JP2003021914A

JP2003021914A - 光学特性測定方法、光学特性測定装置、及び露光装置

Info

Publication number: JP2003021914A
Application number: JP2001207566A
Authority: JP
Inventors: Katsura Otaki; 桂大滝; Hisashi Shiozawa; 久塩澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】被検光学系の光学特性を精度良く測定する。【解決手段】非対称収差の影響を低減できる幅を有す
る複数のパターンが形成されたマスクＲＴを、非対称収
差の影響を低減に適当な照明条件で照明する。そして、
その複数のパターンの空間像と複数のパターンの空間像
それぞれに応じて設けられた複数の計測領域とを相対移
動させつつ、相対移動の各位置において、複数の計測領
域それぞれに到達した光の光量を同時に検出する（ステ
ップ１１２〜１１５）。引き続き、この計測結果に基づ
いて、空間像と所定の計測領域との位置関係の変化によ
る、所定の計測領域に到達した光の光量の変化を示す波
形を求め、求められた波形に基づいて、空間像の位置情
報を求める（ステップ１１６）。こうして求められた空
間像の位置情報に基づいて、被検光学系の光学特性を求
める（ステップ１１７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学特性測定方
法、光学特性測定装置、及び露光装置に係り、より詳し
くは、被検光学系の光学特性を測定する光学特性測定方
法及び光学特性測定装置、並びに該光学特性測定装置を
備える露光装置、さらに前記光学特性測定方法によって
光学特性が測定された光学系、並びに前記露光装置を用
いて製造された半導体素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレ
チクル（以下、「マスク」と総称する）に形成されたパ
ターン（以下、「レチクルパターン」とも呼ぶ）を投影
光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラ
スプレート等の基板（以下、適宜「基板」と総称する）
上に転写する露光装置が用いられている。こうした露光
装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の露光
装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ等の走査露光
型の露光装置が主として用いられている。

【０００３】かかる露光装置においては、レチクルに形
成されたパターンを基板に、高い解像力で、忠実に投影
する必要がある。このため、投影光学系は、諸収差が十
分に抑制された良好な光学特性を有するように設計され
ている。

【０００４】しかし、完全に設計どおりに投影光学系を
製造することは困難であり、実際に製造された投影光学
系には様々な要因に起因する諸収差が残存してしまう。
このため、実際に製造された投影光学系の光学特性は、
設計上の光学特性とは異なるものとなってしまう。

【０００５】特に、露光装置の投影光学系では、歪曲収
差が発生すると、微細加工パターンの形状が歪んだり位
置ずれを生じてしまい、精度の良い微細パターンの転写
が困難になる。このため、投影光学系の歪曲収差は、数
ｎｍ程度に抑える必要があるとされている。こうした投
影光学系の歪曲収差を調整して抑制するためには、歪曲
収差を高精度で測定することが必須である。

【０００６】かかる歪曲収差の測定にあたり、従来は、
測定用マスクに形成された測定用パターンを、被検光学
系である投影光学系を介して表面にフォトレジストが塗
布された基板に転写し、転写されたパターンの位置情報
を走査型電子顕微鏡等で検出していた。そして、検出さ
れた位置情報に基づいて、投影光学系の歪曲収差が測定
されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の歪曲収
差の測定技術では、フォトレジストが塗布された基板を
露光して測定用パターンを転写するが、位置検出の対象
となる転写されたパターンの基板上の位置は、塗布され
たフォトレジストの厚さや光学特性に依存してしまう。
このため、フォトレジストの塗布工程やフォトレジスト
の種類に依存しない、一貫した歪曲収差の測定は困難で
あった。

【０００８】また、走査型電子顕微鏡等の観察装置によ
る、転写された測定用パターンの観察を行うためには、
通常、露光された基板を現像することが必要であった。
このため、従来の歪曲収差の測定にあたっては、露光
（測定用パターンの転写）、現像、及び観察の３段階の
工程が必要であり、長い測定時間を要していた。

【０００９】更に、転写されたパターンの位置は、波面
のチルトに相当する投影光学系に固有の歪曲収差だけで
は定まらず、投影光学系のコマ収差等の高次非対称収
差、照明条件、パターンサイズ等に影響されてしまう。
投影光学系による像の歪みを評価するには、残存収差に
左右されない投影光学系に固有の歪曲収差を評価する必
要があるが、従来の測定では残存収差に影響された後の
像のずれを測定せざるを得ず、投影光学系の組み立てや
調整にあたって投影光学系に固有の歪曲収差を正確に評
価することができなかった。

【００１０】本発明は、上記の事情のもとでなされたも
のであり、その第１の目的は、被検結像光学系の光学特
性を迅速にかつ精度良く測定することができる光学特性
測定方法及び光学特性測定装置を提供することにある。

【００１１】また、本発明の第２の目的は、所定のパタ
ーンを基板に精度良く転写することができる露光装置を
提供することにある。

【００１２】また、本発明の第３の目的は、光学特性が
精度良く測定された光学系を提供することにある。

【００１３】また、本発明の第４の目的は、微細パター
ンが精度良く形成された半導体素子を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の光学特性
測定方法は、結像倍率β及び開口数ＮＡ_Oの被検光学系
（ＰＬ）の光学特性を測定する光学特性測定方法であっ
て、所定波長λの光を、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・β）の条件を満たす所定方向の幅Ｖを有し、前記所定方向と
交差する方向に延びる複数のパターン（７９Ｘ_k，７９
Ｙ_k）が形成されたマスク（ＲＴ）を照射する照明工程
と；前記複数のパターンを経由した光を、前記被検光学
系を介させることにより、前記複数のパターンの空間像
（７９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’）を形成する空間像形成工程
と；前記複数のパターンそれぞれに応じて前記空間像の
形成面に設けられた複数の計測領域（７４Ｘ_k，７４
Ｙ_k）と前記空間像との位置関係が前記空間像の形成面
における前記所定方向の共役方向に沿って変化するよう
に、前記マスクと前記複数の計測領域との位置関係を変
化させつつ、前記複数の計測領域それぞれに到達した光
の光量を同時に検出する光検出工程と；前記複数の計測
領域と前記空間像との位置関係の変化に伴う前記複数の
計測領域それぞれに到達した光の光量変化に基づいて、
前記複数のパターンそれぞれの空間像ごとに前記共役方
向に関する位置情報を算出する位置情報算出工程と；前
記算出された位置情報を用いて、前記被検光学系の光学
特性を算出する光学特性算出工程と；を含む光学特性測
定方法である。

【００１５】これによれば、所定波長λの光を、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・β）の条件を満たす所定方向の幅Ｖを有し、前記所定方向と
交差する方向に延びる複数のパターンが形成されたマス
クを照射する。そして、空間像形成工程において、複数
のパターンを経由した光を、前記被検光学系を介させる
ことにより、前記複数のパターンの空間像を形成する。
こうした空間像の形成では、マスクに形成されたパター
ンを介した光の回折が低減されるため、瞳面において、
進行方向に直交する方向に沿った広がりがある程度低減
された光によってパターンの空間像が形成される。この
結果、空間像の形成位置における非対称収差の影響を低
減することが可能となる。

【００１６】引き続き、光検出工程において、複数のパ
ターンそれぞれに応じて空間像の形成面に設けられた複
数の計測領域と空間像との位置関係が空間像の形成面に
おける所定方向の共役方向に沿って変化するように、マ
スクと複数の計測領域との位置関係を変化させつつ、複
数の計測領域それぞれに到達した光の光量を同時に検出
する。この結果、被検光学系によって結像された複数の
パターンの空間像の形成面における当該複数のパターン
それぞれの空間像に関する共役方向の光強度分布に関す
る情報が一挙に検出される。

【００１７】そして、位置情報算出工程において、複数
の計測領域と空間像との位置関係の変化に伴う複数の計
測領域それぞれに到達した光の光量変化に基づいて、複
数のパターンそれぞれの空間像ごとに共役方向に関する
位置情報が算出された後、光学特性算出工程において、
算出された位置情報を用いて、被検光学系の光学特性が
算出される。したがって、被検光学系の非対称収差の影
響を低減して精度良く、かつ、迅速に被検光学系の対称
収差等の光学特性を測定することができる。

【００１８】本発明の第１の光学特性測定方法では、前
記照明工程において、前記被検光学系の照明コヒーレン
スファクタが０．６よりも大きな照明条件で、前記所定
波長の光を前記マスクに照射することができる。

【００１９】本発明の第２の光学特性測定方法は、被検
光学系（ＰＬ）の光学特性を測定する光学特性測定方法
であって、所定波長の光を、所定方向と交差する方向に
延びる複数のパターン（７９Ｘ_k，７９Ｙ_k）が形成され
たマスク（ＲＴ）に照射する照明工程と；前記マスクを
介した光を前記被検光学系に入射させ、前記複数のパタ
ーンの空間像（７９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’）を形成する空間
像形成工程と；前記複数のパターンそれぞれに応じて前
記空間像の形成面に設けられた複数の計測領域（７６Ｘ
_k，７６Ｙ_k）と前記空間像との位置関係が前記空間像の
形成面における前記所定方向の共役方向に沿って変化す
るように、前記マスクと前記複数の計測領域との位置関
係を変化させつつ、前記複数の計測領域に到達した光を
リレー光学系によりリレーし、リレーされた光の光量を
検出する光検出工程と；前記複数の計測領域と前記空間
像との位置関係の変化に伴う前記複数の計測領域それぞ
れに到達した光の光量変化に基づいて、前記複数のパタ
ーンそれぞれの空間像ごとに前記共役方向に関する位置
情報を算出する位置情報算出工程と；前記算出された位
置情報を用いて、前記被検光学系の光学特性を算出する
光学特性算出工程と；を含む光学特性測定方法である。

【００２０】これによれば、照明工程において、所定波
長の光を、所定方向と交差する方向に延びる複数のパタ
ーンが形成されたマスクに照射し、空間像形成工程にお
いて、マスクを介した光を被検光学系に入射させ、複数
のパターンの空間像を形成する。

【００２１】引き続き、光検出工程において、複数のパ
ターンそれぞれに応じて空間像の形成面に設けられた複
数の計測領域と空間像との位置関係が空間像の形成面に
おける前記所定方向の共役方向に沿って変化するよう
に、前記マスクと前記複数の計測領域との位置関係を変
化させつつ、前記複数の計測領域に到達した光をリレー
光学系によりリレーし、リレーされた光の光量を検出す
る。この結果、空間像の形成面との一致度、すなわち高
い平面度が要求される計測領域の設定のために、例え
ば、高い平面度の達成が容易な開口板等を使用すること
ができる。そして、計測領域に到達した光をリレー光学
系によりリレーし、リレーされた光の光量を検出するこ
とにより、精度良く、被検光学系によって結像された複
数のパターンの空間像の形成面における当該複数のパタ
ーンそれぞれの空間像に関する共役方向の光強度分布に
関する情報が一挙に検出される。

【００２２】そして、位置情報算出工程において、複数
の計測領域と前記空間像との位置関係の変化に伴う前記
複数の計測領域それぞれに到達した光の光量変化に基づ
いて、前記複数のパターンそれぞれの空間像ごとに前記
共役方向に関する位置情報を算出された後、光学特性算
出工程において、算出された位置情報を用いて、前記被
検光学系の光学特性が算出される。したがって、精度良
く、かつ、迅速に被検光学系の光学特性を測定すること
ができる。

【００２３】本発明の第２の光学特性測定方法では、前
記被検光学系の結像倍率をβとし、開口数をＮＡ₀と
し、前記所定波長をλとしたとき、前記パターンの所定
方向の幅Ｖは、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・β）の条件を満たすこととすることができる。

【００２４】ここで、前記照明工程において、前記被検
光学系の照明コヒーレンスファクタが０．６よりも大き
な照明条件で、前記所定波長の光を前記マスクに照射す
ることができる。

【００２５】また、本発明の第２の光学特性測定方法で
は、前記被検光学系の開口数をＮＡ _O、前記リレー光学
系の開口数をＮＡ_R、前記所定波長をλ、前記共役方向
に関する前記計測領域の幅をＷとしたとき、ＮＡ_R＝任意（Ｗ≦0.5×λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.5 （0.5×λ／ＮＡ_O≦Ｗ≦２×
λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.8 （Ｗ≧２×λ／ＮＡ_O）で表わされる３つの条件のいずれかを満たすこととする
ことができる。

【００２６】また、本発明の第２の光学特性測定方法で
は、前記被検光学系の開口数をＮＡ _O、前記リレー光学
系の開口数をＮＡ_R、前記所定波長をλ、前記被検光学
系の照明コヒーレンスファクタをσ、前記共役方向に関
する前記計測領域の幅をＷとしたとき、ＮＡ_R＝任意，σ＝任意（Ｗ≦0.5×λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.5，σ＞0.6 （0.5×λ／ＮＡ_O≦Ｗ≦
２×λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.8，σ＞0.6 （Ｗ≧２×λ／ＮＡ_O）で表わされる３つの条件のいずれかを満たすこととする
ことができる。

【００２７】ここで、前記被検光学系の結像倍率をβ、
前記所定方向に関する前記パターンの幅をＶとしたと
き、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・β）の条件を更に満たすこととすることができる。

【００２８】本発明の光学特性測定方法では、前記計測
領域の前記共役方向の幅を前記パターンの空間像の前記
共役方向に関する幅以下とし、前記位置算出工程におい
て、前記複数の計測領域それぞれに到達した光の光量変
化を反映した波形ごとに重心位置を求めることにより、
前記複数のパターンそれぞれの空間像ごとに位置情報を
算出することとすることができる。

【００２９】また、本発明の第１及び第２の光学特性測
定方法（以下、「本発明の光学特性測定方法」という）で
は、前記計測領域の前記共役方向に関する幅を前記パタ
ーンの空間像の前記共役方向に関する幅より大きくし、
前記位置算出工程において、前記複数の計測領域それぞ
れに到達した光の光量変化の微分波形を反映した波形ご
とに重心位置を求めることにより、前記複数のパターン
それぞれの空間像ごとに位置情報を算出することとする
ことができる。

【００３０】また、本発明の光学特性測定方法では、前
記光学特性を歪曲収差とすることができる。

【００３１】ここで、前記光学特性算出工程で求められ
た前記被検光学系の歪曲収差を、予め測定された前記被
検光学系の非対称収差情報に基づいて補正する光学特性
補正演算工程を更に含むこととすることができる。

【００３２】本発明の第１の光学特性測定装置は、結像
倍率β及び開口数ＮＡ_Oの被検光学系（ＰＬ）の光学特
性を測定する光学特性測定装置であって、所定波長λの
光を、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・β）の条件を満たす所定方向の幅Ｖを有し、前記所定方向と
交差する方向に延びる複数のパターン（７９Ｘ_k，７９
Ｙ_k）が形成されたマスク（ＲＴ）に照射する照明系
（１０）と；前記マスクに形成された複数のパターンを
経由した光が前記被検光学系を介することにより形成さ
れる前記複数のパターンの空間像（７９Ｘ_k’，７９
Ｙ_k’）の形成面上において、前記複数のパターンそれ
ぞれに応じて設けられた複数の計測領域（７４Ｘ_k，７
４Ｙ_k）それぞれに到達した光の光量を同時に計測する
光計測装置（７０）と；前記複数の計測領域と前記空間
像との位置関係が前記空間像の形成面における前記所定
方向の共役方向に沿って変化するように、前記マスクと
前記複数の計測領域との位置関係を変化させる駆動装置
（２４）と；前記複数の計測領域と前記パターンの空間
像との位置関係の変化に伴う前記複数の計測領域それぞ
れに到達した光の光量変化に基づいて、前記複数のパタ
ーンそれぞれの空間像ごとに前記共役方向に関する位置
情報を算出する位置情報算出装置（３２）と；前記算出
された位置情報を用いて、前記被検光学系の光学特性を
算出する光学特性算出装置（３３）と；を備える光学特
性測定装置である。

【００３３】これによれば、照明系が、所定波長λの光
を、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・β）の条件を満たす所定方向の幅Ｖを有し、前記所定方向と
交差する方向に延びる複数のパターンが形成されたマス
クを照射する。引き続き、駆動装置によって、複数のパ
ターンそれぞれに応じて空間像の形成面に設けられた複
数の計測領域と空間像との位置関係が空間像の形成面に
おける所定方向の共役方向に沿って変化するように、マ
スクと複数の計測領域との位置関係を変化させつつ、光
検出装置が、複数の計測領域それぞれに到達した光の光
量を同時に検出する。

【００３４】そして、位置情報算出装置が、複数の計測
領域と前記空間像との位置関係の変化に伴う前記複数の
計測領域それぞれに到達した光の光量変化に基づいて、
前記複数のパターンそれぞれの空間像ごとに前記共役方
向に関する位置情報を算出した後、光学特性算出装置
が、算出された位置情報を用いて、前記被検光学系の光
学特性を算出する。

【００３５】すなわち、本発明の第１の光学特性測定装
置は、本発明の第１の光学特性測定方法を使用して、被
検光学系の光学特性を測定することができる。したがっ
て、被検光学系の非対称収差の影響を低減して精度良
く、かつ、迅速に被検光学系の対称収差等の光学特性を
測定することができる。

【００３６】本発明の第１の光学特性測定装置では、前
記照明系が、前記被検光学系の照明コヒーレンスファク
タが０．６よりも大きくなる照明条件で、前記所定波長
の光を前記マスクに照明する構成とすることができる。

【００３７】本発明の第２の光学特性測定装置は、被検
光学系（ＰＬ）の光学特性を測定する光学特性測定装置
であって、所定波長の光を、所定方向と交差する方向に
延びる複数のパターン（７９Ｘ_k，７９Ｙ_k）が形成され
たマスク（ＲＴ）に照射する照明系（１０）と；前記複
数のパターンを経由した光が前記被検光学系を介するこ
とにより形成される前記複数のパターンの空間像（７９
Ｘ_k’，７９Ｙ_k’）の形成面に配置され、前記複数のパ
ターンそれぞれに応じて設けられた複数の計測領域（７
６Ｘ_k，７６Ｙ_k）に到達した光を選択する光選択部材
（７５）と；前記光選択部材によって選択された光をリ
レーするリレー光学系（７７）と；前記リレー光学系に
よってリレーされた光の光量を前記複数の計測領域ごと
に同時に検出する光検出装置（７８）と；前記複数の計
測領域と前記空間像との位置関係が前記空間像の形成面
における前記所定方向の共役方向に沿って変化するよう
に、前記マスクと前記光選択部材との位置関係を変化さ
せる駆動装置（２４）と；前記複数の計測領域と前記パ
ターンの空間像との位置関係の変化に伴う前記計測領域
に到達した光の光量変化に基づいて、前記複数のパター
ンそれぞれの空間像ごとに前記共役方向に関する位置情
報を算出する位置情報算出装置（３２）と；前記算出さ
れた位置情報を用いて、前記被検光学系の光学特性を算
出する光学特性算出装置（３３）と；を備える光学特性
測定装置である。

【００３８】これによれば、照明系が、所定波長の光
を、所定方向と交差する方向に延びる複数のパターンが
形成されたマスクに照射する。引き続き、駆動装置によ
って、複数のパターンそれぞれに応じて空間像の形成面
に設けられた複数の計測領域と空間像との位置関係が空
間像の形成面における所定方向の共役方向に沿って変化
するように、マスクと複数の計測領域が形成された光選
択部材との位置関係を変化させる。そして、光選択部材
によって選択された光をリレー光学系によりリレーした
後、光検出装置が、複数の計測領域それぞれに到達した
光の光量を同時に計測する。

【００３９】次に、位置情報算出装置が、複数の計測領
域と前記空間像との位置関係の変化に伴う前記複数の計
測領域それぞれに到達した光の光量変化に基づいて、前
記複数のパターンそれぞれの空間像ごとに前記共役方向
に関する位置情報を算出した後、光学特性算出装置が、
算出された位置情報を用いて、前記被検光学系の光学特
性を算出する。

【００４０】すなわち、本発明の第２の光学特性測定装
置は、本発明の第２の光学特性測定方法を使用して、被
検光学系の光学特性を測定することができる。したがっ
て、精度良く、かつ、迅速に被検光学系の対称収差等の
光学特性を測定することができる。

【００４１】本発明の第２の光学特性測定装置では、前
記被検光学系の結像倍率をβとし、開口数をＮＡ₀と
し、前記所定波長をλとしたとき、前記パターンの所定
方向の幅Ｖは、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・β）の条件を満たす構成とすることができる。

【００４２】ここで、前記照明系が、前記被検光学系の
照明コヒーレンスファクタが０．６よりも大きくなる照
明条件で、前記所定波長の光を前記測定用マスクに照射
する構成とすることができる。

【００４３】また、本発明の第２の光学特性測定装置で
は、前記被検光学系の開口数をＮＡ _O、前記リレー光学
系の開口数をＮＡ_R、前記所定波長をλ、前記共役方向
に関する前記計測領域の幅をＷとしたとき、ＮＡ_R＝任意（Ｗ≦0.5×λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.5 （0.5×λ／ＮＡ_O≦Ｗ≦２×
λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.8 （Ｗ≧２×λ／ＮＡ_O）で表わされる３つの条件のいずれかを満たす構成とする
ことができる。

【００４４】また、本発明の第２の光学特性測定装置で
は、前記被検光学系の開口数をＮＡ _O、前記リレー光学
系の開口数をＮＡ_R、前記所定波長をλ、前記被検光学
系の照明コヒーレンスファクタをσ、前記所定方向の前
記被検光学系についての共役方向に関する前記計測領域
の幅をＷとしたとき、ＮＡ_R＝任意，σ＝任意（Ｗ≦0.5×λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.5，σ＞0.6 （0.5×λ／ＮＡ_O≦Ｗ≦
２×λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.8，σ＞0.6 （Ｗ≧２×λ／ＮＡ_O）で表わされる３つの条件のいずれかを満たす構成とする
ことができる。

【００４５】ここで、前記被検光学系の結像倍率をＭ、
前記所定方向に関する前記パターンの幅をＶとしたと
き、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・Ｍ）の条件を更に満たす構成とすることができる。

【００４６】本発明の第１及び第２の光学特性測定装置
（以下、「本発明の光学特性測定装置」という）では、前
記光学特性を歪曲収差とすることができる。

【００４７】ここで、前記光学特性算出装置によって求
められた前記被検光学系の歪曲収差を、予め測定された
前記被検光学系の非対称収差情報に基づいて補正する光
学特性補正演算装置（３４）を更に備える構成とするこ
とができる。

【００４８】本発明の露光装置は、露光光を基板（Ｗ
Ｈ）に照射することにより、所定のパターンを前記基板
に転写する露光装置であって、露光光の光路上に配置さ
れた投影光学系（ＰＬ）と；前記投影光学系を被検結像
光学系とする本発明の光学特性測定装置と；を備える露
光装置である。

【００４９】本発明の光学系は、本発明の光学特性測定
方法を用いて光学特性が測定された光学系である。

【００５０】本発明の光学系は、本発明の光学特性測定
装置によって光学特性が測定された光学系である。

【００５１】本発明の光学特性調整方法は、光学系（Ｐ
Ｌ）の光学特性を調整する光学特性調整方法であって、
前記光学系の光学特性を、本発明の光学特性測定方法を
用いて測定する光学特性測定工程と；前記光学特性測定
工程における測定結果に基づいて、前記光学系の光学特
性を調整する光学特性調整工程と；を含む光学特性調整
方法である。

【００５２】本発明の半導体素子は、本発明の露光装置
を用いて製造された半導体素子である。

【００５３】

【発明の実施の形態】《第１の実施形態》以下、本発明
の第１の実施形態を、図１〜図１５を参照して説明す
る。

【００５４】図１には、本発明の第１の実施形態に係る
露光装置１００の概略構成が示されている。この露光装
置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露
光装置である。この露光装置１００は、照明系１０、レ
チクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、被検光学
系としての投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハＷＨが
搭載されるウエハステージＷＳＴ、アライメント系Ａ
Ｓ、歪曲収差測定用の光計測装置７０、レチクルステー
ジＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制
御するステージ制御系１９、並びに装置全体を統括制御
する主制御系２０等を備えている。

【００５５】前記照明系１０は、光源、フライアイレン
ズ等を含む照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤ
フィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイックミ
ラー等（いずれも不図示）を含んで構成されている。こ
うした照明系の構成は、例えば、特開平１０−１１２４
３３号公報に開示されている。この照明系１０では、回
路パターン等が描かれたレチクルＲ上のレチクルブライ
ンドで規定されたスリット状の照明領域部分を照明光Ｉ
Ｌによりほぼ均一な照度で照明する。なお、主制御系２
０からの照明制御指示データＬＣＤに応じて、照明コヒ
ーレンスファクタ（以下、「照明σ」という）等の照明
系１０による照明の条件を変更することができるように
なっている。

【００５６】前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチク
ルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチク
ルステージＲＳＴは、ここでは、２次元リニアアクチュ
エータから成る不図示のレチクルステージ駆動部によっ
て、レチクルＲの位置決めのため、照明系１０の光軸
（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直な
ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査
方向（ここではＹ方向とする）に指定された走査速度で
駆動可能となっている。さらに、本実施形態では上記２
次元リニアアクチュエータはＺ駆動用アクチュエータも
含んでいるため、Ｚ方向にも微小駆動可能となってい
る。

【００５７】レチクルステージＲＳＴのステージ移動面
内の位置はレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干
渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、例
えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レ
チクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置
情報（又は速度情報）ＲＰＶはステージ制御系１９を介
して主制御系２０に送られ、主制御系２０は、この位置
情報（又は速度情報）ＲＰＶに基づき、ステージ制御系
１９及びレチクルステージ駆動部（図示省略）を介して
レチクルステージＲＳＴを駆動する。

【００５８】前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージ
ＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの
方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとして
は、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、共通
のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する不図示の複数のレンズエ
レメントから構成されている。また、この投影光学系Ｐ
Ｌとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／
６などのものが使用されている。このため、上述のよう
にして、照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ上の照
明領域が照明されると、そのレチクルＲに形成されたパ
ターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小され
た像（部分倒立像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布
されたウエハＷＨ上のスリット状の露光領域に投影され
転写される。

【００５９】なお、本実施形態では、上記の複数のレン
ズエレメントのうち、特定のレンズエレメント（例え
ば、所定の５つのレンズエレメント）がそれぞれ独立に
移動可能となっている。かかるレンズエレメントの移動
は、特定レンズエレメントを支持するレンズ支持部材を
支持し、鏡筒部と連結する、特定レンズごとに設けられ
た３個のピエゾ素子等の駆動素子によって行われるよう
になっている。すなわち、特定レンズエレメントを、そ
れぞれ独立に、各駆動素子の変位量に応じて光軸ＡＸに
沿って平行移動させることもできるし、光軸ＡＸと垂直
な平面に対して所望の傾斜を与えることもできるように
なっている。そして、これらの駆動素子に与えられる駆
動指示信号が、主制御系２０からの指令ＭＣＤが供給さ
れる結像特性補正コントローラ６５によって制御され、
これによって各駆動素子の変位量が制御されるようにな
っている。

【００６０】こうして構成された投影光学系ＰＬでは、
主制御系２０による結像特性補正コントローラ６５を介
したレンズエレメントの移動制御により、ディストーシ
ョン、像面湾曲、非点収差、コマ収差、又は球面収差等
の光学特性が調整可能となっている。

【００６１】前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系
ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置さ
れ、このウエハステージＷＳＴ上には、ウエハホルダ２
５が載置されている。このウエハホルダ２５上にウエハ
ＷＨが例えば真空吸着等によって固定されている。ウエ
ハホルダ２５は不図示の駆動部により、投影光学系ＰＬ
の光軸直交面に対し、任意方向に傾斜可能で、かつ投影
光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）にも微動可能に構
成されている。また、このウエハホルダ２５は光軸ＡＸ
回りの微小回転動作も可能になっている。

【００６２】ウエハステージＷＳＴは走査方向（Ｙ方
向）の移動のみならず、ウエハＷＨ上の複数のショット
領域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させること
ができるように、走査方向に垂直な方向（Ｘ方向）にも
移動可能に構成されており、ウエハＷＨ上の各ショット
領域を走査（スキャン）露光する動作と、次のショット
の露光開始位置まで移動する動作とを繰り返すステップ
・アンド・スキャン動作を行う。このウエハステージＷ
ＳＴはモータ等を含む駆動装置としてのウエハステージ
駆動部２４によりＸＹ２次元方向に駆動される。

【００６３】ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位
置はウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」とい
う）１８によって、移動鏡１７を介して、例えば０．５
〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハス
テージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）ＷＰＶはステ
ージ制御系１９を介して主制御系２０に送られ、主制御
系２０は、この位置情報（又は速度情報）ＷＰＶに基づ
き、ステージ制御系１９及びウエハステージ駆動部２４
を介してウエハステージＷＳＴの駆動制御を行う。

【００６４】前記アライメント系ＡＳは、投影光学系Ｐ
Ｌの側面に配置され、本実施形態では、ウエハＷＨ上に
形成されたストリートラインや位置検出用マーク（ファ
インアライメントマーク）を観測する結像アライメント
センサから成るオフ・アクシス方式の顕微鏡が用いられ
ている。このアライメント系ＡＳの詳細な構成は、例え
ば特開平９−２１９３５４号公報に開示されている。ア
ライメント系ＡＳによる観測結果は、主制御系２０に供
給される。

【００６５】更に、図１の装置には、ウエハＷＨ表面の
露光領域内部及びその近傍の領域のＺ方向（光軸ＡＸ方
向）の位置を検出するための斜入射方式のフォーカス検
出系（焦点検出系）の一つである、多点フォーカス位置
検出系（２１，２２）が設けられている。この多点フォ
ーカス位置検出系（２１，２２）は、光ファイバ束、集
光レンズ、パターン形成板、レンズ、ミラー、及び照射
対物レンズ（いずれも不図示）から成る照射光学系２１
と、集光対物レンズ、回転方向振動板、結像レンズ、受
光用スリット板、及び多数のフォトセンサを有する受光
器（いずれも不図示）から成る受光光学系２２とから構
成されている。この多点フォーカス位置検出系（２１，
２２）の詳細な構成等については、例えば特開平６−２
８３４０３号公報に開示されている。多点フォーカス位
置検出系（２１，２２）による検出結果は、ステージ制
御系１９に供給される。

【００６６】前記光計測装置７０は、図２に示されるよ
うに、ウエハステージＷＳＴに設けられた載置台７１
と、該載置台７１の上面に載置され、その上面（後述す
る受光面）が投影光学系ＰＬによるレチクルＲに形成さ
れたパターンの結像面（以下、単に「像面」と呼ぶ）の
Ｚ位置とされた光検出部７２とを備えている。

【００６７】この光検出部７２は、図３に示されるよう
に、計測領域としてのＹ軸方向を長手方向とする矩形状
の受光面７４Ｘ_k（ｋ＝１，２，…，Ｋ）を有する光検
出器７３Ｘ_kと、やはり計測領域としてのＸ軸方向を長
手方向とする矩形状の受光面７４Ｙ_kを有する光検出器
７３Ｙ_kとから成る光検出器対７３_kが、Ｘ方向ピッチＰ
Ｔ及びＹ方向ピッチＰＴでマトリクス状に配置されてい
る。ここで、受光面７４Ｘ_kは、Ｘ方向幅Ｗ及びＹ方向
幅ＬＭ（＞Ｗ）を有する矩形状をしており、また、受光
面７４Ｙ_kは、Ｘ方向幅ＬＭ及びＹ方向幅Ｗを有する矩
形状をしている。なお、光検出器対の配列はマトリクス
状に限られるものではなく、他の態様の配列であっても
よい。また、図３では、Ｋ＝２５の例が示されている
が、Ｋの値として他の値を採用することができるのは勿
論である。

【００６８】受光面７４Ｘ_k，７４Ｙ_kは、上記の像面と
平行かつ同一のＺ位置となっている。受光面７４Ｘ_k，
７４Ｙ_kそれぞれに到達した光の光量は、光検出器７３
Ｘ_k，７３Ｙ_kよって検出され、その検出結果は、検出結
果データＩＭＤ１として主制御系２０に供給される。

【００６９】前記主制御系２０は、図４に示されるよう
に、主制御装置３０と記憶装置４０とを備えている。

【００７０】前記主制御装置３０は、（ａ）レチクルＲ
の位置情報（速度情報）ＲＰＶ及びウエハＷＨの位置情
報（速度情報）ＷＰＶに基づいて、ステージ制御系１９
にステージ制御データＳＣＤを供給する等して露光装置
１００の動作全体を制御する制御装置３９と、（ｂ）光
計測装置７０から供給された光検出結果データを収集す
るデータ収集装置３１と、（ｃ）データ収集装置３１に
よって収集されたデータに基づいて、後述する測定用パ
ターンの位置情報を算出する位置情報算出装置３２と、
（ｄ）位置情報算出装置３２によって算出された位置情
報に基づいて、投影光学系ＰＬの第１次歪曲収差測定値
を算出する光学特性算出装置３３とを備えている。ま
た、主制御装置３０は、（ｅ）予め測定された投影光学
系ＰＬの非対称収差情報を用いて第１次歪曲収差測定値
を補正して第２次歪曲収差測定値を算出する光学特性補
正演算装置３４を更に備えている。

【００７１】前記記憶装置４０は、収集データ格納領域
４１、位置情報格納領域４２、第１次測定値格納領域４
３、非対称収差情報格納領域４４、及び第２次測定値格
納領域４５を有している。

【００７２】なお、図３においては、データの流れが実
線矢印で示され、制御の流れが点線矢印で示されてい
る。また、主制御装置３０の各装置の作用は後述する。

【００７３】本実施形態では、主制御装置３０を上記の
ように、各種の装置を組み合わせて構成したが、主制御
系２０を計算機システムとして構成し、主制御装置３０
を構成する上記の各装置の後述する機能を主制御系２０
に内蔵されたプログラムによって実現することも可能で
ある。

【００７４】以下、本実施形態の露光装置１００による
露光動作を、図５に示されるフローチャートに沿って、
適宜他の図面を参照しながら説明する。

【００７５】なお、以下の動作の前提として、投影光学
系ＰＬの各次数の非対称収差Ｗ_n（ｎ：非対称収差の次
数）と、非対称収差Ｗ_nそれぞれが投影光学系ＰＬの歪
曲収差の測定結果に及ぼす影響を表す係数Ａ_nとは既に
求められており、非対称収差情報格納領域４４に格納さ
れているものとする。すなわち、投影光学系ＰＬの歪曲
収差の第１次測定値Ｄ１が求められたとすると、真の歪
曲収差Ｄ０を次の（１）式により算出するための準備は
整っているものとする。

【００７６】

【数１】

【００７７】図５に示される処理では、まず、サブルー
チン１０１において、投影光学系ＰＬの歪曲収差が測定
される。この歪曲収差の測定では、図６に示されるよう
に、まず、ステップ１１１において、不図示のレチクル
ローダにより、図７に示される歪曲収差測定用の測定用
レチクルＲＴがレチクルステージＲＳＴにロードされる
とともに、照明σの設定が行われる。測定用レチクルＲ
Ｔには、図７に示されるように、Ｙ軸方向を長手方向と
する矩形状の開口パターン７９Ｘ_k（ｋ＝１，２，…，
Ｋ）と、Ｘ軸方向を長手方向とする矩形状の開口パター
ン７９Ｙ_kとから成る開口パターン対７９_kが、Ｘ方向ピ
ッチ（ＰＴ／β）及びＹ方向ピッチ（ＰＴ／β）でマト
リクス状に配置されている。ここで、開口パターン７９
Ｘ_kは、Ｘ方向幅Ｖ及びＹ方向幅Ｌ（＞Ｖ）を有する矩
形状をしており、また、開口パターン７９Ｙ_kは、Ｘ方
向幅Ｌ及びＹ方向幅Ｖを有する矩形状をしている。な
お、本実施形態では、投影光学系ＰＬの歪曲収差の測定
にあたり、投影光学系ＰＬによって結像された開口パタ
ーン７９Ｘ_kの空間像のＸ位置情報が検出され、また、
投影光学系ＰＬによって結像された開口パターン７９Ｙ
_kの空間像のＹ位置情報が検出される。

【００７８】すなわち、本実施形態では、開口パターン
対７９_kの個々に対応するように、上述の光検出器対７
３_kが配置されている。なお、開口パターン対７９_kを構
成する開口パターン７９Ｘ_kのＸ方向幅Ｖ（開口パター
ン７９Ｙ_kのＹ方向幅Ｖ）と、光検出器対７３_kを構成す
る光検出器７３Ｘ_kのＸ方向幅Ｗ（光検出器７３Ｙ_kのＹ
方向幅Ｗ）との間では、次の（２）式で示される関係が
成り立っている。

【００７９】Ｗ≦β・Ｖ …（２）

【００８０】ここで、開口パターン７９Ｘ_kのＸ方向幅
Ｖ（開口パターン７９Ｙ_kのＹ方向幅Ｖ）の設定につい
て説明する。

【００８１】まず、図８（Ａ）に示されるように、Ｘ方
向幅が非常に狭いパターンが形成された測定用レチクル
ＲＴＡを使用して、投影光学系ＰＬによるこのパターン
の空間像のＸ位置を計測することを考える。ここで、投
影光学系ＰＬの歪曲収差は０であり、コマ収差のみが存
在する場合を想定する。

【００８２】この場合に、測定用レチクルＲＴＡに照明
光ＩＬを照射すると、Ｘ方向幅が非常に狭いパターンを
通過した光は、回折により±Ｘ方向に大きく広がる。こ
の結果、測定用レチクルＲＴＡを透過した光は瞳面ＰＬ
Ｐの全面を通過することになる。上述のように、投影光
学系ＰＬの歪曲収差は０であり、コマ収差のみが存在す
ると想定していることから、瞳面ＰＬＰにおける波面Ｗ
Ｆは、図８（Ａ）に示されるようになる。なお、図８
（Ａ）において、波面ＷＦは、コマ収差をＺｅｒｎｉｋ
ｅの波面収差で表したものである。

【００８３】一般に、投影光学系ＰＬによって結像され
たパターン像の位置ずれは波面収差の傾きを、瞳面ＰＬ
Ｐにおける光束が透過する領域にわたって積分した結果
に比例する。したがって、図８（Ａ）に示されるような
Ｘ方向幅が非常に狭いパターンの場合には、パターン像
のＸ方向に関する位置ずれは、瞳面ＰＬＰのＸ方向の全
範囲にわたって波面ＷＦの傾きを積分した結果に比例す
ることになる。しかし、この積分結果は０とはならず、
有限な値を有することになる。

【００８４】このことは、投影光学系ＰＬが歪曲収差を
有していなくとも、そのコマ収差により像の位置がずれ
てしまう事を示している。すなわち、非常に狭い幅のパ
ターンを使用し、パターン像の位置ずれに基づいて投影
光学系ＰＬの歪曲収差を測定しようとすると、必然的に
コマ収差の寄与による誤差を伴うことになる。したがっ
て、パターン像の位置ずれに基づいて投影光学系ＰＬの
歪曲収差を正確に測定しようとすると、コマ収差等の歪
曲収差以外の非対称収差を０とすることが必要となる
が、現実的には、これらの非対称収差を完全に除去する
ことは不可能である。

【００８５】次に、図８（Ｂ）に示されるように、Ｘ方
向幅が広いパターンが形成された測定用レチクルＲＴＢ
を使用して、投影光学系ＰＬによるこのパターンの空間
像のＸ位置を計測することを考える。ここでも、図８
（Ａ）の場合と同様に、投影光学系ＰＬの歪曲収差は０
であり、コマ収差のみが存在する場合を想定する。

【００８６】この場合に、測定用レチクルＲＴＢに照明
光ＩＬを照射すると、Ｘ方向幅が広いパターンを通過し
た光は、回折の影響をあまり受けない。この結果、測定
用レチクルＲＴＢを透過した光は瞳面ＰＬＰの特定の領
域を通過することになる。この特定の領域の大きさは、
一般に照明σの値によって定まるものである。

【００８７】図８（Ｂ）の場合にも、投影光学系ＰＬの
歪曲収差は０であり、コマ収差のみが存在すると想定し
ていることから、瞳面ＰＬＰにおける波面ＷＦは、図８
（Ｂ）に示されるように、図８（Ａ）の場合と同様のも
のとなる。

【００８８】したがって、図８（Ｂ）に示されるような
Ｘ方向幅が広いパターンの場合には、パターン像のＸ方
向に関する位置ずれは、瞳面ＰＬＰの前記特定領域の全
域にわたって波面ＷＦの傾きを積分した結果に比例する
ことになるが、照明σの値を調整して、瞳面ＰＬＰ上に
おいて光束が通過する特定領域の大きさを調整すること
により、積分結果を０に又は非常に小さくすることがで
きる。

【００８９】すなわち、測定用レチクルに形成された開
口パターンの投影光学系ＰＬによる空間像の所定方向に
関する位置ずれから投影光学系ＰＬの歪曲収差を測定す
る場合には、測定用レチクルの開口パターンの空間像位
置ずれを計測する方向に対する共役方向に関する開口パ
ターンの幅を、その開口パターンの透過光が回折の影響
をあまり受けない程度に広くすることが好ましい。

【００９０】かかる観点から、本発明者は、開口パター
ン７９Ｘ_k，７９Ｙ_kの幅Ｖ（図７参照）を変化させなが
ら、開口パターン像の位置ずれ（開口パターン像の中心
位置の位置ずれ）に大きく寄与する可能性の高い３次コ
マ収差及び５次コマ収差それぞれを投影光学系ＰＬが有
する場合において、開口パターン像の位置ずれが照明σ
の変化によってどのように変化するかをシミュレーショ
ンにより求めた。なお、照明光の波長λ＝２４８ｎｍ、
投影光学系ＰＬの開口数ＮＡ₀＝０．７５、３次コマ収
差の大きさ＝０．０１λｒｍｓ、５次コマ収差の大きさ
＝０．０１λｒｍｓ、及び投影光学系ＰＬの結像倍率β
＝１／４として、シミュレーションを行った。このシミ
ュレーション結果が図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示され
ている。ここで、図９（Ａ）には投影光学系ＰＬが３次
コマ収差を有する場合のシミュレーション結果が示さ
れ、また、図９（Ｂ）には投影光学系ＰＬが５次コマ収
差を有する場合のシミュレーション結果が示されてい
る。

【００９１】図９（Ａ）に示されるように、パターン幅
Ｖが０．８μｍ程度以上であれば、照明σの値を調整す
ることにより、３次コマ収差による位置ずれを０とする
ことができる。また、図９（Ｂ）に示されるように、パ
ターン幅Ｖが２．０μｍ程度以上であれば、照明σの値
を調整することにより、５次コマ収差による位置ずれを
０とすることができる。この結果、パターン幅Ｖが２．
０μｍ程度以上であれば、照明σの値を調整することに
より、３次及び５次コマ収差を０とすることができる可
能性があることが分かる。

【００９２】本発明者は、パターン幅Ｖの変化の刻みを
小さく設定して、３次及び５次のコマ収差を０とするこ
とができる可能性があるパターン幅Ｖの範囲を調べると
ともに、更に他の非対称収差による位置ずれについても
小さくすることができるパターン幅Ｖの範囲を調べた。
この結果、パターン幅Ｖが、Ｖ＞λ／（ＮＡ₀・β） …（３）の条件を満たす場合には、歪曲収差以外の非対称収差に
よる開口パターン像の位置ずれを小さくできる可能性が
あることが見出された。

【００９３】この結果を反映して、本実施形態では、開
口パターン７９Ｘ_k，７９Ｙ_kの幅Ｖを（３）式の条件を
満たす値に設定している。

【００９４】次に、歪曲収差測定時における照明σの設
定について説明する。一般に、歪曲収差以外の複数の非
対称収差それぞれによる開口パターン像の位置ずれを同
時に０とすることはできない。このため、歪曲収差測定
時における照明σは、歪曲収差以外の複数の非対称収差
のいずれについても開口パターン像の位置ずれを同時に
ある程度以下に小さくできる範囲の値とすることが望ま
しい。そこで、本発明者は、上記のシミュレーション結
果を用いて、非対称収差の種類ごとに、照明σの変化に
よる開口パターン像の位置ずれの変化を、上記の（３）
式を満たすパターン幅Ｖの各値について調査した。この
調査結果の代表的な結果が、図１０に示されている。す
なわち、図１０には、パターン幅Ｖ＝∞のとき、３次コ
マ収差の大きさ＝０．０１λｒｍｓ、５次コマ収差の大
きさ＝０．０１λｒｍｓ、及び７次コマ収差の大きさ＝
０．０１λｒｍｓが存在する場合における、照明σの変
化による開口パターン像の位置ずれの変化が示されてい
る。

【００９５】図１０に代表的に示されるように、照明σ
の値が０．６よりも大きければ、各非対称収差による開
口パターン像の位置ずれを抑制することができる。そこ
で、本実施形態では、歪曲収差測定時においては、 σ＞０．６ …（４）の条件を満たすように設定することとしている。かかる
照明σの設定は、主制御系２０が、照明系１０に照明制
御指示データＬＣＤを供給することにより行われる。

【００９６】図６に戻り、次に、ステップ１１２におい
て、ウエハステージＷＳＴをパターン７９Ｘ_kの空間像
７９Ｘ_k’（図１１参照）のＸ方向に関する位置測定の
ための初期位置（以下、「Ｘ初期位置」という）に移動
する。ウエハステージＷＳＴがＸ初期位置に移動する
と、光検出部７２の上面、すなわちパターン７９Ｘ_k，
７９Ｙ_kの空間像の形成面において、図１１に示される
ような受光面７４Ｘ_k，７４Ｙ_kと、パターン７９Ｘ_k，
７９Ｙ_kの空間像７９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’との位置関係と
なる。すなわち、受光面７４Ｘ_k，７４Ｙ_kと、空間像７
９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’とが、受光面７４Ｘ_k全体が空間像
７９Ｘ_k’の−Ｘ方向における外側に位置するととも
に、受光面７４Ｙ_k全体が空間像７９Ｙ_k’の＋Ｙ方向に
おける外側に位置する位置関係とされる。また、受光面
７４Ｘ_kが＋Ｘ方向に移動したとしても、受光面７４Ｙ_k
が空間像７９Ｘ_k’と交差することがないとともに、受
光面７４Ｙ_kが−Ｙ方向に移動したととしても、受光面
７４Ｘ_kが空間像７９Ｙ_k’に交差することがない位置関
係とされる。

【００９７】かかるウエハステージＷＳＴの移動は、主
制御系２０が、ウエハ干渉計１８が検出したウエハステ
ージＷＳＴの位置情報（速度情報）に基づいて、ステー
ジ制御系１９を介してウエハステージ駆動部２４を制御
することにより行われる。この際、主制御系２０は、多
点フォーカス位置検出系（２１，２２）の検出結果に基
づいて、光検出部７２の上面すなわち受光面７４Ｘ_k，
７４Ｙ_kを、空間像７９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’の形成面と一
致させるべく、ウエハステージ駆動部２４を介してウエ
ハステージＷＳＴをＺ軸方向に微少駆動する。

【００９８】引き続き、主制御系２０が照明系１０に照
明制御指示データＬＣＤを供給し、（４）式の条件を満
たす照明条件で、レチクルＲを照明させる。

【００９９】図６に戻り、次いで、ステップ１１３にお
いて、主制御系２０がステージ制御系１９を介してウエ
ハステージ駆動部２４を制御して、上記のＸ初期位置か
ら＋Ｘ方向へウエハステージＷＳＴを移動させる。すな
わち、受光面７４Ｘ_kが、図１２（Ａ）に示される初期
位置から、図１２（Ｂ）に示される、受光面７４Ｘ_kが
対応する空間像７９Ｘ_k’と一部又は全部重なる位置を
経由した後、図１２（Ｃ）に示される、受光面７４Ｘ_k
の全部が対応する空間像７９Ｘ_k’の＋Ｘ方向の外側と
なる位置位置まで、ウエハステージＷＳＴひいては光計
測装置７０を移動させる。そして、このウエハステージ
ＷＳＴの移動中に、各移動位置（例えば、全移動距離の
１／１０２４の移動ごとの位置）における、受光面７４
Ｘ_kに到達した光の光量を光検出器７３Ｘ_kによって検出
し、各移動位置における検出結果を光検出データＩＭＤ
１として、主制御系２０に供給する。

【０１００】主制御系２０では、上述の主制御装置３０
のデータ収集装置３１が、各移動位置ごとに光検出デー
タＩＭＤ１を収集し、主制御装置３０から供給されたウ
エハステージＷＳＴの位置情報ＳＰＤとともに、収集デ
ータ格納領域４１に格納する。そして、主制御系２０
は、主制御系２０が照明系１０に照明制御指示データＬ
ＣＤを供給し、レチクルＲへの照明を終了させる。

【０１０１】図６に戻り、次に、ステップ１１４におい
て、主制御系２０がウエハステージＷＳＴをパターン７
９Ｙ_kの空間像７９Ｙ_k’（図１１参照）のＹ方向に関す
る位置測定のための初期位置（以下、「Ｙ初期位置」と
いう）に移動する。このウエハステージＷＳＴのＹ初期
位置は、本実施形態では、上述のＸ初期位置と一致する
ようになっている。

【０１０２】引き続き、主制御系２０が照明系１０に照
明制御指示データＬＣＤを供給し、（４）式の条件を満
たす照明条件で、レチクルＲを照明させる。

【０１０３】次いで、ステップ１１５において、主制御
系２０がステージ制御系１９を介してウエハステージ駆
動部２４を制御して、上記のＹ初期位置から−Ｙ方向へ
ウエハステージＷＳＴを移動させる。すなわち、受光面
７４Ｙ_kが、図１３（Ａ）に示される初期位置から、図
１３（Ｂ）に示される、受光面７４Ｙ_kが対応する空間
像７９Ｙ_k’と一部又は全部重なる位置を経由した後、
図１３（Ｃ）に示される、受光面７４Ｙ_kの全部が対応
する空間像７９Ｙ_k’の−Ｙ方向の外側となる位置ま
で、ウエハステージＷＳＴを移動させる。そして、この
ウエハステージＷＳＴの移動中に、各移動位置におけ
る、受光面７４Ｙ_kに到達した光の光量を光検出器７３
Ｙ_kによって検出し、各移動位置における検出結果を光
検出データＩＭＤ１として、主制御系２０に供給する。

【０１０４】主制御系２０では、上述の主制御装置３０
のデータ収集装置３１が、各移動位置ごとに光検出デー
タＩＭＤ１を収集し、主制御装置３０から供給されたウ
エハステージＷＳＴの位置情報ＳＰＤとともに、収集デ
ータ格納領域４１に格納する。そして、主制御系２０
は、主制御系２０が照明系１０に照明制御指示データＬ
ＣＤを供給し、レチクルＲへの照明を終了させる。

【０１０５】図６に戻り、次に、ステップ１１６におい
て、位置情報算出装置３２が、収集されたデータに基づ
いて、測定用開口パターン７９Ｘ_kの空間像７９Ｘ_k’の
Ｘ位置Ｘ_k及び測定用開口パターン７９Ｙ_kの空間像７９
Ｙ_k’のＹ位置Ｙ_kを算出する。かかる位置情報の算出に
おいて、位置情報算出装置３２は、まず、収集データ格
納領域４１から、空間像７９Ｘ_k’に関する移動光量計
測の結果と、光検出位置の位置情報とを読み出し、光検
出データの移動位置の変化に応じた変化の波形を求め
る。この波形は、空間像７９Ｘ_k’に由来する光をＹ軸
方向について和をとって得られる波形ＩＸ_k（Ｘ）が図
１４（Ａ）で示されるものであるときには、図１４
（Ｂ）に示される波形ＪＸ_k（Ｘ）となる。この波形Ｊ
Ｘ_k（Ｘ）は、上記の波形ＩＸ_k（Ｘ）が広がった形状を
有しているが、波形ＪＸ_k（Ｘ）の重心位置は、波形Ｉ
Ｘ_k（Ｘ）の重心位置とほぼ一致するものとなってい
る。ここで、波形ＩＸ_k（Ｘ）の重心位置は、周知のよ
うに、空間像７９Ｘ_k’の中心Ｘ位置すなわち空間像７
９Ｘ_k’のＸ位置に関する精度の良い推定値となってい
ることから、位置情報算出装置３６は、波形ＪＸ
_k（Ｘ）の重心位置を算出することにより、空間像７９
Ｘ_k’のＸ位置Ｘ_kを算出する。そして、算出されたＸ位
置Ｘ_kを、位置情報格納領域４２に格納する。

【０１０６】なお、図１４（Ａ）に示されるように、信
号ピークＰＫ１以外に投影光学系ＰＬにおける残存コマ
収差に由来するピーク（以下、「ノイズピーク」とい
う）ＰＫ２が波形ＩＸ_k（Ｘ）に存在するような場合に
は、計測波形ＪＸ_k（Ｘ）にも信号ピークＰＫ１’以外
にノイズピークＰＫ２’が存在することになる。このた
め、単なる波形ＪＸ_k（Ｘ）の重心算出では、算出され
た空間像７９Ｘ_k’のＸ位置にはノイズの影響が直接的
に反映されることになる。

【０１０７】そこで、図１４（Ｃ）に示されるように、
｛ＪＸ_k（Ｘ）｝^P（Ｐ＞１：図１４（Ｃ）ではＰ＝２）
を求めると、信号ピークＰＫ１”に対するノイズピーク
ＰＫ２”の高さを相対的に低減することができる。この
ため、波形｛ＪＸ_k（Ｘ）｝^Pについて重心算出をして、
空間像７９Ｘ_k’のＸ位置を算出することにより、波形
ＪＸ_k（Ｘ）について重心算出して、空間像７９Ｘ_k’の
Ｘ位置を算出したときよりもノイズの影響を低減して、
精度良くＸ位置を算出することができる。なお、ＪＸ_k
（Ｘ）におけるノイズの重畳は、ノイズピークＰＫ２’
付近とは限らず、また、ノイズがピークを有しない場合
もあるが、波形｛ＪＸ_k（Ｘ）｝^Pでは、ノイズの波形へ
の寄与が、波形ＪＸ_k（Ｘ）の場合よりも確実に低減す
るので、ノイズピークの有無にかかわらず、波形｛ＪＸ
_k（Ｘ）｝^Pの重心算出を行うことにより、算出される空
間像７９Ｘ_k’のＸ位置の精度を向上することができ
る。

【０１０８】また、図１５に示されるように、波形ＪＸ
_k（Ｘ）において、ノイズピークＰＫ２’のピーク値よ
りも大きな閾値Ｊ_THを設定し、閾値Ｊ_THよりも値が大き
な領域について重心計算することによっても、単なる波
形ＪＸ_k（Ｘ）の重心算出により空間像７９Ｘ_k’のＸ位
置を算出したときよりもノイズの影響を低減して、精度
良くＸ位置を算出することができる。例えば、残存コマ
収差が０．０５λｒｍｓの場合には、閾値Ｊ_THを信号ピ
ーク値の２０％程度とすればよい。

【０１０９】図６のステップ１１６においては、上記の
空間像７９Ｘ_k’のＸ位置Ｘ_kの算出に引き続き、位置情
報算出装置３２は、収集データ格納領域４１から、空間
像７９Ｙ_k’に関する移動光量計測の結果と、光検出位
置の位置情報とを読み出し、光検出データの移動位置の
変化に応じた変化の波形を求める。そして、Ｘ位置Ｘ _k
の算出の場合と同様にして、求められた波形の重心位置
を検出することにより、空間像７９Ｙ_k’のＹ位置Ｙ_kを
算出する。そして、算出されたＹ位置Ｙ_kを、位置情報
格納領域４２に格納する。

【０１１０】次に、ステップ１１７において、光学特性
算出装置３３が、位置情報格納領域４２から位置情報
（Ｘ_k，Ｙ_k）を読み出して、投影光学系ＰＬの第１次歪
曲収差Ｄを算出する。かかる第１次歪曲収差Ｄの算出
は、歪曲収差が無いときに期待されるＸ位置Ｘ_kの相互
位置関係及びＹ位置Ｙ_kの相互位置関係と、計測された
Ｘ位置Ｘ_kの相互位置関係及びＹ位置Ｙ_kの相互位置関係
との相違に基づいて、周知の方法により算出される。光
学特性算出装置３３は、こうして算出された第１次歪曲
収差Ｄを、第１次測定値格納領域４３に格納する。

【０１１１】引き続き、光学特性補正演算装置３４は、
第１次測定値格納領域４３から第１次歪曲収差Ｄを読み
出するとともに、前述した非対称収差情報格納領域４４
から投影光学系ＰＬの各次数の非対称収差Ｗ_n（ｎ：非
対称収差の次数）と、非対称収差Ｗ_nそれぞれが投影光
学系ＰＬの歪曲収差の測定結果に及ぼす影響を表す係数
Ａ_nとを読み出す。そして、前述した（１）式により、
第１次歪曲収差Ｄを補正して、第２次歪曲収差すなわち
真の歪曲収差Ｄ０を算出する。光学特性補正演算装置３
４は、こうして算出された第２次歪曲収差Ｄ０を、最終
的に測定された歪曲収差として第２次測定値格納領域４
４に格納する。

【０１１２】こうして投影光学系ＰＬの歪曲収差の測定
が終了すると、処理が図５のステップ１０２に移行す
る。

【０１１３】ステップ１０２では、主制御系２０が、第
２次測定値格納領域４４から測定された歪曲収差Ｄ０を
読み出し、投影光学系ＰＬの歪曲収差の測定結果が許容
値以下であるか否かを判定する。この判定が肯定的であ
る場合には、処理がステップ１０４に移行する。一方、
判定が否定的である場合には、処理はステップ１０３に
移行する。この段階では、判定が否定的であり、処理が
ステップ１０３に移行したとして、以下の説明を行う。

【０１１４】ステップ１０３では、主制御系２０が、投
影光学系ＰＬの歪曲収差の測定結果に基づき、現在発生
している歪曲収差を低減させるように、投影光学系ＰＬ
の調整を行う。かかる調整は、制御装置３９が、結像特
性補正コントローラ６５を介してレンズエレメントの移
動制御を行うことや、場合によっては、人手により投影
光学系ＰＬのレンズエレメントのＸＹ平面内での移動や
レンズエレメントの交換を行うことによりなされる。

【０１１５】引き続き、サブルーチン１０１において、
調整された投影光学系ＰＬに関する歪曲収差が上記と同
様にして測定される。以後、ステップ１０２において肯
定的な判断がなされるまで、投影光学系ＰＬの歪曲収差
の調整（ステップ１０３）と、歪曲収差の測定（ステッ
プ１０１）が繰り返される。そして、ステップ１０２に
おいて肯定的な判断がなされると処理は、ステップ１０
４に移行する。

【０１１６】ステップ１０４では、主制御系２０の制御
のもとで、不図示のレチクルアンローダによって測定用
レチクルＲＴがレチクルステージＲＳＴからアンロード
された後、不図示のレチクルローダにより、転写したい
パターンが形成されたレチクルＲがレチクルステージＲ
ＳＴにロードされる。また、不図示のウエハローダによ
り、露光したいウエハＷＨがウエハステージＷＳＴにロ
ードされる。

【０１１７】次に、ステップ１０５において、主制御系
２０の制御のもとで、露光準備用計測が行われる。すな
わち、ウエハステージＷＳＴ上に配置された不図示の基
準マーク板を使用したレチクルアライメントや、更にア
ライメント系ＡＳのベースライン量の測定等の準備作業
が行われる。また、ウエハＷＨに対する露光が第２層目
以降の露光であるときには、既に形成されている回路パ
ターンと重ね合わせ精度良く回路パターンを形成するた
め、アライメント系ＡＳを使用した上述のＥＧＡ計測に
より、ウエハＷＨ上におけるショット領域の配列座標が
高精度で検出される。

【０１１８】次いで、ステップ１０６において、露光が
行われる。この露光動作にあたって、まず、ウエハＷＨ
のＸＹ位置が、ウエハＷＨ上の最初のショット領域の露
光（ファースト・ショット）のための走査開始位置とな
るように、ウエハステージＷＳＴが移動される。ウエハ
干渉計１８からの位置情報（速度情報）等（第２層目以
降の露光の場合には、基準座標系と配列座標系との位置
関係の検出結果、ウエハ干渉計１８からの位置情報（速
度情報）等）に基づき、主制御系２０によりステージ制
御系１９及びウエハステージ駆動部２４等を介して行わ
れる。同時に、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置
となるように、レチクルステージＲＳＴが移動される。
この移動は、主制御系２０によりステージ制御系１９及
び不図示のレチクル駆動部等を介して行われる。

【０１１９】次に、ステージ制御系１９が、主制御系２
０からの指示に応じて、多点フォーカス位置検出系（２
１，２２）によって検出されたウエハのＺ位置情報、レ
チクル干渉計１６によって計測されたレチクルＲのＸＹ
位置情報、ウエハ干渉計１８によって計測されたウエハ
ＷＨのＸＹ位置情報に基づき、不図示のレチクル駆動部
及びウエハステージ駆動部２４を介して、ウエハＷＨの
面位置の調整を行いつつ、レチクルＲとウエハＷＨとを
相対移動させて走査露光を行う。

【０１２０】こうして、最初のショット領域の露光が終
了すると、次のショット領域の露光のための走査開始位
置となるように、ウエハステージＷＳＴが移動されると
ともに、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置となる
ように、レチクルステージＲＳＴが移動される。そし
て、当該ショット領域に関する走査露光が、上述の最初
のショット領域と同様にして行われる。以後、同様にし
て各ショット領域について走査露光が行われ、露光が完
了する。

【０１２１】そして、ステップ１０７において、不図示
のアンローダにより、露光が完了したウエハＷＨがウエ
ハホルダ２５からアンロードされる。こうして、１枚の
ウエハＷＨの露光処理が終了する。

【０１２２】以後のウエハの露光においては、ステップ
１０１〜１０３の投影光学系ＰＬに関する波面収差の測
定及び調整が必要に応じて行われながら、ステップ１０
４〜１０７のウエハ露光作業が行われる。

【０１２３】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、測定用レチクルＲＴに（３）式の条件を満たす幅Ｖ
を有する開口パターン７９Ｘ_k，７９Ｙ_kを形成し、
（４）式の条件を満たす照明σの条件で、測定用レチク
ルＲＴを照明するとともに、投影光学系ＰＬによって結
像された開口パターン７９Ｘ_k，７９Ｙ_kの空間像７９Ｘ
_k’，７９Ｙ_k’それぞれの光強度分布に関する情報を受
光面７４Ｘ_k，７４Ｙ_kを有する光検出器７３Ｘ_k，７３
Ｙ_kによって一挙に求める。そして、求められた空間像
７９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’それぞれの光強度分布に関する情
報から、空間像７９Ｘ _k’，７９Ｙ_k’それぞれの位置情
報を算出した後、算出された位置情報に基づいて、投影
光学系ＰＬの歪曲収差を算出する。したがって、非対称
収差の影響を低減することにより、精度良く歪曲収差を
測定することができるとともに、迅速に歪曲収差を測定
することができる。

【０１２４】また、空間像７９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’それぞ
れの位置情報のみから求められた歪曲収差Ｄを、（１）
式により補正するので、非常に精度良く、投影光学系Ｐ
Ｌの歪曲収差を測定することができる。

【０１２５】また、精度良く求められた投影光学系ＰＬ
の歪曲収差に基づいて、投影光学系ＰＬの収差を調整
し、十分に歪曲収差が低減された投影光学系ＰＬにより
レチクルＲに形成された所定のパターンがウエハＷＨ表
面に投影されるので、所定のパターンをウエハＷＨに精
度良く転写することができる。

【０１２６】なお、本実施形態では、受光面７４Ｘ_k，
７４Ｙ_kの幅Ｗが、開口パターン７９Ｘ_k，７９Ｙ_kの幅
Ｖに対して（２）式の条件を満たすこととしたが、受光
面７４Ｘ_k，７４Ｙ_kの幅Ｗが、Ｗ＞β・Ｖ …（５）の条件を満たすようにすることもできる。さらに、光検
出器対７３_kに代えて、例えば、図１６（Ａ）に示され
るように、（５）式を満たす一辺の長さＷの正方形状の
受光面７４_k’を有する光検出器７３_k’を、開口パター
ン対７９_k（図７参照）それぞれに応じてマトリクス状
に配列した光検出部７２’を、本実施形態の光検出部７
２に代えて使用することもできる。

【０１２７】図１６（Ａ）に示される光検出部７２’を
使用する場合には、本実施形態における図６のステップ
１１２におけるＸ初期位置及びステップ１１４における
Ｙ初期位置を、図１６（Ｂ）に示されるような、受光面
７４_k’と開口パターン像７９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’との位
置関係となるウエハステージＷＳＴの位置とする。すな
わち、Ｘ初期位置において、受光面７４_k’の＋Ｘ方向
側の外縁が開口パターン像７９Ｘ_k’の−Ｘ方向側の外
側に位置するとともに、Ｙ初期位置において、受光面７
４_k’の−Ｙ方向側の外縁が開口パターン像７９Ｘ_k’の
＋Ｙ方向側の外側に位置するようにする。

【０１２８】また、図６のステップ１１３におけるＸ方
向移動計測においては、受光面７４ _k’の＋Ｘ方向側の
外縁が、図１７（Ａ）に示される初期位置から、図１７
（Ｂ）に示される、空間像７９Ｘ_k’の内部となる位置
を経由した後、図１７（Ｃ）に示される、空間像７９Ｘ
_k’の＋Ｘ方向の外側となる位置まで、ウエハステージ
ＷＳＴを移動させる。そして、このウエハステージＷＳ
Ｔの移動中に、各移動位置における、受光面７４_k’に
到達した光の光量を光検出器７３Ｙ_k’によって検出
し、各移動位置における検出結果を光検出データＩＭＤ
１として、主制御系２０に供給する。

【０１２９】また、図６のステップ１１５におけるＹ方
向移動計測においては、受光面７４ _k’の−Ｙ方向側の
外縁が、図１８（Ａ）に示される初期位置から、図１８
（Ｂ）に示される、空間像７９Ｙ_k’の内部となる位置
を経由した後、図１８（Ｃ）に示される、空間像７９Ｙ
_k’の−Ｙ方向の外側となる位置まで、ウエハステージ
ＷＳＴを移動させる。そして、このウエハステージＷＳ
Ｔの移動中に、各移動位置における、受光面７４_k’に
到達した光の光量を光検出器７３Ｙ_k’によって検出
し、各移動位置における検出結果を光検出データＩＭＤ
１として、主制御系２０に供給する。

【０１３０】こうして得られた空間像７９Ｘ_k’に関す
るＸ移動光量計測の結果に応じた波形は、図１９におい
て実線で示される波形ＪＸ_k’（Ｘ）となる。そして、
この波形ＪＸ_k’（Ｘ）の微分波形d（ＪＸ_k’（Ｘ））
／dＸは、図１９において破線で示される空間像７９
Ｘ_k’のＸ方向に関する光強度分布波形ＩＸ_k’（Ｘ）と
一致している。そこで、図６のステップ１１６におい
て、Ｘ移動光量計測により得られた波形ＪＸ_k’（Ｘ）
を微分し、微分波形d（ＪＸ_k’（Ｘ））／dＸの重心位
置を算出することにより、空間像７９Ｘ_k’のＸ位置Ｘ_k
を求める。また、空間像７９Ｙ_k’のＹ位置Ｙ_kを、空間
像７９Ｘ_k’のＸ位置Ｘ_kを同様して求める。これによ
り、上記の実施形態と同等の精度で、空間像７９Ｘ_k’
のＸ位置Ｘ_k及び空間像７９Ｙ_k’のＹ位置Ｙ_kを求める
ことができる。

【０１３１】《第２の実施形態》以下、本発明の第２の
実施形態を説明する。本実施形態の露光装置は第１の実
施形態の露光装置１００と同様の構成を有しており、上
述の図２における光計測装置７０の構成のみが、第１の
実施形態と異なる。かかる相違点に主に着目して、以下
において、本実施形態の説明を行う。なお、本実施形態
の説明にあたって、第１の実施形態と同一又は同等の要
素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【０１３２】本実施形態における光計測装置７０は、図
２０に示されるように、上述した測定用レチクルＲＴに
形成された開口パターン７９Ｘ_k，７９Ｙ_kの空間像７９
Ｘ_k’，７９Ｙ_k’の形成面に配置され、後述する開口が
形成された遮光板７５と、遮光板７５を介した光をリレ
ーするリレー光学系７７と、リレー光学系７７によって
リレーされた光の光量を、経由した遮光板７５の開口ご
とに検出する光検出部７８と、これらを支持する支持部
材８１とを備えている。この光計測装置７０は、図２０
に示されるように、その一部がウエハステージＷＳＴに
埋め込まれており、ウエハステージＷＳＴと一体的に移
動するようになっている。

【０１３３】前記遮光板７５には、図２１に示されるよ
うに、Ｙ軸方向を長手方向とする矩形状の開口７６Ｘ_k
と、Ｘ軸方向を長手方向とする矩形状の開口７６Ｙ_kと
から成る開口対７６_kが、Ｘ方向ピッチＰＴ及びＹ方向
ピッチＰＴでマトリクス状に配置されている。ここで、
開口７６Ｘ_kは、Ｘ方向幅Ｗ及びＹ方向幅ＬＭ（＞Ｗ）
を有する矩形状をしており、また、開口７６Ｙ_kは、Ｘ
方向幅ＬＭ及びＹ方向幅Ｗを有する矩形状をしている。
すなわち、遮光板７５における開口７６Ｘ_k，７６Ｙ_kの
配列は、第１実施形態の光検出部７２における受光面７
４Ｘ_k，７４Ｙ_kの配列と同一となっている。

【０１３４】前記リレー光学系７７は、１枚のレンズで
構成してもよいし、複数のレンズを組み合わせて構成し
てもよい。

【０１３５】ここで、リレー光学系７７の開口数ＮＡ_R
と開口７６Ｘ_k，７６Ｙ_kにおける幅Ｗの設定について説
明する。リレー光学系７７の開口数ＮＡ_Rが小さいと、
遮光板７５を透過した光の一部しか信号光として利用で
きないので、精度の良い空間像７９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’の
位置計測にとっては一般に不利である。一方、リレー光
学系７７の開口数ＮＡ_Rが大きくなると、光計測装置７
０が大型化することになる。

【０１３６】そこで、本発明者は、図６の場合と同様に
投影光学系ＰＬにコマ収差があるとき、後述のようにし
て測定される空間像の位置に関する位置ずれ（以下、単
に「位置ずれ」ともいう）を、信号光として利用できる
光量に関連するリレー光学系７７の開口数ＮＡ_Rと開口
７６Ｘ_k，７６Ｙ_kにおける幅Ｗとの様々な組合せについ
て、測定時において設定可能な照明σを変化させながら
シミュレーションを行った。図２２（Ａ）〜図２２
（Ｃ）には、このシミュレーションにおいて、測定波長
＝１９３ｎｍ、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡ₀＝０．７
５としたときの代表的なシミュレーション結果が示され
ている。すなわち、図２２（Ａ）には、幅Ｗ＝１００ｎ
ｍの場合における、開口数ＮＡ_Rと照明σとの組合せに
よる位置ずれの発生状況が示され、図２２（Ｂ）には、
幅Ｗ＝２００ｎｍの場合における、開口数ＮＡ_Rと照明
σとの組合せによる位置ずれの発生状況が示され、ま
た、図２２（Ｃ）には、幅Ｗ＝５００ｎｍの場合におけ
る、開口数ＮＡ_Rと照明σとの組合せによる位置ずれの
発生状況が示されている。

【０１３７】図２２（Ａ）に示されるように、幅Ｗ＝１
００ｎｍの場合には、開口数ＮＡ_Rの値にかかわらず、
照明σの値を調整することにより、位置ずれを０とする
ことができる。これに対して、図２２（Ｂ）に示される
ように、幅Ｗ＝２００ｎｍの場合には、開口数ＮＡ_R≧
０．５程度であれば、照明σの値を調整することによ
り、位置ずれを０とすることができる。さらに、図２２
（Ｃ）に示されるように、幅Ｗ＝５００ｎｍの場合に
は、開口数ＮＡ_R≧０．６程度であれば、照明σの値を
調整することにより、位置ずれを０とすることができ
る。

【０１３８】以上の図２２（Ａ）〜図２２（Ｃ）を含む
シミュレーション結果から、本発明者は、次の（ｉ）〜
（iii）に示される３つ条件のうちの１つを満たせば、
位置ずれを小さくできることを見出した。（ｉ）ＮＡ_R＝任意（Ｗ≦0.5×λ／Ｎ
Ａ_O）（ii）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.5 （0.5×λ／ＮＡ_O≦Ｗ
≦２×λ／ＮＡ_O）（iii）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.8 （Ｗ≧２×λ／Ｎ
Ａ_O）

【０１３９】さらに、照明σを考慮すると、次の
（ｉ’）〜（iii’）に示される３つ条件のうちの１つ
を満たせば、位置ずれを小さくできることを見出した。 (ｉ')ＮＡ_R＝任意，σ＝任意（Ｗ≦0.5×λ／Ｎ
Ａ_O） (ii')ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.5，σ＞0.6 （0.5×λ／ＮＡ_O
≦Ｗ≦２×λ／ＮＡ_O） (iii')ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.8，σ＞0.6 （Ｗ≧２×λ／Ｎ
Ａ_O）

【０１４０】本実施形態では、上記（ｉ’）〜（ii
i’）のいずれかの条件を満たすとともに、前述の
（３）式の条件も満たす設定としている。

【０１４１】図２０に戻り、前記光検出部７８は、図２
３に示されるように、開口対７６_kごとに、開口７６Ｘ_k
を通過した光を全て受光して、その光量を検出する光検
出器８０Ｘ_kと、開口７６Ｙ_kを通過した光を全て受光し
て、その光量を検出する光検出器８０Ｙ_kとから成る光
検出器対８０_kが、遮光板７５における開口対７６_kの配
列ピッチＰＴと同一のピッチで、光検出器７８の上面に
配置されている。なお、開口７６Ｘ_kを通過した光を全
て受光するため、光検出器８０Ｘ_kの受光面８２Ｘ_kは、
開口７６Ｘ_kよりも一回り大きく設定されている。ま
た、開口７６Ｙ_kを通過した光を全て受光するため、光
検出器８０Ｙ_kの受光面８２Ｙ_kは、開口７６Ｙ_kよりも
一回り大きく設定されている。すなわち、受光面８２Ｘ
_kのＸ方向幅及び受光面８２Ｙ_kのＹ方向幅がＷ’（＞
Ｗ）とされるとともに、受光面８２Ｘ_kのＹ方向幅及び
受光面８２Ｙ_kのＸ方向幅がＬＭ’（＞ＬＭ）とされて
いる。光検出器８０Ｘ_k，８０Ｙ_kによる光検出結果は、
光検出データＩＭＤ１として主制御系２０に供給され
る。

【０１４２】以上のように構成された本実施形態の露光
装置１００では、第１の実施形態の場合と同様にして投
影光学系ＰＬの歪曲収差を測定する。すなわち、開口７
６Ｘ _k，７６Ｙ_kが、第１の実施形態における受光面７４
Ｘ_k，７４Ｙ_kと対応する位置となるように、光計測装置
７２’の位置すなわちウエハステージＷＳＴの位置を制
御して、図６におけるステップ１１２〜１１５における
Ｘ初期位置設定、Ｘ方向移動計測、Ｙ初期位置設定、及
びＹ方向移動計測を行う。そして、第１の実施形態の場
合と同様にして、ステップ１１６，１１７において、パ
ターン像７９Ｘ _k’，７９Ｙ_k’の位置情報を算出し、算
出された位置情報に基づいて、投影光学系ＰＬの歪曲収
差Ｄ０を算出する。

【０１４３】以後、第１の実施形態の場合と同様にし
て、ステップ１０２〜１０７が実行され、１枚のウエハ
ＷＨの露光処理が行われる。

【０１４４】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、空間像７９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’の形成面と一致度、す
なわち高い平面度が要求される計測領域の設定のため
に、高い平面度の達成が容易な遮光板７５を使用し、計
測領域すなわち開口７６Ｘ_k，７６Ｙ_kに到達した光をリ
レー光学系７７によりリレーし、リレーされた光の光量
を計測することにより、空間像７９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’そ
れぞれの光強度分布に関する情報を光検出器８０Ｘ_k，
８０Ｙ_kによって一挙に求める。そして、求められた空
間像７９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’それぞれの光強度分布に関す
る情報から、空間像７９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’それぞれの位
置情報を算出した後、算出された位置情報に基づいて、
投影光学系ＰＬの歪曲収差を算出する。したがって、精
度良く歪曲収差を測定することができるとともに、迅速
に歪曲収差を測定することができる。

【０１４５】また、遮光板７５の開口７６Ｘ_k，７６Ｙ_k
の幅Ｗ、リレー光学系７７の開口数ＮＡ_R、及び照明σ
について、上述の（ｉ’）〜（iii’）に示される３つ
条件のうちの１つを満たす設定としたので、精度良く歪
曲収差を測定することができる。

【０１４６】また、第１の実施形態と同様に、空間像７
９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’それぞれの位置情報のみから求めら
れた歪曲収差Ｄを、（１）式により補正することによ
り、非常に精度良く、投影光学系ＰＬの歪曲収差を測定
することができる。

【０１４７】また、精度良く求められた投影光学系ＰＬ
の歪曲収差に基づいて、投影光学系ＰＬの収差を調整
し、十分に歪曲収差が低減された投影光学系ＰＬにより
レチクルＲに形成された所定のパターンがウエハＷＨ表
面に投影されるので、所定のパターンをウエハＷＨに精
度良く転写することができる。

【０１４８】なお、本実施形態においても、第１の実施
形態の場合と同様にして、遮光板７５の開口７６Ｘ_k，
７６Ｙ_kの幅Ｗが、上述の（５）式の条件を満たすよう
にすることもできる。すなわち、本実施形態では、図３
における受光面７４Ｘ_k，７４Ｙ_kと同様の形状及び配置
で開口７６Ｘ_k，７６Ｙ_kを遮光板７５に形成することと
したが、図１６（Ａ）に示される受光面７４_k’と同様
の形状及び配置の開口を遮光板７５に形成してもよい。
この場合には、光検出部７８における光検出器の受光面
の形状及び配置を、遮光板７５における開口の形状及び
配置に対応させることになる。なお、この場合には、遮
光板７５の開口７６Ｘ_k，７６Ｙ_kの幅Ｗ、リレー光学系
７７の開口数ＮＡ_R、及び照明σについて、上述の（ii
i’）に示される３つ条件を満たすようにすればよい。

【０１４９】また、本実施形態においては、光計測装置
７０を一体的に移動されることにしたが、Ｘ，Ｙ移動計
測にあたっては、遮光板７５のみを移動させる構成とす
ることもできる。

【０１５０】なお、上記の各実施形態では、歪曲収差測
定にあたって、測定用レチクルＲＴは停止させた状態で
光計測装置７０を移動させたが、光計測装置７０を停止
させた状態で測定用レチクルＲＴを移動させる構成とす
ることもできる。さらに、光計測装置７０及び測定用レ
チクルＲＴの双方を移動させる構成とすることもでき
る。

【０１５１】また、上記の各実施形態では、測定用レチ
クルＲＴにおける開口パターンを２５個とし、マトリク
ス状に配置したが、所望の歪曲収差の測定精度に応じ
て、数を増減したり、配置位置を変更してもよい。この
場合には、測定用レチクルＲＴにおける開口パターンの
数や配置位置に応じて、計測領域すなわち第１の実施形
態における受光面７４Ｘ_k，７４Ｙ_kや、第２の実施形態
における開口７６Ｘ_k，７６Ｙ_kの数及び配置位置を決め
ればよい。

【０１５２】また、上記の各実施形態では、測定用レチ
クルＲＴにおける位置情報検出用のパターンを矩形状と
したが、他の形状のパターンとすることも可能である。

【０１５３】また、上記の各実施形態では、光計測装置
７０をウエハステージＷＳＴと一体としたが、光計測装
置７０をウエハステージＷＳＴに対して着脱可能な構成
とすることもできる。

【０１５４】また、上記の各実施形態では、走査型露光
装置の場合を説明したが、本発明は、投影光学系を備え
る露光装置であれば、ステップ・アンド・リピート機、
ステップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・ス
ティッチング機を問わず適用することができる。

【０１５５】また、上記の各実施形態では、露光装置に
おける投影光学系の歪曲収差測定に本発明を適用した
が、露光装置に限らず、他の種類の装置における結像光
学系の歪曲収差の測定にも本発明を適用することができ
る。

【０１５６】さらに、光学系の歪曲収差測定以外であっ
ても、例えば反射鏡の形状等の様々な光学系の光学特性
の測定にも本発明を適用することができる。

【０１５７】《デバイスの製造》次に、上記の各実施形
態の露光装置を使用したデバイスの製造について説明す
る。

【０１５８】図２４には、本実施形態におけるデバイス
（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の生産のフロ
ーチャートが示されている。図２４に示されるように、
まず、ステップ２０１（設計ステップ）において、デバ
イスの機能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計
等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を
行う。引き続き、ステップ２０２（マスク製作ステッ
プ）において、設計した回路パターンを形成したマスク
を製作する。一方、ステップ２０３（ウエハ製造ステッ
プ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造
する。

【０１５９】次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステッ
プ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成す
る。次いで、ステップ２０５（デバイス組立ステップ）
において、ステップ２０４において処理されたウエハを
用いてチップ化する。このステップ２０５には、アッセ
ンブリ工程（ダイシング、ボンディング）パッケージン
グ工程（チップ封入）等の工程が含まれる。

【０１６０】最後に、ステップ２０６（検査ステップ）
において、ステップ２０５で作製されたデバイスの動作
確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工
程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

【０１６１】図２５には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されてい
る。図２５において、ステップ２１１（酸化ステップ）
においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２
（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形
成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）において
はウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２
１４（イオン打込みステップ）においてはウエハにイオ
ンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４
それぞれは、ウエハプロセスの各段階の前処理工程を構
成しており、各段階において必要な処理に応じて選択さ
れて実行される。

【０１６２】ウエハプロセスの各段階において、前処理
工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行
される。この後処理工程では、まず、ステップ２１５
（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を
塗布し、引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）に
おいて、上記で説明した実施形態の露光装置及び露光方
法によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光す
る。次に、ステップ２１７（現像ステップ）においては
露光されたウエハを現像し、引き続き、ステップ２１８
（エッチングステップ）において、レジストが残存して
いる部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り
去る。そして、ステップ２１９（レジスト除去ステッ
プ）において、エッチングが済んで不要となったレジス
トを取り除く。

【０１６３】これらの前処理工程と後処理工程とを繰り
返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。

【０１６４】以上のようにして、精度良く微細なパター
ンが形成されたデバイスが製造される。

【０１６５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
光学特性測定方法によれば、被検光学系の光学特性を迅
速かつ精度良く測定することができる。

【０１６６】また、本発明の光学特性測定装置によれ
ば、本発明の光学特性測定方法を使用して被検光学系の
光学特特性を測定するので、被検光学系の光学特特性を
迅速かつ精度良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る露光装置の概略的な構成
を示す図である。

【図２】図１の光計測装置の構成を示す図である。

【図３】図２の光検出部の構成を示す図である。

【図４】図１の主制御系の構成を示すブロック図であ
る。

【図５】図１の装置による露光動作における処理を説明
するためのフローチャートである。

【図６】図５の歪曲収差測定サブルーチンにおける処理
を説明するためのフローチャートである。

【図７】測定用レチクルに形成された測定用パターンの
例を示す図である。

【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、図７の測定用パ
ターンの幅による非対称収差の影響の相違を説明するた
めの図である。

【図９】図９（Ａ）は、測定用パターンの幅と照明σと
の組合せごとに、３次コマ収差による位置ずれ量を示す
図であり、図９（Ｂ）は、測定用パターンの幅と照明σ
との組合せごとに、５次コマ収差による位置ずれ量を示
す図である。

【図１０】照明σごとに、３次、５次、及び７次コマ収
差による位置ずれ量を示す図である。

【図１１】移動光量計測の初期位置における空間像と受
光面（計測領域）との位置関係を説明するための図であ
る。

【図１２】図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、第１実施形
態における、Ｘ方向に関する移動光量計測による空間像
と受光面（計測領域）との位置関係の推移を説明するた
めの図である。

【図１３】図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）は、第１実施形
態における、Ｙ方向に関する移動光量計測による空間像
と受光面（計測領域）との位置関係の推移を説明するた
めの図である。

【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、第１の実施
形態における移動光量計測によって得られる波形を説明
するための図である。

【図１５】閾値処理を説明するための図である。

【図１６】図１６（Ａ）は、光検出部の変形例の構成を
示す図であり、図１６（Ｂ）は、変形例による移動光量
計測の初期位置における空間像と受光面（計測領域）と
の位置関係を説明するための図である。

【図１７】図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）は、変形例にお
ける、Ｘ方向に関する移動光量計測による空間像と受光
面（計測領域）との位置関係の推移を説明するための図
である。

【図１８】図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）は、変形例にお
ける、Ｙ方向に関する移動光量計測による空間像と受光
面（計測領域）との位置関係の推移を説明するための図
である。

【図１９】変形例における移動光量計測によって得られ
る波形を説明するための図である。

【図２０】第２の実施形態における光計測装置の構成を
示す図である。

【図２１】図２０の遮光板の構成を示す図である。

【図２２】図２２（Ａ）〜図２２（Ｃ）は、遮光板の開
口の幅、リレー光学系の開口数、及び照明σの組合せご
とに、コマ収差による位置ずれ量を示す図である。

【図２３】図２０の光検出部の構成を示す図である。

【図２４】各実施形態の露光装置を用いたデバイス製造
方法を説明するためのフローチャートである。

【図２５】図２４のウエハ処理ステップにおける処理の
フローチャートである。

【符号の説明】

１０…照明系、２４…ウエハステージ駆動部（駆動装
置）、３２…位置情報算出装置、３３…光学特性算出装
置、３４…光学特性補正演算装置、７２，７２’…光検
出部（光検出装置）、７４Ｘ_k，７４Ｙ_k…受光面（計測
領域）、７５…遮光板（光選択部材）、７６Ｘ_k，７６
Ｙ_k…開口（計測領域）、７７…リレー光学系、７８…
光検出部（光検出装置）、７９Ｘ_k，７９Ｙ_k…開口パタ
ーン（パターン）、７９Ｘ_k’，７９Ｙ_k’…空間像、Ｐ
Ｌ…投影光学系（被検光学系、光学系）、ＲＴ…測定用
レチクル（マスク）、ＷＨ…ウエハ（基板）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結像倍率β及び開口数ＮＡ_Oの被検光学
系の光学特性を測定する光学特性測定方法であって、所定波長λの光を、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・β）の条件を満たす所定方向の幅Ｖを有し、前記所定方向と
交差する方向に延びる複数のパターンが形成されたマス
クを照射する照明工程と；前記複数のパターンを経由し
た光を、前記被検光学系を介させることにより、前記複
数のパターンの空間像を形成する空間像形成工程と；前
記複数のパターンそれぞれに応じて前記空間像の形成面
に設けられた複数の計測領域と前記空間像との位置関係
が前記空間像の形成面における前記所定方向の共役方向
に沿って変化するように、前記マスクと前記複数の計測
領域との位置関係を変化させつつ、前記複数の計測領域
それぞれに到達した光の光量を同時に検出する光検出工
程と；前記複数の計測領域と前記空間像との位置関係の
変化に伴う前記複数の計測領域それぞれに到達した光の
光量変化に基づいて、前記複数のパターンそれぞれの空
間像ごとに前記共役方向に関する位置情報を算出する位
置情報算出工程と；前記算出された位置情報を用いて、
前記被検光学系の光学特性を算出する光学特性算出工程
と；を含む光学特性測定方法。
【請求項２】前記照明工程では、前記被検光学系の照
明コヒーレンスファクタが０．６よりも大きな照明条件
で、前記所定波長の光を前記マスクに照射することを特
徴とする請求項１に記載の光学特性測定方法。
【請求項３】被検光学系の光学特性を測定する光学特
性測定方法であって、所定波長の光を、所定方向と交差する方向に延びる複数
のパターンが形成されたマスクに照射する照明工程と；
前記マスクを介した光を前記被検光学系に入射させ、前
記複数のパターンの空間像を形成する空間像形成工程
と；前記複数のパターンそれぞれに応じて前記空間像の
形成面に設けられた複数の計測領域と前記空間像との位
置関係が前記空間像の形成面における前記所定方向の共
役方向に沿って変化するように、前記マスクと前記複数
の計測領域との位置関係を変化させつつ、前記複数の計
測領域に到達した光をリレー光学系によりリレーし、リ
レーされた光の光量を検出する光検出工程と；前記複数
の計測領域と前記空間像との位置関係の変化に伴う前記
複数の計測領域それぞれに到達した光の光量変化に基づ
いて、前記複数のパターンそれぞれの空間像ごとに前記
共役方向に関する位置情報を算出する位置情報算出工程
と；前記算出された位置情報を用いて、前記被検光学系
の光学特性を算出する光学特性算出工程と；を含む光学
特性測定方法。
【請求項４】前記被検光学系の結像倍率をβとし、開
口数をＮＡ₀とし、前記所定波長をλとしたとき、前記
パターンの所定方向の幅Ｖは、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・β）の条件を満たすことを特徴とする請求項３に記載の光学
特性測定方法。
【請求項５】前記照明工程では、前記被検光学系の照
明コヒーレンスファクタが０．６よりも大きくなる照明
条件で、前記所定波長の光を前記マスクに照射すること
を特徴とする請求項４に記載の光学特性測定方法。
【請求項６】前記被検光学系の開口数をＮＡ_O、前記
リレー光学系の開口数をＮＡ_R、前記所定波長をλ、前
記共役方向に関する前記計測領域の幅をＷとしたとき、ＮＡ_R＝任意（Ｗ≦0.5×λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.5 （0.5×λ／ＮＡ_O≦Ｗ≦２×
λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.8 （Ｗ≧２×λ／ＮＡ_O）で表わされる３つの条件のいずれかを満たすことを特徴
とする請求項３又は４に記載の光学特性測定方法。
【請求項７】前記被検光学系の開口数をＮＡ_O、前記
リレー光学系の開口数をＮＡ_R、前記所定波長をλ、前
記被検光学系の照明コヒーレンスファクタをσ、前記共
役方向に関する前記計測領域の幅をＷとしたとき、ＮＡ_R＝任意，σ＝任意（Ｗ≦0.5×λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.5，σ＞0.6 （0.5×λ／ＮＡ_O≦Ｗ≦
２×λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.8，σ＞0.6 （Ｗ≧２×λ／ＮＡ_O）で表わされる３つの条件のいずれかを満たすことを特徴
とする請求項３に記載の光学特性測定方法。
【請求項８】前記被検光学系の結像倍率をβ、前記所
定方向に関する前記パターンの幅をＶとしたとき、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・β）の条件を更に満たすことを特徴とする請求項７に記載の
光学特性測定方法。
【請求項９】前記計測領域の前記共役方向の幅は、前
記パターンの空間像の前記共役方向に関する幅以下であ
り、前記位置算出工程では、前記複数の計測領域それぞれに
到達した光の光量変化を反映した波形ごとに重心位置を
求めることにより、前記複数のパターンそれぞれの空間
像ごとに位置情報を算出することを特徴とする請求項１
〜８のいずれか一項に記載の光学特性測定方法。
【請求項１０】前記計測領域の前記共役方向に関する
幅は、前記パターンの空間像の前記共役方向に関する幅
より大きく、前記位置算出工程では、前記複数の計測領域それぞれに
到達した光の光量変化の微分波形を反映した波形ごとに
重心位置を求めることにより、前記複数のパターンそれ
ぞれの空間像ごとに位置情報を算出することを特徴とす
る請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学特性測定方
法。
【請求項１１】前記光学特性は、歪曲収差であること
を特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光
学特性測定方法。
【請求項１２】前記光学特性算出工程で求められた前
記被検光学系の歪曲収差を、予め測定された前記被検光
学系の非対称収差情報に基づいて補正する光学特性補正
演算工程を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載
の光学特性測定方法。
【請求項１３】結像倍率β及び開口数ＮＡ_Oの被検光
学系の光学特性を測定する光学特性測定装置であって、所定波長λの光を、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・β）の条件を満たす所定方向の幅Ｖを有し、前記所定方向と
交差する方向に延びる複数のパターンが形成されたマス
クに照射する照明系と；前記マスクに形成された複数の
パターンを経由した光が前記被検光学系を介することに
より形成される前記複数のパターンの空間像の形成面上
において、前記複数のパターンそれぞれに応じて設けら
れた複数の計測領域それぞれに到達した光の光量を同時
に検出する光検出装置と；前記複数の計測領域と前記空
間像との位置関係が前記空間像の形成面における前記所
定方向の共役方向に沿って変化するように、前記マスク
と前記複数の計測領域との位置関係を変化させる駆動装
置と；前記複数の計測領域と前記パターンの空間像との
位置関係の変化に伴う前記複数の計測領域それぞれに到
達した光の光量変化に基づいて、前記複数のパターンそ
れぞれの空間像ごとに前記共役方向に関する位置情報を
算出する位置情報算出装置と；前記算出された位置情報
を用いて、前記被検光学系の光学特性を算出する光学特
性算出装置と；を備える光学特性測定装置。
【請求項１４】前記照明系は、前記被検光学系の照明
コヒーレンスファクタが０．６よりも大きくなる照明条
件で、前記所定波長の光を前記マスクに照明することを
特徴とする請求項１３に記載の光学特性測定装置。
【請求項１５】被検光学系の光学特性を測定する光学
特性測定装置であって、所定波長の光を、所定方向と交差する方向に延びる複数
のパターンが形成されたマスクに照射する照明系と；前
記複数のパターンを経由した光が前記被検光学系を介す
ることにより形成される前記複数のパターンの空間像の
形成面に配置され、前記複数のパターンそれぞれに応じ
て設けられた複数の計測領域に到達した光を選択する光
選択部材と；前記光選択部材によって選択された光をリ
レーするリレー光学系と；前記リレー光学系によってリ
レーされた光の光量を前記複数の計測領域ごとに同時に
検出する光検出装置と；前記複数の計測領域と前記空間
像との位置関係が前記空間像の形成面における前記所定
方向の共役方向に沿って変化するように、前記マスクと
前記光選択部材との位置関係を変化させる駆動装置と；
前記複数の計測領域と前記パターンの空間像との位置関
係の変化に伴う前記計測領域に到達した光の光量変化に
基づいて、前記複数のパターンそれぞれの空間像ごとに
前記共役方向に関する位置情報を算出する位置情報算出
装置と；前記算出された位置情報を用いて、前記被検光
学系の光学特性を算出する光学特性算出装置と；を備え
る光学特性測定装置。
【請求項１６】前記被検光学系の結像倍率をβとし、
開口数をＮＡ₀とし、前記所定波長をλとしたとき、前
記パターンの所定方向の幅Ｖは、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・β）の条件を満たすことを特徴とする請求項１５に記載の光
学特性測定装置。
【請求項１７】前記照明系は、前記被検光学系の照明
コヒーレンスファクタが０．６よりも大きくなる照明条
件で、前記所定波長の光を前記測定用マスクに照射する
ことを特徴とする請求項１６に記載の光学特性測定装
置。
【請求項１８】前記被検光学系の開口数をＮＡ_O、前
記リレー光学系の開口数をＮＡ_R、前記所定波長をλ、
前記共役方向に関する前記計測領域の幅をＷとしたと
き、ＮＡ_R＝任意（Ｗ≦0.5×λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.5 （0.5×λ／ＮＡ_O≦Ｗ≦２×
λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.8 （Ｗ≧２×λ／ＮＡ_O）で表わされる３つの条件のいずれかを満たすことを特徴
とする請求項１５又は１６に記載の光学特性測定装置。
【請求項１９】前記被検光学系の開口数をＮＡ_O、前
記リレー光学系の開口数をＮＡ_R、前記所定波長をλ、
前記被検光学系の照明コヒーレンスファクタをσ、前記
所定方向の前記被検光学系についての共役方向に関する
前記計測領域の幅をＷとしたとき、ＮＡ_R＝任意，σ＝任意（Ｗ≦0.5×λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.5，σ＞0.6 （0.5×λ／ＮＡ_O≦Ｗ≦
２×λ／ＮＡ_O）ＮＡ_R≧ＮＡ_O×0.8，σ＞0.6 （Ｗ≧２×λ／ＮＡ_O）で表わされる３つの条件のいずれかを満たすことを特徴
とする請求項１５に記載の光学特性測定装置。
【請求項２０】前記被検光学系の結像倍率をβ、前記
所定方向に関する前記パターンの幅をＶとしたとき、Ｖ＞λ／（ＮＡ_O・β）の条件を更に満たすことを特徴とする請求項１９に記載
の光学特性測定装置。
【請求項２１】前記光学特性は、歪曲収差であること
を特徴とする請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の
光学特性測定装置。
【請求項２２】前記光学特性算出装置によって求めら
れた前記被検光学系の歪曲収差を、予め測定された前記
被検光学系の非対称収差情報に基づいて補正する光学特
性補正演算装置を更に備えることを特徴とする請求項２
１に記載の光学特性測定装置。
【請求項２３】露光光を基板に照射することにより、
所定のパターンを前記基板に転写する露光装置であっ
て、露光光の光路上に配置された投影光学系と；前記投影光
学系を被検光学系とする請求項１３〜２２のいずれか一
項に記載の光学特性測定装置と；を備える露光装置。
【請求項２４】請求項１〜１２のいずれか一項に記載
の光学特性測定方法を用いて光学特性が測定された光学
系。
【請求項２５】請求項１３〜２２のいずれか一項に記
載の光学特性測定装置によって光学特性が測定された光
学系。
【請求項２６】光学系の光学特性を調整する光学特性
調整方法であって、前記光学系の光学特性を、請求項１〜１２のいずれか一
項に記載の光学特性測定方法を用いて測定する光学特性
測定工程と；前記光学特性測定工程における測定結果に
基づいて、前記光学系の光学特性を調整する光学特性調
整工程と；を含む光学特性調整方法。
【請求項２７】請求項２３に記載の露光装置を用いて
製造された半導体素子。