(57)【要約】【課題】  投影光学系の収差を短時間に高精度に計測する。【解決手段】  ラインパターンの投影光学系ＰＬによる像１ＡＢをスリット９Ａで走査して、その像の像面振幅関数Ｆ１（Ｘ）を求める。所定の像面位相関数Ｇ１（θ）と像面振幅関数Ｆ１（Ｘ）とから得られる像面関数をフーリエ変換して瞳面関数（振幅関数ｆ１（Ｘ）及び位相関数ｇ１（θ））を求め、その位相関数にデフォーカス効果を与えた関数と振幅関数ｆ１（Ｘ）とから得られる瞳面関数を逆フーリエ変換して得られる像面振幅関数と、実際にデフォーカスして計測される像面振幅関数Ｆ２（Ｘ）とがほぼ合致しているときの位相関数ｇ１（θ）を求める。【選択図】  図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系の収差を計測する収差計測方法であって、
ラインパターンの像を前記投影光学系を介して投影し、前記ラインパターンの像の幅方向の光強度分布情報を求める第１工程と、
前記第１工程で求められた光強度分布情報から前記投影光学系の瞳面上での前記ラインパターンの像の結像光束の位相分布情報を求める第２工程と、
前記第２工程で求められた位相分布情報に基づいて前記投影光学系の収差を求める第３工程とを有することを特徴とする収差計測方法。
【請求項２】
前記第１工程は、前記ラインパターンの像とスリット状の開口パターンとを前記ラインパターンの像の幅方向に相対走査しつつ前記開口パターンを通過する光を受光する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の収差計測方法。
【請求項３】
前記第２工程は、
前記第１工程で求められた光強度分布情報から得られる第１像面振幅関数に第１像面位相関数を乗じて得られる関数をフーリエ変換して前記投影光学系の瞳面上の第１振幅関数及び第１位相関数を求める第４工程と、
前記第４工程で求められた前記第１位相関数に前記ラインパターンの像の光強度分布の所定変化に対応する演算を施して第２位相関数を求める第５工程と、
前記第４工程で求められた前記第１振幅関数に前記第５工程で求められた前記第２位相関数を乗じて得られる関数を逆フーリエ変換して前記投影光学系の像面上での第２像面振幅関数及び第２像面位相関数を求める第６工程と、
前記ラインパターンの像の光強度分布に前記所定変化を与えた状態で、前記ラインパターンの像の幅方向の光強度分布情報を求め、該光強度分布情報から第３像面振幅関数を求める第７工程と、
前記第６工程で求められた前記第２像面振幅関数と前記第７工程で求められた前記第３像面振幅関数とが許容範囲内にあるときに、前記第４工程で求められた前記第１位相関数から前記投影光学系の瞳面上での結像光束の位相分布情報を求める第８工程とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の収差計測方法。
【請求項４】
前記第１像面位相関数は、予め定められている分布定数であり、
前記第４工程における前記ラインパターンの像の光強度分布の所定変化とは、前記ラインパターンの像のフォーカス位置を変えたときの光強度分布の変化であることを特徴とする請求項３に記載の収差計測方法。
【請求項５】
前記第８工程は、前記第２像面振幅関数と前記第３像面振幅関とが前記許容範囲内で合致しているときに、前記投影光学系の瞳面上での結像光束の位相分布情報を求めることを特徴とする請求項３に記載の収差計測方法。
【請求項６】
前記第８工程で、前記第２像面振幅関数と前記第３像面振幅関数とが前記許容範囲内で合致していないときに、
前記第７工程で得られた光強度分布情報を前記第１工程で得られた光強度分布情報とみなし、前記第６工程で得られた前記第２像面位相関数を前記第１像面位相関数とみなして、前記第４工程から前記第８工程までを繰り返すことを特徴とする請求項５に記載の収差計測方法。
【請求項７】
前記第１工程で投影される前記ラインパターンは、互いに異なる方向に配列された６個のラインパターンを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の収差計測方法。
【請求項８】
投影光学系の収差を計測する収差計測装置であって、
前記投影光学系の物体面側に配置されたラインパターンと、
前記ラインパターンを照明する照明系と、
前記投影光学系の像面側に配置されて前記ラインパターンの前記投影光学系による像の長手方向と実質的に平行な方向に延びたスリット状の開口パターンと、
前記ラインパターンの前記投影光学系による像と前記開口パターンとを前記ラインパターンの像の幅方向に相対走査する走査機構と、
前記開口パターンを通過した光を受光して、前記ラインパターンの像の光強度分布情報を検出する光電センサと、
前記光電センサで検出される光強度分布情報に基づいて前記投影光学系の瞳面上での前記ラインパターンの像の結像光束の位相分布情報を求める第１演算装置と、
前記第１演算装置で求められる位相分布情報に基づいて前記投影光学系の収差を求める第２演算装置とを備えたことを特徴とする収差計測装置。
【請求項９】
前記ラインパターンは、互いに異なる方向に配列された６個のラインパターンを含み、前記開口パターンは、前記６個のラインパターンに対応する６個の開口パターンを含み、
前記ラインパターンの像と前記開口パターンとを前記投影光学系の光軸方向に相対変位させるステージ機構をさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載の収差計測装置。
【請求項１０】
露光ビームで第１物体を照明し、前記露光ビームで前記第１物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光方法において、
前記投影光学系の収差を請求項１から７のいずれか１項に記載の収差計測方法で計測することを特徴とする露光方法。
【請求項１１】
前記収差計測方法で計測された収差に応じて前記投影光学系の結像特性を補正することを特徴とする請求項１０に記載の露光方法。
【請求項１２】
露光ビームで第１物体を照明し、前記露光ビームで前記第１物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光装置において、
前記投影光学系の収差を計測するために、請求項８又は９に記載の収差計測装置を備えたことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影光学系の収差を計測するための収差計測技術に関し、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、及び液晶表示素子等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクのパターンを基板上に転写するために使用される投影露光装置の投影光学系の収差を計測する際に使用して好適なものである。さらに本発明は、その収差計測技術を用いる露光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンを、投影光学系を介して感光材料が塗布された基板（ウエハ又はガラスプレート等）上に転写するために、一括露光型の投影露光装置（ステッパー等）及び走査露光型の投影露光装置（スキャニングステッパー等）が使用されている。半導体素子等の集積度及び微細度が益々向上するのに応じて、投影露光装置の投影光学系に要求される諸収差等の結像特性の精度も高くなってきている。
【０００３】
また、露光を継続することによって投影光学系に蓄積される露光光の熱エネルギー、並びに投影光学系の周囲の気圧及び温度等の環境条件の変化によって、投影光学系の結像特性は次第に変動する。そこで、投影露光装置には、投影光学系を構成する一部のレンズエレメントの姿勢を制御したり、又は所定のレンズエレメント間の空間（レンズ室）内の気圧を制御したりすることによって、歪曲収差や球面収差等の所定の結像特性を所定の状態に制御できる結像特性制御機構が備えられている。この結像特性制御機構を用いて投影光学系の結像特性を制御するためには、投影光学系が投影露光装置に搭載された状態（オンボディ）で、その結像特性を高精度に計測する必要がある。さらに、例えば、投影露光装置の組立調整時又はメンテナンス時等にも、オンボディで投影光学系の結像特性を高精度に計測する必要がある。
【０００４】
従来の結像特性の計測方法としては、所定のパターンが形成されたテストレチクルを用いて、ウエハをそのパターンの投影像で露光し、そのウエハを現像することによって得られるレジスト像を計測した結果に基づいて結像特性を算出する方法（以下、「焼き付け法」と呼ぶ）が、主に用いられていた。しかしながら、この焼き付け法は計測に長い時間を要する。
【０００５】
そこで、実際にウエハを露光することなく、露光光に照明されたテストレチクルの計測マークの空間像を投影光学系を介して投影し、その空間像（投影像）を計測し、この計測結果に基づいてその投影光学系の結像特性を算出する方法（以下、「空間像計測法」と呼ぶ）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、この空間像計測法の別の例として、複数の回折格子を照明し、投影光学系を介して得られる各回折格子の像強度を、投影光学系の複数のフォーカス位置にて計測し、その結果に基づいてその投影光学系の波面収差を求める方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、ピンホールの投影像の光強度分布の計測結果に基づいて、投影光学系の波面収差を求める方法も提案されている。
【特許文献１】特開平１０−１７０３９９号公報
【特許文献２】特開２００１−５７３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の如く、オンボディで投影光学系の収差を計測する場合、従来の計測対象は低次の収差であった。一般に、投影光学系の射出瞳（又は瞳面）上の波面収差を示す収差関数をＷ（ρ，θ）とすると、収差関数Ｗ（ρ，θ）は極座標形式で表されており、ρは投影光学系の射出瞳（又は瞳面）の半径方向の規格化された位置（動径）であり、θは角度である。その収差関数Ｗ（ρ，θ）は、その動径ρと角度θとが分離した形で表される完全直交系の多項式、例えば次式で示されるツェルニケ多項式(Zernike's Polynomial)を用いて級数展開することが可能である。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
ここで、Ｚi は、投影光学系の諸収差のうちで、ｉ次のツェルニケ多項式ｆｉ（ρ，θ）によって表される収差の大きさを表す係数である。なお、以下では説明の便宜上、係数Ｚi(ｉは１以上の整数）をｉ次のツェルニケ多項式によって表される収差（又は収差量）ともみなす。
この場合、その低次の収差とは、一般的に９次までのツェルニケ多項式で表される収差、即ちＺ9 までの収差を指す。このような低次の収差は、投影光学系内のレンズエレメントの相対的な間隔や角度の変化、又はレンズエレメントの温度変化による曲率の変化等によって変化しうる。従って、低次の収差量は時間や温度に依存して変化する可能性がある。また、このような低次の収差の一部は、上記の結像特性制御機構によって補正することが可能である。
【０００９】
一方、高次の収差は、投影光学系内のレンズエレメントの形状の誤差によって殆ど決定されており、従来は高次の収差は、一般に温度や時間によって変化する可能性は低いと考えられていた。しかしながら、本発明者が投影光学系の温度変化に依存した収差変動を解析した結果、例えば軸対称の収差に関しては、Ｚ9 ，Ｚ16，Ｚ25までの収差が変化することが分かった。従って、これらの９次のツェルニケ多項式を超える高次の収差を分離して正確に計測できることが望ましい。このように高次の収差が正確に計測できれば、例えば上記の結像特性制御機構を用いてその収差を補正できる可能性もある。
【００１０】
また、従来の計測方法のうちでピンホールの投影像を計測する方法は、光量が少ないためにＳＮ比が低く、計測精度を高めにくいとともに、光電センサとして２次元撮像素子が必要となり、計測装置が複雑化するという問題があった。
本発明は、斯かる点に鑑み、投影光学系の収差を短時間に高精度に計測できる収差計測技術を提供することを第１の目的とする。
【００１１】
また、本発明は、投影光学系の高次の収差を短時間に高精度に計測できる収差計測技術を提供することを第２の目的とする。
また、本発明は、投影光学系が投影露光装置（露光装置）に搭載された状態で、その投影光学系の収差を短時間に高精度に計測できる露光技術を提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による収差計測方法は、投影光学系（ＰＬ）の収差を計測する収差計測方法であって、ラインパターン（１Ａ〜１Ｆ）の像をその投影光学系を介して投影し、そのラインパターンの像の幅方向の光強度分布情報を求める第１工程（ステップ１１１）と、その第１工程で求められた光強度分布情報からその投影光学系の瞳面上でのそのラインパターンの像の結像光束の位相分布情報を求める第２工程（ステップ１１３〜１２１）と、その第２工程で求められた位相分布情報に基づいてその投影光学系の収差を求める第３工程（ステップ１２２）とを有するものである。
【００１３】
本発明によれば、その第２工程においては、その第１工程の空間像計測で求められた光強度分布情報（光量分布情報）を用いて例えば位相回復法によって、その投影光学系の瞳面上での結像光束の位相分布情報を短時間に求めることができる。そして、その位相分布情報から、例えば所定次数までのツェルニケ多項式によって表される波面収差を求めることができる。この際に、そのラインパターンの像の光量はピンホールの像に比べれば十分大きいため、ＳＮ比が高くなり、高い計測精度が得られる。
【００１４】
本発明において、一例として、その第１工程は、そのラインパターンの像とスリット状の開口パターン（９Ａ〜９Ｆ）とをそのラインパターンの像の幅方向に相対走査しつつその開口パターンを通過する光を受光する工程を含むものである。これによって、簡単な機構で、かつ高いＳＮ比でそのラインパターンの像の幅方向の光強度分布を計測できる。
また、一例としてその第２工程は、その第１工程で求められた光強度分布情報から得られる第１像面振幅関数に第１像面位相関数を乗じて得られる関数をフーリエ変換してその投影光学系の瞳面上の第１振幅関数及び第１位相関数を求める第４工程（ステップ１１３〜１１６）と、その第４工程で求められたその第１位相関数にそのラインパターンの像の光強度分布の所定変化に対応する演算を施して第２位相関数を求める第５工程（ステップ１１７）と、その第４工程で求められたその第１振幅関数にその第５工程で求められたその第２位相関数を乗じて得られる関数を逆フーリエ変換してその投影光学系の像面上での第２像面振幅関数及び第２像面位相関数を求める第６工程（ステップ１１８，１１９）と、そのラインパターンの像の光強度分布にその所定変化を与えた状態で、そのラインパターンの像の幅方向の光強度分布情報を求め、該光強度分布情報から第３像面振幅関数を求める第７工程（ステップ１２０）と、その第６工程で求められたその第２像面振幅関数とその第７工程で求められたその第３像面振幅関数とが許容範囲内にあるときに、その第４工程で求められたその第１位相関数からその投影光学系の瞳面上での結像光束の位相分布情報を求める第８工程（ステップ１２１）とを含むものである。
【００１５】
このように、計算された第２像面振幅関数と計測された第３像面振幅関数とが許容範囲内にあるときのその第１位相関数を用いることによって、位相回復法で正確にその投影光学系の瞳面上での位相分布情報を求めることができる。
また、一例として、その第１像面位相関数は、予め定められている分布定数であり、その第４工程におけるそのラインパターンの像の光強度分布の所定変化とは、そのラインパターンの像のフォーカス位置を変えたときの光強度分布の変化である。そのようにフォーカス位置を変えたときの位相関数の変化は既知であるため、その第６工程で容易に、その像面上での第２像面振幅関数及び第２像面位相関数を求めることができる。
【００１６】
また、その第８工程では、その第２像面振幅関数とその第３像面振幅関とがその許容範囲内で合致しているときに、その投影光学系の瞳面上での結像光束の位相分布情報を求めるようにしてもよい。これによって容易にその位相分布情報を求めることができる。
また、その第８工程で、その第２像面振幅関数とその第３像面振幅関数とがその許容範囲内で合致していないときに、その第７工程で得られた光強度分布情報をその第１工程で得られた光強度分布情報とみなし、その第６工程で得られたその第２像面位相関数をその第１像面位相関数とみなして、その第４工程からその第８工程までを繰り返してもよい（ステップ１２３〜１３６）。このように計算、計測、比較を繰り返すことによって、次第にその瞳面上での結像光束の位相分布情報の精度を高めることができる。
【００１７】
また、一例として、その第１工程で投影されるそのラインパターンは、互いに異なる方向に配列された６個のラインパターンを含むものである。
本発明者によれば、所定の２以上の整数をＭとしたとき、投影光学系の瞳面上でその投影光学系の光軸を中心とした互いに異なる少なくともＭ個の方向に沿ってそれぞれ配置された少なくともＭ個の点における結像光束の位相情報を求めることによって、その投影光学系の実質的にＭ2 次までのツェルニケ多項式によって表わされる波面収差を求めることができる。また、異なる方向に配列された６個のラインパターンの像を計測することで、３７次（図９の場合）までの高次のツェルニケ多項式によって表わされる波面収差を求めることができる。また、９方向で８１次、１１方向で１２１次までのツェルニケ係数を分解することができる。
【００１８】
また、本発明による収差計測装置は、投影光学系（ＰＬ）の収差を計測する収差計測装置であって、その投影光学系の物体面側に配置されたラインパターン（１Ａ〜１Ｆ）と、そのラインパターンを照明する照明系（１２）と、その投影光学系の像面側に配置されてそのラインパターンのその投影光学系による像の長手方向と実質的に平行な方向に延びたスリット状の開口パターン（９Ａ〜９Ｆ）と、そのラインパターンのその投影光学系による像とその開口パターンとをそのラインパターンの像の幅方向に相対走査する走査機構（ＷＳＴ）と、その開口パターンを通過した光を受光して、そのラインパターンの像の光強度分布情報を検出する光電センサ（９４）と、その光電センサで検出される光強度分布情報に基づいてその投影光学系の瞳面上でのそのラインパターンの像の結像光束の位相分布情報を求める第１演算装置（５０）と、その第１演算装置で求められる位相分布情報に基づいてその投影光学系の収差を求める第２演算装置（５０）とを備えたものである。この収差計測装置によって本発明の収差計測方法を実施できる。
【００１９】
この場合、一例として、そのラインパターンは、互いに異なる方向に配列された６個のラインパターンを含み、その開口パターンは、その６個のラインパターンに対応する６個の開口パターンを含み、そのラインパターンの像とその開口パターンとをその投影光学系の光軸方向に相対変位させるステージ機構（３８）をさらに備えてもよい。そのステージ機構によってそのラインパターンの像をデフォーカスさせることによって、その投影光学系の瞳面上での結像光束の位相分布情報を容易に求めることができる。
【００２０】
また、本発明による露光方法は、露光ビームで第１物体（Ｒ）を照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（ＰＬ）を介して第２物体（Ｗ）を露光する露光方法において、その投影光学系の収差を本発明の収差計測方法で計測するものである。本発明によれば、露光工程の途中でも容易にその投影光学系の収差を計測できる。
本発明において、その収差計測方法で計測された収差に応じてその投影光学系の結像特性を補正してもよい。これによって、その投影光学系の結像特性を所定の状態に維持できる。
【００２１】
また、本発明による露光装置は、露光ビームで第１物体（Ｒ）を照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（ＰＬ）を介して第２物体（Ｗ）を露光する露光装置において、その投影光学系の収差を計測するために、本発明の収差計測装置を備えたものである。本発明によれば、オンボディでその投影光学系の収差を計測できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ラインパターンの空間像を計測することによって、投影光学系の収差を短時間に高精度に計測することができる。
また、本発明において、第１工程で投影されるラインパターンが、互いに異なる方向に配列された６個のラインパターンを含む場合には、３７次までの高次のツェルニケ多項式によって表わされる波面収差を求めることができる。
【００２３】
また、本発明の露光方法及び装置によれば、投影光学系が露光装置に搭載された状態で、その投影光学系の収差を短時間に高精度に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。
図１は、本例の投影露光装置１０の概略構成を示す。本発明の露光装置に対応する投影露光装置１０は、スキャニングステッパー方式の走査露光型の投影露光装置である。
図１において、投影露光装置１０は、レーザビームＬＢを発生する光源１４（露光光源）、照明光学系１２（照明ユニット又は照明系）、マスクとしてのレチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板（又は感光体）としてのウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴ（走査機構）、及びこれらを制御する制御系等を備えている。そして、光源１４及び制御系以外の部分は、実際には、内部の温度等の環境条件が高精度に制御され一定に維持されている不図示の環境チャンバ内に収容されている。
【００２５】
本例では、光源１４として、ＡｒＦエキシマレーザ光源（発振波長１９３ｎｍ）が用いられている。光源１４は、装置全体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御装置５０（第１及び第２演算装置）によってそのレーザ発光のオン・オフや、中心波長、スペクトル半値幅、繰り返し周波数などが制御される。なお、露光光源として、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ｆ2 レーザ（波長１５７ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波発生装置、固体レーザ（半導体レーザ等）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）等も使用できる。
【００２６】
照明光学系１２は、光源１４から供給されるレーザビームＬＢの断面形状を整形するビーム整形光学系１８、オプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ又はホモジナイザ）としてのフライアイレンズ２２、照明系開口絞り板２４、第１リレーレンズ２８Ａ及び第２リレーレンズ２８Ｂから成るリレー光学系、固定レチクルブラインド３０Ａ、可動レチクルブラインド３０Ｂ、ミラーＭ、並びにコンデンサレンズ３２等を備えている。なお、オプティカル・インテグレータとして、内面反射型インテグレータ（例えばロッドインテグレータ）又は回折光学素子等を用いてもよい。フライアイレンズ２２を構成する多数の微小レンズは、それぞれビーム整形光学系１８からのレーザビームＬＢを射出側の焦点面に集光し、その焦点面に２次光源（面光源）が形成される。以下では、フライアイレンズ２２によって形成される２次光源から射出されるレーザビームＬＢを、露光ビーム（露光光）としての「照明光ＩＬ」と呼ぶ。
【００２７】
光源１４及び照明光学系１２は、後述の空間像計測時の照明系としても使用される。照明光学系１２において、フライアイレンズ２２の射出側焦点面の近傍には、円板状部材から成る照明系開口絞り板２４が配置されている。この照明系開口絞り板２４には、ほぼ等角度間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り（通常絞り）、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための開口絞り（小σ絞り）、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り（輪帯絞り）、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り（例えば２極照明又は４極照明用の開口絞り）等が配置されている。この照明系開口絞り板２４は、主制御装置５０により制御されるモータ等の駆動装置４０により回転されるようになっており、この回転動作により、いずれかの開口絞りが照明光ＩＬの光路上に選択的に設定される。
【００２８】
照明系開口絞り板２４から出た照明光ＩＬの光路上に、反射率が小さく透過率の大きなビームスプリッタ２６が配置され、さらにこの後方の光路上に、レチクルブラインド３０Ａ、３０Ｂを介在させてリレー光学系（２８Ａ，２８Ｂ）が配置されている。
固定レチクルブラインド３０Ａは、レチクルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置されており、その固定レチクルブラインド３０Ａには、レチクルＲ上での照明領域ＩＡＲを規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レチクルブラインド３０Ａの近傍には、走査露光時の走査方向、及びこれに直交する非走査方向に光学的にそれぞれ対応して位置及び幅が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド３０Ｂが配置されている。走査露光の開始時及び終了時において、主制御装置５０からの指示により、固定レチクルブラインド３０Ａによって規定されている照明領域ＩＡＲが、可動レチクルブラインド３０Ｂによってさらに制限されることによって、不要な部分（レチクルＲ上の回路パターン等の転写すべき部分以外の部分）の露光が防止されるようになっている。また、本例では、可動レチクルブラインド３０Ｂは、必要に応じて後述する空間像計測の際の照明領域の設定にも用いられる。
【００２９】
一方、照明光学系１２内のビームスプリッタ２６で反射された照明光ＩＬの光路上には、集光レンズ４４と、受光素子から成るインテグレータセンサ４６とが配置されている。
そして、露光時に光源１４から射出されたレーザビームＬＢは、照明光学系１２内で照明光ＩＬとなり、照明光ＩＬは、ミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ３２を経て、レチクルＲのパターン面（下面）の非走査方向に細長いスリット状の照明領域ＩＡＲを均一な照度分布で照明する。
【００３０】
一方、ビームスプリッタ２６で反射された照明光ＩＬの一部は、集光レンズ４４を介してインテグレータセンサ４６で受光され、インテグレータセンサ４６の光電変換信号が、ピークホールド回路及びＡ／Ｄ変換器を有する信号処理装置８０を介して主制御装置５０に供給される。本例では、インテグレータセンサ４６の計測値は、ウエハＷに対する露光量制御に用いられる他、投影光学系ＰＬに対する照射量の計算に用いられる。この照射量は、ウエハ反射率（これは、インテグレータセンサ４６の出力と不図示の反射率モニタの出力とに基づいて求めることもできる）とともに、投影光学系ＰＬの照明光吸収による結像特性の変化量の算出にも用いられる。
【００３１】
本例では、主制御装置５０によって、その照明光ＩＬの照射量がインテグレータセンサ４６の出力に基づいて所定の時間間隔で計測され、その計測結果が照射履歴として、メモリ５１（記憶装置）内に記憶されるようになっている。
その照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域ＩＡＲ内のパターンの、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックの投影光学系ＰＬによって形成された像は、感光材料としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷの一つのショット領域上の露光領域ＩＡに投影される。露光領域ＩＡは照明領域ＩＡＲと共役であり、投影光学系ＰＬは、レチクルＲ（第１物体）のパターン面（第１面又は物体面）のパターンの像をウエハＷ（第２物体）の上面（第２面又は像面）に形成している。投影光学系ＰＬの投影倍率は、例えば１／４又は１／５等の縮小倍率であるが、以下の説明では、投影光学系ＰＬの投影倍率は１／４であるとする。本例の投影光学系ＰＬは、屈折系であるが、投影光学系ＰＬとしては、反射屈折系なども使用できる。また、図３に示すように、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰの近傍には、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを制御するための可変開口絞りＡＳが配置されている。
【００３２】
以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に垂直な方向にＸ軸を、図１の紙面に平行な方向にＹ軸を取って説明する。本例では、走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向は、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）であり、レチクルＲ上の照明領域ＩＡＲ、及びウエハＷ上の露光領域ＩＡはそれぞれ非走査方向（Ｘ方向）に細長い領域である。
【００３３】
本例の投影光学系ＰＬには、その所定の結像特性を制御（補正）するための結像特性制御機構が備えられている。
図２は、図１中の投影光学系ＰＬの結像特性制御機構を示す一部を断面とした図であり、この図２において、説明の便宜上、投影光学系ＰＬを構成するように光軸ＡＸに沿って配置された多数のレンズエレメントのうちの８枚のレンズエレメント１３1、１３2、…、１３8 のみを図示している。この場合、レンズエレメント１３1、１３2、…、１３8 のうち、その一部、例えばレンズエレメント１３1、１３2は、それぞれ複数の駆動素子（例えばピエゾ素子など）２０によって光軸ＡＸ方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向に微小駆動可能に構成されている。また、各レンズエレメントの間には、不図示のガス供給機構から圧力調整機構４１を介してクリーンな気体、例えば窒素が供給されるようになっている。
【００３４】
本例では、各駆動素子２０に与えられる駆動電圧（駆動素子の駆動量）が、図１の主制御装置５０からの指令に応じて結像特性補正コントローラ７８により制御される。このように、駆動素子２０、及び結像特性補正コントローラ７８を含んで結像特性制御機構が構成されている。これによって、投影光学系ＰＬの結像特性、例えば、像面湾曲、ディストーション、倍率、コマ収差、非点収差、球面収差等が補正される。なお、その可動レンズエレメントの数は任意で良い。但し、この場合、可動レンズエレメントの数が、フォーカスを除く、投影光学系ＰＬの結像特性の補正可能な種類に対応するので、補正が必要な結像特性の種類に応じて可動レンズエレメントの数を定めれば良い。
【００３５】
図１に戻り、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（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、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、レチクルベースＲＢＳ上のＸＹ平面内で２次元的に（Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向（回転角θｚ）に）微少駆動可能であるとともに、レチクルベースＲＢＳ上をＹ方向に指定された走査速度で移動可能となっている。
【００３６】
また、レチクルステージＲＳＴ上には、レーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）５４Ｒからのレーザビームを反射する移動鏡５２Ｒが固定されており、レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置はレチクル干渉計５４Ｒによって、例えば０．１〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。即ち、実際には、移動鏡５２Ｒは、Ｙ方向の位置を２箇所で計測するための２つのＹ軸の移動鏡と、Ｘ軸の移動鏡とから構成され、レーザ干渉計５４Ｒもそれに対応して３軸のレーザ干渉計から構成されている。
【００３７】
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の指示により、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の移動を制御する。
また、レチクルステージＲＳＴの−Ｙ方向の端部近傍には、空間像計測用基準マーク（計測用パターン）が形成されたマーク形成部材としてのレチクルフィデューシャルマーク板（以下、「レチクルマーク板」と略述する）ＲＦＭが、レチクルＲと並ぶように配置されている。このレチクルマーク板ＲＦＭ（詳細後述）は、レチクルＲと同材質の照明光ＩＬを透過するガラス素材、例えば合成石英や蛍石、又はフッ化リチウムその他のフッ化物結晶などから構成されており、レチクルステージＲＳＴに固定されている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの全面とレチクルマーク板ＲＦＭの全面とが少なくとも投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを横切ることができる程度のＹ方向の移動ストロークを有している。また、レチクルステージＲＳＴには、レチクルＲ及びレチクルマーク板ＲＦＭの下方に、照明光ＩＬを通すための開口がそれぞれ形成されている。また、レチクルベースＲＢＳの投影光学系ＰＬのほぼ真上の部分（光軸ＡＸを中心とする部分）にも、照明光ＩＬの通路となる、少なくとも照明領域ＩＡＲより大きな長方形状の開口が形成されている。
【００３８】
また、レチクルＲの上方には、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上又はレチクルマーク板ＲＦＭ上のマークと、ウエハステージＷＳＴ上の後述する基準マーク板（不図示）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）方式の一対のレチクルアライメント顕微鏡（以下、便宜上「ＲＡ検出系」と呼ぶ）（不図示）が設けられている。これらのＲＡ検出系の検出信号は、不図示のアライメント制御装置を介して、主制御装置５０に供給される。なお、そのＲＡ検出系と同等の構成は、例えば特開平７−１７６４６８号公報等に開示されている。
【００３９】
図１において、ウエハステージＷＳＴは、ＸＹステージ４２と、このＸＹステージ４２上に搭載されたＺチルトステージ３８（投影像と空間像の計測系とを投影光学系ＰＬの光軸方向に相対変位させるステージ機構）とを含んで構成されている。ＸＹステージ４２は、ウエハベース１６の上面の上方に不図示のエアベアリングによって例えば数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持されている。さらに、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方向及びこれに直交するＸ方向に２次元駆動可能に構成されている。このＸＹステージ４２上にＺチルトステージ３８が搭載され、Ｚチルトステージ３８上にウエハホルダ２５が固定されている。このウエハホルダ２５によって、ウエハＷが真空吸着等により保持されている。
【００４０】
Ｚチルトステージ３８は、図２に示すように、３つのＺ位置駆動部２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ（但し、図２の紙面奥側のＺ位置駆動部２７Ｃは不図示）によってＸＹステージ４２上に３点で支持されている。これらのＺ位置駆動部２７Ａ〜２７Ｃは、Ｚチルトステージ３８下面のそれぞれの支持点を投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ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、図２の紙面奥側のアクチュエータ２１Ｃは不図示）と、Ｚ位置駆動部２７Ａ，２７Ｂ，２７ＣによるＺ方向の駆動量（基準位置からの変位）を検出するエンコーダ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ（但し、図２の紙面奥側のエンコーダ２３Ｃは不図示）とを含んで構成されている。
【００４１】
本例では、アクチュエータ２１Ａ〜２１Ｃによって、Ｚチルトステージ３８（ウエハＷ）の光軸ＡＸ方向（Ｚ方向又はフォーカス方向）の位置、Ｘ軸回りの回転角θｘ、及びＹ軸回りの回転角θｙを制御する。図１のステージ制御装置７０は、露光中にはウエハＷの上面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、Ｚチルトステージ３８のＺ方向の位置及びレベリング量（回転角θｘ，θｙ）を算出し、この算出結果を用いてアクチュエータ２１Ａ〜２１Ｃを駆動する。なお、図１では、ＸＹステージ４２を駆動するリニアモータ等、及び図２のＺ位置駆動部２７Ａ〜２７Ｃがまとめてウエハステージ駆動系５６Ｗとして示されている。
【００４２】
図１において、Ｚチルトステージ３８上には、レーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）５４Ｗからのレーザビームを反射する移動鏡５２Ｗが固定されている。ウエハ干渉計５４Ｗによって、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０．１〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されるようになっている。実際には、Ｚチルトステージ３８上には、走査方向（Ｙ方向）に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向（Ｘ方向）に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、これに対応してウエハ干渉計もＸ方向、Ｙ方向にそれぞれ複数軸設けられ、Ｚチルトステージ３８の５自由度方向の位置（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及び回転角θｘ，θｙ，θｚ）が計測可能となっている。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平面内の位置を制御する。
【００４３】
また、本例の投影露光装置には、投影光学系ＰＬの結像特性（光学特性）の計測に用いられる空間像計測装置５９（空間像計測系）が備えられている。その空間像計測装置５９を構成する光学系の一部がＺチルトステージ３８の内部に配置されている。
図３は、空間像計測装置５９を示す一部を切り欠いた図であり、この図３において、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側構成部分、即ちパターン形成部材としてのスリット板９０、レンズ８４，８６から成るリレー光学系、光路をほぼ水平方向に折り曲げるミラー８８、及び送光レンズ８７と、ウエハステージＷＳＴ外部に設けられたステージ外構成部分、即ち光路を上方に折り曲げるミラー９６、受光レンズ８９、光電変換素子から成る光センサ９４（光電センサ）等とを備えている。
【００４４】
これをさらに詳述すると、スリット板９０は、ウエハステージＷＳＴのＺチルトステージ３８の端部上面に設けられて上部に開口が形成された突設部５８に対し、その開口を覆う状態で上方から嵌め込まれている。このスリット板９０は、ＸＹ平面に平行な長方形の平板状のガラス基板８２の上面に遮光膜を兼ねる反射膜８３を形成して構成され、その反射膜８３の一部に所定幅２Ｄの照明光ＩＬを透過するスリット状の開口パターン（以下、「スリット」と呼ぶ）１２２が形成されている。なお、図３のスリット１２２は、スリット板９０に設けられた複数のスリット（図５参照）のうちの一つを代表的に示している。ガラス基板８２の素材としては、ここでは、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する透過性の良い合成石英又は蛍石などが用いられる。
【００４５】
また、図３の状態では、照明光ＩＬの照明領域に、レチクルマーク板ＲＦＭに形成された計測用マークＰＭ（計測用パターン）が位置しており、そのマークの像が投影光学系ＰＬによってスリット板９０上に投影されている。そして、その照明光ＩＬよりなる結像光束の一部がスリット１２２を通過している。スリット１２２下方のＺチルトステージ３８内部には、スリット１２２を介してほぼ鉛直下向きに入射した照明光ＩＬ（結像光束）の光路をほぼ水平に折り曲げるミラー８８を介在させてレンズ８４及び８６から成るリレー光学系（８４，８６）が配置されている。また、このリレー光学系（８４，８６）の光路後方のＺチルトステージ３８の＋Ｙ方向側の側壁には、リレー光学系（８４，８６）によってリレーされた照明光をウエハステージＷＳＴの外部のほぼ＋Ｙ方向に送光する送光レンズ８７が固定されている。
【００４６】
送光レンズ８７によってウエハステージＷＳＴの外部に送り出された照明光ＩＬの光路は、Ｘ方向に所定長さを有し傾斜角４５°で斜設されたミラー９６によって、ほぼ鉛直上方に向けて９０°折り曲げられる。この折り曲げられた光路上に、送光レンズ８７に比べて大きい受光レンズ８９が配置され、この上方に光センサ９４が配置されている。これら受光レンズ８９及び光センサ９４は、所定の位置関係を保ってケース９２内に収納され、ミラー９６も不図示の支持部材を介してケース９２に固定されている。そして、ミラー９６で上方に反射された照明光ＩＬは、受光レンズ８９によって光センサ９４の受光面に集光される。ケース９２は、取付け部材９３を介してウエハベース１６の上面に植設された支柱９７の上端部近傍に固定されている。
【００４７】
光センサ９４としては、微弱な光を精度良く検出することが可能な光電変換素子（光電センサ）、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９４からの光電変換信号ＰＳは、図１の信号処理装置８０を介して主制御装置５０に送られるようになっている。信号処理装置８０は、例えば増幅器、サンプルホールド回路、Ａ／Ｄコンバータなどを含んで構成することができる。また、スリット１２２で代表している実際の複数のスリットの配置及び形状については後述する。
【００４８】
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、レチクルマーク板ＲＦＭ（又はレチクルＲ）に形成された計測用マークＰＭ（又はレチクルＲに形成されたマーク）の投影光学系ＰＬを介して得られる投影像（空間像）の計測の際に、そのスリット１２２を通過した光量（受光量）に応じた光電変換信号（光量信号）ＰＳが光センサ９４から図１の信号処理装置８０を介して主制御装置５０に出力される。
【００４９】
本例では、計測マークの投影像（空間像）の光強度分布（光量分布）の計測がスリットスキャン方式によって実行されるので、その際には、送光レンズ８７が、受光レンズ８９及び光センサ９４に対してＸ方向及びＹ方向に移動することになる。そこで、空間像計測装置５９では、所定範囲内で移動する送光レンズ８７を介した光がすべて受光レンズ８９に入射するように、受光レンズ８９の直径は送光レンズ８７の直径よりも大きく設定されている。本例の空間像計測装置５９においては、Ｚチルトステージ３８に設けられたスリット板９０を含む移動部と、ケース９２に設けられた光センサ９４を含む固定部とは、機械的に分離されている。そして、空間像計測に際してのみ、その移動部とその固定部とは、ミラー９６を介して光学的に接続される。これによって、光センサ９４の発熱による計測精度の低下が抑制される。
【００５０】
なお、空間像計測装置５９において、送光レンズ８７と受光レンズ８９との間の光路を可撓な光ファイバケーブルで接続するようにしてもよい。また、例えば光センサ９４の発熱が少ない場合、又は冷却機構によってその発熱の影響を軽減できる場合等には、光センサ９４及び受光レンズ８９を、例えば投影光学系ＰＬの＋Ｙ方向の側面に固定することも可能である。さらに、光センサ９４をウエハステージＷＳＴ（Ｚチルトステージ３８）の内部に設けることも可能である。なお、空間像計測装置５９を用いて行われる空間像計測及び収差計測方法などについては、後に詳述する。
【００５１】
図１に戻り、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又は所定の基準マークを検出するマーク検出系としてのオフアクシス方式で画像処理方式のアライメント系ＡＬＧが設けられている。このアライメント系ＡＬＧからの撮像信号、及びウエハ干渉計５４Ｗの出力であるウエハステージＷＳＴの位置情報に基づいて、主制御装置５０は、レチクルＲのパターンの投影像の中心とアライメント系ＡＬＧの検出中心との間隔（ベースライン）の算出、及びウエハＷ上の各ショット領域の配列座標の算出等を行う。
【００５２】
さらに、本例の投影露光装置１０では、図１に示すように、照射系６０ａ及び受光系６０ｂから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）が設けられている。照射系６０ａは、ウエハＷの表面又はスリット板９０の表面である被検面に複数のスリット像を光軸ＡＸに対して斜めに投影し、受光系６０ｂは、被検面からの反射光を受光してそれらのスリット像を再結像する。そして、受光系６０ｂは、それらの再結像された複数のスリット像の横ずれ量に対応する検出信号をステージ制御装置７０に供給する。ステージ制御装置７０では、一例としてそれらの検出信号をデフォーカス量に換算し、複数のデフォーカス量から、その被検面の投影光学系ＰＬの像面に対するＺ方向へのデフォーカス量と、Ｘ軸及びＹ軸の回りの傾斜角とを求める。なお、この多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）と同様の多点焦点位置検出系の詳細な構成は、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示されている。
【００５３】
通常の露光時には、ステージ制御装置７０は、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の検出結果を用いて、ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、オートフォーカス方式及びオートレベリング方式でウエハステージ駆動系５６Ｗを介してＺチルトステージ３８のＺ方向の位置及び傾斜角を制御する。また、露光中又は空間像計測中に主制御装置５０からの指令に基づいて、ステージ制御装置７０は、ウエハステージ駆動系５６Ｗを介してウエハＷの表面又はスリット板９０の表面を投影光学系ＰＬの像面に対してＺ方向に指示された量だけデフォーカスさせることもできる。
【００５４】
また、図１の投影光学系ＰＬ近傍には、大気圧変動や温度変動を検知する環境センサ８１が設けられている。この環境センサ８１による計測結果は主制御装置５０に供給されている。また、主制御装置５０に接続されたメモリ５１内には、例えば予め投影光学系ＰＬの組立調整時等に計測されていた所定の高次の収差の情報、及び後述の収差計測方法によって求められる投影光学系ＰＬの収差の情報などが記憶される。
【００５５】
次に、本例の投影露光装置１０における走査露光動作について簡単に説明する。先ず、主制御装置５０は、レチクルＲを用いた露光に最適な照明条件をオペレータの指示に基づいて設定する。次に、上記のレチクルアライメント顕微鏡、及びウエハ側のアライメント系ＡＬＧを用いて、レチクルＲのアライメント及びウエハＷのアライメントが行われる。その後、ウエハステージＷＳＴのステッピングによって、ウエハＷ上で次に露光されるショット領域が光軸ＡＸの手前側に位置決めされる。そして、照明光ＩＬの照射が開始されて、レチクルステージＲＳＴを介して照明領域に対してレチクルＲをＹ方向に速度Ｖｒで移動するのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介して露光領域に対してウエハＷ上の一つのショット領域がＹ方向に速度β・Ｖｒ（βは投影光学系ＰＬの投影倍率）で移動する。このようにして、ショット間のステッピング動作とショット毎の同期走査動作とが繰り返されて、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のパターン像が転写される。
【００５６】
ところで、上述した走査露光動作において、レチクルＲのパターンを投影光学系ＰＬを介して高い解像度で高精度にウエハＷ上に転写するためには、投影光学系ＰＬの結像特性が所定の状態に調整されている必要がある。そのためには、その結像特性を高精度に計測する必要がある。以下では、計測及び調整対象の投影光学系ＰＬの結像特性を所定の収差であるとする。
【００５７】
また、その収差を分類するために、波面収差を用いるものとして、投影光学系ＰＬの射出瞳（又は瞳面）上の波面収差を示す収差関数をＷ（ρ，θ）とする。このとき、ρは投影光学系ＰＬの射出瞳の半径方向の規格化された位置（動径）であり、θは角度であるとすると、その収差関数Ｗ（ρ，θ）は、上述の（１）式のようにｉ次（ｉ＝１，２，…）のツェルニケ多項式(Zernike's Polynomial)ｆｉ（ρ，θ）及びその係数Ｚi を用いて級数展開することが可能である。なお、ツェルニケ多項式は、フリンジツェルニケ多項式又はツェルニケの円多項式(circle polynomials)とも呼ばれることがある。
【００５８】
なお、一例として１次〜３７次までのツェルニケ多項式ｆｉを対応する係数Ｚi とともに例示すると、次の表１のようになる。
【００５９】
【表１】
2006196555.tif 000004
【００６０】
上記表１に示されるように、各次数のツェルニケ多項式ｆｉ（ρ，θ）は、動径（ρ）の関数である動径関数と、角度（θ）の関数とが分離した形で表現される。また、ツェルニケ多項式は、その動径関数が奇関数であるものと、偶関数であるものとに分類することができる。動径関数が奇関数で表されるツェルニケ多項式に対応する収差を奇関数収差と呼び、動径関数が偶関数で表されるツェルニケ多項式に対応する収差を偶関数収差と呼ぶ。
【００６１】
投影光学系ＰＬの収差は像の横シフトである横収差と、像のコントラストの変化である縦収差とに分類でき、前者の横収差が奇関数収差であり、後者の縦収差が偶関数収差である。従って、投影光学系ＰＬの収差のうちの球面収差やデフォーカス等は、偶関数収差であり、コマ収差は奇関数収差である。また、ｉ次のツェルニケ多項式の係数Ｚi で、そのｉ次のツェルニケ多項式で表される収差を表わすものとする。本例では、図２の結像特性補正コントローラ７８を含む投影光学系ＰＬの結像特性制御機構によって、球面収差（偶関数収差）である収差Ｚ9,Ｚ16、コマ収差（奇関数収差）である収差Ｚ7,Ｚ8,Ｚ14，Ｚ15、及びディストーション（奇関数収差）である収差Ｚ2,Ｚ3 を含む複数の収差を補正できるように構成されている。本例では、これらの奇関数収差及び偶関数収差の計測に、前述した空間像計測装置５９が用いられる。以下、この空間像計測装置５９による空間像計測、及び投影光学系ＰＬの収差の計測等について詳述する。
【００６２】
図３には、空間像計測装置５９を用いて、レチクルマーク板ＲＦＭに形成された計測用マークＰＭの空間像が計測されている状態が示されている。なお、レチクルマーク板ＲＦＭに代えて、空間像計測専用のテストレチクル、あるいはデバイスの製造に用いられるレチクルＲに専用の計測用パターンを形成したものなどを用いることも可能である。ここで、レチクルマーク板ＲＦＭには、所定箇所にＸ方向を長手方向とした細長い矩形の開口パターンからなる計測用のラインマークＰＭ（ラインパターン）が形成されているものとする。なお、このようなラインマークＰＭは、実際にはレチクルマーク板ＲＦＭ上の複数の計測領域にそれぞれ異なる方向を向いて複数個設けられているマークのうちの一つである。
【００６３】
ここで、空間像計測装置５９を用いた空間像計測の方法について簡単に説明する。なお、スリット板９０には、例えば図４（Ａ）に示されるように、Ｘ方向に延びる所定幅２Ｄのスリット１２２（開口パターン）が形成されているものとする。ラインマークＰＭの投影像の幅はそのスリット１２２の幅２Ｄよりも広く設定され、ラインマークＰＭの投影像の長手方向の長さはそのスリット１２２の長さよりも長く設定されている。
【００６４】
そして、空間像の計測にあたり、図１の主制御装置５０によって、可動レチクルブラインド３０Ｂが不図示のブラインド駆動装置を介して駆動され、図３に示されるように、レチクルＲの照明光ＩＬの照明領域がラインマークＰＭを含む所定領域のみに制限される。
この状態で、照明光ＩＬがレチクルマーク板ＲＦＭに照射されると、図４（Ａ）に示されるように、ラインマークＰＭによって回折、散乱した光（照明光ＩＬ）は、投影光学系ＰＬにより屈折され、投影光学系ＰＬの像面にラインマークＰＭの空間像（投影像）ＰＭ’が形成される。このとき、スリット板９０上のスリット１２２の＋Ｙ方向側（−Ｙ方向側でもよい）にその空間像ＰＭ’が形成されているものとする。なお、投影光学系ＰＬの投影倍率が１／４であるとすると、この空間像ＰＭ’の線幅は、ほぼラインマークＰＭの線幅の１／４となる。なお、以下の説明では、各ラインマーク等の線幅等は、それぞれその空間像の線幅等を指しているものとする。
【００６５】
そして、主制御装置５０によって、図１のウエハステージ駆動系５６Ｗを介してウエハステージＷＳＴ（走査機構）が図４（Ａ）中に矢印Ｆで示されるように＋Ｙ方向に駆動されると、スリット１２２が空間像ＰＭ’に対してＹ方向に走査される。この走査中に、スリット１２２を通過する光（照明光ＩＬ）が図３のウエハステージＷＳＴ内の光学系、ミラー９６、受光レンズ８９を介して光センサ９４で受光され、その光電変換信号ＰＳが信号処理装置８０を介して主制御装置５０に供給される。主制御装置５０は、その光電変換信号及びウエハステージＷＳＴの次第に変化する座標位置（ここではＹ座標）に基づいて空間像ＰＭ’に対応する光強度分布情報を取得する。なお、空間像ＰＭ’とスリット１２２とは、スリット１２２の幅方向に相対走査すればよい。そのため、スリット１２２を静止させておいて、図１のレチクルステージＲＳＴ（走査機構）を介してレチクルマーク板ＲＦＭを移動させることによって、空間像ＰＭ’側を移動してもよい。
【００６６】
図４（Ｂ）には、上記の空間像計測の際に得られる光電変換信号（光強度信号）ＰＳの一例が示されている。この場合、空間像ＰＭ’は、スリット１２２の走査方向（Ｙ方向）の幅（２Ｄ）の積分効果で光量変化が緩やかになる。従って、スリット１２２の走査方向（ここではＹ方向）の透過率分布をｐ（ｙ）とし、空間像の光強度分布をｉ（ｙ）とし、観測される光強度信号をｍ（ｙ）とすると、空間像の強度分布ｉ（ｙ）と観測される強度信号ｍ（ｙ）との関係は、以下の（２）式で表される。なお、この（２）式において、強度分布ｉ（ｙ）、強度信号ｍ（ｙ）の単位は、単位長さ当たりの強度であり、ｕ軸は、ｙ軸と同一の座標軸であるとする。
【００６７】
【数２】
2006196555.tif 000005
【００６８】
但し、スリット１２２の透過率分布の関数ｐ（ｙ）は、以下の（３）式で表される。
【００６９】
【数３】
2006196555.tif 000006
【００７０】
即ち、観測される強度信号ｍ（ｙ）は、スリッ卜１２２の関数ｐ（ｙ）と空間像の光強度分布ｉ（ｙ）とのコンボリューションになる。
従って、計測精度の面からは、スリット１２２の走査方向（ここではＹ方向）の幅（以下、単に「スリット幅」と呼ぶ）２Ｄは小さい程良い。本例のように、フォト・マルチプライヤ・チューブ（ＰＭＴ）を光センサ９４として用いる場合には、スリット幅が非常に小さくなっても走査速度を遅くして計測に時間をかければ光量（光強度）の検出は可能である。しかしながら、現実には、スループットの面から空間像計測時の走査速度に一定の制約があるため、スリット幅２Ｄがあまりにも小さいと、スリット１２２を透過する光量が小さくなり過ぎて、計測が困難となってしまう。
【００７１】
具体的に、露光波長をλ、投影光学系ＰＬの開口数をＮＡとすると、一例として幅２Ｄはλ／（２・ＮＡ）以下に設定される。λを１９３ｎｍ、開口数ＮＡを０．９とすると、幅２Ｄは１０７ｎｍ以下、例えば１００ｎｍ程度に設定される。ただし、必要な計測精度によっては、幅２Ｄをλ／（２・ＮＡ）よりも大きい値、例えば１００〜１５０ｎｍ程度に設定してもよい。また、データのサンプリングピッチは、λ／（４・ＮＡ）以下が望ましい。ラインマークとしては、線幅の設計値がウエハ上でλ／（２・ＮＡ）以下となるマークを用いることができる。そのマークのレチクル上の線幅は、λ／（２・ＮＡ）に縮小倍率の逆数を乗じた値になる。
【００７２】
このように空間像計測装置５９を用いた空間像計測動作によって、ラインマークＰＭの空間像（投影像）ＰＭ’における光強度分布を計測することができる。その計測された光強度分布の情報は図１の主制御装置５０に供給される。その光強度分布の情報には、空間像ＰＭ’の横方向の結像位置（横シフト）及び振幅（コントラスト）の情報が含まれているため、主制御装置５０（演算装置）は、その情報を用いて収差を求めることができる（詳細後述）。さらに、その光強度分布情報を用いて、投影光学系ＰＬに対するベストフォーカス位置のキャリブレーションを行うことができるとともに、所定のマーク像のＸ方向、Ｙ方向の位置も求めることができる。
【００７３】
また、本例では、９次を超える所定次数までのツェルニケ多項式によって表される収差を計測するものとする。このためには、空間像ＰＭ’として、後述のように方向の異なる種々のラインマークの空間像を計測する必要がある。そのためには、スリット板９０にも複数の方向に配列されたスリット（開口パターン）を形成しておく必要がある。
図５は、本例のスリット板９０に形成された開口パターンとしての複数のスリットの実際の配置を示し、この図５において、スリット板９０上には、Ｙ方向に伸びるスリット幅２Ｄで長さＬのスリット１２２ｂと、このスリット１２２ｂを９０°回転した形状のＸ方向に伸びるスリット１２２ａとが形成されている。さらに、スリット板９０上には、それぞれ幅２Ｄで長さＬ１の４個のスリット９Ｂ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｆが形成されている。４個のスリット９Ｂ〜９Ｆはほぼ正方形の４個の頂点の位置にあり、２本のスリット１２２ａ及び１２２ｂはほぼその正方形の隣り合う２辺を構成している。これらのスリット１２２ａ，１２２ｂ，９Ｂ〜９Ｆを通過した照明光は、図３の光センサ９４で受光される。この場合、スリット１２２ａ，１２２ｂ，９Ｂ〜９Ｆを通過した照明光を個別に検出するために、例えばスリット板９０の底面にスリット選択部材としての液晶パネルを設けて、選択された一つのスリットを通過した照明光のみが光センサ９４に入射するようにしてもよい。
【００７４】
一例として、各スリットのスリット幅２Ｄは上述のように１００〜１５０ｎｍ程度、スリット１２２ａ，１２２ｂの長さＬは１８μｍ、スリット９Ｂ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｆの長さＬ１は３μｍである。この場合、スリット１２２ａ及び１２２ｂは、ともにベストフォーカス位置のキャリブレーション及びマーク像の位置計測を行うために使用される。具体的に、例えば図３のレチクルマーク板ＲＦＭのパターン面には、ベストフォーカス位置計測用のＸ軸及びＹ軸のマーク（フォーカス用マーク）と、位置計測用のＸ軸及びＹ軸のマーク（像位置用マーク）とが形成されており、これらの投影像はそれぞれ図５の像６２ＸＰ，６２ＹＰと像６３ＸＰ，６３ＹＰとなる。この場合、Ｘ軸のフォーカス用マークの像６２ＸＰは、線幅が１１０ｎｍのＹ方向に伸びた複数のラインパターン（明部）をデューティ比が１：１でＸ方向に配列した像である。また、Ｙ軸のフォーカス用マークの像６２ＹＰは、Ｘ軸の像６２ＸＰを９０°回転したものである。また、Ｘ軸の像位置用マークの像６３ＸＰは、線幅が１μｍのＹ方向に伸びた複数のラインパターン（明部）をデューティ比が１：１でＸ方向に配列した像である。また、Ｙ軸の像位置用マークの像６３ＹＰは、Ｘ軸の像６３ＸＰを９０°回転したものである。この場合、像６２ＸＰ，６３ＸＰのＹ方向の幅、及び像６２ＹＰ，６３ＹＰのＸ方向の幅はそれぞれスリット１２２ａ，１２２ｂの長さＬよりも長く設定されている。
【００７５】
そして、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を求める場合には、図３のウエハステージＷＳＴを順次Ｘ方向及びＹ方向に駆動して、それぞれ図５のスリット１２２ｂ及び１２２ａでフォーカス用マークの像６２ＸＰ及び６２ＹＰを走査して、光強度分布を検出する動作を、図３のＺチルトステージ３８のＺ方向の位置、即ち投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った方向の位置（以下、「フォーカス位置」と言う）を次第に変えながら複数回実行する。このとき、得られる光強度分布のコントラスト（振幅）が最も大きくなるときのフォーカス位置からベストフォーカス位置を求めることができる。これによって、例えば図１の多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）のベストフォーカス位置のキャリブレーションを行うことができる。この後は、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）で検出されるデフォーカス量が、正確に投影光学系ＰＬの像面からのずれ量を示すことになる。
【００７６】
また、像位置用マークの像６３ＸＰ及び６３ＹＰの位置を求める場合には、図３のウエハステージＷＳＴを順次Ｘ方向及びＹ方向に駆動して、それぞれスリット１２２ｂ及び１２２ａで像６３ＸＰ及び６３ＹＰを走査して光強度分布を検出し、この光強度分布のＸ方向及びＹ方向の中心を求めればよい。その像位置用マークを例えばレチクルＲ上に形成しておくことによって、レチクルＲのアライメントを行うこともできる。
【００７７】
また、スリット９Ｂ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｆは、それぞれ収差計測を行うために使用される。本例では、スリット１２２ａ及び１２２ｂはそれぞれ収差計測用のスリット９Ｄ及び９Ａを兼用している。このとき、６個のスリット９Ａ（１２２ｂ）、スリット９Ｂ、スリット９Ｃ、スリット９Ｄ（１２２ａ）、スリット９Ｅ、及びスリット９Ｆの長手方向（配列方向）は、それぞれＸ軸に対して反時計回りに９０°、１２０°、１３５°、０°、３０°、及び４５°で交差する方向であり、これらの配列方向は互いに異なっている。この場合、各スリット９Ａ〜９Ｆは、対応する空間像に対してその長手方向に直交する方向（計測方向）に相対的に走査される。言い換えると、６個のスリット９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，及び９Ｆの計測方向は、それぞれＸ軸に対して反時計回りに０°、３０°、４５°、９０°、１２０°、及び１３５°で交差している。
【００７８】
このように本例の６個のスリット９Ａ〜９Ｅ（開口パターン）を順次対応する計測方向に相対走査することによって、計測方向（長手方向に直交する方向）が互いに異なる６方向のラインマークの空間像の光強度分布情報を計測することができる。
図６は、そのような６方向のラインマーク１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ（ラインパターン）の配列の一例を示し、この図６のラインマーク１Ａ〜１Ｆは、図３のレチクルマーク板ＲＦＭのパターン面に形成されている。なお、それらのラインマークをレチクルＲの一部に形成しておいてもよく、又はレチクルステージＲＳＴ上にロードされるテストレチクルに形成しておいてもよい。
【００７９】
図６において、レチクルマーク板ＲＦＭの付属マーク領域６１には、ベストフォーカス位置計測用のＸ軸のマーク６２Ｘ及びＹ軸のマーク６２Ｙ（フォーカス用マーク）と、投影像の位置計測用のＸ軸のマーク６３Ｘ及びＹ軸のマーク６３Ｙ（像位置用マーク）とが形成されている。付属マーク領域６１の大きさは、投影光学系ＰＬによる投影像で表わすとほぼ６０μｍ角であり、マーク６２Ｘ，６２Ｙ，６３Ｘ，６３Ｙの配置は投影像の状態での配置を表している。また、前者のマーク６２Ｘ及び６２Ｙの投影像が図５の像６２ＸＰ及び６２ＹＰであり、後者のマーク６３Ｘ及び６３Ｙの投影像が図５の像６３ＸＰ及び６３ＹＰである。
【００８０】
また、レチクルマーク板ＲＦＭの付属マーク領域６１に近接した領域に、ラインマーク１Ａ〜１Ｆが形成されている。各ラインマーク１Ａ〜１Ｆは図３を参照して説明したラインマークＰＭと同じ形状の幅ｄの透過パターンで、回転角が同じか又は異なるだけである。そして、ラインマーク１Ａ及び１Ｄの幅方向である計測方向はそれぞれＸ方向及びＹ方向に平行であり、ラインマーク１Ｂ，１Ｃ，１Ｅ，及び１Ｆの計測方向はそれぞれＸ軸に対して反時計周りに角度φ１、φ２、φ３、及びφ４で交差しており、本例では角度φ１は３０°、角度φ２は４５°、角度φ３は１２０°、角度φ４は１３５°である。従って、図６のラインマーク１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，及び１Ｆの投影像の光強度分布は、それぞれ図５のスリット板９０上のスリット９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，及び９Ｆを対応する計測方向に相対走査することで計測することができる。
【００８１】
本発明者によれば、所定の２以上の整数をＭとしたとき、投影光学系の瞳面上でその投影光学系の光軸を中心とした互いに異なる少なくともＭ個の方向に沿ってそれぞれ配置された少なくともＭ個の点における結像光束の位相情報を求めることによって、その投影光学系の実質的にＭ2 次までのツェルニケ多項式によって表わされる波面収差を求めることができる。従って、異なる６個の方向に配列されたラインパターン１Ａ〜１Ｆの像を計測することで、少なくとも３６次までの高次のツェルニケ多項式によって表わされる波面収差を求めることができる。また、図９の例のように、角度方向によって半径方向のサンプルピッチを変えることにより３７次までのツェルニケ係数（ツェルニケ多項式の係数）の分解が可能である。
【００８２】
なお、計測対象の収差が、９次を超えて１６次までのツェルニケ多項式で表される収差でよい場合には、図５のスリット板９０上の４個のスリット９Ａ，９Ｃ，９Ｄ及び９Ｆ、即ち計測方向がＸ軸に対して０°、４５°、９０°、及び１３５°で交差する４個のスリット（開口パターン）を使用するのみでもよい。このときには、図６のラインマーク１Ａ〜１Ｆ中で４個のラインマーク１Ａ，１Ｃ，１Ｄ及び１Ｆのみが使用される。
【００８３】
次に、奇関数収差及び偶関数収差を含む収差を理論的に定量的に表わすために、以下の計算を行う。この場合の計測対象の空間像を、図３のラインマークＰＭの空間像ＰＭ’とする。ここで、ラインマークＰＭの空間像ＰＭ’における図４（Ａ）のＹ方向の複素振幅分布をｏ（ｙ）とし、その空間周波数スペクトルをＯ（ｓ）とする（ｓは、空間周波数軸上の座標である）。ラインマークＰＭの空間像ＰＭ’の周期パターンに含まれる空間周波数成分のうち、２つの空間周波数成分をそれぞれｆ’、ｆ”とすると、そのスペクトルＯ（ｆ’）、Ｏ（ｆ”）のビートによって生じる干渉縞に、ある重みを掛けたものを全体の空間周波数で積分したものがラインマークＰＭの空間像ＰＭ’の強度分布ｉ（ｙ）となる。この重みをクロスモジュレーション係数（The Cross modulation coefficient）Ｔ（ｆ’，ｆ”）というが、このクロスモジュレーション係数Ｔ（ｆ’，ｆ”）は、以下の（４）式によって定義される。
【００８４】
【数４】
2006196555.tif 000007
【００８５】
この式において、Ｆは投影光学系ＰＬの射出瞳（又は瞳面）における瞳関数であり（* は複素共役を示す）、σ（ξ，η）は有効光源である。なお、ξ，ηは、投影光学系ＰＬの射出瞳上における直交座標軸である。従って、部分コヒーレント照明によるラインマークＰＭの結像式は、以下の（５）式によって表される。
【００８６】
【数５】
2006196555.tif 000008
【００８７】
次に、ツェルニケ多項式で表される収差について、７次及び８次のツェルニケ多項式で表される収差Ｚ7 及びＺ8 を例にとって説明する。図７には７次の収差Ｚ7 が、図８には８次の収差Ｚ8 がそれぞれ示されている。図７及び図８において、投影光学系の像面ＱＢの直交座標系（Ｘ，Ｙ）に対して、投影光学系の瞳ＱＡの直交座標系（瞳座標）（Ｘ４４４，Ｙ４４４）は平行であるが、Ｘ４４４軸の方向がＸ軸に対して逆向きになっている。また、瞳座標上の点は通常は上記の極座標（ρ，θ）で示される。
【００８８】
収差は瞳面の位相の進み又は遅れであり、図７の７次の収差Ｚ7 は、Ｙ４４４方向の１θ成分である。図７において、Ｙ４４４＞０の領域の点（ρ0，φ0）で収差Ｈは位相の遅れ−Ｈ0 であり、Ｙ４４４＜０の領域の点（ρ1，φ1）では収差Ｈは位相の進み＋Ｈ0 であり、像ＱＣのシフトは＋Ｙ方向にＨ0 である（単位は位相）。なお、空間像はピッチＰ0 のライン・アンド・スペースパターンで表している。
【００８９】
また、図８の８次の収差Ｚ8 は、Ｘ４４４方向の１θ成分である。図８において、Ｘ４４４＞０の領域の点（ρ3，φ3）で収差Ｈは位相の遅れ−Ｈ1 であり、Ｘ４４４＜０の領域の点（ρ4，φ4）では収差Ｈは位相の進み＋Ｈ1 であり、像ＱＤのシフトは−Ｘ方向にＨ1 である（単位は位相）。なお、空間像はピッチＰ1 のライン・アンド・スペースパターンで表している。
【００９０】
瞳内の計測点での収差量と像シフト量とは単位を位相とすれば絶対値が一致する。長さの単位から位相の単位への換算は次式で表される。
像シフト量（位相）＝（像シフト量（長さ）／マークピッチ）×３６０°…（Ｋ１）
なお、瞳内の計測点の収差量は有効照明サイズ（照明光学系の瞳面における２次光源の大きさ）で決まり、その２次光源の一例は小輪帯状である。
【００９１】
また、瞳内の計測点を極座標（ρ，θ）で示すと、θはマークの周期方向（ラインマークでは幅方向）と一致し、動径ρは、マークピッチＰ、投影光学系の開口数ＮＡ、及び露光波長λを用いて次のようになる。
ρ＝λ／（Ｐ・ＮＡ）  …（Ｋ２）
このように投影光学系ＰＬの瞳面における位相分布によって各次数のツェルニケ多項式の収差（係数）が決定される。
【００９２】
また、投影光学系ＰＬの瞳（射出瞳）上の極座標（ρ，θ）を最大半径が１となるように規格化した座標系を考え、この規格化座標系上の位相の計測位置を（ρp ，Ψp)（ｐ＝１，２，…）とする。この位置（ρp ，Ψp)での位相分布である波面収差Ｈ（ρp，Ψp）は、後述のように６方向のラインマーク１Ａ〜１Ｆの投影像の光強度分布の計測によって求めることができる。
【００９３】
次に、その投影光学系ＰＬの波面収差Ｈ（ρp，Ψp）を、（１）式のようにｎ次（ｎは９より大きい整数）までのツェルニケ多項式ｆｊ（ρp，Ψp）（ｊ＝１〜ｎ）とその係数Ｚj との積の和で表わすものとする。即ち、ツェルニケ多項式を用いて、波面収差Ｈ（ρp，Ψp）の関数フィッティングを行う。投影光学系ＰＬの波面収差の関数フィッティングは、通常は３７次までのツェルニケ多項式を用いて行われる。しかしながら、本例は投影光学系ＰＬの収差をオンボディで計測することを想定しているため、例えば３６次（ｎ＝３６）のツェルニケ多項式までの関数フィッティングでも実用可能である。
【００９４】
また、波面収差Ｈ（ρp，Ψp）を、ｎ次までのツェルニケ多項式ｆｊ（ρp，Ψp）（ｊ＝１〜ｎ）を用いて関数フィッティングを行う場合、投影光学系ＰＬの射出瞳（又は瞳面）上のｍ箇所（ｍはほぼｎ又はそれよりも大きい整数）の位置（ρk，Ψk）（ｋ＝１〜ｍ）上の計測点で波面収差Ｈ（ρk，Ψk）を求める必要がある。このｍ個の波面収差Ｈ（ρk，Ψk）が、本発明の投影光学系の瞳面上での位相分布情報に対応する。なお、以下では位置（ρk，Ψk）を計測点（ρk，Ψk）と呼ぶ。このとき、例えば参考文献（"Adaptive optics and optical structures", SPIE, Vol. 1271, p. 80-86 (1990)）より、計測点（ρk，Ψk）でのｊ次のツェルニケ多項式の値ｆｊ（ρk，Ψk）（ｊ＝１〜ｎ）と、その係数ａj （係数Ｚj に対応する未知数）と、計測誤差εk とを用いると、波面収差Ｈ（ρk，Ψk）は次のように表わすことができる。計測誤差εk は、例えば図３のラインマークＰＭ（図６のラインマーク１Ａ〜１Ｆ）の描画誤差、ウエハステージＷＳＴのＸ座標、Ｙ座標の計測誤差、及びスリット板９０のフォーカス位置の計測誤差等に基づいて予め求められている位相誤差である。
【００９５】
【数２１】
2006196555.tif 000009
【００９６】
ここで、計測値である波面収差Ｈ（ρk，Ψk）（ｋ＝１〜ｍ）を元とするｍ次元ベクトルをＨ、表１から計算できるｊ次のツェルニケ多項式の値ｆｊ（ρk，Ψk）（ｊ＝１〜ｎ；ｋ＝１〜ｍ）を元とするｍ行×ｎ列の行列をＤ、未知数である係数ａj を元とする未知のｎ次元ベクトルをＡ、計測誤差εk を元とするｍ次元ベクトルをεとすると、（２１）式は次の（２２）式となる。
【００９７】
Ｈ＝ＤＡ＋ε            …（２２）
図１の主制御装置５０内の演算部（第２の演算装置）は、（２２）式を解いてベクトルＡのｎ個の元（係数ａj)を求める。これらの係数ａj が、投影光学系ＰＬの波面収差をｎ次までのツェルニケ多項式で表した場合のｊ次（ｊ＝１〜ｎ）のツェルニケ多項式ｆｊの係数となる。これが、本発明の第３工程に対応しており、これによって、投影光学系ＰＬの波面収差が求められたことになる。
【００９８】
実際に（２２）式を解くには、行列Ｄの転置行列をＤT 、ベクトル（Ｈ−ε）をＧとおくことによって、（２２）式を次のように変形する。
（ＤTＤ）Ａ＝ＤTＧ      …（２３）
そして、この式の両辺にｎ行×ｎ列の行列（ＤTＤ）の逆行列（ＤTＤ）-1を乗じることによって、ベクトルＡは次のように求めることができる。
【００９９】
Ａ＝（ＤTＤ）-1ＤTＧ    …（２４）
従って、ベクトルＡが解けるための条件は、逆行列（ＤTＤ）-1が存在することである。原則として、ｍ＝ｎであれば、ベクトルＡは（２４）式から一意的に求めることができる。一方、ｍ＞ｎのときは、（２２）式は過剰決定体系（overdetermined sysytem）となり、ベクトルＡは最小二乗法によって解くことが出来る。（２２）式に最小二乗法を適用するためには、ベクトル（Ｈ−ＤＡ−ε）と、この転置ベクトルとの内積が最小になるようにベクトルＡの各元を定めればよい。
【０１００】
なお、（２１）式を解くためには、（２４）式に現れる逆行列（ＤTＤ）-1ができるだけ安定であること（計測点の位置が僅かにシフトした場合の変動量が少ないこと）が望ましい。その安定性を表わす数値を条件数（condition number）と言い、その条件数が小さい程、その逆行列は安定である。条件数は生データの誤差が解に与える影響を表す。その条件数は、次のように行列Ｄの最大の特異値を最小の特異値で割った結果の平方根であり、その条件数は「Cond(D)」 と表される場合もある。
【０１０１】
条件数＝（行列Ｄの最大の特異値／行列Ｄの最小の特異値）1/2     …（２４Ｄ）
さらに、誤差伝播率行列Ｅｄを行列Ｄを用いて次のように定義する。
Ｅｄ＝Ｄ+（Ｄ+）T       …（２４Ｅ）
なお、Ｄ+ ＝（ＤTＤ）-1ＤT  である。誤差伝播率行列Ｅｄの各対角成分の平方根はそれぞれツェルニケ係数への誤差伝播率を示しており、その誤差伝播率が小さいほど、そのツェルニケ係数に対応する波面収差の計測誤差が小さくなる。
【０１０２】
その後、求められたｎ次までのツェルニケ多項式で表される収差を相殺するように、主制御装置５０は、図２の結像特性補正コントローラ７８を含む結像特性制御機構を介して投影光学系ＰＬの収差を補正する（結像特性の補正工程）。その後、補正後の投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパターンをウエハＷ上に露光する（露光工程）ことによって、レチクルＲのパターンを高精度に転写できる。
【０１０３】
以上の説明は、照明光学系の有効光源が十分に小さくコヒーレント照明と見なせる場合に適用できるが、有効光源の大きさが或る程度大きい場合は、（２１）式中のツェルニケ多項式によって決まる値ｆｊ（ρk，Ψk）は、その有効光源の面積内の平均値を用いればよい。
本例では、（２４Ｄ）式の条件数Cond(D) が例えば１０程度以下の十分に小さい値になるように、投影光学系ＰＬの規格化瞳座標上での位相情報の計測点（実際には、計算によって位相を推測する点である）の配置を最適化する。以下では、本例の位相情報の計測点の配置について説明する。
【０１０４】
図９は、本例の投影光学系ＰＬ（図１参照）の規格化瞳座標（Ｘ，Ｙ）上での位相情報の計測点の配置の一例を示し、この図９において、規格化瞳座標（Ｘ，Ｙ）の原点は投影光学系ＰＬの光軸ＡＸであるとする。また、図９の複数の計測点は、Ｘ軸に対して反時計周りに０°の方向Ｄ１、３０°の方向Ｄ２、４５°の方向Ｄ３、９０°の方向Ｄ４、１２０°の方向Ｄ５、及び１３５°の方向Ｄ６よりなる６個の方向に沿って配置されている。この場合も、各方向Ｄ１〜Ｄ６において、複数の計測点はそれぞれ中心に関して対称に配置されている。また、方向Ｄ１、Ｄ３、Ｄ４、及びＤ６については、計測点の対称中心から半径方向のオフセットがｒｏｆで、間隔がｒｒとなるように計測点ＳＰ１が設定され、方向Ｄ２及びＤ５については、その対称中心から半径方向のオフセットがｒｏｆ２で、間隔がｒｒ２となるように計測点ＳＰ２が設定されている。さらに、全体の計測点の配置が光軸ＡＸに対してＸ方向及びＹ方向にオフセットＸｏｆ及びＹｏｆを持つ場合も想定されている。このようなオフセット（Ｘｏｆ，Ｙｏｆ）を与えるためには、計測マークを照明する際の照明光の主光線をＸ方向、Ｙ方向に対応する角度だけ傾斜させればよい。
【０１０５】
そして、一例として、（Ｘｏｆ，Ｙｏｆ）＝（０，０）、ｒｒ＝０．１６６、ｒｏｆ＝０．１、ｒｒ２＝０．０３６、ｒｏｆ２＝０．７５と設定した。この場合、３０°方向及び１２０°方向（方向Ｄ２、Ｄ５）の計測点ＳＰ２が瞳の最外周付近に配置されている。言い換えると、３０°方向及び１２０°方向の計測点は、投影光学系ＰＬの瞳の外周から半径方向の５０％以内に複数の計測点（計測位置）が配置されていると共に、その間隔ｒｒ２（＝０．０３６）はその瞳の半径（１に規格化されている）の５％以下となっている。このマークを用いた場合、３７次までのツェルニケ多項式で表される収差の抽出が可能である。
【０１０６】
この場合の計測マークに対する照明をコヒーレント照明（σ値の小さい照明）としたコンピュータによるシミュレーションの結果、（２４Ｄ）式の条件数Cond(D) は５．７２７と１０以下になった。また、（２４Ｅ）式で表される誤差伝播率行列Ｅｄの各対角成分の平方根である誤差伝播率は、最大で１．７（収差Ｚ25の場合）となり、極めて高精度に波面収差を計測することができる。
【０１０７】
次に、上記の（２１）式中の投影光学系ＰＬの瞳面における波面収差Ｈ（ρk，Ψk）を求める方法について説明する。ここでは、図９の規格化瞳座標上の光軸ＡＸを通りＸ軸に平行な直線に沿う複数の計測点での波面収差を求めるものとする。この場合には、図６のラインマーク１Ａ〜１Ｆ中の計測方向がＸ方向のラインマーク１Ａと、図５のスリット９Ａ〜９Ｅ中の対応するスリット９Ａとが使用される。図９の他の方向の計測点での波面収差を求める場合には、対応するラインマーク及びスリットを使用すればよい。
例えば、後述の図１１のデータ取得範囲の幅をＩＬ、サンプリング間隔をＳＬ、ＩＬ＝ＳＬ×ｍ（ｍは整数）とする。この領域の光量分布をフーリエ変換すると、基本周波数ｆｏ＝１／ＩＬで、最高周波数ｆｓ＝ｍ／（２・ＩＬ）までの三角関数の級数で示されることになる。また、ピッチＰのパターンの周波数は１／Ｐで、規格化瞳座標はλ／（Ｐ・ＮＡ）であるため、その関係から所望の瞳座標上のサンプリング点（計測点）をサンプリングできるよう、幅ＩＬ及びＳＬを決めることが望ましい。
【０１０８】
図１０は、ラインマーク１Ａの像を投影光学系ＰＬを介して図５のスリット９Ａの近傍に投影した状態を示し、この図１０において、投影光学系ＰＬの瞳ＱＡの直交座標系（瞳座標）（Ｘ４４４，Ｙ４４４）は像面ＱＢの直交座標系（Ｘ，Ｙ）に対して平行であるが、Ｘ４４４軸の方向がＸ軸に対して逆向きになっている。図１０において、ラインマーク１Ａからの光束が瞳ＱＡにおいて回折パターン１ＡＡとなり、その回折パターン１ＡＡからの光束が像面ＱＢで像１ＡＢとなる。また、その回折パターン１ＡＡはＸ４４４軸上に分布しており、その回折パターン１ＡＡ上の任意の計測点ＳＰでの位相がその計測点ＳＰでの波面収差となる。その計測点ＳＰの配置は、図９の配置に基づいて定められる。
【０１０９】
図１１は、図１０の像面での像１ＡＢの光強度分布を示し、この図１１において、スリット９ＡをＸ方向に走査することによって、像１Ａの光強度分布を計測することができる。この計測された座標Ｘの関数としての光強度分布の情報が図１の主制御装置５０内の位相回復部（第１の演算装置）に供給される。主制御装置５０内の位相回復部では、その光強度分布（これを、Ｈ１（Ｘ）とする）の情報から以下で説明する位相回復法によって瞳ＱＡの回折パターン１ＡＡ上の位相分布を求める。
【０１１０】
ここで図１２を参照して、位相回復法の原理につき説明する。先ず、図１２のステップ１０１において、計測された像面振幅関数を求める。この場合には、計測された座標Ｘの関数としての光強度分布Ｈ１（Ｘ）の平方根の関数（Ｈ１（Ｘ））1/2 が像面振幅関数となる。次にステップ１０２において、均一ランダム雑音生成器を用いて像面位相関数として−πからπまでの間の初期位相を生成する。次のステップ１０３において、その像面振幅関数に像面位相関数を乗じて得られる関数を像面関数とする。この段階では、動作は次のステップ１０４に移行して、その像面関数をＦＦＴ(Fast Fourier Transfomrm) の手法でフーリエ変換して、投影光学系ＰＬの瞳面での結像光束の関数である瞳面関数を求める。次のステップ１０５において、その瞳面関数から位相関数のみを求める。また、ステップ１０６において、仮に投影光学系ＰＬの瞳面での振幅関数（フーリエ面振幅関数）を計測しておく。
【０１１１】
次のステップ１０７において、その瞳面での振幅関数にその瞳面での位相関数を乗じて、新たな瞳面関数を求める。次にステップ１０８において、その新たな瞳面関数をＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transfomrm) の手法で逆フーリエ変換して新たな像面関数を求める。次のステップ１０９において、その新たな像面関数を像面振幅関数と像面位相関数とに分離する。続いてステップ１０３に戻り、ステップ１０１で計測された像面振幅関数とステップ１０９で計算された像面振幅関数とが所定の許容範囲内に入ったとき、好ましくは、計測された像面振幅関数と計算された像面振幅関数とが所定の許容範囲内で合致したときにこの位相回復動作は終了して、ステップ１０５で計算された瞳面での位相関数が、投影光学系ＰＬの瞳面での波面収差となる。その波面収差中の計測位置（ρk，Ψk）における波面収差Ｈ（ρk，Ψk）を（２１）式中に代入することで、各次数のツェルニケ多項式の係数（収差）を求めることができる。
【０１１２】
また、ステップ１０３で、ステップ１０１で計測された像面振幅関数とステップ１０９で計算された像面振幅関数とが所定の許容範囲内で合致していないときには、ステップ１０１で計測された像面振幅関数にステップ１０９で計算された像面位相関数を乗じて得られた関数を新たな像面関数とする。そして、ステップ１０１で計測された像面振幅関数とステップ１０９で計算された像面振幅関数とが所定の許容範囲内で合致するまで、ステップ１０３から１０９までの動作が繰り返される。これによって、投影光学系ＰＬの瞳面での位相分布情報を回復することができる。
【０１１３】
しかしながら、本例ではステップ１０６の動作である投影光学系ＰＬの瞳面での振幅関数の計測を行っていないため、このままでは図１２の動作を実行することができない。そこで、投影光学系ＰＬの瞳面での振幅関数を計測することなく、位相回復を行うことができる動作の一例につき、図１３を参照して説明する。
先ず、図１３のステップ１１１において、図１１の上方の像面（これを「像面１」とする）でラインマークの像１ＡＢの光強度分布（像強度）を計測し、ステップ１１２において、像面１のＸ座標Ｘｉ（ｉ＝１，２，…）における位相関数の初期値θｉ（予想値）を設定する。本例では、初期値θｉは全て０であるが、例えば理論的又は経験的に求められている値の分布を用いてもよい。次のステップ１１３において、計測された像強度の平方根の関数を像面振幅関数Ｆ１（Ｘ）（図１１参照）として、この像面振幅関数Ｆ１（Ｘ）にその初期値θｉから生成される像面位相関数Ｇ１（θ）を乗じて像面関数を求める。
【０１１４】
次のステップ１１４で、その像面関数をＦＦＴの手法でフーリエ変換した後、ステップ１１５において（３）式と逆の演算（デ・コンボリューション）を施すことによって、図１１のスリット９Ａのスリット幅２Ｄの積分効果の影響を除去する。この結果、投影光学系ＰＬの瞳面での結像光束の関数である瞳面関数が求められる。なお、そのスリット幅２Ｄが狭い場合には、ステップ１１５のデ・コンボリューション演算は省略することも可能である。次のステップ１１６において、その瞳面関数から振幅関数ｆ１（Ｘ）及び位相関数ｇ１（θ）を求める（図１１参照）。
【０１１５】
次に本例では、図１のウエハステージＷＳＴ中のＺチルトステージ３８（ステージ機構）を駆動して、Ｚ軸に沿ってスリット板９０（像面）をΔＺだけデフォーカスさせる。図１１において、そのようにデフォーカスした後の像面を像面２とする。そして、ステップ１２０において、予め像面２でのラインマークの像１ＡＢの光強度分布（像強度）を計測しておく。そして、計測された像強度の平方根の関数を像面振幅関数Ｆ２（Ｘ）として記憶する。本例では、そのデフォーカスが投影像の光強度分布に所定変化を与える状態に対応している。
【０１１６】
この動作と並行して、ステップ１１７において、ステップ１１６で求めた位相関数ｇ１（θ）に、ΔＺのデフォーカスの既知の位相関数を乗じて位相関数ｇ１* （θ）を求める。そして、この位相関数ｇ１* （θ）に上記の瞳面での振幅関数ｆ１（Ｘ）を乗じて新たな瞳面関数を求める。次にステップ１１８において、その新たな瞳面関数をＩＦＦＴの手法で逆フーリエ変換してから、ステップ１１９において、（３）式と同様の演算（コンボリューション）を施すことによって、図１１のスリット９Ａのスリット幅２Ｄの積分効果を与える。この結果、投影光学系ＰＬの像面でスリット９Ａを介して計測される像面関数が求められる。なお、ステップ１１５のデ・コンボリューション演算を省略した場合には、ステップ１１９のコンボリューション演算も省略される（以下同様）。
【０１１７】
次のステップ１２１において、その像面関数を像面振幅関数Ｆ２* （Ｘ）と像面位相関数Ｇ２（θ）とに分離する。そして、ステップ１２０で計測された像面振幅関数Ｆ２（Ｘ）とその計算された像面振幅関数Ｆ２* （Ｘ）とが所定の許容範囲内で合致したときに（両者が許容範囲内にあるときでもよい）、この位相回復動作は終了して、ステップ１１６で計算された瞳面での位相関数ｇ１（θ）が、投影光学系ＰＬの瞳面における波面関数Φ（＝｜Φ｜ｅｘｐ（ｉθ））となる。そして、ステップ１２２に移行して、その波面関数（波面収差）中の計測位置（ρk，Ψk）における波面収差Ｈ（ρk，Ψk）を（２１）式中に代入することで、各次数のツェルニケ多項式の係数（収差）を求めることができる。ステップ１１１が第１工程に対応し、ステップ１１３〜１２１が第２工程に対応し、ステップ１２２が第３工程に対応している。また、ステップ１１３〜１１６、ステップ１１７、ステップ１１８，１１９、ステップ１２０、及びステップ１２１がそれぞれ第４工程、第５工程、第６工程、第７工程、及び第８工程に対応している。
【０１１８】
また、ステップ１２１で、ステップ１２０で計測された像面振幅関数Ｆ２（Ｘ）とその計算された像面振幅関数Ｆ２* （Ｘ）とが所定の許容範囲内で合致していないときには、ステップ１２０で計測された像面振幅関数Ｆ２（Ｘ）にその計算された像面位相関数Ｇ２（θ）を乗じて得られた関数を新たな像面関数とする。
次のステップ１２３においてその像面関数をＦＦＴの手法でフーリエ変換した後、ステップ１２４においてデ・コンボリューション演算を施して、投影光学系ＰＬの瞳面での瞳面関数を求める。次のステップ１２５において、その瞳面関数から振幅関数ｆ２（Ｘ）及び位相関数ｇ２（θ）を求める（図１１参照）。
【０１１９】
次に、図１のウエハステージＷＳＴ中のＺチルトステージ３８（ステージ機構）を駆動して、Ｚ軸に沿ってスリット板９０（像面）をさらにΔＺだけデフォーカスさせる。図１１において、そのようにデフォーカスした後の像面を像面３とする。そして、ステップ１２９において、予め像面３でのラインマークの像１ＡＢの光強度分布（像強度）を計測しておく。そして、計測された像強度の平方根の関数を像面振幅関数Ｆ３（Ｘ）として記憶する。
【０１２０】
この動作と並行して、ステップ１２６において、ステップ１２５で求めた位相関数ｇ２（θ）に、ΔＺのデフォーカスの既知の位相関数を乗じて位相関数ｇ２* （θ）を求める。そして、この位相関数ｇ２* （θ）に上記の瞳面での振幅関数ｆ２（Ｘ）を乗じて新たな瞳面関数を求める。次にステップ１２７において、その新たな瞳面関数をＩＦＦＴの手法で逆フーリエ変換してから、ステップ１２８において、コンボリューション演算を施すことによって、投影光学系ＰＬの像面での像面関数を求める。
【０１２１】
次のステップ１３０において、その像面関数を像面振幅関数Ｆ３* （Ｘ）と像面位相関数Ｇ３（θ）とに分離する。そして、像面振幅関数Ｆ３* （Ｘ）をステップ１２９で計測された像面振幅関数Ｆ３（Ｘ）で置き換えた後、この像面振幅関数Ｆ３（Ｘ）にその計算された像面位相関数Ｇ３（θ）を乗じて得られた関数を新たな像面関数とする。次のステップ１３１で、その像面関数をＦＦＴの手法でフーリエ変換して、ステップ１３２でデ・コンボリューション演算を施すことによって、投影光学系ＰＬの瞳面での瞳面関数を求める。次のステップ１３３において、その瞳面関数から振幅関数ｆ２（Ｘ）及び位相関数ｇ２* （θ）を求める。次のステップ１３４において、ステップ１３３で求めた位相関数ｇ２* （θ）に、−ΔＺのデフォーカスの既知の位相関数を乗じて位相関数ｇ２（θ）を求める。そして、この位相関数ｇ２（θ）に上記の瞳面での振幅関数ｆ２（Ｘ）を乗じて新たな瞳面関数を求める。次にステップ１３５において、その新たな瞳面関数をＩＦＦＴの手法で逆フーリエ変換して、ステップ１３６において、コンボリューション演算を施すことによって、投影光学系ＰＬの像面での像面関数を求める。
【０１２２】
次にステップ１２１に戻り、その像面関数を像面振幅関数Ｆ２* （Ｘ）と像面位相関数Ｇ２（θ）とに分離する。そして、ステップ１２０で計測されている像面振幅関数Ｆ２（Ｘ）とその計算された像面振幅関数Ｆ２* （Ｘ）とが所定の許容範囲内で合致したときに、この位相回復動作は終了して、ステップ１３４で計算された瞳面での位相関数ｇ２（θ）が、投影光学系ＰＬの瞳面における波面関数Φ（＝｜Φ｜ｅｘｐ（ｉθ））となり、動作はステップ１２２に移行する。一方、ステップ１２１で、ステップ１２０で計測された像面振幅関数Ｆ２（Ｘ）とその計算された像面振幅関数Ｆ２* （Ｘ）とが所定の許容範囲内で合致していないときには、ステップ１２０で計測された像面振幅関数Ｆ２（Ｘ）にその計算された像面位相関数Ｇ２（θ）を乗じて得られた関数を新たな像面関数とする。
【０１２３】
次のステップ１３７においてその像面関数をＦＦＴの手法でフーリエ変換した後、ステップ１３８においてデ・コンボリューション演算を施して、投影光学系ＰＬの瞳面での瞳面関数を求める。次のステップ１３９において、その瞳面関数から振幅関数ｆ１（Ｘ）及び位相関数ｇ１* （θ）を求める。次のステップ１４０において、ステップ１３９で求めた位相関数ｇ１* （θ）に、−ΔＺのデフォーカスの既知の位相関数を乗じて位相関数ｇ１（θ）を求める。そして、この位相関数ｇ１（θ）に上記の瞳面での振幅関数ｆ１（Ｘ）を乗じて新たな瞳面関数を求める。次にステップ１４１において、その新たな瞳面関数をＩＦＦＴの手法で逆フーリエ変換してから、ステップ１４２において、コンボリューション演算を施すことによって、投影光学系ＰＬの像面での像面関数を求める。次に動作は再びステップ１１３に戻り、ステップ１１４から１４２までの動作が繰り返される。この際に、ステップ１２１において、計測されている像面振幅関数と計算された像面振幅関数とが所定の許容範囲内で合致したときには、この位相回復動作は終了して、上述のようにステップ１２２において収差が求められる。
【０１２４】
このように本例によれば、デフォーカスさせたラインマークの像の光強度分布を計測するのみで、投影光学系ＰＬの瞳面における位相分布情報を計算によって高精度に求めることができる。従って、その位相分布情報に基づいて、投影光学系ＰＬの収差を短時間に、かつ高精度に求めることができる。また、ラインマークの像の計測は、投影露光装置に備えられているフォーカス位置及びアライメント用の位置計測用のスリットを備えた空間像計測装置で行うことができるため、新たに専用の計測装置を設ける必要がない。
【０１２５】
なお、上記各実施形態の収差計測方法によって計測された収差量に基づいて、図１の投影光学系ＰＬを調整し、理想的には投影光学系ＰＬの収差を０にすることが望ましいが、実際には、投影光学系ＰＬの調整後にも収差が若干残留する可能性もある。そのため、上記の実施形態の投影露光装置の運用に際しては、投影光学系ＰＬの調整後に、上記実施形態の収差計測方法を用いて、投影光学系ＰＬの残留収差を初期収差量として改めて計測しておいてもよい。この場合、上記実施形態の収差計測方法によって、投影光学系ＰＬの収差変動量を定期的に計測し、経時変化等により収差に変化が生じた場合には、主制御装置５０が、図２の結像特性補正コントローラ７８を介してそれらの収差量が初期収差量に戻るように投影光学系ＰＬの結像特性を調整すればよい。なお、定期的な収差の計測は、レチクルマーク板ＲＦＭ等に形成された計測用パターンを用いて行うことが計測の安定性の観点から望ましい。
【０１２６】
また、上記各実施形態では、投影光学系として縮小系を用いる場合について説明したが、これに限らず、投影光学系として等倍あるいは拡大系を用いても良いし、投影光学系は屈折系、反射屈折系、又は反射系のいずれであっても良い。
また、例えば半導体デバイスは、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て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投影露光装置（露光装置）によりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、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）、及び検査ステップ等を経て製造される。
【０１２７】
また、上記各実施形態では、本発明が走査露光型の投影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、マスクとウエハとを静止した状態でマスクのパターンをウエハに転写するステッパー等の静止露光型（一括露光型）の投影露光装置にも本発明を適用することができる。また、本発明は、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレットに開示されている液浸型露光装置で投影光学系の収差を計測する場合にも適用することができる。
【０１２８】
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、及び撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。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。
【０１２９】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明の露光方法及び装置によれば、投影光学系が露光装置に搭載された状態で、その投影光学系の収差を短時間に高精度に計測することができる。従って、例えばその計測結果に応じてその投影光学系の収差を補正することによって、マスクのパターンを基板上に高精度に転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の実施形態の一例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。
【図２】図１の投影光学系ＰＬの結像特性制御機構及びウエハステージＷＳＴのＺチルトステージを示す一部を切り欠いた図である。
【図３】図１の投影露光装置に備えられた空間像計測装置の内部構成を示す図である。
【図４】（Ａ）は、図３のスリット板９０上のスリットの一例を示す図、（Ｂ）は、空間像計測の際に得られる光電変換信号の一例を示す図である。
【図５】図３のスリット板９０上の実際のスリットの配置を示す拡大平面図である。
【図６】レチクルマーク板ＲＦＭ上のラインマークの配置の一例を示す拡大平面図である。
【図７】７次のツェルニケ多項式で表される収差成分の一例を示す図である。
【図８】８次のツェルニケ多項式で表される収差成分の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態における位相情報の計測点の配置の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるラインマークと、その回折パターンと、その投影像とを示す図である。
【図１１】図１０のラインマークの投影像の光強度分布の一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態における位相回復動作の原理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施形態における位相回復動作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３２】
１Ａ〜１Ｆ…ラインマーク、９Ａ〜９Ｆ…スリット、１２…照明光学系、１４…光源、５０…主制御装置、５１…メモリ、５９…空間像計測装置、７８…結像特性補正コントローラ、８０…信号処理装置、９０…スリット板、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＲＦＭ…レチクルマーク板、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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