(57)【要約】【課題】互いにピッチの異なる計測用パターンの数を多くすることなく、投影光学系の収差を高精度に計測する。【解決手段】投影光学系ＰＯの収差を計測する方法であって、投影光学系ＰＯの物体面に周期性を持つ計測用パターン３２Ａを配置するステップと、計測用パターン３２Ａを、投影光学系ＰＯの光軸ＡＸに対して角度φ１で傾斜した露光光ＥＬ１で照明し、投影光学系ＰＯによる計測用パターン３２Ａの像を形成するステップと、角度φ１と異なる角度φ２で傾斜した露光光ＥＬ２で計測用パターン３２Ａを照明し、投影光学系ＰＯによる計測用パターン３２Ａの像を形成するステップと、その第１及び第２の像の位置のシフト量を求めるステップと、そのシフト量から投影光学系ＰＯの収差を求めるステップと、を含む。【選択図】図２
2017054062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系の収差を計測する方法であって、
前記投影光学系の物体面に周期性を持つパターンを配置することと、
前記パターンを、前記投影光学系の光軸に対して第１の角度で傾斜した第１の照明光で照明して、前記投影光学系を介した前記第１の照明光で前記パターンの第１の像を形成することと、
前記第１の角度と異なる第２の角度で傾斜した第２の照明光で前記パターンを照明して、前記投影光学系を介した前記第２の照明光で前記パターン第２の像を形成することと、
前記第１及び第２の像の位置情報を求めることと、
前記求められた位置情報より、前記投影光学系の収差を求めることと、
を含むことを特徴とする収差計測方法。
【請求項２】
前記第１の照明光及び前記第２の照明光は、前記パターンの周期方向に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の収差計測方法。
【請求項３】
前記第２の角度は前記第１の角度よりも大きく設定され、
前記第１の照明光によって前記パターンから発生する０次光と、前記第１の照明光によって前記パターンから発生する１次回折光とが前記投影光学系を通過し、
前記第２の照明光によって前記パターンから発生する０次光と、前記第２の照明光によって前記パターンから１次回折光とが前記投影光学系を通過し、
前記第１の照明光によって前記パターンから発生する１次回折光は、前記第１の照明光によって前記パターンから発生する０次光よりも前記光軸に対して外側を進行し、
前記第２の照明光によって前記パターンから発生する１次回折光は、前記第２の照明光によって前記パターンから発生する０次光よりも前記光軸側を進行することを特徴とする請求項１または２に記載の収差計測方法。
【請求項４】
前記第１の像及び前記第２の像を投影する際に、前記０次光及び前記１次回折光以外の回折光を遮光することを特徴とする請求項３に記載の収差計測方法。
【請求項５】
前記０次光及び前記１次回折光以外の回折光を遮光することは、前記パターンの配置面と前記投影光学系の瞳面との間に遮光部材を配置することを含むことを特徴とする請求項４に記載の収差計測方法。
【請求項６】
前記第１の角度は０度より大きく設定され、
前記光軸に関して前記第１の角度と対称な第３の角度で傾斜した第３の照明光で前記パターンを照明し、前記投影光学系を介した前記第３の照明光で前記パターンの第３の像を形成することと、
前記光軸に関して前記第２の角度と対称な第４の角度で傾斜した第４の照明光で前記パターンを照明し、前記投影光学系を介した前記第４の照明光で前記パターンの第４の像を形成することと、
前記第３及び第４の像の位置情報を求めることと、を含み、
前記第３の照明光および前記第４の照明光は、前記パターンの周期方向に傾斜しており、
前記第１、第２、第３、及び第４の像の位置情報より、前記投影光学系の収差を求めることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の収差計測方法。
【請求項７】
前記パターンは前記周期方向の周期が互いに異なる複数の周期パターンを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の収差計測方法。
【請求項８】
前記パターンは、互いに周期方向が異なる複数の周期パターンを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の収差計測方法。
【請求項９】
露光光でマスクパターンを照明し、前記露光光で前記マスクパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の収差計測方法を用いて前記投影光学系の収差を計測することを特徴とする露光方法。
【請求項１０】
投影光学系の収差を計測する装置であって、
周期性を持つパターンが形成された部材を支持するステージと、
前記パターンを、前記投影光学系の光軸に対して第１の角度で傾斜した第１の照明光と、前記光軸に対して前記第１の角度と異なる第２の角度で傾斜した第２の照明光とで照明可能な照明系と、
前記投影光学系を介した前記第１及び第２の照明光によって形成される前記パターンの第１及び第２の像の位置情報を求める計測部と、
前記計測部による求められた位置情報より、前記投影光学系の収差を求める演算部と、
を備えることを特徴とする収差計測装置。
【請求項１１】
前記第１の照明光及び前記第２の照明光は、前記パターンの周期方向に傾斜してい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１２】
前記第２の角度は前記第１の角度よりも大きく設定され、
前記第１の照明光によって前記パターンから発生する０次光と、前記第１の照明光によって前記パターンから発生する１次回折光とが前記投影光学系を通過し、
前記第２の照明光によって前記パターンから発生する０次光と、前記第２の照明光によって前記パターンから発生する１次回折光とが前記投影光学系を通過し、
前記第１の照明光によって前記パターンから発生する１次回折光は、前記第１の照明光によって前記パターンから発生する０次光よりも前記光軸に対して外側を進行し、
前記第２の照明光によって前記パターンから発生する１次回折光は、前記第２の照明光によって前記パターンから発生する０次光よりも前記光軸側を進行することを特徴とする請求項１０または１１に記載の収差計測装置。
【請求項１３】
前記第１の像及び前記第２の像を投影する際に、前記０次光及び前記１次回折光以外の回折光を遮光する遮光部材を備えることを特徴とする請求項１２に記載の収差計測装置。
【請求項１４】
前記遮光部材は、前記パターンの配置面と前記投影光学系の瞳面との間に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の収差計測装置。
【請求項１５】
前記第１の角度は０度より大きく設定され、
前記照明系は、
前記光軸に関して前記第１の角度と対称な第３の角度で傾斜した第３の照明光と、前記光軸に関して前記第２の角度と対称な第４の角度で傾斜した第４の照明光とで前記パターンを照明可能であり、
前記計測部は、
前記投影光学系を介した前記第３及び第４の照明光で形成された前記パターンの第３及び第４の像の位置情報を求め、
前記第３の照明光および前記第４の照明光は、前記パターンの周期方向に傾斜していることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の収差計測装置。
【請求項１６】
前記パターンは前記周期方向の周期が互いに異なる複数の周期パターンを含むことを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の収差計測装置。
【請求項１７】
前記パターンは、互いに周期方向が異なる複数の周期パターンを含むことを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれか一項に記載の収差計測装置。
【請求項１８】
露光光でマスクパターンを照明し、前記露光光で前記マスクパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
請求項１０乃至１７のいずれか一項に記載の収差計測装置を備え、
前記収差計測装置を用いて、前記投影光学系の収差を計測することを特徴とする露光装置。
【請求項１９】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程で、請求項９に記載の露光方法を用いて物体を露光することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項２０】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程で、請求項１８に記載の露光装置を用いて物体を露光する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、投影光学系の収差計測技術、収差計測技術を用いる露光技術、及び露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置において結像性能を高く維持するためには、例えば定期的に投影光学系の収差を計測する必要がある。従来の収差計測方法として、計測用のレチクル（マスク）に形成された互いにピッチ（周期）の異なる複数の計測用パターンの投影光学系による像の光強度分布を検出し、この検出結果を用いる方法が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、電子デバイスの微細化の進展に伴い、露光光が短波長化してきており、最近では、露光光として、波長が１０５ｎｍ程度以下の光である極端紫外光（Extreme Ultraviolet Light:以下、ＥＵＶ光という。）を使用する露光装置（以下、ＥＵＶ露光装置ともいう）の開発も行われている。ＥＵＶ光の波長帯では、透過率の高い物質が存在せず、屈折を利用した従来の光学素子は使用できないため、ＥＵＶ光用の光学部材としては、多層膜の反射面を有する反射部材が用いられ、レチクルも反射型である（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書
【特許文献２】国際公開第２００６／０５１８９６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】
従来の収差計測方法において計測精度を高めるためには、ピッチが互いに異なる計測用パターンの数を多くして、それらの計測用パターンからの回折光を投影光学系の瞳面でより広い範囲に分布させることが好ましい。
しかしながら、例えば液浸型の露光装置では投影光学系の開口数が大きいため、計測精度を高めるためには、計測用パターンとして、ピッチの大きいパターンからピッチがかなり小さいパターンまで多くのパターンを使用する必要があり、計測用のレチクルの製造コストが高くなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様によれば、投影光学系の収差を計測する方法であって、その投影光学系の物体面に周期性を持つパターンを配置することと、該パターンを、その投影光学系の光軸に対して第１の角度で傾斜した第１の照明光で照明し、その投影光学系を介したその第１の照明光でそのパターンの第１の像を形成することと、その第１の角度と異なる第２の角度で傾斜した第２の照明光でそのパターンを照明し、その投影光学系を介したその第２の照明光でそのパターン第２の像を形成することと、その第１及び第２の像の位置情報を求めることと、該求められた位置情報より、その投影光学系の収差を求めることと、を含む収差計測方法が提供される。
【０００７】
第２の態様によれば、露光光でマスクパターンを照明し、その露光光でそのマスクパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、本発明の態様の収差計測方法を用いてその投影光学系の収差を計測する露光方法が提供される。
第３の態様によれば、投影光学系の収差を計測する装置であって、周期性を持つパターンが形成された部材を支持するステージと、そのパターンを、その投影光学系の光軸に対して第１の角度で傾斜した第１の照明光と、その光軸に対してその第１の角度と異なる第２の角度で傾斜した第２の照明光とで照明可能な照明系と、その投影光学系を介したその第１及び第２の照明光によって形成されるそのパターンの第１及び第２の像の位置情報を求める計測部と、その計測部による求められた位置情報より、その投影光学系の収差を求める演算部と、を備える収差計測装置が提供される。
【０００８】
第４の態様によれば、露光光でマスクパターンを照明し、その露光光でそのマスクパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、本発明の態様の収差計測装置を備え、その収差計測装置を用いて、その投影光学系の収差を計測する露光装置が提供される。
第５の態様によれば、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、そのリソグラフィ工程で、本発明の態様の露光方法又は露光装置を用いて物体を露光するデバイス製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の一例に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】（Ａ）は第１の入射角の光で計測用パターンを照明する場合の複数の回折光を示す図、（Ｂ）は第２の入射角の光で計測用パターンを照明する場合の複数の回折光を示す図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、及び（Ｆ）はそれぞれ計測用パターンを照明する際に使用する照明系の開口絞りの例を示す図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ回折光の一部を遮光するための遮光板の配置の一例及び他の例を示す図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ第１及び第２の入射角で照明した場合の計測用パターンの像の光強度分布の一部を示す図、（Ｃ）は高次光を遮光しない場合の計測用パターンの像の光強度分布の一部を示す図である。
【図６】（Ａ）はＸ方向及びＹ方向の計測用パターンを示す図、（Ｂ）はＹ方向の計測用パターンを示す拡大図である。
【図７】投影光学系の瞳面における入射光及び回折光の位置関係を示す図である。
【図８】計測用パターンの像を現像して得られるパターンの一部を示す拡大図である。
【図９】収差計測方法の一例を示す図である。
【図１０】投影光学系の収差による複数の計測用パターンの像のシフト量の一例を示す図である。
【図１１】電子デバイスの製造工程の一例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】
【００１０】
本発明の実施形態の一例につき図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る露光装置ＥＸの要部の構成を概略的に示す。露光装置ＥＸは、露光光（露光用の照明光）ＥＬとして波長が１０５ｎｍ程度以下で、かつ３〜５０ｎｍ程度の範囲内で例えば１１ｎｍ又は１３ｎｍ等のＥＵＶ光を用いるＥＵＶ露光装置である。図１において、露光装置ＥＸは、露光光ＥＬをパルス発生するレーザプラズマ光源２０、露光光ＥＬでレチクルＲ（マスク）のパターン面の照明領域２７Ｒを照明する照明光学系ＩＬＳ、レチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴ、及びレチクルＲの照明領域２７Ｒ内のパターンの像をレジスト（感光材料）が塗布された半導体ウエハ（以下、単にウエハという。）Ｗの表面に投影する投影光学系ＰＯを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、ウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴ、及び装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータを含む主制御装置５０等を備えている。
【００１１】
本実施形態では、露光光ＥＬとしてＥＵＶ光が使用されているため、照明光学系ＩＬＳ及び投影光学系ＰＯは、特定のフィルタ等（不図示）を除いて複数のミラー等の反射光学部材より構成され、レチクルＲも反射型である。それらの反射光学部材は、例えば、低熱膨張ガラス（又は石英あるいは高耐熱性の金属等）よりなる部材の表面を所定の曲面又は平面に高精度に加工した後、その表面に例えばモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）との多層膜（ＥＵＶ光の反射膜）を形成して反射面としたものである。
【００１２】
また、レチクルＲは例えば低熱膨張ガラスの基板の表面に多層膜を形成して反射面（反射膜）とした後、その反射面の矩形又は正方形のパターン領域に、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）、又はクロム（Ｃｒ）等のＥＵＶ光を吸収する材料よりなる吸収層によって転写用のパターンを形成したものである。
また、ＥＵＶ光の気体による吸収を防止するため、露光装置ＥＸのレーザプラズマ光源２０、レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＯ、及びウエハステージＷＳＴを含む露光本体部は、全体として箱状の真空チャンバＣＨ内に収容され、真空チャンバＣＨ内の空間を真空排気するための大型の真空ポンプ１６が備えられている。一例として、真空チャンバＣＨ内の気圧は１０-5Ｐａ程度、真空チャンバＣＨ内で投影光学系ＰＯを収容するサブチャンバ（不図示）内の気圧は１０-5〜１０-6Ｐａ程度である。
【００１３】
以下、図１において、ウエハステージＷＳＴが載置される面（真空チャンバ１の底面）の法線方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（本実施形態ではほぼ水平面に平行な面）内で図１の紙面に垂直にＸ軸を、図１の紙面に平行にＹ軸を取って説明する。本実施形態では、レチクルＲ及びウエハＷは投影光学系ＰＯに対してＹ方向（走査方向）に同期して走査される。
【００１４】
まず、レーザプラズマ光源２０は、高出力のレーザ光源（不図示）と、このレーザ光源から真空チャンバＣＨの窓部材１５を介して供給されるレーザ光を集光する集光レンズ１２と、すず（Sn）等のターゲット液滴（droplet）を噴出するノズル１４と、回転楕円面状の反射面１３ａを持つ集光ミラー１３とを備えた、ドロプレットターゲット方式の光源である。レーザプラズマ光源２０から例えば数ｋＨｚの周波数でパルス発光された露光光ＥＬは、集光ミラー１３の第２焦点に集光する。その第２焦点に集光した露光光ＥＬは、凹面ミラー（コリメータ光学系）２１の反射面２１ａを介してほぼ平行光束となり、それぞれ複数のミラーよりなる第１フライアイ光学系２２及び第２フライアイ光学系２３（オプティカルインテグレータ）で順次反射される。
【００１５】
また、第２フライアイ光学系２３の反射面の近傍の実質的に面光源が形成される面が照明光学系ＩＬＳの瞳面（以下、照明瞳面という）Ｐ１である。照明瞳面Ｐ１（又はこの近傍の位置でもよい）に、照明条件を通常照明、輪帯照明、２極照明、又は４極照明等に切り換えるための可変の開口絞り（不図示）が配置されている。第２フライアイ光学系２３で反射された露光光ＥＬは、曲面ミラー２４及び凹面ミラー２５よりなるコンデンサ光学系を介して、レチクルＲのパターン面Ｑ１の円弧状の照明領域２７Ｒを下方から平均的に小さい入射角で均一な照度分布で照明する。凹面ミラー２１、フライアイ光学系２２，２３、曲面ミラー２４、及び凹面ミラー２５を含んで照明光学系ＩＬＳが構成されている。なお、照明光学系ＩＬＳは図１の構成には限定されず、他の種々の構成が可能である。また、照明領域２７Ｒの形状を実質的に規定するために、一例としてレチクルＲに近接した位置にレチクルブラインド（可変視野絞り）２６が配置されている。
【００１６】
次に、レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴの底面（下面）にレチクルホルダとしての静電チャックＲＨを介して吸着保持され、レチクルステージＲＳＴは、真空チャンバＣＨ内の天井部に配置されたレチクルベースＲＢのＸＹ平面に平行なガイド面（下面）に沿って、例えば磁気浮上型２次元リニアアクチュエータよりなる駆動系によって所定のギャップを隔てて保持されている。
【００１７】
レチクルステージＲＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の回り（θｚ方向）の傾斜角等はレーザ干渉計（不図示）によって計測されている。その計測値等に基づいて、レチクルステージＲＳＴは不図示の駆動部によってレチクルベースＲＢのガイド面に沿ってＹ方向に所定の可動範囲内で駆動されるとともに、Ｘ方向及びθｚ方向等にもある程度の範囲で駆動可能である。
【００１８】
レチクルＲの照明領域２７Ｒで反射された露光光ＥＬが、物体面（第１面）のパターンの縮小像を像面（第２面）に形成する投影光学系ＰＯに向かう。投影光学系ＰＯは、一例として、６枚のミラーＭ１〜Ｍ６を不図示の鏡筒で保持することによって構成され、物体面（パターン面Ｑ１）側に非テレセントリックで、像面（ウエハＷの表面）側にほぼテレセントリックの反射光学系であり、投影倍率βは１／５倍等の縮小倍率である。レチクルＲの照明領域２７Ｒで反射された露光光ＥＬが、投影光学系ＰＯを介してウエハＷの一つのショット領域（ダイ）の露光領域２７Ｗ（照明領域２７Ｒと光学的に共役な領域）に、レチクルＲのパターンの一部の縮小像を形成する。
【００１９】
投影光学系ＰＯにおいて、レチクルＲからの露光光ＥＬは、第１のミラーＭ１で上方（＋Ｚ方向）に反射され、続いて第２のミラーＭ２で下方に反射された後、第３のミラーＭ３で上方に反射され、第４のミラーＭ４で下方に反射される。次に第５のミラーＭ５で上方に反射された露光光ＥＬは、第６のミラーＭ６で下方に反射されて、ウエハＷの表面にレチクルＲのパターンの一部の像を形成する。一例として、投影光学系ＰＯは、ミラーＭ１〜Ｍ６の光軸が共通に光軸ＡＸと重なる共軸光学系であり、ミラーＭ３の反射面の近傍の瞳面Ｐ２又はこの近傍に開口絞り（不図示）が配置されている。なお、投影光学系ＰＯの構成は任意であり、投影光学系ＰＬは共軸光学系でなくともよい。
【００２０】
また、ウエハＷは、静電チャック（不図示）を介してウエハステージＷＳＴ上に吸着保持されている。ウエハステージＷＳＴは、ＸＹ平面に沿って配置されたガイド面上に配置されている。ウエハステージＷＳＴは、レーザ干渉計（不図示）の計測値等に基づいて、不図示の例えば磁気浮上型２次元リニアアクチュエータよりなる駆動部（不図示）を介してＸ方向及びＹ方向に所定の可動範囲で駆動され、必要に応じてθｚ方向等にも駆動される。
【００２１】
露光の際に、ウエハＷのレジストから生じる気体が投影光学系ＰＬのミラーＭ１〜Ｍ６に悪影響を与えないように、ウエハＷを移動するウエハステージＷＳＴはパーティションＣＨＷの内部に配置されている。パーティションＣＨＷには露光光ＥＬを通過させる開口が形成され、パーティションＣＨＷ内の空間は、別の真空ポンプ（不図示）により真空排気されている。
【００２２】
ウエハＷの露光時の基本的な動作として、ウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向への移動（ステップ移動）により、ウエハＷの一つのショット領域が走査開始位置に移動する。そして、照明光学系ＩＬＳから露光光ＥＬが照明領域２７Ｒに照射され、レチクルＲの照明領域２７Ｒ内のパターンの投影光学系ＰＯによる像でウエハＷの当該ショット領域の露光領域２７Ｗを露光しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを同期駆動して、レチクルＲ及びウエハＷを投影光学系ＰＯに対して投影倍率に応じた速度比でＹ方向に同期して移動することで、当該ショット領域にレチクルＲのパターンの像が走査露光される。そして、ステップ・アンド・スキャン方式でそのステップ移動と走査露光とを繰り返すことで、ウエハＷの複数のショット領域に対して順次レチクルＲのパターン領域ＰＡ内のパターンの像が露光される。
【００２３】
その露光に際して投影光学系ＰＯの結像性能を高く維持するためには、露光装置の稼働開始時等及び例えば定期的に投影光学系ＰＯの収差を計測し、この計測結果に応じて投影光学系ＰＯの調整を行う必要がある。以下、本実施形態において、投影光学系ＰＯの収差を計測するための基本的な方法につき説明する。投影光学系ＰＯの収差計測時には、図２（Ａ）に示すように、投影光学系ＰＯの物体面側に、所定ピッチのライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという）よりなる計測用パターン３２Ａ及び他の様々な計測用パターン（不図示）が形成されたテストレチクルＴＲ（計測用のレチクル）を配置し、計測用パターン３２Ａの投影光学系ＰＯによる像の位置を求める。なお、テストレチクルＴＲの代わりに、デバイス用パターンが形成されたレチクルのパターン領域の一部に計測用パターン３２Ａ等を形成しておいてもよい。計測用パターン３２Ａが形成されたパターン面Ｑ１が投影光学系ＰＯの物体面上にある。
【００２４】
また、説明の便宜上、以下では、投影光学系ＰＯを屈折型の投影光学系として、テストレチクルＴＲも透過型のレチクルとする。本実施形態の投影光学系ＰＯは、物体面と像面との間で光軸ＡＸの近傍の光束の一部が遮光される光学系であるため、図３（Ａ）及び（Ｂ）において、投影光学系ＰＯの瞳面Ｐ２の光軸ＡＸを含む領域が遮光部２９とされている。また、計測用パターン３２Ａの周期方向（計測方向）はＹ方向である。なお、投影光学系ＰＯとしては遮光部２９がない光学系も使用できる。
【００２５】
このとき、計測用パターン３２Ａを露光光で照明すると、計測用パターン３２Ａから発生して投影光学系ＰＯの瞳面Ｐ２を通過する０次光及び１次回折光の位相は、それぞれの通過位置の収差に応じて変化する。このため、０次光及び１次回折光を用いて投影光学系ＰＯによって形成される計測用パターン３２Ａの像の位置は、その２つの光束の位相の変化量（又は位相差の変化量）に応じてシフトするため、その像のシフト量からその位相の変化量を求めることができる。そして、発生する回折光の瞳面Ｐ２上での通過位置が互いに異なる状態で、複数回、その計測用パターンの像のシフト量を求める。さらに、必要に応じて、計測用パターン３２Ａとはピッチが異なる計測用パターンの像のシフト量も求める。そして、それら複数の像のシフト量（対応する２つの光束の位相の変化量）を、一例として、最小２乗近似により、計測対象の収差に対応するツェルニケ(Zernike) 多項式に対してフィッティングして、そのツェルニケ多項式の係数（ツェルニケ係数）を求めることによって、その収差を求めることができる。
【００２６】
また、計測用パターン３２Ａからは、±３次等の高次回折光も発生する。このような高次回折光が計測用パターン３２Ａの像の結像に寄与すると、投影光学系ＰＯの収差に依存する高次回折光の位相の変化量が複雑であるため、その像のシフト量とその収差との関係が複雑になる。そこで、本実施形態では、一例として、後述のようにそのような高次回折光は遮光する。また、計測用パターンの像の位置を求める方法としては、例えばウエハステージＷＳＴに設けられたスリットでその像を走査し、そのスリットを通過する光量を求める方法、及びその像でレジストが塗布されたウエハを露光し、そのウエハの現像後に形成されるレジストパターンの位置を計測する方法（テストプリント法）等が考えられる。本実施形態では、一例として、テストプリント法を用いる場合につき説明する。
【００２７】
本実施形態では、まず図２（Ａ）に示すように、計測用パターン３２Ａの像が投影される位置にレジストが塗布されたウエハＷの一つのショット領域を配置する。そして、Ｘ軸の回り（θｙ方向）の入射角が所定の小さい角度φ１となる露光光ＥＬ１で、パターン面Ｑ１にある計測用パターン３２Ａを照明する。この際に、計測用パターン３２Ａからの０次光Ｄ１０及び＋１次回折光ＤＰ１１は投影光学系ＰＯの瞳面Ｐ２を通過するが、一例として−１次回折光ＤＭ１１は遮光部２９で遮光される。また、計測用パターン３２Ａから発生する±３次等の高次回折光を、瞳面Ｐ２上に配置される遮光板３０で遮光する。遮光板３０は収差計測時のみに配置され、通常の露光時には結像光束の光路外に退避している。なお、遮光板３０は、点線で示すように、投影光学系ＰＯの物体面（パターン面Ｑ１）と像面との間の任意の位置Ｐ３に配置することが可能である。また、遮光板３０をパターン面Ｑ１（又は図１のレチクルブラインド２６）と投影光学系ＰＯとの間に配置することも可能である。また、遮光部２９がない投影光学系を使用する場合、遮光板３０で−１次回折光ＤＭ１１をも遮光してもよい。
【００２８】
遮光板３０を瞳面Ｐ２から離れた位置に配置する場合、テストレチクルＴＲからの遮光板３０の距離をｄ、露光光の波長をλ、露光対象のパターンサイズ（例えば露光装置ＥＸが露光しようとしている最も微細なデバイスパターンの線幅であり、計測用パターン３２Ａのピッチより小さい値）をｓとすると、距離ｄは次の条件を満たすことが好ましい。
ｓ2／（λ・ｄ）≪１  …（１）
図２（Ａ）の場合では、＋３次回折光は発生することなく（又は仮に＋３次回折光が発生しても、その＋３次回折光は投影光学系ＰＯの鏡筒（不図示）で遮光される）、−３次回折光ＤＭ１３のみが発生しているため、−３次回折光ＤＭ１３が遮光板３０で遮光される。この結果、ウエハＷの表面は、０次光Ｄ１０及び＋１次回折光ＤＰ１１によって形成される計測用パターン３２Ａの像３２ＡＰで露光される。
【００２９】
次に、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷの別のショット領域を投影光学系ＰＯの露光領域に移動する。そして、図２（Ｂ）に示すように、θｙ方向の入射角がφ１よりも大きい所定の角度φ２となる露光光ＥＬ２で、パターン面Ｑ１の計測用パターン３２Ａを照明する。その角度φ２は、瞳面Ｐ２において計測用パターン３２Ａからの０次光及び１次回折光がそれぞれ図２（Ａ）の場合とは異なる位置を通過するように設定される。一例として、計測用パターン３２Ａからの０次光Ｄ２０及び−１次回折光ＤＭ２１は、それぞれ瞳面Ｐ２において、図２（Ａ）の場合の＋１次回折光ＤＰ１１及び０次光Ｄ１０に近い位置を通過している。また、計測用パターン３２Ａから発生する−３次回折光ＤＭ２３は遮光板３０で遮光される。この結果、ウエハＷの表面には、０次光Ｄ２０及び−１次回折光ＤＭ２１によって計測用パターン３２Ａの像３２ＡＰが形成される。さらに、一例として、計測用パターン３２Ａの像の露光時に、計測用パターン３２Ａとはピッチの異なる計測用パターン（不図示）、及び周期方向（計測方向）がＸ方向の計測用パターン（不図示）の像も露光される。
【００３０】
このように同じ計測用パターン３２Ａを互いに異なる入射角の露光光で照明して、計測用パターン３２Ａからの回折光を瞳面Ｐ２上の異なる位置を通過させることによって、２つの互いにピッチの異なる計測用パターンを用いた場合と同様に投影光学系ＰＯの収差を計測できる。なお、計測用パターンを３個以上の互いに異なる角度の露光光で照明してもよい。この場合には、３つ以上の互いにピッチの異なる計測用パターンを用いた場合と同様に投影光学系ＰＯの収差を計測できる。
【００３１】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、計測用パターンを異なる入射角φ１，φ２の露光光で照明するためには、一例として、図１の照明光学系ＩＬＳの照明瞳面Ｐ１の近傍に、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸＩから入射角φ１，φ２に応じた間隔だけ計測方向に対応する方向（ここではＹ方向）に離れた位置に、計測方向に対応する方向に直交する方向（ここではＸ方向）に細長いスリット状の開口２８Ａａ，２８Ｂａが形成された開口絞り２８Ａ，２８Ｂを配置すればよい。また、計測用パターンを例えば入射角φ１，φ２と光軸に関して対称な入射角の露光光で照明することも可能である。このためには、照明瞳面Ｐ１の近傍に、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、光軸ＡＸＩに関して開口２８Ａａ，２８Ｂａと対称な位置に細長いスリット状の開口２８Ｃａ，２８Ｄａが形成された開口絞り２８Ｃ，２８Ｄを配置すればよい。
【００３２】
また、周期方向がＸ方向の計測用パターンを例えばＹ軸の回り（θｘ方向）の入射角がφ１，φ２の露光光で照明するためには、照明瞳面Ｐ１の近傍に、図３（Ｅ）及び（Ｆ）に示すように、光軸ＡＸＩの回りに開口２８Ａａ，２８Ｂａを９０度回転した位置（又は逆方向に９０度回転した位置）に細長いスリット状の開口２８Ｅａ，２８Ｆａ（又は２８Ｅｂ，２８Ｆｂ）が形成された開口絞り２８Ｅ，２８Ｆを配置すればよい。スリット状の開口２８Ａａ等を使用することで、計測用パターンの像の光量（ＳＮ比）を大きくすることができ、計測精度を向上できる。なお、露光光の光量を大きい場合には、スリット状の開口２８Ａａ等の代わりに小さい円形又は正方形等の開口を使用してもよい。
【００３３】
また、３次以上の高次回折光を遮光するための遮光板３０は、一例として、長方形の平板状である。図２（Ａ）のように傾斜した露光光で計測用パターン３２Ａを照明する場合、又は図２（Ａ）の場合に対してθｚ方向に９０度回転した方向に傾斜した露光光で周期方向がＸ方向の計測用パターン（不図示）を照明する場合、図４（Ａ）に示すように、投影光学系ＰＯの瞳面Ｐ２の近傍で、Ｙ軸に対して４５度で傾斜するとともに光軸ＡＸを通る直線にエッジ部が合致するように遮光板３０を配置してもよい。この場合、遮光板３０によって、計測用パターン３２Ａから発生する−３次回折光ＤＭ１３、及び周期方向がＸ方向の計測用パターン（不図示）から発生する＋３次回折光ＤＸＰ１３を遮光できる。その周期方向がＸ方向の計測用パターンから発生する０次光ＤＸ１０及び−１次回折光ＤＸＭ１１は瞳面Ｐ２を通過する。
【００３４】
また、図２（Ａ）の場合とは対称に傾斜した露光光で計測用パターン３２Ａを照明する場合、遮光板３０では、図２（Ａ）の場合と光軸ＡＸに関して対称な領域を通過する３次回折光を遮光すればよい。この際に、計測用パターン３２Ａからの０次光及び１次回折光は、瞳面Ｐ２において図２（Ａ）の場合とは異なる位置を通過するため、この場合も計測用パターン３２Ａの像の位置のシフト量も考慮することで、より高精度に投影光学系ＰＯの収差を計測できる。同様に、その対称に傾斜した場合に対してθｚ方向に９０度回転した方向に傾斜した露光光で周期方向がＸ方向の計測用パターン（不図示）を照明することもできる。
【００３５】
図２（Ａ）の場合とは対称に傾斜した露光光で計測用パターン３２Ａを照明する場合、又はその対称に傾斜した場合に対してθｚ方向に９０度回転した方向に傾斜した露光光でＸ方向の計測用パターン（不図示）を照明する場合、図４（Ｂ）に示すように、投影光学系ＰＯの瞳面Ｐ２の近傍で、光軸ＡＸに関して図４（Ａ）の場合とは対称な位置に遮光板３０を配置してもよい。この配置の遮光板３０によって、計測用パターン３２Ａから発生する＋３次回折光ＤＰ３３、及び周期方向がＸ方向の計測用パターン（不図示）から発生する−３次回折光ＤＸＭ３３を遮光できる。計測用パターン３２Ａから発生する０次光Ｄ３０及び−１次回折光ＤＭ３１、及びその周期方向がＸ方向の計測用パターンから発生する０次光ＤＸ３０及び＋１次回折光ＤＸＰ３１は瞳面Ｐ２を通過する。このように遮光板３０を斜めに配置することで、１枚の遮光板３０を用いて周期方向がＸ方向及びＹ方向の計測用パターンから発生する高次回折光を遮光できる。
【００３６】
次に、図５（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、遮光板３０によって高次回折光を遮光することによる計測用パターンの空間像の変化の一例を、コンピュータのシミュレーションで計算した結果を示す。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ投影光学系ＰＯがある収差を持つ場合のピッチｐ５及びｐ４の計測用パターンの空間像の光強度分布を示し、図５（Ａ）〜（Ｃ）の横軸は計測方向の位置、点線の分布は収差のない理想的な光強度分布を示す。以下では、計測用パターンのピッチは投影像のピッチに換算した値（ｎｍ）で示し、計測用パターンに対する露光光の入射角は、投影光学系ＰＯから射出されるときの射出角に換算した値（ｒａｄ）で示す。ピッチｐ５及びｐ４は、一例としてそれぞれ７８ｎｍ及び６８ｎｍである。また、図５（Ａ）及び（Ｂ）は遮光板３０を用いて高次回折光を遮光した場合、図５（Ｃ）は、遮光板３０を配置することなく、計測用パターンの像の結像光束に高次回折光が含まれる場合を示す。図５（Ａ）及び（Ｃ）は、計測用パターンを第１の入射角φ１で傾斜した露光光で照明した場合、図５（Ｂ）は、計測用パターンを第２の入射角φ２で傾斜した露光光で照明した場合を示す。一例として、入射角φ１は０．２ｒａｄ、入射角φ２は０．４５ｒａｄである。
【００３７】
さらに、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、曲線ＣＡ１，ＣＢ１，ＣＣ１はそれぞれ投影光学系ＰＯが所定の小さいディストーション及び小さい球面収差を持つ場合、曲線ＣＡ２，ＣＢ２，ＣＣ２はそれぞれディストーションを大きくした場合、曲線ＣＡ３，ＣＢ３，ＣＣ３はそれぞれ球面収差を大きくした場合を示す。図５（Ａ）及び（Ｂ）の空間像の場合には、収差の変化によって空間像が横シフトすることが分かるが、図５（Ｃ）の空間像の場合には、収差の変化によって必ずしも空間像が横シフトしていないことが分かる。このことから、遮光板３０を用いて高次回折光を遮光することによって、計測用パターンの像の横シフト量から投影光学系ＰＯの収差を高精度に計測できることが分かる。
【００３８】
また、上述の開口絞り２８Ａ〜２８Ｆを備える照明光学系ＩＬＳ、テストレチクルＴＲ、テストレチクルＴＲを支持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＯ内に退避可能に配置される遮光板３０、計測用パターンの像の位置を計測する装置（例えば走査型電子顕微鏡）、及びその位置の計測結果から投影光学系ＰＯの収差を求める演算装置としての例えば主制御装置５０から、投影光学系ＰＯの収差を計測する計測装置５２が構成されている。
【００３９】
以下、上述の収差計測方法又は計測装置５２を用いて露光装置ＥＸの投影光学系ＰＯの収差を高精度に計測する方法の一例につき図９のフローチャートを参照して説明する。まず、図９のステップ１０２において、図１のレチクルステージＲＳＴに複数の計測用パターンが形成されたテストレチクルＴＲをロードする。
テストレチクルＴＲには、図６（Ａ）に示すように、Ｙ方向を周期方向として互いにピッチの異なる複数のＬ＆Ｓパターンを含むＹ方向の１組の計測用パターン３４Ｙと、計測用パターン３４Ｙをθｚ方向に９０度回転した形状のＸ方向の１組の計測用パターン３４Ｘとが形成されている。また、計測用パターン３４Ｘ，３４Ｙは、テストレチクルＴＲのパターン領域内の複数の位置に形成されていてもよい。Ｙ方向の１組の計測用パターン３４Ｙは、図６（Ｂ）に示すように、Ｙ方向の位置基準となるように、Ｘ方向に一定間隔で配列されたピッチｐ２のＬ＆Ｓパターンよりなる複数（ここでは７個）の基準パターン３３と、その複数の基準パターン３３に対してＹ方向に例えばほぼ同じ間隔（Ｌ＆Ｓパターンの計測方向の中央の間隔）で離れて配置されたピッチがｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６及びｐ７の第１〜第７の計測用パターン３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ及び３２Ｇとを有する。ピッチはｐ１からｐ７まで次第に大きくなるように選択されている。
【００４０】
一例として、投影像に換算したピッチｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６及びｐ７はそれぞれ５０ｎｍ、５４ｎｍ、６０ｎｍ、６８ｎｍ、７８ｎｍ、９０ｎｍ、及び１０８ｎｍであり、一例として第２の計測用パターン３２Ｂのピッチｐ２は基準パターン３３のピッチと同じである。
次に、ウエハステージＷＳＴにレジストが塗布されたウエハＷをロードし、照明瞳面Ｐ１にＹ方向の第１の入射角用の開口絞り２８Ａを設定し（ステップ１０４）、第１の入射角の露光光ＥＬ１でＹ方向の１組の計測用パターン３４Ｙ（基準パターン３３及び計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇ）を照明し、計測用パターン３４Ｙの像をウエハＷの第１のショット領域に走査露光する（ステップ１０６）。そして、照明瞳面Ｐ１に第２の入射角用の開口絞り２８Ｂを設定し（ステップ１０８）、第２の入射角の露光光ＥＬ２で計測用パターン３４Ｙを照明し、計測用パターン３４Ｙの像をウエハＷの第２のショット領域に走査露光する（ステップ１１０）。なお、ステップ１０４〜１１０の動作の間で、照明瞳面Ｐ１にＸ方向の第１及び第２の入射角用の開口絞り２８Ｃ及び２８Ｄを順次設定し、Ｘ方向に第１及び第２の入射角で傾斜した露光光を用いて、順次、ウエハＷの異なるショット領域にＸ方向の１組の計測用パターン３４Ｘの像を走査露光してもよい。また、例えばテストレチクルＴＲの１箇所にある計測用パターン３４Ｙ，３４Ｘのみを露光する場合には、走査露光を行うことなく、静止露光によって計測用パターン３４Ｙ，３４Ｘの像をウエハＷに露光してもよい。
【００４１】
図７は、ステップ１０６及び１１０において図６（Ｂ）のＹ方向の計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇから発生する０次光及び回折光の、投影光学系ＰＯの瞳面Ｐ２における分布の一例を示す。ここでは、計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇのパターン番号をそれぞれ１〜７としている。また、図７には、投影光学系ＰＯの収差を計測する際に使用するのには適さないピッチｐ８，ｐ９，ｐ１０（それぞれピッチｐ７より大きい）を持つパターン番号がそれぞれ８〜１０の計測用パターン（不図示）からの回折光も示されている。図７の横軸は、瞳面Ｐ２を通過して投影光学系ＰＯから射出される０次光及び回折光の射出角φ（瞳面Ｐ２上の通過位置に対応した角度）を示し、中央の領域３６Ａは図２（Ａ）の遮光部２９で遮光される遮光領域（角度範囲：−φａ〜φａ）、右側の領域３６Ｃは遮光板３０で遮光される領域（角度範囲：−φａ〜−φｂ）、左側の領域３６Ｂは、０次光及び回折光が通過可能な領域（角度範囲：φａ〜φｂ）を示す。一例として、角度φａは０．１５ｒａｄ、角度φｂは０．５ｒａｄである。
【００４２】
また、図７の縦軸の上部の１０行は、ステップ１０６で第１の入射角φ１の露光光でピッチｐ１〜ｐ７の計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇ及びピッチｐ８〜ｐ１０の計測用パターンを照明したときに、それらの計測用パターンから発生する０次光Ｄ１０、＋１次回折光ＤＰ１１、−１次回折光ＤＭ１１、及び−３次回折光ＤＭ３１の射出角（瞳面Ｐ２上の通過位置）を示す。同様に、図７の縦軸の下部の１０行は、ステップ１１０で第２の入射角φ２の露光光でピッチｐ１〜ｐ１０の計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇ等を照明したときに、それらの計測用パターンから発生する０次光Ｄ２０、−１次回折光ＤＭ２１、及び−３次回折光ＤＭ２３の射出角（瞳面Ｐ２上の通過位置）を示す。入射角φ１及びφ２を射出角に換算した角度は、一例としてそれぞれ０．２ｒａｄ及び０．４５ｒａｄである。なお、説明の便宜上、図７では、各計測用パターンから発生する０次光及び回折光に同じ符号（０次光Ｄ１０、＋１次回折光ＤＰ１１等）を付している。
【００４３】
また、以下の表１は、図７のパターン番号１〜７（ピッチｐ１〜ｐ７）の計測用パターンから発生する１次回折光ＤＰ１１又はＤＭ２１の射出角（１次回折光の角度）の例を示す。１次回折光の射出角は瞳面Ｐ２上での通過位置に対応するため、表１において、１次回折光の射出角をプローブ位置と呼んでいる。また、表１において、入射角０．２ｒａｄが第１の入射角であり、入射角０．４５ｒａｄが第２の入射角である。
【００４４】
【表１】
2017054062.tif 000003
【００４５】
表１及び図７より、第１の入射角φ１で照明されたピッチｐ１〜ｐ７の計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇからの＋１次回折光ＤＰ１１、及び第２の入射角φ２で照明された計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇからの−１次回折光ＤＭ２１は、瞳面Ｐ２上の光束が通過可能な領域３６Ｂの全面にほぼ均一に分布している。また、第１の入射角φ１で照明された計測用パターンからの＋１次回折光によって、投影光学系ＰＯの瞳内の外側の領域における位相変化（収差）を計測する（計測対象の位置をプローブする）ことができ、第２の入射角φ２で照明された計測用パターンからの−１次回折光によって、その瞳内の内側の領域における位相変化（収差）を計測することができる。このため、２回の照明でそれぞれ形成された計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇの像の位置の計測結果から投影光学系ＰＯの収差を高精度に計測できる。なお、図７において、比較的大きいピッチｐ８〜ｐ１０の計測用パターンから発生する−３次回折光ＤＭ２３は光束が通過可能な領域３６Ｂを通過して計測用パターンの結像に寄与するため、ピッチｐ８〜ｐ１０の計測用パターンは投影光学系ＰＯの収差計測のためには使用していない。
【００４６】
また、第２の計測用パターン３２Ｂを第１の入射角の露光光で照明したときの０次光及び＋１次回折光と、第２の計測用パターン３２Ｂを第２の入射角の露光光で照明したときの０次光及び−１次回折光とは、瞳面Ｐ２上の通過位置が互いに逆であり、収差の影響によるパターンの像のシフト量が互いに等しくなる。このため、第２の計測用パターン３２Ｂの像のシフト量は、第１及び第２の入射角でそれぞれ露光される計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇの像のシフト量の計測結果の間のオフセットを除去するために使用する（詳細後述）。
【００４７】
次に、ステップ１１２において、ウエハＷを現像し、次のステップ１１４において、現像後のウエハＷを例えば走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭという）（不図示）に搬送し、現像によって形成された計測用パターンの像（レジストパターン）の位置ずれ量をＳＥＭを用いて計測する。
図８は、例えば第１の入射角の露光光の照明によって形成された計測用パターン３４Ｙの像（レジストパターン）３４ＹＲを示す。
【００４８】
図８において、基準パターン３３の像３３Ｒの中心と、計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇの像３２ＡＲ〜３２ＧＲの中心との計測方向（ここではＹ方向とする）の距離ｙ１，ｙ２，ｙ３，ｙ４，ｙ５，ｙ６，ｙ７を計測する。そして、基準となる第２の計測用パターン３２Ｂの像３２ＢＲの距離ｙ２を基準値として、次のように計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇの像のＹ方向のシフト量δｙｉ（ｉ＝１〜７）を計算する。
【００４９】
δｙｉ＝ｙｉ−ｙ２  …（２）
同様に、第２の入射角の露光光の照明によって形成された計測用パターン３４Ｙの像のシフト量も求めることができる。同様に、Ｘ方向の計測用パターン３４Ｘの像のシフト量も求めることができる。次のステップ１１６において、そのシフト量（位置ずれ量）の計測値を用いて投影光学系ＰＯの収差を求める。
【００５０】
図１０は、投影光学系ＰＯが所定の収差を持つ場合に、ステップ１１４で求められる計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇのシフト量δｙ（ｎｍ）と対応する計測用パターンのピッチｐ（ｎｍ）との関係をコンピュータによるシミュレーションで計算した結果を示す。収差は一例として１ｎｍＲＭＳ(root mean square)の球面収差とした。図１０において、曲線Ｃ１は、第１の入射角の露光光で照明した場合のシフト量、曲線Ｃ２は、第２の入射角の露光光で照明した場合のシフト量である。なお、説明の便宜上、図１０のシフト量δｙはわずかに＋方向にシフトされている。
【００５１】
実際には、図１０の曲線Ｃ１，Ｃ２のようなシフト量が得られたときには、予め想定している互いに独立な複数の収差成分（例えばディストーション及び球面収差等）を表す関数の線形結合と、それらの曲線との誤差の自乗和が最小になるようにそれらの関数の係数を求めることによって、それらの複数の収差成分の値を投影光学系ＰＯの収差として求めることができる。この際に、計測用パターン３２Ａ等を第１及び第２の入射角の露光光で照明したときに、瞳面Ｐ２の広い範囲に分布する０次光及び回折光によって形成される像のシフト量を用いているため、少ない数の計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇを用いて投影光学系ＰＯの収差を高精度に計測できる。
【００５２】
なお、図１０の曲線Ｃ１，Ｃ２の他に、さらに計測用パターンを図２（Ａ）の露光光ＥＬ１及びＥＬ２とは光軸ＡＸに関して対称に傾斜した第３の入射角及び第４の入射角の露光光で順次照明して得られる計測用パターンの像のシフト量を示す曲線（不図示）を用いてもよい。これによって、より高精度に投影光学系ＰＯの収差を求めることができる。
そして、ステップ１１８において、計測された投影光学系ＰＯの収差が許容範囲内であるときにはステップ１２２に移行してレチクルステージＲＳＴにデバイス用のレチクルＲをロードして、露光を行う（ステップ１２４）。一方、ステップ１１８において、計測された投影光学系ＰＯの収差が許容範囲を超えている場合には、ステップ１２０に移行して投影光学系ＰＯの調整を行い、その後ステップ１２２に移行する。なお、ステップ１２０の後で、ステップ１０２〜１１８を実行し、投影光学系ＰＯの収差が許容範囲内に収まっているときにステップ１２２に移行するようにしてもよい。
【００５３】
この実施形態によれば、投影光学系ＰＯの収差を高精度に計測することができ、その計測結果に基づいて投影光学系ＰＯの収差を目標範囲内に高精度に維持できるため、レチクルＲのパターンを高精度にウエハＷに露光できる。さらに、テストレチクルＴＲに形成する計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇ等の数をあまり多くする必要がないため、テストレチクルＴＲの製造コストを低減できる。
【００５４】
上述のように、本実施形態の露光装置ＥＸは投影光学系ＰＯの収差を計測する計測装置５２を備えている。計測装置５２は、周期性を持つ計測用パターン３２Ａが形成されたテストレチクルＴＲを支持するレチクルステージＲＳＴと、計測用パターン３２Ａを、投影光学系ＰＯの光軸ＡＸに対して第１の角度で傾斜した露光光ＥＬ１（第１の照明光）と、光軸ＡＸに対してその第１の角度と異なる第２の角度で傾斜した露光光ＥＬ２（第２の照明光）とで照明可能な照明光学系ＩＬＳと、投影光学系ＰＯを介したその露光光ＥＬ１，ＥＬ２によって形成されるそのパターンの第１及び第２の像の位置情報を求める走査型電子顕微鏡（計測部）と、その計測部による求められた位置情報より、投影光学系ＰＯの収差を求める主制御装置５０（演算部）と、を備えている。
【００５５】
また、本実施形態の投影光学系ＰＯの収差を計測する方法は、投影光学系ＰＯの物体面（パターン面Ｑ１）に周期性を持つ計測用パターン３２Ａを配置するステップ１０２と、計測用パターン３２Ａを、投影光学系ＰＯの光軸ＡＸに対して第１の角度φ１で傾斜した露光光ＥＬ１で照明し、投影光学系ＰＯによる計測用パターン３２Ａの像（第１の像）を形成するステップ１０６と、第１の角度φ１と異なる第２の角度φ２で傾斜した露光光ＥＬ２で計測用パターン３２Ａを照明し、投影光学系ＰＯによる計測用パターン３２Ａの像（第２の像）を形成するステップ１１０と、その第１及び第２の像の位置情報（計測方向のシフト量）を求めるステップ１１４と、このように求められた位置情報より、投影光学系ＰＯの収差を求めるステップ１１６とを含んでいる。
【００５６】
本実施形態によれば、一つの計測用パターン３２Ａを用いて、２回の照明によって計測用パターン３２Ａから発生し、投影光学系ＰＯの瞳面Ｐ２の異なる位置を通過する回折光を用いて投影光学系ＰＯの収差を計測できる。このため、計測用パターン３２Ａの数を多くすることなく、投影光学系ＰＯの瞳面の広い範囲に計測用パターン３２Ａからの回折光を分布させて、投影光学系ＰＯの収差を高精度に計測できる。
【００５７】
また、本実施形態では、複数の互いに異なるピッチの計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇを使用して、第１及び第２の入射角の露光光でそれらの計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇを照明して、それらの計測用パターンの投影光学系ＰＯによる像のシフト量を求めている。この場合、その計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇのほぼ２倍の数の計測用パターンを用いる場合とほぼ同じ計測精度で投影光学系ＰＯの収差を計測できる。言い換えると、計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇの数を多くすることなく、投影光学系ＰＯの収差の計測精度を向上できる。
【００５８】
また、投影光学系がＥＵＶ露光装置用の投影光学系である場合、その投影光学系の開口数は小さいが、露光波長が短いため、従来の計測方法でその投影光学系の収差を高精度に計測するためには、ピッチの異なる計測用パターンの数を多くする必要がある。さらに、その計測用パターンは多層反射膜に形成する必要があるため、計測用パターンの数を多くしようとすると、計測用のレチクルの製造コストが高くなるという問題がある。しかしながら、本実施形態では、投影光学系がＥＵＶ露光装置用の投影光学系であっても、計測用パターン３２Ａ〜３２Ｇの数を多くすることなく、投影光学系ＰＯの収差の計測精度を向上できる。
【００５９】
なお、上述の実施形態では、第１及び第２の入射角の露光光で計測用パターン３２Ａ等を照明しているが、３個以上の互いに異なる入射角の露光光で順次計測用パターン３２Ａ等を照明し、これによって形成される像のシフト量から投影光学系ＰＯの収差を求めてもよい。また、θｙ方向の複数の入射角の露光光で計測用パターンを照明することを、複数のθｚ方向でそれぞれ行ってもよい。
また、上述の実施形態では、計測装置５２は、走査型電子顕微鏡で計測用パターンの像のシフト量を求めているが、例えばウエハステージＷＳＴに設けた光電検出器によって計測用パターンの空間像の位置（シフト量）を計測してもよい。
【００６０】
また、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造する場合、この電子デバイスは、図１１に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置又は露光方法によりマスクのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【００６１】
言い替えると、上記のデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置又は露光方法を用いて、マスクのパターンを介して基板（ウエハＷ）を露光する工程と、その露光された基板を処理する工程（即ち、基板のレジストを現像し、そのマスクのパターンに対応するマスク層をその基板の表面に形成する現像工程、及びそのマスク層を介してその基板の表面を加工（加熱及びエッチング等）する加工工程）と、を含んでいる。
【００６２】
このデバイス製造方法によれば、安価なテストレチクルＴＲを用いて、露光装置ＥＸの投影光学系ＰＯの結像性能（収差）を高精度に目標とする範囲内に設定できるため、電子デバイスの製造コストを低減できる。
また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、液晶表示素子、プラズマディスプレイ等の製造プロセスや、撮像素子（ＣＭＯＳ型、ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイス（電子デバイス）の製造プロセスにも広く適用できる。
【００６３】
なお、上記の実施形態では、露光光としてレーザプラズマ光源で発生したＸ線（ＥＵＶ光）を使用しているが、露光光としては例えば放電プラズマ光源やシンクロトロン放射光(Synchrotron Radiation)よりなるＸ線を使用することもできる。
また、上記の実施形態では露光光としてＥＵＶ光を用い、６枚のミラーのみから成るオール反射の投影光学系を用いる場合について説明したが、これは一例である。例えば、４枚等のミラーのみから成る投影光学系を備えた露光装置は勿論、光源に波長１００〜１６０ｎｍの真空紫外光(Vacuum Ultra-Violet Light: ＶＵＶ光)を発生するＶＵＶ光源を備える露光装置、例えば露光光源としてＡｒ2 レーザ（波長１２６ｎｍ）を用い、４〜８枚等のミラーを有する投影光学系を備えた露光装置などにも本発明を適用することができる。
【００６４】
また、上述の実施形態の収差計測方法は、ＡｒＦ又はＫｒＦのエキシマレーザ等の露光光を使用する露光装置の投影光学系の収差を計測する場合にも適用できる。
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。
【符号の説明】
【００６５】
ＥＸ…露光装置、ＩＬＳ…照明光学系、ＰＯ…投影光学系、２８Ａ〜２８Ｆ…開口絞り、３０…遮光板、３２Ａ〜３２Ｇ…計測用パターン、３３…基準パターン、５２…計測装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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