１１に強度が変化する積算信号ＡＳが得られる。
【００６６】
積算信号ＡＳは画像処理部から演算部へ出力される。演算部は、積算信号ＡＳの変化に基づいて投影光学系ＰＬのコマ収差を数値化する処理を行う（ステップＳ１７）。この処理においては、まず積算信号ＡＳが急激に変化する端点Ｅ１，Ｅ２、及び端点Ｅ１と端点Ｅ２との距離Ｌ１が求められる。尚、ここで求められた距離Ｌ１は撮像部の倍率を考慮すると実際のレジストパターンの全長である。
【００６７】
次に、積算信号ＡＳに対して所定のスライスレベルＳＬが設定され、積算信号ＡＳとスライスレベルＳＬとの２つの交点Ｃ１，Ｃ２が求められ、更にこれらの交点Ｃ１，Ｃ２の中点Ｃ０が求められる。ここでいう中点Ｃ０は交点Ｃ１，Ｃ２から等距離にある点であって、スライスレベルＳＬに対する中点Ｃ０である。スライスレベルＳＬに対する中点Ｃ０の位置は、投影光学系ＰＬのコマ収差の発生方向及び大きさに応じて変化する。このため、レジストパターンの両端を示す端点Ｅ１，Ｅ２とスライスレベルＳＬに対する中点Ｃ０との位置関係を求めることで、コマ収差を数値化することができる。
【００６８】
コマ収差を数値化する場合には、コマ収差の発生方向及び大きさ（コマ収差量）を表現する必要がある。ここで仮に、投影光学系ＰＬが無収差であるとすると、中点Ｃ０と端点Ｅ１，Ｅ２の中点とが一致し、中点Ｃ０から端点Ｅ１までの距離と中点Ｃ０から端点Ｅ２までの距離とは等しくなる。一方、投影光学系ＰＬにコマ収差がある場合には、中点Ｃ０は端点Ｅ１又は端点Ｅ２の方向にずれることになる。
【００６９】
このため、例えば中点Ｃ０と端点Ｅ１，Ｅ２の中点とが一致している状態における中点Ｃ０の座標を原点に設定し、端点Ｅ１側を負の方向、端点Ｅ２側を正の方向に設定すれば、コマ収差の発生方向を表現することができる。また、端点Ｅ１から端点Ｅ２までの距離を「１００％」として中点Ｃ０から端点Ｅ１までの距離を「５０％」に、中点Ｃ０から端点Ｅ２までの距離を「５０％」に割り振ることでコマ収差の大きさを表現することができる。
【００７０】
上記の表現方法を用いると、投影光学系ＰＬのコマ収差が無い場合には「０％」と表現される。また、図８に示す通り、中点Ｃ０が端点Ｅ１側にあり、中点Ｃ０から端点Ｅ１までの距離と中点Ｃ０から端点Ｅ２までの距離との比が４：６である場合のコマ収差は、「−１０％」と表現される。以上の例は、端点Ｅ１から端点Ｅ２までの距離を「１００％」とした表現方法であったが、この距離を「１」に規格化することで、図８に示す場合のコマ収差は「−０．１」と表現することができる。
【００７１】
以上、コマ収差を数値化する方法の一例について説明したが、上記の表現方法以外に種々の表現方法がある。例えば、端点Ｅ１から端点Ｅ２までの距離に対して端点Ｅ１から中点Ｃ０までの距離を百分率で表現する方法、端点Ｅ１における最低の信号強度と端点Ｅ２における最低の信号強度との比で表現する方法、又は図８中に示すレジストパターンの画像信号ＩＳが含まれない領域Ｒ１，Ｒ３の積算信号ＡＳの信号強度を「１００％」とし、この信号強度に対して端点Ｅ１における最低の信号強度及び端点Ｅ２における最低の信号強度を百分率で表現する方法等の表現方法がある。
【００７２】
以上の表現方法を用いることでコマ収差の発生方向及び大きさを表現することができるが、コマ収差を図２及び図３を用いて説明した線幅異常としても表すことができる。図４に示す測定パターンＭＰをなすパターンＰ１，Ｐ２は、前述した通り、長手方向（方向Ｄ１）の中間の位置で線幅が０．５μｍに設定され、またパターンＰ１とパターンＰ２とは０．５μｍの間隔をもって配置されている。このため、長手方向（方向Ｄ１）の中間の位置ではデューティ比が５０％であるライン・アンド・スペースパターンであり、コマ収差による線幅異常を求めることができる。
【００７３】
具体的には、線幅異常は、測定パターンＭＰの対象線幅及び寸法変化率並びにコマ収差量から求められる。前述した通り、図４に示す測定パターンＭＰの対象線幅は０．５μｍである。また、パターンＰ１，Ｐ２の寸法変化率は共に２％であるため、測定パターンＭＰの寸法変化率は４％である。かかる測定パターンＭＰを用いて図８に示す測定結果が得られ、コマ収差量として「−０．１」が得られた場合、各々の値を掛け合わせることにより、線幅異常として「−０．２μｍ」が得られる。
【００７４】
図８を用いて説明した処理は、測定パターンＭＰ毎のレジストパターン各々の画像信号に対して行われるため、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの回りでコマ収差量が求められ、更には光軸ＡＸ回りの線幅異常が得られる。以上の処理を行って投影光学系ＰＬのコマ収差量が求められると、その結果がＣＲＴ、液晶表示装置等のモニタに出力される。作業者はモニタの表示内容を参照して主制御系１２に接続された不図示のキーボード、操作盤等を操作してコマ収差を低減させるための指示を入力する。
【００７５】
この指示が入力されると、主制御系１２からレンズコントローラ１４に制御信号が出力される。レンズコントローラ１４は、主制御系１２からの制御信号に基づいて、投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学素子を駆動する。かかる処理によって投影光学系ＰＬのコマ収差が低減される。
【００７６】
このように、本実施形態においては、図４に示す測定パターンＭＰをウエハＷ上に転写して形成されたレジストパターンを撮像装置で撮像してコマ収差を求めているため、作業者の手作業が大幅に低減されて測定時間の短縮を図ることができる。また、作業者の目視による作業が省かれているため、高い精度で投影光学系のコマ収差を測定することができる。更に、複数の組パターンＰ０を転写して得られる複数のレジストパターンの画像信号を積算して得られる積算信号からコマ収差量を求めており、個々のパターンの形状ばらつきが平均化されるため、測定の再現性及び安定性を向上させることができる。
【００７７】
なお、本実施形態では作業者が測定装置のモニタに表示されるコマ収差の測定結果を参照して、コマ収差を低減する指示を露光装置に与えるものとしたが、例えば測定装置と露光装置とを通信回線（無線又は有線）で接続し、主制御系１２が測定装置から送信されるコマ収差の測定結果に基づき、レンズコントローラ１４を介して投影光学系ＰＬを調整するようにしてもよい。また、本実施形態では測定装置がレジストパターンの画像信号処理やコマ収差量の算出（数値化）などを行うものとしたが、測定装置の機能の一部を別の装置、例えば露光装置又はホストコンピュータなどに持たせても良い。例えば、測定装置が画像信号処理のみを行い、その処理結果を露光装置に送ってコマ収差量の算出は主制御系１２が行うようにしても構わない。なお、測定装置をコータ・ディベロッパーにインライン接続しておき、現像処理されたウエハを測定装置に自動搬送するように構成してもよい。
【００７８】
［第２実施形態］
図９は、本発明の第２実施形態に係る光学性能測定方法が用いられる露光装置の概略構成を示す図である。図９に示す露光装置の全体的な構成は図１に示す露光装置とほぼ同様であり、同一の部材には同一の符号を付してある。尚、図９においては、図１に示した露光光源１及び照明光学系２等の一部の構成の図示を省略している。
【００７９】
本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬを介してウエハステージ８上に投影される光学像を計測する像計測装置２０がウエハステージ８に設けられている点、及び主制御系１２の内部構成が異なる。この像計測装置２０は、ウエハステージ８の一端に設けられており、開口部２１、リレーレンズ２２，２３、及びＣＣＤ等の撮像素子２４を含んで構成されている。開口部２１は、Ｚ方向の位置がウエハＷの表面位置とほぼ同一の位置に形成されている。
【００８０】
リレーレンズ２２は一方の焦点が開口部２１に位置するように配置されており、入射する光束を平行光束に変換する。リレーレンズ２３は、一方の焦点が撮像素子２４の撮像面上に位置するように配置されており、リレーレンズ２２を介した光束を集光して撮像素子２４の撮像面に結像させる。撮像素子２４は、撮像面に結像した光学像を光電変換して画像信号を生成し、主制御系１２に出力する。撮像素子２４の撮像面と開口部２１とはリレーレンズ２２，２３に関して光学的に共役になっている。
【００８１】
主制御系１２は、前述した第１実施形態でウエハＷ上に形成されたレジストパターンを測定して投影光学系ＰＬのコマ収差を求める際に用いた測定装置に設けられていた画像処理部及び演算部に相当する構成を備えており、撮像素子２４から出力される画像信号に対して第１実施形態と同様の画像処理等の各種処理を行って投影光学系ＰＬのコマ収差を求める。つまり、図９に示す露光装置は、図１に示す露光装置にコマ収差を測定するための機能が設けられたものである。
【００８２】
前述した第１実施形態では、測定用レチクルＴＲに形成された複数の測定パターンＭＰをウエハＷ上に転写し、ウエハＷ上に形成されたレジストパターンを撮像して投影光学系ＰＬのコマ収差を求めていた。しかしながら、本実施形態では、投影光学系ＰＬを介してウエハステージ８上に投影される測定パターンＭＰの光学像を像計測装置２０で直接撮像して投影光学系ＰＬのコマ収差を求めている。以下、図９に示す露光装置を用いたコマ収差の測定方法について説明する。
【００８３】
図１０は、第２実施形態におけるコマ収差の測定方法を示すフローチャートである。本実施形態においても、投影光学系ＰＬのコマ収差を測定する時には、まず作業者が主制御系１２に対して測定開始の指示を行い、図７に示す測定用レチクルＴＲをレチクルステージ４上に配置する（ステップＳ２１）。次に、主制御系１２は駆動系１３に対して制御信号を出力し、ウエハステージ８を移動させて像計測装置２０の開口部２１を投影光学系ＰＬの下方に配置する（ステップＳ２２）。
【００８４】
ウエハステージ８の移動が完了すると、主制御系１２は、露光光源１（図９では不図示）の発光を開始させる。露光光１の発光により、測定用レチクルＴＲの照明領域が均一な照度で照明され、測定用レチクルＴＲを透過した光が投影光学系ＰＬを介することによって、測定用レチクルＴＲに形成された複数の測定パターンＭＰの光学像がウエハステージ８上に投影される。
【００８５】
投影光学系ＰＬの下方には像計測装置２０の開口部２１が配置されているため、開口部２１を通過した光はリレーレンズ２２，２３を順に介して撮像素子２４の撮像面に入射する。開口部２１と撮像素子２４の撮像面とはリレーレンズ２２，２３に関して光学的に共役となっているため、撮像素子２４の撮像面においてウエハステージ８上に投影された測定パターンＭＰの光学像が再結像する。
【００８６】
撮像面に結像した光学像を撮像素子２４が光電変換して画像信号を生成し、主制御系１２に出力する。このようにして、投影光学系ＰＬを介して投影される光学像の計測が行われる（ステップＳ２３）。尚、ウエハステージ８上に投影された測定パターンＭＰの光学像の全てが像計測装置２０の計測視野内に収まって撮像面に再結像する場合には、一度の撮像でステップＳ２３の処理が終了するが、計測視野内に収まらない場合には、ウエハステージ８を移動させて開口部２１を各々の測定パターンＭＰが投影される位置に配置しつつ順次計測を行う。
【００８７】
光学像の計測が終了すると、主制御系１２は第１実施形態の測定装置と同様に、像計測装置２０から出力された画像信号に対して所定の画像処理を行い、その後で測定パターンＭＰの光学像の長手方向に直交する方向（図４中の方向Ｄ２に対応する方向）に画像信号を積算して積算信号を算出する処理を行う（ステップＳ２４）。そして、図８を用いて説明した処理と同様の処理を行って、投影光学系ＰＬのコマ収差を数値化したコマ収差量を求める（ステップＳ２５）。
【００８８】
以上の処理を行って投影光学系ＰＬのコマ収差量が求められると、その結果がＣＲＴ、液晶表示装置等のモニタに出力される。ここで、作業者は第１実施形態と同様にモニタの表示内容を参照して主制御系１２にコマ収差を低減させるための指示を入力しても良いが、得られたコマ収差量に基づいて主制御系１２がレンズコントローラ１４に対して制御信号を出力し、コマ収差を自動的に低減するようにしても良い。
【００８９】
また、以上の説明においては、像計測装置２０がウエハステージ８内に設けられている場合を例に挙げて説明したが、像計測装置２０の一部をウエハステージ８の外部に配置しても良く、例えばウエハステージ上に投影された光学像を光ファイバ、リレーレンズ等の光伝送手段でウエハステージの外部に導き、この光学像を計測する像計測装置を用いても良い。また、この像計測装置はウエハステージに固定されていても良く、脱着可能であっても良い。さらに、像測定装置２０のリレーレンズ２２、２３は等倍系でもよいが、測定パターンＭＰの線幅などを考慮すると拡大系が好ましい。
【００９０】
このように、本実施形態においては、投影光学系ＰＬを介して投影される測定パターンＭＰの光学像を像計測装置２０で直接計測してコマ収差を求めているため、作業者の手作業の大部分が低減されて測定時間の短縮を図ることができる。また、作業者の目視による作業が介在しないため高い精度で投影光学系のコマ収差を測定することができる。
【００９１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の露光装置は、図９に示す第２実施形態の露光装置とほぼ同様の構成であるが、本実施形態では投影光学系ＰＬの側方に設けられたアライメントセンサ１５を用いてウエハＷに形成されたレジストパターンを計測し、その計測結果から投影光学系ＰＬのコマ収差量を測定する点が相違する。尚、本実施形態では、アライメントセンサ１５がＣＣＤ等の撮像素子を備えたＦＩＡ方式のアライメントセンサである場合を例に挙げて説明する。
【００９２】
ウエハＷ上にレジストパターンを形成する手順は図６に示す手順と同様の手順で行う。つまり、測定用レチクルＴＲをレチクルステージ４上に配置し（ステップＳ１１）、ウエハＷをウエハステージ８上に配置し（ステップＳ１２）、ウエハＷの位置決めをした後で測定用レチクルＴＲに形成された測定パターンＭＰを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写する（ステップＳ１３）。そして、露光処理を終えたウエハＷを露光装置から搬出して露光装置に対してインライン化された現像装置で現像処理を行って、ウエハＷ上にレジストパターンを形成する（ステップＳ１４）。
【００９３】
次に、現像処理を終えてレジストパターンが形成されたウエハＷを露光装置内に再度搬入してウエハステージ８上に保持する。以上の処理が終了すると、主制御系１２は駆動系１３を介してウエハステージ８を移動させ、アライメントセンサ１５の計測視野内にウエハＷ上に形成されたレジストパターンを配置させる。アライメントセンサ１５が計測視野内に配置されたレジストパターンを撮像素子で撮像すると、画像信号がアライメントセンサ１５から主制御系１２へ出力される。尚、ウエハＷ上のレジストパターンの全てがアライメントセンサ１５の計測視野内に収まらない場合には、ウエハステージ８を移動させて測定パターンＭＰ毎のレジストパターンをアライメントセンサ１５の計測視野内に配置させつつ撮像を行う。
【００９４】
アライメントセンサ１５によるレジストパターンの撮像が終了すると、主制御系１２は第２実施形態と同様に、アライメントセンサ１５からの画像信号に対して所定の画像処理を行い、その後でレジストパターンの長手方向に直交する方向（図４中の方向Ｄ２に対応する方向）に画像信号を積算して積算信号を算出する処理を行う（図１０中のステップＳ２４）。そして、図８を用いて説明した処理と同様の処理を行って、投影光学系ＰＬのコマ収差を数値化したコマ収差量を求める（ステップＳ２５）。コマ収差量が求められると、第２実施形態と同様に、レンズコントローラ１４によって投影光学系ＰＬのコマ収差を低減する処理が行われる。
【００９５】
［第４実施形態］
上述した第１，第３実施形態においては、ウエハＷ上に形成されたレジストパターンを撮像して得られた画像信号を画像処理し、第２実施形態においてはウエハステージ８上に投影される測定パターンＭＰの光学像を撮像して得られた画像信号を画像処理することで投影光学系ＰＬのコマ収差量を求めていた。これに対し、本実施形態の露光装置は、ＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ  Ｓｔｅｐ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の計測装置を備えており、Ｈｅ−Ｎｅ等のレーザ光をウエハＷ上のレジストパターンに照射し、レジストパターンによって回折又は散乱された光を計測して投影光学系ＰＬのコマ収差を測定している。
【００９６】
本実施形態においてコマ収差の測定を行う場合には、まず図６に示すステップＳ１１〜ステップＳ１４の処理と同様の処理を行ってウエハＷ上にレジストパターンを形成する。但し、ステップＳ１３にて測定パターンを転写する場合には、露光量を増大させて図４中のパターンＰ１に対応するレジストパターンとパターンＰ２に対応するレジストパターンとを分離させる。図１１は、第４実施形態においてウエハＷ上に形成されるレジストパターン及びレジストパターンの計測信号の一例を示す図である。
【００９７】
図１１において、ＲＰ２０はウエハＷ上に形成されたレジストパターンである。尚、本実施形態では測定パターンとして、図４に示す組パターンＰ０を二つ対にした組パターンを３列配列したものを用いている。かかる測定パターンをウエハＷ上に転写することで、レジストパターンＲＰ２０が形成される。図１１に示す通り、露光時に露光量を増大させることで、レジストパターンＲＰ２０の長手方向（方向Ｄ２１）に関してパターンが分離されている。
【００９８】
次に、第３実施形態と同様に、レジストパターンＲＰ２０が形成されたウエハＷを露光装置内に再度搬入してウエハステージ８上に保持する。以上の処理が終了すると、主制御系１２はウエハＷ上のレジストパターンＲＰ２０がＬＳＡ方式の計測装置から射出されるレーザ光の照射位置に向かうようにウエハステージ８を移動させ、ウエハステージ８を移動させながらレジストパターンＲＰ２０によって散乱されるレーザ光をＬＳＡ方式の計測装置で計測する。尚、レーザ光の断面形状は方向Ｄ２１に直交する方向Ｄ２２に延びるスリット状であり、このレーザ光に対するレジストパターンＲＰ２０の移動方向（スキャン方向）は、図１１中の方向Ｄ２１である。
【００９９】
図１１中において、符号ＤＳを付した曲線はレジストパターンＲＰ２０の計測によって得られた計測信号である。計測信号ＤＳはレジストパターンＲＰ２０が形成されていない箇所では信号強度が低くなり、形成されている箇所では信号強度が高くなる。レジストパターンＲＰ２０は方向Ｄ２１に関して分離しているため、計測信号ＤＳには２つのピークが明瞭に現れる。
【０１００】
この計測信号ＤＳからコマ収差を数値化するには、例えば計測信号ＤＳに対して所定のスライスレベルＳＬ１を設定して、２つのピークの幅Ｌ１１，Ｌ１２を求め、この幅の比をコマ収差量とする。あるいは、レジストパターンＲＰ２０の全長に相当する長さＬ１０を求めるとともに、レジストパターンＲＰ２０が分離している箇所の中点Ｃ１０の位置を求め、長さＬ１０と中点Ｃ１０の位置との関係（例えば、長さＬ１０と一方の端点Ｅ１０から中点Ｃ１０までの距離との比）をコマ収差量とする。このように、ＬＳＡ方式の計測装置を用いてレジストパターンＲＰ２０を計測することによっても投影光学系ＰＬのコマ収差量を測定することができる。
【０１０１】
［その他の実施形態］
以上説明した第１実施形態〜第４実施形態においては、図４に示す２つのパターンＰ１，Ｐ２からなる組パターンＰ０を構成要素とした測定パターンＭＰを用いて投影光学系ＰＬのコマ収差量を求めていた。しかしながら、投影光学系ＰＬのコマ収差量を測定するために用いる測定パターンは図４に示す測定パターンＭＰに限られる訳ではなく、３つ以上のパターンからなる測定パターンを用いることもできる。
【０１０２】
図１２は、測定パターンの他の例を示す図である。図１２（ａ）に示す測定パターンＭＰ１は、パターンＰ１と同様の形状のパターンＰ１１、パターンＰ２と同様の形状のパターンＰ１２、及びパターンＰ１１，Ｐ１２の間に配置された矩形形状のパターンＰ１３からなる。このパターンＰ１３は、長手方向（図中の方向Ｄ３１）の長さがパターンＰ１１，Ｐ１２の長さと等しく設定され、方向Ｄ３１に直交する方向Ｄ３２の線幅が一定に設定されている。従って、方向Ｄ３１の任意の位置におけるパターンＰ１〜Ｐ３の線幅の和は一定になる。
【０１０３】
投影光学系ＰＬが無収差である場合に図１２（ａ）に示す測定パターンＭＰ１を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写すると、ウエハＷ上には測定パターンＭＰ１と相似形状のレジストパターンが形成される。このため、例えば第１実施形態に示した測定方法を用いると、例えば図１２（ａ）中に示す積算信号ＡＳ１が得られる。この積算信号ＡＳ１はレジストパターンの形成位置の信号強度が一定であり、且つレジストパターンが形成されていない位置の信号強度よりも低くなっている。
【０１０４】
投影光学系ＰＬにコマ収差がある場合に図１２（ａ）に示す測定パターンＭＰ１を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写すると、例えば図１２（ｂ）に示すレジストパターンＲＰ３０が形成される。図１２（ｂ）に示すレジストパターンＲＰ３０は、パターンＰ１１に対応する部分の線幅が太くなって長さが短くなり、パターンＰ１２に対応する部分の線幅が細くなり長さが短くなっているが、パターンＰ１３に対応する部分は線幅変化及び長さの変化がない。
【０１０５】
このレジストパターンＲＰ３０に対して、例えば第１実施形態に示した測定方法を用いると、例えば図１２（ｂ）中に示す積算信号ＡＳ２が得られる。この積算信号は、図８に示した積算信号ＡＳと同様の変化を示す信号であるため、図８を参照しつつ第１実施形態で説明した方法と同様の方法で投影光学系ＰＬのコマ収差を数値化することができる。尚、図１２（ａ）においては、３つのパターンＰ１１〜Ｐ１３からなる測定パターンＭＰ１を例示したが、測定パターンＭＰ１をなすパターンの数は任意に設定することができる。また、この測定パターンＭＰ１は第１実施形態〜第４実施形態の全てにおいて用いることができる。
【０１０６】
以上説明した第２実施形態以外の実施形態では、測定パターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写した後、現像処理を行ってウエハＷ上にレジストパターンを形成し、レジストパターンを測定して投影光学系ＰＬのコマ収差量を求めていた。しかしながら、現像処理を行わずにウエハＷ上の潜像を測定してコマ収差量を求めるようにしても良い。このとき、測定パターンの潜像が形成される感光層の材料はフォトレジストに限られるものでなく、例えば光磁気材料など他の材料でも構わない。また、感光層はウエハだけでなく他の部材に形成してもよい。さらに、レジストパターンや潜像を検出する代わりに、エッチング処理後のパターンを検出してもよい。また、測定パターンをなすパターンの形状及び寸法変化率は任意に設定することができる。
【０１０７】
更に、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの光学特性としてコマ収差を測定する場合を例に挙げて説明したが、本発明は投影光学系ＰＬの光学性能の１つであるフォーカス特性を測定することもできる。投影光学系ＰＬの像面の位置変動が生じている場合には、投影光学系ＰＬの像面に対してウエハＷの表面又は像計測装置２０の開口部２１がデフォーカス状態になる。かかる状態では投影光学系ＰＬの収差の有無に関係なく測定パターンの像がぼけた状態でウエハＷ上又は像計測装置２１上に投影されるため、パターンの先端部（線幅が細くなっている部分）においてデフォーカス量に応じた消失部分が現れる。デフォーカス量が大きくなるにつれて消失部分も大きくなるため、レジストパターン又は光学像の長手方向の長さが最も長くなるＺ方向の位置を求めれば、投影光学系ＰＬの像面位置を特定することができる。
【０１０８】
また、上記各実施形態では測定パターンＭＰの転写時、露光領域ＥＡ内の少なくとも測定パターンの投影位置で投影光学系ＰＬの像面にウエハの表面を正確に配置しておくことが好ましい。
【０１０９】
さらに、上記各実施形態では測定パターンＭＰの数が８個に限られるものでなく、測定用レチクルは少なくとも１個の測定パターンを含んでいればよいが、パターンＰ１、Ｐ２の幅方向Ｄ２（即ち、長さ方向Ｄ１）が異なる少なくとも２個の測定パターンを含むことが好ましい。また、図４の測定パターンＭＰは３対のパターンＰ１、Ｐ２を有しているが、その数は１対、２対、あるいは４対以上でも構わない。また、図７では測定パターンＭＰを誇張して示しているので、測定用レチクルＴＲには８個の測定パターンＭＰからなる１組のパターンのみが示されているが、測定用レチクルＴＲに複数組のパターン、即ちその複数箇所にそれぞれ前述した複数個の測定パターンＭＰを形成してもよい。
【０１１０】
また、上記第２実施形態を除く各実施形態ではスキャタロメトリ技術を用いてパターン検出を行うようにしてもよい。
【０１１１】
尚、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、上記実施形態においては、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置を例に挙げて説明したが、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置にも適用可能である。
【０１１２】
また、上記実施形態では、露光装置が露光光源１としてＡｒＦエキシマレーザを備える場合を例に挙げて説明したが、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を射出する超高圧水銀ランプ、又はＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ｆ２レーザ（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ２レーザ（波長１４６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高周波発生装置、若しくは半導体レーザの高周波発生装置を用いることができる。露光光ＥＬとしては、ＳＯＲから発生する軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）光を用いるようにしてもよい。更に、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いてもよい。
【０１１３】
また、投影光学系ＰＬは、反射光学系、屈折光学系、及び反射屈折光学系のいずれであっても良い。更に、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット等に開示された液浸式の露光装置に設けられる液浸露光用の投影光学系の光学特性を測定する場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学性能測定方法が用いられる露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】投影光学系に残存するコマ収差の測定原理を説明するための図である。
【図３】投影光学系に残存するコマ収差の測定原理を説明するための図である。
【図４】投影光学系のコマ収差を測定するために用いる測定パターンの一例を示す図である。
【図５】図４に示す測定パターンをコマ収差のある投影光学系を介してウエハ上に転写したときに形成されるレジストパターンの一例を示す図である。
【図６】第１実施形態におけるコマ収差の測定方法を示すフローチャートである。
【図７】測定用レチクルの一例を示す図である。
【図８】コマ収差を求める際に測定装置で行われる処理を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る光学性能測定方法が用いられる露光装置の概略構成を示す図である。
【図１０】第２実施形態におけるコマ収差の測定方法を示すフローチャートである。
【図１１】第４実施形態においてウエハ上に形成されるレジストパターン及びレジストパターンの計測信号の一例を示す図である。
【図１２】測定パターンの他の例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１２…主制御系
２０…像検出装置
ＡＳ…積算信号
ＤＰ…パターン
ＭＰ…測定パターン
ＭＰ１…測定パターン
Ｐ１…第１パターン
Ｐ２…第２パターン
Ｐ１１…第１パターン
Ｐ１２…第２パターン
ＰＬ…投影光学系
Ｒ…レチクル
ＴＲ…測定用マスク
Ｗ…ウエハ
【図１】
2005123427.tif 000003
【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】
2005123427.tif 000010
【図９】
2005123427.tif 000011
【図１０】
2005123427.tif 000012
【図１１】
2005123427.tif 000013
【図１２】
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