(57)【要約】【課題】投影光学系の光学特性の計測時間を短縮する。【解決手段】  スリット板１９０を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して平行に一側から他側に（又は他側から一側に）駆動しつつ、スリット板１９０の光軸ＡＸに平行なＺ軸方向の位置データと、計測用レチクルＲｍに形成された計測マークＰＭの投影光学系ＰＬによる投影像（空間像）の強度データ（すなわち、スリット板１９０のスリット１２２を通過する照明光ＩＬの強度データ）と、を計測する。これにより、初期位置を中心としてスリット板を上方及び下方に往復駆動する従来の空間像計測方法を用いる場合に比べて、投影光学系の光学特性の計測に要する時間を短縮することが可能となる。【選択図】図２
2010123793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面上に配置されたパターンの像を第２面上に形成する投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法であって、
照明光により照明され、前記第１面上の異なる位置に配置された複数のマークそれぞれの前記投影光学系による前記第２面上への投影像に対して、所定の計測用パターンが形成されたパターン板を順次位置決めし、前記パターン板を前記投影光学系の光軸に平行な方向に移動させ、その移動中に前記パターン板の前記光軸方向に関する位置データ及び前記計測用パターンを介した前記照明光の強度データを取得する空間像計測を行う第１工程と；
取得した位置データと、取得した強度データとに基づいて、前記投影光学系の光学特性を算出する第２工程と；を含み、
前記第１工程では、前記複数のマークのうち、第１マークの空間像の計測に際しては、前記パターン板を前記光軸に平行な方向の一側から他側へ移動させ、前記複数のマークのうち、前記第１マークと異なる第２マークの空間像の計測に際しては、前記パターン板を前記光軸に平行な方向の他側から一側へ移動させる光学特性計測方法。
【請求項２】
前記第１工程では、前記第１マークの空間像及び前記第２マークの空間像を連続して計測するに際して、前記パターン板を前記光軸に平行な方向の一側から他側へ移動させて前記第１マークの空間像を計測し、前記第１マークの空間像を計測した後、前記パターン板を前記光軸と直交する面内で移動して、前記第２マークの空間像に位置決めし、前記パターン板を前記光軸に平行な方向の他側から一側へ移動させて前記第２マークの空間像を計測する請求項１に記載の光学特性計測方法。
【請求項３】
前記複数のマークには、前記光軸に直交する面内で互いに直交する２軸方向をそれぞれの周期方向とする一対のマークが含まれ、
前記第１工程では、前記一対のマークのそれぞれに対して、連続して、前記空間像の計測が行われる請求項２に記載の光学特性計測方法。
【請求項４】
前記第１工程に先立って、前記投影光学系により前記第２面上に形成される前記複数のマークそれぞれの投影像に関する前記光軸と直交する面内の位置情報を計測する工程をさらに含み、
前記第１工程では、前記計測する工程における前記複数のマークのそれぞれの投影像の位置情報の計測結果に基づいて、前記パターン板を前記光軸と直交する面内で位置決めする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項５】
前記第１工程では、前記光軸方向に関する位置データ及び前記照明光の強度データを所定のサンプリング間隔で取得し、
前記第２工程では、前記所定のサンプリング間隔で取得した複数の位置データと、前記所定のサンプリング間隔で取得した複数の強度データとに基づいて、前記投影光学系の光学特性を算出する請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項６】
前記第２工程では、移動平均を用いて前記複数の位置データ及び前記複数の強度データの一方の平滑化を少なくとも一回行い、平滑化後の一方のデータ及び平滑化されていない他方のデータを用いて前記パターン板の前記光軸方向の位置に対する前記照明光の強度の変化曲線を算出し、その変化曲線に基づいて、前記投影光学系の光学特性を算出する請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項７】
前記複数のマークのそれぞれは、孤立パターン及びラインアンドスペースパターンのいずれかである請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項８】
前記第２工程では、前記投影光学系の光学特性として、ベストフォーカス位置を算出する請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項９】
前記第２工程では、前記投影光学系の光学特性として、像面形状をさらに算出する請求項８に記載の光学特性計測方法。
【請求項１０】
投影光学系を介して物体上に所定のパターンを転写する露光方法であって、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学特性計測方法を用いて、前記投影光学系の光学特性を計測する工程と；
前記光学特性の計測結果に基づいて、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置を調整し、前記パターンを前記投影光学系を介して前記物体上に転写する工程と；
を含む露光方法。
【請求項１１】
前記計測する工程の後、前記光学特性の計測結果に基づいて、前記物体の前記光軸方向に関する位置を計測する計測系を較正する工程をさらに含み、
前記転写する工程では、較正された前記計測系を用いて前記物体の位置を計測し、該計測結果に基づいて前記物体の位置を調整する請求項１０に記載の露光方法。
【請求項１２】
前記物体は感応層を有し、
前記感応層を前記パターンを介した照明光で露光することによって、前記パターンを前記物体上に形成する、請求項１０又は１１に記載の露光方法。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上にパターンを形成する工程と；
前記パターンが形成された前記物体を現像する工程と；
を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学特性計測方法、露光方法、及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、投影光学系のベストフォーカス位置などの光学特性を計測する光学特性計測方法、該光学特性計測方法を利用する露光方法、及び該露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子又は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、フォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターンを、投影光学系を介して、フォトレジスト等の感応剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の物体（以下、「ウエハ」と総称する）上に転写する投影露光装置、例えばステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））等の逐次移動型の投影露光装置、が用いられている。
【０００３】
この種の投影露光装置を用いて露光を行う際には、デフォーカスに起因する露光不良の発生を極力抑制するために、投影光学系の光軸方向に関するウエハの位置を、焦点位置検出系（フォーカス検出系）により検出し、その検出結果に基づいて、ウエハ上の被露光領域（露光光が照射される領域）を投影光学系の最良結像面に一致させる（焦点深度の範囲内に位置させる）必要がある。このためには、投影光学系の最良結像面ないしはベストフォーカス位置を精度良く検出するとともに、その検出結果に基づいて上述の焦点位置検出系（フォーカス検出系）のキャリブレーション、すなわち検出原点の調整又は検出オフセットの調整を行うことが重要である。
【０００４】
投影光学系のベストフォーカス位置の計測方法の１つとして、空間像計測法が知られている。空間像計測法では、実際の露光を行うことなく、投影光学系の像面側に配置されるウエハステージ上に空間像計測装置を設け、この空間像計測装置により前述の計測マークの投影像（空間像）の光強度を検出することで、その検出結果に基づいて投影光学系のベストフォーカス位置を検出する。ここで、空間像計測装置とは、ウエハが載置されるウエハステージ上に少なくとも一部が設けられ、所定形状の計測用パターン（例えば開口パターン）が形成されたパターン板と、該パターン板を介した光を受光する受光系とを有する装置の総称である。
【０００５】
空間像計測法による、従来のベストフォーカス位置の検出は、大略次のａ．〜ｄ．のような手順で行われていた（特許文献１、２、３等参照）。
ａ．  計測マーク（例えばラインアンドスペースパターンから成るマークなど）が形成され、投影光学系の物体面に配置されたレチクルなどを照明光により照明し、計測マークの投影像を投影光学系により像面に形成した状態で、その投影像に対してパターン板が走査されるように、ウエハステージを投影光学系の光軸に直交する２次元面平面内で所定方向に移動し、その移動中にパターン板を介した光を受光系により受光して計測マークの空間像を計測する。
ｂ．  ウエハステージを投影光学系の光軸に直交する２次元平面内で所定方向に移動させて行う上記ａ．の空間像計測を、投影光学系の光軸方向に関する複数の位置（以下、便宜上「Ｚ位置」と呼ぶ）で繰り返す。
ｃ．  複数のＺ位置で計測された計測マークの空間像から、コントラスト（一次周波数成分と直流成分との振幅比）を求める。
ｄ．  手順ｃ．の結果として得られるＺ位置とコントラストの関係より、ベストフォーカス位置を求める。
【０００６】
しかしながら、上記従来の空間像計測法によるベストフォーカス位置の検出では、投影光学系の光軸方向に関する複数の位置（Ｚ位置）で、手順ａ．の空間像計測を繰り返す必要があるため、必然的に計測に長時間を要していた。かかる不都合を改善する手法として、計測マーク毎に、パターン板（ウエハステージ）を＋Ｚ方向及び−Ｚ方向に往復移動させる検出方法が提案されている（例えば特許文献４参照）。
【０００７】
しかしながら、この検出方法では、例えば投影光学系の視野内の複数の点でベストフォーカス位置を検出するため、複数の計測マークの空間像を連続して計測する場合などに、計測マーク毎に、パターン板（ウエハステージ）をベストフォーカス位置近傍を中心として、＋Ｚ方向、及び−Ｚ方向に所定範囲で往復駆動するため、計測時間は、必ずしも十分に短くはならないおそれがある。
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／４１３７７号明細書
【特許文献２】特開２００２−１４００５号公報
【特許文献３】特開２００２−１９８３０３号公報
【特許文献４】国際公開第２００５／１２４８３４号パンフレット
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、その第１の態様によれば、第１面上に配置されたパターンの像を第２面上に形成する投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法であって、照明光により照明され、前記第１面上の異なる位置に配置された複数のマークそれぞれの前記投影光学系による前記第２面上への投影像に対して、所定の計測用パターンが形成されたパターン板を順次位置決めし、前記パターン板を前記投影光学系の光軸に平行な方向に移動させ、その移動中に前記パターン板の前記光軸方向に関する位置データ及び前記計測用パターンを介した前記照明光の強度データを取得する空間像計測を行う第１工程と；取得した位置データと、取得した強度データとに基づいて、前記投影光学系の光学特性を算出する第２工程と；を含み、前記第１工程では、前記複数のマークのうち、第１マークの空間像の計測に際しては、前記パターン板を前記光軸に平行な方向の一側から他側へ移動させ、前記複数のマークのうち、前記第１マークと異なる第２マークの空間像の計測に際しては、前記パターン板を前記光軸に平行な方向の他側から一側へ移動させる光学特性計測方法が提供される。
【００１０】
これによれば、マークの空間像の計測に際しては、パターン板を投影光学系の光軸に平行な方向の一側から他側へ移動させるので、マークの空間像の計測毎に光軸に平行な方向に関して往復駆動していた従来法と比べて計測時間を短縮することが可能になる。特により多くのマークについて、マーク毎に、光軸に平行な方向の一側から他側、他側から一側に、交互にパターン板を移動させる場合には、計測時間の短縮の効果が特に大きい。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、投影光学系を介して物体上に所定のパターンを転写する露光方法であって、本発明の光学特性計測方法を用いて、前記投影光学系の光学特性を計測する工程と；前記光学特性の計測結果に基づいて、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置を調整し、前記パターンを前記投影光学系を介して前記物体上に転写する工程と；を含む露光方法が提供される。
【００１２】
これによれば、本発明の光学特性計測方法を用いて投影光学系の光学特性を計測し、その結果に基づいて投影光学系の光軸方向に関する物体の位置を調整し、パターンを投影光学系を介して物体上に転写する。従って、計測する工程の処理が短時間で行われることから、計測する工程及び転写する工程を含む全工程のスループットの向上を図ることが可能である。さらに、投影光学系の光学特性としてベストフォーカス位置を計測することができるので、デフォーカスによる露光不良が殆どない高精度なパターンの形成が可能となる。
【００１３】
本発明の第３の態様によれば、本発明の露光方法を用いて、物体上にパターンを形成する工程と；前記パターンが形成された前記物体を現像する工程と；を含むデバイス製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００１５】
図１には、本発明の光学特性計測方法及び露光方法の実施に好適な一実施形態に係る露光装置１００の概略的な構成が示されている。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（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））である。
【００１６】
露光装置１００は、照明系１０、レチクルＲが載置されるレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴ、及びこれらを制御する制御系等を備えている。また、上記構成各部のうち、光源及び制御系の一部以外の部分は、実際には、内部の温度、圧力等の環境条件がほぼ一定に維持された不図示の環境制御チャンバ（エンバイロンメンタル・チャンバ）内に収容されている。
【００１７】
照明系１０は、レチクルブラインド（マスキングシステム）で規定されたレチクルＲ上でＸ軸方向（図１における紙面内左右方向）に細長く伸びるスリット状又は円弧状の照明領域を、照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。照明系１０の構成は、例えば米国特許出願公開第２００３／０２５８９０号明細書などに開示されている。ここで、照明光ＩＬとして、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。
【００１８】
レチクルステージＲＳＴは、照明系１０の図１における下方に配置されている。レチクルステージＲＳＴ上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが載置され、例えば真空吸着（又は静電吸着）により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系５６Ｒにより、ＸＹ平面内で２次元的に（Ｘ軸方向及びこれに直交するＹ軸方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）に）微少駆動可能であるとともに、不図示のレチクルベース上を所定の走査方向（ここでは、図１における紙面直交方向であるＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００１９】
レチクルステージＲＳＴ上には、移動鏡５２Ｒが固定され、レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置が、その移動鏡５２Ｒを介してレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）５４Ｒによって、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。
【００２０】
レチクル干渉計５４ＲからのレチクルステージＲＳＴの位置情報（又は速度情報）は、ステージ制御装置７０、及びこれを介して主制御装置５０に送られる。ステージ制御装置７０は、主制御装置５０の指示に基づいて、レチクルステージ駆動系５６Ｒを介してレチクルステージＲＳＴの位置（及び速度）を制御する。
【００２１】
投影光学系ＰＬは、その光軸ＡＸの方向をＺ軸方向とし、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置されている。投影光学系ＰＬは、ここでは両側テレセントリックな縮小系であり、光軸ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメントを含む屈折光学系が使用されている。投影光学系ＰＬの投影倍率は、例えば１／４（又は１／５等）である。このため、照明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲ上でＸ軸方向に細長く伸びるスリット状又は円弧状の照明領域（前述のレチクルブラインドで規定される）が照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領域内の回路パターンの縮小像（部分倒立像）が、表面にフォトレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域と共役な照明光ＩＬの投射領域（以下、「露光領域」とも呼ぶ）に形成される。
【００２２】
ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方に配置されている。ウエハステージＷＳＴは、ＸＹステージ４２と、該ＸＹステージ４２上に搭載されたＺチルトステージ３８と、を含む。
【００２３】
ＸＹステージ４２は、底面に固定されたエアベアリング（不図示）を介して、ウエハステージベース１６の上方に浮上支持されている。そして、ＸＹステージ４２は、ウエハステージ駆動系５６Ｗを構成する不図示のリニアモータ等によって走査方向であるＹ軸方向（図１における紙面直交方向）及びこれに直交するＸ軸方向（図１における紙面内左右方向）に２次元駆動される。
【００２４】
Ｚチルトステージ３８は、３つのＺ駆動系２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ（但し、紙面奥側のＺ駆動系２７Ｃは不図示）によって、ＸＹステージ４２上で３点にて支持されている。Ｚ駆動系２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃは、Ｚチルトステージ３８を、それぞれ下方から支持し、それぞれの支持点にて、Ｚ軸方向に独立して駆動する３つのアクチュエータ（例えばボイスコイルモータなど）２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ（但し、紙面奥側のアクチュエータ２１Ｃは不図示）と、アクチュエータ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃそれぞれによる各支持点でのＺチルトステージ３８の駆動量をそれぞれ検出するエンコーダ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ（但し、紙面奥側のエンコーダ２３Ｃは不図示）とを含む。ここで、エンコーダ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃとして、例えば、光学式又は静電容量式等のリニアエンコーダを使用することができる。本実施形態では、アクチュエータ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃより、Ｚチルトステージ３８を光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）及び光軸ＡＸに対する傾斜方向（Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向））に駆動する駆動装置の少なくとも一部が構成されている。また、エンコーダ２３Ａ〜２３Ｃによる検出結果は、ステージ制御装置７０及びこれを介して主制御装置５０に供給される。
【００２５】
Ｚチルトステージ３８上には、移動鏡５２Ｗが固定され、外部に配置されたウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）５４Ｗによって、その移動鏡を介して、Ｚチルトステージ３８（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ平面内の位置が例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。
【００２６】
ここで、実際には、Ｚチルトステージ３８上には、走査露光時の走査方向であるＹ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡と非走査方向であるＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられ、これに対応してウエハ干渉計もＸ軸方向位置計測用のＸレーザ干渉計とＹ軸方向位置計測用のＹレーザ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡５２Ｗ、ウエハ干渉計５４Ｗとして示されている。なお、例えば、Ｚチルトステージ３８の端面を鏡面加工して反射面（前述のＸ移動鏡、Ｙ移動鏡の反射面に相当）を形成しても良い。また、Ｘレーザ干渉計及びＹレーザ干渉計は測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウエハステージＷＳＴのＸ、Ｙ位置の他、回転（ヨーイング（Ｚ軸回りの回転であるθｚ回転）、ピッチング（Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転）、ローリング（Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転））も計測可能である。従って、以下の説明ではウエハ干渉計５４Ｗによって、Ｚチルトステージ３８のＸ、Ｙ、θｚ、θｙ、θｘの５自由度方向の位置が計測されるものとする。また、多軸干渉計は４５°傾いてＺチルトステージ３８に設置される反射面を介して、投影光学系ＰＬが載置される架台（不図示）に設置される反射面にレーザビームを照射し、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ軸方向）に関する相対位置情報を検出するようにしても良い。
【００２７】
ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は、ステージ制御装置７０、及びこれを介して主制御装置５０に供給される。ステージ制御装置７０は、主制御装置５０の指示に応じてウエハステージ駆動系５６Ｗを介してウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置（及び速度）を制御する。
【００２８】
また、Ｚチルトステージ３８上に、ウエハホルダ２５が設けられ、該ウエハホルダ２５にウエハＷが載置され、ウエハホルダ２５によって真空吸着（又は静電吸着）によって固定されている。
【００２９】
Ｚチルトステージ３８の内部には、図２に示されるように、投影光学系ＰＬの光学特性の計測に用いられる空間像計測装置５９を構成する光学系の一部が配置されている。ここで、空間像計測装置５９の構成について詳述する。
【００３０】
空間像計測装置５９は、Ｚチルトステージ３８に設けられたステージ内構成部分、すなわち、スリット板１９０、レンズ８４、光路折り曲げ用のミラー８８，９０、及び送光レンズ８６と、ウエハステージＷＳＴの外部に設けられたステージ外構成部分、すなわち、受光レンズ８９、光電変換素子から成る光センサ２４等と、を備えている。
【００３１】
これを更に詳述すると、スリット板１９０は、図２に示されるように、Ｚチルトステージ３８の上面に突設された円筒状の凸部５８に、その上部開口を閉塞する状態で固定されている。スリット板１９０の上面は、ウエハホルダ２５上に吸着されたウエハＷの表面とほぼ同一面上に位置するように設定されている。スリット板１９０は、波長１９３ｎｍの照明光ＩＬの透過性の良い、合成石英、あるいはホタル石などを素材とする円形の受光ガラス８２と、該受光ガラス８２の上面の中央部の矩形領域を除く部分に形成されたアルミニウムなどの金属の薄膜から成る遮光膜を兼ねる反射膜８３及び前記矩形領域内に形成されたクロムの薄膜から成る遮光膜９１とを有している。遮光膜９１の一部に計測用パターンとしての所定幅（２Ｄとする）のスリット状の開口パターン(以下、「スリット」と呼ぶ)１２２がパターンニングされて形成されている。
【００３２】
遮光膜９１には、図３に示されるように、Ｙ軸方向に伸びる所定幅２Ｄのスリット１２２ｙと、Ｘ軸方向に伸びる所定幅２Ｄのスリット１２２ｘとが、図３に示されるような位置関係で形成されているものとする。このように、遮光膜９１には、実際には複数のスリット１２２ｘ、１２２ｙ等が形成されているが、図２等では、これらのスリットが代表してスリット１２２として示されている。以下においても、スリット１２２ｘ、１２２ｙを、代表的に、スリット１２２とも記述する。所定幅２Ｄは、例えば、０．２μｍである。ここで、スリット１２２ｘ、１２２ｙが形成された遮光膜９１と、該遮光膜９１がその表面に形成された受光ガラス８２とによって、空間像計測用パターン板（スリット板）が実質的に構成される。従って、以下では、適宜、このスリット板をもスリット板１９０と記述する（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）等参照）。
【００３３】
図２に戻り、スリット板１９０下方のＺチルトステージ３８の内部には、図２に示されるように、スリット１２２の下方に、レンズ８４、折り曲げミラー８８が順に配置されている。折り曲げミラー８８は、光軸ＡＸに対して４５度で斜設されている。このため、スリット１２２及び受光ガラス８２を介して鉛直下向き（−Ｚ方向）に入射した照明光ＩＬ（像光束）は、レンズ８４を透過して折り曲げミラー８８によってその光路が＋Ｘ方向に向けて９０°折り曲げられる。折り曲げミラー８８で折り曲げられた照明光ＩＬの光路後方には更にその光路を９０°折り曲げて鉛直上向き（＋Ｚ方向）に折り曲げるミラー９０が配置されている。さらに、Ｚチルトステージ３８の上壁部分には、ミラー９０によってその光路が折り曲げられた照明光ＩＬをＺチルトステージ３８の外部に送り出す送光レンズ８６が固定されている。
【００３４】
送光レンズ８６の上方（＋Ｚ方向）には、送光レンズ８６と比べて大径の受光レンズ８９が配置されている。受光レンズ８９の上方には、光センサ２４が配置されている。受光レンズ８９及び光センサ２４は、所定の位置関係を保ってケース９２内に収納され、ケース９２は取付け部材９３を介して投影光学系ＰＬの鏡筒の側面に固定されている。受光レンズ８９、光センサ２４及びケース９２を含んで、受光器９４が構成されている。
【００３５】
光センサ２４として、微弱な光を精度良く検出する光電変換素子（受光素子）、例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ（ＰＭＴ、光電子増倍管）などが用いられる。光センサ２４の出力信号は、図１に示される信号処理装置８０に送られる。信号処理装置８０は、例えば増幅器、Ａ／Ｄコンバータ（通常１６ビットの分解能のものが用いられる）などを含む。信号処理装置８０からの出力は、主制御装置５０に送られる。
【００３６】
上述のようにして構成された空間像計測装置５９によると、投影光学系ＰＬの光学特性の計測のため、例えば、後述する計測用レチクルなどに形成された計測マークの投影光学系ＰＬによる像（空間像）を計測する際には、投影光学系ＰＬを透過してきた照明光ＩＬによってスリット板１９０が照明されると、そのスリット板１９０上のスリット１２２を透過した照明光ＩＬがレンズ８４、ミラー８８、９０及び送光レンズ８６を順次介してＺチルトステージ３８の外部に導き出される。そして、そのＺチルトステージ３８の外部に導き出された光は、受光器９４（より正確には光センサ２４）によって受光され、該受光器９４の光センサ２４からその受光量に応じた光電変換信号（光量信号）Ｐが信号処理装置８０に供給される。
【００３７】
本実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸と直交する面（ＸＹ平面）内における計測マークの空間像の座標位置を計測するに際して、スリット板１９０を空間像を横切る方向（ＸＹ平面内の所定方向）に移動させる必要がある。その際、送光レンズ８６が、受光器９４に対してＸＹ平面内の所定方向に移動する。従って、空間像計測装置５９では、所定の範囲内で移動する送光レンズ８６からの照明光がすべて受光器９４へ入射するように、各レンズ、及びミラーの大きさが設定されている。
【００３８】
空間像計測装置５９は、上述のように構成されているため、光センサ２４の発熱に起因してウエハ干渉計５４Ｗの計測精度等に悪影響を与えたりすることがない。また、Ｚチルトステージ３８の外部と内部とをライトガイド等により接続していないので、Ｚチルトステージ３８の外部と内部とがライトガイドにより接続された場合のようにＺチルトステージ３８の駆動精度が悪影響を受けることもない。
【００３９】
勿論、熱の影響を排除できるような場合には、光センサ２４をＺチルトステージ３８の内部に設けても良い。
【００４０】
投影光学系ＰＬの側面には、ウエハＷ上のアライメントマーク（位置合わせマーク）又は位置制御の基準となる基準マークを検出するオフアクシス方式のアライメント系ＡＬＧが設けられている。アライメント系ＡＬＧとして、例えば、画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。アライメント系ＡＬＧの検出結果、すなわちアライメント系ＡＬＧの検出中心に対するアライメントマーク（又は基準マーク）の位置情報が、アライメント信号処理系（不図示）を介して主制御装置５０に供給される。主制御装置５０では、その位置情報とそのときのウエハ干渉計５４Ｗの出力であるウエハステージＷＳＴの位置情報とに基づいて、ウエハ干渉計５４Ｗの測長軸で規定されるステージ座標系上におけるアライメン卜マークの位置座標を算出する。
【００４１】
また、投影光学系ＰＬの下端部の近傍には、ウエハＷの表面の光軸ＡＸ方向の位置及び光軸ＡＸに対する傾斜を計測するフォーカスセンサが配置されている。フォーカスセンサとして、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示される斜入射方式の多点焦点位置検出系が採用されている。多点焦点位置検出系は、投影光学系ＰＬの最良結像面に向けて結像光束を光軸ＡＸに対して斜めに射出する照射光学系６０ａと、ウエハＷの表面からの反射光束をスリットを介して受光する受光光学系６０ｂと、から構成される。フォーカスセンサの計測結果は、主制御装置５０に供給される。主制御装置５０は、その計測結果に従って、ウエハステージ駆動系５６Ｗを介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向及び傾斜方向に駆動して、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御を行う。
【００４２】
さらに、図１では図示が省略されているが、本実施形態の露光装置１００では、レチクルステージＲＳＴの上方に、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマークと対応する基準マーク板上の基準マークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から成る一対のレチクルアライメント検出系が設けられている。レチクルアライメント検出系の詳細構成は、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書等に開示されている。レチクルアライメント検出系の検出信号は、主制御装置５０に供給される。
【００４３】
制御系は、ワークステーション（又はマイクロコンピュータ）を含む主制御装置５０を中心として構成され、該主制御装置５０の制御下にあるステージ制御装置７０、信号処理装置８０などを含む。
【００４４】
次に、上述のようにして構成された本実施形態の露光装置１００において行われる投影光学系ＰＬの光学特性を計測する計測手順について、主制御装置５０（の内部のＣＰＵ）によって実行される、光学特性の計測に関する処理アルゴリズムを示す図４のフローチャートに沿って、かつ適宜その他図面を参照しつつ詳細に説明する。図４のフローチャートがスタートするのは、オペレータにより計測開始の指示が入力されたときであるものとする。
【００４５】
まず、ステップ２０２において、主制御装置５０は、事前計測処理を実行する。
（ａ）  具体的には、主制御装置５０は、不図示のレチクルローダを介して、レチクルステージＲＳＴ上に図２に示される計測用レチクルＲｍをロードする。ここで、計測用レチクルＲｍのパターン面には、所定のパターン領域が形成され、そのパターン領域内部の所定箇所、例えば中心位置を含む複数の箇所に、計測マークＰＭが形成されている。この場合、各計測マークＰＭとしては、一例として、図５に示されるように、Ｙ軸方向に周期性を有するライン部の幅とスペース部の幅の比（デューティ比）が所定の値、例えば１：１のラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）マークから成る計測マークＰＭｙと、該計測マークＰＭｙに近接して配置されたＸ軸方向に周期性を有するデューティ比が１：１のＬ／Ｓマークから成る計測マークＰＭｘとから成るものが用いられているものとする。なお、計測マークＰＭｙ，ＰＭｘとして、孤立線と見なせる程度にデューティ比が１：３より小さなＬ／Ｓマーク、又は孤立ラインパターンを用いても良い。
【００４６】
（ｂ）  次に、主制御装置５０は、空間像計測の対象となる全ての計測マークのそれぞれについて、投影光学系ＰＬの光軸と直交するＸＹ平面内で空間像計測装置５９を移動させ、ＸＹ平面内における各計測マークの空間像の投影位置の位置座標を求めるとともに、必要に応じ光センサ２４のゲイン設定（すなわちセンサキャリブレーション）をも行う。なお、かかる光センサ２４のゲイン設定、及び投影光学系ＰＬの光軸と直交するＸＹ平面内で空間像計測装置５９を移動させる空間像計測の詳細については、国際公開第２００５／１２４８３４号パンフレット（及びこれに対応する米国特許出願公開第２００８／０３０７１５号明細書）などに開示されている。なお、各計測マークの空間像の投影位置の計測に先立って、主制御装置５０により、レチクルアライメント検出系により計測用レチクルＲｍの一対のアライメントマークを検出し、その検出結果に基づいてレチクルステージＲＳＴの位置調整が行われる。
【００４７】
上述したステップ２０２の事前計測処理が終了すると、ステップ２０４に進み、投影光学系ＰＬの光軸方向と平行な方向（Ｚ軸方向）に関する空間像計測を行うために、空間像計測の対象となる計測マークの番号を示す不図示のカウンタのカウント値ｋを１に初期化する（ｋ←１）。ここで、Ｚ軸方向に関する空間像計測の対象となる計測マークとしては、同一の計測マークＰＭに含まれる計測マークＰＭｘと計測マークＰＭｙとを、別々のマークであるものと観念する。すなわち、同一の計測マークＰＭに含まれる計測マークＰＭｘと計測マークＰＭｙには、別の番号、例えば連続番号が付されるものとする。
【００４８】
次のステップ２０６では、先に事前計測（ステップ２０２）で取得したＸＹ平面内の位置座標に基づいて、投影光学系ＰＬにより形成される第ｋ番目の計測マークの投影像にスリット板１９０の対応するスリットをＸＹ平面内で位置決めすべく、ウエハ干渉計５４Ｗの計測値をモニタしつつ、ウエハステージＷＳＴをウエハステージ駆動系５６Ｗを介して駆動する。
【００４９】
次のステップ２０８では、カウント値ｋが奇数であるか否かを判断する。この場合、ｋ＝１であるから、このステップ２０８における判断は肯定され、ステップ２１０に進む。
【００５０】
ステップ２１０では、スリット板１９０の移動方向を＋Ｚ方向として、ｋ番目（ここでは１番目）の計測マークの空間像計測を行う。具体的には、照明系１０内のレチクルブラインドを制御して、照明光ＩＬがｋ番目の計測マークにのみ照射されるように、照明領域を規定（制限）し、ステージ制御装置７０を介してＺチルトステージ３８の高さ（Ｚ位置）を調整して、スリット板１９０の表面を初期位置に位置決めする。ここで、初期位置としては、基準位置Ｚ０を中心とする所定の範囲（Ｚ０−ｄｚ≦Ｚ≦Ｚ０＋ｄｚ）の下端、すなわちＺ０−ｄｚが採用される。ここで、基準位置Ｚ０は、先に検出したベストフォーカス位置がメモリに記憶されている場合にはそのベストフォーカス位置を、ベストフォーカス位置が記憶されていない場合、あるいは消去された場合にはデフォルト設定のＺ位置を、採用することができる。
【００５１】
主制御装置５０は、スリット板１９０（の対応するスリット１２２の中心）をマーク位置に位置決めした状態で、照明光ＩＬを用いて計測用レチクルＲｍの計測マークを照明しつつ、ステージ制御装置７０及びウエハステージ駆動系５６Ｗを介してＺチルトステージ３８を光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に駆動して、スリット板１９０を２ｄｚ、すなわち、初期位置Ｚ０−ｄｚからＺ０＋ｄｚまでで移動させる。それと同時に、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）を用いて計測されるスリット板１９０（Ｚチルトステージ３８）のＺ軸方向に関する面位置データと光センサ２４を用いて計測されるスリット透過光の強度データを、所定のサンプリング間隔で、収集する。
【００５２】
本実施形態では、上述のＺ軸方向に関する空間像計測におけるサンプリング間隔を、例えば、照明系１０内の光源（エキシマレーザ）の発振周波数と同じ４ｋＨｚとする。この場合、例えば、８μｍ／ｓｅｃでスリット板１９０（Ｚチルトステージ３８）をＺ軸方向に移動しつつデータ収集を行っても、８［μｍ／ｓｅｃ］／４［ｋＨｚ］＝２[ｎｍ]の位置分解能が得られる。また、基準位置を中心とする所定の範囲を、例えば４μｍの範囲にしたとしても、４[μｍ]／８[μｍ／ｓｅｃ]＝０．５[ｓｅｃ]という短い時間でデータ収集が可能である。
【００５３】
所定の範囲内（Ｚ０−ｄｚ≦Ｚ≦Ｚ０＋ｄｚ）におけるＺチルトステージ３８のＺ軸方向に関する面位置データと、対応するスリット透過光の強度データのサンプリングが終了すると、ステップ２１４に進んで、全ての計測マークについての空間像計測が終了したから否かを判断する。ここでは、第１番目の計測マークについてのみ計測が行われているので、ステップ２１４における判断は否定され、ステップ２１６に移行し、カウント値ｋを１インクリメントして、次の計測マークに計測対象を変更した後、ステップ２０６に戻る。
【００５４】
ステップ２０６では、スリット板１９０のＺ軸方向における位置をＺ０＋ｄｚに維持したまま、先に事前計測（ステップ２０２）で取得したＸＹ平面内の空間像の位置座標に基づいて、投影光学系ＰＬにより形成される第ｋ番目（ここでは第２番目）の計測マークの投影像にスリット板１９０の対応するスリットをＸＹ平面内で位置決めすべく、ウエハステージＷＳＴを駆動する。そして、ステップ２０８で、カウント値ｋが奇数であるか否かを判断する。この場合、ｋ＝２であるから、このステップ２０８における判断は否定され、ステップ２１２に移行する。
【００５５】
ステップ２１２では、スリット板の移動方向を−Ｚ方向として、前述のステップ２１０と同様の手順で空間像計測を行う。この場合、空間像計測が開始される時点では、スリット板１９０のＺ軸方向の位置が、Ｚ０＋ｄｚの位置に設定されているので、その初期位置Ｚ０＋ｄｚからＺ０−ｄｚまで−Ｚ方向に２ｄｚ移動させる。それと同時に、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）を用いて計測されるスリット板１９０（Ｚチルトステージ３８）のＺ軸方向に関する面位置データと光センサ２４を用いて計測されるスリット透過光の強度データを、所定のサンプリング間隔で、収集する。
【００５６】
ステップ２１２における処理が終了すると、ステップ２１４で全ての計測マークについての空間像計測が終了したか否かを判断する。そして、このステップ２１４における判断が否定された場合には、ステップ２１６に移行して、カウント値ｋを１インクリメントして、次の計測マークに計測対象を変更した後、ステップ２０６に戻る。以降、ステップ２１４における判断が肯定されるまで、ステップ２０６〜２１６のループの処理（判断を含む）を、繰り返す。
【００５７】
そして、ステップ２１４における判断が肯定された場合、すなわち、全ての計測マークについての空間像計測が終了した場合には、ステップ２１８に進む。
【００５８】
ステップ２１８では、上記のＺ軸方向における空間像計測（ステップ２１０、２１２）により、メモリ内に蓄積されたデータを用いて、投影光学系ＰＬの光学特性、例えばベストフォーカス位置（及び非点収差、像面湾曲など）を算出する。
【００５９】
なお、ステップ２１０では、第１番目の計測マークの空間像に対して、スリット板１９０の移動方向を＋Ｚ方向に設定したが、−Ｚ方向に設定しても良い。この場合、スリット板１９０の初期位置は、（Ｚ０−ｄｚ≦Ｚ≦Ｚ０＋ｄｚ）の上端、すなわちＺ０＋ｄｚとなり、また、第２番目の計測マークの空間像に対するスリット板１９０の移動方向が＋Ｚ方向となる。
【００６０】
ここで、一例として、計測用レチクルＲｍの中心位置にある計測マークＰＭに含まれる計測マークＰＭｙ，ＰＭｘを計測対象とする場合を考える。
【００６１】
この場合、事前計測により、主制御装置５０により、計測マークＰＭｙのＹ位置、及び計測マークＰＭｘのＸ位置が、それぞれ空間像計測装置５９を用いたＸＹ平面内における空間像計測の結果に基づいて求められる。
【００６２】
そして、ステップ２１０において、図６（Ａ）に示されるように、計測マークＰＭｙの空間像ＰＭｙ’の光強度分布の中心位置にスリット板１９０のスリット１２２ｙを位置させた後、スリット１２２ｙを介して検出される光強度を計測しながら、スリット板１９０（スリット１２２ｙ）を、投影光学系の光軸ＡＸに平行なＺ軸方向に初期位置Ｚ０−ｄｚからＺ０＋ｄｚまで移動させる。このスリット板１９０の＋Ｚ方向への移動により、計測マークＰＭｙの空間像ＰＭｙ’の計測が行われる。
【００６３】
次いで、ステップ２１４を経て、ステップ２１６において、Ｚ軸方向におけるスリット板１９０の位置をＺ０＋ｄｚに維持したまま、スリット板１９０をＸＹ平面内で移動させ、Ｚ軸方向における空間像の計測対象を計測マークＰＭｘに変更する。ステップ２１２において、図６（Ｂ）に示されるように、計測マークＰＭｘの空間像ＰＭｘ’の光強度分布の中心位置にスリット板１９０のスリット１２２ｘを位置させた後、スリット１２２ｘを介して検出される光強度を計測しながら、スリット板１９０（スリット１２２ｘ）を、投影光学系の光軸ＡＸに平行に初期位置Ｚ０＋ｄｚからＺ０−ｄｚまで移動させる。このスリット板１９０の−Ｚ方向への移動により、計測マークＰＭｘの空間像ＰＭｘ’の計測が行われる。
【００６４】
そして、ステップ２１４を経てステップ２１８に移行する。ステップ２１８において、主制御装置５０は、上記の計測マークＰＭｙの空間像ＰＭｙ’の計測結果（すなわちスリット板１９０（Ｚチルトステージ３８）のＺ軸方向に関する面位置データとスリット透過光の強度データ）と、計測マークＰＭｘの空間像ＰＭｘ’の計測結果とに基づいて、空間像ＰＭｙ’に対応する投影光学系ＰＬの第１のベストフォーカス位置Ｚbest1と、空間像ＰＭｘ’に対応する投影光学系ＰＬの第２のベストフォーカス位置Ｚbest2とを、いわゆるスライス法を用いて、それぞれ算出する。ここで、スライス法とは、例えば図７に示されるような空間像プロファイル（スリット透過光強度の曲線）とスライスレベルとの２つの交点の中点を求め、その中点のＺ位置をベストフォーカス位置とする方法を意味する。ここで、通常、計測マークＰＭｙの空間像ＰＭｙ’の計測結果、及び計測マークＰＭｘの空間像ＰＭｘ’の計測結果、すなわち面位置データと強度データにはノイズが混入する。そこで、本実施形態では、主制御装置５０は、移動平均を用いて複数の位置データ及び複数の強度データの少なくとも一方の平滑化を少なくとも一回行い、平滑化後の前記位置データ、強度データの各データを用いてパターン板１９０のＺ位置に対する照明光ＩＬの強度の変化曲線（空間像プロファイル）を算出し、その変化曲線に基づいてベストフォーカス位置を算出する。かかる詳細は、例えば、国際公開第２００５／１２４８３４号パンフレット（及びこれに対応する米国特許出願公開第２００８／０３０７１５号明細書）などに詳細に開示されている。
【００６５】
そして、主制御装置５０は、投影光学系ＰＬの第１のベストフォーカス位置Ｚbest1と第２のベストフォーカス位置Ｚbest2との平均値Ｚbestavをベストフォーカス位置Ｚbestとして算出する。また、主制御装置５０は、第１のベストフォーカス位置と第２のベストフォーカス位置との差に基づいて、投影光学系ＰＬの非点収差を算出する。
【００６６】
ここで、上記と同様のベストフォーカス位置Ｚbestの計測を、計測用レチクルＲｍに形成された複数の計測マークＰＭ（すなわち、投影光学系ＰＬの視野内の複数の評価点）のそれぞれについて行う場合には、主制御装置５０は、それらの評価点におけるベストフォーカス位置Ｚbestに基づいて、投影光学系ＰＬの像面形状、すなわち像面湾曲（像面傾斜を含む）をも求めることができる。
【００６７】
さらに、計測マークとして、ピッチ又は線幅が異なるＬ／Ｓパターンから成る複数の計測マークを用いる場合には、主制御装置５０は、これらについてのベストフォーカス位置の計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬの球面収差を求めることもできる。
【００６８】
そして、投影光学系ＰＬの光学特性の検出が終了すると、主制御装置５０は、レチクルステージＲＳＴから計測用レチクルＲｍをアンロードする。
【００６９】
本実施形態の露光装置１００では、主制御装置５０は、上述のようにして求めたベストフォーカス位置Ｚbestに基づいて、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の調整ないしはキャリブレーションを実行する。ここで、この多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の調整としては、例えば特開２００２−１４００５号公報及び特開２００２−１９８３０号公報及びこれに対応する米国特許出願公開２００２／００４１３７７号明細書などに開示されるように、各センサの検出原点を調整することとすることができる。
【００７０】
上述のようにして構成され、上述のような機能を有する本実施形態の露光装置１００では、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で、主制御装置５０によって各部が制御され、レチクルロード、ウエハロード、レチクルアライメント及びアライメント系ＡＬＧのベースライン計測、並びにＥＧＡなどのウエハアライメントが行われる。
【００７１】
その後、主制御装置５０により、以下のようにして各部が制御され、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われ、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルＲのパターンがそれぞれ転写される。
【００７２】
すなわち、主制御装置５０は、ウエハアライメントの結果として得られたウエハＷ上の各ショット領域の配列情報及びアライメント系ＡＬＧのベースラインに基づいて、干渉計５４Ｗ、５４Ｒからの位置情報をモニタしつつ、ウエハＷの第１ショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）にＺチルトステージ３８（ウエハステージＷＳＴ）を移動するとともに、レチクルステージＲＳＴを走査開始位置（加速開始位置）に移動した後、両ステージＲＳＴ、ＷＳＴのＹ軸方向の相対走査を開始する。
【００７３】
そして、両ステージＲＳＴ、ＷＳＴが所定の走査速度に達し、等速同期状態に達すると、照明系１０からの照明光ＩＬによりレチクルＲのパターン領域が照明され始め、第１ショット領域の走査露光が開始される。そして、レチクルＲのパターン領域の異なる領域が、照明光ＩＬで逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、ウエハＷ上の第１ショット領域の走査露光が終了する。これにより、レチクルＲの回路パターンが投影光学系ＰＬを介して第１ショット領域に縮小転写される。
【００７４】
主制御装置５０は、上述の走査露光中は、レチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動速度ＶｒとウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動速度Ｖｗとが投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比に維持されるように、ステージ制御装置７０を介してレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを同期制御する。また、上記の走査露光中に、主制御装置５０は、前述の計測されたベストフォーカス位置Ｚbestに基づいて調整が行われた多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）を用い、その受光系６０ｂからの焦点ずれ信号に基づいて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に関するウエハＷの位置及びＸＹ面に対する傾斜（すなわち、θｘ，θｙ方向の回転）を調整することで、照明光ＩＬの照射領域である露光領域内で投影光学系ＰＬの結像面（最良結像面）とウエハＷの表面とを実質的に合致させるフォーカス・レベリング制御を行う。
【００７５】
このようにして、第１ショット領域に対する走査露光が終了すると、主制御装置５０は、次の第２ショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）へウエハステージＷＳＴを移動させるショット間のステッピング動作を行い、その第２ショット領域に対する走査露光を上述と同様にして行う。
【００７６】
以降、主制御装置５０により、上述のショット間のステッピング動作とショット領域に対する走査露光動作とが繰り返され、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全てのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。
【００７７】
なお、上では、先に検出された投影光学系のベストフォーカス位置に基づいて、多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）の調整を行い、走査露光中には、この調整後の多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）を用いて、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御を行うものとしたが、これに限らず、先に検出された投影光学系のベストフォーカス位置を用いて、多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）の検出オフセット値を求めておき、走査露光中には、この検出オフセット値と、多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）の出力とを併せて考慮しつつ、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御を行うこととしても良い。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態によると、計測マークＰＭの空間像の計測に際して、パターン板１９０（Ｚチルトステージ３８）を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行なＺ軸方向の一側から他側へ移動させるので、計測マークの空間像の計測毎に光軸ＡＸに平行なＺ軸方向に関して往復駆動していた従来法と比べて計測時間を短縮することが可能になる。特に、上述した計測マークＰＭｘ、ＰＭｙなどの連続検出などの場合のように、複数の計測マークについて、計測マーク毎に、光軸に平行なＺ軸方向の一側から他側、他側から一側に、交互にパターン板１９０を移動させる場合には、計測時間の短縮の効果が特に大きい。なお、複数の計測マークについて、計測マーク事に、光軸に平行なＺ軸方向の他側から一側、一側から他側に、交互にパターン板１９０を移動させても良い。
【００７９】
また、本実施形態によると、前述の光学特性計測方法を用いて投影光学系ＰＬの光学特性（ベストフォーカス位置など）を計測し、該計測結果を利用して、投影光学系ＰＬの光軸方向に関するウエハＷの位置を調整し、レチクルＲに形成されたパターンを投影光学系ＰＬを介して光軸方向に関する位置が調整されたウエハＷ上に転写する。従って、ベストフォーカス位置の検出が短時間で行われることから、ベストフォーカス位置の検出及び露光工程を含む全工程のスループットの向上を図ることが可能である。また、前述のサンプリング間隔を可能な範囲で細かく設定することにより、多くのデータを取得可能であることから、ベストフォーカス位置の検出精度（検出分解能）の向上も期待され、結果的にデフォーカスによる露光不良の殆どないパターンのウエハＷ上への高精度な転写も可能である。
【００８０】
なお、上記実施形態では、空間像計測の対象である計測マークを変更する毎にＺ軸方向に関する空間像計測におけるパターン板９０のＺ軸方向に関する移動方向を切り換えることとしたが、これに限らず、例えば、同じ計測マークＰＭについてＺ軸方向に関する空間像計測を繰り返す場合等においても、Ｚ軸方向に関する空間像計測を繰り返す度にパターン板９０のＺ軸方向に関する移動方向を切り換えることとしても良い。
【００８１】
また、上記実施形態では、ステップ２１４における判断が肯定されるまで、ステップ２１０、２１２の処理を交互に繰り返すことで、全ての計測マークＰＭに対するＺ軸方向に関する空間像計測を行った後、ステップ２１８において投影光学系の光学特性、すなわちベストフォーカス位置、非点収差、像面形状などを算出するものとしたが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、計測マークについてＺ軸方向に関する空間像計測と、その計測マークに対するベストフォーカス位置（及び非点収差）の算出とを連続して行い、これらのＺ軸方向に関する空間像計測とベストフォーカス位置（及び非点収差）の算出とを、計測マーク毎に繰り返し行うこととしても良い。
【００８２】
なお、上記実施形態では、光学特性（ベストフォーカス位置等）の計測において計測マークＰＭが形成された計測用レチクルＲｍを用いたが、これに限らず、露光用のレチクルの一部に計測マークＰＭを設けても良い。また、レチクルステージＲＳＴ上に基準マーク板を設け、この基準マーク板に計測マークＰＭを形成しても良い。
【００８３】
また、上記実施形態では、スリット板１９０としてスリット（開口パターン）が形成された透過型のパターン板を用いる場合について説明したが、これに限らず、反射型のパターンを有するパターン板を有する空間像計測装置を、空間像計測装置５９に代えて採用することもできる。
【００８４】
また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも本発明は適用することができる。さらに、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。また、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号パンフレットなどに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置にも本発明は適用が可能である。この場合、計測ステージに空間像計測装置５９の少なくとも一部（パターン板を含む）を配置する構成を採用しても良い。
【００８５】
また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。また、前述の照明領域及び露光領域はその形状がスリット状（矩形状）又は円弧状であるものとしたが、これに限らず、例えば、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。
【００８６】
また、上記実施形態では、露光用照明光としてＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）を用いる場合について説明したが、これに限らずＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）、Ｆ2レーザ光（１５７ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、Ａｒ2レーザ光（１２６ｎｍ）、銅蒸気レーザ、ＹＡＧレーザの高長波等を露光用照明光として用いることができる。また、例えば、真空紫外光として、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（Ｅｒ）（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）の両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
【００８７】
また、上記実施形態では、本発明が、液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプの露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレット、欧州特許出願公開第１,４２０,２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号パンフレット、特開２００４−２８９１２６号公報（対応米国特許第６,９５２,２５３号明細書）などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
【００８８】
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。
【００８９】
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
【００９０】
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、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エッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、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、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の光学特性計測方法は、投影光学系の光学特性を計測するのに適している。また、本発明の露光方法は、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して物体上に転写するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す。
【図２】空間像計測装置の概略構成を示す
【図３】スリット板を示す平面図である。
【図４】主制御装置によって実行される、光学特性の計測に関する処理アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図５】計測用パターンの一例を示す図である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、計測用レチクルＲｍの中心位置にある計測マークＰＭに含まれる計測マークＰＭｙ，ＰＭｘを計測対象とする連続した、Ｚ軸方向に関する空間像計測（スリット板をＺ軸方向に移動させる空間像計測）について説明するための図である。
【図７】スリット板をＺ軸方向に移動させる空間像計測により得られるスリット透過光強度曲線の一例を示す線図である。
【符号の説明】
【００９３】
１９０…スリット板、ＰＬ…投影光学系、ＩＬ…照明光、ＰＭ…計測マーク、ＡＸ…光軸。
【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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