(57)【要約】【課題】使用時（露光環境）における投影光学系の結像性能を高精度に測定することができる測定方法を提供する。【解決手段】レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系の結像性能を測定する測定方法であって、前記投影光学系の結像性能を測定する測定ステップと、前記投影光学系の結像性能を変化させる物理量に対する前記投影光学系の結像性能の変化率を示す情報、前記測定ステップを実施する測定環境における物理量、前記測定環境とは異なる所定の環境における物理量、及び、前記測定ステップで測定された投影光学系の結像性能に基づいて、前記所定の環境における投影光学系の結像性能を算出する算出ステップと、を有することを特徴とする測定方法を提供する。【選択図】図１
2009253210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系の結像性能を測定する測定方法であって、
前記投影光学系の結像性能を測定する測定ステップと、
前記投影光学系の結像性能を変化させる物理量に対する前記投影光学系の結像性能の変化率を示す情報、前記測定ステップを実施する測定環境における物理量、前記測定環境とは異なる所定の環境における物理量、及び、前記測定ステップで測定された投影光学系の結像性能に基づいて、前記所定の環境における投影光学系の結像性能を算出する算出ステップと、
を有することを特徴とする測定方法。
【請求項２】
前記測定環境における物理量を検出する検出ステップを更に有することを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記算出ステップでは、前記測定環境における物理量と前記所定の環境における物理量との差分から、前記所定の環境における投影光学系の結像性能に対する前記測定環境における投影光学系の結像性能の変化量を算出し、前記測定ステップで測定された前記投影光学系の結像性能から、前記変化量を加算又は減算することで、前記所定の環境における投影光学系の結像性能を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の測定方法。
【請求項４】
前記投影光学系の結像性能を変化させる物理量は、前記投影光学系に入射する光の波長、前記投影光学系の内部の気圧、前記投影光学系の内部の温度及び前記投影光学系を構成する光学素子の変位の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項５】
前記投影光学系を構成する光学素子を予め定められた位置に固定する保持部材に保持させる保持ステップを更に有し、
前記保持部材に保持された前記光学素子の位置を前記投影光学系の結像性能を変化させる物理量として用いることを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項６】
前記投影光学系の結像性能を変化させる物理量に対する前記投影光学系の結像性能の変化率を示す情報は、前記投影光学系の設計値から算出されることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項７】
前記投影光学系の結像性能を変化させる物理量に対する前記投影光学系の結像性能の変化率を示す情報は、前記投影光学系の結像性能を変化させる物理量を変化させながら前記投影光学系の結像性能の変化量を測定することで得られることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項８】
レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系の結像性能を測定する測定装置であって、
前記投影光学系の結像性能を測定する測定部と、
前記投影光学系の結像性能を変化させる物理量に対する前記投影光学系の結像性能の変化率を示す情報、前記測定部が測定を実施する測定環境における物理量、前記測定環境とは異なる所定の環境における物理量、及び、前記測定部によって測定された投影光学系の結像性能に基づいて、前記所定の環境における投影光学系の結像性能を算出する算出部と、
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項９】
前記投影光学系の結像性能を変化させる物理量に対する前記投影光学系の結像性能の変化率を示す情報を記憶する記憶部を更に有することを特徴とする請求項８に記載の測定装置。
【請求項１０】
レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系を備える露光装置であって、
前記投影光学系の結像性能を測定する測定部と、
前記投影光学系の結像性能を変化させる物理量に対する前記投影光学系の結像性能の変化率を示す情報、前記測定部が測定を実施する測定環境における物理量、及び、前記測定部によって測定された投影光学系の結像性能に基づいて、露光環境における物理量を算出する算出部と、
前記算出部によって算出された前記露光環境における物理量に基づいて、前記投影光学系に入射する光の波長又は前記投影光学系を構成する光学素子の変位を調整する調整部と、
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定方法、測定装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体デバイスを製造する際に、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（フォトマスク）に形成された回路パターンを投影光学系によってウエハ等の基板に投影して回路パターンを転写する。
【０００３】
近年では、半導体デバイスの一層の微細化が進んでいるため、投影露光装置には、レチクルのパターンを所定の倍率で正確にウエハに転写することが要求されている。従って、結像性能に優れた投影光学系を用いることが重要であり、投影光学系の結像性能（例えば、波面収差など）を高精度に測定する必要がある。
【０００４】
図７は、投影光学系ＰＯの結像性能を測定する従来の測定装置１０００の構成を示す図である。図７を参照するに、光源１００２から射出された光束は、集光レンズ１００４を介して、透過波面を整形する波面整形ピンホール１００６を通過する。波面整形ピンホール１００６を通過した光束は拡散しながらハーフミラー１００８を透過し、コリメータレンズ１０１０を通過して平行光束となる。コリメータレンズ１０１０を通過した光束は、折り返しミラー１０１２を介して、最終面の曲率半径と焦点位置までの距離とが等しいＴＳレンズ１０１４に入射する。ＴＳレンズ１０１４において、一部の光束はＴＳレンズ１０１４の最終面で反射され、残りの光束はＴＳレンズ１０１４を透過して投影光学系ＰＯに入射する。以下では、ＴＳレンズ１０１４の最終面で反射された光束を参照光束と称する。
【０００５】
投影光学系ＰＯを通過した光束は、投影光学系ＰＯを介してＴＳレンズ１０１４の焦点位置と光学的に共役な位置に曲率中心が配置されたＲＳミラー１０１６で反射される。ＲＳミラー１０１６で反射された光束は、投影光学系ＰＯでの往路と同一光路を通過して、ＴＳレンズ１０１４を透過する。以下では、ＲＳミラー１０１６で反射され、投影光学系ＰＯを介して、ＴＳレンズ１０１４を透過する光束を被検光束と称する。
【０００６】
参照光束及び被検光束は、ハーフミラー１００８で反射され、空間フィルター１０１８を通過し、瞳結像レンズ１０２０で平行光束となって撮像素子１０２２に入射する。参照光束及び被検光束は撮像素子１０２２の上で干渉するため、撮像素子１０２２では、投影光学系ＰＯの波面収差に応じた干渉パターンが撮像される。
【０００７】
算出部１０２４は、ＴＳレンズ１０１４を駆動する圧電素子１０２６を介して、被検光束と参照光束との光路長差を制御すると共に、複数の光路長差での撮像素子１０２２の画像（干渉パターン）から位相回復により投影光学系ＰＯの波面収差を算出する。
【０００８】
但し、投影光学系ＰＯの波面収差は、投影光学系ＰＯの配置される環境や投影光学系ＰＯの状態（投影光学系ＰＯを構成する光学素子の位置など）によって変化することが知られている。例えば、投影光学系ＰＯの波面収差は気圧に対して変化するため、投影光学系ＰＯの内部の気圧が変動しても、一定の気圧（即ち、露光環境（露光状態）の気圧）に対する投影光学系ＰＯの波面収差が測定されるようにしなければならない。そこで、制御部１０３０は、例えば、気圧計１０２８で検出された投影光学系ＰＯの内部の気圧に基づいて光源１００２から射出される光束の波長を調整して、擬似的に、一定の気圧に対する投影光学系ＰＯの波面収差が測定される状態に制御する。その結果、投影光学系ＰＯの内部の気圧の変動にかかわらず、一定の気圧に対する投影光学系ＰＯの波面収差（即ち、露光環境における投影光学系ＰＯの波面収差）を測定することが可能となる。
【０００９】
従って、投影光学系の結像性能を測定する際には、図８に示すように、まず、投影光学系を使用時（露光環境）と同じ状態にして（ステップＳ２００２）、かかる状態で投影光学系の結像特性を測定する（ステップＳ２００４）ことが必要となる。これにより、測定装置１０００で測定された投影光学系の結像性能は、露光環境における投影光学系の結像性能と一致することになる。
【００１０】
このような投影光学系（被検光学系）の結像性能を補正する技術に関しては、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平１−１２３２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、投影光学系を使用時（露光環境）と同じ状態にして結像性能を測定するような従来技術では、露光装置の高精度化に伴って、以下のような問題が生じるようになってきた。
【００１２】
例えば、露光装置の高精度化によって、露光装置（投影光学系）に設定可能なパラメータが複雑化し、露光環境と同じ状態を測定装置において再現することが非常に困難になっている。従って、露光環境と同じ状態を再現するまでに時間がかかり、投影光学系の結像性能の測定に長時間を要してしまう。また、露光環境と同じ状態を再現することができない場合には、測定精度の低下を招いてしまう。
【００１３】
更に、測定装置において投影光学系を露光環境と同じ状態に制御したつもりであっても、制御誤差（例えば、投影光学系を構成するレンズの駆動誤差など）に起因する測定誤差が含まれ、測定精度を低下させてしまうことがある。
【００１４】
そこで、本発明は、このような従来技術の課題に鑑みて、使用時（露光環境）における投影光学系の結像性能を高精度に測定することができる測定方法及び測定装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定方法は、レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系の結像性能を測定する測定方法であって、前記投影光学系の結像性能を測定する測定ステップと、前記投影光学系の結像性能を変化させる物理量に対する前記投影光学系の結像性能の変化率を示す情報、前記測定ステップを実施する測定環境における物理量、前記測定環境とは異なる所定の環境における物理量、及び、前記測定ステップで測定された投影光学系の結像性能に基づいて、前記所定の環境における投影光学系の結像性能を算出する算出ステップと、を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の別の側面としての測定装置は、レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系の結像性能を測定する測定装置であって、前記投影光学系の結像性能を測定する測定部と、前記投影光学系の結像性能を変化させる物理量に対する前記投影光学系の結像性能の変化率を示す情報、前記測定部が測定を実施する測定環境における物理量、前記測定環境とは異なる所定の環境における物理量、及び、前記測定部によって測定された投影光学系の結像性能に基づいて、前記所定の環境における投影光学系の結像性能を算出する算出部と、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、例えば、使用時（露光環境）における投影光学系の結像性能を高精度に測定する測定方法及び測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態における測定装置１の構成を示す図である。測定装置１は、本実施形態では、使用時（レチクルのパターンを基板に転写する露光環境などの所定の環境）における投影光学系の結像性能を測定する測定装置である。なお、測定装置１の測定対象（即ち、被検光学系）としての投影光学系ＰＯは、本実施形態では、露光環境における結像性能を調整（最適化）するために、投影光学系ＰＯの鏡筒の基準面に対して光学素子ＯＥを駆動させる駆動素子ＤＥを有している。
【００２０】
測定装置１は、図１に示すように、光源１０２と、集光レンズ１０４と、波面整形ピンホール１０６と、ハーフミラー１０８と、コリメータレンズ１１０と、折り返しミラー１１２と、ＴＳレンズ１１４と、ＲＳミラー１１６とを有する。また、測定装置１は、空間フィルター１１８と、瞳結像レンズ１２０と、撮像素子１２２と、算出部１２４と、圧電素子１２６と、エンコーダ１２８と、光学素子制御部１３０と、温度計１３２と、温度計アンプ１３４と、圧力計１３６とを有する。
【００２１】
測定装置１において、エンコーダ１２８、光学素子制御部１３０、温度計１３２、温度計アンプ１３４及び圧力計１３６を除く構成要素は、投影光学系ＰＯの結像性能を測定する測定部として機能する。
【００２２】
光源１０２は、投影光学系ＰＯの結像性能を測定するための光束（測定光）を射出する機能と、かかる光束の波長を検出する機能と、かかる光束の波長の検出結果を算出部１２４に送信する機能とを有する。
【００２３】
エンコーダ１２８は、投影光学系ＰＯにおいて、光学素子ＯＥの変位（投影光学系ＰＯの鏡筒の基準面に対する位置又は姿勢）を検出する。エンコーダ１２８の検出結果は光学素子制御部１３０に入力され、光学素子制御部１３０は、必要に応じて駆動素子ＤＥを制御すると共に、光学素子ＯＥの位置情報を算出部１２４に送信する。
【００２４】
温度計１３２は、投影光学系ＰＯの内部（鏡筒内）の温度を検出する。温度計１３２の検出結果は、温度計アンプ１３４を介して、算出部１２４に送信される。
【００２５】
圧力計１３６は、投影光学系ＰＯの内部（鏡筒内）の圧力を検出する。圧力計１３６の検出結果は、算出部１２４に送信される。
【００２６】
図１を参照するに、光源１０２から射出された光束は、集光レンズ１０４を介して、透過波面を整形する波面整形ピンホール１０６を通過する。波面整形ピンホール１０６を通過した光束は拡散しながらハーフミラー１０８を透過し、コリメータレンズ１１０を通過して平行光束となる。
【００２７】
コリメータレンズ１１０を通過した光束は、折り返しミラー１１２を介して、最終面の曲率半径と焦点位置までの距離とが等しいＴＳレンズ１１４に入射する。なお、折り返しミラー１１２及びＴＳレンズ１１４は、互いに同期して駆動されるステージ上に配置されている。
【００２８】
ＴＳレンズ１１４において、一部の光束はＴＳレンズ１１４の最終面で反射され、残りの光束はＴＳレンズ１１４を透過して投影光学系ＰＯに入射する。以下では、ＴＳレンズ１１４の最終面で反射された光束を参照光束と称する。
【００２９】
投影光学系ＰＯを通過した光束は、投影光学系ＰＯを介してＴＳレンズ１１４の焦点位置と光学的に共役な位置に曲率中心が配置されたＲＳミラー１１６で反射される。ＲＳミラー１１６で反射された光束は、投影光学系ＰＯでの往路と同一光路を通過して、ＴＳレンズ１１４を透過する。以下では、ＲＳミラー１１６で反射され、投影光学系ＰＯを介して、ＴＳレンズ１１４を透過する光束を被検光束と称する。
【００３０】
参照光束及び被検光束は、ハーフミラー１０８で反射され、空間フィルター１１８を通過し、瞳結像レンズ１２０で平行光束となって撮像素子１２２に入射する。参照光束及び被検光束は、撮像素子１２２の上で干渉するため、撮像素子１２２では、投影光学系ＰＯの波面収差に応じた干渉パターンが撮像される。
【００３１】
以下、測定装置１における投影光学系ＰＯの結像性能の測定方法について説明する。投影光学系ＰＯの結像性能は、本実施形態では、以下に説明するような算出処理を算出部１２４が実行することによって算出（測定）される。なお、算出部１２４は、本実施形態では、図示しないＣＰＵやメモリなどを含み、測定装置１の全体（動作）を制御する制御部としての機能も有する。
【００３２】
算出部１２４は、ＴＳレンズ１１４を駆動する圧電素子１２６を介して、被検光束と参照光束との光路長差を制御すると共に、複数の光路長差での干渉パターン（撮像画像）を撮像素子１２２から取得する。この際、複数の光路長差での干渉パターンの撮像に同期して、光源１０２及びエンコーダ１２８のそれぞれは、光源１０２から射出された光束の波長及び投影光学系ＰＯにおける光学素子ＯＥの変位を検出する。同様に、複数の光路長差での干渉パターンの撮像に同期して、温度計１３２及び圧力計１３６のそれぞれは、投影光学系ＰＯの内部の温度及び圧力を検出する。そして、算出部１２４は、複数の光路長差での干渉パターンの撮像に同期して検出された光源１０２から射出された光束の波長、投影光学系ＰＯにおける光学素子ＯＥの変位、投影光学系ＰＯの内部の温度及び圧力を取得する。
【００３３】
算出部１２４は、本実施形態では、投影光学系ＰＯの結像性能として、波面収差、ディストーション及び像面湾曲を算出する。かかる結像性能は、特許文献１に開示されているように、フリンジスキャン（縞走査）による波面収差の測定に同期して検出されたＴＳレンズ１１４の焦点位置及びＲＳミラー１１６の曲率中心位置に基づいて算出することができる。
【００３４】
上述した処理をＴＳレンズ１１４及びＲＳミラー１１６のＮ個の像高で実施することで、算出部１２４は、以下の式１に示すように、投影光学系ＰＯの結像性能を算出することが可能である。
（式１）
Ｗｆ（Ｗｘ（ｉ）、Ｗｙ（ｉ））＝ΣｊＺｊ（ｉ）    （ｊ＝１、２、・・・、３６）
ｄＸ（Ｗｘ（ｉ）、Ｗｙ（ｉ））＝ｄＸ（ｉ）
ｄＹ（Ｗｘ（ｉ）、Ｗｙ（ｉ））＝ｄＹ（ｉ）
ｄＺ（Ｗｘ（ｉ）、Ｗｙ（ｉ））＝ｄＺ（ｉ）
ｉ＝１、２、・・・、Ｎ
式１において、Ｗｘ（ｉ）及びＷｙ（ｉ）は、ｉ番目の測定像高を示し、Ｗｆは、投影光学系ＰＯの波面収差の測定結果を示している。また、Σｊは、定数ｊに関する和を示し、Ｚ１（ｉ）乃至Ｚ３６（ｉ）は、ｉ番目の測定像高における波面収差の測定結果のＺｅｒｎｉｋｅ係数を示している。本実施形態では、３６項までのＺｅｒｎｉｋｅ係数を用いている。ｄＸ（ｉ）及びｄＹ（ｉ）のそれぞれは、ｉ番目の測定像高におけるＸ方向及びＹ方向のディストーションを示し、ｄＺ（ｉ）は、ｉ番目の測定像高における像面湾曲を示している。
【００３５】
算出部１２４には、上述したように、測定環境を示す情報（光源１０２から射出された光束の波長、投影光学系ＰＯの内部の温度及び圧力など）及び投影光学系ＰＯにおける光学素子ＯＥの変位が入力される。これらの物理量は、投影光学系ＰＯの結像性能を変化させる（即ち、結像性能に影響を与える）物理量である。一般的に、測定環境における物理量は、投影光学系ＰＯの使用時（露光環境）における物理量と異なっているため、式１で算出される投影光学系ＰＯの結像性能は、露光環境における投影光学系ＰＯの結像性能と異なっている。そこで、算出部１２４は、本実施形態では、投影光学系ＰＯの結像性能を変化させる物理量に起因する結像性能の変化を補正して、露光環境における投影光学系ＰＯの結像性能を高精度に算出する。例えば、算出部１２４は、投影光学系ＰＯの結像性能を変化させる物理量に対する結像性能の変化率を示す情報、露光環境における物理量及び測定環境における物理量に基づいて、以下の式２に示すように、露光環境における投影光学系ＰＯの結像性能を算出する。
（式２）
Ｗｆ（Ｗｘ（ｉ）、Ｗｙ（ｉ））＝Σｊ｛Ｚｊ（ｉ）−ｄＺｊ（ｉ）／ｄＰ（Ｐ０−Ｐ（ｉ））−ｄＺｊ（ｉ）／ｄλ（λ０−λ（ｉ））−ｄＺｊ（ｉ）／ｄＴ（Ｔ０−Ｔ（ｉ））−ｄＺｊ（ｉ）／ｄｒ（ｒ０−ｒ（ｉ））｝    （ｊ＝１、２、・・・、３６）
ｄＸ（Ｗｘ（ｉ）、Ｗｙ（ｉ））＝ｄＸ（ｉ）−ｄＸ（ｉ）／ｄＰ（Ｐ０−Ｐ（ｉ））−ｄＸ（ｉ）／ｄλ（λ０−λ（ｉ））−ｄＸ（ｉ）／ｄＴ（Ｔ０−Ｔ（ｉ））−ｄＸ（ｉ）／ｄｒ（ｒ０−ｒ（ｉ））
ｄＹ（Ｗｘ（ｉ）、Ｗｙ（ｉ））＝ｄＹ（ｉ）−ｄＹ（ｉ）／ｄＰ（Ｐ０−Ｐ（ｉ））−ｄＹ（ｉ）／ｄλ（λ０−λ（ｉ））−ｄＹ（ｉ）／ｄＴ（Ｔ０−Ｔ（ｉ））−ｄＹ（ｉ）／ｄｒ（ｒ０−ｒ（ｉ））
ｄＺ（Ｗｘ（ｉ）、Ｗｙ（ｉ））＝ｄＺ（ｉ）−ｄＺ（ｉ）／ｄＰ（Ｐ０−Ｐ（ｉ））−ｄＺ（ｉ）／ｄλ（λ０−λ（ｉ））−ｄＺ（ｉ）／ｄＴ（Ｔ０−Ｔ（ｉ））−ｄＺ（ｉ）／ｄｒ（ｒ０−ｒ（ｉ））
式２において、Ｐ０、λ０、Ｔ０及びｒ０のそれぞれは、投影光学系ＰＯの内部の気圧、光源１０２から射出される光束の波長、投影光学系ＰＯの内部の温度及び投影光学系ＰＯにおける光学素子ＯＥの変位の理想値を示す。換言すれば、Ｐ０、λ０、Ｔ０及びｒ０は、露光環境における物理量を示す。
【００３６】
また、Ｐ（ｉ）、λ（ｉ）、Ｔ（ｉ）及びｒ（ｉ）は、ｉ番目の測定像高の測定の際に検出された投影光学系ＰＯの内部の気圧、光源１０２から射出される光束の波長、投影光学系ＰＯの内部の温度及び投影光学系ＰＯにおける光学素子ＯＥの変位を示す。換言すれば、Ｐ（ｉ）、λ（ｉ）、Ｔ（ｉ）及びｒ（ｉ）は、測定環境における物理量を示す。なお、光学素子ＯＥの変位ｒは、投影光学系ＰＯにおける光学素子ＯＥの位置及び姿勢の変化の６自由度を含むものとする。
【００３７】
更に、ｄＺｊ（ｉ）／ｄＰは、ｉ番目の測定像高におけるｊ項目のＺｅｒｎｉｋｅ係数の投影光学系ＰＯの内部の気圧に対する敏感度（即ち、結像性能の変化率を示す情報）である。また、ｄＺｊ（ｉ）／ｄλ及びｄＺｊ（ｉ）／ｄｒのそれぞれは、ｉ番目の測定像高におけるｊ項目のＺｅｒｎｉｋｅ係数の光源１０２から射出される光束の波長、投影光学系ＰＯの内部の温度及び投影光学系ＰＯにおける光学素子ＯＥの変位の敏感度である。なお、ディストーション及び像面湾曲のそれぞれについても、同様の記号で敏感度を示している。これらの敏感度（結像性能の変化率を示す情報）は、投影光学系ＰＯの設計値を用いて光学ＣＡＤなどで予め算出され、算出部１２４の図示しないメモリなどの記憶部に記憶（格納）されている。投影光学系ＰＯの設計値から敏感度を算出することができない（或いは、算出精度が不十分である）場合には、互いに異なる複数の測定環境において投影光学系ＰＯの結像性能を実際に測定し、かかる測定結果に基づいて敏感度を算出してもよい。
【００３８】
図２は、測定装置１における投影光学系ＰＯの結像性能の測定方法を具体的に示すフローチャートである。
【００３９】
まず、ステップＳ２０２では、測定装置１の測定時の条件に応じた測定環境になるように投影光学系ＰＯを制御する。ここで、測定装置１の測定時の条件に応じた測定環境は、投影光学系ＰＯの使用時の環境（露光環境）と必ずしも一致していない。
【００４０】
次に、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０２で制御された測定環境において、投影光学系ＰＯの結像性能を測定する。また、ステップＳ２０６では、ステップ２０２で制御された測定環境において、投影光学系ＰＯの結像性能を変化させる物理量（即ち、測定環境における物理量）を検出する。具体的には、測定環境における物理量として、上述したように、光源１０２から射出された光束の波長、投影光学系ＰＯの内部の温度及び圧力及び投影光学系ＰＯにおける光学素子ＯＥの位置などを検出する。
【００４１】
次いで、ステップＳ２０６では、ステップＳ２０６で検出された測定環境における物理量、予め取得されている露光環境における物理量、及び、予め取得されている物理量に対する敏感度に基づいて、ステップＳ２０４で測定された結像性能を補正する。換言すれば、式２に従って、露光環境における投影光学系ＰＯの結像性能を算出する。具体的には、上述したように、測定環境における物理量と露光環境における物理量との差分から、露光環境における投影光学系ＰＯの結像性能に対する測定環境における投影光学系ＰＯの結像性能の変化量を算出する。そして、測定環境において測定された投影光学系ＰＯの結像性能から、かかる変化量を加算又は減算することで、露光環境における投影光学系ＰＯの結像性能を算出する。
【００４２】
このように、本実施形態では、測定装置１において露光環境と同じ状態を再現するための複雑な制御を必要とすることなく、且つ、測定環境など（環境変動）の影響を受けずに投影光学系ＰＯの結像性能を測定することが可能である。従って、本実施形態によれば、長時間を要することなく、使用時（露光環境）における投影光学系ＰＯの結像性能を高精度に測定することができる。
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態における測定装置１Ａの構成を示す図である。測定装置１Ａは、測定装置１は、本実施形態では、使用時（露光環境）における投影光学系の結像性能を測定する測定装置である。なお、測定装置１の測定対象（即ち、被検光学系）としての投影光学系ＰＯは、本実施形態では、投影光学系ＰＯの鏡筒の基準面に対して光学素子ＯＥを駆動させる駆動素子ＤＥを有していない。
【００４３】
測定装置１Ａは、光源１０２と、集光レンズ１０４と、波面整形ピンホール１０６と、ハーフミラー１０８と、コリメータレンズ１１０と、折り返しミラー１１２と、ＴＳレンズ１１４と、ＲＳミラー１１６とを有する。また、測定装置１は、空間フィルター１１８と、瞳結像レンズ１２０と、撮像素子１２２と、算出部１２４と、圧電素子１２６と、温度計１３２と、温度計アンプ１３４と、圧力計１３６と、保持部材１４０とを有する。
【００４４】
保持部材１４０は、投影光学系ＰＯを構成する光学素子ＯＥを保持して、投影光学系ＰＯの鏡筒（基準面）に対して予め定められた位置（即ち、一定の位置）に固定する。従って、保持部材１４０によって保持及び固定された光学素子ＯＥの変位は一定であるため、測定装置１Ａは、光学素子ＯＥの変位を検出する機構を有していなくてもよい。換言すれば、保持部材１４０によって保持及び固定された光学素子ＯＥの変位を投影光学系ＰＯの結像性能を変化させる物理量として用いることができる。なお、保持部材１４０による光学素子ＯＥの変位は、予め測定され、例えば、算出部１２４の図示しないメモリなどの記憶部に記憶（格納）されている。
【００４５】
このように、測定装置１Ａでは、光学素子ＯＥの変位を検出する機構（エンコーダ１２８）や投影光学系ＰＯの光学素子ＯＥを駆動する制御系（光学素子制御部１３０）が不要となり、簡易な構成が実現されている。
【００４６】
算出部１２４には、測定環境を示す情報（光源１０２から射出された光束の波長、投影光学系ＰＯの内部の温度及び圧力）が入力される。また、上述したように、投影光学系ＰＯにおける光学素子ＯＥの変位は、算出部１２４のメモリに格納されている。算出部１２４は、投影光学系ＰＯの結像性能を変化させる物理量に対する結像性能の変化率を示す情報、露光環境における物理量及び測定環境における物理量に基づいて、以下の式３に示すように、露光環境における投影光学系ＰＯの結像性能を算出する。
（式３）
Ｗｆ（Ｗｘ（ｉ）、Ｗｙ（ｉ））＝Σｊ｛Ｚｊ（ｉ）−ｄＺｊ（ｉ）／ｄＰ（Ｐ０−Ｐ（ｉ））−ｄＺｊ（ｉ）／ｄλ（λ０−λ（ｉ））−ｄＺｊ（ｉ）／ｄＴ（Ｔ０−Ｔ（ｉ））−ｄＺｊ（ｉ）／ｄｒ（ｒ０−ｒｔｏｏｌ）｝    （ｊ＝１、２、・・・、３６）
ｄＸ（Ｗｘ（ｉ）、Ｗｙ（ｉ））＝ｄＸ（ｉ）−ｄＸ（ｉ）／ｄＰ（Ｐ０−Ｐ（ｉ））−ｄＸ（ｉ）／ｄλ（λ０−λ（ｉ））−ｄＸ（ｉ）／ｄＴ（Ｔ０−Ｔ（ｉ））−ｄＸ（ｉ）／ｄｒ（ｒ０−ｒｔｏｏｌ）
ｄＹ（ｗｘ（ｉ）、Ｗｙ（ｉ））＝ｄＹ（ｉ）−ｄＹ（ｉ）／ｄＰ（Ｐ０−Ｐ（ｉ））−ｄＹ（ｉ）／ｄλ（λ０−λ（ｉ））−ｄＹ（ｉ）／ｄＴ（Ｔ０−Ｔ（ｉ））−ｄＹ（ｉ）／ｄｒ（ｒ０−ｒｔｏｏｌ）
ｄＺ（Ｗｘ（ｉ）、Ｗｙ（ｉ））＝ｄＺ（ｉ）−ｄＺ（ｉ）／ｄＰ（Ｐ０−Ｐ（ｉ））−ｄＺ（ｉ）／ｄλ（λ０−λ（ｉ））−ｄＺ（ｉ）／ｄＴ（Ｔ０−Ｔ（ｉ））−ｄＺ（ｉ）／ｄｒ（ｒ０−ｒｔｏｏｌ）
式３において、ｒｔｏｏｌは、保持部材１４０による光学素子ＯＥの変位を示す。
【００４７】
図４は、測定装置１Ａにおける投影光学系ＰＯの結像性能の測定方法を具体的に示すフローチャートである。
【００４８】
まず、ステップＳ３０２では、測定装置１Ａの測定時の条件に応じた測定環境になるように投影光学系ＰＯを制御する。ここで、測定装置１Ａの測定時の条件に応じた測定環境は、投影光学系ＰＯの使用時の環境（露光環境）と必ずしも一致していない。
【００４９】
次に、ステップＳ３０４では、ステップＳ３０２で制御された測定環境において、投影光学系ＰＯの結像性能を測定する。また、ステップＳ３０６では、ステップ３０２で制御された測定環境において、投影光学系ＰＯの結像性能を変化させる物理量（即ち、測定環境における物理量）を検出する。具体的には、測定環境における物理量として、上述したように、光源１０２から射出された光束の波長、投影光学系ＰＯの内部の温度及び圧力などを検出する。更に、ステップＳ３０８では、算出部１２４のメモリから保持部材１４０による光学素子ＯＥの変位（即ち、ステップＳ３０６において検出されていない物理量）を取得する。
【００５０】
次いで、ステップＳ３１０では、ステップＳ３０４で測定された投影光学系ＰＯの結像性能を補正する。具体的には、ステップＳ３０６及びＳ３０８で検出及び取得された測定環境における物理量、予め取得されている露光環境における物理量、及び、予め取得されている物理量に対する敏感度に基づいてステップＳ３０４で測定された結像性能を補正する。換言すれば、式３に従って、露光環境における投影光学系ＰＯの結像性能を算出する。
【００５１】
このように、本実施形態では、測定装置１Ａにおいて露光環境と同じ状態を再現するための複雑な制御を必要とすることなく、且つ、測定環境など（環境変動）の影響を受けずに投影光学系ＰＯの結像性能を測定することが可能である。従って、本実施形態によれば、長時間を要することなく、使用時（露光環境）における投影光学系ＰＯの結像性能を高精度に測定することができる。
［第３の実施形態］
図５は、本発明の第３の実施形態における露光装置４００の構成を示す図である。本実施形態では、第１の実施形態及び第２の実施形態における投影光学系の結像性能の測定方法を露光装置４００で実行する場合の例を説明する。
【００５２】
露光装置４００は、ステップ・アンド・スキャン方式、ステップ・アンド・リピート方式又はその他の露光方式でレチクルのパターンをウエハなどの基板に転写する投影露光装置である。
【００５３】
露光装置４００は、図５に示すように、露光光源４０２と、インコヒーレント化光学系４０４と、照明光学系４０６と、投影光学系４１０と、物体面側測定用マスク４２２と、回折格子４２４とを有する。また、露光装置４００は、像面側測定用マスク４２６と、撮像素子１２２と、算出部１２４と、エンコーダ１２８と、光学素子制御部１３０と、温度計１３２と、温度計アンプ１３４と、圧力計１３６とを有する。
【００５４】
露光光源４０２は、光束を射出する機能と、かかる光束の波長を検出する機能と、かかる光束の波長の検出結果を算出部１２４に送信する機能とを有する。なお、露光光源４０２から射出される光束は、ウエハ４１２を露光するための露光光、或いは、投影光学系４１０の結像性能を測定するための測定光として用いられる。
【００５５】
インコヒーレント化光学系４０４は、露光光源４０２からの光束をインコヒーレント化する（即ち、空間コヒーレンスを低減する）光学系である。
【００５６】
照明光学系４０６は、投影光学系４１０の物体面に配置されるレチクル４０８や物体面側測定用マスク４２２を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞りなどを含む。
【００５７】
レチクル４０８は、ウエハ４１２に転写するべきパターン（回路パターン）を有し、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。なお、図示しないレチクルステージは、レチクル４０８及び物体面側測定用マスク４２２を支持すると共に、レチクル４０８と物体面側測定用マスク４２２とを交換可能に投影光学系４１０の物体面に配置する。
【００５８】
投影光学系４１０は、レチクル４０８のパターンをウエハ４１２に投影する光学系である。投影光学系４１０は、結像性能を調整（最適化）するために、鏡筒の基準面に対して光学素子ＯＥを駆動させる駆動素子ＤＥを有している。
【００５９】
ウエハ４１２は、レチクル４０８のパターンが投影（転写）される基板であり、図示しないウエハステージに支持及び駆動される。なお、図示しないウエハステージは、ウエハ４１２及び像面側測定用マスク４２６を支持すると共に、ウエハ４１２と像面側測定用マスク４２６とを交換可能に投影光学系４１０の像面に配置する。
【００６０】
露光において、露光光源４０２から射出された光束は、インコヒーレント化光学系４０４及び照明光学系４０６を介して、レチクル４０８を照明する。レチクル４０８を通過してレチクル４０８のパターンを反映する光束は、投影光学系４１０を介して、ウエハ４１２に結像される。
【００６１】
以下、露光装置４００における投影光学系４１０の結像性能の測定について説明する。本実施形態では、投影光学系４１０の結像性能として、波面収差を測定する場合を例に説明する。
【００６２】
露光光源４０２から射出された光束は、インコヒーレント化光学系４０４で空間コヒーレンスが低減されて照明光学系４０６に入射する。照明光学系４０６に入射した光束は、適切な照明モードで投影光学系４１０の物体面を照明する。
【００６３】
投影光学系４１０の波面収差を測定する際には、測定物体高位置にピンホールと開口とが配置された物体面側測定用マスク４２２が投影光学系４１０の物体面に配置される。また、物体面側測定用マスク４２２の上部には、照明光学系４０６からの光束を分岐するための回折格子４２４が配置される。なお、物体面側測定用マスク４２２及び回折格子４２４は、回折格子４２４で回折された２つの回折光（互いに異なる次数の回折光）のそれぞれが物体面側測定用マスク４２２の開口とピンホールを通過する位置関係で配置されている。物体面側測定用マスク４２２のピンホールは、投影光学系４１０の回折限界以下の開口径で形成され、かかるピンホールを通過した光束は、理想球面波に整形されて投影光学系４１０に入射する。
【００６４】
投影光学系４１０を通過した２つの回折光は、投影光学系４１０の像面に配置された像面側測定用マスク４２６に入射する。像面側測定用マスク４２６には、ピンホールと開口とが配置されている。物体面側測定用マスク４２２の開口を通過した回折光は、像面側測定用マスク４２６のピンホールを通過して、参照光束となる。一方、物体面側測定用マスク４２２のピンホールを通過した回折光は、像面側測定用マスク４２６の開口を通過して、被検光束となる。
【００６５】
像面側測定用マスク４２６のピンホールは、投影光学系４１０の回折限界以下の開口径で形成され、参照光束の波面を理想球波に整形する。また、像面側測定用マスク４２６の開口は、投影光学系４１０によって形成される点像強度分布に対して十分に大きな開口径を有しており、投影光学系４１０の波面収差情報を失わずに通過することが可能である。従って、被検光束は、投影光学系４１０に入射する前に理想球面波に整形され、投影光学系４１０を介して波面収差情報を失わない開口を通過することになる。これにより、被検光束の波面は、投影光学系４１０の波面収差に等しくなる。
【００６６】
像面側測定用マスク４２６の下部には、ウエハステージに支持された撮像素子１２２が配置され、被検光束と参照光束との干渉パターンを撮像する。被検光束と参照光束とでは像点位置が異なるため、撮像素子１２２で撮像される干渉パターンにはチルト縞が発生する。かかるチルト縞を利用して、算出部１２４では、電子モアレ法やＦＦＴ法などによって、干渉パターンから投影光学系４１０の波面収差を算出する。
【００６７】
このようにして算出された投影光学系４１０の波面収差は、測定環境における投影光学系４１０の波面収差である。一般的に、投影光学系４１０を露光装置４００に搭載した初期状態や投影光学系４１０の結像性能に関連する部材を交換した直後の状態における物理量は、投影光学系４１０の結像性能が最適な値となるような物理量（露光環境における物理量）と異なっている。そこで、算出部１２４は、ノミナル環境での投影光学系の結像性能、投影光学系の結像性能を変化させる物理量に対する結像性能の変化率を示す情報、及びノミナル環境での物理量に基づいて、投影光学系４１０の結像性能が最適な値となる物理量を算出する。
【００６８】
図６は、露光装置４００における投影光学系４１０の波面収差の測定方法を具体的に示すフローチャートである。
【００６９】
まず、ステップＳ５０２では、ノミナル環境になるように投影光学系４１０を制御する。本実施形態では、投影光学系４１０の光学素子ＯＥの位置及び露光光源４０２から射出される光束の波長を予め定められたノミナル値で一定となるように制御する。ここで、ノミナル環境は、投影光学系ＰＯの使用時の環境（露光環境）と必ずしも一致していない。
【００７０】
次に、ステップＳ５０４では、ステップＳ５０２で制御されたノミナル環境において、投影光学系４１０の波面収差を測定する。また、ステップＳ５０６では、ステップ５０２で制御されたノミナル環境において、投影光学系４１０の結像性能を変化させる物理量（即ち、ノミナル環境における物理量）を検出する。具体的には、ノミナル環境における物理量として、投影光学系ＰＯの内部の温度及び圧力及び投影光学系ＰＯにおける光学素子ＯＥの位置などを検出する。
【００７１】
次いで、ステップＳ５０８では、投影光学系４１０の波面収差が最適な値となる物理量（露光環境における物理量）を算出する。具体的には、ステップＳ５０４で測定された投影光学系４１０の波面収差、ステップＳ５０６で検出されたノミナル環境における物理量、及び、予め取得されている物理量に対する敏感度に基づいて、露光環境における物理量を算出する。本実施形態では、露光環境における物理量として、投影光学系４１０の波面収差が最適な値となるような、露光光源４０２から射出される露光光の波長や投影光学系４１０の光学素子ＯＥの位置を算出する。波面収差の最適な値とは、例えば、露光光の波長や光学素子の位置が調整可能な範囲で、なるべく小さい値としてもよい。
【００７２】
露光光の波長や光学素子の位置の算出の際には、それぞれの変化に対する結像性能の敏感度として投影光学系の設計値に基づいて算出したものを使用することができる。また、露光光の波長や光学素子の位置の算出の際には、ステップＳ５０６で検出されたノミナル環境における投影光学系の内部の温度及び圧力と露光環境における投影光学系の内部の温度及び圧力との差によって発生する結像性能の変化分を考慮する必要がある。なお、露光環境における露光光の波長や光学素子の位置を算出する際に、露光環境における投影光学系４１０の波面収差も算出する。
【００７３】
なお、露光装置４００においては、ステップＳ５０８で算出された物理量に基づいて、物理量を調整する。具体的には、投影光学系４１０の波面収差が最適な値となるように、露光光源４０２や光学素子制御部１３０を制御して、露光光源４０２から射出される光束の波長や投影光学系４１０の光学素子ＯＥの変位を調整する。従って、露光光源４０２及び光学素子制御部１３０は、投影光学系４１０の結像性能を調整する調整部として機能する。これにより、露光装置４００が使用する投影光学系４１０は、波面収差（結像性能）が高精度に調整され、優れた結像性能を達成する。その結果、露光装置４００は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）を提供することができる。なお、デバイスは、露光装置４００を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることにより製造される。
【００７４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施形態における測定装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す測定装置における投影光学系の結像性能の測定方法を具体的に示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態における測定装置の構成を示す図である。
【図４】図３に示す測定装置における投影光学系の結像性能の測定方法を具体的に示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態における露光装置の構成を示す図である。
【図６】露光装置における投影光学系の波面収差の測定方法を具体的に示すフローチャートである。
【図７】従来の測定装置の構成を示す図である。
【図８】従来の測定方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１及び１Ａ              測定装置
１０２                  光源
１０４                  集光レンズ
１０６                  波面整形ピンホール
１０８                  ハーフミラー
１１０                  コリメータレンズ
１１２                  折り返しミラー
１１４                  ＴＳレンズ
１１６                  ＲＳミラー
１１８                  空間フィルター
１２０                  瞳結像レンズ
１２２                  撮像素子
１２４                  算出部
１２６                  圧電素子
１２８                  エンコーダ
１３０                  光学素子制御部
１３２                  温度計
１３４                  温度計アンプ
１３６                  圧力計
１４０                  保持部材
ＰＯ                    投影光学系
ＯＥ                    光学素子
ＤＥ                    駆動素子
４００                  露光装置
４０２                  露光光源
４０４                  インコヒーレント化光学系
４０６                  照明光学系
４１０                  投影光学系
４２２                  物体面側測定用マスク
４２４                  回折格子
４２６                  像面側測定用マスク
【図１】
2009253210.tif 000003
【図２】
2009253210.tif 000004
【図３】
2009253210.tif 000005
【図４】
2009253210.tif 000006
【図５】
2009253210.tif 000007
【図６】
2009253210.tif 000008
【図７】
2009253210.tif 000009
【図８】
2009253210.tif 000010