(57)【要約】【課題】  被検光学系の収差を高精度に計測することのできる収差計測装置。【解決手段】  被検光学系の収差を計測する収差計測装置は、被検光学系を介して、所定方向に沿って延びる帯状の第１空間像と、被検光学系の像面内で第１空間像を所定の角度だけ回転させた帯状の第２空間像とを、被検光学系の像面に形成する像形成部と、被検光学系の像面に配置された三角形状の開口部を有する開口部材と、第１空間像のうち開口部を通過した像の光に関する情報と、第２空間像の光のうち開口部を通過した像の光に関する情報とに基づいて、被検光学系の収差を計測する計測部とを備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系の収差を計測する収差計測装置において、
前記被検光学系を介して、所定方向に沿って延びる帯状の第１空間像と、前記被検光学系の像面内で前記第１空間像を所定の角度だけ回転させた帯状の第２空間像とを、前記被検光学系の像面に形成する像形成部と、
前記被検光学系の像面に配置された三角形状の開口部を有する開口部材と、
前記第１空間像のうち前記開口部を通過した像の光に関する情報と、前記第２空間像のうち前記開口部を通過した像の光に関する情報とに基づいて、前記被検光学系の収差を計測する計測部とを備えていることを特徴とする収差計測装置。
【請求項２】
前記像形成部は、第１方向に沿って延びる前記第１空間像と、前記被検光学系の像面内で前記第１空間像を＋６０度だけ回転させて得られる前記第２空間像と、前記被検光学系の像面内で前記第１空間像を−６０度だけ回転させて得られる帯状の第３空間像とを前記開口部に対して順次形成し、
前記開口部は、前記第１方向に平行な一辺を有する正三角形状であることを特徴とする請求項１に記載の収差計測装置。
【請求項３】
前記像形成部は、第１方向に沿って延びる前記第１空間像と、前記被検光学系の像面内で前記第１方向と直交する第２方向に沿って延びる前記第２空間像とを前記開口部に対して順次形成し、
前記開口部は、前記第１方向に平行な一辺と前記第２方向に平行な一辺とを有する直角三角形状であることを特徴とする請求項１に記載の収差計測装置。
【請求項４】
前記像形成部は、
前記第１空間像に対応する複数のパターンが互いに平行に設けられて、前記被検光学系の物体面に配置可能な第１基板と、
前記第２空間像に対応する複数のパターンが互いに平行に設けられて、前記被検光学系の物体面に配置可能な第２基板とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の収差計測装置。
【請求項５】
前記像形成部は、
前記第１空間像に対応するパターンを有する基板と、
前記被検光学系の物体面に前記基板を保持して所定の軸線廻りに回転可能なステージとを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の収差計測装置。
【請求項６】
前記計測部は、前記被検光学系の歪曲収差を計測することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の収差計測装置。
【請求項７】
被検光学系の収差を計測する収差計測方法において、
前記被検光学系を介して、所定方向に沿って延びる帯状の第１空間像と、前記被検光学系の像面内で該第１空間像を所定の角度だけ回転させた帯状の第２空間像とを、前記被検光学系の像面に形成することと、
前記被検光学系の像面に三角形状の開口部を配置することと、
前記第１空間像のうち前記開口部を通過した像の光に関する情報と、前記第２空間像のうち前記開口部を通過した像の光に関する情報とに基づいて、前記被検光学系の収差を計測することとを含むことを特徴とする収差計測方法。
【請求項８】
前記開口部は、第１方向に平行な一辺を有する正三角形状の開口部であり、
前記第１方向に沿って延びる前記第１空間像と、前記被検光学系の像面内で前記第１空間像を＋６０度だけ回転させて得られる前記第２空間像と、前記被検光学系の像面内で前記第１空間像を−６０度だけ回転させて得られる帯状の第３空間像とを前記開口部に対して順次形成することを特徴とする請求項７に記載の収差計測方法。
【請求項９】
前記開口部は、第１方向に平行な一辺と前記被検光学系の像面内で前記第１方向と直交する第２方向に平行な一辺とを有する直角三角形状の開口部であり、
前記第１方向に沿って延びる前記第１空間像と、前記第２方向に沿って延びる前記第２空間像とを前記開口部に対して順次形成することを特徴とする請求項７に記載の収差計測方法。
【請求項１０】
前記第１空間像に対応する複数のパターンが互いに平行に設けられた第１基板を前記被検光学系の物体面に配置し、
前記第２空間像に対応する複数のパターンが互いに平行に設けられた第２基板を前記被検光学系の物体面に配置することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の収差計測方法。
【請求項１１】
前記第１空間像に対応するパターンを有する基板を、前記被検光学系の物体面に保持して所定の軸線廻りに回転させることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の収差計測方法。
【請求項１２】
前記被検光学系の歪曲収差を計測することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の収差計測方法。
【請求項１３】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の収差計測装置を備え、
前記被検光学系の物体面に設置された所定のパターンを、前記被検光学系の像面に設置された感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の収差計測方法により得られた収差情報を用いて前記被検光学系を調整し、
前記被検光学系の物体面に設置された所定のパターンを、前記被検光学系の像面に設置された感光性基板に露光することを特徴とする露光方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の露光装置または請求項１４に記載の露光方法を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収差計測装置、収差計測方法、露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、マスク（またはレチクル）のパターンを、投影光学系を介して感光性基板（フォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等）上に投影露光する露光装置が使用される。露光装置では、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっている。すなわち、パターンの微細化に伴って、投影光学系の収差を高精度に計測し、残存収差ができるだけ小さくなるように投影光学系を調整することが求められる。
【０００３】
従来、被検光学系としての投影光学系を介して計測用パターンの空間像を形成し、投影光学系の像面に配置された開口部を通過した空間像の光に基づいて投影光学系の収差を計測する収差計測装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この収差計測装置では、計測方向に沿って間隔を隔てた一対の空間像を形成し、それぞれ対応する開口部を通過した空間像の光に基づいて投影光学系の収差を計測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／００１８３５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された収差計測装置では、計測方向に沿って間隔を隔てて配置された２つの開口部を通過した光の強度に基づいて、例えば２つの開口部の中間位置での投影光学系の収差を求めることになるため、被検光学系の収差を高精度に計測することが困難である。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、被検光学系の収差を高精度に計測することのできる収差計測装置を提供することを目的とする。また、本発明は、被検光学系の収差を高精度に計測する収差計測装置を用いて収差の調整された投影光学系を介して、パターンを感光性基板に正確に転写することのできる露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、第１形態では、被検光学系の収差を計測する収差計測装置において、
前記被検光学系を介して、所定方向に沿って延びる帯状の第１空間像と、前記被検光学系の像面内で前記第１空間像を所定の角度だけ回転させた帯状の第２空間像とを、前記被検光学系の像面に形成する像形成部と、
前記被検光学系の像面に配置された三角形状の開口部を有する開口部材と、
前記第１空間像のうち前記開口部を通過した像の光に関する情報と、前記第２空間像のうち前記開口部を通過した像の光に関する情報とに基づいて、前記被検光学系の収差を計測する計測部とを備えていることを特徴とする収差計測装置を提供する。
【０００８】
第２形態では、被検光学系の収差を計測する収差計測方法において、
前記被検光学系を介して、所定方向に沿って延びる帯状の第１空間像と、前記被検光学系の像面内で該第１空間像を所定の角度だけ回転させた帯状の第２空間像とを、前記被検光学系の像面に形成することと、
前記被検光学系の像面に三角形状の開口部を配置することと、
前記第１空間像のうち前記開口部を通過した像の光に関する情報と、前記第２空間像のうち前記開口部を通過した像の光に関する情報とに基づいて、前記被検光学系の収差を計測することとを含むことを特徴とする収差計測方法を提供する。
【０００９】
第３形態では、第１形態の収差計測装置を備え、
前記被検光学系の物体面に設置された所定のパターンを、前記被検光学系の像面に設置された感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１０】
第４形態では、第２形態の収差計測方法により得られた収差情報を用いて前記被検光学系を調整し、
前記被検光学系の物体面に設置された所定のパターンを、前記被検光学系の像面に設置された感光性基板に露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１１】
第５形態では、第３形態の露光装置または第４形態の露光方法を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
実施形態では、被検光学系の収差を高精度に計測することのできる収差計測装置を実現することができる。実施形態にかかる露光装置では、被検光学系の収差を高精度に計測する収差計測装置を用いて収差の調整された投影光学系を介して、パターンを感光性基板に正確に転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】正三角形状の開口部に対して帯状の第１空間像を形成する様子を示す図である。
【図３】第１空間像を＋６０度だけ回転させた第２空間像を形成する様子を示す図である。
【図４】第１空間像を−６０度だけ回転させた第３空間像を形成する様子を示す図である。
【図５】点Ｐの位置に係らずｈ１＋ｈ２＋ｈ３＝Ｈが成り立つことを説明する図である。
【図６】各空間像の位置ずれ量α１，α２，α３の方向とｘｙデカルト座標系との関係を示す図である。
【図７】ｘｙデカルト座標系における位置ずれ量を表すベクトルｄｖが空間像の位置ずれ量α２とα３とにより表されることを説明する図である。
【図８】実施形態の収差計測装置の構成を概略的に示す図である。
【図９】第１テストマスクの構成を概略的に示す図である。
【図１０】開口部材の構成を概略的に示す図である。
【図１１】第１テストマスクの計測用パターンの空間像が開口部材に対して形成される様子を示す図である。
【図１２】第２テストマスクの構成を概略的に示す図である。
【図１３】第２テストマスクの計測用パターンの空間像が開口部材に対して形成される様子を示す図である。
【図１４】第３テストマスクの構成を概略的に示す図である。
【図１５】第３テストマスクの計測用パターンの空間像が開口部材に対して形成される様子を示す図である。
【図１６】直角三角形状の開口部を用いる変形例を説明する図である。
【図１７】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１８】液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１では、Ｘ軸およびＹ軸が感光性基板としてのウェハＷの転写面（露光面）に対して平行な方向に設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向に設定されている。さらに具体的には、ＸＹ平面が水平面に平行に設定され、＋Ｚ軸が鉛直方向に沿って上向きに設定されている。
【００１５】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置には、光源ＬＳから露光光（照明光）ＥＬが供給される。光源ＬＳとして、例えば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源を用いることができる。本実施形態の露光装置は、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）、視野絞り、コンデンサレンズ等から構成される照明光学系ＩＬを備えている。光源ＬＳから射出された紫外パルス光からなる露光光ＥＬは、照明光学系ＩＬを通過し、マスク（レチクル）Ｍを照明する。
【００１６】
マスクＭには転写すべきパターンが形成されており、Ｘ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形形状のパターン領域が照明される。マスクＭを通過した光は、投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウェハ（感光性基板）Ｗ上の露光領域（ショット領域）に所定の投影倍率でマスクパターンを形成する。すなわち、マスクＭ上での矩形形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上ではＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形形状の露光領域（または静止露光領域）にパターン像が形成される。
【００１７】
マスクＭは、マスクステージＭＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。マスクステージＭＳには、マスクＭをＸ方向、Ｙ方向および回転方向に移動させる機構が組み込まれている。マスクステージＭＳは、マスクレーザ干渉計（不図示）によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。ウェハＷは、ウェハホルダ（不図示）を介してウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に固定されている。
【００１８】
具体的に、ウェハステージＷＳは、ウェハＷをＺ方向に移動させるＺステージ（不図示）と、Ｚステージを保持してＸＹ平面に沿って移動するＸＹステージ（不図示）とを有する。Ｚステージは、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角を制御する。Ｚステージは、ウェハレーザ干渉計（不図示）によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。ＸＹステージは、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向を制御する。
【００１９】
本実施形態の露光装置に設けられた主制御系ＣＲは、マスクレーザ干渉計により計測された計測値に基づいてマスクＭのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。即ち、主制御系ＣＲは、マスクステージＭＳに組み込まれている機構に制御信号を送信し、マスクステージＭＳを移動させることによりマスクＭの位置調整を行う。また、主制御系ＣＲは、オートフォーカス方式およびオートレベリング方式によりウェハＷ上の表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むため、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角の調整を行う。
【００２０】
即ち、主制御系ＣＲは、駆動系ＤＲに制御信号を送信し、駆動系ＤＲによりＺステージを駆動することによりウェハＷのフォーカス位置および傾斜角の調整を行う。更に、主制御系ＣＲは、ウェハレーザ干渉計により計測された計測値に基づいてウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。即ち、主制御系ＣＲは、駆動系ＤＲに制御信号を送信し、駆動系ＤＲによりＸＹステージを駆動することによりウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置調整を行う。
【００２１】
露光時には、マスクＭのパターン像が、ウェハＷ上の所定のショット領域内に一括的に投影露光される。その後、主制御系ＣＲは、駆動系ＤＲに制御信号を送信し、駆動系ＤＲによりウェハステージＷＳのＸＹステージをＸＹ平面に沿って駆動することによりウェハＷ上の別のショット領域を露光位置にステップ移動させる。このように、ステップ・アンド・リピート方式により、マスクＭのパターン像をウェハＷ上に一括露光する動作を繰り返す。
【００２２】
あるいは、主制御系ＣＲは、マスクステージＭＳに組み込まれている機構に制御信号を送信すると共に、駆動系ＤＲに制御信号を送信し、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比でマスクステージＭＳおよびウェハステージＷＳのＸＹステージを駆動しつつ、マスクＭのパターン像をウェハＷ上の所定のショット領域内に走査露光する。その後、主制御系ＣＲは、駆動系ＤＲに制御信号を送信し、駆動系ＤＲによりウェハステージＷＳのＸＹステージをＸＹ平面に沿って駆動することによりウェハＷ上の別のショット領域を露光位置にステップ移動させる。
【００２３】
このように、ステップ・アンド・スキャン方式によりマスクＭのパターン像をウェハＷ上に走査露光する動作を繰り返す。すなわち、駆動系ＤＲおよびウェハレーザ干渉計などを用いてマスクＭおよびウェハＷの位置制御を行いながら、矩形状の静止露光領域および照明領域の短辺方向すなわちＹ方向に沿ってマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してマスクパターンが走査露光される。
【００２４】
ウェハステージＷＳには、投影光学系ＰＬの収差を計測するための収差計測装置１が装着されている。以下、収差計測装置１の具体的な構成および作用の説明に先立って、本実施形態における計測原理について説明する。
【００２５】
本実施形態では、図２に示すように、投影光学系ＰＬの像面に正三角形状の開口部２１を配置するとともに、投影光学系ＰＬを介して一方向に沿って細長く延びる帯状（矩形状）の空間像２２ａを形成する。すなわち、空間像２２ａに対応する形状の計測パターンを投影光学系ＰＬの物体面に配置し、開口部２１の２つの辺を横切るように空間像２２ａを形成する。図２では、投影光学系ＰＬの像面において正三角形状の開口部２１の一辺に平行な方向にｘ軸を設定し、像面においてｘ軸と直交する方向にｙ軸を設定し、ｘ軸およびｙ軸と直交する方向にｚ軸を設定している。
【００２６】
正三角形状の開口部２１の一辺の長さはｈであり、その高さはＨである。空間像２２ａは、ｘ方向に沿って細長く延びており、その幅（短手方向の寸法）はｗである。開口部２１の内側に位置する空間像２２ａの内側領域２２ａｉの中心点Ｐと、空間像２２ａの長手方向と平行に延びる開口部２１の一辺との間の距離はｈ１である。空間像２２ａを形成する光のうち、内側領域２２ａｉに対応する光だけが開口部２１を通過する。
【００２７】
空間像２２ａを形成する光の強度分布が均一であり、単位面積当たりの光の強度をＡとすると、開口部２１を通過する光、すなわち内側領域２２ａｉに対応する光の強度（光量）Ｉ１は、次の式（１ａ）により表される。
Ｉ１＝Ａ×ｗ×（Ｈ−ｈ１）×√３／２      （１ａ）
【００２８】
次いで、図３に示すように、投影光学系ＰＬの像面内で空間像２２ａを、点Ｐを中心としてｚ軸廻りに＋６０度だけ回転させて得られる空間像２２ｂを形成する。また、図４に示すように、投影光学系ＰＬの像面内で空間像２２ａを、点Ｐを中心としてｚ軸廻りに−６０度だけ回転させて得られる空間像２２ｃを形成する。すなわち、空間像２２ｂおよび２２ｃは、空間像２２ａと合同の形状を有する。
【００２９】
空間像２２ｂおよび２２ｃは、空間像２２ａに対応する形状の計測パターンと同じ計測パターンを、投影光学系ＰＬの物体面においてそれぞれ所要の向きに配置することにより得られる。あるいは、空間像２２ｂおよび２２ｃは、空間像２２ａに対応する形状の計測パターンを、投影光学系ＰＬの物体面において点Ｐに対応する点を中心として±６０度だけ回転させることにより得られる。開口部２１の内側に位置する空間像２２ｂ，２２ｃの内側領域２２ｂｉ，２２ｃｉの中心点Ｐと、空間像２２ｂ，２２ｃの長手方向と平行に延びる開口部２１の一辺との間の距離はｈ２，ｈ３である。
【００３０】
空間像２２ｂ，２２ｃを形成する光の強度分布が均一であり、単位面積当たりの光の強度をＡとすると、開口部２１を通過する光、すなわち内側領域２２ｂｉ，２２ｃｉに対応する光の強度Ｉ２，Ｉ３は、次の式（１ｂ），（１ｃ）によりそれぞれ表される。
Ｉ２＝Ａ×ｗ×（Ｈ−ｈ２）×√３／２      （１ｂ）
Ｉ３＝Ａ×ｗ×（Ｈ−ｈ３）×√３／２      （１ｃ）
【００３１】
内側領域２２ａｉ，２２ｂｉ，２２ｃｉに対応する光の強度Ｉ１とＩ２とＩ３との総和Ｉｔは、次の式（２）により表される。
Ｉｔ＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３
＝Ａ×ｗ×（３×Ｈ−ｈ１−ｈ２−ｈ３）×√３／２
＝Ａ×ｗ×（３×Ｈ−Ｈ）×√３／２
＝Ａ×ｗ×Ｈ×√３      （２）
【００３２】
式（２）を参照すると、強度Ｉ１とＩ２とＩ３との総和Ｉｔは、点Ｐの位置に係らず一定であることがわかる。以下、図５を参照して、点Ｐの位置に係らずｈ１＋ｈ２＋ｈ３＝Ｈが成り立つことを説明する。図５において、一辺の長さがｈで高さがＨの正三角形ＡＢＣの面積は、３つの三角形ＡＢＰ，ＢＣＰ，ＣＡＰの面積の総和である。三角形ＡＢＰでは底辺の長さがｈで高さがｈｂ（図３のｈ２に対応）であり、三角形ＢＣＰでは底辺の長さがｈで高さがｈａ（図２のｈ１に対応）であり、三角形ＣＡＰでは底辺の長さがｈで高さがｈｃ（図４のｈ３に対応）である。
【００３３】
正三角形ＡＢＣの面積と３つの三角形ＡＢＰ，ＢＣＰ，ＣＡＰの面積の総和との間に、次の式（３）に示す関係が成立する。そして、式（３）の両辺をｈ／２で割ると、式（４）に示すように、Ｈ＝ｈｂ＋ｈａ＋ｈｃが成り立ち、ひいてはｈ１＋ｈ２＋ｈ３＝Ｈが成り立つ。
（ｈ×Ｈ）／２＝（ｈ×ｈｂ）／２＋（ｈ×ｈａ）／２＋（ｈ×ｈｃ）／２      （３）
Ｈ＝ｈｂ＋ｈａ＋ｈｃ
＝ｈ１＋ｈ２＋ｈ３      （４）
【００３４】
式（１ａ），（１ｂ），（１Ｃ）と式（２）とを参照すると、強度Ｉ１とＩ２とＩ３との総和Ｉｔに対する強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の比は、次の式（５ａ），（５ｂ），（５Ｃ）でそれぞれ表される。
Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）＝Ａ×ｗ×（Ｈ−ｈ１）×√３／２／（Ａ×ｗ×Ｈ×√３）
＝（Ｈ−ｈ１）／（２×Ｈ）      （５ａ）
Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）＝（Ｈ−ｈ２）／（２×Ｈ）      （５ｂ）
Ｉ３／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）＝（Ｈ−ｈ３）／（２×Ｈ）      （５ｃ）
【００３５】
ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝Ｈ／３のとき、すなわち点Ｐが正三角形状の開口部２１の重心に一致するときを計測の原点とし、原点からの空間像２２ａのｈ１の方向に沿った位置ずれ量をα１＝ｈ１−Ｈ／３とし、原点からの空間像２２ｂのｈ２の方向に沿った位置ずれ量をα２＝ｈ２−Ｈ／３とし、原点からの空間像２２ｃのｈ３の方向に沿った位置ずれ量をα３＝ｈ３−Ｈ／３とするとき、式（５ａ），（５ｂ），（５Ｃ）は、次の式（６ａ），（６ｂ），（６Ｃ）に示すように変形される。
【００３６】
Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）＝（Ｈ−ｈ１）／（２×Ｈ）
＝｛Ｈ−（α１＋Ｈ／３）｝／（２×Ｈ）
＝（２×Ｈ／３−α１）／（２×Ｈ）
＝−α１／（２×Ｈ）＋１／３      （６ａ）
Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）＝−α２／（２×Ｈ）＋１／３      （６ｂ）
Ｉ３／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）＝−α３／（２×Ｈ）＋１／３      （６ｃ）
【００３７】
すなわち、空間像２２ａ，２２ｂ，２２ｃの原点からの位置ずれ量α１，α２，α３は、次の式（７ａ），（７ｂ），（７Ｃ）で表される。
α１＝２×Ｈ×｛１／３−Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）｝      （７ａ）
α２＝２×Ｈ×｛１／３−Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）｝      （７ｂ）
α３＝２×Ｈ×｛１／３−Ｉ３／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）｝      （７ｃ）
【００３８】
位置ずれ量α１，α２，α３は、図６の右側の座標に示す方向の変位を表している。ここで、α１の方向は、図６の左側のｘｙデカルト座標系におけるｙ方向に対応している。α３の方向は、−ｘ方向と３０度をなし且つ−ｙ方向と６０度をなす方向に対応している。α２の方向は、＋ｘ方向と３０度をなし且つ−ｙ方向と６０度をなす方向に対応している。式（７ａ），（７ｂ），（７Ｃ）を参照すると、空間像２２ａ，２２ｂ，２２ｃの位置ずれ量α１，α２，α３は、正三角形状の開口部２１の高さＨと、内側領域２２ａｉ，２２ｂｉ，２２ｃｉに対応する光の強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３とにより求められる。
【００３９】
図７の左側の図におけるｘｙデカルト座標系における位置ずれ量を表すベクトルｄｖは、次の式（８）に示すように、図７の右側の図に示すベクトルａ２およびａ３を用いて表される。
ｄｖ＝ａ２＋ａ３      （８）
【００４０】
ベクトルａ２，ａ３は、次の式（９ａ），（９ｂ）に示すように、図７の左側の図に示す位置ずれ量（変位）α２，α３を用いて表される。その結果、ベクトルｄｖは、次の式（１０）に示すように、位置ずれ量α２，α３を用いて表される。
【００４１】
【数１】
2012253173.tif 000003
【００４２】
式（１０）において、右辺の上段の値である（α２−α３）／√３は、空間像のｘ方向の位置ずれ量、すなわち投影光学系の歪曲収差（ディストーション）のｘ方向の値を表している。また、右辺の下段の値である−α２−α３は、空間像のｙ方向の位置ずれ量、すなわち投影光学系の歪曲収差のｙ方向の値を表している。なお、投影光学系の歪曲収差のｙ方向の値として、空間像２２ａの位置ずれ量α１をそのまま用いても良い。
【００４３】
このように、本実施形態の計測原理によれば、複数の空間像（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）について単一の開口部２１を通過した光の強度（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）に基づいて、例えば開口部２１の重心位置での投影光学系の歪曲収差の二次元的なデータ、すなわち互いに直交する２つの計測方向（ｘ方向およびｙ方向）の歪曲収差量が求められる。その結果、計測方向に沿って間隔を隔てて配置された２つの開口部を用いる従来技術に比して、被検光学系の収差を高精度に計測することができる。
【００４４】
収差計測装置１は、図８に示すように、被検光学系である投影光学系ＰＬの収差の計測に際して、マスクステージＭＳ上に配置可能な３つのテストマスクＴＭ１，ＴＭ２，ＴＭ３と、投影光学系ＰＬの像面に配置可能な開口部材１１とを備えている。テストマスクＴＭ１には、図９に示すように、一方向に沿って細長く延びる３つの帯状の計測用パターン３１が互いに平行に形成されている。テストマスクＴＭ１は、例えば石英または蛍石により形成された光透過性の基板において３つの計測用パターン３１を除く領域を、例えばクロムのような遮光性材料で覆うことにより製造されている。
【００４５】
開口部材１１には、図１０に示すように、複数の三角形状の開口部１１ａが設けられている。以下、説明の理解を容易にするために、投影光学系ＰＬは正立正像を形成するものとし、テストマスクＴＭ１は３つの計測用パターン３１がＸ方向に延びるように設置されるものとする。また、複数の開口部１１ａは互いに合同な正三角形状であり、開口部材１１の設置状態において正三角形の一辺がＸ方向に延びる直線をなすようにＹ方向に３段配置されているものとする。図１０では、下段および上段に５つの開口部１１ａが設けられ、中段に６つの開口部１１ａが設けられた例を示している。
【００４６】
収差計測装置１は、開口部材１１の各開口部１１ａを通過した光を検出する光検出器１２と、光検出器１２の出力信号が供給される計測部１３とを備えている。光検出器１２は、例えばＣＣＤ型またはＣＭＯＳ型の二次元撮像素子を有する。計測部１３は、光検出部１２が検出した光に基づいて、投影光学系ＰＬの収差を計測する。計測部１３の出力、すなわち収差計測装置１の計測結果は、主制御系ＣＲへ供給される。
【００４７】
主制御系ＣＲは、投影光学系ＰＬの収差の計測に際して、ウェハステージＷＳを駆動し、収差計測装置１を投影光学系ＰＬに対して位置決めする。具体的には、主制御系ＣＲは、投影光学系ＰＬの有効結像領域内に開口部材１１の複数の開口部１１ａが位置するように、収差計測装置１を位置決めする。また、主制御系ＣＲは、マスクステージＭＳ上の露光用のマスクＭをテストマスクＴＭ１と交換し、照明光学系ＩＬが投影光学系ＰＬの物体面上に形成する照明領域に対してテストマスクＴＭ１に設けられた計測用パターン３１を位置決めする。
【００４８】
この場合、図１１に示すように、投影光学系ＰＬの像面において、開口部材１１の複数の開口部１１ａに対して３つの帯状の空間像３１ａが形成される。ここで、テストマスクＴＭ１の３つの計測用パターン３１は、投影光学系ＰＬが無収差の場合に、３つの帯状の空間像３１ａの長手方向に沿った中心線が正三角形状の開口部１１ａの重心を通るように形成され且つ位置決めされている。光検出器１２は、空間像３１ａのうち、開口部材１１の各開口部１１ａを通過した像の光を検出する。すなわち、光検出器１２は、各開口部１１ａを通過した光の強度Ｉ１を検出する。
【００４９】
次いで、主制御系ＣＲは、マスクステージＭＳ上のテストマスクＴＭ１を図１２に示すようなテストマスクＴＭ２と交換し、照明領域に対してテストマスクＴＭ２に設けられた計測用パターン３２を位置決めする。テストマスクＴＭ２には、一方向に沿って細長く延びる６つの帯状の計測用パターン３２が互いに平行に形成されている。テストマスクＴＭ２は、６つの計測用パターン３２がＸ方向をＺ軸廻りに＋６０度だけ回転させた方向に延びるように設置される。
【００５０】
この場合、図１３に示すように、投影光学系ＰＬの像面において、開口部材１１の複数の開口部１１ａに対して６つの帯状の空間像３２ａが形成される。ここで、テストマスクＴＭ２の６つの計測用パターン３２は、投影光学系ＰＬが無収差の場合に、６つの帯状の空間像３２ａの長手方向に沿った中心線が対応する正三角形状の開口部１１ａの重心を通るように形成され且つ位置決めされている。光検出器１２は、空間像３２ａのうち、開口部材１１の各開口部１１ａを通過した像の光の強度Ｉ２を検出する。
【００５１】
さらに、主制御系ＣＲは、マスクステージＭＳ上のテストマスクＴＭ２を図１４に示すようなテストマスクＴＭ３と交換し、照明領域に対してテストマスクＴＭ３に設けられた計測用パターン３３を位置決めする。テストマスクＴＭ３には、一方向に沿って細長く延びる６つの帯状の計測用パターン３３が互いに平行に形成されている。テストマスクＴＭ３は、６つの計測用パターン３３がＸ方向をＺ軸廻りに−６０度だけ回転させた方向に延びるように設置される。
【００５２】
この場合、図１５に示すように、投影光学系ＰＬの像面において、開口部材１１の複数の開口部１１ａに対して６つの帯状の空間像３３ａが形成される。ここで、テストマスクＴＭ３の６つの計測用パターン３３は、投影光学系ＰＬが無収差の場合に、６つの帯状の空間像３３ａの長手方向に沿った中心線が対応する正三角形状の開口部１１ａの重心を通るように形成され且つ位置決めされている。光検出器１２は、空間像３３ａのうち、開口部材１１の各開口部１１ａを通過した像の光の強度Ｉ３を検出する。
【００５３】
開口部材１１の複数の開口部１１ａについて光検出部１２で検出された強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の情報は、計測部１３に供給される。計測部１３は、図２〜図７を参照して説明した計測原理にしたがって、正三角形状の各開口部１１ａの高さ寸法Ｈと強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の情報とに基づいて、各開口部１１ａの重心位置での投影光学系ＰＬの歪曲収差の二次元的なデータ、すなわち互いに直交する２つの計測方向（Ｘ方向およびＹ方向）の歪曲収差量を求める。また、必要に応じて、テストマスクＴＭ１〜ＴＭ３の交換および設置を繰り返し且つ開口部材１１をＸＹ平面に沿ってステップ移動させつつ、投影光学系ＰＬの有効結像領域内の他の複数の点に関する歪曲収差を順次計測する。
【００５４】
こうして、本実施形態の収差計測装置１では、投影光学系ＰＬの歪曲収差を高精度に計測することができる。本実施形態の露光装置では、収差計測装置１を用いて投影光学系ＰＬの歪曲収差を随時高精度に計測し、必要に応じて投影光学系ＰＬを光学調整して歪曲収差を許容範囲内に抑えることができる。その結果、歪曲収差の調整された投影光学系ＰＬを介して、マスクＭのパターンをウェハＷに正確に転写することができる。
【００５５】
具体的に、投影光学系ＰＬの歪曲収差の調整に際して、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学部材のうちの少なくとも１つを光軸方向に移動させたり、光軸と直交する方向に移動させたりすることができる。また、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学部材のうちの少なくとも１つを光軸と直交する面に対して傾けたり、光軸廻りに回転させたりすることにより、投影光学系ＰＬの歪曲収差を調整することができる。
【００５６】
なお、上述の実施形態では、互いに合同な正三角形状の複数の開口部１１ａが、３段配置で開口部材１１に設けられている。しかしながら、これに限定されることなく、開口部材に設けられる開口部の三角形状、大きさ、数、配置などについて、様々な形態が可能である。具体的に、開口部材は、互いに相似な正三角形状の複数の開口部を含んでいても良い。
【００５７】
また、図１６に示すように、ｘ方向に平行な一辺とｙ方向に平行な一辺とを有する直角三角形状の開口部２３に対して、ｘ方向に沿って延びる帯状の空間像２４ａと、ｙ方向に沿って延びる帯状の空間像２４ｂとを順次形成する変形例も可能である。図１６の変形例では、図示を省略した開口部材が、少なくとも１つの直角三角形状の開口部２３を有する。一般的には、被検光学系の像面に配置される開口部材が１つまたは複数の三角形状の開口部を有し、各開口部に対して所要の方向に延びる複数の帯状の空間像が形成されることが重要である。
【００５８】
上述の実施形態では、被検光学系である投影光学系ＰＬの歪曲収差を計測している。しかしながら、歪曲収差に限定されることなく、投影光学系ＰＬの光軸に関して非対称な収差、例えばコマ収差の計測に対しても同様に、本実施形態を適用することができる。また、光の強度ではなく、光量、あるいは開口部を通過した光の位置で収差を計測してもよい。
【００５９】
上述の実施形態では、収差計測装置１がウェハステージＷＳに装着されている。しかしながら、これに限定されることなく、ウェハステージＷＳの外部に収差計測装置１の全体を設けても良い。また、収差計測装置１をウェハステージＷＳとは異なる別のステージに設けても良い。
【００６０】
上述の実施形態では、露光装置に搭載された投影光学系の収差の計測に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば露光装置に搭載される前の単体の投影光学系、露光装置から取り外された単体の投影光学系、さらに露光装置に用途が限定されない一般の被検光学系（屈折光学系、反射屈折光学系、反射光学系）に対しても同様に本発明を適用することができる。
【００６１】
上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上述のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。
【００６２】
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。
【００６３】
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１７は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１７に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。
【００６４】
その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを感光性基板としてパターンの転写を行う。
【００６５】
図１８は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１８に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【００６６】
ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。
【００６７】
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。
【００６８】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえばＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）や波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。
【００６９】
また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンプレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。
【符号の説明】
【００７０】
１  収差計測装置
１１  開口部材
１１ａ  開口部
１２  光検出部
１３  計測部
ＬＳ  光源
ＩＬ  照明光学系
Ｍ  マスク
ＴＭ  テストマスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
ＣＲ  主制御系
【図１】
2012253173.tif 000004
【図２】
2012253173.tif 000005
【図３】
2012253173.tif 000006
【図４】
2012253173.tif 000007
【図５】
2012253173.tif 000008
【図６】
2012253173.tif 000009
【図７】
2012253173.tif 000010
【図８】
2012253173.tif 000011
【図９】
2012253173.tif 000012
【図１０】
2012253173.tif 000013
【図１１】
2012253173.tif 000014
【図１２】
2012253173.tif 000015
【図１３】
2012253173.tif 000016
【図１４】
2012253173.tif 000017
【図１５】
2012253173.tif 000018
【図１６】
2012253173.tif 000019
【図１７】
2012253173.tif 000020
【図１８】
2012253173.tif 000021