(57)【要約】【課題】測定したデータを精度良くフーリエ級数展開する。【解決手段】パルス光源での空間像をスリットスキャンにより計測する際には、そのパルス発光のタイミングにおけるスリットの位置を記憶しておき、空間像データ（丸点）と、基本波（太線）との乗算結果を、さらにその記憶されたスリット位置に応じた積分素片（ｄ1〜ｄ7）により乗算して得られる面積を積算することによりフーリエ積分を行うので、その積分結果を高精度なものとすることができる。【選択図】図１１
2006100304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の複数の測定データの劣化を回復する測定データ回復方法であって、
不等幅の積分素片を用いて、前記複数の測定データに対してフーリエ積分を行い、前記複数の測定データに対応するフーリエ級数を求める工程と；
前記求められたフーリエ級数に、前記複数の測定データの劣化を回復するための劣化回復フィルタを乗算する工程と；を含む測定データ回復方法。
【請求項２】
前記複数の測定データは、それぞれ測定間隔が異なるデータであり、
前記フーリエ積分を行う際には、前記複数の測定データそれぞれの測定間隔に応じて前記積分素片の幅を決定することを特徴とする請求項１に記載の測定データ回復方法。
【請求項３】
前記劣化回復フィルタは、
前記複数の測定データを検出したセンサに依存する周波数成分を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の測定データ回復方法。
【請求項４】
前記複数の測定データは、投影光学系を介して結像された空間像に関するデータであり、
前記劣化回復フィルタのカットオフ周波数を、前記劣化回復フィルタの逆伝達関数の値が零となる最小の空間周波数とし、
前記逆伝達関数の値が零となる最小の空間周波数を、前記投影光学系の光学的伝達関数の周波数帯域の上限値より大きく設定することを特徴とする請求項３に記載の測定データ回復方法。
【請求項５】
断続的に発射されるエネルギービームが照射される計測マークの空間像を計測する計測方法であって、
前記計測マークの空間像に対し、所定の計測用パターンを走査させ、該走査中に前記所定の計測用パターンを介して得られる前記エネルギービームを受光し、前記空間像に対応する光強度信号である一連の複数の測定データを取得する取得工程と；
請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定データ回復方法を用いて、前記空間像の像回復を行う像回復工程と；を含む計測方法。
【請求項６】
断続的に発射されるエネルギービームが照射される計測マークの投影光学系を介して得られる空間像を計測する計測方法であって、
前記計測マークの空間像に対し、所定の計測用パターンを走査させ、該走査中に前記所定の計測用パターンを介して得られる前記エネルギービームを受光し、前記空間像に対応する光強度信号である一連の複数の測定データを取得する工程と；
最小二乗法を用いて、前記複数の測定データに対応するフーリエ級数を求める工程と；
前記求められたフーリエ級数に、前記複数の測定データの劣化を回復するための劣化回復フィルタを乗算する工程と；を含む計測方法。
【請求項７】
前記劣化回復フィルタは、
前記計測用パターンに依存する周波数成分を含むことを特徴とする請求項６に記載の計測方法。
【請求項８】
前記劣化回復フィルタのカットオフ周波数を、前記劣化回復フィルタの逆伝達関数の値が零となる最小の空間周波数とし、
前記逆伝達関数の値が零となる最小の空間周波数を、前記投影光学系の光学的伝達関数の上限値より大きく設定することを特徴とする請求項７に記載の計測方法。
【請求項９】
投影光学系の結像特性を評価する評価方法であって、
請求項５〜８のいずれか一項に記載の計測方法を用いて、断続的に発射されるエネルギービームが照射される所定の計測マークの前記投影光学系を介した空間像に対応するデータを取得する取得工程と；
前記取得されたデータに基づいて、前記投影光学系の結像特性を評価する評価工程と；を含む評価方法。
【請求項１０】
前記所定の計測マークは、少なくとも１本のラインパターンを含むマークであり、
前記評価工程では、
前記空間像に対応するデータから得られるラインパターンの線幅に基づいて、前記投影光学系の結像特性を評価することを特徴とする請求項９に記載の評価方法。
【請求項１１】
前記所定の計測マークは、所定の線幅を有する第１パターンと、該第１パターンと所定の位置関係を有し、サイズが互いに異なる複数の第２パターンとを含み、
前記第２パターンに対して、前記取得工程を行い、
前記評価工程では、
前記第２パターンのサイズの変化に対する前記空間像における前記第１パターンの像のサイズの変化に基づいて、前記投影光学系によるフレア量の特性を求める工程をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の評価方法。
【請求項１２】
マスクのパターンを、投影光学系を介して感光物体上に転写する露光方法であって、
請求項９〜１１のいずれか一項に記載の評価方法を用いて、前記投影光学系の結像特性を評価する工程と；
前記評価結果に基づいて、前記投影光学系を調整する工程と;
前記調整後の前記投影光学系を介して前記パターンを前記感光物体上に転写する工程と；を含む露光方法。
【請求項１３】
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は、請求項１２に記載の露光方法を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定データ回復方法、計測方法、評価方法、露光方法及びデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、一連の複数の測定データの劣化を回復する測定データ回復方法、該測定データ回復方法を用いた計測方法、該計測方法を用いた評価方法、該評価方法を用いた露光方法及び該露光方法を用いたデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターンを、投影光学系を介して、表面にフォトレジスト等の感光剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板上に転写する投影露光装置、例えばステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）等が用いられている。
【０００３】
半導体素子等を製造する場合には、異なる回路パターンを基板上に幾層にも積み重ねて形成する必要があるため、上述の投影露光装置には、回路パターンが形成されたレチクルを、基板上の各ショット領域に既に形成されたパターンに正確に重ね合わせて転写可能であることが求められる。かかる重ね合わせ転写を精度良く実行するには、その投影露光装置の投影光学系の結像特性が適切に調整されていることが必要不可欠である。
【０００４】
投影光学系の結像特性の調整を適切に行うには、まず、その結像特性を正確に計測し評価する必要がある。この結像特性の計測方法として、計測用マスク上の所定のパターンを基板に転写し、そのパターンの投影像の計測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、主として用いられている。これに対し、実際に基板を露光することなく、投影光学系を介した計測用マスクの計測マークの空間像（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）も行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
上記空間像計測法では、通常、専用の空間像計測装置が用いられる。この空間像計測装置では、スリット状の開口パターンを、上記空間像に対し、投影光学系の像面内で走査させ、その走査中、開口パターンを通過した光の強度を光電検出信号として検出することにより（いわゆるスリットスキャン方式により）上記空間像を検出している。そのため、検出された光電検出信号は、上記空間像の光強度分布と開口パターンとの畳み込み成分（コンボリューション）となる。
【０００６】
そのため、上記光電検出信号から、計測マークの空間像を抽出するためには、デコンボリューション（逆重畳）を行う必要があり、そのデコンボリューションを行うために、検出された光電検出信号に対し、従来よりフーリエ変換やフーリエ級数展開が行われている。
【０００７】
ところで、検出された光電検出信号は、一般的にＡ／Ｄ変換され、離散データとして検出される。また、露光装置の光源としては、現在では、パルスレーザ光源（特に、パルス繰り返し周波数が２〜３ＫＨｚのパルス発光のエキシマレーザ光源）が主として用いられており、上記空間像に対応する光電検出信号は、開口パターンの走査中のパルス発光した時点（位置）で観測されるようになる。さらに、上記スリットスキャン方式の空間像計測においては、上記開口パターンのスキャンは、通常、ウエハ等が搭載されるステージの移動によって実現される。したがって、上記光電検出信号は、そのステージの移動中の位置制御の誤差により、不等間隔の離散データとして検出される。
【０００８】
通常のフーリエ級数展開は、対象となる測定データと、基本波としての周期関数とを乗算し、その乗算結果を積分（いわゆるフーリエ積分）することにより行われる。その積分は、一定幅の積分素片を用いて行われる。しかしながら、この場合、対象となる測定データが、上述のような不等間隔の離散データであるとすると、その積分結果と、真の積分結果との間に誤差が生じることがあり、必ずしも精度良くフーリエ級数展開を実行することができないという不都合があった。
【特許文献１】特開平１０−１７０３９９号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記事情の下になされた本発明は、第１の観点からすると、一連の複数の測定データの劣化を回復する測定データ回復方法であって、不等幅の積分素片を用いて、前記複数の測定データに対してフーリエ積分を行い、前記複数の測定データに対応するフーリエ級数を求める工程と；前記求められたフーリエ級数に、前記複数の測定データの劣化を回復するための劣化回復フィルタ（Pinv（ｕ））を乗算する工程と；を含む測定データ回復方法である。
【００１０】
これによれば、一連の複数の測定データをフーリエ積分する際に不当幅の積分素片を用いるので、積分素片をその測定データの間隔に合せたものとすることができる。なお、積分素片とは、積分の対象となる変数の最小分割単位を意味する。
【００１１】
本発明は、第２の観点からすると、断続的に発射されるエネルギービーム（ＩＬ）が照射される計測マーク（ＰＭｙ等）の空間像（ＰＭｙ’等）を計測する計測方法であって、前記計測マークの空間像に対し、所定の計測用パターン（２９ｙ等）を走査させ、該走査中に前記所定の計測用パターンを介して得られる前記エネルギービームを光電検出し、前記空間像に対応する光強度信号（Ｐ）である一連の複数の測定データを取得する取得工程と；本発明の測定データ回復方法を用いて、前記空間像の像回復を行う像回復工程と；を含む第１の計測方法である。
【００１２】
本発明は、第３の観点からすると、断続的に発射されるエネルギービーム（ＩＬ）が照射される計測マークの投影光学系を介して得られる空間像を計測する計測方法であって、前記計測マーク（ＰＭｙ等）の空間像（ＰＭｙ’等）に対し、所定の計測用パターン（２９ｙ等）を走査させ、該走査中に前記所定の計測用パターンを介して得られる前記エネルギービームを光電検出し、前記空間像に対応する光強度信号（Ｐ）である一連の複数の測定データを取得する工程と；最小二乗法を用いて、前記複数のデータに対応するフーリエ級数を求める工程と；前記求められたフーリエ級数に、前記複数の測定データの劣化を回復するための劣化回復フィルタ（Ｐinv（ｕ））を乗算する工程と；を含む第２の計測方法である。
【００１３】
これによれば、空間像に対応する光強度信号である一連の複数の測定データに対しフーリエ級数展開を行って、フーリエ級数を求める際に、統計的手法である最小二乗法を用いてフーリエ級数を求める。このようにすれば、算出されるフーリエ係数の値を統計的に求めることができるようになるので、その複数の測定データの測定間隔の不均一性の影響を低減することができる。
【００１４】
本発明は、第４の観点からすると、投影光学系（ＰＬ）の結像特性を評価する評価方法であって、本発明の第１、第２の計測方法のいずれかを用いて、断続的に発射されるエネルギービーム（ＩＬ）が照射される所定の計測マーク（ＰＭｙ等）の前記投影光学系を介した空間像（ＰＭｙ’等）に対応するデータを取得する取得工程と；前記取得されたデータに基づいて、前記投影光学系の結像特性を評価する評価工程と；を含む評価方法である。かかる場合には、本発明の第１、第２の計測方法のいずれかを用いて空間像に対応するデータを精度良く取得することができる。
【００１５】
本発明は、第５の観点からすると、マスク（Ｒ）のパターンを、投影光学系（ＰＬ）を介して感光物体（Ｗ）上に転写する露光方法であって、本発明の評価方法を用いて、前記投影光学系の結像特性を評価する工程と；前記評価結果に基づいて、前記投影光学系を調整する工程と;前記調整後の前記投影光学系を介して前記パターンを前記感光物体上に転写する工程と；を含む露光方法である。かかる場合には、本発明の評価方法を用いて、投影光学系の結像特性を評価して、その評価結果に基づいて投影光学系を正確に調整することができるので、高精度な露光が可能となる。
【００１６】
本発明は、第６の観点からすると、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は、本発明の露光方法を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法である。かかる場合には、本発明の露光方法を用いて露光を行うので、高集積度のデバイスの生産性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図１１に基づいて説明する。
【００１８】
図１には、本発明の一実施形態に係る露光装置１０の概略的な構成が示されている。この露光装置１０は、露光用光源としてパルスレーザ光源を用いたステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパである。
【００１９】
この露光装置１０は、光源１４及び照明光学系１２を含む照明系（照明ユニット）、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、感光物体としてのウエハＷを保持して図１に示されるＸ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面内を自在に移動可能なウエハステージＷＳＴ及びこれらを制御する制御系等を備えている。また、図示は省略されているが、上記各構成部分のうち、光源１４及び制御系以外の部分は、実際には、内部の温度、圧力等の環境条件が高精度に維持された不図示の環境制御チャンバ（エンバイロンメンタル・チャンバ）内に収容されている。
【００２０】
前記光源１４としては、ここでは、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）又はＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を出力するエキシマレーザ光源が用いられているものとする。エキシマレーザ光源は、レーザ媒質（気体）中の電気放電によってパルス発光する光源であり、そのパルス発光の繰り返し周波数は、約２〜３ＫＨｚである。
【００２１】
この他、光源１４としては、Ｆ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）を出力する光源は勿論、金属蒸気レーザやＹＡＧレーザ、あるいは半導体レーザの高調波発生装置等のパルス光源を使用することも可能である。
【００２２】
なお、この光源１４は、実際には、上記環境制御チャンバが設置されるクリーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルーム等に設置され、不図示の送光光学系を介して環境制御チャンバ内部の照明光学系１２に接続されている。光源１４は、主制御装置５０によって、その動作がモニタされ、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。
【００２３】
前記照明光学系１２は、ビーム整形光学系１８、オプティカルインテグレータ（ホモジナイザー）としてのフライアイレンズ２２、照明系開口絞り板２４、リレー光学系２８Ａ，２８Ｂ、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、及びコンデンサレンズ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、ロッド型（内面反射型）インテグレータ、あるいは回折光学素子等を用いても良い。
【００２４】
前記ビーム整形光学系１８内には、光源１４でパルス発光されたレーザビームＬＢの断面形状を、該レーザビームＬＢの光路後方に設けられたフライアイレンズ２２に効率良く入射するように整形するための、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダ（いずれも図示省略）等が含まれている。なお、ビーム整形光学系１８内には、透過率がそれぞれ異なる複数のＮＤフィルタを備えるエネルギ粗調器も組み込まれている。エネルギ粗調器のＮＤフィルタの選択は、主制御装置５０の制御によって行われる。
【００２５】
前記フライアイレンズ２２は、ビーム整形光学系１８から射出されたレーザビームＬＢの光路上に配置され、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために多数の点光源（光源像）からなる面光源、即ち２次光源を形成する。この２次光源から射出されるレーザビーム（エネルギービーム）を本明細書においては、「照明光ＩＬ」と呼ぶものとする。
【００２６】
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ＳＨＲＩＮＣとも呼ばれる四重極照明絞り）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、これ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。
【００２７】
なお、この照明系開口絞り板２４の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系１２内で光源１４とオプティカルインテグレータ２２との間に配置される光学ユニット（成形光学系）を用いて、照明光学系１２の瞳面上での照明光ＩＬの光量分布（２次光源の大きさや形状）、即ちレチクルＲの照明条件を変更し、その変更時における光量損失を抑える（照明光の利用効率を向上させる）ようにしても良い。この成形光学系は、例えば照明光学系１２内に交換可能に配置され、かつ照明光学系１２の瞳面上で形状、大きさ及び位置の少なくとも１つが異なる領域にそれぞれ回折光を分布させる複数の回折光学素子と、照明光学系１２の光軸ＡＸと平行な方向に関する間隔が可変な複数のプリズム（例えば円錐型、Ｖ型あるいは角錐型など）と、ズーム光学系（アフォーカル系）とを含むものである。
【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、更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。
【００２９】
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、走査方向（ここではＹ軸方向とする）及びこれに直交する非走査方向（Ｘ軸方向）にそれぞれ対応する方向の位置及び幅が可変である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、可動レチクルブラインド３０Ｂによって照明光ＩＬの照明領域が更に制限されることによって、不要な部分（後述するレチクル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、本実施形態では、可動レチクルブラインド３０Ｂは、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。
【００３０】
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、受光素子から成るインテグレータセンサ４６が配置されている。この場合、インテグレータセンサ４６の受光素子としては、例えば遠紫外域で感度が良く、かつ光源１４のパルス発光を検出するために高い応答周波数を有するＰＩＮ型フォトダイオード等が用いられる。本実施形態では、後述するように、計測された空間像をフーリエ級数展開する際に用いられる積分素片の長さが、インテグレータセンサ４６で検出される光源１４からの照明光ＩＬのパルス発光のタイミングに基づいて、規定されるようになる。
【００３１】
このようにして構成された照明系の作用を簡単に説明すると、光源１４からパルス発光されたレーザビームＬＢは、ビーム整形光学系１８に入射して、ここで後方のフライアイレンズ２２に効率よく入射するようにその断面形状が整形された後、フライアイレンズ２２に入射する。これにより、フライアイレンズ２２の射出側焦点面（照明光学系１２の瞳面）に２次光源（多数の点光源から成る面光源）が形成される。この２次光源から射出された照明光ＩＬは、照明系開口絞り板２４上のいずれかの開口絞りを通過した後、透過率が大きく反射率が小さなビームスプリッタ２６に至る。このビームスプリッタ２６を透過した照明光ＩＬは、第１リレーレンズ２８Ａを経て固定レチクルブラインド３０Ａの矩形の開口部及び可動レチクルブラインド３０Ｂを通過した後、第２リレーレンズ２８Ｂを通過してミラー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、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを均一な照度分布で照明する。
【００３２】
一方、ビームスプリッタ２６で反射された照明光ＩＬ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、不図示の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。本実施形態では、インテグレータセンサ４６の計測値は、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、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用いられる。
【００３３】
本実施形態では、所定の間隔で、主制御装置５０により、インテグレータセンサ４６の出力に基づいて照射量が計算され、その計算結果が照射履歴として、メモリ５１内に記憶されるようになっている。
【００３４】
また、本実施形態では、主制御装置５０は、このインテグレータセンサ４６の計測値が例えば所定の閾値を超えた場合に光源１４のパルス発光を検出したとして、そのときの後述するウエハ干渉計５４Ｗの計測値をメモリ５１に格納する。
【００３５】
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（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、ここでは、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上を、後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で２次元的に（Ｘ軸方向及びこれに直交するＹ軸方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）に）駆動可能であるとともに、Ｙ軸方向に指定された走査速度で移動可能となっている。このレチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの全面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だけのＹ軸方向の移動ストロークを有している。
【００３６】
レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルレーザ干渉計（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面内の位置はレチクル干渉計５４Ｒによって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクルステージＲＳＴ上には走査露光時の走査方向（Ｙ軸方向）に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向（Ｘ軸方向）に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、レチクル干渉計５４ＲはＹ軸方向に少なくとも２軸、Ｘ軸方向に少なくとも１軸設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡５２Ｒ、レチクル干渉計５４Ｒとして示されている。
【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に送られるようになっている。ステージ制御装置７０は、主制御装置５０の指示に応じてレチクルステージ駆動系５６Ｒを介してレチクルステージＲＳＴの位置を制御する。なお、移動鏡５２ＲをレチクルステージＲＳＴに固定する代わりに、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して前述の反射面を形成しても良い。
【００３８】
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、ここでは両側テレセントリックな縮小系であり、光軸ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚、例えば８枚のレンズエレメント１３1、１３2、……、１３8（図２参照）から成る屈折光学系が使用されている。この投影光学系ＰＬの投影倍率は、例えば１／４（又は１／５）等となっている。このため、照明光学系１２からの照明光ＩＬによってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してそのスリット状照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（部分倒立像）が、表面にフォトレジストが塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲと共役な露光領域ＩＡに形成される。
【００３９】
図２に示されるように、投影光学系ＰＬを構成するレンズエレメント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面に対する傾斜方向に微小駆動可能に構成されている。
【００４０】
本実施形態では、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、主制御装置５０からの指示に応じて結像特性補正コントローラ７８により制御され、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、コマ収差及び球面収差等が補正されるようになっている。
【００４１】
なお、かかる結像特性を調整する結像特性調整機構は、レンズエレメント１３1のような可動レンズエレメントのみによって構成しても良く、その可動レンズエレメントの数も任意で良い。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。
【００４２】
図１に戻り、前記ウエハステージＷＳＴは、ＸＹステージ４２と、該ＸＹステージ４２上に搭載されたＺチルトステージ３８とを含んで構成されている。
【００４３】
前記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、ウエハステージ駆動系５６Ｗを構成する不図示のリニアモータ等によって走査方向であるＹ軸方向（図１における紙面内左右方向）及びこれに直交するＸ軸方向（図１における紙面直交方向）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、該Ｚチルトステージ３８上にウエハホルダ２５が載置されている。このウエハホルダ２５によって、ウエハＷが真空吸着等により保持されている。
【００４４】
Ｚチルトステージ３８は、図２に示されるように、３つのＺ位置駆動部（例えば３つのアクチュエータ（例えばボイスコイルモータなど））で支持されている。これら、３つのＺ位置駆動部によって、Ｚチルトステージ３８を、光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）及び光軸に直交する面（ＸＹ面）に対する傾斜方向、すなわちＸ軸回りの回転方向であるθｘ方向、Ｙ軸回りの回転方向であるθｙ方向に駆動する駆動装置が構成されている。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Ｚ位置駆動部を含めてウエハステージ駆動系５６Ｗとして示されている。
【００４５】
前記Ｚチルトステージ３８上には、ウエハレーザ干渉計（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、外部に配置されたウエハ干渉計５４Ｗにより、Ｚチルトステージ３８（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ面内の位置が例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。
【００４６】
ここで、実際には、Ｚチルトステージ３８上には、走査露光時の走査方向であるＹ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向であるＸ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、これに対応してウエハ干渉計もＸ軸方向、Ｙ軸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（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θｘ方向、θｙ方向、θｚ方向）の位置が計測可能となっているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡５２Ｗ、ウエハ干渉計５４Ｗとして示されている。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に供給されるようになっている。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面内の位置を制御する。なお、移動鏡５２ＷをＺチルトステージ３８に固定する代わりに、ウエハステージＷＳＴ、例えば、Ｚチルトステージ３８の端面を鏡面加工して前述の反射面を形成しても良い。
【００４７】
また、Ｚチルトステージ３８の内部には、投影光学系ＰＬの光学特性の計測に用いられる空間像計測装置５９を構成する光学系の一部が配置されている。ここで、この空間像計測装置５９の構成について詳述する。この空間像計測装置５９は、図３に示されるように、Ｚチルトステージ３８に設けられたステージ側構成部分、すなわちスリット板９０、レンズ８４、８６から成るリレー光学系、光路折り曲げ用のミラー８８、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、すなわちミラー９６、受光レンズ８９、光電変換素子から成る光センサ９４等とを備えている。
【００４８】
これを更に詳述すると、スリット板９０は、図３に示されるように、ウエハステージＷＳＴの一端部上面に設けられた上部が開口した突設部５８に対し、その開口を塞ぐ状態で上方から嵌め込まれている。このスリット板９０は、平面視長方形の受光ガラス８２の上面に遮光膜を兼ねる反射膜８３が形成され、その反射膜８３の一部に計測用パターンとしての所定幅２Ｄのスリット状の開口パターン(以下、「スリット」と呼ぶ)２９がパターンニングされて形成されている。
【００４９】
スリット２９下方のＺチルトステージ３８内部には、スリット２９を介して鉛直下向きに入射した照明光束（像光束）の光路を水平に折り曲げるミラー８８を介在させてレンズ８４，８６から成るリレー光学系（８４、８６）が配置され、このリレー光学系（８４、８６）の光路後方のウエハステージＷＳＴの＋Ｙ側の側壁に、リレー光学系（８４、８６）によって所定光路長分だけリレーされた照明光束をウエハステージＷＳＴの外部に送光する送光レンズ８７が固定されている。
【００５０】
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る照明光束の光路上には、Ｘ軸方向に所定長さを有するミラー９６が傾斜角４５°で斜設されている。このミラー９６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束の光路が鉛直上方に向けて９０°折り曲げられるようになっている。この折り曲げられた光路上に送光レンズ８７に比べて大径の受光レンズ８９が配置されている。この受光レンズ８９の上方には、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、該ケース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。
【００５１】
前記光センサ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（受光素子）、例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ（ＰＭＴ、光電子増倍管）などが用いられる。光センサ９４からの光電変換信号Ｐ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。なお、信号処理装置８０は、例えば増幅器、サンプルホルダ、Ａ／Ｄコンバータ（通常１６ビットの分解能のものが用いられる）などを含んで構成することができる。
【００５２】
なお、前述の如く、スリット２９は反射膜８３に形成されているが、以下においては、便宜上スリット板９０にスリット２９が形成されているものとして説明を行う。
【００５３】
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、後述する、レチクルＲに形成された計測マークの投影光学系ＰＬを介しての投影像（空間像）の計測の際に、投影光学系ＰＬを透過してきた照明光ＩＬによって空間像計測装置５９を構成するスリット板９０が照明されると、そのスリット板９０上のスリット２９を透過した照明光ＩＬがレンズ８４、ミラー８８及びレンズ８６、送光レンズ８７を介してウエハステージＷＳＴの外部に導き出される。そして、そのウエハステージＷＳＴの外部に導き出された光は、ミラー９６によって光路が鉛直上方に折り曲げられ、受光レンズ８９を介して光センサ９４によって受光され、該光センサ９４からその受光量に応じた光電変換信号（光量信号）Ｐが信号処理装置８０を介して主制御装置５０に出力される。
【００５４】
本実施形態の場合、計測マークの投影像（空間像）の計測はスリットスキャン方式により行われるので、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に対して移動することになる。そこで、空間像計測装置５９では、所定の範囲内で移動する送光レンズ８７を介した光がすべて受光レンズ８９に入射するように、各レンズ、及びミラー９６の大きさが設定されている。
【００５５】
このように、空間像計測装置５９では、スリット板９０、レンズ８４、８６、ミラー８８、及び送光レンズ８７により、スリット２９を介した光をウエハステージＷＳＴ外に導出する光導出部が構成され、受光レンズ８９及び光センサ９４によって、ウエハステージＷＳＴ外へ導出された光を受光する受光部が構成されている。この場合、これら光導出部と受光部とは、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、光導出部と受光部とは、ミラー９６を介して光学的に接続される。
【００５６】
すなわち、空間像計測装置５９では、光センサ９４がウエハステージＷＳＴの外部の所定位置に設けられているため、光センサ９４の発熱に起因するウエハ干渉計５４Ｗの計測精度等に及ぼす悪影響を可能な範囲で抑制するようにしている。また、ウエハステージＷＳＴの外部と内部とをライトガイド等により接続していないので、ウエハステージＷＳＴの外部と内部とがライトガイドにより接続された場合のようにウエハステージＷＳＴの駆動精度が悪影響を受けることがない。
【００５７】
勿論、熱の影響等を無視、あるいは排除できるような場合には、光センサ９４をウエハステージＷＳＴの内部に設けても良い。なお、空間像計測装置５９を用いて行われる空間像計測動作などについては、後に詳述する。
【００５８】
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（位置合わせマーク）を検出するオフアクシス・アライメント系ＡＬＧが設けられている。本実施形態では、このアライメント系ＡＬＧとして、画像処理方式のアライメントセンサ、いわゆるＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。このアライメント系ＡＬＧの検出信号は、主制御装置５０に供給されるようになっている。
【００５９】
更に、本実施形態の露光装置１０では、図１に示されるように、主制御装置５０によってオン・オフが制御される光源を有し、投影光学系ＰＬの結像面に向けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射系６０ａと、それらの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する受光系６０ｂとから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系が設けられている。なお、本実施形態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（対応米国特許第５，４４８，３３２号）等に開示されている。
【００６０】
主制御装置５０では、後述する走査露光時等に、受光系６０ｂからの焦点ずれ信号（デフォーカス信号）、例えばＳカーブ信号に基づいて焦点ずれが零となるように、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軸方向への移動及び２次元的な傾斜（すなわち、θｘ，θｙ方向の回転）を制御する、すなわち多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）を用いてＺチルトステージ３８の移動を制御することにより、照明光ＩＬの照射領域（照明領域ＩＡＲと共役な露光領域ＩＡ）内で投影光学系ＰＬの結像面とウエハＷの表面とを実質的に合致させるオートフォーカス（自動焦点合わせ）及びオートレベリングを実行する。
【００６１】
また、前述した不図示の環境制御チャンバ内の投影光学系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。
【００６２】
前記制御系は、ワークステーション（又はマイクロコンピュータ）から成る主制御装置５０を中心として、該主制御装置５０の制御下にあるステージ制御装置７０などを含んで構成されている。主制御装置５０には、メモリ５１が併設されている。このメモリ５１内には、例えば予め実験、あるいは光学シミュレーションなどで求めた、例えば特開平１１−２５８４９８号公報などに開示される投影光学系ＰＬの照射変動量（照明光の照射に伴なう投影光学系ＰＬの各種結像特性の変動量）を算出するモデル式や、大気圧変動量（大気圧の変動に伴なう投影光学系ＰＬの各種結像特性の変動量）を算出する計算式などが記憶されている。また、前述したレンズエレメント１３1，１３2を含む複数のレンズエレメントの駆動量と、投影光学系ＰＬの各種結像特性の変化量（変動量）との関係（これを、「結像特性変化係数」と呼ぶ）及びこれに基づく、投影光学系ＰＬの結像特性を補正するための、各レンズエレメントの駆動量の算出式なども予め求められ、メモリ５１に記憶されている。ここで、本実施形態では、大気圧変動量を算出する計算式や、結像特性調整係数は、後述するように、空間像計測装置５９を用いた空間像計測の結果に基づいて定められるようになる。
【００６３】
≪空間像計測動作≫
次に、空間像計測装置５９を用いた基本的な空間像計測動作について説明する。図３には、空間像計測装置５９を用いて、レチクルＲに形成された計測マークＰＭｙの空間像が計測されている最中の状態が示されている。レチクルＲとしては、空間像計測専用のもの、あるいはデバイスの製造に用いられるデバイスレチクルに専用の計測用マークを形成したものなどが用いられる。これらのレチクルの代わりに、レチクルステージＲＳＴにレチクルと同材質のガラス素材から成る固定のマーク板（レチクルフィデューシャルマーク板とも呼ばれる）を設け、このマーク板に計測マークＰＭｙを形成したものを用いても良い。
【００６４】
レチクルＲ上の計測マークとしては、その用途（すなわち求める結像特性など）に応じて、様々な計測マークを適用することができる。例えば、レチクルＲ上の計測マークとして、所定の箇所にＹ軸方向に周期性を有するライン部の幅とスペース部の幅の比（デューティ比）が１：１のラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）マークから成る計測マークＰＭｙとＸ軸方向に周期性を有するデューティ比が１：１のＬ／Ｓマークから成る計測マークＰＭｘが相互に近接して形成されているものを用いるものとする。これら計測マークＰＭｙ，ＰＭｘは同一線幅のラインパターンから成っているものとする。
【００６５】
また、空間像計測装置５９を構成するスリット板９０には、図４（Ａ）に示されるように、Ｘ軸方向に伸びる所定幅２Ｄのスリット２９ｙと、Ｙ軸方向に伸びる所定幅２Ｄのスリット２９ｘとが、図に示されるような位置関係で形成されているものとする。このように、スリット板９０には、実際には、所定の計測パターンとしてのスリット２９ｘ、２９ｙ等が形成されているが、図３及びその説明部分等では、これらのスリットを代表してスリット２９として表したものである。
【００６６】
例えば、計測マークＰＭｙの空間像の計測にあたり、主制御装置５０により、図１に示される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、照明光ＩＬの照明領域が計測マークＰＭｙを含む所定領域に制限される（図３参照）。この状態で、主制御装置５０により光源１４の発光が開始され、照明光ＩＬが計測マークＰＭｙに照射されると、計測マークＰＭｙ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、該投影光学系ＰＬの像面に計測マークＰＭｙの空間像（投影像）ＰＭｙ’が形成される。このとき、ウエハステージＷＳＴは、例えば図４（Ａ）に示されるように、スリット板９０上のスリット２９ｙの＋Ｙ側（又は−Ｙ側）に計測マークＰＭｙの空間像ＰＭｙ’が形成される位置に設定されているものとする。
【００６７】
そして、主制御装置５０の指示の下、ステージ制御装置７０により、ウエハステージＷＳＴが例えば図４（Ａ）中に矢印Ｆｙで示されるように＋Ｙ方向に駆動されると、スリット２９ｙが空間像ＰＭｙ’に対してＹ軸方向に走査される。この走査中に、スリット２９ｙを通過する光（照明光ＩＬ）がウエハステージＷＳＴ内の受光光学系、ウエハステージＷＳＴ外部の反射ミラー９６及び受光レンズ８９を介して光センサ９４で受光され、その光電変換信号Ｐが図１に示される信号処理装置８０に供給される。信号処理装置８０では、その光電変換信号Ｐに所定の処理（Ａ／Ｄ変換等）を施して、空間像ＰＭｙ’に対応する光強度信号として主制御装置５０に供給する。なお、この際、信号処理装置８０では、光源１４からの照明光ＩＬの発光強度のばらつきによる影響を抑えるために、図１に示されるインテグレータセンサ４６の信号により光センサ９４からの信号を規格化した信号を主制御装置５０に供給するようになっている。
【００６８】
なお、計測マークＰＭｘの空間像の計測にあたっては、主制御装置５０により、図１に示される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、照明光ＩＬの照明領域が計測マークＰＭｘを含む所定領域に制限し（図３参照）、この状態で、主制御装置５０により光源１４の発光を開始し、照明光ＩＬが計測マークＰＭｘに照射されるようにする。そして、主制御装置５０の指示の下、ステージ制御装置７０により、ウエハステージＷＳＴが例えば図４（Ａ）中に矢印Ｆｘで示されるように＋Ｘ方向に駆動されると、スリット２９ｘが計測マークＰＭｘの空間像に対してＸ軸方向に走査されるようになるので、そのときの光電変換信号Ｐを検出すれば良い。
【００６９】
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）Ｐの一例が示されている。上述のように、本実施形態における空間像計測は、スリットスキャン方式であり、この場合、空間像ＰＭｙ’は、スリット２９ｙ等の走査方向（例えばＹ軸方向）の幅（２Ｄ）の影響で像が平均化する。従って、スリット２９ｙの関数をｐ1（ｙ）、空間像の強度分布をｉ（ｙ）、観測される光強度信号Ｐに対応する関数をＨ（ｙ）とすると、空間像の強度分布ｉ（ｙ）と観測される光強度信号Ｈ（ｙ）との関係は次式で表すことができる。
【００７０】
【数１】
2006100304.tif 000003
ここで、強度分布ｉ（ｙ）、光強度信号Ｈ（ｙ）の単位は単位長さ当たりの強度とする。上記式（１）に示されるように、観測される光強度信号Ｈ（ｙ）は、スリッ卜２９ｙの関数ｐ1（ｙ）と空間像の強度分布ｉ（ｙ）との畳み込み積分（コンボリューション）となる。なお、この上記式（１）において、τ軸は、ｙ軸と同一の座標軸であるとする。
【００７１】
スリット２９ｙの関数ｐ1（ｙ）は、次式で表される。
【００７２】
【数２】
2006100304.tif 000004
【００７３】
計測精度の面からは、スリット２９ｙの走査方向（Ｙ軸方向）の幅（以下、単に「スリット幅」と呼ぶ）２Ｄは小さい程良い。しかしながら、本実施形態のように、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２９ｙ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。
【００７４】
上記式（１）、式（２）より、空間像の強度分布ｉ（ｙ）を抽出するためには、光強度信号Ｈ（ｙ）と、スリット２９ｙの関数ｐ1（ｙ）をそれぞれフーリエ変換する必要がある。ｙ’＝ｙ−τとして、スリット２９ｙの関数ｐ1（ｙ’）をフーリエ変換し、伝達関数として表すと、その伝達関数Ｐ1（ｕ）は、次式で示される。
【００７５】
【数３】
2006100304.tif 000005
上記式（３）に示される伝達関数Ｐ1（ｕ）は、空間像計測装置５９の計測パターン（スリット２９ｙ）に依存する関数であるため、一般に装置関数と呼ばれている。この装置関数Ｐ1（ｕ）は、スリット２９ｙの関数ｐ1（ｙ）をフーリエ変換した際に得られる空間周波数ｕのスペクトルを示す。なお、この装置関数Ｐ1（ｕ）では、その応答が０となる最小の空間周波数ｕ、すなわち、最初のゼロ点は、１／２Ｄとなる。
【００７６】
ところで、この装置関数Ｐ1（ｕ）の逆特性の関数（逆伝達関数）をＰinv（ｕ）とすると、Ｐinv（ｕ）は次式のように表される。
【００７７】
【数４】
2006100304.tif 000006
したがって、観測される空間像の光強度信号Ｈ（ｙ）のフーリエスペクトルに装置関数Ｐinv（ｕ）を乗じてからフーリエ逆変換を行えば、空間像を像回復し、空間像の強度分布ｉ（ｙ）を得ることができる。そこで、この逆伝達関数Ｐinv（ｕ）を、特に像回復フィルタともいう。
【００７８】
ところで、照明光ＩＬの波長をλとし、投影光学系ＰＬの開口数をＮＡとすると、インコヒーレント結像における投影光学系ＰＬの光学的伝達関数（ＯＴＦ：Optical Transfer Function、光伝達関数ともいう）の上限は、２ＮＡ／λとなる。したがって、上記像回復フィルタＰinv（ｕ）により、完全な像回復を行うためには、Ｄが次式で示される条件を満たすように、スリット２９ｙの全幅を設定する必要がある。
【００７９】
【数５】
2006100304.tif 000007
なお、上記像回復フィルタＰinv（ｕ）では、装置関数Ｐ1（ｕ）における初めのゼロ点の空間周波数１／２Ｄまでの帯域があれば、完全な像回復を行うことができる。したがって、この１／２Ｄを、像回復フィルタＰinv（ｕ）のカットオフ周波数とすることができる。
【００８０】
なお、スリット２９ｘに関する、その関数ｐ1（ｘ）についても、単に、スリット２９ｙの関数ｐ1（ｙ）に対し、ｙをｘに代えただけの式となり、装置関数、像回復フィルタについては、スリット２９ｙの装置関数、像回復フィルタと同一で、それぞれＰ1（ｕ）、Ｐinv（ｕ）となる。
【００８１】
ところで、本実施形態における空間像計測装置５９では、スリット板９０の代わりに、図５（Ａ）に示される楔形スリット２８ｘ，２８ｙを有するスリット板９０’を採用することも可能である。このスリット板９０’を採用した場合、スリット２８ｙの関数ｐ2（ｙ）は次式に示されるようになる。
【００８２】
【数６】
2006100304.tif 000008
上記式（６）より、ｐ2（ｙ）をフーリエ変換すると、次式で示される装置関数Ｐ2（ｕ）を求めることができる。
【００８３】
【数７】
2006100304.tif 000009
このように、装置関数Ｐ2（ｕ）は、ライン形スリット２９ｙを採用した場合の装置関数Ｐ1（ｕ）とは異なる。この装置関数Ｐ2（ｕ）の応答が零となる最小の空間周波数、すなわち、最初のゼロ点は、１／Ｄとなる。
【００８４】
以上のことから、楔形スリット２８ｙを採用した場合には、像回復フィルタＰinv（ｕ）として次式に示されるものを適用する必要がある。
【００８５】
【数８】
2006100304.tif 000010
この場合、完全な像回復を行うためには、Ｄが次式で示される条件を満たすように、スリット２８ｙの全幅（２Ｄ＋２Ｄ＝４Ｄ）を設定する必要がある。
【００８６】
【数９】
2006100304.tif 000011
なお、この像回復フィルタＰinv（ｕ）においても、対応する装置関数Ｐ2（ｕ）の周波数特性の初めのゼロ点の空間周波数（１／Ｄ）までの帯域があれば十分であるため、１／Ｄをカットオフ周波数とすれば良い。
【００８７】
上記式（３）と式（７）とを比較すると、ライン形スリット２９ｙと、楔形スリット２８ｙの走査方向の全幅が等しい場合、楔形スリット２８ｙは、ライン形スリット２９ｙに対し２倍の周波数帯域があることがわかる。逆に言えば、ＯＴＦの上限値などの条件により、同一の周波数帯域における像回復を必要とする場合、走査方向の全幅は、上記式（５）と式（９）との比較から、楔形スリット２９ｙの全幅をライン形スリット２９ｙの全幅の２倍とすることが可能であり、製造上の観点などから有利であることがわかる。
【００８８】
図６には、図４（Ａ）に示されるライン形スリット２９ｙ（全幅２Ｄ）の装置関数Ｐ1（ｕ）（太い実線）と、その逆数の像回復フィルタＰinv（ｕ）（破線）の空間周波数応答が示されている。空間周波数ｕが増加するにつれて、装置関数Ｐ1（ｕ）は、その相対利得が減少しているので、その逆数である像回復フィルタＰinv（ｕ）は、その相対利得が増大している。すなわち、像回復フィルタＰinv（ｕ）は、高周波領域が劣化している光強度信号の高周波領域を持ち上げるフィルタとして作用する。また、像回復フィルタＰinv（ｕ）では、装置関数Ｐ1（ｕ）の最初のゼロ点を、カットオフ周波数としているため、図６に示されるように、その空間周波数以上の周波数では、その応答が０となっている。図６において、細い実線で示される曲線ＡＰ1は、ＡＩＳ強度、すなわち前述の光強度信号（Ｈ（ｙ））のスペクトル（実数部）を示し、点線で示される曲線ＡＰ2は、光強度信号（Ｈ（ｙ））のスペクトル（虚数部）を示す。両者とも、ＯＴＦの上限値以上では、その周波数応答の値は０となっている。
【００８９】
また、図７には、図５（Ａ）に示される楔形スリット２８ｙ（全幅４Ｄ）の装置関数Ｐ2（ｕ）（太い実線）と、その逆数の像回復フィルタＰinv（ｕ）（破線）の空間周波数応答が示されている。図７に示されるように、この像回復フィルタＰinv（ｕ）においても、装置関数Ｐ2（ｕ）の最初のゼロ点（カットオフ周波数）以上の空間周波数では、その応答が０となっている。図７において、細い実線で示される曲線ＡＰ1は、ＡＩＳ強度、すなわち前述の光強度信号（Ｈ（ｙ））のスペクトル（実数部）を示し、点線で示される曲線ＡＰ2は、光強度信号（Ｈ（ｙ））のスペクトル（虚数部）を示す。
【００９０】
図４（Ａ）、図５（Ａ）に示されるように、ライン形スリット２９ｙと、楔形スリット２８ｙの全幅との比は１：２となっているため、両者の装置関数Ｐ1（ｕ）とＰ2（ｕ）との初めのゼロ点は、ほぼ同一となっている。したがって、両者とも像回復フィルタＰinv（ｕ）のカットオフ周波数がほぼ同一となる。
【００９１】
図８には、ライン形スリット２９ｙの装置関数Ｐ1（ｕ）に対応する像回復フィルタＰinv（ｕ）による像回復のシミュレーション結果の一例が示されている。この場合のシミュレーション条件としては、投影光学系ＰＬの開口数をＮＡ＝０．７３とし、照明光ＩＬの波長をλ＝１９３ｎｍとし、スリット幅を２Ｄ＝１３０ｎｍとしている。また、投影対象のパターンとしては、線幅８０ｎｍのＬ／Ｓ５本マークを想定した。この図８において、一点鎖線で示される曲線ＴＲは、レチクル透過光の強度を示し、点線で示される曲線ＩＳは、ＡＩＳ強度像、すなわち空間像に対応する光強度信号を示し、細い実線で示される曲線ＡＩ’は回復後の空間像（回復像）を示す。また、図８では、真の空間像ＡＩを２点鎖線で示しているが、この空間像ＡＩは、図８では視認することが困難である程度に回復像ＡＩ’とほとんど重なっている。したがって、空間像と回復像との差（太い実線）は全域に渡ってほとんど０となっている。すなわち、このシミュレーションによれば、上記条件におけるライン形スリット２９ｙの全幅２Ｄは、上記式（５）を満足しているので、スリットスキャン後の空間像強度ＩＳは相当鈍っているが、像回復は問題なく行われていることがわかる。
【００９２】
また、図９には、楔形スリット２８ｙの装置関数Ｐ2（ｕ）に対応する像回復フィルタＰinv（ｕ）による像回復のシミュレーション結果の一例が示されている。この場合のシミュレーション条件は、投影光学系ＰＬの開口数をＮＡ＝０．７３とし、照明光ＩＬの波長をλ＝１９３ｎｍとし、楔形のスリット幅を２Ｄ＝２６０ｎｍとしている。このシミュレーションにおいても、上記条件は、上記式（９）を満足しているので、スリットスキャン後の空間像強度ＩＳは相当鈍っているが、像回復は問題なく行われていることがわかる。
【００９３】
このように、本実施形態では、空間像計測の際に、像回復フィルタＰinv（ｕ）を用いた像回復処理を行う。すなわち、本空間像計測では、空間像計測装置５９によって検出された光強度信号（Ｈ（ｙ））を、フーリエ級数展開する際に、空間周波数領域で高周波を持ち上げる像回復フィルタリング処理を施した後に、フーリエ逆変換により像回復された強度像を得るのと同等の処理が行われる。
【００９４】
次に、上記空間像計測を行って、投影光学系ＰＬの結像特性を計測する際の動作について説明する。このような投影光学系ＰＬの結像特性としては、フォーカスその他の所定の結像特性（像面湾曲、球面収差、倍率、ディストーション、コマ収差）などが挙げられる。ここでは、各結像特性の算出に用いるレチクルＲとして、ベストフォーカスや像面湾曲を計測する際には、例えば、デューティ比５０％のＬ／Ｓパターンが計測マークＰＭｙ（又は計測マークＰＭｘ）として、パターン領域内の少なくとも１箇所（像面湾曲を計測する際には複数箇所）に形成されたものが用いられる。また、球面収差を計測する際には、例えば、パターン領域内のＸ軸方向のほぼ中央に、Ｙ軸方向に所定距離隔てて２つの計測マークが形成されたレチクルが用いられる。また、倍率やディストーションを計測する際には、照明領域の中央部及び４角に対応する部分に正方形マークがそれぞれ形成されたレチクルが用いられる。また、コマ収差を計測する際にも、照明領域の中央部及び４角に対応する部分に正方形マークがそれぞれ形成されたレチクルが用いられる。
【００９５】
まず、不図示のレチクルローダにより、上記各計測対象に対応するレチクルＲをレチクルステージＲＳＴにロードする。
【００９６】
次に、主制御装置５０は、ステージ制御装置７０に対し、レチクルＲ上の計測マークが、投影光学系ＰＬの光軸上にほぼ一致するように、レチクルステージＲＳＴを移動するように指示する。レチクルＲ上に複数の計測マークが存在する場合には、すべての計測マークが、投影光学系ＰＬの露光フィールド内に入るように、例えばレチクルＲ上の複数の計測マークの形成領域の中央に形成された計測マークを投影光学系ＰＬの光軸上にほぼ一致させる。
【００９７】
次に、主制御装置５０は、照明光ＩＬが、空間像計測の計測対象となっている計測マークの部分のみに照射されるように可動レチクルブラインド３０Ｂを駆動制御して照明領域を規定する。
【００９８】
この状態で、主制御装置５０は、空間像計測動作を開始する。具体的には、光源１４に対して発光を指示して、照明光ＩＬをレチクルＲに照射するとともに、前述と同様にして、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に走査しながら空間像計測装置５９を用いて、計測マークに対し、上述したスリットスキャン方式の空間像計測を行う。この際、主制御装置５０では、インテグレータセンサ４６によって検出された光源１４の発光タイミングでのウエハ干渉計５４ＷのＹ軸方向の計測値（この計測値を計測された時間順にそれぞれＨ（ρ1），Ｈ（ρ2），Ｈ（ρ3），Ｈ（ρ4），…とする。）を取得し、メモリ５１に格納する。
【００９９】
空間像計測装置５９によって計測される光強度信号Ｐは、信号処理装置８０によってＡ／Ｄ変換され、離散データとなる。すなわち、１回のスリットスキャンの空間像計測によって計測される光強度信号Ｐは、その走査方向に関する一連の複数のデータであるとみなすことができる。
【０１００】
また、前述のように、光源１４は、そのパルス発光の繰り返し周波数が２〜３ＫＨｚであるレーザであるので、前述のように、インテグレータセンサ４６によって検出された光源１４の発光タイミングでのウエハ干渉計５４Ｗの計測値（Ｙ位置）を、ρ1，ρ2，ρ3，ρ4，…とすると、光強度信号Ｐは、各計測値に対応して、例えば、Ｈ（ρ1），Ｈ（ρ2），Ｈ（ρ3），Ｈ（ρ4），…という一連の複数のデータとして得られるようになる。各回の光強度信号（光電変換信号）Ｐは、それぞれメモリ５１に記憶される。
【０１０１】
空間像計測動作の終了は、ウエハ干渉計５４ＷによるＹ位置によって判断する。空間像計測動作が終了したと判断すると、光源１４に対し発光の終了を指示するとともに、ステージ制御装置７０に対し、ウエハステージＷＳＴの停止を指示する。ステージ制御装置７０は速やかにウエハステージＷＳＴの移動を停止する。
【０１０２】
なお、フォーカス測定動作や、像面湾曲測定動作、球面収差計測動作においては、ステージ制御装置７０では、主制御装置５０からの指示に応じて、スリット板９０のＺ軸方向の位置（すなわちＺチルトステージ３８のＺ位置）を所定のステップピッチで変化させつつ、その計測マークに対する上記空間像計測動作を繰り返し行う。
【０１０３】
そして、その計測マークに対する空間像計測動作がすべて完了すると、レチクルＲ上にまだ計測していない計測マークがある場合には、次の計測マークだけに照明光ＩＬが照射されるように、可動レチクルブラインド３０Ｂを駆動制御して照明領域を規定し、その計測マークに対する空間像計測動作（フォーカス測定動作や、像面湾曲測定動作及び球面収差計測動作においては複数のＺ軸方向の位置での計測を含む）を行う。
【０１０４】
このように、少なくとも１つの計測マークに対する空間像計測が少なくとも１つのＺ位置で終了するか、すべての計測マークに対する計測が終了した後、主制御装置５０では、この光強度信号Ｐ（上記Ｈ（ｙ）に相当）に対するフーリエ級数展開を行う。
【０１０５】
一般的に、フーリエ級数展開の式は、次式によって与えられる。
【０１０６】
【数１０】
2006100304.tif 000012
ここで、ａ0，ａn，ｂn（ｎ＝１，２，３，…）は、以下の式（１１）〜式（１３）で示されるフーリエ係数である。また、ｐは、光強度信号Ｐが計測された区間の全長である。また、ｎmaxは、ｎの上限値である。
【０１０７】
【数１１】
2006100304.tif 000013
すなわち、本実施形態では、フーリエ係数ａ0、ａn、ｂnを算出することにより、光強度信号Ｐをフーリエ級数展開する。このようなフーリエ係数を求める場合には、通常、対象となる関数Ｈ（ｙ）に対し、基本波としての余弦波（ｃｏｓ２πｎｙ／ｐ）、正弦波（ｓｉｎ２πｎｙ／ｐ）を乗ずれば、他の周波数成分の項の値が０となるフーリエ級数の性質から、上記式（１１）〜式（１３）に示されるように、その余弦波、正弦波を、順次Ｈ（ｙ）に乗じていき、さらに２／ｐを乗じることによって求めることができる。
【０１０８】
なお、前述のように、光強度信号Ｐに関するデータ、すなわちＨ（ｙ）は、信号処理装置８０により、Ａ／Ｄ変換されてディジタルデータとなるため、積分素片を用いた積分計算により、フーリエ係数を求めるものとする。
【０１０９】
ところで、光源１４におけるパルス発光のタイミングは、ほぼ一定であり、光強度信号Ｐの間隔はほぼ一定となるはずである。しかしながら、上記スリットスキャン方式の空間像計測では、ステージ制御装置７０の制御により、ウエハステージＷＳＴをスキャン方向に走査することにより、パルス発光した時点でのスリットの位置に応じた光強度信号Ｐを計測するようになるため、計測される光強度信号Ｐは、そのステージの制御性能に影響を受ける。すなわち、ウエハステージＷＳＴのスキャン方向の速度が、スキャン中に変化していた場合には、本来、等間隔であるはずの光強度分布の離散データの測定間隔が、不等間隔となってしまう。そこで、本実施形態においては、この一連の不等間隔の複数のデータに対して、不等間隔の積分素片を用いてフーリエ積分を行うことにより、フーリエ級数展開を行う。
【０１１０】
図１０には、主制御装置５０で行われるそのフーリエ積分の手順を示すフローチャートが示されている。図１０に示されるように、まず、ステップ２０２において、内部変数エリアａ0〜ａnmax及びｂ1〜ｂnmaxを０に初期化する。この処理では、最終的に、フーリエ係数の算出結果ａ0〜ａnmax及びｂ1〜ｂnmaxが、この内部変数エリアａ0〜ａnmax及びｂ0〜ｂnmaxに格納されるようになる。
【０１１１】
次のステップ２０４では、計算対象となる周波数成分の大きさを示すカウンタｎの値（以下、「カウンタ値ｎ」と略述する。）を０に初期化し、ステップ２０６では、計算対象となるデータのポインタを示すカウンタｍの値（以下、「カウンタ値ｍ」と略述する。）を１に初期化する。
【０１１２】
次のステップ２０８では、カウンタ値ｍがｍmax以上となったか否かが判断される。ｍmaxには、予め、フーリエ積分対象となる１回のスリットスキャンで計測されたデータの数が設定されているものとする。この判断が肯定されればステップ２２４に進み、否定されればステップ２１０に進む。ここでは、ｍ＝１なので判断は否定され、ステップ２１０に進む。
【０１１３】
ステップ２１０では、スキャン中に計測された、パルス発光タイミングでのウエハ干渉計５４Ｗの計測値ρm+1とρmとの差ｄmを算出する。ここではｍ＝１であるので、ｄ1＝ρ2−ρ1が算出される。なお、ρ1は、１番目にパルス発光が検出されたときのウエハステージＷＳＴのＹ位置を示し、ρ2は、２番目にパルス発光が検出されたときのウエハステージＷＳＴのＹ位置を示す。なお、このｄmが、フーリエ積分を行うときの積分素片となる。
【０１１４】
次のステップ２１２では、ｍ番目（ここでは１番目）の光強度信号Ｐの値Ｈ（ρm）（ここではＨ（ρ1））と、基本波ｃｏｓ２πｎ（ρm／ｐ）との乗算結果を、Ｈ’（ρm）として求める。なお、ｐは、前述のように、光強度信号Ｐが計測された区間の全長である。ここでは、ｎ＝０であるので、基本波は、常に１となる。そして、ステップ２１４では、求められたＨ’（ρm）（ここではＨ’（ρ1））に、上記ステップ２１０で求めたｄm（ここではｄ1）を乗じて、ａn（ここではａ0）に加える。この加算により、ａ0の値は、初期値０からＨ’（ρ1）×ｄ1となる。
【０１１５】
次のステップ２１６では、カウンタ値ｎが０であるか否かが判断される。この判断が肯定されれば、ステップ２２２に進み、否定されればステップ２１８に進む。ここではカウンタ値ｎが０であるので、判断は肯定され、ステップ２２２に進む。
【０１１６】
ステップ２２２では、カウンタ値ｍを１だけインクリメントして、ステップ２０８に戻る。ステップ２０８では、カウンタ値ｍが２であるので、判断が否定され、ステップ２１０に進む。
【０１１７】
そして、ステップ２１０〜ステップ２１４において、ｍ（ここではｍ＝２）番目の積分素片ｄm（ここではｄ2）が算出され、Ｈ（ρm）とｃｏｓ２πｎ（ρm／ｐ）との乗算値Ｈ’（ρm）（ここではＨ’（ρ2）＝Ｈ（ρ2）×１）が算出され、そのＨ’（ρm）とｄmとの積がａnに加算される。（ａ0の値は、Ｈ’（ρ1）×ｄ1＋Ｈ’（ρ2）×ｄ2となる）。そして、ステップ２１６において、カウンタ値ｎが０であるので、判断が肯定され、ステップ２２２でカウンタ値ｍが１だけインクリメントされてステップ２０８に戻る。
【０１１８】
以降、ステップ２０８において判断が肯定されるまで、ステップ２０８→ステップ２１０→ステップ２１２→ステップ２１４→ステップ２１６（判断は肯定）→ステップ２２２の処理が繰り返し実行され、ａn（ここではａ0）に、Ｈ’（ρm）×ｄmが積算されていくようになる。すなわち、この一連の処理は、上記式（１１）における積分に相当する処理となる。
【０１１９】
Ｈ（ρmmax）までのフーリエ積分が終了して、ｍ≧ｍmaxとなり、ステップ２０８で判断が肯定されると、ステップ２２４に進む。ステップ２２４では、２ａn／ｐ（ここでは２ａ0／ｐ）がａn（ａ0）の最終的な演算結果として算出され、内部変数エリアａnに格納される。すなわち、ここでは、上記式（１１）中の２／ｐを、上記積分結果に乗じる処理に相当する。なお、ｂ0は存在しない（フーリエ係数ではない）ので、ここでは、ｂ0に関する演算は行わず、そのまま処理を終了する。
【０１２０】
以上の処理により、フーリエ係数ａ0が求められ、内部変数エリアａ0に格納されたので、このフーリエ係数ａ0をメモリ５１に格納する。
【０１２１】
次のステップ２２６では、カウンタ値ｎを１だけインクリメントして、ステップ２２８では、カウンタ値ｎがｎmaxを越えたか否かが判断される。この判断が肯定されれば、フーリエ級数展開の処理を終了し、否定されれば、ステップ２０６に戻る。ここでは、カウンタ値ｎが１であるので、判断は否定され、ステップ２０６に戻る。
【０１２２】
ステップ２０６では、カウンタ値ｍが１に初期化され、以降ステップ２０８において、判断が否定され、ステップ２１０において、ｍ（ｍ＝１）番目の積分素片ｄm（ここではｄ1）が順次算出され、ステップ２１２において、Ｈ（ρm）とｃｏｓ２πｎ（ρm／ｐ）との乗算値Ｈ’（ρm）（ここではＨ’（ρm）＝Ｈ（ρm）×ｃｏｓ２π（ρm／ｐ））が算出され、ステップ２１４において、そのＨ’（ρm）とｄmとの積がａn（ここではａ1）に加算される。さらに、ステップ２１６において、カウンタ値ｎが１であるので、判断が否定されてステップ２１８に進み、ステップ２１８において、Ｈ（ρm）とｓｉｎ２πｎ（ρm／ｐ）との乗算値Ｈ’（ρm）（ここではＨ’（ρ1）＝Ｈ（ρ1）×ｓｉｎ２π（ρ1／ｐ））が算出され、ステップ２２０において、そのＨ’（ρm）とｄmとの積がｂnに加算される。そして、ステップ２２２でカウンタ値ｍが１だけインクリメントされてステップ２０８に戻る。
【０１２３】
以降、ステップ２０８で判断が肯定されるまで、ステップ２１０〜ステップ２１４を実行することにより、ａn（ここではａ1）に、Ｈ（ρm）×ｃｏｓ２π（ρm／ｐ）×ｄm（ｍ＝２、３、…ｍmax）が順次積算されていくようになり、ステップ２１８、ステップ２２０を実行することにより、ｂn（ここではｂ1）に、Ｈ（ρm）×ｓｉｎ２π（ρm／ｐ）×ｄm（ｍ＝２、３、…ｍmax）が順次積算されていくようになる。
【０１２４】
図１１には、このフーリエ積分の様子の一例が模式的に示されている。丸点で示される、光強度信号を示す不等間隔の一例としての複数データＨ（ρm）が、図１１で示されるように、不等間隔ｄmで並んでいるとする。図１１においては、基本波（正弦波）ｓｉｎ２πｎ（ρm／ｐ）が実線で示されている。したがって、Ｈ’（ρm）は、そのＨ（ρm）での基本波との積から、三角点で示されるような値となる。そして、このＨ’（ρm）と積分素片ｄmとの積を累積積算していった値が、フーリエ係数ｂnの上記式（１３）内の積分結果となる。
【０１２５】
本実施形態では、この不等間隔ｄmに応じて、フーリエ積分を行うことができるため、一定の積分素片によって、フーリエ積分を行うよりも、その積分結果を正確なものとすることができる。なお、図１１においては、Ｈ’（ρm）とｄmとで示される長方形の面積を累積積算したが、Ｈ’（ρm）とＨ’（ρm+1）とｄmとで示される台形の面積を累積積算するようにしても良い。
【０１２６】
図１０に戻り、ｍ＞ｍmaxとなり、ステップ２０８で判断が肯定されると、ステップ２２４に進む。ステップ２２４では、２ａn／ｐ（ここでは２ａ1／ｐ）がａn（ａ1）の最終的な演算結果として算出され、２ｂn／ｐ（ここでは２ｂ1／ｐ）がｂn（ｂ1）の最終的な演算結果として算出される。
【０１２７】
以上の処理により、フーリエ係数ａ1、ｂ1が求められたので、内部変数エリアａ1，ｂ1このフーリエ係数ａ1、ｂ1をメモリ５１に格納する。そして、ステップ２２６において、カウンタ値ｎを１だけインクリメントする。
【０１２８】
以降、ステップ２２８で判断が肯定されるまで、ステップ２０６〜ステップ２２８が繰り返し実行され、フーリエ係数ａ2、…ａnmax、ｂ2、…ｂnmaxが算出され、メモリ５１に格納されていく。
【０１２９】
ステップ２２８の判断が肯定されると、フーリエ積分処理を終了する。
【０１３０】
フーリエ係数を求めた後、主制御装置５０は、像回復フィルタＰinv（ｕ）を用いて像回復を行う。この像回復は、空間周波数空間では、フィルタリングとなるので、次式に示されるように、Ｐinv（ｕ）＝Ｐinv（ｎ／ｐ）を、対応する周波数成分のフーリエ係数に乗じればよい。
【０１３１】
【数１２】
2006100304.tif 000014
以上の処理により、空間像（回復像）ｉ（ｙ）が求められた。
【０１３２】
主制御装置５０では、スリットスキャン方式の空間像計測により検出された光強度信号Ｐに対し、上記フーリエ積分処理を行い、さらに像回復フィルタＰinv（ｕ）を用いることにより、その回復像ｉ（ｙ）を求め、その回復像ｉ（ｙ）を用いて、投影光学系ＰＬの結像特性の算出を行う。
【０１３３】
例えば、ベストフォーカス位置を求める場合には、回復像ｉ（ｙ）をフーリエ変換して、それぞれの高次（１次）周波数成分と０次周波数成分との振幅比であるコントラスト（又は所定周波数成分の振幅）を求めればよい。すなわち、そのコントラスト（又は振幅）が最大となる光強度信号に対応するＺチルトステージ３８のＺ位置（すなわち、スリット板９０のＺ軸方向の位置）を検出し、この位置を、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置として決定すればよい。また、像面湾曲を求める場合には、パターン領域上の各計測マークについて、その回復像を用いて、上述の方法によりそれぞれのベストフォーカス位置を求め、そのベストフォーカス位置となるＺ位置を結ぶようにすれば、像面の湾曲具合が求まる。また、球面収差を求める場合には、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上の計測マークと、光軸ＡＸ上にない計測マークとのベストフォーカス位置の差を算出すれば良い。
【０１３４】
また、投影光学系ＰＬの倍率及びディストーションを測定する場合には、照明領域内の複数箇所に形成された正方形マークの空間像を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にウエハステージＷＳＴをスキャンさせることにより計測する。そして、その空間像計測により得られた空間像（例えばＨ（ｘ）、Ｈ（ｙ）とする）に対し、上記フーリエ積分を行い、さらに像回復フィルタＰinv（ｕ）による像回復を施すことにより、回復像（ｉ（ｘ）、ｉ（ｙ））を得る。そして、それらの回復像（ｉ（ｘ）、ｉ（ｙ））に基づき、例えば、公知の位相検出の手法あるいはエッジ検出の手法により、各計測マークの結像位置を求めれば良い。ここで、位相検出の手法としては、例えば、回復像（ｉ（ｘ）、ｉ（ｙ））をそれぞれフーリエ変換して得られる１次周波数成分（これは、正弦波とみなせる）とこれと同一周波数の基準となる正弦波との積の例えば１周期分の和を求めるとともに、前記１次周波数成分とこれと同一周期の基準となる余弦波との積の例えば１周期分の和を求める。そして、得られた和同士を除算して得られた商の逆正接（アークタンジェント）を求めることにより、１次周波数成分の基準信号に対する位相差を求め、この位相差に基づいて計測マークの空間像のＸＹ平面内の位置を求めるという一般的な方法を用いることができる。また、エッジ検出の手法としては、光強度信号と所定のスライスレベルとの交点に基づいて各光電変換信号に対応する空間像のエッジの位置をそれぞれ算出する、スライス法を用いたエッジ検出の手法を用いることができる。
【０１３５】
また、コマ収差を計測する際には、上述のようにして求められた回復像から計測されるＬ／Ｓパターンの両端に対応する部分の線幅（これをＬ１、Ｌ５とする）を用いて、次式で示される線幅異常値Ａを求めれば良い。
【０１３６】
【数１３】
2006100304.tif 000015
なお、上記フーリエ積分及び像回復フィルタの適用により得られた回復像を用いたコマ収差その他の結像特性を計測するための計測マーク及び計測方法については上述のものには限られない。これらの方法については、特開２００３−２１８０２４号公報などに開示されているため、詳細な説明を省略する。
【０１３７】
以上のような結像特性の計測により、通常照明条件下における投影光学系ＰＬの各種の結像特性を得ることができる。そして、さらに上記空間像計測、フーリエ積分及び像回復フィルタの適用により得られた回復像を用いた結像特性の計測を、各レンズエレメントを１つずつ駆動しながら、すなわち各レンズエレメントの調整量を変更しながら繰り返し行い、その計測結果に基づいて、調整要素毎に、所定の照明条件下における、前述の結像特性変化係数を求めることができる。なお、この結像特性変化係数は、照明条件によって異なるため、（小σ照明、輪帯照明、変形照明）などの様々な照明条件の下で、上記空間像計測を適用した結像特性の計測がなされるのが望ましい。
【０１３８】
また、投影光学系ＰＬの照射変動量（照明光の照射に伴なう投影光学系ＰＬの各種結像特性の変動量）を算出するモデル式や、大気圧変動量（大気圧の変動に伴なう投影光学系ＰＬの各種結像特性の変動量）を算出する計算式を作成するための各種結像特性変化係数を算出する際にも、上記回復像を用いることができることはいうまでもない。
【０１３９】
なお、投影光学系の結像特性の変化量は、この結像特性変化係数と、各レンズエレメントの調整量との線形結合となる。したがって、何らかの方法で、露光中に結像特性の変化量を計測できたとすれば、この結像特性変化係数を用いて、その変化量を打ち消す各レンズエレメントの調整量を算出することができる。そして、算出された調整量でレンズエレメントを調整したうえで、露光を行えば、常に均一な結像特性を有する投影光学系ＰＬを用いた露光が可能となる。
【０１４０】
なお、このような結像特性の算出は、例えば露光装置の製造時あるいは工場での組み立て時における、初期調整時に行われるのが望ましい。本実施形態の露光装置１０は、複数のレンズから構成される照明光学系１２、投影光学系ＰＬを露光装置本体に組み込み光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージＲＳＴやウエハステージＷＳＴを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造される。ここで、上記の光学調整の工程で、本実施形態の測定データ回復方法を利用した空間像計測により、投影光学系ＰＬの状態の変化量と前記状態の変化に応じた特定の結像特性の変化量との関係（結像特性変化係数）が、複数の照明条件の各々について予め求められる。このため、短時間で、かつ複数の照明条件の各々について、特定の結像特性の補正（調整）に用いられる結像特性変化係数を予め得ることができ、露光装置の製造時間の短縮が可能となる。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【０１４１】
なお、本実施形態では、図１０に示されるフローチャートに沿ってフーリエ積分を行ったが、このフーリエ積分の処理は適宜変更が可能である。例えば、高周波成分のフーリエ級数を先に求めてもよい。また、フーリエ係数ａ0〜ａnmaxをすべて求めた後で、フーリエ係数ｂ1〜ｂnmaxを求めてもよいし、その逆でも良い。また、積分素片ｄm（ｍ＝１〜ｍmax）を先に求めてからフーリエ係数ａ0〜ａnmax，ｂ1〜ｂnmaxを求めるようにしても良いし、積分素片ｄmを求める毎にｎ＝１〜ｎmaxのすべての周波数成分についてのそれぞれのＨ’（ρm）を一度に求めるようにしても良い。すなわち、不等幅の積分素片ｄmを用いたフーリエ積分が行える手順であれば良い。
【０１４２】
また、本実施形態では、スリット板９０を適用した空間像計測装置５９を用いて空間像計測を行ったが、図５（Ａ）に示されるスリット板９０’を空間像計測装置５９のスリットとして適用しても良いことは勿論である。
【０１４３】
また、本実施形態では、空間像計測時にパルス発光のタイミングで、ウエハ干渉計５４Ｗの計測値に基づいて不等幅の積分素片ｄmを算出したが、これには限られず、スリットスキャン中のステージ制御装置７０のウエハステージＷＳＴの位置フィードバック制御系において、パルス発光のタイミングにおいて観測される位置偏差を記憶しておき、一定の積分素片に今回の位置偏差と次回の位置偏差とに基づいて、不等幅の積分素片の長さを決定するようにしても良い。
【０１４４】
以上詳細に説明したように、本実施形態の測定データ回復方法によれば、空間像計測装置５９によって計測された、光源１４からのパルス発光によって形成された空間像に対応する一連の複数の測定データ（Ｈ（ρm））の劣化を回復すべく、不等幅の積分素片（例えば図１１のｄ1〜ｄ7に代表されるｄm）を用いて、その複数の測定データ（Ｈ（ρm））に対してフーリエ積分を行って、複数の測定データに対応するフーリエ級数を求め、求められたフーリエ級数に、その複数の測定データの劣化を回復するための劣化回復フィルタとしての像回復フィルタＰinv（ｕ）（具体的には、上記式（１４）におけるＰinv（０），Ｐinv（ｎ／ｐ））を乗算する。すなわち、本実施形態では、一連の複数の測定データをフーリエ積分する際に不等幅の積分素片を用いるので、例えば、その測定データの測定間隔に合せた積分素片とすることができる。そのため、例えば、測定データが、空間像計測装置５９によって計測された空間像と、空間像計測装置５９のスリットに依存する関数（ｐ1（ｙ），ｐ2（ｙ））とのコンボリューションとなるため、計測された空間像に対し、フーリエ積分を行った後、像回復フィルタＰinv（ｕ）により像回復を行う際に、計測された空間像のフーリエ級数を精度良く求めることができるようになるので、結果的に測定データの平均化による劣化に対する改善性を著しく向上することができる。
【０１４５】
また、本実施形態では、スリットスキャン方式により計測された空間像に対応する一連の複数の測定データは、それぞれ測定間隔が異なるデータである。そこで、本実施形態では、上記フーリエ積分を行う際には、空間像計測の際に、パルス発光タイミングでの計測スリットのＹ位置、すなわち空間像に対応するデータが計測される位置（ρ1，ρ2，ρ3，…）を計測しておき、複数の測定データそれぞれの測定間隔に応じて積分素片（ｄ1，ｄ2，ｄ3，…）の幅を決定することができるので、複数の測定データの不等測定間隔に応じたフーリエ積分を実行することが可能となる。
【０１４６】
また、本実施形態では、劣化回復フィルタとしての像回復フィルタＰinv（ｕ）は、空間像に対応する複数の測定データを検出したスリット２９ｙ等の装置関数の逆伝達関数であり、空間像計測に用いられる計測用パターンであるスリット２９ｙ等に依存する周波数成分を含んでいる。このようにすれば、本来測定対象に依存する成分と空間像計測５９（センサ）のスリット２９ｙに依存する成分とのコンボリューションである測定データを、精度良くデコンボリューションすることが可能となる。
【０１４７】
また、本実施形態では、像回復フィルタＰinv（ｕ）のカットオフ周波数を、そのフィルタの逆伝達関数（すなわち装置関数）の応答が零となる最小の空間周波数（すなわちゼロ点）としており、装置関数（Ｐ1（ｕ））等の応答が零となる最小の空間周波数（ゼロ点）を、投影光学系ＰＬの光学的伝達関数（ＯＴＦ）の周波数帯域の上限値より大きく設定している。このようにすれば、像面上に結像する空間像の有効空間周波数全域にわたって、フィルタリング処理を施すことができるため、完全な像回復を実現することができるようになる。
【０１４８】
このように、本実施形態では、光源１４から断続的に発射される照明光ＩＬが照射される計測マークＰＭｙ等の空間像計測を行う際に、その空間像に対して上述した測定データ回復方法を用いて像回復を行っているので、空間像を精度良く計測することができる。
【０１４９】
また、本実施形態では、投影光学系ＰＬの結像特性を評価する際に、上述した計測方法、すなわち、空間像に対し、不等幅の積分素片を用いたフーリエ積分と像回復フィルタPinv（ｕ）により像回復された回復像を用いて、すなわち、断続的に発射されるエネルギービームが照射される所定の計測マークの投影光学系ＰＬを介した空間像の回復像を用いて、投影光学系ＰＬの結像特性を正確に評価することが可能となる。
【０１５０】
また、本実施形態では、上述した評価方法を用いて投影光学系ＰＬの結像特性を評価し、その評価結果に基づいて投影光学系ＰＬを調整し、調整後の投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上に形成された回路パターンをウエハＷ上に転写するので、高精度な露光を実現することができる。
【０１５１】
なお、上記実施形態では、フーリエ積分によりフーリエ級数展開を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、最小二乗法を適用することによって、フーリエ係数を求めるようにしても良い。なお、説明の便宜上、フーリエ級数の基本波としての正弦波、余弦波を、以下の式（１６）、式（１７）に示されるような関数で表すものとする。
【０１５２】
【数１４】
2006100304.tif 000016
【０１５３】
【数１５】
2006100304.tif 000017
【０１５４】
１回のスリットスキャンにより検出された光強度信号Ｐに対応する一連の複数のデータを、上記実施形態と同様に、それぞれＨ（ρ1）、Ｈ（ρ2）、Ｈ（ρ3）、…、Ｈ（ρmmax）とすると、それらをフーリエ級数の余弦項と正弦項とでそれぞれ以下の式（１８）、式（１９）で表すことができる。
【０１５５】
【数１６】
2006100304.tif 000018
ここで、上記式（１８）において、εsmは測定誤差を示す。
【０１５６】
【数１７】
2006100304.tif 000019
ここで、上記式（１９）において、εcmは測定誤差を示す。上記式（１８）、式（１９）は、それぞれ次式のようにまとめることができる。
【０１５７】
【数１８】
2006100304.tif 000020
ここで、Ｈは、上記式（１８）又は式（１９）における左辺のベクトルであり、Ｄは、Ｓｎ（ρm）又はＣｎ（ρm）（ｍ＝１〜ｍmax）を要素とする行列であり、Ａは、フーリエ係数ａn、ｂnのベクトルであり、εは、測定誤差のベクトルである。
【０１５８】
ｍmax＞ｎmaxのとき、上記式（２０）は、過剰決定体系（Overdetermined  System）となり、各フーリエ係数を最小二乗法によって解くことができる。すなわち、Ａの平均値は、次式によって求めることができる。
【０１５９】
【数１９】
2006100304.tif 000021
ここで、Ｄ+＝（ＤTＤ）-1ＤTとしている。
【０１６０】
なお、このように最小二乗法によって、フーリエ係数を求めた後は、主制御装置２０は、像劣化を回復するためのデコンボリューションを行う。このデコンボリューションは、空間周波数空間では、フィルタリングとなるので、上記式（１４）に示されるように、Ｐinv（ｕ）＝Ｐinv（ｎ／ｐ）をフーリエ係数に乗じれば、上記実施形態と同様に、回復像を得ることができる。したがって、この回復像を用いて、上記実施形態と同様に、投影光学系ＰＬの結像特性を高精度に算出することが可能となる。
【０１６１】
このように、最小二乗法によってフーリエ係数を求めることにより、不等測定間隔の離散データに対するフーリエ級数展開を精度良く行うことができる。また、最小二乗法を用いれば、例えば、測定データの一部が欠損している場合に、通常のフーリエ積分等では、うまくフーリエ級数展開することができないような場合でも、統計的な観点から妥当なフーリエ級数展開を行うことが可能となる。
【０１６２】
なお、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの結像特性としてフォーカス、像面湾曲、球面収差、倍率、ディストーション、コマ収差などを、上記空間像計測により計測すべく、計測対象となる結像特性に応じてレチクルＲ上の計測マークやそのマークの配置を適宜変更したが、基本的には、それらの計測マークは、少なくとも１本のラインパターンを含むマークであり、空間像データから、そのラインパターンの線幅を求め、求められた線幅に基づいてその結像特性を評価している。
【０１６３】
また、上記空間像計測により計測可能な結像特性は、これには留まらない。
【０１６４】
例えば、ステッパやスキャニング・ステッパ等の昨今の高い開口数を有する投影露光装置の照明光学系や投影光学系などの光学系により空間像（回復像）は極めてシャープであり、空間像の明るい部分のエッジから２μｍも離れれば空間像の強度は、ほぼ０になると考えられるが、使用されているガラス材料等の内部散乱、表面加工やコーティングなどによるレンズ表面の凸凹（表面粗さ）、若しくは不均質性に基づく散乱、光学部材を保持する部材表面での漏れ光の散乱等が生じることもある。このような散乱により生じた散乱光（「フレア」とも呼ばれる）は、本来結像には不要な成分だが、光学系はこのような不要な成分を内在させる特性がある。かかる散乱光は、結像に寄与する露光光の光束に重畳する光成分となり、パターンの像のコントラストを低下させる原因となるとともに、散乱光のカブリがある露光（カブリ露光）となるので、ポジ型の感光材料の場合には、パターン像の線幅細り現象として観測される。すなわち、フレアがあると、像面上の光強度にオフセットを生じるようになり、このフレアが、パターンの転写結果に重大な影響を及ぼす。したがって、予め像面上のフレア量を測定し、把握しておくことが、高精度な露光を行う際に非常に重要なポイントとなる。
【０１６５】
上記実施形態のような、空間像計測を、ウエハＷ上のフレア量の計測にも適用することができる。フレアには、像面上に一定のオフセットとしてかかるものと、空間像の明度部分の周辺に局地的に発生するものとに大別することができる。これらをそれぞれ、グローバルフレアとローカルフレアと呼んでいる。前者は、明るい空間像のエッジから例えば約１０μｍ以内でのみ発生し、後者は、それ以上離れても残留していることがわかっている。
【０１６６】
このフレア量を計測するためには、例えば、図１２に示されるような空間像ＰＭｙ”を形成する計測マークを用いることができる。この計測マークは、第１パターンとしてのＬ／ＳパターンＬＳ１と、その第１パターンＬＳ１を挟むように、かつ第１パターンＬＳ１と位置関係が既知である第２パターンとして一対のラインパターンＬＳ２から成るマークである。このようなマークでは、像面上のＬ／ＳパターンＬＳ１のスペース部分の空間像の幅Ｄ１の大きさは、周囲のパターン、ここではラインパターンＬＳ２の幅Ｄ３により影響を受ける。したがって、Ｄ３の値に応じたＤ１の値を、上記フーリエ積分と、像回復フィルタによる像回復によって得られた回復像を用いて検出すれば、フレア量の特性を精度良く計測することができる。なお、ここでは、上記実施形態と同様のスリット板９０と同形のスリット板９０Ａ（計測用パターンとしてライン形スリット２９ｙを有するスリット板）を用いているものとし、それをＦｙ方向に走査するものとする。図１２では、白抜き部分の明度が大であるとする。
【０１６７】
図１３には、Ｄ３に対するＤ１の変化を示すグラフの特性が示されている。このグラフにおいて、実線は、ローカルフレアがない場合のＤ３の変化に対するＤ１の変化の特性を示し、破線は、ローカルフレアがある場合のＤ３の変化に対するＤ１の変化の特性を示す。このＤ１の変化が、フレア量の特性に対応する。ここで、計測マークとしては、Ｄ１（＝Ｄ２）で９０〜１６０ｎｍで、解像限界がローコントラストとなる空間像を形成可能で、ラインパターンの本数が６〜１０本程度（図１２では６本）となるようなＬ／Ｓパターン（第１パターン）となる計測マークが用いられているものとする。
【０１６８】
図１３に示されるように、両者とも、Ｄ１の寸法は、Ｄ３が０から２μｍまでの間では、急激に小さくなっている。これは、Ｄ３＜２μｍでは、Ｄ１が、エッジ像のボケの影響を受けていることを示している。また、Ｄ３が２μｍから１０μｍの間では、Ｄ１の寸法は、ローカルフレアが存在する場合には、なだらかに大きくなっている。このことは、Ｄ１が、徐々にローカルフレアの影響を受け始めていることを示している。また、Ｄ３が約１０μｍより大きくなると、ローカルフレアが存在する場合は、そのローカルフレアの量が飽和して、Ｄ１は、変わらなくなってくる。したがって、Ｄ３が２μｍから１０μｍの間で変化した場合のＤ１の変化が、ローカルフレアの特性を示しているといえる。また、ローカルフレアがない場合には、Ｄ３＞２μｍでは、Ｄ１の寸法は一定となっている。このＤ１の寸法より、グローバルフレア量を算出することができる。
【０１６９】
なお、フレア計測は、上記空間像計測を行わず、レジストへの焼付けによりレジスト像を測定することによっても可能である。しかし、この方法を採用した場合には、レジスト材等の不安定要因が大きく、測定誤差が大きくなる可能性があるという不都合があった。したがって、このように、空間像の強度像（回復像）からＤ１を直接測定すれば、そのような不都合を考慮することなくフレア計測を実現することができる。なお、ここで、スリット幅を１００ｎｍとし、測定対象の線幅を１６０ｎｍ以下とすれば、上記像回復技術により、空間像強度分布は問題なく再現され、所定の閾値で回復後の空間像強度の線幅Ｄ１を算出することができる。
【０１７０】
また、フレア計測では、図１４に示されるような空間像ＰＭｙ'''を形成する計測マーク及び計測用パターンとしてのスリット２９ｙ’、２９ｘ’を用いることも可能である。
【０１７１】
前述のように、グローバルフレアの影響は、計測スリットの全体（図１４のスリット２９ｙ’）、非計測スリット（図１４のスリット２９ｘ’）の全体に及ぶ。グローバルフレアの影響は計測中一定であるので、単にオフセットと見なせる。図１４において、薄い網掛け部分は、ローカルフレアが発生している部分を示している。図１４に示されるように、ローカルフレアは計測方向にも非計測方向にも発生する。このローカルフレアが及ぶ範囲は、投影光学系ＰＬのレンズの性能に依存し、一般に、１０μｍ程度であるため、例えばＦ１＝１０μｍとする。この場合、ウエハ（像面）上換算でＬ１≒Ｌ（スリット２９ｙ’、２９ｘ’の長さ）≒５μｍ、Ｌ２（スリット２９ｙ’とスリット２９ｘ’のＸ軸方向の間隔）＞１０μｍと規定すれば、非計測スリット（空間像計測に用いていないスリット）であるスリット２９ｘ’には、そのマークによるローカルフレアが入らなくなる。
【０１７２】
したがって、図１４に示されるような空間像を形成する計測マークＰＭｙ'''と、計測用スリットパターン２９ｙ’、２９ｘ’を用いれば、より一層精度良くフレア量を計測することが可能となる。このような配置としたレチクルを用いて、Ｄ３の寸法を変化させながら、Ｄ１の寸法を上記空間像計測により計測すれば良い。
【０１７３】
なお、像回復後に得られる空間像（回復像）から、直接ローカルフレアを計測するようにしても良い。この場合でも、図１３に示されるように、像のボケ幅が２μｍ程度であるので、像の位置から２〜１０μｍの間の空間像強度がローカルフレアとなる。
【０１７４】
なお、上述した結像特性やフレア量などの計測の他、いわゆる光近接効果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity effect Correction）技術の評価にも、上記空間像計測を適用することができる。ＯＰＣは、投影光学系ＰＬのレンズの収差や光近接効果（ＯＰＥ：Optical  Proximity  Effect）の補正を行って、パターンの出来上がり寸法を設計値に近づける技術である。パターンの出来上がり寸法の検証は、現状ではレジストに像を焼付け、現像したパターンの寸法をＳＥＭで計測することもできる。しかしながら、このようなレジスト計測は、前述のように、計測再現性に難があり、空間像による直接測定が要望されている。上記空間像計測は、このような用途にまさに最適であり、空間像を回復することによって、高精度なＯＰＣを実現することができる。
【０１７５】
なお、上記空間像計測は、投影光学系ＰＬの射出瞳上の波面収差を示す収差関数例えばフリンジツェルニケの多項式における各項の係数の値の算出にも適用することができる。例えば、コマ収差（ツェルニケ項Ｚ7）などは、Ｌ／Ｓパターンの空間像（回復像）の位相ずれによって求めることができるし、球面収差（Ｚ9）等は、Ｌ／Ｓパターンの空間像（回復像）の振幅やコントラストから求めることが可能である。また、パターンの転写像のサイズとフォーカスとの対応関係を示すものとして、ＣＤ（クリティカルディメンジョン；Critical Dimension）−フォーカス曲線の算出や、同一条件の走査露光における空間像から得られた線幅と、レジスト像の線幅とを比較して、レジストの評価などにも、本発明を適用することが可能である。
【０１７６】
なお、上記実施形態では、計測用パターンに依存する関数とのコンボリューションとなる測定データのデコンボリューションの際のフーリエ積分に、不等幅の積分素片を適用したが、これには限られない。例えば、像面上に全面的に配置された光センサ（ラインセンサや２次元ＣＣＤなど）により検出された強度分布を周波数解析する場合にも、不等幅の積分素片によるフーリエ積分を実行することができる。
【０１７７】
また、上記実施形態では、計測された空間像に対応する複数の測定データの劣化を回復したが、本発明はこれに限定されず、一連の不等間隔の複数の測定データであれば、どのような測定データであっても、その測定データの周波数解析などを行うために離散フーリエ解析などを行う場合などにおいては、上記実施形態と同様に、不等幅の積分素片を適用することにより、精度良くフーリエ係数を求めることができる。例えば、光学系（レンズなど）の形状や、ウエハの表面形状や、露光装置のボディに発生する振動成分を計測し、周波数解析を行う場合にも適用することができる。
【０１７８】
また、上記実施形態では、１次元の測定データのフーリエ級数展開を行ったが、これに限らず、２次元以上の測定データのフーリエ変換等する場合にも、上記不等線幅のフーリエ積分を適用することが可能である。例えば、ウエハに対し、重ね合わせ露光を行う際に、ウエハ上の複数のサンプルショットの位置情報の実測値を用いて統計演算によりウエハ上の各ショットの位置情報（位置ずれ量の線形成分が補正された推定値）を算出するが、算出された各計測ショットの非線形成分の変動量をフーリエ級数で示すＧＣＭ（Grid Compensation for Matching）にも適用することが可能である。
【０１７９】
なお、上記実施形態では、光源１４のパルス発光のタイミング検出を、インテグレータ４６によって行ったが、光源１４から送られてくるレーザ光源のオン・オフ信号を検出することにより、パルス発光のタイミングを検出するようにしても良いし、空間像計測装置５９から送られてくる光電検出信号の値が所定値以上になった時点をパルス発光のタイミングとするようにしても良い。また、空間像計測装置５９のミラー８８或いはミラー９６を、ビームスプリッタに代えて、そのビームスプリッタの透過光により、パルス発光のタイミングを検出するようにしても良い。
【０１８０】
なお、上記実施形態では、遮光部にライン部としての光透過部が形成されたＬ／Ｓパターンを含む計測マークを用いたが、Ｌ／Ｓパターンに関しては、ライン部が遮光部で、スペースが光透過部であるＬ／Ｓパターンを採用することもできる。また、上記実施形態では、透過型マスクを用いたが、反射型マスクでも本発明を適用することができるのは勿論である。
【０１８１】
また、さらに、上記実施形態で用いる空間像計測装置は図３の構成に限られるものではなく任意で良い。例えば計測パターンとしては、ライン形スリットや、楔形スリットには限られず、例えばピンホールパターンなどでも良い。ピンホールパターンを用いた場合、上記実施形態のようにＸ軸方向及びＹ軸方向だけでなく、ＸＹ平面内のあらゆる方向からスキャンさせることができる。上記実施形態では、空間像計測装置５９の光導出部と受光部とを機械的に分離しているとしたが、これら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。
【０１８２】
また、上記実施形態では、計測マークとしてレチクルＲ上に形成された計測マークを空間像の計測対象としたが、レチクルステージＲＳＴ上に固定されたレチクルマーク板に形成された計測マークを空間像の計測対象とすることもできる。また、光強度信号を得るためにウエハステージＷＳＴを駆動する代わりに、レチクルステージＲＳＴを駆動しても良い。
【０１８３】
また、上記実施形態において規定された各構成要素の寸法やシミュレーションの条件等はあくまでも一例であり、あらゆる変形及び変更が可能であることは勿論である。
【０１８４】
また、上記実施形態では、露光用照明光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）又はＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などを用いる場合について説明したが、これに限らず、ＥＵＶ光、硬Ｘ線、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線等を露光用照明光として用いることができる。なお、ＥＵＶ光を用いる露光装置では、前述の計測マークが反射型となり、空間像計測装置５９はＥＵＶ光を、例えば蛍光などによって波長変換して前述の光強度信号を得ることになる。
【０１８５】
また、上記実施形態では、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、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれであっても良いし、投影像は倒立像だけでなく、正立像などでも良い。また、上記実施形態と同様の縮小系を用いる場合に、その投影倍率は１／５、１／６などであっても良く、このような場合には、計測マーク、基準マークのサイズ、配置などを、その投影倍率に応じて定めることが望ましい。
【０１８６】
すなわち、計測された空間像に対し不等幅の積分素片を用いたフーリエ積分が実現されればよいのであって、上記実施形態における露光装置２０の各構成要素のうち、このフーリエ積分に寄与しない構成要素は、あらゆる設計上の変形が可能である。
【０１８７】
なお、上記実施形態では、本発明がステップ・アンド・スキャン方式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、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを基板に転写するとともに、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置にも本発明を適用することができる。
【０１８８】
また、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子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）、マイクロマシン、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。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。
【０１８９】
この他、例えば国際公開ＷＯ９９／４９５０４号などに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置などに本発明を適用しても良い。この液浸型露光装置では投影光学系ＰＬとスリット板９０との間に液体を満たした状態で前述の計測を行うことが好ましい。また、投影光学系ＰＬを介してレチクルパターンの転写が行われる露光位置と、ウエハアライメント系によるマーク検出が行われる計測位置（アライメント位置）とにそれぞれウエハステージを配置して、露光動作と計測動作とをほぼ並行して実行可能なツインウエハステージ方式の露光装置などに本発明を適用しても良い。このツインウエハステージ方式の露光装置は、例えば特開平１０−２１４７８３号公報及び対応する米国特許第６，３４１，００７号、あるいは国際公開ＷＯ９８／４０７９１号及び対応する米国特許第６，２６２，７９６号などに開示されている。
【０１９０】
《デバイス製造方法》
次に、上述した露光装置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説明する。
【０１９１】
図１５には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、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が示されている。図１５に示されるように、まず、ステップ３０１（設計ステップ）において、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３０２（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を製作する。一方、ステップ３０３（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
【０１９２】
次に、ステップ３０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ３０１〜ステップ３０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ３０５（デバイス組立てステップ）において、ステップ３０４で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ３０５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）等の工程が必要に応じて含まれる。
【０１９３】
最後に、ステップ３０６（検査ステップ）において、ステップ３０５で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久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。
【０１９４】
図１６には、半導体デバイスにおける、上記ステップ３０４の詳細なフロー例が示されている。図１６において、ステップ３１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ３１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ３１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ３１４（イオン打ち込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ３１１〜ステップ３１４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。
【０１９５】
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３１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ３１６（露光ステップ）において、上記実施形態の露光装置１０及びその露光方法を用いてマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ３１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステップ３１８（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３１９（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。
【０１９６】
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、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０１９７】
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３１６）において上記実施形態の露光装置１０が用いられるので、高精度な露光を実現することができる。この結果、より高集積度のデバイスの生産することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１９８】
以上説明したように、本発明に係る測定データ回復方法は、一連の複数の測定データの劣化を回復するのに適しており、本発明の計測方法は、断続的に発射されるエネルギービームが照射される計測マークの空間像を計測するのに適しており、本発明の評価方法は、投影光学系の結像特性を評価するのに適しており、本発明の露光方法は、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に適しており、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの生産に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１９９】
【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１のウエハステージ近傍を拡大し、Ｚチルトステージの駆動装置とともに示す図である。
【図３】図１の空間像計測装置の内部構成を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、空間像の計測に際してライン形スリットのスリット板上に空間像ＰＭｙ’が形成された状態を示す図であり、図４（Ｂ）は、その空間像計測の際に得られる光電変換信号（光強度信号）の一例を示す線図である。
【図５】図５（Ａ）は、空間像の計測に際して楔形スリットのスリット板上に空間像ＰＭｙ’が形成された状態を示す図であり、図５（Ｂ）は、その空間像計測の際に得られる光電変換信号（光強度信号）の一例を示す線図である。
【図６】ライン形スリットを用いた場合での像回復を説明するための図であって、装置関数とその逆数の像回復フィルタとを示す図である。
【図７】楔形スリットを用いた場合での像回復を説明するための図であって、装置関数とその逆数の像回復フィルタとを示す図である。
【図８】ライン形スリットを用いた場合での像回復のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図９】楔形スリットを用いた場合での像回復のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１０】フーリエ積分の手順を示すフローチャートである。
【図１１】フーリエ積分を説明するための波形の一例を示す図である。
【図１２】フレア計測に際してライン形スリットのスリット板上に空間像ＰＭｙ”が形成された状態を示す図である。
【図１３】フレア量の特性の一例を示すグラフである。
【図１４】フレア計測に際してライン形スリットのスリット板上に空間像ＰＭｙ'''が形成された状態を示す図である。
【図１５】本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図１６】図１５のステップ３０４の詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０２００】
１４…光源、２８ｘ、２８ｙ、２９、２９ｙ、２９ｘ、２９ｙ’、２９ｘ’…スリット（計測用パターン）、５０…主制御装置、５９…空間像計測装置（センサ）、７０…ステージ制御装置、Ｐ…光強度信号（光電検出信号）、ＰＬ…投影光学系、ＰＭｙ，ＰＭｘ…計測マーク、ＩＬ…照明光、Ｐinv（ｕ）…像回復フィルタ（劣化回復フィルタ）、ＰＭｙ’、ＰＭｙ”、Ｐｍｙ'''…空間像、Ｒ…レチクル（マスク）、Ｗ…ウエハ（感光物体）。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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