(57)【要約】【課題】拡散部材による光の拡散ムラに起因する光量分布の不均一を解消し、効率的かつ高精度な測定ができる光学特性測定方法、光学系の調整方法、光学特性測定装置、露光精度の向上可能な露光装置、高集積度のデバイスを歩留まりよく生産することのできるデバイスの製造方法を提供する。【解決手段】開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）が形成された測定用レチクルセットＲＡを、光拡散部材で拡散された光で、開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）のそれぞれが開口４１ａと投影光学系ＰＬに関して共役関係となるタイミングで照明する。そして、開口４１ａと共役関係にある開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）及び投影光学系ＰＬを通過した光を開口４１ａを介して入射し、入射した光の波面を分割して複数のスポット像を形成し、各開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）に対応するスポット像を重ね合わせて受光し、その受光結果に基づいて、被検光学系の光学特性を算出する。【選択図】      図１０
2006196659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光拡散部材、所定のパターンが形成されたパターン形成部材、及び被検光学系を順次介した後、受光用開口に到達した光に基づいて、前記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、
前記所定のパターンとして、少なくとも第１開口パターン及び第２開口パターンが形成された前記パターン形成部材を、前記光拡散部材で拡散された光で照明する照明工程と、
前記第１開口パターン及び前記第２開口パターンのそれぞれと、前記受光用開口とが前記被検光学系に関して共役関係となるように、前記光拡散部材と前記パターン形成部材との相対位置関係を維持しつつ前記パターン形成部材と前記受光用開口との相対位置を変化させる相対位置変化工程と、
前記第１開口パターンが前記受光用開口と共役関係にあるときに、前記第１開口パターン及び前記被検光学系を通過した光を前記受光用開口を介して入射し、入射した光の波面を分割して複数の第１パターン像を形成する第１パターン像形成工程と、
前記第２開口パターンが前記受光用開口と共役関係にあるときに、前記第２開口パターン及び前記被検光学系を通過した光を前記受光用開口を介して入射し、入射した光の波面を分割して複数の第２パターン像を形成する第２パターン像形成工程と、
少なくとも前記第１パターン像及び前記第２パターン像を重ね合わせて受光し、その受光結果に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する算出工程と
を有することを特徴とする光学特性測定方法。
【請求項２】
前記照明工程では、前記相対位置変化工程と同期させて、前記第１開口パターン及び前記第２開口パターンが順次前記受光用開口と共役関係の位置となるときに前記光を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】
前記パターン形成部材を照明する前記光は、パルスレーザ光であることを特徴とする請求項２に記載の光学特性測定方法。
【請求項４】
前記相対位置変化工程では、前記光拡散部材と前記パターン形成部材との相対位置関係を維持した状態で、前記受光用開口に対して前記パターン形成部材を移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学特性測定方法。
【請求項５】
前記相対位置変化工程における前記パターン形成部材の移動距離は、１０ｍｍ以上であ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】
前記所定のパターンは、前記第１開口パターン及び前記第２開口パターンを含む複数の開口パターンで構成され、当該複数の開口パターンは、前記相対位置変化工程における相対移動の方向に沿う列に等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学特性測定方法。
【請求項７】
前記複数の開口パターンは円形状に形成され、当該円形状の開口パターンの形成間隔は、当該円形状の開口パターンの半径以上の大きさであることを特徴とする請求項６に記載の光学特性測定方法。
【請求項８】
光学系の光学特性を調整する光学系の調整方法であって、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学特性測定方法を用いて前記光学系の光学特性を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
を含む光学系の調整方法。
【請求項９】
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、
入射した光を拡散する光拡散部材と、
第１開口パターン及び第２開口パターンを有し、前記光拡散部材で拡散された光が照射されるパターン形成部材と、
前記被検光学系に関して前記第１開口パターン及び前記第２開口パターンのそれぞれと順次共役関係に配置される受光用開口と、前記第１開口パターン及び前記被検光学系を通過した光を前記受光用開口を介して入射し、入射した光の波面を分割して複数の第１パターン像を形成すると共に、前記第２開口パターン及び前記被検光学系を通過した光を前記受光用開口を介して入射し、入射した光の波面を分割して複数の第２パターン像を形成する波面分割素子と、少なくとも前記第１パターン像及び前記第２パターン像を重ね合わせて受光する受光素子とを有する受光装置と、
前記第１パターン像及び前記第２パターン像を重ね合わせて受光した結果に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する算出装置と
を備えることを特徴とする光学特性測定装置。
【請求項１０】
マスクに形成された所定のパターン像を基板上に転写する投影光学系を有する露光装置であって、
前記投影光学系の光学特性を測定する請求項９に記載の光学特性測定装置を備える露光装置。
【請求項１１】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、
前記リソグラフィ工程で、請求項８に記載の光学系の調整方法により光学特性が調整された露光装置を用いて露光を行う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、光学特性測定方法、光学系の調整方法、光学特性測定装置、露光装置並びにデバイスの製造方法に係り、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、光学特性測定方法を使用する光学系の調整方法に関する。さらに、光学特性測定装置及び光学特性測定装置を備える露光装置並びに光学系の測定方法を使用した露光装置によるデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置では、所定のパターンが形成されたレチクル、フォトマスク等のマスクを所定の露光光で照明し、投影光学系を介して所定のパターンの像をフォトレジスト等の感光性樹脂が塗布されたウエハ、ガラスプレート等の基板上に露光するようになっている。また、このような露光装置では、近年の回路パターンの微細化に対応すべく、投影光学系の高ＮＡ化とともに、露光光の短波長化が進められてきている。最近では、遠紫外光、例えばＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）、さらに真空紫外域のＡｒＦエキシマレーザ（λ＝１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（λ＝１５７ｎｍ）等のレーザのパルス光を露光光としたものが開発されている。
【０００３】
この種の露光装置における投影光学系は、互いの光軸が一致するように配列された複数のレンズ等の光学素子からなっている。そして、各光学素子が光学素子保持装置を介してほぼ水平（いわゆる横置きタイプ）に保持された状態で、鏡筒内に収容されている。一般に、この種の投影光学系は、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。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、局所的な温度変化など様々な要因に起因する諸収差が残存してしまう。そのため、実際に製造された投影光学系のような被検光学系の収差等の光学特性を、例えば、波面収差により測定する波面収差測定技術が提案されている。
【０００４】
この波面収差測定技術では、まず、ピンホールを用いて発生させた球面波を被検光学系に入射し、被検光学系を通過した後のピンホール像を一旦平行光に変換して、その波面を複数に分割する。そして、その分割された波面ごとにスポット像を形成し、分割波面ごとのスポット像の形成位置に基づいて被検光学系の波面収差を測定する。
【０００５】
さらに、こうした波面収差測定においては、投影光学系に入射する光の光量の確保と、広範囲で均一性の高い投影光学系への入射の確保とを両立させる必要がある。そこで、ピンホールパターンに代えて測定用光の波長程度より大きな径の開口パターンをレチクルに形成し、照明光をレモンスキン板等の光拡散部材を介した後にレチクルに照射する方法が知られている。
【０００６】
ところで、このように光拡散部材を使用する場合、測定用光の波長程度より大きな開口パターンを使用するので、投影光学系には回折されていない光が入射することになる。このため、投影光学系の瞳面には、光拡散部材による光の拡散ムラに起因する光量分布の不均一が発生する。光量分布が不均一であると、その分割波面に対するスポット像の形状が光量分布の不均一さに応じて変化し、この結果、スポット像位置の検出精度が低下してしまい、ひいては波面収差の測定精度の低下を招いていた。
【０００７】
そこで、こうした問題を解消するために、例えば特許文献１に記載されるような光学特性測定方法が知られている。特許文献１に記載の光学特性測定方法では、複数の開口パターンが形成された測定用レチクルと光拡散部材とを一体化し、光拡散部材の位置をずらして光拡散部材の複数箇所におけるスポット像をＣＣＤ等の撮像素子によって撮像する。そして、これらのスポット像を同一画素位置ごとに加算して平均化した後、スポット像位置を算出して、光拡散部材の複数箇所における拡散ムラに起因する光強度分布の不均一性を低減するようにしていた。
【特許文献１】特開２００３−２１４９８４（請求項１、図１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、この特許文献１に記載の光学特性測定方法では、１回の露光により光拡散部材の一位置におけるスポット像しか蓄積することができないため、光拡散部材の複数箇所それぞれにおけるスポット像位置を得るためには、その位置数分だけ繰返し撮像しなければならなかった。また、その撮像に際しては、ＣＣＤが信号を処理するだけの十分なＣＣＤ蓄積時間を確保する必要があるため、一位置ごとに撮像して各スポット像位置を得るという処理に非常に時間がかかり、非効率的であった。
【０００９】
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、光拡散部材による光の拡散ムラに起因する光量分布の不均一を解消し、効率的かつ高精度な測定を可能とする光学特性測定方法、光学系の調整方法、光学特性測定装置を提供することにある。また、本発明のその他の目的は、露光精度の向上可能な露光装置を提供することにある。さらに、本発明のその上の目的は、高集積度のデバイスを歩留まりよく生産することのできるデバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の光学特性測定方法は、光拡散部材、所定のパターンが形成されたパターン形成部材、及び被検光学系を順次介した後、受光用開口に到達した光に基づいて、前記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、前記所定のパターンとして、少なくとも第１開口パターン及び第２開口パターンが形成された前記パターン形成部材を、前記光拡散部材で拡散された光で照明する照明工程と、前記第１開口パターン及び前記第２開口パターンのそれぞれと、前記受光用開口とが前記被検光学系に関して共役関係となるように、前記光拡散部材と前記パターン形成部材との相対位置関係を維持しつつ前記パターン形成部材と前記受光用開口との相対位置を変化させる相対位置変化工程と、前記第１開口パターンが前記受光用開口と共役関係にあるときに、前記第１開口パターン及び前記被検光学系を通過した光を前記受光用開口を介して入射し、入射した光の波面を分割して複数の第１パターン像を形成する第１パターン像形成工程と、前記第２開口パターンが前記受光用開口と共役関係にあるときに、前記第２開口パターン及び前記被検光学系を通過した光を前記受光用開口を介して入射し、入射した光の波面を分割して複数の第２パターン像を形成する第２パターン像形成工程と、少なくとも前記第１パターン像及び前記第２パターン像を重ね合わせて受光し、その受光結果に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する算出工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
従って、請求項１に記載の発明によれば、光拡散部材とパターン形成部材との相対位置を維持しつつパターン形成部材を受光用開口に対して相対移動させ、少なくとも第１開口パターン像及び第２開口パターン像を重ね合わせて受光する。このため、光拡散部材の異なった位置を通過した少なくとも２以上のパターン像が受光面へ照射され、光拡散部材の拡散ムラが均一化された受光結果を得ることができる。そして、この受光結果に基づいて被検光学系の光学特性が一回の算出で処理されるため、効率良くかつ高精度な測定ができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学特性測定方法において、前記照明工程では、前記相対位置変化工程と同期させて、前記第１開口パターン及び前記第２開口パターンが順次前記受光用開口と共役関係の位置となるときに前記光を照射することを特徴とする。
【００１３】
従って、請求項２に記載の発明によれば、照明工程及び相対位置変化工程とが同期しているため、複数の開口パターンが順次受光用開口と共役関係の位置となるタイミングで光を照射できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学特性測定方法において、前記パターン形成部材を照明する前記光は、パルスレーザ光であることを特徴とする。
従って、請求項３に記載の発明によれば、照明工程における発光数を設定して、パルスレーザ光の点滅タイミングを利用して、複数の開口パターンが順次受光用開口と共役関係の位置となるようにできるため、請求項２に記載の発明において相対位置変化工程と照明工程との同期動作を容易にかつ好適に実現できる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学特性測定方法において、前記相対位置変化工程では、前記光拡散部材と前記パターン形成部材との相対位置関係を維持した状態で、前記受光用開口に対して前記パターン形成部材を移動させることを特徴とする。
【００１６】
従って、請求項４に記載の発明によれば、例えば、受光用開口を固定して、パターン形成部材を相対移動させるという構成にて、投影光学系の光学特性を測定することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光学特性測定方法において、前記相対位置変化工程における前記マスクの移動距離は、１０ｍｍ以上であることを特徴とする。
従って、請求項５に記載の発明によれば、光拡散部材において１０ｍｍ以上の異なる領域を通過した光によるパターン像を得ることができ、光拡散部材の拡散ムラを十分に低減し、より精度良く光学特性を測定できる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学特性測定方法において、前記所定のパターンは、前記第１開口パターン及び前記第２開口パターンを含む複数の開口パターンで構成され、当該複数の開口パターンは、前記相対位置変化工程における前記相対移動の方向に沿う列に等間隔に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
従って、請求項６に記載の発明によれば、相対位置変化工程における相対移動の方向に沿って複数の開口パターンが形成されているため、相対移動に伴い、順次それぞれの開口パターンを光が通過するようにできる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の光学特性測定方法において、前記複数の開口パターンは円形状に形成され、当該円形状の開口パターンの形成間隔は、当該円形状の開口パターンの半径以上の大きさであることを特徴とする。
【００２１】
従って、請求項７に記載の発明によれば、開口パターンの形成間隔が開口パターンの半径以上の大きさに確保されているため、移動しつつ受光する本発明において受光面に入射する像が安定し、共役位置にない開口パターンを通過した光による干渉を防止できる。
【００２２】
請求項８に記載の光学系の調整方法は、光学系の光学特性を調整する光学系の調整方法であって、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学特性測定方法を用いて前記光学系の光学特性を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ことを特徴とする。
【００２３】
従って、請求項８に記載の発明によれば、効率良くかつ高精度に測定された光学特性に基づいて光学系の光学特性が調整されるため、光学系の収差を軽減することができる。
請求項９に記載の光学特性測定装置は、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、入射した光を拡散する光拡散部材と、第１開口パターン及び第２開口パターンを有し、前記光拡散部材で拡散された光が照射されるパターン形成部材と、前記被検光学系に関して前記第１開口パターン及び前記第２開口パターンのそれぞれと順次共役関係に配置される受光用開口と、前記第１開口パターン及び前記被検光学系を通過した光を前記受光用開口を介して入射し、入射した光の波面を分割して複数の第１パターン像を形成すると共に、前記第２開口パターン及び前記被検光学系を通過した光を前記受光用開口を介して入射し、入射した光の波面を分割して複数の第２パターン像を形成する波面分割素子と、少なくとも前記第１パターン像及び前記第２パターン像を重ね合わせて受光する受光素子とを有する受光装置と、前記第１パターン像及び前記第２パターン像を重ね合わせて受光した結果に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する算出装置とを備えることを特徴とする。
【００２４】
従って、請求項９に記載の発明によれば、受光装置により少なくとも第１開口パターン像及び第２開口パターン像が重ね合わせて受光されるため、光拡散部材の異なった位置を通過した少なくとも２以上のパターン像が受光面へ照射され、光拡散部材の拡散ムラが均一化された受光結果を得ることができる。そして、算出装置によりこの受光結果に基づいて被検光学系の光学特性が算出されるため、効率が良くかつ高精度な測定ができる。
【００２５】
請求項１０に記載の露光装置は、マスクに形成された所定のパターン像を基板上に転写する投影光学系を有する露光装置であって、前記投影光学系の光学特性を測定する請求項９に記載の光学特性測定装置を備えることを特徴とする。
【００２６】
従って、請求項１０に記載の発明によれば、光学特性測定装置により光学特性が精度良く測定されるため、光学特性の安定した露光装置とすることができる。
請求項１１に記載のデバイスの製造方法は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、前記リソグラフィ工程で、請求項８に記載の光学系の調整方法により光学特性が調整された露光装置を用いて露光を行うことを特徴とする。
【００２７】
従って、請求項１１に記載の発明によれば、精度良く求められた投影光学系の光学特性に基づいて、投影光学系の収差を調整し、十分に収差が低減された投影光学系を備える露光装置を用いることにより品質の高いデバイスを歩留まり良く製造することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上、詳述したように、本発明によれば、光拡散部材による光の拡散ムラに起因する光量分布の不均一を解消し、効率的かつ高精度な測定を可能とする光学特性測定方法、光学系の調整方法、光学特性測定装置を提供することができる。また、露光精度の向上可能な露光装置を提供することができる。さらに、高集積度のデバイスを歩留まりよく生産することのできるデバイスの製造方法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】
【００２９】
以下、本発明の光学特性測定方法、光学系の調整方法、光学特性測定装置、露光装置、デバイスの製造方法を、半導体素子製造用の露光装置及びその投影光学系の光学特性を測定する光学特性測定装置に具体化した一実施形態について図１〜図１２にしたがって説明する。
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置１０の概略構成を示す図である。この露光装置１０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１０は、露光装置本体１１と波面収差測定装置１２とを備えている。
【００３１】
露光装置本体１１は、照明系１３、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Ｗが搭載されるステージ装置としてのウエハステージＷＳＴ、アライメント検出系ＡＳ等を備えている。さらに、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１４、並びに装置全体を統括制御する主制御系１５等を備えている。
【００３２】
照明系１３は、光源、フライアイレンズ等のオプティカルインテグレータからなる照度均一化光学系、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。この照明系１３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ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。また、本実施形態では、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを発振する。その他、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザや波長１５７ｎｍのＦ２レーザなども使用できる。
【００３３】
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るようになっている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲを位置決めするため、磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータから成るレチクルステージ駆動部１８によって照明系１３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となっている。また、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。
【００３４】
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１６（以下、「レチクル干渉計１６」という）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）はステージ制御系１４を介して主制御系１５に送られ、主制御系１５は、この位置情報（又は速度情報）に基づき、ステージ制御系１４及びレチクルステージ駆動部１８を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
【００３５】
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ＰＬとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／６等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Ｗ上のスリット状の露光領域に投影され転写される。
【００３６】
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。これらの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する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１５からの指令ＭＣＤに基づいて光学特性補正コントローラ１９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。
【００３７】
こうして構成された投影光学系ＰＬでは、主制御系１５による光学特性補正コントローラ１９を介したレンズエレメントの移動制御により、投影光学系ＰＬの波面収差、あるいは、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。
【００３８】
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２１が載置されている。このウエハホルダ２１上にウエハＷが例えば真空吸着等によって固定される。ウエハホルダ２１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２１は光軸ＡＸ回りの微小回転動作も可能になっている。また、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向側には、後述する波面センサ３１を着脱可能とするためのブラケット構造が形成されている。
【００３９】
さらに、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Ｗ上の複数のショット領域を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いる。そして、ウエハＷ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ＷＳＴはモータ等を含むウエハステージ駆動部２２により２次元方向（ＸＹ方向）に駆動される。
【００４０】
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２３（以下、「ウエハ干渉計」という）によって、移動鏡２０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）はステージ制御系１４を介して主制御系１５に送られ、主制御系１５は、この位置情報（又は速度情報）に基づき、ステージ制御系１４及びウエハステージ駆動部２２を介してウエハステージＷＳＴの駆動制御を行う。
【００４１】
アライメント検出系ＡＳは、投影光学系ＰＬの側面に配置され、本実施形態では、ウエハＷ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・アクシス方式の検出系が用いられている。アライメント検出系ＡＳによる観測結果は、主制御系１５に供給される。
【００４２】
さらに、図１の装置には、ウエハＷ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光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（２４，２５）が設けられている。この多点フォーカス位置検出系（２４，２５）は、照射光学系２４と、受光光学系２５とから構成されている。
【００４３】
次に、波面収差測定装置１２の詳細構成について説明する。波面収差測定装置１２は、波面センサ３１と、波面データ処理装置３２とから構成されている。
図２は、波面センサ３１の概略構成図である。図２に示されるように、波面センサ３１は、標示板４１、コリメータレンズ４２、レンズ４３ａ及びレンズ４３ｂから成るリレーレンズ系４３、波面分割素子としてのマイクロレンズアレイ４４、並びに撮像装置としてのＣＣＤ４５を備え、この順序で光軸ＡＸ１上に配置されている。さらに、波面センサ３１は、波面センサ３１に入射した光の光路を設定するミラー４６ａ，４６ｂ，４６ｃを更に備えている。なお、上記コリメータレンズ４２、リレーレンズ系４３、マイクロレンズアレイ４４、ＣＣＤ４５、及びミラー４６ａ，４６ｂ，４６ｃは、収納部材４７内に収納されている。以下、波面センサ３１を構成する各部材について順に説明する。
【００４４】
標示板４１は、例えばガラス基板を基材とし、ウエハホルダ２１に固定されたウエハＷの表面と同じ高さ位置（Ｚ方向位置）に、光軸ＡＸ１と直交するように配置されている（図１参照）。図３は、標示板４１の表面状態を説明するための図である。図３に示すように、この標示板４１の表面には、その中央部に開口４１ａが形成されている。また、標示板４１の表面における開口４１ａの周辺には、３組以上（図３では、４組）の２次元位置検出用マーク４１ｂが形成されている。この２次元位置検出用マーク４１ｂとしては、本実施形態では、Ｘ方向に沿って形成されたラインアンドスペースマーク４１ｃと、Ｙ方向に沿って形成されたラインアンドスペースマーク４１ｄとの組合せが採用されている。なお、ラインアンドスペースマーク４１ｃ，４１ｄは、上述のアライメント検出系ＡＳによって観察可能となっている。また、開口４１ａ及び２次元位置検出用マーク４１ｂを除く標示板４１の表面は反射面加工がなされている。かかる反射面加工は、例えば、ガラス基板にクロム（Ｃｒ）を蒸着することによって行われている。
【００４５】
コリメータレンズ４２は、開口４１ａを通って入射した光を平行光に変換する。
図４は、マイクロレンズアレイ４４の構成を示す図である。図４に示すように、マイクロレンズアレイ４４は、マトリクス状に正の屈折力を有する正方形状の多数のマイクロレンズ４４ａが稠密に配列されたものである。ここで、各マイクロレンズ４４ａの光軸は互いにほぼ平行となっている。なお、図４においては、マイクロレンズ４４ａが７×７のマトリクス状に配列されたものが、一例として示されている。マイクロレンズ４４ａは、正方形状に限らず長方形状であってもよく、また、マイクロレンズ４４ａは、全てが同一形状でなくともよい。また、マイクロレンズアレイ４４におけるマイクロレンズ４４ａの配列は、不等ピッチ配列でもよいし、また、斜め並び配列であってもよい。
【００４６】
マイクロレンズアレイ４４は、リレーレンズ系４３を介した光を入射したマイクロレンズ４４ａごとに、開口４１ａの像をそれぞれ異なる位置に結像する。
なお、コリメータレンズ４２、リレーレンズ系４３、マイクロレンズアレイ４４、及びミラー４６ａ，４６ｂ，４６ｃから成る光学系を、以下では「波面収差測定光学系」というものとする。
【００４７】
ＣＣＤ４５は、マイクロレンズアレイ４４の各マイクロレンズ４４ａによって開口４１ａに形成された後述する開口パターンの像が結像される結像面、すなわち、波面収差測定光学系における開口４１ａの形成面の共役面に受光面を有し、その受光面に結像された多数の開口パターンの像を撮像する。この撮像結果は、撮像データＩＭＤとして波面データ処理装置３２に供給される。
【００４８】
収納部材４７は、その内部に、コリメータレンズ４２、リレーレンズ系４３、マイクロレンズアレイ４４、及びＣＣＤ４５をそれぞれ支持する不図示の支持部材を有している。なお、ミラー４６ａ，４６ｂ，４６ｃは、収納部材４７の内面に取り付けられている。また、収納部材４７の外形は、上述したウエハステージＷＳＴのブラケット構造と嵌合する形状となっており、ウエハステージＷＳＴに対して着脱自在となっている。
【００４９】
次に、波面データ処理装置３２の構成について説明する。図５は、図１の主制御系の構成を示すブロック図である。図５に示すように、波面データ処理装置３２は、主制御装置５１と記憶装置５２とを備えている。主制御装置５１は、制御装置５３、撮像データ収集装置５４、位置情報算出装置５５、波面収差算出装置５６とを含んで構成されている。
【００５０】
制御装置５３は、主制御系１５の制御の下で波面データ処理装置３２の動作全体を制御するとともに、波面測定結果データＷＦＡを主制御系１５へ供給する。撮像データ収集装置５４は、波面センサ３１からの撮像データＩＭＤを収集する。位置情報算出装置５５は、撮像データ収集装置５４によって収集された撮像データに基づいてスポット像（本発明の「第１パターン像」、「第２パターン像」に相当する。）の位置を算出する。波面収差算出装置５６は、位置情報算出装置５５により算出されたスポット像位置に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。
【００５１】
また、記憶装置５２は、撮像データ格納領域６１、スポット像位置格納領域６２、波面収差データ格納領域６３を含んで構成されている。撮像データ格納領域６１は、撮像データ収集装置５４により収集された撮像データを格納する。スポット像位置格納領域６２は、位置情報算出装置５５により算出されたスポット像位置を格納する。波面収差データ格納領域６３は、波面収差算出装置５６により算出された波面収差データを格納する。
【００５２】
以下、本実施形態の露光装置１０による露光動作を、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。
なお、以下の動作の前提として、波面センサ３１はウエハステージＷＳＴに装着されており、また、波面データ処理装置３２と主制御系１５とが接続されているものとする。
【００５３】
また、ウエハステージに装着された波面センサ３１の標示板４１の開口４１ａとウエハステージＷＳＴとの位置関係は、２次元位置検出用マーク４１ｂをアライメント検出系ＡＳで観察することにより、正確に求められているものとする。すなわち、ウエハ干渉計２３から出力される位置情報（速度情報）に基づいて、開口４１ａのＸＹ位置が正確に検出でき、かつ、ウエハステージ駆動部２２を介してウエハステージＷＳＴを移動制御することにより、開口４１ａを所望のＸＹ位置に精度良く位置決めできるものとする。なお、本実施形態では、開口４１ａとウエハステージＷＳＴとの位置関係は、アライメント検出系ＡＳによる４つの２次元位置検出用マーク４１ｂの位置の検出結果に基づいて、エンハンストグローバルアライメント（以下、「ＥＧＡ」という）等の統計的な手法を用いて正確に検出される。
【００５４】
図６に示す処理では、まず、投影光学系ＰＬの波面収差が測定される（ステップ１０１。以下、ステップを「Ｓ」と略す。）。なお、このＳ１０１における波面収差の測定処理（光学特性測定工程）については、本発明の要部であるため、サブルーチンとして別図を参照しつつ後に詳述する。
【００５５】
投影光学系ＰＬの波面収差を測定した後は、主制御系１５が、制御装置５３から供給された波面測定結果データＷＦＡに基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差の測定が許容値以下であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。この判定が否定的である場合には（Ｓ１０２：ＮＯ）、波面収差の調整を行う（Ｓ１０３、光学特性調整工程）。この処理（Ｓ１０３）では、主制御系１５が、投影光学系ＰＬの波面収差の測定結果に基づき、現在発生している波面収差を低減させるように、投影光学系ＰＬの波面収差の調整を行う。この波面収差の調整は、制御装置５３が、光学特性補正コントローラ１９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。
【００５６】
引き続き、波面収差測定処理（Ｓ１０１）において、調整された投影光学系ＰＬに関する波面収差が上記と同様にして測定される。以後、波面収差が許容値以下となるまで（Ｓ１０２において肯定的な判断がなされるまで）、投影光学系ＰＬの波面収差調整（Ｓ１０３）と、波面収差測定（Ｓ１０１）が繰り返される。
【００５７】
そして、波面収差の測定が許容値以下であるか否かの判定（Ｓ１０２）において肯定的な判断がなされると（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、レチクルＲ、ウエハＷのロード処理（Ｓ１０４）に移行する。
【００５８】
レチクルＲ、ウエハＷのロード処理（Ｓ１０４）では、波面センサ３１をウエハステージＷＳＴから取り外し、波面データ処理装置３２と主制御系１５との接続を切断した後、主制御系１５の制御のもとで、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ＲＳＴ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ＷがウエハステージＷＳＴにロードされる。
【００５９】
次に、主制御系１５の制御のもとで、露光準備用計測が行われる（Ｓ１０５）。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、更にアライメント検出系ＡＳを使用した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Ｗ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、アライメント検出系ＡＳを使用したＥＧＡ計測により、ウエハＷ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。
【００６０】
次いで、露光が行われる（Ｓ１０６）。この露光動作にあたって、まず、ウエハＷのＸＹ位置が、ウエハＷ上の最初のショット領域（ファースト・ショット）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。ウエハ干渉計２３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２３からの位置情報（速度情報）等）に基づき、主制御系１５によりステージ制御系１４及びウエハステージ駆動部２２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１５によりステージ制御系１４及び不図示のレチクル駆動部等を介して行われる。
【００６１】
次に、ステージ制御系１４が、主制御系１５からの指示に応じて、多点フォーカス位置検出系（２４，２５）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２３によって計測されたウエハＷのＸＹ位置情報に基づき、レチクルステージ駆動部１８及びウエハステージ駆動部２２を介して、ウエハＷの面位置の調整を行いつつ、レチクルＲとウエハＷとを相対移動させて走査露光を行う。
【００６２】
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、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。
【００６３】
そして、露光が完了した後は、不図示のアンローダにより、ウエハＷがウエハホルダ２１からアンロードされる（Ｓ１０７）。こうして、１枚のウエハＷの露光処理が終了する。
【００６４】
以後のウエハの露光においては、投影光学系ＰＬに関する波面収差の測定及び調整（Ｓ１０１〜Ｓ１０３）が必要に応じて行われながら、ウエハ露光作業（Ｓ１０４〜Ｓ１０７）が行われる。
【００６５】
次に、波面収差の測定処理（Ｓ１０１）について図７を参照しつつ詳細に説明する。まず、この処理では、図８（ａ）、（ｂ）で総合的に示されるような測定用レチクルセットＲＡが不図示のレチクルローダによりレチクルステージＲＳＴにロードされる（Ｓ１１１）。
【００６６】
この測定用レチクルセットＲＡは、図８（ａ）に示すように、測定用レチクルＲＴＡ、スペーサＳＰ、及びレモンスキン板ＤＦ（光拡散部材）とを備えて構成されている。ここで、測定用レチクルＲＴＡとレモンスキン板ＤＦとは、スペーサＳＰを介して固定的に接続されている。なお、スペーサＳＰとしては、平面視で中空のロ字状の形状を有しており、レモンスキン板ＤＦを介した照明光ＩＬは、スペーサＳＰの中空部を通過して測定用レチクルＲＴＡに到達できるようになっている。
【００６７】
さらに、測定用レチクルＲＴＡには、図８（ｂ）に示すように、複数個の開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）（＝照射用開口、第１開口パターンＰＨ１、第２開口パターンＰＨ２を含む。）が走査方向であるＹ方向に沿う列に等間隔に形成されている。なお、本実施形態では、この開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）は直径５０μｍの円形開口であって、照明領域の範囲内に２５μｍの形成間隔をおいて多数連続的に形成されている。なお、明確化のため、図８では、開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）と測定用レチクルＲＴＡとのサイズ比率が実際の寸法とは異なっている。
【００６８】
測定用レチクルセットＲＡのロードにおいては、引き続き、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、更にアライメント検出系ＡＳを使用したベースライン量の測定等が行われる。そして、収差測定が行われる最初の第１開口パターンＰＨ１が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置するように、レチクルステージＲＳＴを移動させる。この移動は、主制御系１５が、レチクル干渉計１６が検出したレチクルステージＲＳＴの位置情報（速度情報）に基づいて、ステージ制御系１４を介してレチクルステージ駆動部１８を制御することにより行われる。
【００６９】
このように、測定用レチクルセットＲＡのロードが完了した後は、波面センサ３１の標示板４１の開口４１ａが、第１開口パターンＰＨ１の投影光学系ＰＬに関する共役位置（光軸ＡＸ上）、すなわち第１開口パターンＰＨ１に関する初期撮像位置となるようにウエハステージＷＳＴを移動させる。この移動は、主制御系１５が、ウエハ干渉計２３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１４を介してウエハステージ駆動部２２を制御することにより行われる。この際、主制御系１５は、多点フォーカス位置検出系（２４，２５）の検出結果に基づいて、開口パターンＰＨ１の像が結像される像面に波面センサ３１の標示板４１の上面を一致させるべく、ウエハステージ駆動部２２を介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に微少駆動する。
【００７０】
以上のようにして、最初の開口パターンＰＨ１からの球面波に関する投影光学系ＰＬの波面収差測定のための光学的な各装置の配置が終了する。
図９は、こうした、光学的配置について、波面センサ３１の光軸ＡＸ１及び投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿って展開したものである。こうした光学配置において、照明系１３から照明光ＩＬが射出されると、測定用レチクルＲＴＡの最初の第１開口パターンＰＨ１（図９ではＰＨＮ）に到達した光が、球面波となって第１開口パターンＰＨ１から出射する。そして、投影光学系ＰＬを介した後、波面センサ３１の標示板４１の開口４１ａに集光される。なお、この初期撮像位置において第１開口パターンＰＨ１以外の開口パターンを通過した光は、開口４１ａには到達しない。こうして開口４１ａに集光された光の波面は、ほぼ球面ではあるが、投影光学系ＰＬの波面収差を含んだものとなっている。
【００７１】
開口４１ａを通過した光は、コリメータレンズ４２により平行光に変換され、さらにリレーレンズ系４３を介した後、マイクロレンズアレイ４４に入射する。ここで、マイクロレンズアレイ４４に入射する光の波面は、投影光学系ＰＬの波面収差を反映したものとなっている。すなわち、投影光学系ＰＬに波面収差が無い場合には、図９において破線で示されるように、その波面ＷＦが光軸ＡＸ１と直交する平面となるが、投影光学系ＰＬに波面収差が有る場合には、図９において二点鎖線で示されるように、その波面ＷＦ１は位置に応じた角度で傾くことになる。
【００７２】
マイクロレンズアレイ４４は、各マイクロレンズ４４ａごとにスポット像を、標示板４１の共役面すなわちＣＣＤ４５の撮像面に結像させる。マイクロレンズ４４ａに入射した光の波面が光軸ＡＸ１と直交する場合には、そのマイクロレンズ４４ａの光軸と撮像面の交点を中心とするスポット像が撮像面に結像される。また、マイクロレンズ４４ａに入射した光の波面が傾いている場合には、その傾き量に応じた距離だけ、そのマイクロレンズ４４ａの光軸と撮像面の交点からずれた点を中心とするスポット像が撮像面に結像される。
【００７３】
図７に戻り、波面センサ３１を開口パターンＰＨ１の初期撮像位置に移動した後には、レチクルステージＲＳＴの移動により測定用レチクルセットＲＡを波面センサ３１の標示板４１の開口４１ａに対して相対移動させつつ照明系１３により照明光ＩＬを照射する（Ｓ１１３）。なお、この処理が本発明の相対位置変化工程及び照明工程に相当する。本実施形態では、ウエハステージＷＳＴは静止しているものとし、すなわち、静止した波面センサ３１の開口４１ａに対して測定用レチクルセットＲＡを相対移動させるものとする。
【００７４】
レチクルステージＲＳＴの移動は、上記したように主制御系１５が、レチクル干渉計１６が検出したレチクルステージＲＳＴの位置情報（速度情報）に基づいて、ステージ制御系１４を介してレチクルステージ駆動部１８を制御することにより行われる。さらに、測定用レチクルセットＲＡは、測定用レチクルＲＴＡに形成された複数個の開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）が、投影光学系ＰＬに関して波面センサ３１の標示板４１の開口４１ａと順次共役位置（光軸ＡＸ上）となるようにＹ方向へ移動する。波面センサ３１の標示板４１の開口４１ａの位置は、ウエハ干渉計２３が検出したウエハステージＷＳＴの位置情報に基づいて特定され、開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）の位置は、レチクル干渉計１６が検出したレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいて特定される。よって、開口４１ａ及び開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）の各位置情報に基づいて開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）が波面センサ３１の開口４１ａと順次共役位置となるように測定用レチクルセットＲＡが移動するよう調整される。
【００７５】
なお、本実施形態の光源としては、上記したようにＦ２レーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ等が使用される。これらのレーザの１発光時間は、概ね数１０ｎｓｅｃであり、これを毎秒１０００〜４０００パルス発光する。すなわち、時間にしてナノレベルで点滅する点滅特性を有した光線である。そこで、本実施形態では、測定用レチクルセットＲＡを所定の送り速度で相対移動させることで、複数の開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）が波面センサ３１側の開口４１ａに対して順次共益位置となる相対移動タイミングと、レーザの発光タイミングとが一致するように設定されている。
【００７６】
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、この相対位置変化工程及び照明工程の同期動作を説明するための簡略図である。図１０（ａ）は、第１開口パターンＰＨ１が、投影光学系ＰＬに関して波面センサ３１の標示板４１の開口４１ａと共役位置（光軸ＡＸ上）にある初期撮像位置を示している。図１０（ｂ）は、測定用レチクルセットＲＡの移動（図１０において右方への移動）が開始され、第１開口パターンＰＨ１と第２開口パターンＰＨ２との間に光軸ＡＸが位置するときの態様を示している。さらに、図１０（ｃ）は、次の第２開口パターンＰＨ２が投影光学系ＰＬに関して波面センサ３１の標示板４１の開口４１ａと共役位置（光軸ＡＸ上）にあるときの態様を示している。
【００７７】
図１０に示すように、相対移動及び照射の処理が開始されると、測定用レチクルセットＲＡは右方への等速移動を開始し、まず第１開口パターンＰＨ１が共役位置にあるときに、照明系１３によって第１番目のレーザ（照明光ＩＬ）が発光される（図１０（ａ）参照）。そして、移動が進み、第１開口パターンＰＨ１と第２開口パターンＰＨ２との間に光軸ＡＸが位置する状態（図１０（ｂ）参照）を通過して、次の第２開口パターンＰＨ２が共役位置にきたときに、照明系１３によって第２番目のレーザ（照明光ＩＬ）が発光される。
【００７８】
このように、開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）が波面センサ３１側の開口４１ａと共役位置にないとき（例えば図１０（ｂ））にはレーザは発光されず、各開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）が順次共役位置となるときにレーザが発光される。なお、「開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）が共役位置にきたとき」とは、開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）の中心と波面センサ３１側の開口４１ａの中心とが共に光軸ＡＸ上にある状態を示すものとする。また、上記説明では「第１のレーザ」及び「第２のレーザ」として説明したが、照明系１３による照射をその都度制御しているわけではなく、上記したようにあくまでもレーザの点滅特性を利用し、照射中における点滅による発光タイミングを「第１のレーザ」及び「第２のレーザ」としていうものである。
【００７９】
以上のように、測定用レチクルセットＲＡの相対移動工程と照明工程とが同期するように設定されることで、投影光学系ＰＬに関して波面センサ３１側の開口４１ａと共役位置にある開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）をレーザが通過し、各開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）を介した光が、波面センサ３１側の開口４１ａに順次入射することとなる。上記、「所定の送り速度」については、開口パターン像の像流れを考慮しつつ後述することとする。
【００８０】
図７に戻り、開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）が照射されると、図９を参照して上記詳述した波面収差測定技術における各処理が行われる。すなわち、波面センサ３１側の開口４１ａと共役関係にある開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）及び投影光学系ＰＬを通過した光を開口４１ａを介して入射し、入射した光の波面を分割して複数のスポット像を形成する（Ｓ１１４）。なお、この処理が、本発明の「第１パターン像形成工程」、「第２パターン像形成工程」に相当する。この処理は、相対移動工程及び照射工程（Ｓ１１３）と連携して行われ、順次共役位置となる開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）それぞれについて連続して全ての開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）に対応する各スポット像位置を形成するものである。
【００８１】
次いで、各開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）の各スポット像が重ね合わされた状態で、ＣＣＤ４５の撮像面に像が形成される（Ｓ１１５）。この撮像処理により得られた撮像データＩＭＤは、波面データ処理装置３２に供給される。波面データ処理装置３２では、撮像データ収集装置５４が撮像データＩＭＤを収集し、撮像データ格納領域６１に収集した撮像データを格納する。本実施形態では、測定用レチクルセットＲＡを相対移動させつつ照射するため、得られた一撮像データは、複数の開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）を通過したそれぞれのスポット像が平均化されたものとなっている。すなわち、それぞれの開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）に対応するレモンスキン板ＤＦの異なる複数位置で拡散された光によるスポット像を、一撮像データによって得ている。このように、既にレモンスキン板ＤＦの拡散ムラに対する平均化が図られている状態で撮像することにより、効率良くデータが取得されるとともに、波面形状を精度良く反映した位置にスポット像が結像されることになる。
【００８２】
次いで、この撮像データに基づいて、各スポット像の位置情報が検出される（Ｓ１１６）。この処理では、まず、位置情報算出装置５５は、撮像データ格納領域６１から撮像データを読み出す。そして、マイクロレンズアレイ４４によりＣＣＤ４５の撮像面に形成された各スポット像の光強度分布の重心を算出することにより、各スポット像の中心位置を算出する。位置情報算出装置５５は、こうして求められた各スポット像の中心位置を、マイクロレンズアレイ４４によりＣＣＤ４５の撮像面に形成された各スポット像の位置情報として、スポット像位置格納領域６２に格納する。
【００８３】
次いで、波面収差算出装置５６が、スポット像位置格納領域６２からスポット像位置の検出結果を読み出して、測定用レチクルＲＴＡにおける開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）の位置を通過した光に関する投影光学系ＰＬの波面収差を算出する（Ｓ１１７）。この波面収差の算出は、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置と、検出されたスポット像位置の差から、ツェルニケ多項式の係数を求めることにより行われる。こうして、算出された波面収差は、波面収差データ格納領域６３に格納される。
【００８４】
そして、制御装置５３が、波面収差データ格納領域６３から波面収差の測定結果を読み出し、波面測定結果データＷＦＡとして主制御系１５へ供給する。その後、処理が図６のステップ１０２に移行する。
【００８５】
そして、上記したように、投影光学系ＰＬの波面収差が許容値以下となるまで、上記詳述した波面収差の測定処理から波面収差の調整処理まで（Ｓ１０１〜Ｓ１０３）のループ処理が繰り返される。そして、投影光学系ＰＬの波面収差が許容値以下となると、ウエハ露光作業にかかる各処理（Ｓ１０４〜Ｓ１０７）が実行されて、レチクルＲに形成されたパターンが、ウエハＷの各ショット領域に転写される。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態では、レモンスキン板ＤＦにおける通過位置が互いに異なり、複数の開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）を通過した光それぞれのスポット像を蓄積して１つの撮像データを取得し、この一撮像データに基づいてスポット像の位置情報を検出する。この結果、レモンスキン板ＤＦによる光の拡散ムラに起因するスポット像位置情報の検出結果の精度低下を抑制することができる。
【００８７】
なお、上記実施形態では、複数の開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）それぞれを通過した光によるスポット像を形成するため、測定用レチクルセットＲＡを固定された波面センサ３１側の開口４１ａに対して所定の送り速度で相対移動させている。このように移動しながらレーザを発光するため、発光時間内の移動による開口パターン像の流れが撮像性能へ悪影響を及ぼすことが懸念される。そこで、この像流れの悪影響について検討してみる。
【００８８】
まず、ＣＣＤ蓄積時間は、０．５秒程度とするのがＳＮ比（シグナルノイズ比）を考慮しても適当な値である。そして、ＣＣＤピクセルは、現在最小のもので１０μｍ程度であり、通常、１／１００ピクセルに相当する像が流れることは像の検出限界値以下となるため問題がない。つまり、像流れを無視できる流れの限界値Ｌは、下式によって求められる。
【００８９】
Ｌ＝１０［μｍ］×（１／１００）＝１００［ｎｍ］
本実施形態のようにエキシマレーザ等を用いる露光装置１０では、ウエハ面からＣＣＤ上への倍率（横倍率）は、一般に１０倍以下となっている。そこで、測定用レチクルＲＴＡの開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）側からレモンスキン板ＤＦを見込む半径Ｐは、測定用レチクルＲＴＡの厚さ×投影光学系の入射側ＮＡ×２で、例えば本実施形態では、Ｐ＝６×０．２×２＝２．４［ｍｍ］となる。これまでの実験によりこの２倍の移動距離をとれば、拡散板の異なる領域で照明を行なえ、十分な効果が出ることが分っているため、測定用レチクルセットＲＡの直線移動距離を１０ｍｍと見積もることとする。測定用レチクルセットＲＡはこの直線移動距離１０ｍｍをＣＣＤ蓄積時間０．５秒の間に移動することになるため、測定用レチクルセットＲＡの送り速度Ｖは、下式により求められる。
【００９０】
Ｖ＝１０［ｍｍ］／０．５［ｓｅｃ］＝２０［ｍｍ／ｓｅｃ］
ここで、上記したようにレーザの１発光時間は概ね数１０ｎｓｅｃであるが、この数値に関しても所定のゆとりを見て、１００ｎｓｅｃとして見積もることとする。すると、レーザの１発光時間（１００ｎｓｅｃ）内の測定用レチクルセットＲＡの移動距離Ｓ（流れ）は、下式により求められる。
【００９１】
Ｓ＝２０［ｍｍ／ｓｅｃ］×１００［ｎｓｅｃ］＝２［ｎｍ］
ここで、この移動距離Ｓ（流れ）に横倍率（１０）を掛けても２０ｎｍ（以下、この数値を「像流れＳ１」の値とする。）となり、上記限界値Ｌ（１００ｎｍ）を下回り、像流れを十分無視できる量であることが確認できる。また、上記実施形態において用いたレチクル干渉計１６やウエハ干渉計２３等の干渉測長機は、現在既にナノレベルでの分解能を有しているため、装置的にも何ら問題のない数値となっている。
【００９２】
次に、１回の照射作業により、何点程度のデータの積算が可能かを見積もってみる。ここでいうデータの積算数とは、１回の撮像でいくつの開口パターンを通過したスポット像が検出されるかということであり、すなわち、レーザの通過する開口パターン数がいくつであるかということと同義である。
【００９３】
まず、上記見積もったレーザの１発光時間内の像流れは２０ｎｍであったが、この数値に関しても所定のゆとりを見て、限界値Ｌ＝１００ｎｍとして以下、見積もることとする。像流れが１００ｎｍの場合、測定用レチクルセットＲＡの直線移動距離は上記の５倍となり５０ｍｍである。ここで、上記したように、開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）の直径は５０μｍであって、その形成間隔は２５μｍである。なお、ここで形成間隔を２５μｍとしたのは、波面センサ３１側の開口４１ａに入射する光は、基本的に共役位置にある開口パターンを通過した光であるが、本実施形態では、移動しつつ撮像するため、あまりに形成間隔が狭いと隣に位置する開口パターンを通過した光によって撮像面に干渉が生じる虞がある。このため、通常、数十μｍ程度に設定される開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）の直径に対して、直径の半分程度の間隔を形成間隔として設けるようにしてある。
【００９４】
よって、７５μｍに１つの開口パターンを形成できるため、測定用レチクルセットＲＡの直線移動距離５０ｍｍ内に形成される開口パターン数Ｎは、下式により求められる。
Ｎ＝５０［ｍｍ］／７５［μｍ］≒６６６
すなわち、開口パターン数Ｎに相当するパルスを０．５秒間で発光する必要があるため、これを実際の計測時の発光周波数に換算すると、発光周波数ｆは、下式により求められる。
【００９５】
ｆ＝６６６［パルス］／０．５［ｓｅｃ］≒１．３［ｋＨｚ］
これは、ＡｒＦエキシマレーザ等の周波数が２ｋＨｚ以上であるため、レーザの発光パルス数を調整すれば十分可能な数値であることがわかる。なお、上記では、１回のＣＣＤ蓄積時間に何点程度のデータの積算が可能かを見積もるため、開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）大きさや形成間隔、測定用レチクルセットＲＡの送り速度等の数値をそれぞれ適当な数値を代入することで示した。しかし、逆に、例えば、レーザの発光タイミング（発光パルス数）に合わせて、開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）の大きさや形成間隔等を像流れの問題を生じることのないように適宜所望の値に設定することもできる。また、上記では、本発明を問題なく実施できることを示したものであって、開口パターン数等は実施する上で上記に示した値に限定される趣旨ではない。
【００９６】
以上説明したように、レチクル干渉計１６からの位置情報に基づき、複数の開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）が波面センサ３１側の開口４１ａと順次共役の位置となるタイミングで、レーザが発光されることで、数百個以上の異なったレモンスキン板ＤＦの位置を通過したスポット像を１回のＣＣＤ蓄積時間内に撮像面へ照射することができる。これにより、１回の撮像のみでレモンスキン板ＤＦの拡散ムラが均一化された各スポット像の位置情報を、迅速かつ精度良く検出することができる。
【００９７】
次に、上記詳述した投影光学系ＰＬの光学特性を測定する構成を備える露光装置１０をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態についてより詳細に説明する。
【００９８】
図１１は、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。図１１に示すように、まず、ステップＳ２０１（設計ステップ）において、デバイス（マイクロデバイス）の機能・性能設計（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Ｓ２０２（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（レクチルＲ等）を製作する。一方、ステップＳ２０３（基板製造ステップ）において、シリコン、ガラスプレート等の材料を用いて基板（シリコン材料を用いた場合にはウエハＷとなる。）を製造する。
【００９９】
次に、ステップＳ２０４（基板処理ステップ）において、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３で用意したマスクと基板を使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によって基板上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ２０５（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ２０４で処理された基板を用いてデバイス組立を行う。このステップＳ２０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入等）等の工程が必要に応じて含まれる。
【０１００】
最後に、ステップＳ２０６（検査ステップ）において、ステップＳ２０５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。
【０１０１】
図１２は、半導体デバイスの場合における、図１１のステップＳ２０４の詳細なフローの一例を示す図である。図１２において、ステップＳ２１１（酸化ステップ）では、ウエハＷの表面を酸化させる。ステップＳ２１２（ＣＶＤステップ）では、ウエハＷ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２１３（電極形成ステップ）では、ウエハＷ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２１４（イオン打込みステップ）では、ウエハＷにイオンを打ち込む。以上のステップＳ２１１〜Ｓ２１４のそれぞれは、ウエハ処理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。
【０１０２】
ウエハプロセスの各段階において、上述の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Ｓ２１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハＷに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ２１６（露光ステップ）において、先に説明したリソグラフィシステム（露光装置１０）によってマスク（レチクルＲ）の回路パターンをウエハＷ上に転写する。次に、ステップＳ２１７（現像ステップ）では露光されたウエハＷを現像し、ステップＳ２１８（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Ｓ２１９（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。
【０１０３】
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Ｗ上に多重に回路パターンが形成される。
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップＳ２１６）において上記の露光装置１０が用いられ、Ｆ２レーザの露光光により解像力の向上が可能となり、しかも露光量制御を高精度に行うことができる。従って、結果的に最小線幅が０．１μｍの高集積度のデバイスを歩留まりよく生産することができる。
【０１０４】
上記実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、得られた一撮像データは、複数の開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）を通過したそれぞれのスポット像が平均化されたものであって、レモンスキン板ＤＦの拡散ムラが低減された状態で撮像される。このレモンスキン板ＤＦの異なる領域からの照明光を従来の僅か数カ所のサンプル数と比較して、著しく多いサンプル数とすることができるため、レモンスキン板ＤＦに起因する拡散ムラは殆ど消去できる。また、レモンスキン板ＤＦの異なる領域からの照明光を一回の算出で処理するため、その処理時間も極めて短い。このため、レモンスキン板ＤＦの拡散ムラが均一化（低減）された各スポット像の位置情報を、迅速かつ精度良く検出することができる。そして、この位置情報を光学特性としての波面収差を算出するパラメータとして用いるため、光学特性測定に要する時間を大幅に軽減することができる。
【０１０５】
（２）また、露光装置の照明光源におけるレーザの点滅特性を活かし、レーザの発光タイミングを測定用レチクルセットＲＡの相対移動と同期させることによって、波面センサ３１側の開口４１ａと共役位置にある所定の開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）を順次レーザが通過するようになっている。このため、シャッター等のその他の装置を必要とすることなく装置構成を容易にでき、かつ、精度の良い位置情報を検出することができる。いわば、露光装置照明光源におけるレーザの点滅特性を活かした発明ということができる。
【０１０６】
（３）そして、精度良く、かつ効率的に検出された各スポット像の位置情報の検出結果に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差が求められるため、投影光学系ＰＬの光学特性としての波面収差を迅速かつ精度良く測定することができる。
【０１０７】
（４）また、精度良く求められた投影光学系ＰＬの波面収差に基づいて、投影光学系ＰＬの収差を調整し、十分に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Ｗに投影されるため、所定のパターンをウエハＷに精度良く転写することができる。
【０１０８】
（５）測定用レチクルＲＴＡには、直径５０μｍの開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）が、２５μｍの形成間隔を有して多数連続的に形成されている。形成間隔が開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）の半径程度確保されていることで、受光面に入射する像が安定し、共役位置にない開口パターンを通過した光による干渉を防止できる。そのため、さらに精度良く各スポット像の位置情報を検出することができる。
【０１０９】
（６）上記実施形態では、レチクルステージＲＳＴの移動により測定用レチクルセットＲＡが波面センサ３１側の開口４１ａに対して相対移動する。このため、レモンスキン板ＤＦを移動させるための特別な駆動装置をレチクルＲの上方に敢えて設ける必要がなく、こうした移動機構から生じるゴミが投影光学系ＰＬやレチクルステージＲＳＴ上に付着するといった問題も生じ得ない。
【０１１０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  上記実施形態では、レーザの発光タイミングに合わせて開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）の大きさや形成間隔、測定用レチクルセットＲＡの送り速度等の数値を定めるものとしたが、レーザ側の発光タイミングを制御することで、レーザが順次共益位置となる開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）を通過するように構成してもよい。
【０１１１】
○  また、レーザ側の発光タイミングを制御するのであれば、点滅特性を有さない連続光として構成してもよい。この場合、所定のシャッター装置を付加して実施することができる。
【０１１２】
○  上記実施形態では、１回のＣＣＤ蓄積時間にレモンスキン板ＤＦの異なる位置を通過したスポット像の平均化によって拡散ムラが既に低減された撮像結果を得ることができる。そのため、簡単のためその撮像工程は１回として説明したが（図７参照）、撮像工程は、同じ開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）について複数回行ってもよいし、また、１回のＣＣＤ蓄積時間では取得し切れない多数位置のスポット像を取得したい場合には連続してさらに異なる開口パターンについての撮像を複数回行うようにしてもよい。そして、全ての撮像結果をさらに平均化して位置情報を検出すれば、多くの位置における複数の撮像結果が取得できるため、より位置情報の正確性が増す。
【０１１３】
○  上記実施形態では、位置検出の対象像をスポット像としたが、その他の形状のパターン像であってもよい。
○  上記実施形態では、開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）は、Ｙ方向に沿う列に等間隔に形成されるものとした。この開口パターンの列をＸ方向に複数配置してもよいし、円形状に形成してもよい。
【０１１４】
○  さらに、開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）の形成パターンに応じて、測定用レチクルセットＲＡの開口４１ａに対する相対移動における軌跡を変更することができる。例えば、形成パターンが円形状であれば、測定用レチクルセットＲＡの相対移動は直線移動ではなく、円の軌跡を描く移動となる。
【０１１５】
○  また、上記実施形態では、開口パターン（ＰＨ１〜ＰＨＮ）は測定用レチクルＲＴＡに形成されるものとしたが、レチクルステージＲＳＴに形成されるようにしてもよい。
○  上記実施形態では、開口４１ａ（波面センサ３１）を固定して、測定用レチクルセットＲＡを移動させるものとしたが、ウエハステージＷＳＴ側を移動させてもよいし、また、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの双方を移動させるように構成してもよい。
【０１１６】
○  上記実施形態では、波面センサ３１をウエハステージＷＳＴに対して着脱可能に構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、波面センサ３１をウエハステージＷＳＴに常設してもよい。あるいは、ウエハステージＷＳＴとは別の計測用ステージを用意し、この計測用ステージに波面センサ３１を着脱可能に又は常設するように構成してもよい。
【０１１７】
○  上記実施形態では、走査型の露光装置として説明したが、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。
【０１１８】
○  また、上記実施形態では、露光装置における投影光学系の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諸収差の計測にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図。
【図２】波面センサの概略構成図。
【図３】標示板の表面状態を説明するための図。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、図２のマイクロレンズアレイの構成を示す図。
【図５】図１の主制御系の構成を示すブロック図。
【図６】図１の露光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。
【図７】図６の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。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、測定用レチクルセットを示す図。
【図９】スポット像の撮像時における光学配置を説明するための図。
【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、相対位置変化工程及び照明工程の同期動作を説明するための簡略図。
【図１１】デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図。
【図１２】半導体デバイスの場合における、図１１のステップＳ２０４の詳細なフローの一例を示す図。
【符号の説明】
【０１２０】
ＡＸ…光軸、ＤＦ…レモンスキン板（光拡散部材）、ＩＬ…照明光、ＰＨ１〜ＰＨＮ…開口パターン（照射用開口、ＰＨ１…第１開口パターン、ＰＨ２…第２開口パターン）、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル、ＲＡ…測定用レチクルセット、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＲＴＡ…測定用レチクル（パターン形成部材）、Ｗ…ウエハ（基板）、ＷＳＴ…ウエハステージ、１０…露光装置、１１…露光装置本体、１２…波面収差測定装置、１３…照明系、１４…ステージ制御系、１５…主制御系、１６…レチクル干渉計、１８…レチクルステージ干渉計、２２…ウエハステージ駆動部、２３…ウエハ干渉計、３１…波面センサ（受光装置）、３２…波面データ処理装置（算出装置）、４１ａ…開口（受光用開口）、４４…マイクロレンズアレイ（波面分割素子）、４５…ＣＣＤ（受光素子）、５５…位置情報算出装置、５６…波面収差算出装置。
【図１】
2006196659.tif 000003
【図２】
2006196659.tif 000004
【図３】
2006196659.tif 000005
【図４】
2006196659.tif 000006
【図５】
2006196659.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006196659.tif 000009
【図８】
2006196659.tif 000010
【図９】
2006196659.tif 000011
【図１０】
2006196659.tif 000012
【図１１】
2006196659.tif 000013
【図１２】
2006196659.tif 000014