(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相パターンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相パターンからの光束を集光して前記位相パターンの像を結像させるための結像光学系とを有する光学系を検査する検査装置において、
前記光学系を介して形成された前記位相パターンの像を検出するための像検出手段と、
前記像検出手段において検出される前記位相パターンの像をデフォーカスさせるためのデフォーカス手段と、
前記像検出手段において各デフォーカス状態で検出された前記位相パターンのエッジに対応する像の非対称性の指標であって、式（１）により定義される指標βのデフォーカス量に依存しない一定のオフセット値Ｂに基づいて、前記位相パターンの形成面の法線に対する前記照明光の主光線の傾きを検査するための検査手段とを備えていることを特徴とする検査装置。
β＝Σ｛ＶiL−ＶiR／（Ｖmax −Ｖmin ）｝／ｎ              （１）
ここで、ＶiLおよびＶiRは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の周期における左右の信号極小値であり、Ｖmax およびＶminは信号Ｖの最大値および最小値であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【請求項２】
位相パターンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相パターンからの光束を集光して前記位相パターンの像を結像させるための結像光学系とを有する光学系を検査する検査装置において、
前記光学系を介して形成された前記位相パターンの像を検出するための像検出手段と、
前記像検出手段において検出される前記位相パターンの像をデフォーカスさせるためのデフォーカス手段とを備え、
前記位相パターンは、前記像検出手段の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す第１の位相パターンと、該第１の位相パターンとは異なる位相振幅分布を有し前記像検出手段の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す第２の位相パターンとを有し、
前記第１の位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記第１の位相パターンの像の光強度と前記第１の位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記第１の位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αが０になる第１のデフォーカス位置と、前記第２の位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記第２の位相パターンの像の光強度と前記第２の位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記第２の位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αが０になる第２のデフォーカス位置との差に基づいて、前記光学系の球面収差を検査するための検査手段をさらに備えていることを特徴とする検査装置。
α＝Σ｛Ｖit−Ｖio／（Ｖit＋Ｖio）｝／（２ｎ）          （２）
ここで、ＶioおよびＶitは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の位相パターンの凹部および凸部に対応する積分信号であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【請求項３】
位相パターンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相パターンからの光束を集光して前記位相パターンの像を結像させるための結像光学系とを有する光学系を検査する検査装置において、
前記光学系を介して形成された前記位相パターンの像を検出するための像検出手段と、
前記像検出手段において検出される前記位相パターンの像をデフォーカスさせるためのデフォーカス手段とを備え、
前記照明光学系には、照明開口絞りを通過する前記照明光の振幅分布を変更するための照明開口変更手段が設けられ、
前記位相パターンは、前記像検出手段の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す位相パターンであり、
前記照明開口変更手段により設定した第１の照明条件の下で照明された前記位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記位相パターンの像の光強度と前記位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αが０になる第１のデフォーカス位置と、前記照明開口変更手段により設定した第２の照明条件の下で照明された前記位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記位相パターンの像の光強度と前記位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αが０になる第２のデフォーカス位置との差に基づいて、前記光学系の球面収差を検査するための検査手段をさらに備えていることを特徴とする検査装置。
α＝Σ｛Ｖit−Ｖio／（Ｖit＋Ｖio）｝／（２ｎ）          （２）
ここで、ＶioおよびＶitは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の位相パターンの凹部および凸部に対応する積分信号であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【請求項４】
位相パターンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相パターンからの光束を集光して前記位相パターンの像を結像させるための結像光学系とを有する光学系を検査する検査装置において、
前記光学系を介して形成された前記位相パターンの像を検出するための像検出手段と、
前記像検出手段において検出される前記位相パターンの像をデフォーカスさせるためのデフォーカス手段とを備え、
前記位相パターンは、前記像検出手段の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す位相パターンであり、
各デフォーカス状態での、前記位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記位相パターンの像の光強度と前記位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αの、前記光学系の視野内の複数の位置における値において、各視野位置に対応するαが０になるデフォーカス位置に基づいて、前記光学系の光軸上非点隔差、非点収差、像面湾曲、および像面傾斜のうちの少なくとも１つを検査するための検査手段をさらに備えていることを特徴とする検査装置。
α＝Σ｛Ｖit−Ｖio／（Ｖit＋Ｖio）｝／（２ｎ）          （２）
ここで、ＶioおよびＶitは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の位相パターンの凹部および凸部に対応する積分信号であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【請求項５】
転写パターンが形成されたマスク上に設けられた位相パターンからなる位置合わせマークまたは前記転写パターンの像が転写される感光性基板上に設けられた位相パターンからなる位置合わせマークに照明光を照射するための照明光学系と、前記位置合わせマークからの光束を集光して前記位置合わせマークの像を結像させるための結像光学系とからなるアライメント光学系を有し、前記マスクまたは前記感光性基板の位置決めを行うための位置合わせ装置において、
前記アライメント光学系を検査するための請求項１乃至４のいずれか１項に記載の検査装置を備え、
前記検査装置による前記アライメント光学系の検査情報に基づいて前記結像光学系の収差を補正するための収差補正手段、前記検査情報に基づいて前記結像光学系の合焦位置を調整するための合焦位置調整手段、前記検査情報に基づいて前記結像光学系の光束ケラレを補正するために前記結像光学系の結像開口絞りの位置を光軸に対して相対変位させるための結像開口絞り位置調整手段、前記結像光学系の物体面の法線に対する前記照明光の主光線の傾きを補正するために前記照明光学系の照明開口絞りの位置を光軸に対して相対変位させる照明開口絞り位置調整手段のうちの少なくとも１つをさらに備えていることを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項６】
転写パターンが形成されたマスクに照明光を照射するための照明光学系と、前記転写パターンの像を感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えた投影露光装置において、
前記照明光学系および前記投影光学系を検査するための請求項１乃至４のいずれか１項に記載の検査装置を備え、
前記検査装置による前記照明光学系および前記投影光学系の検査情報に基づいて前記投影光学系の収差を補正するための収差補正手段、前記検査情報に基づいて前記投影光学系の合焦位置を調整するための合焦位置調整手段、前記検査情報に基づいて前記投影光学系の光束ケラレを補正するために前記投影光学系の結像開口絞りの位置を光軸に対して相対変位させるための結像開口絞り位置調整手段、前記投影光学系の物体面の法線に対する前記照明光の主光線の傾きを補正するために前記照明光学系の照明開口絞りの位置を光軸に対して相対変位させる照明開口絞り位置調整手段のうちの少なくとも１つをさらに備えていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】
所定の位相パターンの像を形成する結像光学系を含む光学系を検査する方法において、
前記位相パターンに照明光を照射し、
前記結像光学系の光軸方向において異なる複数のデフォーカス位置で前記位相パターンの像を検出し、
前記複数のデフォーカス位置で検出された前記位相パターンのエッジに対応する像の非対称性の指標であって、式（１）により定義される指標βのデフォーカス量に依存しない一定のオフセット値Ｂに基づいて、前記位相パターンの形成面の法線に対する前記照明光の主光線の傾きを検査することを特徴とする光学系の検査方法。
β＝Σ｛ＶiL−ＶiR／（Ｖmax −Ｖmin ）｝／ｎ              （１）
ここで、ＶiLおよびＶiRは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の周期における左右の信号極小値であり、Ｖmax およびＶminは信号Ｖの最大値および最小値であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【請求項８】
位相パターンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相パターンの像を形成する結像光学系を含む光学系を検査する方法において、
前記位相パターンは、所定方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す第１の位相パターンと、該第１の位相パターンとは異なる位相振幅分布を有し、前記所定方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す第２の位相パターンとを有し、
前記照明光学系を介して前記位相パターンに照明光を照射し、
前記位相パターンの像を、前記所定方向に沿った検出方向を有する像検出器を用いて検出し、
前記第１の位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記第１の位相パターンの像の光強度と前記第１の位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記第１の位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αが０になる第１のデフォーカス位置と、前記第２の位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記第２の位相パターンの像の光強度と前記第２の位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記第２の位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αが０になる第２のデフォーカス位置との差に基づいて、前記光学系の球面収差を検査することを特徴とする光学系の検査方法。
α＝Σ｛Ｖit−Ｖio／（Ｖit＋Ｖio）｝／（２ｎ）          （２）
ここで、ＶioおよびＶitは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の位相パターンの凹部および凸部に対応する積分信号であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【請求項９】
前記照明光学系は、照明開口絞りを通過する前記照明光の振幅分布を変更可能に構成され、
前記第１のデフォーカス位置を検出する際には、前記照明開口絞りでの前記照明光の振幅分布を第１の振幅分布に設定し、
前記第２のデフォーカス位置を検出する際には、前記照明開口絞りでの前記照明光の振幅分布を前記第１の振幅分布とは異なる第２の振幅分布に設定することを特徴とする請求項８に記載の光学系の検査方法。
【請求項１０】
所定の位相パターンの像を形成する結像光学系を含む光学系を検査する方法において、
前記位相パターンに照明光を照射し、
所定の検出方向を有する像検出器を用いて前記結像光学系の光軸方向において異なる複数のデフォーカス位置で前記位相パターンの像を検出し、
前記位相パターンは、前記像検出器の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す位相パターンであり、
前記複数のデフォーカス位置での、前記位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記位相パターンの像の光強度と前記位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αの、前記光学系の視野内の複数の位置における値において、各視野位置に対応するαが０になるデフォーカス位置に基づいて、前記光学系の光軸上非点隔差、非点収差、像面湾曲、および像面傾斜のうちの少なくとも１つを検査することを特徴とする光学系の検査方法。
α＝Σ｛Ｖit−Ｖio／（Ｖit＋Ｖio）｝／（２ｎ）          （２）
ここで、ＶioおよびＶitは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の位相パターンの凹部および凸部に対応する積分信号であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学系の検査装置および検査方法並びに該検査装置を備えた位置合わせ装置および投影露光装置に関し、特に半導体素子や液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程で用いる投影露光装置の投影光学系や、該投影露光装置に付設された位置合わせ装置のアライメント光学系、更にそのアライメント結果の判定を行うための重ね合わせ測定装置の重ね合わせ測定光学系の収差、焦点位置、光軸ズレなどの検査および補正（調整）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子や液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程で用いる投影露光装置では、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光性基板であるウエハ上に転写する。この際、ウエハ上にすでに形成されたパターンに対して、投影光学系を介して形成されるマスクパターンの投影像を、投影露光装置に付設された位置合わせ装置により位置合わせ（アライメント）して、重ね合わせ露光を行う。さらに、投影露光装置に内設または外設された重ね合わせ測定装置により、位置合わせ装置によるアライメント結果の良否を判定する。
【０００３】
この場合、たとえば投影光学系に収差が残存していると、マスクパターンの投影像が正確に結像することができず、ウエハ上に歪みのある転写パターンが形成される。また、たとえば位置合わせ装置のアライメント光学系に収差が残存していると、マスクとウエハとの正確な位置合わせを行うことができず、高精度な重ね合わせ露光を行うことができない。さらに、重ね合わせ測定装置の重ね合わせ測定光学系についても、たとえば残留収差があると高精度な重ね合わせ測定を行うことができない。
【０００４】
このように、投影露光装置の投影光学系や、位置合わせ装置のアライメント光学系や、更に重ね合わせ測定装置の重ね合わせ測定光学系などをできるだけ理想光学系に近い状態に設定することによりはじめて、投影露光装置や位置合わせ装置や重ね合わせ測定装置などの装置性能を十分に発揮させることができる。こうした光学系の収差、焦点位置、光軸ズレなどを正確に且つ簡易に検査し、検査結果に応じて精密に補正または調整することが近年益々重要になっている。
【０００５】
そこで、本出願人は、特開平９−４９７８１号公報において、投影露光装置の投影光学系や、位置合わせ装置のアライメント光学系や、更に重ね合わせ測定装置の重ね合わせ測定光学系などの検査に好適な検査装置を提案している。この検査装置では、例えば位相パターンの像を徐々にデフォーカスさせた際に生じる像の非対称性の変化に注目し、この非対称性の変化に基づいて主にコマ収差、球面収差、および光束ケラレ（光束が遮られること）を正確に検査している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−４９７８１号公報に開示された検査装置では、コマ収差や球面収差以外の他の諸収差を正確に（再現性良く）且つ簡易に検査することができなかった。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、光学系の様々な収差、焦点位置、光軸ズレなどを正確に且つ簡易に検査することのできる検査装置および検査方法を提供することを目的とする。
また、本発明の検査装置による検出結果に基づいて光学系の収差、焦点位置、光軸ズレなどを補正または調整することによって十分な装置性能を発揮することのできる投影露光装置、位置合わせ装置および重ね合わせ測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、位相パターンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相パターンからの光束を集光して前記位相パターンの像を結像させるための結像光学系とを有する光学系を検査する検査装置において、
前記光学系を介して形成された前記位相パターンの像を検出するための像検出手段と、
前記像検出手段において検出される前記位相パターンの像をデフォーカスさせるためのデフォーカス手段と、
前記像検出手段において各デフォーカス状態で検出された前記位相パターンのエッジに対応する像の非対称性の指標であって、式（１）により定義される指標βのデフォーカス量に依存しない一定のオフセット値Ｂに基づいて、前記位相パターンの形成面の法線に対する前記照明光の主光線の傾きを検査するための検査手段とを備えていることを特徴とする検査装置を提供する。
β＝Σ｛ＶiL−ＶiR／（Ｖmax −Ｖmin ）｝／ｎ              （１）
ここで、ＶiLおよびＶiRは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の周期における左右の信号極小値であり、Ｖmax およびＶminは信号Ｖの最大値および最小値であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【０００９】
第１発明にかかる検査装置において、前記検査手段は、前記像検出手段において１つまたは複数のデフォーカス状態で検出した前記位相パターンのエッジに対応する像の非対称性と、前記位相パターンまたは前記像検出手段をその検出中心の周りに１８０度回転させた状態で前記像検出手段において１つまたは複数のデフォーカス状態で検出した前記位相パターンのエッジに対応する像の非対称性とに基づいて、前記位相パターンまたは前記像検出手段に起因する像の非対称性の検出誤差を補正して前記光学系を検査することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の第２発明では、位相パターンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相パターンからの光束を集光して前記位相パターンの像を結像させるための結像光学系とを有する光学系を検査する検査装置において、
前記光学系を介して形成された前記位相パターンの像を検出するための像検出手段と、
前記像検出手段において検出される前記位相パターンの像をデフォーカスさせるためのデフォーカス手段とを備え、
前記位相パターンは、前記像検出手段の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す第１の位相パターンと、該第１の位相パターンとは異なる位相振幅分布を有し前記像検出手段の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す第２の位相パターンとを有し、
前記第１の位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記第１の位相パターンの像の光強度と前記第１の位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記第１の位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αが０になる第１のデフォーカス位置と、前記第２の位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記第２の位相パターンの像の光強度と前記第２の位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記第２の位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αが０になる第２のデフォーカス位置との差に基づいて、前記光学系の球面収差を検査するための検査手段をさらに備えていることを特徴とする検査装置を提供する。
α＝Σ｛Ｖit−Ｖio／（Ｖit＋Ｖio）｝／（２ｎ）          （２）
ここで、ＶioおよびＶitは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の位相パターンの凹部および凸部に対応する積分信号であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【００１１】
さらに、本発明の第３発明では、位相パターンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相パターンからの光束を集光して前記位相パターンの像を結像させるための結像光学系とを有する光学系を検査する検査装置において、
前記光学系を介して形成された前記位相パターンの像を検出するための像検出手段と、
前記像検出手段において検出される前記位相パターンの像をデフォーカスさせるためのデフォーカス手段とを備え、
前記照明光学系には、照明開口絞りを通過する前記照明光の振幅分布を変更するための照明開口変更手段が設けられ、
前記位相パターンは、前記像検出手段の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す位相パターンであり、
前記照明開口変更手段により設定した第１の照明条件の下で照明された前記位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記位相パターンの像の光強度と前記位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αが０になる第１のデフォーカス位置と、前記照明開口変更手段により設定した第２の照明条件の下で照明された前記位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記位相パターンの像の光強度と前記位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αが０になる第２のデフォーカス位置との差に基づいて、前記光学系の球面収差を検査するための検査手段をさらに備えていることを特徴とする検査装置を提供する。
α＝Σ｛Ｖit−Ｖio／（Ｖit＋Ｖio）｝／（２ｎ）          （２）
ここで、ＶioおよびＶitは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の位相パターンの凹部および凸部に対応する積分信号であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【００１２】
また、本発明の第４発明では、位相パターンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相パターンからの光束を集光して前記位相パターンの像を結像させるための結像光学系とを有する光学系を検査する検査装置において、
前記光学系を介して形成された前記位相パターンの像を検出するための像検出手段と、
前記像検出手段において検出される前記位相パターンの像をデフォーカスさせるためのデフォーカス手段とを備え、
前記位相パターンは、前記像検出手段の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す位相パターンであり、
各デフォーカス状態での、前記位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記位相パターンの像の光強度と前記位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αの、前記光学系の視野内の複数の位置における値において、各視野位置に対応するαが０になるデフォーカス位置に基づいて、前記光学系の光軸上非点隔差、非点収差、像面湾曲、および像面傾斜のうちの少なくとも１つを検査するための検査手段をさらに備えていることを特徴とする検査装置を提供する。
α＝Σ｛Ｖit−Ｖio／（Ｖit＋Ｖio）｝／（２ｎ）          （２）
ここで、ＶioおよびＶitは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の位相パターンの凹部および凸部に対応する積分信号であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【００１３】
なお、第１発明乃至第４発明および各発明の好ましい態様にかかる検査装置においては、前記位相パターンに照射する前記照明光の波長を選択するための照明波長選択手段および前記位相パターンからの結像光束の波長を選択するための結像光束波長選択手段のうちの少なくとも一方を備え、前記照明波長選択手段または前記結像光束波長選択手段によって選択された波長の光に関して前記光学系を検査することが好ましい。
また、選択された波長の光に関して前記光学系を検査するために、前記位相パターンは異なる分光反射率または分光透過率を有する２つ以上の位相パターンを有することが好ましい。
【００１４】
また、前記位相パターンは、前記像検出手段の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰り返すデューティ比が１対１の位相パターンであることが好ましい。また、前記位相パターンの透過または反射の振幅位相分布の位相変化量Φは、前記像検出手段で検出する光束の中心波長に対して、
Φ＝π（２ｎ−１）／２    （ｎは自然数）
の条件を満足することが好ましい。
【００１５】
また、前記デフォーカス手段は、前記位相パターン、前記光学系の全体または一部、および前記像検出手段のうちの少なくとも１つを前記光学系の光軸に沿って移動させることが好ましい。また、前記デフォーカス手段は、前記位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記位相パターンの像の光強度と前記位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パターンの像の光強度とが等しくなるデフォーカス位置を中心として、前記像検出手段で検出される前記位相パターンの像のデフォーカス範囲を規定することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の第５発明では、転写パターンが形成されたマスク上に設けられた位相パターンからなる位置合わせマークまたは前記転写パターンの像が転写される感光性基板上に設けられた位相パターンからなる位置合わせマークに照明光を照射するための照明光学系と、前記位置合わせマークからの光束を集光して前記位置合わせマークの像を結像させるための結像光学系とからなるアライメント光学系を有し、前記マスクまたは前記感光性基板の位置決めを行うための位置合わせ装置において、
前記アライメント光学系を検査するために第１発明乃至第４発明および各発明の好ましい態様にかかる検査装置を備え、
前記検査装置による前記アライメント光学系の検査情報に基づいて前記結像光学系の収差を補正するための収差補正手段、前記検査情報に基づいて前記結像光学系の合焦位置を調整するための合焦位置調整手段、前記検査情報に基づいて前記結像光学系の光束ケラレを補正するために前記結像光学系の結像開口絞りの位置を光軸に対して相対変位させるための結像開口絞り位置調整手段、前記結像光学系の物体面の法線に対する前記照明光の主光線の傾きを補正するために前記照明光学系の照明開口絞りの位置を光軸に対して相対変位させる照明開口絞り位置調整手段のうちの少なくとも１つをさらに備えていることを特徴とする位置合わせ装置を提供する。
また、本発明の別の観点によれば、マスク上に形成された転写パターンを感光性基板上に露光する露光装置において、前記マスクまたは前記感光性基板の位置決めを行うために第５発明にかかる位置合わせ装置を備えていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の別の観点によれば、基板上に形成された第１パターンおよび第２パターンに照明光を照射するための照明光学系と、前記第１パターンおよび前記第２パターンからの光束を集光して前記第１パターンの像および前記第２パターンの像を結像させるための結像光学系とからなる重ね合わせ測定光学系を有し、前記第１パターンと前記第２パターンとの相対位置ずれの測定を行う重ね合わせ測定装置において、
前記重ね合わせ測定光学系を検査するために第１発明乃至第４発明および各発明の好ましい態様にかかる検査装置を備え、
前記検査装置による前記アライメント光学系の検査情報に基づいて前記結像光学系の収差を補正するための収差補正手段、前記検査情報に基づいて前記結像光学系の合焦位置を調整するための合焦位置調整手段、前記検査情報に基づいて前記結像光学系の光束ケラレを補正するために前記結像光学系の結像開口絞りの位置を光軸に対して相対変位させるための結像開口絞り位置調整手段、前記結像光学系の物体面の法線に対する前記照明光の主光線の傾きを補正するために前記照明光学系の照明開口絞りの位置を光軸に対して相対変位させる照明開口絞り位置調整手段のうちの少なくとも１つをさらに備えていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の別の観点によれば、マスク上に形成された転写パターンを感光性基板上に露光する露光装置において、前記感光性基板上に形成された第１パターンと第２パターンとの相対位置ずれの測定を行うために上記重ね合わせ測定装置を備え、前記重ね合わせ測定装置による相対位置ずれ情報に基づいて、前記マスクまたは前記感光性基板の位置決め補正を行うことが好ましい。
【００１９】
また、本発明の第６発明では、転写パターンが形成されたマスクに照明光を照射するための照明光学系と、前記転写パターンの像を感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えた投影露光装置において、
前記照明光学系および前記投影光学系を検査するために第１発明乃至第４発明および各発明の好ましい態様にかかる検査装置を備え、
前記検査装置による前記照明光学系および前記投影光学系の検査情報に基づいて前記投影光学系の収差を補正するための収差補正手段、前記検査情報に基づいて前記投影光学系の合焦位置を調整するための合焦位置調整手段、前記検査情報に基づいて前記投影光学系の光束ケラレを補正するために前記投影光学系の結像開口絞りの位置を光軸に対して相対変位させるための結像開口絞り位置調整手段、前記投影光学系の物体面の法線に対する前記照明光の主光線の傾きを補正するために前記照明光学系の照明開口絞りの位置を光軸に対して相対変位させる照明開口絞り位置調整手段のうちの少なくとも１つをさらに備えていることを特徴とする投影露光装置を提供する。
【００２０】
また、本発明の第７発明によれば、所定の位相パターンの像を形成する結像光学系を含む光学系を検査する方法において、
前記位相パターンに照明光を照射し、
前記結像光学系の光軸方向において異なる複数のデフォーカス位置で前記位相パターンの像を検出し、
前記複数のデフォーカス位置で検出された前記位相パターンのエッジに対応する像の非対称性の指標であって、式（１）により定義される指標βのデフォーカス量に依存しない一定のオフセット値Ｂに基づいて、前記位相パターンの形成面の法線に対する前記照明光の主光線の傾きを検査することを特徴とする光学系の検査方法を提供する。
β＝Σ｛ＶiL−ＶiR／（Ｖmax −Ｖmin ）｝／ｎ              （１）
ここで、ＶiLおよびＶiRは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の周期における左右の信号極小値であり、Ｖmax およびＶminは信号Ｖの最大値および最小値であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【００２１】
また、本発明の第８発明によれば、位相パターンに照明光を照射するための照明光学系と前記位相パターンの像を形成する結像光学系を含む光学系を検査する方法において、
前記位相パターンは、所定方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す第１の位相パターンと、該第１の位相パターンとは異なる位相振幅分布を有し、前記所定方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す第２の位相パターンとを有し、
前記照明光学系を介して前記位相パターンに照明光を照射し、
前記位相パターンの像を、前記所定方向に沿った検出方向を有する像検出器を用いて検出し、
前記第１の位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記第１の位相パターンの像の光強度と前記第１の位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記第１の位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αが０になる第１のデフォーカス位置と、前記第２の位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記第２の位相パターンの像の光強度と前記第２の位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記第２の位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αが０になる第２のデフォーカス位置との差に基づいて、前記光学系の球面収差を検査することを特徴とする光学系の検査方法を提供する。
α＝Σ｛Ｖit−Ｖio／（Ｖit＋Ｖio）｝／（２ｎ）          （２）
ここで、ＶioおよびＶitは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の位相パターンの凹部および凸部に対応する積分信号であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【００２２】
なお、第８発明の好ましい態様によれば、前記照明光学系は、照明開口絞りを通過する前記照明光の振幅分布を変更可能に構成され、
前記第１のデフォーカス位置を検出する際には、前記照明開口絞りでの前記照明光の振幅分布を第１の振幅分布に設定し、
前記第２のデフォーカス位置を検出する際には、前記照明開口絞りでの前記照明光の振幅分布を前記第１の振幅分布とは異なる第２の振幅分布に設定する。
【００２３】
また、本発明の第９発明によれば、所定の位相パターンの像を形成する結像光学系を含む光学系を検査する方法において、
前記位相パターンに照明光を照射し、
所定の検出方向を有する像検出器を用いて前記結像光学系の光軸方向において異なる複数のデフォーカス位置で前記位相パターンの像を検出し、
前記位相パターンは、前記像検出器の検出方向に沿って周期的な位相変化を繰り返す位相パターンであり、
前記複数のデフォーカス位置での、前記位相パターンの位相の進んだ領域に対応する前記位相パターンの像の光強度と前記位相パターンの位相の遅れた領域に対応する前記位相パターンの像の光強度との間の差異の指標αの、前記光学系の視野内の複数の位置における値において、各視野位置に対応するαが０になるデフォーカス位置に基づいて、前記光学系の光軸上非点隔差、非点収差、像面湾曲、および像面傾斜のうちの少なくとも１つを検査することを特徴とする光学系の検査方法を提供する。
α＝Σ｛Ｖit−Ｖio／（Ｖit＋Ｖio）｝／（２ｎ）          （２）
ここで、ＶioおよびＶitは位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の位相パターンの凹部および凸部に対応する積分信号であり、ｎは積分信号ΣＶの分布の周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の検査装置および検査方法では、後述の実施例において図３および図４を参照して説明するように、各デフォーカス状態で検出された位相パターンのエッジに対応する像の非対称性の指標βの変化に基づいて、被検光学系のコマ収差および被検光学系における光束ケラレに加えて、位相パターンの形成面の法線に対する照明光の主光線の傾きすなわち照明テレセンを再現性良く容易且つ迅速に検査することができる。具体的には、デフォーカス量Ｚに依存することのない指標βの一定のオフセット値Ｂに基づいて照明光の主光線の傾斜量すなわち照明テレセン量を求めることができる。また、デフォーカス量Ｚに依存してほぼ線形的に変化する指標βを表す直線の傾きＣに基づいてコマ収差量を求めることができる。さらに、デフォーカス量Ｚに依存して折れ線状または湾曲線状に変化する指標βを表す折れ線または湾曲線の折れ曲がり量Ｄに基づいて光束のケラレ量を求めることができる。
【００２５】
この場合、位相パターンをその検出中心の周りに１８０度回転させた２つの状態で検出した２つの非対称性の指標β１およびβ２に基づいて（たとえばその単純平均値に基づいて）、位相パターンに起因する像の非対称性の指標βの検出誤差を補正することができる。また、ＣＣＤのような像検出手段をその検出中心の周りに１８０度回転させた２つの状態で検出した２つの非対称性の指標β１およびβ２に基づいて（たとえばその単純平均値に基づいて）、位相パターンに起因する像の非対称性の指標βの検出誤差を補正することもできる。
【００２６】
また、本発明の検査装置および検査方法では、後述の実施例において図７を参照して説明するように、位相振幅分布（ピッチ）の異なる第１の位相パターンと第２の位相パターンとを用いて、被検光学系の球面収差を再現性良く容易且つ迅速に検査することができる。具体的には、第１の位相パターンの位相の進んだ領域（たとえば反射型凹凸パターンの凸部）に対応する像の光強度と第１の位相パターンの位相の遅れた領域（たとえば反射型凹凸パターンの凹部）に対応する像の光強度とが一致する（指標α＝０となる）第１のデフォーカス位置Ｚ１と、第２の位相パターンの位相の進んだ領域に対応する像の光強度と第２の位相パターンの位相の遅れた領域に対応する像の光強度とが一致する（指標α＝０となる）第２のデフォーカス位置Ｚ２とに基づいて、被検光学系の球面収差の大きさおよび補正状態を求めることができる。
【００２７】
さらに、本発明の検査装置および検査方法では、後述の実施例において図８を参照して説明するように、２つの異なる照明条件に対して同一の位相パターンを用いて、被検光学系の球面収差を再現性良く容易且つ迅速に検査することができる。具体的には、第１の照明σ値で照明された位相パターンの位相の進んだ領域に対応する像の光強度と位相パターンの位相の遅れた領域に対応する像の光強度とが一致する（指標α＝０となる）第１のデフォーカス位置Ｚ１と、第２の照明σ値で照明された位相パターンの位相の進んだ領域に対応する像の光強度位相パターンの位相の遅れた領域に対応する像の光強度とが一致する第２のデフォーカス位置Ｚ２とに基づいて、被検光学系の球面収差の大きさおよび補正状態を求めることができる。
【００２８】
また、本発明の検査装置および検査方法では、後述の実施例において図７および図８を参照して説明するように、各デフォーカス状態での位相パターンの位相の進んだ領域に対応する像の光強度と位相パターンの位相の遅れた領域に対応する像の光強度との差の指標αの変化に基づいて、被検光学系の焦点位置、光軸上非点隔差、非点収差、像面湾曲、および像面傾斜のうちの少なくとも１つを再現性良く容易且つ迅速に検査することができる。
【００２９】
以上のように、本発明の検査装置および検査方法では、各デフォーカス状態において位相パターンのエッジに対応する像の非対称性（指標β）や位相パターンの凹凸部の像強度の差異（指標α）を計測することにより、光学系のコマ収差、光束ケラレ、照明光の傾斜（照明テレセン）に加え、球面収差、焦点位置、光軸上非点隔差、非点収差、像面湾曲、像面傾斜を再現性良く容易且つ迅速に検査することができる。そして、検出した光学系の検査情報に基づいて、光学系の収差や合焦位置に関する補正および調整、照明開口絞りや結像開口絞りに関する位置調整などを効率的且つ適正に行うことにより、当該光学系を理想光学系に限りなく近づけることができる。
【００３０】
したがって、本発明の検査装置を投影露光装置や位置合わせ装置や重ね合わせ測定装置などに組み込むことにより、投影露光装置の照明光学系および投影光学系や位置合わせ装置のアライメント光学系や重ね合わせ測定装置の重ね合わせ測定光学系を再現性良く容易且つ迅速に検査するとともに、検査装置による検出結果に基づいて光学系の収差、焦点位置、光軸ズレなどを補正または調整することによって十分な装置性能を発揮させることができる。具体的には、位置合わせ装置ではアライメント光学系に起因する位置検出誤差が低減し、重ね合わせ測定装置では重ね合わせ測定光学系に起因する測定誤差が低減する。また、投影露光装置では、投影光学系の収差が良好に補正され且つその焦点位置や光軸ズレなどが良好に調整されるので、パターン転写性能が向上し、精度の高い重ね合わせ投影露光を行うことが可能になる。
【００３１】
以下、本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施例にかかる検査装置を備えた投影露光装置の構成を概略的に示す図である。なお、第１実施例では、投影露光装置に付設されたオフアクシス方式の位置合わせ装置のアライメント光学系（結像光学系および照明光学系）を検査している。
図１では、投影露光装置の投影光学系ＰＬの光軸に対して平行にＺ軸が、光軸に垂直な平面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸が、Ｚ軸およびＸ軸に垂直な方向にＹ軸がそれぞれ設定されている。
【００３２】
図１に示す投影露光装置は、適当な露光光でマスクとしてのレチクルＲを均一に照明するための露光用照明光学系（不図示）を備えている。レチクルＲはレチクルステージ１０１上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されており、そのパターン領域ＰＡには転写すべき回路パターンが形成されている。
レチクルＲを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して感光基板であるウエハ（またはガラスプレート）Ｗに達し、ウエハＷ上にはレチクルＲのパターン像が形成される。
【００３３】
なお、ウエハＷは、ウエハホルダ１２１を介してＺステージ１２２上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されている。Ｚステージ１２２は、ステージ制御系１２４によって、投影光学系ＰＬの光軸に沿って駆動されるようになっている。
Ｚステージ１２２はさらに、ＸＹステージ１２３上に支持されている。ＸＹステージ１２３は、同じくステージ制御系１２４によって、投影光学系ＰＬの光軸に対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に駆動されるようになっている。
【００３４】
投影露光の際には、パターン領域ＰＡとウエハＷ上の各露光領域とを光学的に位置合わせ（アライメント）する必要がある。そこで、ウエハＷ上に形成されたアライメント用の段差マークすなわちウエハマークＷＭの基準座標系における位置を検出し、その位置情報に基づいてアライメントが行われる。このように、ウエハマークＷＭの位置を検出してアライメントを行うのに、本発明の位置合わせ装置が使用される。
【００３５】
図１に示す位置合わせ装置は、照明光（アライメント光ＡＬ）を供給するために、たとえばハロゲンランプのような光源１０３を備えている。光源１０３からの光は、たとえば光ファイバーのようなライトガイド１０４を介して所定位置まで導かれる。ライトガイド１０４の射出端から射出された照明光は、必要に応じて照明開口絞り１２７で制限された後、適当な断面形状を有する照明光束となってコンデンサーレンズ１２９に入射する。
【００３６】
コンデンサーレンズ１２９を介したアライメント光ＡＬは、一旦集光された後、照明視野絞り（不図示）を介して照明リレーレンズ１０５に入射する。照明リレーレンズ１０５を介して平行光となったアライメント光ＡＬは、ハーフプリズム１０６を透過した後、第１対物レンズ１０７に入射する。第１対物レンズ１０７で集光されたアライメント光ＡＬは、反射プリズム１０８の反射面で図中下方に反射された後、ウエハＷ上に形成されたアライメントマークであるウエハマークＷＭを照明する。
【００３７】
このように、光源１０３、ライトガイド１０４、照明開口絞り１２７、コンデンサーレンズ１２９、照明視野絞り（不図示）、照明リレーレンズ１０５、ハーフプリズム１０６、第１対物レンズ１０７、および反射プリズム１０８は、ウエハマークＷＭに照明光を照射するための照明光学系を構成している。
【００３８】
照明光に対するウエハマークＷＭからの反射光は、反射プリズム１０８および第１対物レンズ１０７を介して、ハーフプリズム１０６に入射する。ハーフプリズム１０６で図中上方に反射された光は、第２対物レンズ１１１を介して、指標板１１２上にウエハマークＷＭの像を形成する。指標板１１２を介した光は、リレーレンズ系（１１３，１１４）を介して、ＸＹ分岐ハーフプリズム１１５に入射する。そして、ＸＹ分岐ハーフプリズム１１５で反射された光はＹ方向用ＣＣＤ１１６に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１１５を透過した光はＸ方向用ＣＣＤ１１７に入射する。なお、リレーレンズ系（１１３，１１４）の平行光路中には、必要に応じて結像開口絞り１３０が配置されている。
【００３９】
このように、反射プリズム１０８、第１対物レンズ１０７、ハーフプリズム１０６、第２対物レンズ１１１、指標板１１２、リレーレンズ系（１１３，１１４）、結像開口絞り１３０およびハーフプリズム１１５は、照明光に対するウエハマークＷＭからの反射光に基づいてマーク像を形成するための結像光学系を構成している。
また、Ｙ方向用ＣＣＤ１１６およびＸ方向用ＣＣＤ１１７は、結像光学系を介して形成されたマーク像を検出するための像検出手段を構成している。
【００４０】
こうして、Ｙ方向用ＣＣＤ１１６およびＸ方向用ＣＣＤ１１７の撮像面には、マーク像が指標板１１２の指標パターン像とともに形成される。Ｙ方向用ＣＣＤ１１６およびＸ方向用ＣＣＤ１１７からの出力信号は、信号処理系１１８に供給される。さらに、信号処理系１１８において信号処理（波形処理）により得られたウエハマークＷＭの位置情報は、主制御系１２５に供給される。
【００４１】
主制御系１２５は、信号処理系１１８からのウエハマークＷＭの位置情報に基づいて、ステージ制御信号をステージ制御系１２４に出力する。ステージ制御系１２４は、ステージ制御信号にしたがってＸＹステージ１２３を適宜駆動し、ウエハＷのアライメントを行う。
なお、主制御系１２５には、たとえばキーボードのような入力手段１２６を介して、照明開口絞り１２７に対する指令や結像開口絞り１３０に対する指令が供給される。主制御系１２５は、これらの指令に基づき、駆動系１２８を介して照明開口絞り１２７を駆動したり、駆動系１３１を介して結像開口絞り１３０を駆動したりする。また、主制御系１２５は、後述する収差補正指令に基づき、第２対物レンズ１１１やリレーレンズ１１３を駆動する。
【００４２】
上述したように、ウエハＷ上にはアライメントマークとしてウエハマークＷＭが形成されているが、このウエハマークＷＭはたとえばＣＣＤ１１６の計測方向またはＣＣＤ１１７の計測方向に沿って周期的な位相変化を繰り返すデューティ比が１対１の位相パターンである。こうした位相パターンは、たとえば投影露光装置で露光処理したシリコンウエハをエッチング処理することにより、所望の精度で正確な形状に形成することができる。なお、後述する光学系の収差測定などにおいて鋭敏な検出感度を得るためには、位相パターンの反射振幅位相分布の位相変化量Φが、ＣＣＤ１１６および１１７で検出する光束の中心波長に対して以下の式（ａ）を満足することが望ましい。
Φ＝π（２ｎ−１）／２  （ｎは自然数）        （ａ）
【００４３】
図２は、位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶを、計測方向Ｓに対してプロットした図であって、位相パターン像の非対称性の指標βを説明するための図である。
第１実施例では、位相パターンからなるウエハマークＷＭの像が撮像素子であるＣＣＤ（１１６，１１７）の撮像面に形成される。したがって、図２では、撮像素子（１１６，１１７）からの撮像信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶを計測方向Ｓに対してプロットしている。
【００４４】
図２に示すように、積分信号ΣＶは、計測方向Ｓに沿って周期ＢＰ（Ｂ：結像光学系の倍率，Ｐ：ウエハ上における位相パターンＷＭのピッチ）毎に変化する。第１実施例では、位相パターン像の非対称性を定量化するために、積分信号ΣＶの分布においてｉ番目（図２では２番目）の周期における図中左右の信号極小値（落ち込みエッジ部の信号値）をそれぞれＶiLおよびＶiR（ｉ＝１，２，３・・・）とする。また、積分信号ΣＶの両端部分を除き各周期に亘る全体領域において、信号の最大値および最小値をそれぞれＶmax およびＶmin とする。
【００４５】
そして、位相パターン像の非対称性の指標βを、次の式（１）に基づいて求める。
β＝Σ｛ＶiL−ＶiR／（Ｖmax −Ｖmin ）｝／ｎ              （１）
ここで、ｎは周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【００４６】
図３および図４は、主制御系１２５の指令に基づきステージ制御系１２４がＺステージ１２２を適宜駆動して得られる各デフォーカス状態での位相パターン像の非対称性の指標βの変化とコマ収差や光軸ずれ等との関係を示す図である。
被検光学系（この場合は結像光学系および照明光学系）に残存収差がなく且つ光軸ずれも存在しない理想的な光学調整状態では、図３（ａ）において直線Ｌ１で示すように、デフォーカス量Ｚに依存することなく指標βは０である。
【００４７】
また、被検光学系（この場合は照明光学系）において物体面（すなわちウエハ面）を照射する照明光の主光線が物体面の法線に対して傾斜している場合（以下、「照明テレセンがある場合」という）には、図３（ｂ）において直線Ｌ２で示すように、デフォーカス量Ｚに依存することなく指標βは一定のオフセット値Ｂをとる。このオフセット値Ｂは、物体面の法線に対する照明光の主光線の傾斜量すなわち照明テレセン量にほぼ比例する。
【００４８】
さらに、被検光学系（この場合は結像光学系）にコマ収差が存在する場合、図４（ａ）において直線Ｌ３で示すように、指標βはデフォーカス量Ｚに依存してほぼ線形的な変化を示す。そして、この直線Ｌ３の傾きＣは、コマ収差量にほぼ比例する。
また、被検光学系（この場合も結像光学系）において結像光束のケラレが存在する場合、図４（ｂ）において示すように、指標βはデフォーカス量Ｚの変化に応じて折れ線（あるいは破線で示すような湾曲した曲線）Ｌ４で示すような変動を示す。そして、この折れ線または湾曲線Ｌ４の折れ曲がり量Ｄは、結像光束のケラレ量にほぼ比例する。
【００４９】
こうして、位相パターン像をデフォーカスさせて得られる指標βとデフォーカス量Ｚとの関係から、オフセット値Ｂにより照明テレセンを、傾きの値Ｃによりコマ収差を、折れ曲がり量Ｄから光束ケラレをそれぞれ求めることができる。
また、上述の説明において、位相パターン像を検出する領域を所望の範囲に限定してもよい。すなわち、式（１）において、ｉ＝１〜ｎの範囲を限定してもよい。このように限定することにより、物体面上の任意の位置における被検光学系の照明テレセン、光束ケラレ、コマ収差を検査することができる。更に、視野の各点に対して上述の検査を行うことにより、例えば検出視野内の偏心コマ収差と像高コマ収差とを判別したりすることが可能になる。また、照明テレセンや光束ケラレに関しても同様である。
【００５０】
図５は、位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶを、計測方向Ｓに対してプロットした図であって、位相パターンの凹部に対応する位相パターン像の像強度と凸部に対応する位相パターン像の像強度との差異を定量化した指標αを説明するための図である。このように、図５は図２に対応する図であるが、簡略化のためにコマ収差や光束ケラレが存在しない被検光学系を例示的に想定している。
【００５１】
上述したように、第１実施例では、位相パターンからなるウエハマークＷＭの像が撮像素子であるＣＣＤ（１１６，１１７）の撮像面に形成される。したがって、図５では、図２と同様に、撮像素子（１１６，１１７）からの撮像信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶを計測方向Ｓに対してプロットしている。図５に示すように、積分信号ΣＶは、計測方向Ｓに沿って周期ＢＰ（Ｂ：結像光学系の倍率；Ｐ：ウエハ上における位相パターンＷＭのピッチ）毎に変化する。第１実施例では、位相パターンの凹部に対応する位相パターン像の像強度と凸部に対応する位相パターン像の像強度との差異を定量化するために、積分信号ΣＶの分布においてｉ番目の位相パターンの凹部に対応する積分信号ΣＶをＶio（ｉ＝１，２，３・・・）とし、ｉ番目の位相パターンの凸部に対応する積分信号ΣＶをＶit（ｉ＝１，２，３・・・）とする。
【００５２】
そして、位相パターンの凹部および凸部にそれぞれ対応する位相パターン像の像強度の間の差異の指標αを、次の式（２）により求める。
α＝Σ｛Ｖit−Ｖio／（Ｖit＋Ｖio）｝／（２ｎ）          （２）
ここで、ｎは周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和記号である。
【００５３】
図６は、主制御系１２５の指令に基づきステージ制御系１２４がＺステージ１２２を適宜駆動して得られる各デフォーカス状態での、位相パターンの凹部および凸部にそれぞれ対応する位相パターン像の像強度の間の差異の指標αの変化と球面収差との関係を示す図である。なお、図６および関連する他の図（図７および図８）において、Ｚ＝０は被検光学系の近軸像面位置に対応している。また、α＝０は、位相パターンの凹部に対応する位相パターン像の像強度と凸部に対応する位相パターン像の像強度とが等しくなる状態に対応している。
被検光学系（この場合は結像光学系）において球面収差が存在しない場合、指標αはデフォーカス量Ｚの値に応じてほぼ正比例した変化を示す。すなわち、指標αの変化を示す直線Ｌ１において、α＝０のときＺ＝０となる。
【００５４】
一方、被検光学系において補正オーバーの球面収差が存在する場合は、指標αの変化を示す直線Ｌ２およびＬ３において、α＝０のときのＺの値は負となる。また、α＝０のときのＺの絶対値は、その球面収差量の大きさに応じて大きくなる。すなわち、補正オーバーの球面収差が比較的大きく存在する場合の指標αの変化を示す直線Ｌ２がＺ軸（α＝０の軸線）と交わるときのＺの絶対値の方が、補正オーバーの球面収差が比較的小さく存在する場合の指標αの変化を示す直線Ｌ３がＺ軸と交わるときのＺの絶対値よりも大きくなる。このように、補正オーバーの球面収差が存在する場合、位相パターンの凹部に対応する位相パターン像の像強度と凸部に対応する位相パターン像の像強度とが等しくなるデフォーカス位置が、その球面収差量の大きさに応じてＺ＝０の近軸像面位置から負の方向へ離れる傾向となる。
【００５５】
また、被検光学系において補正アンダーの球面収差が存在する場合は、指標αの変化を示す直線Ｌ４およびＬ５において、α＝０のときのＺの値は正となる。また、α＝０のときのＺの値は、その球面収差量の大きさに応じて大きくなる。すなわち、補正アンダーの球面収差が比較的大きく存在する場合の指標αの変化を示す直線Ｌ４がＺ軸（α＝０の軸線）と交わるときのＺの値の方が、補正アンダーの球面収差が比較的小さく存在する場合の指標αの変化を示す直線Ｌ５がＺ軸と交わるときのＺの値よりも大きくなる。このように、補正アンダーの球面収差が存在する場合、位相パターンの凹部に対応する位相パターン像の像強度と凸部に対応する位相パターン像の像強度とが等しくなるデフォーカス位置が、その球面収差量の大きさに応じてＺ＝０の近軸像面位置から正の方向へ離れる傾向となる。
【００５６】
図７は、周期の異なる２種類の位相パターンに関するデフォーカス量Ｚと指標αとの関係を示す図であって、（ａ）は被検光学系において球面収差が存在する場合を、（ｂ）は球面収差が存在しない場合をそれぞれ示している。
周期の小さい位相パターンの方が周期の大きい位相パターンの場合よりもパターンから生じる回折光の回折角度が大きく、球面収差の影響をより受け易い。したがって、被検光学系において球面収差が存在する場合、周期の小さい位相パターンに対して得られる直線Ｌ２がＺ軸と交差する位置Ｚ２の方が、周期の大きい位相パターンに対して得られる直線Ｌ１がＺ軸と交差する位置Ｚ１よりもＺ＝０の近軸像面位置から離れる。
【００５７】
一方、被検光学系において球面収差が存在しない場合は、周期の小さい位相パターンに対して得られる直線Ｌ２がＺ軸と交差する位置Ｚ２も、周期の大きい位相パターンに対して得られる直線Ｌ１がＺ軸と交差する位置Ｚ１も、Ｚ＝０の近軸像面位置と一致する。
以上より、Ｚ２とＺ１との差分（Ｚ２−Ｚ１）は被検光学系に残存する球面収差の大きさに比例し、且つ差分（Ｚ２−Ｚ１）の正負の符号は球面収差の補正オーバーおよび補正アンダーに対応していることが分かる。換言すると、周期の異なる２種類の位相パターンを用いて位相パターン像をデフォーカスさせた場合に得られる指標αとデフォーカス量Ｚとの関係から、上述の差分（Ｚ２−Ｚ１）に基づいて被検光学系の球面収差の大きさおよびその補正状態を求めることができる。
【００５８】
図８は、２種類の照明σ値で照明したときの同一位相パターンに関するデフォーカス量Ｚと指標αとの関係を示す図であって、（ａ）は被検光学系において球面収差が存在する場合を、（ｂ）は球面収差が存在しない場合をそれぞれ示している。ここで、照明σとは、結像開口数に対する照明開口数の比をいう。
照明σ値が比較的大きい照明の方が照明σ値が比較的小さい照明の場合よりも、位相パターンからの結像光束は球面収差の影響をより受け易い。したがって、被検光学系において球面収差が存在する場合は、照明σ値が大きい場合に得られる直線Ｌ２’がＺ軸と交差する位置Ｚ２の方が、照明σ値が小さい場合に得られる直線Ｌ１’がＺ軸と交差する位置Ｚ１よりもＺ＝０の近軸像面位置から離れる。
【００５９】
一方、被検光学系において球面収差が存在しない場合は、照明σ値が大きい場合に得られる直線Ｌ２’がＺ軸と交差する位置Ｚ２も、照明σ値が小さい場合に得られる直線Ｌ１’がＺ軸と交差する位置Ｚ１も、Ｚ＝０の近軸像面位置と一致する。
以上より、同一位相パターンを２種類の照明σ値で照明する場合においても、周期の異なる２種類の位相パターンを用いる場合と同様に、Ｚ２とＺ１との差分（Ｚ２−Ｚ１）は被検光学系に残存する球面収差の大きさに比例し、且つ差分（Ｚ２−Ｚ１）の正負の符号は球面収差の補正オーバーおよび補正アンダーに対応していることが分かる。換言すると、同一位相パターンを２種類の照明σ値で照明して位相パターン像をデフォーカスさせた場合に得られる指標αとデフォーカス量Ｚとの関係から、上述の差分（Ｚ２−Ｚ１）に基づいて被検光学系の球面収差の大きさおよびその補正状態を求めることができる。
【００６０】
また、図７および図８の説明で容易に分かるように、いずれの場合においても被検光学系に球面収差がない場合、指標α＝０となるデフォーカス位置が近軸像面のＺ位置である。また、被検光学系に球面収差がある場合、第１の周期の位相パターン（第１の照明σ）に対して指標α＝０となる第１のデフォーカス位置Ｚ１と第２の周期の位相パターン（第２の照明σ）に対して指標α＝０となる第２のデフォーカス位置Ｚ２とに基づいて、近軸像面位置や光軸上非点隔差を求めることができる。
【００６１】
また、上述の説明において、位相パターン像を検出する領域を所望の範囲に限定してもよい。すなわち、式（２）において、ｉ＝１〜ｎの範囲を限定してもよい。このように限定することにより（視野の各点に対して上述の検査を行うことにより）、被検光学系の近軸像面位置や光軸上非点隔差の他に、非点収差、像面湾曲や像面傾斜を検査することが可能になる。
【００６２】
また、照明光学系の光路中に光学フィルタなどを挿入して位相パターンを照射する照明光の波長を選択したり、分光反射率（透過型の場合には分光透過率）の異なる２つ以上の位相パターンを用意して位相パターンからの反射光（透過型の場合には透過光）の波長を選択したり、結像光学系の光路中に光学フィルタを挿入して位相パターンからの結像光束の波長を選択したりすることによって、所望の波長に関して被検光学系の検査を行うことが可能になる。その結果、すでに説明した各種の単色収差等を波長毎に検査する他に、軸上色収差や軸外色収差を検査することもできる。
【００６３】
以上の説明において、位相パターン像の非対称性の指標βを定量化する際に、一周期分の信号の左右極小値ＶiLおよびＶiRを用いている。しかしながら、本出願人の出願による特願平７−２０３２５号明細書（特開平８−２１３３０６号公報）に開示しているように、一周期分の信号における左右の落ち込みエッジ部の幅を用いて位相パターン像の非対称性の指標βを定量化することもできる。
【００６４】
さらにまた、位相パターンの凸部および凹部にそれぞれ対応した位相パターン像の像強度の間の差異の指標αに関しても、本実施例と異なる処理が可能である。図９は、位相パターンの凸部に対応した位相パターン像の像強度と凹部に対応した位相パターン像の像強度とが一致する場合に、位相パターン像の像強度分布において凸部および凹部に対応する像強度波形に角が生じる様子を示す図である。この場合、指標αを直接的に求めることなく、位相パターン像の像強度分布において凸部および凹部に対応する像強度波形に角が生じたデフォーカス位置を位置Ｚ１または位置Ｚ２として採用することもできる。
【００６５】
また、指標βを求める際にその正確さを確保するために、１つまたは複数のデフォーカス状態で検出した位相パターンのエッジに対応した像の非対称性の指標β１と、位相パターンをその検出中心の周りに１８０度回転させた状態で（すなわち本実施例では位相パターンをＺ軸周りに１８０度回転させた状態で）１つまたは複数のデフォーカス状態で検出した前記位相パターンのエッジに対応した像の非対称性の指標β２とをそれぞれ検出し、その平均値βave1を次の式（３）で求めることが望ましい。
βave1＝（β１＋β２）／２        （３）
被検光学系の検査を行う際の位相パターン像の非対称性の指標βとしてこの平均値βave1を用いることにより、位相パターン自体の非対称性による検出誤差を補正することができる。
【００６６】
更に、１つまたは複数のデフォーカス状態で検出した位相パターンのエッジに対応した像の非対称性の指標β１と、撮像素子（本実施例ではＣＣＤ１１６および１１７）をその検出中心の周りに１８０度回転させた状態で、１つまたは複数のデフォーカス状態で検出した位相パターンのエッジに対応した像の非対称性の指標β２とをそれぞれ検出し、その平均値βave2を次の式（４）で求めることが望ましい。
βave2＝（β１＋β２）／２        （４）
被検光学系の検査を行う際の位相パターン像の非対称性の指標βとしてこの平均値βave2を用いることにより、撮像素子自体の非対称性による検出誤差を補正することができる。
【００６７】
なお、位相パターン像をデフォーカスして得られる指標βや指標αのデフォーカス量Ｚに対する感度は、照明σ値、パターンのピッチ、デューティー比、テーパー、段差などに依存する。したがって、これらのパラメーターを適宜選択することにより、実使用状態において最適な検査を行うことができるように検査感度を制御することが望ましい。
【００６８】
また、位相パターン像をデフォーカスする際のデフォーカス範囲として、指標αが０になるＺ位置を中心にした適当な範囲を選ぶことが望ましい。このようにデフォーカス範囲を選定することにより、指標βの変化の様態を正確に把握することができる。
また、デフォーカス手段としては、位相パターンの形成されたウエハを搭載したＺステージを上下に駆動させる手段の他、被検光学系の全体または一部光軸に沿って移動させる手段や、撮像手段のうちの少なくとも一方を被検光学系の光軸に沿って移動させる手段を用いることができる。
【００６９】
以上、位相パターン像をデフォーカスしながら位相パターン像のエッジの非対称性の指標βや位相パターンの凹凸部の像強度の差異の指標αを計測することにより、被検光学系のコマ収差、偏心コマ収差、光束ケラレ、照明光の傾斜に加え、球面収差や焦点位置、光軸上非点隔差、非点収差、像面湾曲、像面傾斜の任意の波長の光に関する検査を行うことができることを説明した。次に、これらの検査情報（検出結果）に基づいて行われる補正や調整、すなわち被検光学系の収差や合焦位置に関する補正や調整の方法や、照明開口絞りや結像開口絞りに関する位置調整の方法について説明する。
【００７０】
まず、照明テレセン（照明光の傾斜）の調整を行うには、照明開口絞り１２７の位置調整を行う。具体的には、駆動系１２８を介して照明開口絞り１２７を光軸に対して垂直方向または並進方向に適宜駆動する。また、ライトガイド１０４の射出端が照明開口絞りを兼ねているような場合には、ライトガイド１０４を光軸に対して垂直方向または並進方向に適宜駆動する。さらに、ライトガイド１０４とコンデンサーレンズ１２９との間の光路中に、または照明リレーレンズ１０５とハーフプリズム１０６との間の光路中に、平行平面板のような光束平行移動手段を設けてもよい。光束平行移動手段として平行平面板を用いる場合、この平行平面板を傾斜させることによって、照明テレセンの調整を行うことができる。
【００７１】
一方、結像光束のケラレの調整を行うには、結像開口絞り１３０の位置調整を行う。具体的には、駆動系１３１を介して結像開口絞り１３０を光軸に対して垂直方向または並進方向に適宜駆動する。また、ハーフプリズム１０６と第２対物レンズ１１１との間の光路中に、またはリレーレンズ１１３とリレーレンズ１１４との間であって結像開口絞り１３０よりもウエハ側の光路中に、平行平面板のような光束平行移動手段を設けてもよい。光束平行移動手段として平行平面板を用いる場合、この平行平面板を傾斜させることによって、結像光束のケラレの調整を行うこともできる。
【００７２】
さらに、結像光学系の球面収差の補正を行うには、例えば第２対物レンズ１１１やリレーレンズ１１３を光軸に沿って適宜駆動する。あるいは、第２対物レンズ１１１とリレーレンズ１１３との間隔を変化させることにより、結像光学系の球面収差を補正することができる。また、Ｚステージを駆動してウエハＷ面と第１対物レンズ１０７との間隔を変化させることによっても、球面収差を制御することができる。ただしこの場合には、ＣＣＤを光軸方向に適当に並進させることにより、ＣＣＤの撮像面上での像のデフォーカス分を吸収しなければならない。
【００７３】
また、結像光学系の偏心コマ収差は、第２対物レンズ１１１やリレーレンズ１１３のレンズ系全体または一部のレンズを光軸に対して垂直に偏心駆動することにより補正が可能である。
なお、合焦位置（焦点位置）に関する調整を行うには、Ｚステージを光軸方向に適宜駆動すればよい。また、光軸上非点隔差の補正を行うには、Ｘ方向のＣＣＤおよびＹ方向のＣＣＤのうちの少なくとも一方を光軸方向に沿って適宜移動させればよい。
【００７４】
さらに、像高コマ収差、像面湾曲、像面傾斜などの収差は、光学設計上の考慮や製造上の管理で通常問題になることは少ない。しかしながら、結像光学系の一部のレンズ系のレンズタイプを変更して入れ替えたり、一部のレンズ系を偏心させたりすることにより、これらの収差も必要に応じて補正することができる。色収差の補正に関しても、これらの収差と同様である。
【００７５】
図１０は、本発明の第２実施例にかかる検査装置を備えた投影露光装置の構成を概略的に示す斜視図である。なお、第１実施例では投影露光装置に付設されたオフアクシス方式の位置合わせ装置の結像光学系および照明光学系を検査しているが、第２実施例では投影露光装置の投影光学系および照明光学系を検査している。また、第１実施例では像検出手段としてＣＣＤを用いているが、第２実施例では像検出手段としてスリットの形成された基準部材と光電検出器とを用いている。
図１０では、投影露光装置の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して平行にＺ軸が、光軸ＡＸに垂直な平面内においてＸ軸およびＹ軸が互いに直交するようにそれぞれ設定されている。
【００７６】
図１０の投影露光装置は、たとえば超高圧水銀ランプからなる光源ＬＰを備えている。光源ＬＰは、回転楕円面からなる反射面を有する集光鏡（楕円鏡）ＥＭの第１焦点位置に位置決めされている。したがって、光源ＬＰから射出された照明光束は、楕円鏡ＥＭの第２焦点位置に光源像（二次光源）を形成する。
【００７７】
二次光源からの光は、コリメートレンズＧＬおよびミラーＭ1 を介した後、平行光束となってフライアイレンズＦＬに入射する。
フライアイレンズＦＬに入射した光束は、フライアイレンズＦＬを構成する複数のレンズエレメントにより二次元的に分割され、フライアイレンズＦＬの後側焦点位置（すなわち射出面近傍）に複数の光源像（三次光源）を形成する。
【００７８】
複数の光源像からの光束は、フライアイレンズＦＬの射出面に配置された可変開口絞り１２により制限された後、ミラーＭ2 を介してコンデンサーレンズＣＬに入射する。コンデンサーレンズＣＬを介して集光された光は、転写用のパターンが形成されたマスク１４を重畳的に均一に照明する。
このように、光源ＰＬ、楕円鏡ＥＭ、コリメートレンズＧＬ、ミラーＭ1 、フライアイレンズＦＬ、可変開口絞り１２、ミラーＭ2 、およびコンデンサーレンズＣＬは、照明光学系１１を構成している。
【００７９】
露光に際して、マスク１４を透過した光束は、投影光学系１７を介して感光基板であるウエハ（不図示）に達する。こうして、ウエハ上には、マスク１４のパターン像が形成される。ウエハは、投影光学系１７の光軸ＡＸ（Ｚ方向に平行）に対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に移動可能なＸＹステージ１８および投影光学系１７の光軸ＡＸ方向に沿って移動可能なＺステージ１３上に支持されている。したがって、ウエハを二次元的に移動させながら露光を行うことにより、ウエハの各露光領域にマスク１４のパターンを逐次転写することができる。
【００８０】
図１０の投影露光装置には、斜入射光方式のオートフォーカス系（２２Ａ，２２Ｂ）が設けられている。斜入射光方式のオートフォーカス系では、送光系２２Ａがウエハの表面に向かって斜めから光を照射する。ウエハ表面上で正反射された光は受光系２２Ｂで受光され、反射光の位置変化に基づいてウエハのＺ方向位置が検出される。
こうして、オートフォーカス系（２２Ａ，２２Ｂ）の作用により、露光に際してウエハ表面を投影光学系１７の結像面（マスク１４と共役な面）にほぼ一致させることができる。
【００８１】
一方、検査に際して、ＸＹステージ１８上には、ウエハに代えて基準部材ＰＴおよび受光器２３が設置される。そして、オートフォーカス系（２２Ａ，２２Ｂ）およびＺステージ１３の作用により、基準部材ＰＴの表面を投影光学系１７に対して所定のデフォーカス位置に位置決めする。
この場合、まず、オートフォーカス系（２２Ａ，２２Ｂ）を用いて、基準部材ＰＴの表面を投影光学系１７の結像面に対してほぼ一致させ、この位置を近軸像面位置（Ｚ＝０）とする。次いで、近軸像面位置（Ｚ＝０）を基準としてＺステージ１３を所定量Ｚ（デフォーカス量）だけ駆動することにより、所定のデフォーカス位置に基準部材ＰＴの表面を位置決めすることができる。なお、パターン１６や投影光学系１７をＺ方向に移動させて、デフォーカス状態を形成することもできる。
【００８２】
各デフォーカス状態において、マスク１４に形成された検査用位相パターン１６を透過した光束は、投影光学系１７を介して基準部材ＰＴの表面に達する。こうして、基準部材ＰＴの表面には、マスク１４の検査用位相パターン像１６Ａが各デフォーカス状態で形成される。位相パターン像１６Ａからの光は、基準部材ＰＴの表面に形成されたスリット１９を介して受光器２３に入射する。
スリット１９は、たとえば１本のスリットパターンで形成されている。したがって、位相パターン像１６Ａとスリット１９とを所定方向に相対移動させるスリットスキャン方式により、受光器２３において位相パターン像１６Ａの光強度分布に応じた電気信号を得ることができる。
【００８３】
前述したように、第１実施例では像検出手段としてＣＣＤを用いているのに対し、第２実施例では像検出手段としてスリット１９の形成された基準部材ＰＴと受光器２３とを用いているが、得られた位相パターン像の光強度分布に基づく収差などの検出および検出情報に基づく収差などの補正および調整は第１実施例と同様である。すなわち、第２実施例においても第１実施例と同様に、位相パターン像をデフォーカスしながら位相パターン像のエッジの非対称性の指標βや位相パターンの凹凸部の像強度の差異の指標αを計測することにより、被検光学系（投影光学系１７および照明光学系１１）のコマ収差、偏心コマ収差、光束ケラレ、照明光の傾斜に加え、球面収差や焦点位置、光軸上非点隔差、非点収差、像面湾曲、像面傾斜の任意の波長の光に関する検査を行うことができる。また、これらの検査情報（検出結果）に基づいて、被検光学系の収差や合焦位置や光軸ズレを補正または調整することができる。
【００８４】
たとえば、図１０の投影露光装置において、投影光学系１７の球面収差およびコマ収差を補正するには、投影光学系１７を構成する各レンズ成分のうち球面収差やコマ収差に対して敏感なレンズを、光軸ＡＸに対してシフト（移動）させたりチルト（傾斜）させたりする。また、投影光学系１７のその他の収差についても、第１実施例と同様の考え方で処理することができる。
一方、図１０の投影露光装置において、照明テレセンや光束ケラレなどを適正に調整するには、可変開口絞り１２や投影光学系１７中の開口絞りを光軸ＡＸに対して適宜駆動する。
【００８５】
また、本発明の第３実施例として、重ね合わせ測定装置に対して本発明の検査装置を適用することができる。重ね合わせ測定装置は、たとえば投影露光装置に内設または外設され、感光性基板上に形成された第１パターンと第２パターンとの相対位置ずれの測定を行う装置である。そして、前述した位置合わせ装置のアライメント光学系と重ね合わせ測定装置の重ね合わせ測定光学系とは、光学的に類似な構成を有する。したがって、位置合わせ装置の場合と同様に、重ね合わせ測定光学系の収差などを正確且つ簡易に検査するとともに、その検査情報に基づいて重ね合わせ測定光学系の収差などを良好に補正することができる。
【００８６】
なお、本発明の検査装置および検査方法において、位相パターン像の非対称性の検出を、第１実施例のように撮像方式で行ってもよいし、第２実施例のようにスリットによるスキャン方式で行ってもよい。
また、本発明は、透過照明や落射照明（反射照明）のような照明方法の違いには依存しない。
また、本発明の検査装置を、投影露光装置や重ね合わせ測定装置や位置合わせ装置だけでなく、検査すべき光学系を有する他の一般的な装置に適用することができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の検査装置および検査方法によれば、各デフォーカス状態において位相パターンのエッジに対応する像の非対称性（指標β）や位相パターンの凹凸部の像強度の差異（指標α）を計測することにより、光学系のコマ収差、偏心コマ収差、光束ケラレ、照明光の傾斜（照明テレセン）に加え、球面収差、焦点位置、光軸上非点隔差、非点収差、像面湾曲、像面傾斜を、任意の波長の光に関し再現性良く容易且つ迅速に検査することができる。そして、検出した光学系の検査情報に基づいて、光学系の収差や合焦位置に関する補正および調整、照明開口絞りや結像開口絞りに関する位置調整などを効率的且つ適正に行うことにより、当該光学系を理想光学系に限りなく近づけることができる。
【００８８】
したがって、本発明の検査装置を投影露光装置や位置合わせ装置や重ね合わせ測定装置などに組み込むことにより、投影露光装置の照明光学系および投影光学系や位置合わせ装置のアライメント光学系や重ね合わせ測定装置の重ね合わせ測定光学系を再現性良く容易且つ迅速に検査するとともに、検査装置による検出結果に基づいて光学系の収差、焦点位置、光軸ズレなどを補正または調整することによって十分な装置性能を発揮させることができる。具体的には、位置合わせ装置ではアライメント光学系に起因する位置検出誤差が低減し、重ね合わせ測定装置では重ね合わせ測定光学系に起因する測定誤差が低減する。また、投影露光装置では、投影光学系の収差が良好に補正され且つその焦点位置や光軸ズレなどが良好に調整されるので、パターン転写性能が向上し、精度の高い重ね合わせ投影露光を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかる検査装置を備えた投影露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶを、計測方向Ｓに対してプロットした図であって、位相パターン像の非対称性の指標βを説明するための図である。
【図３】各デフォーカス状態での位相パターン像の非対称性の指標βの変化とコマ収差や光軸ずれ等との関係を示す図である。
【図４】各デフォーカス状態での位相パターン像の非対称性の指標βの変化とコマ収差や光軸ずれ等との関係を示す図である。
【図５】位相パターン像の光強度に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶを、計測方向Ｓに対してプロットした図であって、位相パターンの凹部に対応する位相パターン像の像強度と凸部に対応する位相パターン像の像強度との差異を定量化した指標αを説明するための図である。
【図６】各デフォーカス状態での、位相パターンの凹部および凸部にそれぞれ対応する位相パターン像の像強度の間の差異の指標αの変化と球面収差との関係を示す図である。
【図７】周期の異なる２種類の位相パターンに関するデフォーカス量Ｚと指標αとの関係を示す図であって、（ａ）は被検光学系において球面収差が存在する場合を、（ｂ）は球面収差が存在しない場合をそれぞれ示している。
【図８】２種類の照明σ値で照明したときの同一位相パターンに関するデフォーカス量Ｚと指標αとの関係を示す図であって、（ａ）は被検光学系において球面収差が存在する場合を、（ｂ）は球面収差が存在しない場合をそれぞれ示している。
【図９】位相パターンの凸部に対応した位相パターン像の像強度と凹部に対応した位相パターン像の像強度とが一致する場合に、位相パターン像の像強度分布において凸部および凹部に対応する像強度波形に角が生じる様子を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施例にかかる検査装置を備えた投影露光装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
ＬＰ      光源
ＥＭ      楕円鏡
ＧＬ      コリメートレンズ
ＦＬ      フライアイレンズ
１１      照明光学系
１２      可変開口絞り
ＣＬ      コデンサーレンズ
１３      Ｚステージ
１４      マスク
１６      検査用パターン
１７      投影光学系
１８      ＸＹステージ
１９      スリット
２２      斜入射光方式のオートフォーカス系
２３      受光器
１０４    ライトガイド
１０６    ハーフプリズム
１０７    対物レンズ
１１１    第２対物レンズ
１１５    分岐プリズム
１１６、１１７    ＣＣＤ
１１８    信号処理系
１２１    ＸＹステージ
１２２    Ｚステージ
１２７    照明開口絞り
１３０    結像開口絞り
【図１】
0003994209.tif 000002
【図２】
0003994209.tif 000003
【図３】
0003994209.tif 000004
【図４】
0003994209.tif 000005
【図５】
0003994209.tif 000006
【図６】
0003994209.tif 000007
【図７】
0003994209.tif 000008
【図８】
0003994209.tif 000009
【図９】
0003994209.tif 000010
【図１０】
0003994209.tif 000011