(57)【要約】【課題】高精度な光学特性の計測を行う。【解決手段】投影光学系ＰＬの光学特性に関する情報を含む検出信号を出力する検出器９５がＺ軸方向に配列された画素を有し、このリニアセンサ９５ａがリニアモータＬＭ１、ＬＭ２を介してＸ軸方向に移動しつつ、順次投影光学系ＰＬの光学特性に関する情報を含む検出信号を出力するので、ＸＺ面内に画素が配列されたエリアセンサよりも製造が容易なリニアセンサを用いているにもかかわらず、ＸＺ面全域における検出信号を出力することが可能となり、ＸＺ面内に画素が配列されたエリアセンサと同等の機能を有することとなる。この場合、分解能の高いセンサを安価で製造することができるので、高精度な光学特性（波面収差等）の計測を行うことができ、かつ装置全体を低コストで製造することが可能となる。【選択図】図３
2006261151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、
前記被検光学系を介した光を所定面上で受光し、前記被検光学系の光学特性に関する情報を含む検出信号を出力する、前記所定面内の一軸方向に検出領域が配列されたセンサと；
前記センサを前記所定面内の前記一軸方向に直交する他軸方向に移動する移動機構と；を備える光学特性計測装置。
【請求項２】
前記被検光学系と前記センサとの間に配置され、前記被検光学系を経由した光を波面分割する波面分割光学素子を更に備える請求項１に記載の光学特性計測装置。
【請求項３】
前記波面分割光学素子は、前記光の光路に対して挿入及び離脱可能であることを特徴とする請求項２に記載の光学特性計測装置。
【請求項４】
前記被検光学系と前記センサとの間に配置され、前記被検光学系を介した光を、互いに波面のずれた２光束に分割する回折光学素子を更に備え、
前記センサは、前記２光束による干渉縞を検出することを特徴とする請求項１に記載の光学特性計測装置。
【請求項５】
前記センサの前記他軸方向に関する位置を計測する計測装置を更に備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項６】
前記移動機構による前記センサの移動と、前記センサによる検出とのタイミングを制御するタイミング制御装置を更に備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項７】
前記センサは、ＴＤＩセンサであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項８】
前記移動機構は、
前記センサを、前記一軸方向に更に移動することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項９】
被検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、
請求項８に記載の光学特性計測装置が備える前記センサの前記一軸方向に配列された検出領域のうち、その他の検出領域に比べて感度が低い特定検出領域を特定する特定工程と；
前記センサを前記他軸方向に移動しつつ、前記センサの検出領域からの信号を検出する第１検出工程と；
前記移動機構を介して、前記センサを前記一軸方向に所定距離だけ移動し、位置決めする位置決め工程と；
前記位置決め工程で位置決めされた状態の前記センサを、前記他軸方向に移動しつつ、前記センサの検出領域からの信号を検出する第２検出工程と；
前記第１、第２検出工程で検出された検出結果のうち、前記特定検出領域以外の検出領域からの信号の検出結果を用いて、前記被検光学系の光学特性を算出する算出工程と；を含む光学特性計測方法。
【請求項１０】
前記位置決め工程では、前記センサを前記検出領域の前記他軸方向に関する大きさの所定数倍の距離だけ、前記他軸方向に移動することを特徴とする請求項９に記載の光学特性計測方法。
【請求項１１】
前記位置決め工程では、前記センサを前記１つの検出領域の前記他軸方向に関する大きさよりも小さな距離だけ前記他軸方向に移動することを特徴とする請求項９に記載の光学特性計測方法。
【請求項１２】
マスクに形成されたパターンを物体上に転写する露光装置であって、
前記マスクを照明光で照明する照明光学系と；
前記マスクから射出される前記照明光を前記物体上に投射する投影光学系と；
前記物体を保持して２次元移動する物体ステージと；
前記照明光学系と前記投影光学系の少なくとも一方が前記被検光学系となるように前記物体ステージに設けられた請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学特性計測装置と；を備える露光装置。
【請求項１３】
マスクを照明光で照明する照明光学系と、前記マスクから射出される前記照明光を前記物体上に投射する投影光学系との少なくとも一方を被検光学系とし、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の光学特性計測方法を用いて、前記照明光学系と前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を計測する計測工程と；
前記計測結果を用いて、前記照明光学系と前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を調整する調整工程と；
前記調整後に、前記マスクの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転写工程と；を含む露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学特性計測装置及び光学特性計測方法、並びに露光装置及び露光方法に係り、更に詳しくは被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置及び光学特性計測方法、並びに該光学特性計測装置を備える露光装置及び前記光学特性計測方法を用いる露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「ウエハ」ともいう）上に転写する露光装置が用いられている。この種の装置としては、近年では、スループットを重視する観点から、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆる「ステッパ」）や、このステッパを改良したステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置などの逐次移動型の投影露光装置が主として用いられている。
【０００３】
この種の露光装置では、レチクルのパターンの縮小像をウエハ上に既に形成されたショット領域に正確に重ね合わせて転写することが重要であり、そのためには投影光学系による像の形成状態が所望の状態となるように投影光学系や照明光学系の光学特性を調整する必要がある。
【０００４】
しかるに、上記の光学特性の調整のためには、投影光学系などの光学系の光学特性を精度良く計測することが前提となる。そして、近年における半導体素子の高集積化に伴うデバイスパターンの微細化に対応すべく、近年では、投影光学系の結像特性として、総合的な収差である波面収差を計測することが比較的多く行われるようになってきた。
【０００５】
ところで、近年、投影光学系の波面収差は、投影光学系を露光装置のボディに搭載した後、いわゆるオン・ボディにて種々の計測装置により計測されている。この種の計測装置の１つとして、受光光学系内にマイクロレンズアレイ及びＣＣＤ（エリアセンサ）を用いたシャック−ハルトマン（Shack-Hartmann）方式の波面収差計測器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかるに、前記ＣＣＤ（エリアセンサ）としては、比較的画素の多いものを必要とするが、画素の多いエリアセンサを製造するのは比較的困難である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２６２９４８号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した事情の下になされたものであり、第１の観点からすると、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、前記被検光学系を介した光を所定面上で受光し、前記被検光学系の光学特性に関する情報を含む検出信号を出力する、前記所定面内の一軸方向に検出領域が配列されたセンサと；前記センサを前記所定面内の前記一軸方向に直交する他軸方向に移動する移動機構と；を備える光学特性計測装置。
【０００９】
これによれば、被検光学系の光学特性に関する情報を含む検出信号を出力するセンサが、所定面内の一軸方向に配列された検出領域を有し、移動機構が、センサを所定面内の一軸方向に直交する他軸方向に移動しつつ、他軸方向への移動中に順次被検光学系の光学特性に関する情報を含む検出信号を出力するので、一軸方向と他軸方向に検出領域が配列されたセンサよりも製造が容易なセンサを用いているにもかかわらず、所定面全域における検出信号を出力することが可能となり、一軸方向と他軸方向に検出領域が配列されたセンサと同等の機能を有することとなる。この場合、分解能の高いセンサを安価で製造することができるので、高精度な光学特性の計測を行うことができ、かつ装置全体を低コストで製造することが可能となる。
【００１０】
本発明は第２の観点からすると、被検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、前記移動機構が前記センサを前記一軸方向に移動する本発明の光学特性計測装置が備える前記センサの前記一軸方向に配列された検出領域のうち、その他の検出領域に比べて感度が低い特定検出領域を特定する特定工程と；前記センサを前記他軸方向に移動しつつ、前記センサの検出領域からの信号を検出する第１検出工程と；前記移動機構を介して、前記センサを前記一軸方向に所定距離だけ移動し、位置決めする位置決め工程と；前記位置決め工程で位置決めされた状態の前記センサを、前記他軸方向に移動しつつ、前記センサの検出領域からの信号を検出する第２検出工程と；前記第１、第２検出工程で検出された検出結果のうち、前記特定検出領域以外の検出領域からの信号の検出結果を用いて、前記被検光学系の光学特性を算出する算出工程と；を含む光学特性計測方法。
【００１１】
これによれば、センサを他軸方向に移動しつつ、センサの一軸方向に配列された検出領域からの信号を検出する（第１検出工程）とともに、移動機構を介して、センサを一軸方向に所定距離だけ移動し、位置決めした状態で、センサを他軸方向に移動しつつ、センサの検出領域からの信号を検出し（第２検出工程）、これら第１、第２検出工程で検出された検出結果のうち、その他の検出領域に比べて感度が低い特定検出領域以外の検出領域からの信号の検出結果を用いて、被検光学系の光学特性を算出する（算出工程）。このため、第１検出工程で検出できなかった部分の信号を第２検出工程の結果で補完できるため、たとえ特定検出領域がある場合であっても、その影響を受けることなく、光学特性の計測を精度良く行うことが可能である。
【００１２】
本発明は、第３の観点からすると、マスクに形成されたパターンを物体上に転写する露光装置であって、前記マスクを照明光で照明する照明光学系と；前記マスクから射出される前記照明光を前記物体上に投射する投影光学系と；前記物体を保持して２次元移動する物体ステージと；前記照明光学系と前記投影光学系の少なくとも一方が前記被検光学系となるように前記物体ステージに設けられた本発明の光学特性計測装置と；を備える露光装置である。
【００１３】
これによれば、本発明の光学特性計測装置を備えることにより、高精度な光学特性の計測を行うことができるので、計測された光学特性を考慮して露光することにより、高精度な露光を実現することが可能となる。
【００１４】
本発明は、第４の観点からすると、マスクを照明光で照明する照明光学系と、前記マスクから射出される前記照明光を前記物体上に投射する投影光学系との少なくとも一方を被検光学系とし、本発明の光学特性計測方法を用いて、前記照明光学系と前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を計測する計測工程と；前記計測結果を用いて、前記照明光学系と前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を調整する調整工程と；前記調整後に、前記マスクの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転写工程と；を含む露光方法である。
【００１５】
これによれば、本発明の光学特性計測方法を用いることにより、高精度な光学特性の計測を行うことができるので、計測された光学特性を用いて照明光学系と投影光学系の少なくとも一方の光学特性を調整した後に、マスクのパターンを投影光学系を介して物体上に転写することで、高精度な露光を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図１１（Ｂ）に基づいて説明する。
【００１７】
図１には、本発明の第１の実施形態の露光装置１００の全体構成が概略的に示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。この露光装置１００は、露光装置本体６０と、波面センサ９０とを備えている。
【００１８】
前記露光装置本体６０は、光源及び照明光学系を含む照明系１２、マスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、物体としてのウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴ、オフアクシス方式のアライメント検出系ＡＳ、及びワークステーションなどのコンピュータから成り、装置全体を統括制御する主制御装置２０等を備えている。
【００１９】
前記照明系１２は、例えば特開２００１−３１３２５０号（対応する米国特許出願公開２００３／００２５８９０号）号公報などに開示されるように、光源、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含んで構成されている。この照明系１０では、レチクルブラインドで規定されレチクルＲ上でＸ軸方向に細長く伸びるスリット状の照明領域を照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、照明光ＩＬとして、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの遠紫外光、あるいは超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）を用いることも可能である。また、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）あるいは回折光学素子などを用いることができる。
【００２０】
前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リニアモータ等から成るレチクルステージ駆動部３４によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向（Ｙ軸方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００２１】
レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報（又は速度情報）は、主制御装置２０に送られ、主制御装置２０ではその位置情報（又は速度情報）に基づいてレチクルステージ駆動部３４を介してレチクルステージＲＳＴを移動させる。
【００２２】
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬ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などのものが使用されている。このため、上述のようにして、照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域が照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小された像（部分倒立像）が、表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域に投影され転写される。
【００２３】
なお、本実施形態では、上記の複数のレンズエレメントのうち、特定のレンズエレメント（例えば、所定の５つのレンズエレメント）がそれぞれ独立に移動可能となっている。かかる特定のレンズエレメントの移動は、特定のレンズエレメント毎に設けられた３個のピエゾ素子等の駆動素子によって行われる。すなわち、これらの駆動素子を個別に駆動することにより、特定の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。本実施形態では、上記の駆動素子を駆動するための駆動指示信号は、主制御装置２０からの指令ＭＣＤに基づいて結像特性補正コントローラ２５１によって出力され、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。
【００２４】
こうして構成された投影光学系ＰＬでは、主制御装置２０による結像特性補正コントローラ２５１を介したレンズエレメントの移動制御により、ディストーション、像面湾曲、非点収差、コマ収差、又は球面収差等の諸収差（光学特性の一種）が調整可能となっている。
【００２５】
前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置され、その上面にウエハホルダ２５が載置されている。このウエハホルダ２５上にウエハＷが例えば真空吸着等によって固定されている。
【００２６】
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２４により走査方向（Ｙ軸方向）及び走査方向に垂直な非走査方向（Ｘ軸方向）に駆動される。そして、このウエハステージＷＳＴによって、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光するウエハＷをレチクルＲに対して相対走査する動作と、次のショットの露光のための走査開始位置（加速開始位置）まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作が実行される。
【００２７】
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は、ウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１８によって、移動鏡１７を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は、主制御装置２０に送られ、主制御装置２０ではその位置情報（又は速度情報）に基づきウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴの駆動制御を行う。
【００２８】
また、ウエハステージＷＳＴは、ウエハステージ駆動部２４によりＺ軸方向、θｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向：ピッチング方向）、θｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向：ローリング方向）及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向：ヨーイング方向）にも微小駆動される。
【００２９】
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９０が嵌合可能な形状のセンサ取付部が形成されている。
【００３０】
前記アライメント検出系ＡＳは、投影光学系ＰＬの側面に配置されている。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）を観測する結像式アライメントセンサがアライメント検出系ＡＳとして用いられている。このアライメント検出系ＡＳの詳細な構成は、例えば、特開平９−２１９３５４号公報に開示されている。アライメント検出系ＡＳによる観測結果は、主制御装置２０に供給される。
【００３１】
更に、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軸方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出するための斜入射方式のフォーカス検出系（焦点検出系）の一つである、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）が設けられている。この多点フォーカス位置検出系（２１，２２）の詳細な構成等については、例えば、特開平６−２８３４０３号公報に開示されている。多点フォーカス位置検出系（２１，２２）による検出結果は、主制御装置２０に供給される。
【００３２】
前記波面センサ９０としては、受光光学系内にマイクロレンズアレイを用いたシャック−ハルトマン（Shack-Hartmann）方式の波面センサが用いられている。この波面センサ９０は、図２に示されるように、ＹＺ断面が概略Ｌ字状の内部空間を有する筐体９７と、該筐体９７の内部に所定の位置関係で配置された複数の光学素子から成る受光光学系と、筐体９７の内部の＋Ｙ側端部に配置された検出器９５とを備えている。
【００３３】
前記筐体９７は、ＹＺ断面Ｌ字状で内部に空間が形成され、その最上部（＋Ｚ側端面）が開口した部材から成る。この筐体９７の最上部の平面視円形の開口９７ａが、標示板９１によって閉塞されている。
【００３４】
前記標示板９１は、例えばガラス基板を基材とし、ウエハホルダ２５に固定されたウエハＷの表面と同じ高さ位置（Ｚ軸方向位置）に配置されている（図１参照）。この標示板９１の表面には、クロム等の金属の蒸着により反射膜を兼ねる遮光膜が形成されている。この遮光膜の中央部に、図２に示されるように、円形の開口９１ａが形成されている。この場合、遮光膜によって投影光学系ＰＬの波面収差の計測の際に周囲からの不要な光が受光光学系に入射するのが遮られている。また、遮光膜の開口９１ａの周辺には、該開口９１ａとの位置関係が設計上既知の３組以上の２次元位置検出用マークが形成されている。この２次元位置検出用マークとしては、本実施形態では、Ｙ軸方向に沿って形成されたラインアンドスペースマークと、Ｘ軸方向に沿って形成されたラインアンドスペースマーク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は、上述のアライメント検出系ＡＳによって検出可能となっている。
【００３５】
前記受光光学系は、筐体９７内部の標示板９１の下方に、上から下に順次配置された、コリメータレンズ９２，折り曲げミラー９６と、該折り曲げミラー９６の＋Ｙ側に順次配置されたレンズ９３ａ及びレンズ９３ｂから成るリレーレンズ系９３、並びにマイクロレンズアレイ９４とから構成されている。折り曲げミラー９６は、筐体９７に４５°で斜設される状態で取り付けられており、該折り曲げミラー９６によって、上方から標示板９１の開口９１ａを介して鉛直下向きにコリメータレンズ９２に対して入射した光の光路がリレーレンズ系９３に向けて折り曲げられるようになっている。なお、受光光学系を構成するコリメータレンズ９２、レンズ９３ａ及びレンズ９３ｂなどは、筐体９７の壁の内側に不図示の保持部材を介してそれぞれ固定されている。
【００３６】
この場合、コリメータレンズ９２に入射した光は、コリメータレンズ９２によって平行光に変換された後、折り曲げミラー９６、リレーレンズ系９３を介してマイクロレンズアレイ９４に入射する。
【００３７】
前記マイクロレンズアレイ９４は、正方形枠状の保持部材８２に保持され、これらマイクロレンズアレイ９４と保持部材８２とによって、波面分割ユニット８４が構成されている。
【００３８】
前記保持部材８２の上端（＋Ｚ側端）に、ピストンロッド８６の一端が固定されており、ピストンロッド８６の他端には、不図示のピストンが設けられており、該ピストンが図２に示されるエアシリンダ８８の内部に収納されている。エアシリンダ８８には、不図示の真空ポンプ及びエア供給機構が接続され、該真空ポンプ及びエア供給機構のオン・オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）が図４に示される主制御装置２０内のタイミング制御部４０によって制御されることにより、波面分割ユニット８４が、前述の光路上から退避している第１位置（例えば上側移動限界位置）から図２に示される第２位置（下側移動限界位置）に移動するようになっている。なお、上記の波面分割ユニット８４の上下方向の移動をより円滑かつ確実に行うために、保持部材８２を案内するガイドを設けても良い。
【００３９】
前記マイクロレンズアレイ９４は、複数の小さなレンズ（マイクロレンズ）が光路に対して直交する面内にアレイ状に配置されて構成されている。これを更に詳述すると、マイクロレンズアレイ９４は、正方形状の多数のマイクロレンズがマトリクス状に稠密に配列されたものである。なお、各マイクロレンズは、正の屈折力を有するレンズである。ここで、各マイクロレンズの光軸は互いにほぼ平行になっている。こうしたマイクロレンズアレイ９４は、平行平面ガラス板にエッチング処理を施すことにより作成される。マイクロレンズアレイ９４では、各マイクロレンズ毎に、標示板９１の開口９１ａに形成された後述するピンホールパターンを介した像の結像光束を射出する。
【００４０】
前記検出器９５は、例えばＺ軸方向にのみ画素が配列された１次元イメージセンサ（リニアセンサ）等から成る受光素子（以下、「リニアセンサ」と呼ぶ）９５ａと、例えば電荷転送制御回路等の電気回路９５ｂ等から構成されている。
【００４１】
検出器９５は、実際には、図３に示されるように、リニアモータＬＭ１，ＬＭ２により、Ｘ軸方向に移動されるようになっている。リニアモータＬＭ１は、例えば電機子ユニットから成る固定子６４ａと例えば磁極ユニットから成る可動子６２ａとを備え、リニアモータＬＭ２は、例えば電機子ユニットから成る固定子６４ｂと例えば磁極ユニットから成る可動子６２ｂとを備えている。固定子６４ａ及び６４ｂは、筐体９７の内面に固定されている（図２参照）。
【００４２】
検出器９５の位置は、リニアモータの固定子と可動子との間に設けられたリニアエンコーダから成る位置検出装置４１（図４参照）により検出され、該検出結果は、図４に示される主制御装置２０内のタイミング制御部４０に送られるようになっている。
【００４３】
検出器９５は、前述のように、リニアモータＬＭ１、ＬＭ２によりＸ軸方向に移動することができるので、図３に示されるように、マイクロレンズアレイ９４から出射される光束（図３では白丸で示されている）のすべてを受光することができる。また、リニアセンサ９５ａは、開口９１ａに形成される後述するピンホールパターンの像がマイクロレンズアレイ９４の各マイクロレンズによって再結像される結像面であって、開口９１ａの形成面の光学的な共役面に受光面を有している。また、この受光面は、マイクロレンズアレイ９４が、上記の光路上から退避している状態では、投影光学系ＰＬの瞳面の共役面から少しだけずれた面に位置する。
【００４４】
検出器９５では、マイクロレンズアレイ９４が前述の第２位置（図２に示される位置）にあるときに、各マイクロレンズによって再結像される上記ピンホールパターンの像の撮像結果を撮像データＩＭＤ１として図４のＡ／Ｄ変換器４２に送信する。また、検出器９５では、マイクロレンズアレイ９４が前述の第１位置にあるときには、その受光面に結像された像の撮像結果を撮像データＩＭＤ２としてＡ／Ｄ変換器４２に送信する。
【００４５】
図１に戻り、前記筐体９７の外形は、上述したウエハステージＷＳＴのセンサ取付部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。
【００４６】
さらに、本実施形態の露光装置１００では、図示は省略されているが、レチクルＲ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基準マーク板のマークとを同時に観察するための露光波長を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント光学系から成る一対のレチクルアライメント系が設けられている。これらのレチクルアライメント系としては、例えば特開平７−１７６４６８号公報などに開示されるものと同様の構成のものが用いられている。
【００４７】
図４には、本実施形態の制御系の光学特性計測に関する部分が概略的に示されている。主制御装置２０は、タイミング制御部４０及び演算部４４を含み、タイミング制御部４０は、前述した位置検出装置４１による位置情報に基づいて、リニアモータＬＭ１，ＬＭ２の駆動制御を行うとともに、照明系１２による発光も制御する。また、検出器９５、該検出器９５による撮像結果をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４２、２次元の画像メモリ４３、及び前記演算部４４のタイミング制御も行う。また、主制御装置２０は、図１に示されるように、露光装置１０の各部の制御も行う。
【００４８】
次に、本実施形態の露光装置１００による光学特性の計測動作を、主制御装置２０の処理アルゴリズムを示す図５〜図９のフローチャートに沿って、適宜他の図面を参照しながら説明する。また、以下の動作の前提として、波面センサ９０は、ウエハステージＷＳＴに装着されており、その波面センサ９０と主制御装置２０とが接続されているものとする。
【００４９】
なお、波面センサ９０内部の受光光学系の収差は、無視できるレベルであるものとする。
【００５０】
まず、図５のステップ１０２の投影光学系ＰＬの波面収差計測のサブルーチンの処理を行う。
【００５１】
このサブルーチン１０２では、まず、図６のステップ１２２において、不図示のレチクルローダを用いて、図１０に示される計測用レチクルＲＴをレチクルステージＲＳＴにロードするとともに、所定の準備作業を行う。
【００５２】
計測用レチクルＲＴには、図１０に示されるように、複数個（図１０では、３×１１＝３３個のピンホールパターンＰＨn（ｎ＝１〜３３））がレチクルステージＲＳＴにロードされた状態で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向をそれぞれ行方向及び列方向とするマトリクス状の配列で形成されている。なお、ピンホールパターンＰＨ1〜ＰＨ33は、図１０において点線で示されるスリット状の照明領域の大きさの領域内に形成されている。
【００５３】
ここで、上記の所定の準備作業として、計測用レチクルＲＴの投影光学系ＰＬに対する相対位置の検出、アライメント検出系ＡＳのベースラインの計測などが行われる。
【００５４】
次のステップ１２４では、不図示の真空ポンプ及びエア供給機構を用いて前述したようにして、波面分割ユニット８４を波面センサ９０内部の光路（光軸ＡＸ１）上に挿入する。なお、既に光路上に波面分割ユニット８４が光路上に挿入されている場合には、そのままの状態を維持する。
【００５５】
次のステップ１２５では、ウエハステージＷＳＴに装着された波面センサ９０とウエハステージＷＳＴとの位置関係の計測を行う。具体的には、ウエハステージＷＳＴを順次移動してアライメント検出系ＡＳを用いて波面センサ９０の標示板９１上の４つの２次元位置マークそれぞれのウエハステージ座標系上における位置の検出を行い、その位置の検出結果に基づいて、所定の演算を行うことにより波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａとウエハステージＷＳＴとの位置関係を正確に求める。
【００５６】
この結果、ウエハ干渉計１８から出力される位置情報（速度情報）に基づいて、開口９１ａのＸＹ位置を正確に検出することができ、かつ、このＸＹ位置の検出結果と予め計測したアライメント検出系ＡＳのベースラインとに基づいて、ウエハステージ駆動部２４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９１ａを所望のＸＹ位置に精度良く位置決めできるようになる。
【００５７】
次のステップ１２６では、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）を用いて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交する面（ＸＹ平面）に対する標示板９１の傾斜を計測する。
【００５８】
次のステップ１２８では、上記の傾斜の計測結果に基づいてウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴの傾斜を調整することで、標示板９１の上面の傾斜を投影光学系ＰＬの像面（又は像面の近似平面）の傾斜と一致させる。
【００５９】
次のステップ１３０では、投影光学系ＰＬの視野内の基準計測点、例えば視野中心の計測点、すなわち図１１に示されるピンホールパターンＰＨ17の投影光学系ＰＬに関する共役位置（光軸ＡＸ上）の計測点に波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａが一致するようにウエハステージＷＳＴを移動する。
【００６０】
次のステップ１３６では、真空ポンプ及びエア供給機構を用いて前述したようにして、波面分割ユニット８４を波面センサ９０内部の光路（光軸ＡＸ１）上から退避（離脱）する。
【００６１】
なお、ステップ１３０とステップ１３６との間にウエハステージＷＳＴの最適Ｚ位置（ベストフォーカス位置）のサーチ、及び波面収差計測時の最適露光量の決定を所定の手順に従って行うとともに、ステップ１３６終了後に、後述する瞳像計測時の最適露光量を所定の手順に従って決定することとしても良い。
【００６２】
次のステップ１４２（図７）では、計測点の番号を示すカウンタｎを１に初期化し（ｎ←１）、ステップ１４６に移行する。ステップ１４６では、波面センサ９０をｎ番目（ここでは１番目）の計測点に移動する。すなわち、ｎ番目のピンホールパターンＰＨn（ここでは、ＰＨ1）の投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点に波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａが一致するようにウエハステージＷＳＴを移動する。
【００６３】
次のステップ１４８では、瞳像計測を行う。具体的には、まず、図８のステップ２０２において、検出器９５の位置を示すカウンタｍを１に初期化する（ｍ←１）。
【００６４】
次いで、ステップ２０４において、検出器９５の位置をｍ番目（ここでは１番目）の位置に位置決めする。ここで、検出器９５は、図３に示されるように、Ｘ軸方向に関して１番目の位置からＭ番目の位置までリニアモータＬＭ１，ＬＭ２により移動可能であり、１番目の位置は検出器９５の可動域のうちの−Ｘ側端部の位置であり、Ｍ番目の位置は検出器９５の可動域のうちの＋Ｘ側端部の位置であるものとする。
【００６５】
次のステップ２０６では、照明系１２内の光源の発光を開始し、検出器９５による電荷蓄積を開始する。
【００６６】
次のステップ２０８では、所定時間（ここでは、例えば電荷蓄積に必要な微小時間）が経過するまで待ち、所定時間経過した段階でステップ２１０において、光源の発光を終了し、検出器９５による電荷蓄積を終了する。
【００６７】
次のステップ２１２では、検出器９５からの信号を読み出し、Ａ／Ｄ変換器４２を用いてデジタル信号に変換し、ステップ２１４では、変換したデジタル信号を画像メモリ４３のｍ番目（ここでは１番目）に対応した領域に記憶する。
【００６８】
次のステップ２１６では、ｍ＝Ｍか否かを判断し、ここでの判断が否定されると、ステップ２１８において、ｍを１インクリメント（ｍ←ｍ＋１）した後に、ステップ２０４に戻る。
【００６９】
その後、ステップ２０４において、検出器９５の位置をｍ番目（ここでは２番目）の位置に位置決めし、ステップ２０６〜ステップ２１４の処理を行う。ここで、検出器９５のｍ番目の位置と（ｍ＋１）番目の位置とでは、その中心間距離が、検出器９５のＸ軸方向に関する幅と同一距離であるものとする。
【００７０】
このようにして、ステップ２０４〜２１８の処理・判断を繰り返し、１番目からＭ番目の位置における検出が終了すると、瞳像全域にわたった検出が終了するので、ステップ２１６の判断が肯定され、ステップ２２０に移行する。
【００７１】
ステップ２２０では、画像メモリ４３に記憶された信号を処理して、瞳像を求め、図７のステップ１５０に移行する。
【００７２】
次のステップ１５０では、カウンタｎの値が計測点の総数Ｎ（ここではＮ＝３３）以上であるか否かを判断することで、全ての計測点において瞳像計測が終了したか否かを判断する。ここでは、最初の計測点について瞳像計測が終了したのみなので、ここでの判断は否定され、ステップ１５２に移行して、カウンタｎを１インクリメントした後、ステップ１４６に戻る。
【００７３】
以後、ステップ１５０における判断が肯定されるまで、ステップ１４６→１４８→１５０→１５２のループの処理を繰り返す。これにより、投影光学系ＰＬの視野内の２〜３３番目の計測点、すなわちピンホールパターンＰＨ2〜ＰＨ33の投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点について、瞳像計測が行われ、ピンホールパターンＰＨ2〜ＰＨ33それぞれを介した光源像のデータ（中心位置や大きさなどの光源像の位置情報）が抽出され、メモリ内に記憶される。
【００７４】
そして、全ての計測点についての瞳像計測が終了すると、ステップ１５４に進んで、カウンタｎを１に初期化する。
【００７５】
次のステップ１５６では、波面分割ユニット８４を再度光路上に挿入し、その後、ステップ１５８では、波面センサ９０をｎ番目（ここでは１番目）の計測点に移動する。すなわち、ｎ番目のピンホールパターンＰＨnの投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点に波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａが一致するようにウエハステージＷＳＴを移動する。
【００７６】
次のステップ１６０では、図９のステップ３０２〜３１８までを、ステップ３１６の判断が肯定されるまで、前述した図８のステップ２０２〜２１８と同様にして行い、画像メモリ４３にデジタル信号を記憶しておく。ただし、ステップ３０２〜３１８では、光路上に波面分割ユニット８４が配置されている点がステップ２０２〜２１８とは異なる。従って、この場合においては、図３に示されるように、第１の位置から第Ｍの位置まで移動しつつ、スポット像を検出し、該検出結果をＡ／Ｄ変換器４２でデジタル信号に変換した後、撮像データＩＭＤ１として画像メモリ４３に記憶する。
【００７７】
そして、ステップ３２０では、画像メモリ４３から撮像データＩＭＤ１を読み出して、スポット像の位置を算出し、計測用レチクルＲＴにおけるｎ番目（ここでは１番目）のピンホールパターンＰＨ1を介した光に関する投影光学系ＰＬの波面収差を後述するようにして算出する。なお、スポット像の位置の算出は、具体的には、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行われる。
【００７８】
ところで、スポット像の位置情報から波面収差を計測できる理由は、上記のスポット像の撮像に際し、マイクロレンズアレイ９４に入射する光の波面が、投影光学系ＰＬの波面収差を反映したものとなっているからである。
【００７９】
すなわち、投影光学系ＰＬに波面収差が無い場合には、図１１（Ａ）において点線で示されるように、その波面ＷＦは光軸ＡＸ１と直交する平面となり、この場合、マイクロレンズに入射した光の波面がマイクロレンズの光軸と直交し、そのマイクロレンズの光軸とリニアセンサ９５ａの撮像面の交点を中心とするスポット像が、リニアセンサ９５ａの撮像面に結像される。これに対し、投影光学系ＰＬに波面収差が有る場合には、図１１（Ａ）において二点鎖線で示されるように、その波面ＷＦ'は光軸ＡＸ１と直交する平面とはならず、その平面上の位置に応じた角度の傾きを有する面となる。この場合、マイクロレンズに入射した光の波面は傾いており、その傾き量に応じた距離だけ、そのマイクロレンズ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リニアセンサ９５ａの撮像面に結像される。
【００８０】
従って、このステップ３２０では、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置（上記のマイクロレンズの光軸とリニアセンサ９５ａの撮像面の交点）と検出された各スポット像位置との差（位置誤差）から、波面を展開したツェルニケ多項式の係数を求めることで、計測用レチクルＲＴにおけるｎ番目のピンホールパターンＰＨnを介した光に関する投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。
【００８１】
但し、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置が、上記のマイクロレンズの光軸とリニアセンサ９５ａの撮像面の交点と一致するのは、入射する光の光軸にずれがなく、光軸ＡＸ１とリニアセンサ９５ａとが正確に直交する理想的な場合のみである。そこで、本実施形態では、上記の位置誤差を算出するに際し、主制御装置２０内のメモリに記憶されている、対応する計測点における光源像のデータ（中心位置や大きさなどの光源像の位置情報）に基づいて、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置（各スポット像のずれ量を算出するための基準位置）をそれぞれ補正し、検出された各スポット像位置と補正後の各基準位置との差を算出している。これにより、波面センサ９０に入射される光の光軸のずれに起因する、波面収差が無いときの各スポット像の基準位置の誤差をキャンセルすることができ、より高精度に波面収差を求めることができる。
【００８２】
図７の説明に戻り、次のステップ１６６では、カウンタｎの値が計測点の総数Ｎ（ここではＮ＝３３）以上であるか否かを判断することで、全ての計測点において波面収差の計測が終了したか否かを判断する。ここでは、最初の計測点について波面収差の計測が終了したのみなので、ここでの判断は否定され、ステップ１６８に移行して、カウンタｎを１インクリメントした後、ステップ１５８に戻る。
【００８３】
以後、ステップ１６６における判断が肯定されるまで、ステップ１５８→１６０→１６６→１６８のループの処理を繰り返す。これにより、投影光学系ＰＬの視野内の２〜３３番目の計測点、すなわち２〜３３番目のピンホールパターンＰＨ2〜ＰＨ33の投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点について、波面収差計測が行われ、ピンホールパターンそれぞれを介した光に関する波面収差が算出され、メモリ内に記憶される。
【００８４】
そして、全ての計測点についての波面収差計測が終了し、ステップ１６６における判断が肯定されると、図５のメインルーチンのステップ１０４にリターンする。
【００８５】
このステップ１０４では、上で求めた投影光学系ＰＬの視野内のＮ個（ここでは３３個）の計測点における波面収差のデータに基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差が全ての計測点で許容値以下であるか否かを判断する。そして、この判断が否定された場合には、ステップ１０６に移行して、投影光学系ＰＬの波面収差の計測結果に基づき、現在発生している波面収差を低減させるように、結像特性補正コントローラ２５１を介してレンズエレメントを駆動して投影光学系ＰＬの波面収差の調整を行う。なお、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としても良い。
【００８６】
その後、ステップ１０２のサブルーチンの処理を行い、調整された投影光学系ＰＬに関する波面収差を上記と同様にして計測する。以後、ステップ１０４において肯定的な判断がなされるまで、投影光学系ＰＬの波面収差の調整（ステップ１０６）と、波面収差の計測（ステップ１０２）とを繰り返し実行する。そして、ステップ１０４において肯定的な判断がなされると、ステップ１０８に移行する。
【００８７】
ステップ１０８では、不図示の入出力装置を介してアラーム音を発するとともにディスプレイ画面上に「波面収差計測終了」を表示するなどして、オペレータに波面収差を計測した旨を通知する。
【００８８】
その後、波面センサ９０がウエハステージＷＳＴから取り外されるのを待ち、ステップ１１０において、波面センサ９０がウエハステージＷＳＴから取り外されたことを例えば不図示のセンサの出力又はオペレータからの通知などにより確認すると、本実施形態の光学特性計測の一連の動作が終了する。
【００８９】
その後は、通常の露光動作を以下のようにして行う。
【００９０】
まず、不図示のレチクルローダを介してレチクルステージＲＳＴ上にロードされている計測用レチクルＲＴをアンロードするとともに、転写したいパターンが形成されたレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上にロードする。そして、前述のレチクルアライメント系及び不図示の基準マーク板を用いたレチクルアライメント、アライメント検出系ＡＳ及び基準マーク板を用いたベースライン計測を、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で行う。そして、不図示のウエハローダを介してウエハステージＷＳＴ上のウエハ交換を行い（但し、ウエハステージＷＳＴ上にウエハがロードされていない場合は、ウエハを単にロードする）、ウエハＷに対するアライメント（例えばＥＧＡ方式のウエハアライメントなど）を行った後、アライメント結果に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のために走査開始位置（加速開始位置）にウエハステージＷＳＴを移動させる動作と、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを同期してＹ軸方向に相対走査しつつレチクルＲを照明光ＩＬで照明してレチクルＲのパターンをウエハＷ上のショット領域に転写する動作とを繰り返す、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う。
【００９１】
なお、上記の相対走査中、特に走査露光中には、レチクル干渉計１６によって検出されるレチクルステージＲＳＴのＸＹ位置の情報、ウエハ干渉計１８によって検出されるウエハステージＷＳＴの位置情報、及び多点フォーカス位置検出系（２１，２２）によって検出されるウエハＷのＺ位置及びレベリング情報などに基づいて、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの位置関係が適切に保たれるよう、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置制御が行われる。
【００９２】
以上詳細に説明したように、本実施形態の波面センサ９０によると、投影光学系ＰＬの光学特性に関する情報を含む検出信号を出力するリニアセンサ９５ａが、Ｚ軸方向に配列された画素を有し、このリニアセンサ９５ａがリニアモータＬＭ１、ＬＭ２を介してＸ軸方向に移動しつつ、順次投影光学系ＰＬの光学特性に関する情報を含む検出信号を出力するので、ＸＺ面内に画素が配列されたエリアセンサよりも製造が容易なリニアセンサを用いているにもかかわらず、ＸＺ面全域における検出信号を出力することが可能となり、ＸＺ面内に画素が配列されたエリアセンサと同等の機能を有することとなる。この場合、分解能の高いセンサを安価で製造することができるので、高精度な光学特性（波面収差等）の計測を行うことができ、かつ装置全体を低コストで製造することが可能となる。
【００９３】
また、本実施形態では、投影光学系ＰＬの波面収差の計測に際して、主制御装置２０は、マイクロレンズアレイ９４が前記光路上に挿入されている状態（前述した第２位置にある状態）では、検出器９５からの検出信号に基づいて、投影光学系ＰＬ（被検光学系）の光学特性として波面収差を算出する。より正確には、投影光学系ＰＬの波面収差を計測に際して、計測用レチクルＲＴのピンホールパターンＰＨnに照明光ＩＬを照射することによって形成される波面をマイクロレンズアレイ９４によって分割し、マイクロレンズアレイ９４のマイクロレンズ毎に得られるスポット像と基準位置とのずれを検出し、例えばツェルニケの多項式等を用いて投影光学系ＰＬ（被検光学系）の波面収差を求めている。
【００９４】
また、主制御装置２０は、マイクロレンズアレイ９４が前記光路上から離脱されている状態（前述した第１位置にある状態）では、検出器９５からの検出信号に基づいて、前述の瞳像（光源像）のデータ（中心位置や大きさなどの光源像の位置情報）を算出する。これは、ツェルニケの多項式を用いて波面収差を精度良く求めるためには、投影光学系ＰＬの瞳位置や大きさに基づいて波面収差を求めるための基準位置のずれを補正することが望ましいからである。すなわち、前述のように、検出器９５によって撮像された光源像を検出対象として、その光源像の位置が精度良く検出され、その検出された光源像の位置や大きさに基づいて、基準位置のずれが補正される。したがって、本実施形態では、波面収差を精度良く計測することができる。
【００９５】
また、本実施形態の露光装置１００では、光学特性計測装置により上述のように投影光学系ＰＬの光学特性として、総合的な収差である波面収差をオン・ボディにて精度良く計測することができる。そして、この投影光学系ＰＬの波面収差に基づいて、投影光学系ＰＬを調整した後、十分に諸収差が低減された投影光学系ＰＬを用いて露光が行われるので、レチクルＲに形成されたパターンをウエハＷ上に精度良く転写することが可能となる。
【００９６】
なお、上記実施形態では、検出器９５のリニアセンサとして、Ｚ軸方向に画素が配列されたリニアセンサを採用し、該リニアセンサをＸ軸方向に移動する場合について説明したが、本発明がこれに限られるものではなく、Ｘ軸方向に画素が配列されたリニアセンサを採用し、該リニアセンサをＺ軸方向に移動するようにすることとしても良い。
【００９７】
なお、上記実施形態では、検出器９５を、該検出器９５のＸ軸方向に関する大きさと同一距離だけ移動しつつ、計測することとしたが、本発明がこれに限られるものではなく、検出器をＸ軸方向に関する大きさの所定数倍の距離だけ移動しつつ計測することとしても良いし、検出器９５のＸ軸方向に関する大きさよりも小さな距離だけ移動しつつ計測することとしても良い。後者の場合には、解像度を向上することが可能となる。
【００９８】
≪第２の実施形態≫
次に、本発明の第２の実施形態について、図１２〜図１５に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の部分については、同一の符号を用いるとともにその説明を簡略にし、若しくは省略するものとする。本第２の実施形態では、検出器９５（リニアセンサ９５ａ）を移動する移動装置の構成、及び光学特性計測に関するシーケンスが前述の第１の実施形態と異なるのみで、その他の構成等は同様となっている。従って、以下では重複説明を避ける観点から相違点を中心として説明する。
【００９９】
図１２には、本第２の実施形態の検出器９５及び該検出器９５を移動する移動装置が平面図にて示されている。この図１２に示されるように検出器９５は、第１の実施形態と同一であるが、検出器９５をＸ軸方向に移動するリニアモータＬＭ１、ＬＭ２に加えて、検出器９５をＺ軸方向に移動するボイスコイルモータが設けられている点に特徴を有している。
【０１００】
これを更に詳述すると、リニアモータＬＭ１，ＬＭ２の可動子６２ａ，６２ｂには支持部材５２，５３が設けられ、該支持部材５２，５３により、検出器９５がその上端部及び下端部近傍にて、Ｚ軸方向に摺動可能な状態で支持されている。また、一方の支持部材５３の内部には、Ｚ軸方向の駆動力を発生するボイスコイルモータ（不図示）が設けられている。検出器９５は、このボイスコイルモータによりＺ軸方向に関して微小駆動可能とされている。なお、以下においては、説明の便宜上、ボイスコイルモータを、支持部材の符号を用いて「ボイスコイルモータ５３」とも呼ぶものとする。
【０１０１】
検出器９５の位置は、ボイスコイルモータ５３近傍に設けられた、不図示のリニアエンコーダにより検出され、該検出結果は、図４の主制御装置２０のタイミング制御部４０に送られるようになっている。
【０１０２】
その他の構成については、第１の実施形態と同様である。
【０１０３】
次に、本第２の実施形態の露光装置による光学特性の計測動作について、図１３、図１４に基づいて説明する。
【０１０４】
なお、本実施形態の光学特性計測動作においては、図５のメインルーチン及び図６、図７は同様であるが、図７のステップ１４８，１６０の内容が異なっている。この点について説明する。
【０１０５】
図１３には、図７のステップ１４８の処理が示されている。この図１３と前述した第１の実施形態の図８とを比較するとわかるように、本第２の実施形態では、ステップ２２２が追加されている点が異なっている。
【０１０６】
すなわち、ステップ２２２では、ステップ２０２〜２２０において、求められた瞳像を用いて、感度がその他の画素と比較して低い画素（以下、「特定画素」と呼ぶ）を特定する。本実施形態においては、検出器９５をＸ軸方向に移動しつつ瞳像を計測しているので、特定画素が存在すると、その特定画素に対応するＺ位置にＸ軸に沿った線状の低感度部が現れることになる。従って、線状の低感度部のＺ位置を見つけることにより、＋Ｚ端部から（又は−Ｚ端部から）何番目の画素が特定画素であるかを特定することが可能となる。本実施形態では、説明の便宜上１つだけ特定画素が存在したものとし、その特定画素は＋Ｚ側端部から数えてｉ番目に位置する画素であるものとする。
【０１０７】
このようにして、ステップ２２２において、特定画素を特定すると図７のステップ１５０に戻る。
【０１０８】
ステップ１５０以降は、ステップ１５０の判断が否定されるとステップ１５２に移行し、ステップ１４６に戻る。そして、ステップ１４６→１４８→１５０→１５２のループを繰り返し、投影光学系ＰＬの視野内の２〜３３番目の計測点、すなわちピンホールパターンＰＨ2〜ＰＨ33の投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点について、瞳像計測が行われ、ピンホールパターンＰＨ2〜ＰＨ33それぞれを介した光源像のデータ（中心位置や大きさなどの光源像の位置情報）が抽出され、メモリ内に記憶される。また、特定画素についてもメモリ内に記憶される。なお、上の説明では、１〜３３番目の計測点についての瞳像計測毎に特定画素を特定しているが、これに限らず、最初の計測でのみ特定画素の特定を行うこととしても良い。
【０１０９】
その後、ステップ１５４→１５６→１５８を前述した第１の実施形態と同様に行い、ステップ１６０では、以下のようにして、上記特定画素を利用して、波面収差の計測を行う。
【０１１０】
このステップ１６０では、図１４に示されるように、ステップ３０２〜ステップ３１８のループにおいては、前述した第１の実施形態と同様の波面収差計測を行う。ここで、ステップ３１２’で得られるデジタル信号は、図１５（Ａ）に示されるような波形を示すものとする。なお、図１５（Ａ）では、検出される波形の一部（＋Ｚ側から数えて１番目の画素からＩ番目の画素までで得られる信号（Ｐ1〜ＰI））が示されており、この図１５（Ａ）から分かるように、特定画素であるｉ番目の画素で得られる信号（Ｐi）は、ほぼ０となっている。
【０１１１】
上記のような計測をステップ３０２〜ステップ３１８のループを繰り返すことにより１番目からＭ番目の位置における検出が終了すると、ステップ３１６の判断が肯定され、ステップ３２２に移行する。
【０１１２】
ステップ３２２では、全Ｚ位置で最低１回、信号が得られたか否かが判断される。ここでは、特定画素の存在する位置での信号がまだ得られていないので、判断は否定されステップ３２４に移行する。
【０１１３】
次のステップ３２４では、検出器９５（リニアセンサ９５ａ）をボイスコイルモータ５３を介してＺ軸方向（ここでは、＋Ｚ方向）に微小距離だけ移動し、ステップ３０２に戻る。この場合の微小距離とは、リニアセンサ９５ａの１画素分の大きさと同一の距離であるものとする。
【０１１４】
そして、ステップ３０２〜ステップ３１８までは、検出器９５の位置が＋Ｚ方向に１画素分ずれた状態で、同様の計測を行う。このときの検出結果が図１５（Ｂ）に示されている。この図１５（Ｂ）に示されるように、２回目の計測において２番目の画素で得られた信号（Ｑ2）が、１回目の計測において１番目の画素で得られた信号（Ｐ1）と対応し、２回目の計測において（Ｉ＋１）番目の画素で得られた信号（ＱI）が、１回目の計測においてＩ番目の画素で得られた信号（ＰI）と対応する。そして、１回目の計測において得られなかった信号Ｐi（特定画素部分で得られるべき信号）は、２回目の計測において（ｉ＋１）番目の画素で得られることとなる（Ｑi+1）。
【０１１５】
このような計測をステップ３０２〜ステップ３１８のループを繰り返すことにより、１〜３３番目の計測点で実行し、ステップ３１６の判断が肯定されると、ステップ３２２において、全Ｚ位置で最低１回の信号が得られたか否かが判断される。この場合、１回目で得られなかった信号を、２回目で得ているので、ここでの判断が肯定されステップ３２６に移行する。
【０１１６】
次のステップ３２６では、１回目の計測結果と２回目の計測結果を考慮して、波面収差を算出する。具体的には、同一のＺ位置での計測結果に関しては原則的に平均化するものとする。例えば、１回目の１番目の画素による検出結果Ｐ1と２回目の２番目の画素による検出結果Ｑ2は、同一のＺ位置での計測結果であるので、両方の結果を平均化するものとする。同様に、１回目のＩ番目の画素による検出結果と２回目の（Ｉ＋１）番目の画素による検出結果も平均化するものとする。但し、全ての検出結果を平均化すると、図１５（Ｃ）に示されるように、特定画素部分について周囲と比較して極端に凹んだ状態となってしまうので、本第２の実施形態においては、１回目の計測における特定画素による計測結果（Ｐi）は採用せず、２回目の計測における同一Ｚ位置での計測結果（Ｑi+1）のみを採用することとし、同様に、２回目の計測での特定画素による計測結果（Ｑi）は採用せず、１回目の計測での同一Ｚ位置での計測結果（Ｐi-1）のみを採用することとする。
【０１１７】
このようにして、特定画素を考慮した信号が、図１５（Ｄ）に示されている。ステップ３２６では、上述したようにして特定画素を考慮した信号から、前述した第１の実施形態のステップ３２０（図９参照）と同様にして波面収差を算出し、図７のステップ１６６にリターンする。
【０１１８】
その後は、前述した第１の実施形態と同様に処理・判断を繰り返すことで、本第２の実施形態における光学特性計測の一連の動作が終了する。
【０１１９】
以上詳細に説明したように、本第２の実施形態によると、瞳像計測において、検出器９５をＸ軸方向に移動しつつ、検出器９５のＺ軸方向に配列された画素のうちその他の画素に比べて感度が低い特定画素を特定する。また、波面収差計測においては、１回目の計測で特定画素以外の画素からの信号を検出し、ボイスコイルモータ５３を介して、検出器９５をＺ軸方向に所定距離だけ移動・位置決めし、２回目の計測で検出器９５の特定画素以外の検出領域からの信号を検出する。そして、これら１回目、２回目の検出結果を用いて、投影光学系の波面収差を算出する。従って、１回目の計測では検出できなかった部分の信号を２回目の計測による検出結果で補完できるため、たとえ検出器９５に特定画素がある場合であっても、波面収差の計測を精度良く行うことが可能である。
【０１２０】
なお、上記第２の実施形態では、ステップ３２４において検出器９５を＋Ｚ方向に移動することとしたが、これに限らず−Ｚ方向に移動することとしても良い。また、検出器９５を１画素分だけ移動することとしたが、これに限らず、任意のｊ（ｊは自然数）画素分だけ移動することとしても良い。但し、特定画素が複数存在する場合においては、１回目の計測で得られなかったＺ位置の信号を２回目の計測で得られるように考慮することが望ましい。例えば、特定画素が２つ連続している場合には、２画素分以上移動することが望ましい。
【０１２１】
また、特定画素のＺ軸方向に関する大きさの所定数倍の距離だけ移動する場合に限らず、特定画素よりも短い距離だけＺ軸方向に移動することにより、高分解能を得ることとしても良い。
【０１２２】
なお、上記第２の実施形態では、特定画素以外の画素による計測結果に関しては、１回目と２回目の計測結果を平均化することとしたが、本発明がこれに限られるものではなく、特定画素以外の画素による計測結果については、例えば１回目の計測結果を原則的に採用し、１回目の計測では特定画素に対応する部分だったため信号を得られなかった部分についてのみ２回目の計測結果を用いて補完することとしても良い。
【０１２３】
なお、上記第２の実施形態では、特定画素を考慮した計測を波面収差計測に適用した場合について説明したが、本発明がこれに限られるものではなく、例えば、瞳像計測に適用することも可能である。また、波面計測、瞳像計測時に、投影光学系に入射する光の光量の確保と、瞳面内の全域で均一性の高い光量の分布を確保するために、ピンホールパターンを拡散板を通過した光で照明しても良い。
【０１２４】
また、上記各実施形態では、複数のピンホールパターンが形成された計測用レチクルＲＴをレチクルステージＲＳＴ上にロードし、計測用レチクルＲＴを照明光ＩＬで照明し、その計測用レチクルＲＴに形成されたピンホールパターンで発生した球面波を投影光学系ＰＬに入射させて、波面センサ９０を用いて、瞳像計測又はピンホールパターンの像の計測を行う場合について説明したが、本発明の光学特性計測装置の計測対象がこれらに限定されないことは勿論である。
【０１２５】
すなわち、光学特性計測装置は、光学系の収差計測以外の様々な光学系の光学特性の計測にも適用することができる。例えば、この光学特性計測装置を用いて、照明系１２の開口数（照明Ｎ．Ａ．）又はコヒーレンスファクタσ値の計測も実行することができる。例えば、レチクルＲをレチクルステージＲＳＴに保持しない状態、あるいはレチクルステージＲＳＴ上に照射される光を遮蔽しないガラスレチクルを保持した状態とし、波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａが光軸ＡＸ上に位置するように、ウエハステージＷＳＴを移動させる。かかる移動は、前述と同様に、主制御装置２０が、ウエハ干渉計１８によって検出されたウエハステージＷＳＴの位置情報（速度情報）に基づいて、ウエハステージ駆動部２４を制御することにより行われる。このとき、波面センサ９０の波面分割ユニット８４は、光路上から退避した状態となっている。
【０１２６】
こうした光学配置において、照明系から射出された照明光ＩＬが、投影光学系ＰＬを介した後、波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａに到達するようになる。開口９１ａを通過した光は、コリメータレンズ９２により平行光に変換され、さらにリレーレンズ系９３を介した後、リニアセンサ９５ａに入射する。このとき、リニアセンサ９５ａにより、それら撮像面（受光面）に形成された光源像の撮像が行われる。
【０１２７】
その撮像データＩＭＤ２は、主制御装置２０内の演算部４４に送られ、前述の瞳像計測と同様に、主制御装置２０により光源像に対応する各画素が抽出され、その光源像の位置や大きさが検出される。
【０１２８】
コヒーレンスファクタσ値（照明σ）は、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面における光源像の大きさと、その入射瞳の大きさとの比で定義される。入射瞳の大きさが既知であり、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面の位置及びその入射瞳面の概略共役面である波面センサ９０のリニアセンサ９５ａの撮像面の位置が既知であり、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面における光源像に対するリニアセンサ９５ａの撮像面における光源像の倍率も既知であるとすると、主制御装置２０において、リニアセンサ９５ａによって撮像された光源像の大きさからコヒーレンスファクタσ値（照明σ）を求めることができる。
【０１２９】
また、照明Ｎ．Ａ．は、上で求めたコヒーレンスファクタσと、既知の投影光学系ＰＬのＮ．Ａ．とから計算により求めることもできるが、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面の位置及びその入射瞳面の概略共役面である波面センサ９０のリニアセンサ９５ａの撮像面の位置が既知であり、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面における光源像に対するリニアセンサ９５ａの撮像面における光源像の倍率も既知であるとすると、主制御装置２０において、リニアセンサ９５ａによって撮像された光源像の大きさから照明Ｎ．Ａ．を簡単な計算で求めることができる。
【０１３０】
このように、照明σ又は照明Ｎ．Ａ．を求める際にも、マイクロレンズアレイ９４が光路上から退避した状態でリニアセンサ９５ａによって撮像された光源像の大きさを主制御装置２０が精度良く検出することができる。
【０１３１】
なお、照明σが計測される照明条件は、通常照明に限られるものではなく、輪帯照明や４極照明等でもよい。すなわち、照明光学系の瞳面上で照明光が分布する領域は、円形や楕円形等に限られるものではなく、輪帯、あるいは照明光学系の光軸からほぼ等距離に分布する複数の局所領域等であってもよい。
【０１３２】
なお、上記各実施形態では、計測用レチクルＲＴにおける開口パターンの数を１１×３＝３３としたが、所望の波面収差の計測精度に応じて、数を増減することが可能である。また、マイクロレンズアレイ９４におけるマイクロレンズの配列数や配列態様も、所望の波面収差の計測精度に応じて変更することが可能である。
【０１３３】
また、上記各実施形態では、エアシリンダ、真空ポンプ及びエア供給機構によりマイクロレンズアレイ９４が、コリメータレンズ９２に入射した光の光路上に挿入及び離脱される場合について説明したが、これに限らず、マイクロレンズの前記光路上への挿脱を手動にて行う挿脱機構を採用しても良い。このような挿脱機構は、例えば波面分割ユニット８４を上下方向に案内するガイドを含んで構成することができる。
【０１３４】
なお、検出器としては、いわゆるＴＤＩ（Time Delay Integration）センサを採用することとしても良い。このＴＤＩセンサは、ラインセンサの一種ではあるが、一軸方向のみならず、該一軸方向に垂直な他軸方向にも画素が配列された二次元構造を有している。このＴＤＩセンサは、他軸方向に移動しつつ、他軸方向の画素による情報を積分していくことで一つの画像とするため、通常のＣＣＤラインセンサに比べて高速・高感度な計測を行うことができる。
【０１３５】
なお、上記各実施形態では、検出器９５の位置を計測するための装置として、リニアエンコーダを用いることとしたが、これに限らず、レーザ干渉計等のその他の検出装置を用いることとしても良い。
【０１３６】
なお、上記各実施形態では、検出器９５を移動する移動装置として、リニアモータＬＭ１，ＬＭ２を少なくとも含む場合について説明したが、本発明がこれに限られるものではなく、例えば、回転モータを用いたボールネジ方式の移動装置など種々の移動装置を用いることが可能である。
【０１３７】
また、上記各実施形態では、投影光学系ＰＬの波面収差の計測に際し、レチクルステージＲＳＴ上に計測用レチクルＲＴをロードするものとしたが、計測用レチクルと同様のピンホールパターンが形成されたパターン板をレチクルステージＲＳＴに常設しておき、このパターン板を投影光学系ＰＬの視野に対して位置合わせして、投影光学系ＰＬの波面収差の計測を行うようにしても良い。
【０１３８】
また、上記各実施形態では、波面センサ９０内部の受光光学系の収差は、無視できる程小さいものとしたが、さらに高い精度の波面収差計測を行う場合などには、波面収差を算出するまでのいずれかの時点で、受光光学系単独の波面収差を計測しておいても良い。かかる受光光学系単独の波面収差の計測は、投影光学系ＰＬを介した照明光ＩＬの照射により球面波を発生する程度の大きさのピンホールパターンが形成されたパターン板を、標示板９１の近傍に設け、このパターン板のピンホールパターンで開口９１ａを更に制限した状態で、投影光学系ＰＬから射出される照明光ＩＬをパターン板に照射して、上述と同様の波面収差の計測を行うことで実現できる。そして、投影光学系ＰＬの波面収差の算出の際に、上記の受光光学系単独の波面収差を補正値として用いることとしても良い。
【０１３９】
また、同様に、波面収差を精度良く求めるために、波面収差を算出するまでのいずれかの時点で、リニアセンサ９５ａの暗電流を計測しておき、各画素の値（輝度値）を求める際に、この暗電流に起因するオフセットを補正しても良い。かかるオフセット補正は、前述した瞳像計測などの場合に行うと良い。
【０１４０】
また、上記各実施形態では、投影光学系ＰＬの波面収差計測及び波面収差調整を、露光装置が組み立てられた後の定期メンテナンス時等に行い、その後のウエハの露光に備える場合について説明したが、露光装置の製造における投影光学系ＰＬの調整時に、上記の実施形態と同様にして、波面収差の調整を行っても良い。なお、露光装置の製造時における投影光学系ＰＬの調整にあたっては、上記の実施形態において行われる投影光学系ＰＬを構成する一部のレンズエレメントの位置調整に加えて、他のレンズエレメントの位置調整、レンズエレメントの再加工、レンズエレメントの交換等を行うことが可能である。
【０１４１】
また、上記各実施形態では、波面センサ９０がウエハステージＷＳＴに対して着脱自在になっている場合について説明したが、これに限らず、波面センサ９０はウエハステージＷＳＴに常設されても良い。また、ウエハステージとは異なる別のステージに常設しても良い。
【０１４２】
なお、上記各実施形態では、シャック−ハルトマン方式の波面センサ９０を含む光学特性計測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、いわゆる、シアリング干渉法を用いた波面センサにも適用することが可能である。この波面センサとしては、例えば図１６に概略的に示される波面センサ９０'のように、回折光学素子７２と上記第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の検出器９５とを有する構成を採用することができ、投影光学系ＰＬに計測用レチクルＲＴから射出した球面波を入射させるとともに、投影光学系ＰＬから射出した光束を回折光学素子７２によって互いに波面のずれた２つの光束Ｌ１、Ｌ２に分割し、それらの光束Ｌ１、Ｌ２による干渉縞を検出器９５で検出し、この干渉縞から投影光学系ＰＬの波面の形状を求めることとすることができる。この場合、検出器９５をその長手方向（Ｙ軸方向）と直交するＸ軸方向に移動しつつ干渉縞を検出することで、２次元エリアセンサを用いた場合と同様の検出結果を得られるとともに、上述した第１、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１４３】
また、上記各実施形態の露光装置の光源としては、Ｆ2レーザ光源、ＡｒＦエキシマレーザ光源、ＫｒＦエキシマレーザ光源などの紫外パルス光源に限らず、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプを用いることも可能である。また、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（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）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。また、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良い。
【０１４４】
また、上記各実施形態では、走査型露光装置の場合を説明したが、本発明は、投影光学系を備える露光装置であれば、ステップ・アンド・リピート機、ステップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・スティッチング機を問わず適用することができる。
【０１４５】
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標示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシーン及び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。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
以上説明したように、本発明の光学特性計測装置及び光学特性計測方法は、被検光学系の光学特性を計測するのに適している。また、本発明の露光装置及び露光方法は、マスクに形成されたパターンを感光物体上に転写するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の波面センサの構成を概略的に示す図である。
【図３】検出器９５及び検出器の移動装置を説明するための図である。
【図４】図１の露光装置の制御系の光学特性計測に関する部分を示すブロック図である。
【図５】図１の露光装置における光学特性計測に際しての主制御装置の処理アルゴリズムを簡略化して示すフローチャートである。
【図６】図５のステップ１０２の処理を示すフローチャート（その１）である。
【図７】図５のステップ１０２の処理を示すフローチャート（その２）である。
【図８】図７のステップ１４８の処理を示すフローチャートである。
【図９】図７のステップ１６０の処理を示すフローチャートである。
【図１０】計測用レチクルの一例を示す平面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態におけるスポット像の撮像時における光学配置を示す図、図１１（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態における瞳像の撮像時における光学配置を示す図である。
【図１２】第２の実施形態の検出器及び検出器の移動装置を説明するための図である。
【図１３】第２の実施形態における、図７のステップ１４８の処理を示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施形態における、図７のステップ１６０の処理を示すフローチャートである。
【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（Ｂ）は、第２の実施形態における波面収差計測を説明するための図である。
【図１６】変形例に係る波面センサ９０'を示す図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１２…照明系（照明光学系）、４０…タイミング制御部（タイミング制御装置）、４１…位置検出装置（計測装置）、７２…回折光学素子、９０…波面センサ（光学特性計測装置）、９４…マイクロレンズアレイ（波面分割光学素子）、９５…検出器（センサ）、１００…露光装置、ＥＬ…照明光、ＬＭ１，ＬＭ２…リニアモータ（移動機構）、ＰＬ…投影光学系（被検光学系）、Ｒ…レチクル（マスク）、Ｗ…ウエハ（物体）、ＷＳＴ…ウエハステージ（物体ステージ）。
【図１】
2006261151.tif 000003
【図２】
2006261151.tif 000004
【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】
2006261151.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006261151.tif 000012
【図１１】
2006261151.tif 000013
【図１２】
2006261151.tif 000014
【図１３】
2006261151.tif 000015
【図１４】
2006261151.tif 000016
【図１５】
2006261151.tif 000017
【図１６】
2006261151.tif 000018