JP2000258300A - 投影光学系の結像特性計測装置及び計測方法並びに露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影光学系の残存収差を含む結像特性を正確
に計測することができる投影光学系の結像特性計測装置
及びそれを備えた露光装置を提供する。 【解決手段】 投影光学系２２の物体面に、透過する照
明光の位相を変化させる位相シフト部が設けられたテス
トパターンＰＡ１〜ＰＡ４を有する位相シフトレチクル
Ｒｐｓを、照明光学系１１からの照明光の光軸に対して
ほぼ直交するように配置する。テストパターンＰＡ１〜
ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像を、照明光がそれを通過す
る際に発生する±１次光の二光束干渉により投影光学系
２２の像面上に結像させる。そのパターンＰＡ１〜ＰＡ
４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像を空間像検出部２８により検出
し、その検出結果に基づいて投影光学系２２の結像特性
を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばマスク上に
形成された回路パターン等を感光性材料の塗布された基
板上に投影するための投影光学系の結像特性を計測する
結像特性計測装置及びその計測方法に関するものであ
る。また、前記結像特性計測装置を備え、例えば半導体
素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子等のマ
イクロデバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラ
フィ工程で使用される露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の露光装置に装備される投影光学
系は、非常に高い光学精度及び解像度が要求される。こ
のような投影光学系に、球面収差、コマ収差、非点収
差、像面湾曲等の諸収差が残存していると、マスク上の
回路パターンを基板上に正確に露光することが困難にな
る。そこで、前記投影光学系に残存する前記諸収差を含
む投影光学系の結像特性を計測するための結像特性計測
装置が知られている。そして、その結像特性計測装置に
より計測された結像特性に基づいて、前記投影光学系の
結像特性が調整されるようになっている。以下、前記投
影光学系が、マスクとしてのレチクル上に形成された回
路パターンを、基板としてのウエハ上に投影するもので
ある場合を例にとって説明する。

【０００３】従来、この種の結像特性計測装置では、図
８（ａ）に示すように、開口絞り４１及びコンデンサレ
ンズ４２を含む照明光学系からの照明光により、マスク
としての通常レチクルＲ’上に形成された収差計測用の
パターンを上方から照明する。この場合、前記収差測定
用のパターンとしては、遮光部と透光部とが所定の間隔
で繰り返し配列された通常のライン・アンド・スペース
（Ｌ／Ｓ）パターンが用いられている。このＬ／Ｓパタ
ーンが前記照明光により照明されると、前記Ｌ／Ｓパタ
ーンの下面から回折光が出射される。そして、投影光学
系４３を介して、前記回折光のうち、０次光と±１次光
との三光束を干渉させ、感光材料の塗布されたウエハＷ
上に前記Ｌ／Ｓパターンの像を結像させて、転写するよ
うになっている。ついで、前記ウエハＷ上に転写された
前記Ｌ／Ｓパターンの像を現像し、その現像されたパタ
ーンの像の線幅、位置等を、走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）により測定している。これにより、前記のような投
影光学系４３の諸収差を計測するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際の露光
に使用されるレチクルＲ上に形成されるパターンは、そ
の形状、線幅が１枚のレチクルＲ内においてもまちまち
であることが多い。また、前記のようにレチクルＲ’が
通常レチクルである場合には、そのレチクルＲ’に形成
されたパターンから発生する回折光のうち、０次光と±
１次光との三光束を干渉させることにより、前記パター
ンの像が結像される。

【０００５】ここで、例えば前記レチクルＲ内に配列周
期の異なる種々のパターンが形成されている場合、前記
照明光での照明により発生する回折光のうちで±１次光
の回折角は、パターンの配列周期毎に異なったものとな
る。図８（ａ）〜（ｃ）及び図９（ａ）〜（ｃ）に示す
ように、配列周期の異なった前記Ｌ／Ｓパターンでは、
それぞれ回折角が異なるため、投影光学系４３内におけ
る±１次光の通過位置が異なってくる。なお、図８
（ａ）及び図９（ａ）は、前記パターンの配列周期が比
較的大きなものを、図８（ｂ）及び図９（ｂ）は、前記
パターンの配列周期が中位のものを、図８（ｃ）及び図
９（ｃ）は、前記パターンの配列周期が比較的小さなも
のを、それぞれ示している。

【０００６】ここで、投影光学系４３に、例えば球面収
差が存在しないと想定した場合には、図８（ａ）〜
（ｃ）に示すように、投影光学系４３における±１次光
の通過位置が異なっていても、各パターンの像の±１次
光の干渉位置が変化することはない。これに対して、投
影光学系４３に、例えば球面収差が残存する場合には、
図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、投影光学系４３の光
軸の近傍位置を通過する±１次光と、光軸から離れた位
置を通過する±１次光との間で、前記干渉位置が光軸方
向に異なってくる。このように、投影光学系４３に球面
収差等の諸収差が残存する場合には、回折角の異なる前
記各±１次光では、それぞれ異なった収差情報を有して
いる。

【０００７】また、前記従来構成では、０次光と±１次
光との三光束干渉により、パターンの像を結像させてい
る。この場合、０次光は投影光学系４３の光軸付近の収
差情報を有し、±１次光は投影光学系４３の周辺部の収
差情報を有している。このように、前記三光束干渉で形
成されたパターンの像には、それぞれ異なる収差情報が
合成された状態で含まれることになる。このため、諸収
差の計測を正確に行うことができないという問題があっ
た。また、この結像特性計測装置の計測結果に基づい
て、露光装置における投影光学系の結像特性を調整した
場合には、露光装置の露光精度の低下を招くという問題
があった。

【０００８】本発明は、このような従来の技術に存在す
る問題点に着目してなされたものである。その目的とし
ては、投影光学系の残存収差を含む結像特性を正確に計
測することができる投影光学系の結像特性計測装置及び
計測方法を提供することにある。また、その他の目的と
しては、マスク上のパターンを精確に露光することがで
きる露光装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、結像特性計測装置に係る本願請求項１の発明は、照
明光学系（１１）によって照明される物体面の像を像面
上に投影する投影光学系（２２）の結像特性を計測する
ための結像特性計測装置において、前記物体面の位置に
配置され、透過する前記照明光の位相を変化させる位相
シフト部（Ｐｐ）が設けられた所定のパターン（ＰＡ１
〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４）を有する位相シフトマスク
（Ｒｐｓ）と、前記投影光学系（２２）を介して前記像
面上に結像された前記位相シフトマスク（Ｒｐｓ）上の
所定のパターン（ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４）の
像に基づいて前記投影光学系（２２）の結像特性を計測
する計測手段（３１，３７，３８）とを備えたことを要
旨とするものである。

【００１０】このため、本願請求項１の発明において
は、位相シフトマスクを用いることで、二光束干渉によ
りパターンの像が結像される。よって、異なる収差情報
を有する回折光の干渉が回避されて、各収差情報が合成
されることがなく、投影光学系の残存収差を含む結像特
性を正確に計測することができる。

【００１１】また、本願請求項２の発明は、前記請求項
１に記載の発明において、前記像面上に結像された前記
所定のパターン（ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４）の
像の光強度分布を検出し、前記光強度分布に基づいて最
適結像面の位置を求める焦点位置検出手段（２８，Ｗ）
を備え、前記計測手段（３１，３７，３８）は、前記所
定のパターン（ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４）の像
と、前記最適結像面の位置とに基づいて、前記投影光学
系（２２）の結像特性を計測するようにしたことを要旨
とするものである。

【００１２】このため、本願請求項２の発明において
は、前記請求項１に記載の発明の作用に加えて、回折角
の異なる回折光毎に最適結像面の位置を正確かつ迅速に
計測することができ、投影光学系の結像特性をより正確
かつ迅速に計測することができる。

【００１３】また、本願請求項３の発明は、前記請求項
１または請求項２に記載の発明において、前記所定のパ
ターン（ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４）は、前記位
相シフト部（Ｐｐ）と前記照明光を透過させる透光部
（Ｐｔ）とが、前記照明光を遮光する遮光部（Ｐｓ）を
介して交互に配列されて形成され、さらに前記所定のパ
ターン（ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４）は互いに異
なる周期性を有する複数の周期パターン（ＰＡ１〜ＰＡ
４，ＰＢ１〜ＰＢ４）を含み、各周期パターン（ＰＡ１
〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４）の像のそれぞれの前記最適
結像面の位置の差に基づいて前記投影光学系（２２）の
結像特性を計測するようにしたことを要旨とするもので
ある。

【００１４】このため、本願請求項３の発明において
は、前記請求項１または請求項２に記載の発明の作用に
加えて、互いに異なる周期性を有する複数の周期パター
ンを使用することにより、各パターンを通過する際に発
生する回折光の回折角が変化して、投影光学系における
回折光の通過位置が変更される。よって、回折角の異な
る回折光毎に最適結像面の位置を計測することができ
て、投影光学系における回折光の通過位置毎の収差情報
を測定することができる。そして、その収差情報に基づ
いて、投影光学系の球面収差を正確に計測することがで
きる。

【００１５】また、本願請求項４の発明は、前記請求項
３に記載の発明において、前記所定のパターン（ＰＡ１
〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４）は、前記透光部（Ｐｔ）、
前記位相シフト部（Ｐｐ）及び前記遮光部（Ｐｓ）の配
列方向が異なる複数の方向パターン（ＰＡ１〜ＰＡ４，
ＰＢ１〜ＰＢ４）を含み、各方向パターン（ＰＡ１〜Ｐ
Ａ４，ＰＢ１〜ＰＢ４）の像のそれぞれの前記最適結像
面の位置の差に基づいて前記投影光学系（２２）の結像
特性を計測するようにしたことを要旨とするものであ
る。

【００１６】このため、本願請求項４の発明において
は、前記請求項３に記載の発明の作用に加えて、透光
部、位相シフト部及び遮光部の配列方向が異なる複数の
方向パターンを使用することにより、投影光学系の各方
向における非点収差を精確に測定することができる。

【００１７】また、露光装置に係る本願請求項５の発明
は、照明光学系（１１）によって照明されるマスク
（Ｒ）上のパターンの像を、投影光学系（２２）を介し
て基板（Ｗ）上に投影転写するようにした露光装置にお
いて、前記マスク（Ｒ）は透過する前記照明光の位相を
変化させる位相シフト部（Ｐｐ）が設けられた所定のパ
ターン（ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４）を有する位
相シフトマスク（Ｒｐｓ）を含み、前記投影光学系（２
２）を介してその像面上に結像された前記位相シフトマ
スク（Ｒｐｓ）上の所定のパターンの像（ＰＡ１〜ＰＡ
４，ＰＢ１〜ＰＢ４）に基づいて前記投影光学系（２
２）の結像特性を計測する計測手段（３１，３７，３
８）と、前記計測手段（３１，３７，３８）による前記
結像特性の計測結果に基づいて前記投影光学系（２２）
の結像特性を調整する調整手段（３２，３３）とを備え
たことを要旨とするものである。

【００１８】このため、本願請求項５の発明において
は、投影光学系の残存収差を含む結像特性を正確に計測
して、その計測結果に基づいて投影光学系の結像特性を
的確に調整することができる。よって、露光時における
投影光学系の諸収差の影響を排除して、マスク上のパタ
ーンを基板上に正確に転写することができる。

【００１９】また、結像特性計測方法に係る本願請求項
６の発明は、照明光学系（１１）によって照明される物
体面の像を像面上に投影する投影光学系（２２）の結像
特性を計測する結像特性計測方法において、透過する前
記照明光の位相を変化させる位相シフト部（Ｐｐ）が設
けられた所定のパターン（ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜Ｐ
Ｂ４）を有する位相シフトマスク（Ｒｐｓ）を、前記物
体面の位置に配置し、前記位相シフトマスク（Ｒｐｓ）
上の所定のパターン（ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ
４）の像を前記投影光学系（２２）を介して前記像面上
に結像させ、前記像面上に結像された前記所定のパター
ン（ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４）の像に基づいて
前記投影光学系（２２）の結像特性を計測することを要
旨とするものである。

【００２０】このため、本願請求項６の発明において
も、前記請求項１の発明と同様に、異なる収差情報が合
成されるのを回避することができて、投影光学系の残存
収差を正確に計測することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下に、本発明
を半導体素子製造用の露光装置及びその結像特性計測装
置に具体化した第１実施形態について図１〜図６に基づ
いて説明する。

【００２２】図１に示すように、本実施形態の露光装置
においては、照明光学系１１が、光源１２、コリメータ
レンズ１３、フィルタ１４、ミラー１５、レンズ１６、
フライアイレンズ１７、可変開口絞り１８、ミラー１９
及びコンデンサレンズ２０から構成されている。この照
明光学系１１により、光源１２から発せられる照明光が
ほぼ均一な強度分布に加工され、微細な回路パターンが
形成されたマスクとしてのレチクルＲが照明される。こ
こで、前記照明光としては、例えばＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ
２等のエキシマレーザ光、ＹＡＧや金属蒸気レーザ等の
高調波、あるいはｇ線、ｈ線、ｉ線等の超高圧水銀ラン
プの輝線等である。

【００２３】前記可変開口絞り１８は、照明光学系１１
中におけるレチクルＲに対するフーリエ変換面、すなわ
ち前記フライアイレンズ１７の射出面の近傍に配置さ
れ、開口絞り駆動部１８ａによって開口絞りの形状が変
更できるようになっている。また、後述する投影光学系
２２の結像特性の計測に際しては、この可変開口絞り１
８により照明光の方向を規制して、照明光をレチクルＲ
のパターン面に対して、その光軸がほぼ直交状態となる
ように照射する。

【００２４】さらに、前記レチクルＲを通過した照明光
は投影光学系２２に入射し、前記レチクルＲ上のパター
ンの像が投影光学系２２を介して、ウエハステージ２３
上に載置された基板としてのウエハＷに投影結像され
る。前記ウエハステージ２３は、その近傍に配置された
干渉計２５により前記投影光学系２２の光軸と直交する
面（Ｘ−Ｙ平面）内における位置が検出される。そし
て、前記ウエハステージ２３は、前記干渉計２５の検出
結果に基づいて、ウエハステージ駆動部２６によりＸ−
Ｙ方向に移動調整されるようになっている。ここで、Ｘ
方向は前記投影光学系２２の光軸に対して直交する方向
のうちで図１の紙面と平行な方向を、Ｙ方向は同じく前
記光軸に対して直交する方向のうちで図１の紙面と直交
する方向を、それぞれ指している。また、前記投影光学
系２２の光軸に沿う方向をＺ方向とする。

【００２５】また、前記ウエハステージ２３上には、照
射光学系２７ａと受光光学系２７ｂとからなる斜入射方
式のオートフォーカス系２７が対向配置されている。こ
のオートフォーカス系２７により、前記ウエハステージ
２３上に載置されたウエハＷの表面の予め設定された基
準位置からのずれ量が検出される。この検出されたずれ
量に基づいて前記ウエハステージ駆動部２６により前記
ウエハステージ２３がＺ方向に移動調整され、レチクル
ＲとウエハＷとが投影光学系２２に対して共役な位置関
係に配置されるようになっている。すなわち、レチクル
Ｒは投影光学系２２の物体面の位置に配置され、ウエハ
Ｗは投影光学系２２の像面の位置に配置されるようにな
っている。

【００２６】前記ウエハステージ２３上には、焦点位置
検出手段としての空間像検出部２８が配設されている。
この空間像検出部２８は、ウエハＷと同一高さ位置に配
置された基準板２８ａと、その基準板２８ａ上の所定の
形状、例えば矩形状の開口の直下に配設された光電素子
よりなる撮像素子２８ｂとを備えている。そして、投影
光学系２２の結像特性を計測する際には、ウエハステー
ジ２３の移動によって、この空間像検出部２８が投影光
学系２２に対応する位置に配置される。

【００２７】次に、本実施形態における前記投影光学系
２２の結像特性の計測するための雪像特性計測装置及び
計測方法について説明する。この場合、前記レチクルＲ
としては、図２に示すような構成の位相シフトレチクル
Ｒｐｓを投影光学系２２の物体面の位置に、照明光学系
１１からの照明光の光軸に対してほぼ直交するように配
置して行う。図２（ａ）に示すように、この位相シフト
レチクルＲｐｓ上には、複数の解像力チャート２９が二
次元的広がりをもって所定間隔おきに配列形成されてい
る。

【００２８】図２（ｂ）に示すように、前記各解像力チ
ャート２９には、複数の所定のパターンとしてのテスト
パターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４が配列形成さ
れている。図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、各
パターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４には、照明光
を透過する複数のライン状の透光部Ｐｔと、透過する照
明光の位相を変化させる複数のライン状の位相シフト部
Ｐｐとが、照明光を遮光する遮光部Ｐｓを介して交互に
配列形成されている。なお、この位相シフト部Ｐｐは、
例えば石英ガラス基板上の遮光部形成箇所にクロム、ア
ルミニウム等の金属材料を蒸着して遮光部Ｐｓを形成し
た後、位相シフト部形成箇所に所定の深さ分の掘り込み
を設けることによって形成されている。

【００２９】また、図２（ｂ）に示すように、前記解像
力チャート２９上で、図において横方向に配列された各
２つのテストパターンＰＡ１とＰＢ１、ＰＡ２とＰＢ
２、ＰＡ３とＰＢ３、及びＰＡ４とＰＢ４は、それぞれ
透光部Ｐｔ、位相シフト部Ｐｐ及び遮光部Ｐｓの配列周
期の異なる周期パターンを構成している。さらに、解像
力チャート２９上で、図において縦方向に配列された各
４つのテストパターンＰＡ１とＰＡ２とＰＡ３とＰＡ
４、及びＰＢ１とＰＢ２とＰＢ３とＰＢ４は、それぞれ
透光部Ｐｔ、位相シフト部Ｐｐ及び遮光部Ｐｓの配列方
向の異なった方向パターンを構成している。

【００３０】図１に示すように、この位相シフトレチク
ルＲｐｓを前記照明光学系１１からの照明光で照明する
ことにより、各テストパターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１
〜ＰＢ４の像を前記基準板２８ａ上に結像させる。そし
て、この像をその基準板２８ａ上の開口を介して撮像素
子２８ｂにより受光する。この撮像素子２８ｂは、主制
御系３１に対して受光した像の光強度分布に関する信号
を主制御系３１に対して出力する。この各テストパター
ンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像の光強度分布の
検出を、前記ウエハステージ２３のＺ方向位置を徐々に
変更しながら、繰り返し行う。

【００３１】そして、主制御系３１は、空間像検出部２
８により検出された各テストパターンＰＡ１〜ＰＡ４，
ＰＢ１〜ＰＢ４の像におけるウエハステージ２３の各Ｚ
方向位置毎の光強度分布に基づいて、各テストパターン
ＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４毎の最適結像面の位
置、つまり焦点位置を求める。さらに、各テストパター
ンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の各解像力チャート
２９毎に、同様の焦点位置の検出を行う。このように検
出された各テストパターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜Ｐ
Ｂ４毎の焦点位置に基づいて、投影光学系２２の結像特
性が求められるようになっている。

【００３２】調整手段としてのレンズ位置調整装置３２
は、前記主制御系３１による結像特性の計測結果に基づ
いて、投影光学系２２内の各レンズエレメント２２ａの
相対位置を変更し、その投影光学系２２の結像特性を調
整する。同じく調整手段としての圧力調整装置３３は、
主制御系３１による結像特性の計測結果に基づいて、投
影光学系２２における各レンズエレメント２２ａ間に介
在されるガスの圧力を変更し、投影光学系２２の結像特
性を調整する。

【００３３】次に、前記のように構成された露光装置に
おける投影光学系２２の結像特性計測装置について作用
を説明する。さて、この結像特性計測装置において、投
影光学系２２の結像特性を計測する場合には、図１に示
すように、位相シフトレチクルＲｐｓが投影光学系２２
の物体面の位置に配置され、照明光学系１１からの照明
光により垂直に照明される。この位相シフトレチクルＲ
ｐｓ上には、周期パターン及び方向パターンをなすテス
トパターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４が形成され
ている。これらの各テストパターンＰＡ１〜ＰＡ４，Ｐ
Ｂ１〜ＰＢ４には、前記照明光の位相を変化させる位相
シフト部Ｐｐが設けられている。このため、図３及び図
４に示すように、前記照明光が各テストパターンＰＡ１
〜４，ＰＢ１〜４を通過する際に発生する回折光のうち
で、０次光がカットされ、主に前記投影光学系２２の光
軸に対して対称位置にある±１次光Ｌａ，Ｌｂが強調さ
れる。そして、この±１次光Ｌａ，Ｌｂが二光束干渉す
ることにより、各テストパターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ
１〜ＰＢ４の像が形成される。

【００３４】ここで、配列周期の異なったテストパター
ンＰＡ１〜ＰＡ４とテストパターンＰＢ１〜ＰＢ４との
間では、それらのパターンＰＡ１〜４，ＰＢ１〜４にて
発生する±１次光Ｌａ，Ｌｂの回折角が変更される。す
なわち、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、配列
周期の大きな各テストパターンＰＢ１〜ＰＢ４にて発生
する±１次光Ｌｂの回折角は小さいものとなり、その±
１次光Ｌｂは前記投影光学系２２の光軸の近傍を通過す
る。この±１次光Ｌｂは、前記光軸の近傍の収差情報を
含んだ状態で投影光学系２２から出射される。そして、
この出射された±１次光Ｌｂの二光束干渉により、所定
のＺ方向位置に前記各テストパターンＰＢ１〜ＰＢ４の
像が結像される。

【００３５】一方、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すよ
うに、配列周期の小さな各テストパターンＰＡ１〜ＰＡ
４にて発生する±１次光Ｌａの回折角は大きいものとな
り、その±１次光Ｌａは前記投影光学系２２の周辺部を
通過する。この±１次光Ｌａは、前記光軸の周辺部の収
差情報を含んだ状態で投影光学系２２から出射される。
そして、この出射された±１次光Ｌａの二光束干渉によ
り、所定のＺ方向位置に前記各テストパターンＰＡ１〜
ＰＡ４の像が結像される。

【００３６】ここで、投影光学系２２に球面収差が存在
しないと想定した場合には、図３（ａ），（ｂ）に示す
ように、投影光学系２２における前記±１次光Ｌａ，Ｌ
ｂの通過位置が変化しても、各テストパターンＰＡ１〜
ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像の結像位置が変化すること
はない。これに対して、投影光学系２２に球面収差が残
存する場合には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、投
影光学系２２の光軸の近傍位置を通過する±１次光Ｌｂ
と、前記投影光学系２２の周辺部の位置を通過する±１
次光Ｌａとの間で、その結像位置がＺ方向に変化する。
これにより、前記空間像検出部２８の撮像素子２８ｂに
て検出される各像の光強度分布が異なったものとなる。

【００３７】前記主制御系３１では、前述のように、撮
像素子２８ｂで検出された各Ｚ方向位置毎の各テストパ
ターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像の光強度分
布から、各パターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の
像の焦点位置が求められる。そして、配列周期の異なる
パターンＰＡ１〜ＰＡ４とパターンＰＢ１〜ＰＢ４との
間において、それらの像の焦点位置の差を求めること
で、前記±１次光Ｌａ，Ｌｂの投影光学系２２内におけ
る通過位置毎の焦点位置の差を求めることができる。こ
れにより、前記投影光学系２２に残存する球面収差が正
確に計測される。

【００３８】また、配列周期が同じであっても配列方向
が異なる各テストパターンＰＡ１，ＰＢ１と、テストパ
ターンＰＡ２，ＰＢ２と、テストパターンＰＡ３，ＰＢ
３と、テストパターンＰＡ４，ＰＢ４との相互間におい
ては、各パターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４にて
発生する前記±１次光の前記投影光学系２２の周方向に
おける入射位置が異なってくる。すなわち、図２及び図
５に示すように、例えば縦方向に沿って配列されたテス
トパターンＰＡ１にて発生したＬａ１と、横方向に沿っ
て配列されたＰＡ２にて発生したＬａ２とでは、各±１
次光Ｌａ１，Ｌａ２の入射位置が前記投影光学系２２の
周方向において異なる位置を通過する。そして、この±
１次光Ｌａ１，Ｌａ２とでは、前記投影光学系２２から
その周方向に異なる位置の収差情報を含んだ状態で出射
される。そして、この出射された±１次光Ｌａ１，Ｌａ
２の二光束干渉により、所定のＺ方向位置において前記
各テストパターンＰＡ１，ＰＡ２の像が結像される。

【００３９】ここで、投影光学系２２に非点収差が存在
しないと想定した場合には、投影光学系２２における前
記±１次光Ｌａ１，Ｌａ２の通過位置が変化しても、各
テストパターンＰＡ１，ＰＡ２の像の結像位置が変化す
ることはない。これに対して、投影光学系２２に非点収
差が残存する場合には、図５に示すように、各±１次光
Ｌａ１，Ｌａ２の投影光学系２２の通過位置における前
記光軸からの距離が同じであったとしても、それらの結
像位置がＺ方向に変化する。これにより、前記空間像検
出部２８の撮像素子２８ｂにて検出される各像の光強度
分布が異なったものとなる。

【００４０】前記主制御系３１では、前述のように、撮
像素子２８ｂで検出された各Ｚ方向位置毎の各テストパ
ターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像の光強度分
布から、各パターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の
像の焦点位置が求められる。そして、配列方向の異なる
テストパターンＰＡ１，ＰＢ１と、テストパターンＰＡ
２，ＰＢ２と、テストパターンＰＡ３，ＰＢ３と、テス
トパターンＰＡ４，ＰＢ４との相互間において、それら
の像の焦点位置の差を求めることで、前記±１次光Ｌａ
１〜Ｌａ４，Ｌｂ１〜Ｌｂ４の投影光学系２２内におけ
る周方向の通過位置毎の焦点位置の差を求めることがで
きる。これにより、前記投影光学系２２に残存する非点
収差が正確に計測される。

【００４１】さらに、図２（ａ）に示すように、各解像
力チャート２９は、前記位相シフトレチクルＲｐｓ上に
二次元的広がりをもって形成されている。このため、前
記テストパターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４にて
発生する±１次光Ｌｎ，Ｌｆは、各解像力チャート２９
毎に前記投影光学系２２の異なる位置に入射する。すな
わち、図６に示すように、例えば前記位相シフトレチク
ルＲｐｓの中心に形成された解像力チャート２９ａにて
発生した±１次光Ｌｎは、投影光学系２２の光軸の近傍
において、その光軸を対してほぼ対称な位置に入射す
る。そして、前記±１次光Ｌｎは、その投影光学系２２
内をその光軸にほぼ沿って下降し、その光軸の近傍位置
から出射され、投影光学系２２の像面における光軸のほ
ぼ延長上で干渉し、前記解像力チャート２６ａの像を結
像する。

【００４２】一方、前記位相シフトレチクルＲｐｓの周
辺部の解像力チャート２９ｂにて発生したＬｆは、投影
光学系２２の周辺部に入射する。この±１次光Ｌｆは、
前記投影光学系２２に入射すると大きく屈折され、投影
光学系２２内をその軸線と交差するように下降する。そ
して、この±１次光Ｌｆは、投影光学系２２の周辺部か
ら出射され、前記投影光学系２２の像面の周辺部におい
て干渉し、前記解像力チャート２６ａの像を結像する。

【００４３】ここで、投影光学系２２に像面湾曲が存在
しないと想定した場合には、投影光学系２２における前
記±１次光Ｌｎ，Ｌｆの通過位置が変化しても、各解像
力チャート２９ａ，２９ｂの像の結像位置がＺ方向に変
化することはない。これに対して、投影光学系２２に像
面湾曲が残存する場合には、図６に示すように、各±１
次光Ｌｎ，Ｌｆの投影光学系２２の通過位置における前
記光軸からの距離に応じて、それらの結像位置がＺ方向
に変化する。これにより、前記空間像検出部２８の撮像
素子２８ｂにて検出される各像の光強度分布が異なった
ものとなる。

【００４４】前記主制御系３１では、前述のように、撮
像素子２８ｂで検出された各Ｚ方向位置毎の各解像力チ
ャート２９の像の光強度分布から、各解像力チャート２
９の像の焦点位置が求められる。そして、各解像力チャ
ート２９の像における前記投影光学系２２の像面の中
心、つまり前記投影光学系２２の光軸からの距離（像
高）毎の焦点位置の差を求めることで、前記投影光学系
２２に残存する像面湾曲が正確に計測される。

【００４５】従って、本実施形態によれば、以下のよう
な効果を得ることができる。 （イ） この実施形態の結像特性計測装置においては、
位相シフト部Ｐｐが設けられたテストパターンＰＡ１〜
ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４を有する位相シフトレチクルＲ
ｐｓが、投影光学系２２の物体面の位置に照明光学系１
１からの照明光の光軸に対してほぼ直交するように配置
されている。そして、このテストパターンＰＡ１〜ＰＡ
４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像が、照明光学系１１からの照明
光によりほぼ垂直に照明され、投影光学系２２を介して
空間像検出部２８の基準板２８ａ上に結像される。そし
て、その空間像検出部２８により受光された各テストパ
ターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像に基づい
て、投影光学系２２の結像特性が計測されるようになっ
ている。

【００４６】このため、前記テストパターンＰＡ１〜Ｐ
Ａ４，ＰＢ１〜ＰＢ４にて発生される回折光のうちで、
０次光がカットされ、±１次光の二光束干渉により、前
記パターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像が結像
される。従って、回折角の異なる０次光と±１次光との
各回折光の収差情報が合成されるのを回避することがで
きて、投影光学系２２の残存収差を含む結像特性を正確
に計測することができる。

【００４７】（ロ） この実施形態の結像特性計測装置
においては、空間像検出部２８により前記位相シフトレ
チクルＲｐｓ上の各テストパターンＰＡ１〜ＰＡ４，Ｐ
Ｂ１〜ＰＢ４の像の光強度分布が検出される。そして、
その光強度分布に基づいて、各テストパターンＰＡ１〜
ＰＡ４毎の焦点位置が求められるようになっている。

【００４８】従って、回折角の異なる回折光毎に焦点位
置を正確かつ迅速に計測することができ、投影光学系２
２の結像特性をより正確かつ迅速に計測することができ
る。 （ハ） この実施形態の結像特性計測装置では、位相シ
フトレチクルＲｐｓ上の各テストパターンＰＡ１〜ＰＡ
４，ＰＢ１〜ＰＢ４において、位相シフト部Ｐｐと照明
光を透過させる透光部Ｐｔとが、照明光を遮光する遮光
部Ｐｓを介して交互に配列されるように形成されてい
る。さらに、互いに異なる周期性を有するテストパター
ンＰＡ１〜ＰＡ４とテストパターンＰＢ１〜ＰＢ４とが
用意されている。そして、各テストパターンＰＡ１〜Ｐ
Ａ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像のそれぞれの焦点位置の差に
基づいて、投影光学系２２の結像特性を計測するように
なっている。

【００４９】このため、各パターンＰＡ１〜ＰＡ４，Ｐ
Ｂ１〜ＰＢ４を通過する際に発生する±１次光Ｌａ，Ｌ
ｂの回折角が配列周期に応じて変更され、投影光学系２
２における±１次光Ｌａ，Ｌｂの通過位置が変更され
る。これにより、回折角の異なる±１次光Ｌａ，Ｌｂ毎
に焦点位置を計測することができる。従って、投影光学
系２２における±１次光Ｌａ，Ｌｂの通過位置毎に残存
収差を測定することができ、投影光学系２２の球面収差
を正確に計測することができる。

【００５０】（ニ） この実施形態の結像特性計測装置
では、位相シフトレチクルＲ上のテストパターンＰＡ１
〜ＰＡ４およびテストパターンＰＢ１〜ＰＢ４が、それ
ぞれ透光部２１ａ、位相シフト部２１ｂ及び遮光部２１
ｃの配列方向が異なるパターンを含むように形成されて
いる。そして、投影光学系２２を介して二光束干渉によ
り結像された各テストパターンＰＡ１〜ＰＡ４、ＰＢ１
〜ＰＢ４の像のそれぞれの焦点位置の差に基づいて、投
影光学系２２の結像特性を計測するようになっている。

【００５１】このため、各パターンＰＡ１〜ＰＡ４，Ｐ
Ｂ１〜ＰＢ４を通過する際に発生する±１次光Ｌａ，Ｌ
ｂが、投影光学系２２の周方向における通過位置がその
配列方向に応じて変更される。これにより、その通過位
置の異なる±１次光Ｌａ，Ｌｂ毎に焦点位置を計測する
ことができる。従って、投影光学系２２における±１次
光Ｌａ，Ｌｂの周方向における通過位置毎に残存収差を
測定することができ、投影光学系２２の各方向における
非点収差を正確に測定することができる。

【００５２】（ホ） この実施形態の結像特性計測装置
においては、空間像検出部２８が各テストパターンＰＡ
１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像の光強度分布を検出す
る光電素子２８ｂを備えている。

【００５３】このため、各テストパターンＰＡ１〜ＰＡ
４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像をウエハＷ等の基板上に投影転
写することなく、投影光学系２２の残存収差を含む結像
特性を容易に計測することができる。よって、パターン
の像を感光材料の塗布された基板上に投影転写するとと
もに現像し、その像の線幅、像高等を走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）により測定する方法に比較して、結像特性の
計測を迅速に行うことができる。また、基板上の感光材
料の性能や塗布むら、あるいは現像誤差等の影響を排除
することができて、投影光学系２２の残存収差を含む結
像特性を一層正確に計測することができる。

【００５４】（ヘ） この実施形態の結像特性計測装置
においては、焦点位置空間像検出部２８の光電素子が、
各テストパターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像
の光強度分布を二次元的に検出する撮像素子２８ｂから
なっている。

【００５５】このため、この撮像素子２８ｂにより各テ
ストパターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像の光
強度分布を、単にウエハステージ２３の位置調整を行う
のみで検出することができる。従って、投影光学系２２
の残存収差を含む結像特性の計測を一層迅速に行うこと
ができる。

【００５６】（ト） この実施形態の結像特性計測装置
においては、位相シフトレチクルＲｐｓ上に、テストパ
ターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４を形成した複数
の解像力チャート２９が二次元的広がりをもって配置形
成されている。

【００５７】このため、投影光学系２２の露光視野内の
複数箇所において前記パターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１
〜ＰＢ４の像を検出して、その複数箇所における焦点位
置を求めることができる。従って、投影光学系２２に残
存する像面湾曲を正確に計測することができる。

【００５８】（チ） この実施形態の露光装置において
は、前記のような結像特性計測装置を備え、その結像特
性計測装置による結像特性の計測結果に基づいて、投影
光学系２２の結像特性が調整されるようになっている。

【００５９】このため、投影光学系２２の残存収差を含
む結像特性を正確に計測して、その計測結果に基づいて
投影光学系２２の結像特性を的確に調整することができ
る。従って、露光時における投影光学系２２に残存する
諸収差の影響を排除して、レチクルＲ上のパターンをウ
エハＷに対して正確に露光することができる。

【００６０】（第２実施形態）つぎに、本発明の第２実
施形態について、前記第１実施形態と異なる部分を中心
に説明する。

【００６１】この第２実施形態においては、図７に示す
ように、投影光学系２２の結像特性を計測する際に、感
光材料の塗布されたウエハＷを投影光学系２２の像面の
位置に配置する。そして、照明光学系１１にて位相シフ
トレチクルＲｐｓを照明することにより、その位相シフ
トレチクルＲｐｓ上の各解像力チャート２９における各
テストパターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像
が、前記ウエハＷ上に投影転写されるようになってい
る。

【００６２】なお、前記位相シフトレチクルＲｐｓ上に
は、前述した図２に示す第１実施形態の構成と同様に、
複数の解像力チャート２９が二次元的広がりをもって所
定間隔おきに配列形成されている。また、各解像力チャ
ート２９には、透光部２９ａと位相シフト部２９ｂと遮
光部２９ｃとの配列周期及び配列方向の異なる複数のテ
ストパターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４が、横方
向及び縦方向に配列形成されている。

【００６３】さらに、前記ウエハＷ上に投影転写された
各テストパターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像
がデベロッパ３６により現像され、この状態でパターン
の像の線幅、像高等が計測手段としての走査型電子顕微
鏡（ＳＥＭ）３７により測定される。この測定データが
同じく計測手段を構成するシステム制御系３８に入力さ
れ、投影光学系２２の諸収差を含む結像特性が計測され
る。そして、その計測結果に基づいて投影光学系２２の
結像特性が調整されるようになっている。

【００６４】従って、本実施形態によれば、前記第１実
施形態における（イ），（ハ），（ニ），（ト）及び
（チ）に記載の効果と同様の効果に加えて、次のような
効果を得ることができる。

【００６５】（リ） この第２実施形態では、ほとんど
の露光装置に付設されているデベロッパ３６及びＳＥＭ
３７を使用しても、前記位相シフトレチクルＲｐｓを用
いるのみで、±１次光の二光束干渉による正確な諸収差
の計測を行うことができる。

【００６６】（変更例）なお、本発明の実施形態は、以
下のように変更してもよい。 ・ 前記第１実施形態では、空間像検出部２８に撮像素
子２８ｂが設けられているが、これをラインセンサ等の
光電センサに変更して、テストパターンＰＡ１〜ＰＡ
４，ＰＢ１〜ＰＢ４の像の光強度分布を検出するように
してもよい。このようにした場合、前記第１実施形態に
おける効果と同様の効果が得られる。

【００６７】・ 前記各実施形態では、各テストパター
ンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４がライン状の透光部
２９ａ及び位相シフト部２９ｂを、遮光部２９ｃを介し
て交互に配列した構成となっているが、この透光部２９
ａ及び位相シフト部２９ｂの配列本数を変更して構成し
てもよい。このようにした場合でも、前記各実施形態に
おける効果と同様の効果が得られる。

【００６８】・ 前記各実施形態では、位相シフトレチ
クルＲｐｓ上の各解像力チャート２９に、配列周期の異
なった２種類のパターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ
４が形成されているが、さらに配列周期の異なったパタ
ーンを増設してもよい。このようにした場合、前記各実
施形態における（イ）〜（チ）に記載の効果に加えて、
投影光学系２２の球面収差を一層正確に計測することが
できるという効果が得られる。

【００６９】・ 前記各実施形態では、位相シフトレチ
クルＲｐｓ上に複数の解像力チャート２９が所定間隔お
きに形成されているが、この解像力チャート２９の数を
増減してもよい。このようにした場合、前記各実施形態
における（イ）〜（チ）に記載の効果に加えて、解像力
チャート２９の数を多くすることにより、投影光学系２
２の像面湾曲を一層正確に計測することができ、その数
を少なくすることにより、構成の簡素化でき、位相シフ
トレチクルＲｐｓの形成が容易になるという効果が得ら
れる。

【００７０】・ 前記各実施形態では、位相シフトレチ
クルＲｐｓ上の各解像力チャート２９に、配列周期及び
配列方向の異なる複数種のパターンＰＡ１〜ＰＡ４，Ｐ
Ｂ１〜ＰＢ４が形成されているが、これらのパターンＰ
Ａ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４をそれぞれ独立の位相シ
フトレチクル上に形成して、それらのレチクルを順次交
換配置して、投影光学系２２の結像特性を計測するよう
に構成してもよい。

【００７１】・ 前記各実施形態では、位相シフトレチ
クルＲ上の位相シフト部Ｐｐを、そのレチクル基板上の
位相シフト部形成箇所に所定の深さ分の掘り込みを設け
ることにより形成しているが、レチクル基板上の位相シ
フト部形成箇所に位相シフタを上乗せすることより形成
してもよい。

【００７２】・ 前記第２実施形態では、ウエハＷ上に
形成されたテストパターンＰＡ１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜Ｐ
Ｂ４の像を現像した後、その像の線幅や像高等を測定し
ているが、ウエハＷ上に形成されたテストパターンＰＡ
１〜ＰＡ４，ＰＢ１〜ＰＢ４の潜像を、現像することな
く露光装置に配備されたアライメント用顕微鏡等を用い
た直接検出するようにしてもよい。

【００７３】これらのようにした場合でも、前記各実施
形態における効果と同様の効果が得られる。本発明にお
ける前記焦点位置検出手段は、前記投影光学系の像面の
位置に配置され、前記所定のパターンの像の光強度分布
を検出する光電素子を含むものでもよい。

【００７４】この構成によれば、パターンの像を基板上
に投影転写することなく、投影光学系の残存収差を含む
結像特性を容易に計測することができる。よって、パタ
ーンの像を感光材料の塗布された基板上に投影転写する
とともに現像し、その投影像の線幅、像高等を走査型電
子顕微鏡により測定する方法に比較して、結像特性の計
測を迅速に行うことができる。また、基板上の感光材料
の性能や塗布むら、あるいは現像誤差等の影響を排除す
ることができて、投影光学系の残存収差を含む結像特性
を一層正確に計測することができる。

【００７５】また、前記光電素子を、前記所定のパター
ンの像の光強度分布を二次元的に検出する撮像素子で構
成することにより、撮像素子によりパターンの像の光強
度分布を、前記パターンの像と撮像素子とを対応させる
のみ検出することができて、投影光学系の残存収差を含
む結像特性の計測を一層迅速に行うことができる。

【００７６】本発明における位相シフトマスクは、複数
の前記所定のパターンが二次元的広がりをもって形成し
てもよい。この構成によれば、投影光学系の露光視野内
の複数箇所においてパターンの像を検出して、その複数
箇所における最適結像面の位置を求めることにより、投
影光学系に残存する像面湾曲を正確に計測することがで
きるという効果が得られる。

【００７７】

【発明の効果】以上詳述したように、本願請求項１及び
請求項６の発明によれば、回折角の異なる各回折光の収
差情報が合成されるのを回避することができて、投影光
学系の残存収差を含む結像特性を正確に計測することが
できる。

【００７８】また、本願請求項２の発明によれば、前記
請求項１に記載の発明の効果に加えて、回折角の異なる
回折光毎に最適結像面の位置を正確かつ迅速に計測する
ことができ、投影光学系の結像特性をより正確かつ迅速
に計測することができる。

【００７９】また、本願請求項３の発明によれば、前記
請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、
回折角の異なる回折光毎に最適結像面の位置を計測する
ことができて、投影光学系の球面収差を正確に計測する
ことができる。

【００８０】また、本願請求項４の発明によれば、前記
請求項３に記載の発明の効果に加えて、投影光学系の各
方向における非点収差を正確に測定することができる。
また、本願請求項５の発明によれば、露光時における投
影光学系の諸収差の影響を排除することができて、マス
ク上のパターンを正確に露光することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態の結像特性計測装置を含む露光
装置全体の概略構成図。

【図２】 位相シフトレチクルの平面図及びその部分拡
大図。

【図３】 投影光学系に球面収差が存在しない状態にお
ける位相シフトレチクル上のテストパターンの像の結像
状態を示す説明図。

【図４】 投影光学系に球面収差が残存する状態におけ
る位相シフトレチクル上のテストパターンの像の結像状
態を示す説明図。

【図５】 投影光学系に非点収差が残存する状態におけ
る位相シフトレチクル上のテストパターンの像の結像状
態を示す説明図。

【図６】 投影光学系に像面湾曲が残存する状態におけ
る位相シフトレチクル上のテストパターンの像の結像状
態を示す説明図。

【図７】 第２実施形態の結像特性計測装置を示す概略
構成図。

【図８】 従来の結像特性計測装置において、投影光学
系に球面収差が存在しない状態におけるレチクル上のパ
ターンの像の結像状態を示す説明図。

【図９】 従来の結像特性計測装置において、投影光学
系に球面収差が残存する状態におけるレチクル上のパタ
ーンの像の結像状態を示す説明図。

【符号の説明】

１１…照明光学系、２２…投影光学系、２８…焦点位置
検出手段としての空間像検出部、３１…計測手段として
の主制御系、３２…調整手段としてのレンズ位置調整装
置、３３…調整手段としての圧力調整装置、３７…計測
手段の一部を構成する走査型電子顕微鏡、３８…計測手
段の一部を構成するシステム制御系、ＰＡ１〜ＰＡ４，
ＰＢ１〜ＰＢ４…周期パターン及び方向パターンをなす
テストパターン、Ｐｔ…透光部、Ｐｐ…位相シフト部、
Ｐｓ…遮光部、Ｒ…マスクとしてのレチクル、Ｒｓｐ…
位相シフトマスクとしての位相シフトレチクル、Ｗ…基
板及び焦点位置検出手段としてのウエハ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光学系によって照明される物体面の
   像を像面上に投影する投影光学系の結像特性を計測する
   ための結像特性計測装置において、 前記物体面の位置に配置され、透過する前記照明光の位
   相を変化させる位相シフト部が設けられた所定のパター
   ンを有する位相シフトマスクと、 前記投影光学系を介して前記像面上に結像された前記位
   相シフトマスク上の所定のパターンの像に基づいて前記
   投影光学系の結像特性を計測する計測手段とを備えた結
   像特性計測装置。
2. 【請求項２】 前記像面上に結像された前記所定のパタ
   ーンの像の光強度分布を検出し、前記光強度分布に基づ
   いて最適結像面の位置を求める焦点位置検出手段を備
   え、前記計測手段は、前記所定のパターンの像と、前記
   最適結像面の位置とに基づいて、前記投影光学系の結像
   特性を計測するようにした請求項１に記載の結像特性計
   測装置。
3. 【請求項３】 前記所定のパターンは、前記位相シフト
   部と前記照明光を透過させる透光部とが、前記照明光を
   遮光する遮光部を介して交互に配列されて形成され、さ
   らに前記所定のパターンは互いに異なる周期性を有する
   複数の周期パターンを含み、各周期パターンの像のそれ
   ぞれの前記最適結像面の位置の差に基づいて前記投影光
   学系の結像特性を計測するようにした請求項１又は請求
   項２に記載の結像特性計測装置。
4. 【請求項４】 前記所定のパターンは、前記透光部、前
   記位相シフト部及び前記遮光部の配列方向が異なる複数
   の方向パターンを含み、各方向パターンの像のそれぞれ
   の前記最適結像面の位置の差に基づいて前記投影光学系
   の結像特性を計測するようにした請求項３に記載の結像
   特性計測装置。
5. 【請求項５】 照明光学系によって照明されるマスク上
   のパターンの像を、投影光学系を介して基板上に投影転
   写するようにした露光装置において、 前記マスクは透過する前記照明光の位相を変化させる位
   相シフト部が設けられた所定のパターンを有する位相シ
   フトマスクを含み、 前記投影光学系を介してその像面上に結像された前記位
   相シフトマスク上の所定のパターンの像に基づいて前記
   投影光学系の結像特性を計測する計測手段と、 前記計測手段による前記結像特性の計測結果に基づいて
   前記投影光学系の結像特性を調整する調整手段とを備え
   た露光装置。
6. 【請求項６】 照明光学系によって照明される物体面の
   像を像面上に投影する投影光学系の結像特性を計測する
   結像特性計測方法において、 透過する前記照明光の位相を変化させる位相シフト部が
   設けられた所定のパターンを有する位相シフトマスク
   を、前記物体面の位置に配置し、 前記位相シフトマスク上の所定のパターンの像を前記投
   影光学系を介して前記像面上に結像させ、 前記像面上に結像された前記所定のパターンの像に基づ
   いて前記投影光学系の結像特性を計測する結像特性計測
   方法。