(57)【要約】【課題】投影光学系の収差を短時間に計測する。【解決手段】投影光学系ＰＬ内の所定のレンズエレメント１３1 ，１３2 の光軸方向の位置及び２軸の周りの傾斜角を制御することによって、投影光学系ＰＬの結像特性を補正する。投影光学系ＰＬの結像特性を初期状態に復帰させるために、投影光学系ＰＬの所定の複数の収差を計測し、これらの収差を補正するようにレンズエレメント１３1 ，１３2 を駆動する。この際に、投影光学系ＰＬの像面上での収差の計測点数を少なくするために、同じ次数の収差の中では像面座標次数が低い収差を優先的に計測する。【選択図】図２
2006279028.tif 000002
【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において、
前記投影光学系の計測対象の収差の次数をＮ（Ｎは１以上の整数）として、前記投影光学系のＮ次の収差の数よりも、実際に計測する収差の数を少なく設定する第１工程と、
前記投影光学系のＮ次の収差のうち、像面座標次数が低い収差を優先的に計測する第２工程とを備えたことを特徴とする収差計測方法。
【請求項２】
前記第２工程において、前記投影光学系のＮ次の収差中の像面座標次数が同じ収差のうち、前記投影光学系の瞳におけるアジマス周波数が低い収差を優先的に計測する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】
前記投影光学系の計測対象の収差を６次の回転対称収差としたとき、
前記第２工程において、６次球面収差、及び６次コマ収差の順に優先的に計測する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】
前記投影光学系の計測対象の収差を５次の偏芯収差としたとき、
前記第２工程において、５次偏芯コマ収差の２成分、及び５次球面収差チルトの２成分の順に優先的に計測する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５】
投影光学系の収差を計測する収差計測方法において、
前記投影光学系の計測対象の収差の次数をＮ（Ｎは１以上の整数）として、前記投影光学系のＮ次の収差の数よりも、実際に計測する収差の数を少なく設定する第１工程と、
前記投影光学系のＮ次の収差中の像面座標次数が同じ収差のうち、前記投影光学系の瞳におけるアジマス周波数が低い収差を優先的に計測する第２工程とを備えたことを特徴とする収差計測方法。
【請求項６】
前記第２工程は、計測用パターンの前記投影光学系による像の強度分布を計測する第３工程と、前記計測される強度分布に基づいて前記投影光学系の収差を求める第４工程とを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の収差計測方法。
【請求項７】
前記計測用パターンは、異なる２方向に沿って配列されたマークを含むことを特徴とする請求項６に記載の光学特性計測方法。
【請求項８】
前記計測用パターンは、異なる６方向に沿って配列されたマークを含むことを特徴とする請求項７に記載の光学特性計測方法。
【請求項９】
前記第４工程は、前記投影光学系の収差をツェルニケ多項式で表す工程を含むことを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項１０】
露光ビームで第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９のいずれか一項に記載の収差計測方法で計測する計測工程と、
前記計測工程で計測される収差に基づいて、前記投影光学系の結像特性を制御するために、前記投影光学系を構成する１つ又は複数の光学部材の姿勢を制御する補正工程とを備えたことを特徴とする露光方法。
【請求項１１】
投影光学系の収差を調整する調整方法において、
前記投影光学系の収差を請求項１から９のいずれか一項に記載の収差計測方法で計測する計測工程と、
前記計測工程で計測される収差に基づいて、前記投影光学系の収差を調整する調整工程
とを備えたことを特徴とする投影光学系の調整方法。
【請求項１２】
投影光学系の収差を計測する収差計測装置において、
計測用パターンを照明する照明系と、
前記計測用パターンの前記投影光学系による像の強度分布を計測する計測系と、
前記計測系の計測結果に基づいて、前記投影光学系のＮ次の収差のうち、像面座標次数が低い収差を優先的に求める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１３】
前記演算装置は、前記投影光学系のＮ次の収差中の像面座標次数が同じ収差のうち、前記投影光学系の瞳におけるアジマス周波数が低い収差を優先的に求めることを特徴とする請求項１２に記載の収差計測装置。
【請求項１４】
投影光学系の収差を計測する収差計測装置において、
計測用パターンを照明する照明系と、
前記計測用パターンの前記投影光学系による像の強度分布を計測する計測系と、
前記計測系の計測結果に基づいて、前記投影光学系のＮ次の収差中の像面座標次数が同じ収差のうち、前記投影光学系の瞳におけるアジマス周波数が低い収差を優先的に計測する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１５】
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の、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の収差計測装置と、
前記収差計測装置の計測結果に基づいて、前記投影光学系の結像特性を制御するために前記投影光学系を構成する１つ又は複数の光学部材の姿勢を制御する結像特性補正装置と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計測技術、及びこの計測技術を用いる露光技術に関し、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好適なものである。
【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としてのウエハ（又はガラスプレート等）上に転写する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結像特性の精度も高くなってきている。その結像特性の評価指標（性能評価指標）としては、通常は収差が用いられている。
【０００３】
投影光学系の収差の変化要因としては、露光光の照射によるレンズの加熱（ヒート）、大気圧変動による屈折率変化、露光光がエキシマレーザ等のレーザ光である場合のレーザ波長の変化、及び露光光の照射によるレチクルの膨張などがあり、これらの要因に応じて投影光学系の様々な収差が変動する。また、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するための結像特性制御機構が備えられている。
【０００４】
従来は、それらの収差変動のうちのレンズのヒートによる収差変動については、所定の計測用マークを用いて露光光の照射量を変えながらベストフォーカス位置及び倍率の変化量を計測することで、予めその照射量とベストフォーカス位置及び倍率の変化量との関係を求めていた。そして、実際のデバイス用のレチクルのパターンを露光する際には、露光光の照射量に応じてそのベストフォーカス位置及び倍率の変化量を打ち消すようにその結像特性制御機構を制御していた。この際に、その計測用マークを用いて迅速に投影光学系の所定の収差を計測するために、そのマークの空間像（投影像）を計測し、この計測結果に基づいてその収差を算出する方法（以下、「空間像計測法」と呼ぶ）も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１７０３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
投影光学系の計測すべき収差としては、上記のレンズのヒート等に起因する収差の他に、上記の結像特性制御機構によって姿勢が制御可能な複数のレンズエレメントの偏芯、傾き、平行シフトにより発生する収差、言うなれば「エレメント移動起因収差」がある。例えば露光開始時には、レンズのヒート等が無い状態において、その投影光学系のエレメント移動起因収差をオンボディで計測した後、個々の制御可能なレンズエレメントの傾斜角を含む移動量を計算し、その移動量を相殺するように各レンズエレメントの姿勢を制御することによって、投影光学系の結像特性を例えば所定の収差が許容範囲内に収まった初期状態に復帰させておくことが望ましい。
【０００６】
この際に、その制御対象のレンズエレメントの数、及び各レンズエレメントの姿勢の自由度によってその制御対象のレンズエレメントの全体としての自由度が決定される。そし
て、性能評価指標としての計測対象の収差の数は、その全体としての自由度以上に設定する必要がある。この場合、制御対象のレンズエレメントの全体としての自由度が大きくなるほど、投影光学系の結像特性を広い範囲で制御可能になるが、その一方で計測対象の収差の数も増やす必要がある。
【０００７】
しかしながら、単に計測対象の収差の数を増加させると、投影光学系の像面上での収差の計測点の数を増加させる必要があるため、計測時間が長くなり、露光工程のスループットが低下するという問題がある。
本発明は、斯かる点に鑑み、投影光学系の収差を短時間に計測できる収差計測技術を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、投影光学系の収差を短時間に計測でき、その結果としてその投影光学系の結像特性を短時間に所望の状態に制御できる露光技術及び調整技術を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による第１の収差計測方法は、投影光学系（ＰＬ）の収差を計測する収差計測方法において、その投影光学系の計測対象の収差の次数をＮ（Ｎは１以上の整数）として、その投影光学系のＮ次の収差の数よりも、実際に計測する収差の数を少なく設定する第１工程と、その投影光学系のＮ次の収差のうち、像面座標次数が低い収差を優先的に計測する第２工程とを備えたものである。その計測対象の収差の一例は、波面収差である。
【００１０】
斯かる本発明によれば、像面座標系の半径をｈ、瞳面座標系の半径をρとして、像面座標次数をａ、瞳座標次数をｂとすると、収差の次数Ｎは（ａ＋ｂ）となる。また、収差はｈa ρb にそれらの座標系の角度の関数を掛けた形になるため、像面座標次数ａが低い収差（即ち、瞳座標次数ｂが高い収差）は、像面座標次数ａが高い収差（即ち、瞳座標次数ｂが低い収差）に比べて、半径ｈに関して低次の関数になって緩やかに変化するため、投影光学系の像面において光軸から半径方向の収差の測定点数を少なくすることができる。従って、収差の計測時間を短縮できる。
【００１１】
本発明のその第２工程において、その投影光学系のＮ次の収差中の像面座標次数が同じ収差のうち、その投影光学系の瞳におけるアジマス周波数（以下、「瞳内アジマス周波数」ともいう。）が低い収差を優先的に計測してもよい。瞳内アジマス周波数が低い収差は、瞳内アジマス周波数が高い収差に比べて、瞳中心軸の周りの変化が緩やかになるため、円周方向の収差の測定点数を少なくすることができる。従って、収差の計測時間を短縮できる。
【００１２】
本発明において、一例として、その投影光学系の計測対象の収差を６次の回転対称収差としたとき、その第２工程において、６次球面収差、及び６次コマ収差の順に優先的に計測される。このとき、６次球面収差及び６次コマ収差の像面座標次数はそれぞれ０及び１である。
また、別の例として、その投影光学系の計測対象の収差を５次の偏芯収差としたとき、その第２工程において、５次偏芯コマ収差の２成分、及び５次球面収差チルトの２成分の順に優先的に計測される。このとき、５次偏芯コマ収差及び５次球面収差チルトの像面座標次数はそれぞれ０及び１である。また、５次偏芯アスも像面座標次数は１であるが、５次球面収差チルトの瞳内アジマス周波数は５次偏芯アスの瞳内アジマス周波数よりも小さいため、５次球面収差チルトが優先される。
【００１３】
また、本発明による第２の収差計測方法は、投影光学系（ＰＬ）の収差を計測する収差計測方法において、その投影光学系の計測対象の収差の次数をＮ（Ｎは１以上の整数）として、その投影光学系のＮ次の収差の数よりも、実際に計測する収差の数を少なく設定す
る第１工程と、その投影光学系のＮ次の収差中の像面座標次数が同じ収差のうち、その投影光学系の瞳におけるアジマス周波数が低い収差を優先的に計測する第２工程とを備えたものである。
【００１４】
本発明によれば、瞳内アジマス周波数が低い収差は、瞳内アジマス周波数が高い収差に比べて、瞳中心軸の周りの円周方向の測定点数を少なくすることができる。従って、収差の計測時間を短縮できる。
この場合、一例として、その投影光学系の計測対象の収差を像面座標次数が１で５次の偏芯収差とすると、５次偏芯アスに対して５次球面収差チルトが優先される。
【００１５】
また、その第２工程は、計測用パターン（５Ａ〜５Ｆ）のその投影光学系による像の強度分布を計測する第３工程と、その計測される強度分布に基づいてその投影光学系の収差を求める第４工程とを含むことができる。これによって、空間像計測法で迅速に収差を求めることができる。
また、一例として、その計測用パターンは、異なる２方向に沿って配列されたマークを含む。これによって、計測対象の収差を波面収差で表すとともに、波面収差をツェルニケ多項式で表した場合に、１６次までのツェルニケ多項式で表される波面収差のうちの０θ、１θ、ｃｏｓ２θ成分が計測可能である。
【００１６】
また、別の例として、その計測用パターンは、異なる６方向に沿って配列されたマークを含む。これによって、３７次までのツェルニケ多項式で表される波面収差が計測可能である。
また、一例として、その第４工程は、その投影光学系の収差をツェルニケ多項式で表す工程を含む。像面上の所定の計測点で収差をツェルニケ多項式の係数で求めた後、所定の演算を施すことによって、容易に所定の像面座標次数や所定の瞳内アジマス周波数の収差を求めることができる。
【００１７】
次に、本発明による露光方法は、露光ビームで第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、本発明の収差計測方法で計測する計測工程と、その計測工程で計測される収差に基づいて、その投影光学系の結像特性を制御するために、その投影光学系を構成する１つ又は複数の光学部材の姿勢を制御する補正工程とを備えたものである。
また、本発明による投影光学系の調整方法は、投影光学系の収差を調整する調整方法において、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計測工程と、その計測工程で計測される収差に基づいて、その投影光学系の収差を調整する調整工程とを備えたものである。
【００１８】
これらの本発明によれば、その投影光学系の結像特性又は収差を短時間に所望の状態に制御又は調整できる。
次に、本発明による第１の収差計測装置は、投影光学系（ＰＬ）の収差を計測する収差計測装置において、計測用パターン（５Ａ〜５Ｆ）を照明する照明系（１４，１２）と、その計測用パターンのその投影光学系による像の強度分布を計測する計測系（５９）と、その計測系の計測結果に基づいて、その投影光学系のＮ次の収差のうち、像面座標次数が低い収差を優先的に求める演算装置（５０）とを備えたものである。
【００１９】
本発明によれば、投影光学系の像面において半径方向の収差の測定点数を少なくすることができるため、収差の計測時間を短縮できる。
また、一例として、その演算装置は、その投影光学系のＮ次の収差中の像面座標次数が同じ収差のうち、その投影光学系の瞳におけるアジマス周波数が低い収差を優先的に求める。これによって、さらに収差の計測時間を短縮できる。
【００２０】
また、本発明による第２の収差計測装置は、投影光学系（ＰＬ）の収差を計測する収差計測装置において、計測用パターン（５Ａ〜５Ｆ）を照明する照明系（１４，１２）と、その計測用パターンのその投影光学系による像の強度分布を計測する計測系（５９）と、その計測系の計測結果に基づいて、その投影光学系のＮ次の収差中の像面座標次数が同じ収差のうち、その投影光学系の瞳におけるアジマス周波数が低い収差を優先的に計測する演算装置（５０）とを備えたものである。
【００２１】
本発明によれば、投影光学系の瞳面において円周方向の収差の測定点数を少なくすることができるため、収差の計測時間を短縮できる。
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の、本発明の収差計測装置と、その収差計測装置の計測結果に基づいて、その投影光学系の結像特性を制御するためにその投影光学系を構成する１つ又は複数の光学部材の姿勢を制御する結像特性補正装置（７８，２０）とを備えたものである。本発明によれば、その投影光学系の結像特性を短時間に所望の状態に制御できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、投影光学系の像面又は瞳面上での収差の計測点の数を少なくできるため、その投影光学系の収差を短時間に計測できる。
また、本発明の露光方法及び装置によれば、投影光学系の収差を短時間に計測できるため、その投影光学系の結像特性を短時間に所望の状態に制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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、ステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置、即ちスキャニングステッパーである。
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）、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、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
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によって更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。
【００２８】
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。
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。
【００２９】
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。ビームスプリッタ２６、集光レンズ４４、及びインテグレータセンサ４６が照射量制御系に対応している。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。
【００３０】
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）のパターンの像をウエハＷ（第２物体）の上面（第２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。
【００３１】
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。
【００３２】
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補正装置が備えられている。
図２は、図１中の投影光学系ＰＬの結像特性補正装置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、１３３、１３４、１３５、１３６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（Ｚ方向）及びＸＹ平面に対する直交する２軸の周りの傾斜方向に微小駆動可能に構成されている。なお、レンズエレメント１３３、１３４、１３５、１３６用の駆動素子は不図示である。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。
【００３３】
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を含んで結像特性補正装置が構成されている。これによって、投影光学系ＰＬの結像特性としての波面収差又は所定の収差が補正される（詳細後述）。なお、その可動（制御対象）のレンズエレメントの数は任意で良い。但し、例えば可動のレンズエレメントの数と姿勢制御の自由度とから定まる全体としての駆動（移動）の自由度が、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している。従って、補正対象の波面収差の種類（後述のツェルニケ多項式で表される波面収差のうちの補正対象の収差の数）又は補正対象の結像特性としての収差の数に応じて、可動のレンズエレメントの全体としての駆動の自由度を定めれば良い。一例として、本例の可動のレンズエレメントの個数は６個であり、各レンズエレメントの駆動の自由度は３であるため、全体としての駆動の自由度は１８（＝３×６）である。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。なお、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して前述の移動鏡５２Ｒの反射面を形成しても良い。
【００３７】
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）が形成された基準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と同材質のガラス素材、例えば合成石英や蛍石、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。更に、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チルトステージ３８のＺ位置駆動部２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃによる各支持点のアクチュエータ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ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〜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、２１Ｂ、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）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。なお、Ｚチルトステージ３８の端面を鏡面加工して前述の移動鏡５２Ｗの反射面を形成するようにしてもよい。
【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、即ちミラー９６、受光レンズ８９、光電変換素子から成る光センサ９４（光電センサ）等とを備えている。
【００４４】
これを更に詳述すると、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エキシマレーザ光の透過性の良い、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を介して鉛直下向きに入射した照明光ＩＬ（結像光束）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、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、投影光学系ＰＬを透過してきた照明光ＩＬ（結像光束）によってスリット板９０が照明される。そして、そのスリット板９０のスリット１２２を通過した照明光ＩＬが、レンズ８４、ミラー８８、レンズ８６、及び送光レンズ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及び受光レンズ８９を介して光センサ９４によって受光され、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）ＰＳが図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。更に、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のアライメント系ＡＬＧが設けられている。本例では、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系、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からの撮像信号が、不図示のアライメント制御装置に供給される。
【００５２】
更に、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ため、その構成についての詳細な説明を省略する。
【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、実露光用のレチクル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、計測及び補正対象の投影光学系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、先ず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。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。
【００５８】
【数１】
2006279028.tif 000003
【００５９】
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。
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）によって表される波面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。
【００６０】
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。
【００６１】
【表１】
2006279028.tif 000004
【００６２】
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。例えば、表１に示されるｆ７及びｆ８については、その動径関数がともに３ρ3−２ρ で、奇関数であり、ｆ５及びｆ６は、その動径関数がともにρ2 で、偶関数となっている。各次数のツェルニケ多項式中の角度θの関数は、ｓｉｎ（ｍθ）（ｍは１以上の整数）、又はｃｏｓ（ｍθ）（ｍは０以上の整数）である。そして、その角度ｍθを規定する整数ｍが奇数である場合には、対応する動径関数が奇関数となり、整数ｍが０又は偶数である場合には、対応する動径関数が偶関数となる。このように、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。
【００６３】
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。なお、ｉ次のツェルニケ多項式の係数である収差Ｚi を用いると、球面収差（偶関数収差）は収差Ｚ9,Ｚ16、コマ収差（奇関数収差）は収差Ｚ7,Ｚ8,Ｚ14，Ｚ15、及びディストーション（奇関数収差）は収差Ｚ2,Ｚ3 である。
【００６４】
本例では、波面収差を計測するため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の波面収差の計測等について詳述する。
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実露光用のレチクル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、所定の箇所にＹ方向に周期性を有しライン部の幅とスペース部の幅との比（デューティ比）が１：１のラインアンドスペースパターン（以下、「Ｌ＆Ｓパターン」と呼ぶ）から成る計測用マークＰＭが形成されているものとする。なお、このような計測用マークＰＭは、実際にはレチクルマーク板ＲＦＭ上に複数個設けられているマークのうちの一つである。
【００６５】
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。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、照明光ＩＬの照明領域が計測用マークＰＭを含む所定領域のみに制限される。
【００６６】
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、計測用マーク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の像面に計測用マークＰＭの空間像（投影像）ＰＭ’が形成される。このとき、ウエハステージＷＳＴは、空間像計測装置５９のスリット板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’が形成される位置に設定されているものとする。このときのスリット板９０を投影光学系ＰＬ側から見たときの平面図が図４（Ａ）に示されている。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’のピッチ（周期）は、計測用マークＰＭのＬ＆Ｓパターンのピッチの１／４となる。なお、以下の説明では、各計測マーク等の線幅及びピッチは、それぞれその空間像の線幅及びピッチを指しているものとする。
【００６７】
そして、主制御装置５０によって、ウエハステージ駆動系５６Ｗを介してウエハステージＷＳＴ（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に垂直な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。
【００６８】
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）の影響で像が平均化する。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。本例では、スリット幅２Ｄは、２００ｎｍ程度以下で、例えば１００〜１５０ｎｍ程度に設定される。なお、スリット１２２の代わりに、ピンホールを用いて空間像ＰＭ’を走査してもよい。ピンホールの場合には方向性はないが、光量が少なくなる。そこで、特に空間像ＰＭ’のピッチが大きいような場合に、ピンホールを使用することができる。また、ピンホールを用いる場合には、受光量を多くするために、その直径はスリット幅２Ｄの２倍程度、即ち４００ｎｍ程度以下で例えば２００〜３００ｎｍ程度に設定される。
【００６９】
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、計測用マーク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（第３工程）。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、その情報を用いて奇関数収差及び偶関数収差、ひいては波面収差を求めることができる（第４工程）。更に、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。
【００７０】
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、後述のように方向及びピッチの異なる種々の周期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上に形成された開口パターンとしての複数のスリットの配置を示し、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。更に、スリット板９０上には、それぞれ幅２Ｄで長さＬ１の６個の収差計測用のスリット９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆが形成されている。この場合、スリット９Ａ及び９Ｄはそれぞれスリット１２２ｂ及び１２２ａの延長上に配置され、残りの４個のスリット９Ｂ，９Ｃ，９Ｆ，９Ｅはほぼ正方形の４個の頂点の位置にあり、１組のスリット１２２ｂ及び９Ａと、別の１組のスリット１２２ａ及び９Ｄとはほぼその正方形の隣り合う２辺を構成している。また、その正方形のほぼ中心に直径がほぼ４Ｄのピンホール１２３が形成されている。これらのスリット１２２ａ，１２２ｂ，９Ａ〜９Ｆ、及びピンホール１２３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及び９Ｄ、スリット１２２ｂ及び９Ａ、スリット９Ｂ、スリット９Ｃ、スリット９Ｅ、スリット９Ｆ、並びにピンホール１２３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１組若しくは一つのスリット、又はピンホール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。
【００７１】
本例では、各スリット像のスリット幅２Ｄは１００ｎｍ程度、スリット１２２ａ，１２２ｂの長さＬは８μｍ程度、スリット９Ａ〜９Ｆの長さＬ１は３μｍ程度である。これらのスリット幅及び長さは、投影像の段階での値である。また、スリット１２２ａとスリット９Ｄとの間隔、及びスリット１２２ｂとスリット９Ａとの間隔はそれぞれ１〜２μｍ程度である。この場合、スリット１２２ａ及び１２２ｂは、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。また、スリット１２２ａ及び１２２ｂを使用する際には、それぞれその延長上にある収差計測用のスリット９Ｄ及び９Ａも同時に使用される。このようにスリット１２２ａ及び１２２ｂに対してそれぞれ収差計測用のスリット９Ｄ及び９Ａを同時に使用することによって、ベストフォーカス位置及び像位置の計測時に十分な光量を確保することができ、計測再現性が向上する。
【００７２】
また、図５の収差計測用のスリット９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，及び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°、φ５、φ６、０°、φ７、及びφ８で交差する方向である。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°、φ１（＝φ５−９０°）、φ２（＝φ６−９０°）、９０°、φ３（＝φ７＋９０°）、及びφ４（＝φ８＋９０°）で交差している。一例として、角度φ１は３０°、角度φ２は４５°、角度φ３は１２０°、角度φ４は１３５°である。このように本例のスリット板９０を使用することによって、投影光学系ＰＬの収差をオンボディで迅速に計測することができる。
【００７３】
なお、計測対象の収差が、後述のように係数Ｚ37までの０θ、１θ、ｃｏｓ２θ成分である場合には、図５のスリット板９０上の２個のスリット９Ａ，９Ｄ、即ち計測方向がＸ軸に対して０°、９０°で交差する２個のスリット（開口パターン）を使用するのみでもよい。
そして、偶関数成分の収差を計測する際にはデフォーカスの収差、ツェルニケ多項式の第４項Ｚ4 、第９項Ｚ9 、第１６項Ｚ16などの偶関数成分の１つ又は複数の項の収差量を変化させながら、上記のスリット板９０を用いて対象マークの基本周波数成分の振幅を計測する。このとき、最大振幅を与える偶関数収差量から、波面内の対応する点の偶関数収差量を算出することができる。なお、収差Ｚ4 、Ｚ9 、Ｚ16などは、図２の結像特性補正装置を用いて投影光学系ＰＬの対応するレンズエレメントを移動させることによって制御できる。
【００７４】
一方、奇関数成分の収差を計測する際には空間像強度信号の基本周波数成分の位相を計測し、波面内の対応点の収差量に換算すればよい。
以上の収差計測方法では、奇関数収差と偶関数収差とを個別に検出した。以下では、収差を投影光学系ＰＬの射出瞳（又は瞳面）での位相分布と見なすことによって、奇関数収差と偶関数収差とを統一して計算する方法につき説明する。先ず、その射出瞳上の規格化された動径ρ及び角度θを用いて、位置（ρ，θ）での偶関数収差をＨ_even(ρ，θ）とする。このとき、一例として、上記の９次のツェルニケ多項式ｆ９（ρ，θ)(＝６ρ4−
６ρ2＋１）によって表される収差Ｚ9 に換算して偶関数収差を計測する方法を用いると
、偶数次数のツェルニケ多項式ｆeven（ρ，θ）によって表される偶関数収差Ｈ_even(ρ，θ）は次のように表わすことができる。この場合、その収差（位相）を計測する位置は、所定ピッチＰｍｅｓの周期的マークからの回折光が通過する位置（ρ＝ρp ，θ＝Ψp)であるとする。偶関数収差量はρ＝０の瞳面中心からの相対的収差量である。収差Ｚ9 以外にも制御可能な偶関数収差、例えばデフォーカスなどによって瞳中心と計測点の収差を計測することができる。
【００７５】
Ｈ_even(ρp，Ψp）＝［ｆeven(ρp，Ψp）−１］λeven-mes
＝［ｆ９(ρp，Ψp）−１］λmes＝（６ρp4−６ρp2）λmes …（１８）
ここで、ツェルニケ多項式ｆeven（ρ，θ）は、例えばｆ１６、ｆ２５等であり、λeven-mesは、その偶数次数のツェルニケ多項式ｆeven（ρ，θ）によって表される収差の量（係数）である。また、λevenは、そのピッチＰの周期的マークの空間像をフーリエ変換した１次成分の振幅またはコントラスト（＝１次成分の振幅／０次振幅）が最大になるときの収差Ｚ9 の量である。
【００７６】
（１８）式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の収差であるが、有効光源の大きさが或る程度大きい場合には、ツェルニケ多項式によって決まる収差（例えばｆeven(ρp，Ψp））はその有効光源の面積内の平均値を用いること
になる。
【００７７】
一方、射出瞳上の位置（ρ，θ）での奇関数収差をＨ_odd（ρ，θ）とすると、この奇関数収差は、上記の奇関数収差の計測方法で述べたように、例えば複数のピッチの異なるＬ＆Ｓパターンの空間像の基本波成分の相対的な位相差Φを計測することによって求めることができる。また、奇関数収差は、基本波成分のパターン設計位置からの位相差Φを計測することによって求めることもできる。この計測を行うにあたって、レチクルのパターン描画誤差が問題になる場合は、製造誤差よりパターン設計位置を補正することが望ましい。また、その位相差Φに対応する空間像の横シフト量をΔとする。このとき、その位相差Φ（横シフト量Δ）及び照明光の波長λを用いると、所定ピッチＰｍｅｓの周期的マークからの回折光が通過する位置（ρ＝ρp ，θ＝Ψp)での奇関数収差Ｈ_odd（ρp，Ψp）は、次式で表わすことができる。奇関数収差量は、Ｈ_odd（ρp，Ψp）＝−Ｈ_odd（ρp
，Ψp＋１８０°）の関係がある。位相差Φは空間像をフーリエ変換して得られる一次成
分の設計値からの位相ズレとして求めてもよい。
【００７８】
Ｈ_odd（ρp，Ψp）＝（Δ／Ｐｍｅｓ）λ＝［Φ／（２π）］λ  …（１９）
そして、投影光学系ＰＬの射出瞳上の位置（ρp ，Ψp)での位相分布である波面収差Ｈ（ρp，Ψp）は、次のように（１８）式の偶関数収差、（１９）式の奇関数収差、及びオンボディでは計測しない高次収差よりなるオフセットＨ_off（ρp，Ψp）の総和である。なお、オフセットＨ_off（ρp，Ψp）は、例えば予め計算によって求められており、その情報は図１のメモリ５１内に記憶されている。
【００７９】
Ｈ（ρp，Ψp）＝Ｈ_even(ρp，Ψp）＋Ｈ_odd（ρp，Ψp）
＋Ｈ_off（ρp，Ψp）                          …（２０）
次に、（２０）式の投影光学系ＰＬの射出瞳（又は瞳面）上の波面収差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。この場合、実際の投影光学系ＰＬの波面収差は、１６次以上のツェルニケ多項式で表される高次の収差成分を含むが、１７次以上の成分は実質的に経時変化が生じないので、投影光学系ＰＬの１７次以上のツェルニケ多項式で表される収差に依る位相分布は予め計算で求めておき、本例の投影露光装置の固有のオフセットＨ_off（ρp，Ψp）として記憶しておいてもよい。
【００８０】
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（１８）式の偶関数収差及び（１９）式の奇関数収差を計測し、その計測値と上記のように予め記憶してあるオフセットＨ_off（ρk，Ψk）とを加算した結果を波面収差Ｈ（ρk，Ψk）とすればよい。このｍ個の波面収差Ｈ（ρk，Ψk）は、投影光学系の瞳面上での位相情報でもある。なお、以下では位置（ρk，Ψk）上の計測点を計測点（ρk，Ψk）とも呼ぶ。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の計測用マークＰＭ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。
【００８１】
【数２１】
2006279028.tif 000005
【００８２】
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。
【００８３】
Ｈ＝ＤＡ＋ε            …（２２）
図１の主制御装置５０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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
なお、収差量の計測再現性を良くするためには条件数（condition number）が小さいほど良い。条件数の最小値は１である。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。その条件数は、一例として１０以下であることが望ましい。
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）
このようにして任意のｎ次までのツェルニケ多項式で表される波面収差を求めることができる。
【００８７】
その後、投影光学系ＰＬの像面上の所定の複数の計測点でそれぞれ上記のｎ次までのツェルニケ多項式で表される収差を求める。次に、主制御装置５０（演算装置）は、所定のツェルニケ多項式で表される収差を用いて、後述のように本例の結像特性補正装置によって制御できる複数の収差を求める（収差の計測工程）。そして、求められた収差の初期状態からの変動量を相殺するように、主制御装置５０は、図２の結像特性補正コントローラ７８を含む結像特性補正装置を介して投影光学系ＰＬの複数の可動のレンズエレメントの状態を制御して、収差を補正する（結像特性の補正工程）。これによって、投影光学系ＰＬの可動の複数のレンズエレメントの光軸方向への平行シフトと、Ｘ軸及びＹ軸の周りの傾きとによって発生する「エレメント移動起因収差」を補正して、投影光学系ＰＬの結像特性をエレメント移動起因収差が許容範囲内である状態、言い換えると結像特性補正装置によって制御可能な複数の収差がそれぞれ許容範囲内である初期状態に復帰させることができる。
【００８８】
実際には一例として最小２乗法によって、制御対象の複数の収差の２乗の合計が最小になるように、複数の可動のレンズエレメントの状態（光軸方向の位置、Ｘ軸及びＹ軸の周りのチルト角（傾斜角））が制御される。
具体的に、投影光学系ＰＬの制御対象の複数のレンズエレメントの全体の駆動の自由度をｍとして（ｍは、通常は（２１）式におけるパラメータｍとは異なる値である。）、各駆動自由度の駆動量をＤｉ（ｉ＝１〜ｍ）とすると、１枚のレンズエレメントの自由度は、光軸方向（ここではＺ方向）への平行シフト、Ｘ軸の周りの傾き、及びＹ軸の周りの傾きの３自由度である。一例として、可動のレンズエレメントを６個とすると、全体の駆動の自由度ｍは１８となる。また、それらのレンズエレメントの駆動によって制御できる収差をｐ個の収差Ｂｊ（ｊ＝１〜ｐ）であるとして、収差Ｂｊの駆動量Ｄｉによる感度を、収差Ｂｊの駆動量Ｄｉによる偏微分で表すと、収差Ｂｊは次のようになる。最も効率的にレンズエレメントを駆動するためには、一例として収差の数ｐはレンズエレメントの全体の駆動の自由度ｍと等しく設定される。
【００８９】
【数２５】
2006279028.tif 000006
【００９０】
この式は、感度行列をＫ、収差ＢｊのベクトルをＢ、駆動量ＤｉのベクトルをＤとすると、次のようになる。
Ｂ＝Ｋ・Ｄ    …（２６）
例えば、各収差Ｂｊを打ち消すようにレンズ駆動を行うためには、その収差Ｂｊを（２５）式に代入し、感度行列Ｋの逆行列を両辺に乗ずることにより収差補正に必要なレンズエレメントの駆動量Ｄｉを求める。なお、ｍ＞ｐのとき、感度行列Ｋの逆行列は最小２乗法を用いて求めることになる。その後、求められた駆動量Ｄｉ（ｉ＝１〜ｍ）で投影光学系ＰＬの制御対象のレンズエレメントを駆動することで、収差Ｂｊ（ｊ＝１〜ｐ）が補正される。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上に露光すること（露光工程）によって、レチクルＲのパターンを高精度に転写できる。
【００９１】
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。
次に、（２１）式又は（２３）式に実際に解が存在して、図１の投影光学系ＰＬの波面収差をｎ次までのツェルニケ多項式で表される収差に分けて求めることができる場合について説明する。この場合、（２１）式において、投影光学系ＰＬの射出瞳（又は瞳面）上で位相情報を計測する計測点（ρk，Ψk）（ｋ＝１〜ｍ）の個数ｍは、ｎ以上にする必要がある。以下では、説明の便宜上、その計測点（ρk，Ψk）は、投影光学系ＰＬの瞳面上の規格化された座標（以下、「規格化瞳座標」と言う）上に設定されているものとする。本発明者は、その規格化瞳座標上で光軸ＡＸを中心とする所定の複数の方向に沿って配置されたｍ個（ｍ≧ｎ）の位置（ρk，Ψk）に計測点（サンプリングポイント）を設定し、コンピュータのシミュレーションによって（２１）式が解けるかどうかを確かめた。即ち、その各計測点（ρk，Ψk）における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として、その転置行列をＤT とした場合、ｎ行×ｎ列の行列（ＤTＤ）の逆行列（ＤTＤ）-1が存在するかどうかを確かめた。その逆行列が存在して（２１）式が解ける場合には、（２１）式の波面収差Ｈ（ρk，Ψk）（ｋ＝１〜ｍ）として実際の計測値を代入することによって、ｎ次までのツェルニケ多項式で表される収差の係数ａj を求めることができる。
【００９２】
図６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６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６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。
【００９３】
以下の説明では、原則として図６の全体の配置のオフセット（Ｘｏｆ，Ｙｏｆ）、方向別のオフセットｒｏｆ，ｒｏｆ２、及び方向別の間隔ｒｒ，ｒｒ２を用いて、規格化瞳座標上での計測点の配置を示すものとする。
先ず、図７（Ａ）及び（Ｂ）は具体的な計測点の配置を示し、図７（Ａ）の配置では、（Ｘｏｆ，Ｙｏｆ）＝（０，０）、ｒｒ＝０．１６６、ｒｏｆ＝０．１、ｒｒ２＝０．０４６、ｒｏｆ２＝０．７と設定されている。この場合、図６の方向Ｄ３及びＤ６の計測点はなく、方向Ｄ２及びＤ５の計測点ＳＰ２はそれぞれ方向Ｄ１（０°）及び方向Ｄ４（９０°）の計測点ＳＰ１に重なって設定されている。
【００９４】
実際に図７（Ａ）のような配置の複数の計測点に垂直入射で回折光を生じる計測マークは、表２に示すように２方向にそれぞれ１２種類（ファインマークが６種類及びコースマークが６種類）のピッチを持つ複数のライン・アンド・スペースパターン（以下、「Ｌ＆Ｓパターン」と言う。）である。表２において、（Ａ）は０°、９０°の方向の６個の計測点に１次回折光を発生する６個のＬ＆Ｓパターン（ピッチが大きく変化するコースマーク）を示し、（Ｂ）は０°、９０°の方向の６個の計測点に１次回折光を発生する６個のＬ＆Ｓパターン（全体としてピッチが近接して小さいファインマーク）を示している。また、表２において、最上段の数字０〜５は、中心から半径方向に向かう計測点の順序、ひいてはその計測点に１次回折光を生じるＬ＆Ｓパターンの順序を示し、Ｎｏｒｍは対応する計測点の規格化瞳座標上での半径方向の位置を示し、ＮＡ＿ｅｑｕはその半径Ｎｏｒｍに投影光学系ＰＬの開口数（ここでは０．９２）を乗じた値を示し、Ｌ／Ｓは対応するＬ＆Ｓパターンのピッチの１／２の値（ｎｍ）を示している。なお、露光波長を１９３ｎｍとしている。
【００９５】
【表２】
2006279028.tif 000007
【００９６】
図７（Ａ）のように、直交する２方向に１２個の計測点を設けた場合には、Ｚ37までのツェルニケ多項式で表される波面収差のうちの０θ，１θ，ｃｏｓ２θ成分が計測可能である。この配置の計測マークに対する照明をコヒーレント照明（照明サイズは規格化瞳上で０．０５とした）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５．６４９と１０以下になり、計測再現性が良好である。
【００９７】
また、図７（Ｂ）の計測点は、図７（Ａ）の計測点のうちの２方向の６種類のコースマークで設定される計測点のみに対応している。この図７（Ｂ）のように、直交する２方向に６個の計測点を設けた場合でも、Ｚ16までの０θ，１θ，ｃｏｓ２θ成分が計測可能である。この配置の計測マークに対する照明をコヒーレント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２．２２８と非常に小さくなった。コースマークは、縦横の６種類のＬ＆Ｓパターンであるため、これを図５のスリット９Ａ及び９Ｄで一括して走査することで、短時間に収差計測を行うことができる。
【００９８】
次に、図８の配置では、（Ｘｏｆ，Ｙｏｆ）＝（０，０）、ｒｒ＝０．１６６、ｒｏｆ＝０．１、ｒｒ２＝０．０３６、ｒｏｆ２＝０．７５、σ値の最大値ｒｍａｘ＝０．９３２と設定されている。この場合には、３０°方向及び１２０°方向の計測点ＳＰ２は、表２のファインマークによって設定され、それ以外の０°、４５°、９０°、１３５°の方向の計測点ＳＰ１は、表２のコースマークによって設定される。このように６方向にそれぞれ６種類のＬ＆Ｓパターンで設定されるとともに、２方向で投影光学系ＰＬの瞳の外周から半径方向の５０％以内に複数の計測点が設定されるような配置を用いることで、Ｚ37までの全部の収差を計測できる。この配置の計測マークに対する照明をコヒーレント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。
【００９９】
次に、図６の投影光学系ＰＬの規格化瞳座標上の全部の計測点ＳＰ１，ＳＰ２の位相情報を計測するためには、図３のレチクルマーク板ＲＦＭ上に、それらの全部の計測点を通過するような回折光を発生する計測用パターンを形成しておけばよい。なお、図６の６方向の計測点を設定することができれば、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）の２方向の計測点は容易に設定できる。図９は、図６の６個の方向に沿って配列された計測点を通過する回折光を発生するための計測用パターンの一例を示している。
【０１００】
図９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、Ｘ軸のマーク６２Ｘ及び６３Ｘの投影像は図５のスリット１２２ｂ及び９Ａで走査することで検出でき、Ｙ軸のマーク６２Ｙ及び６３Ｙの投影像は図５のスリット１２２ａ及び９Ｄで走査することで検出できる。
【０１０１】
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、Ｘ方向に次第に小さくなるピッチで形成されてデューティ比が１：１の５個のＬ＆Ｓパターン（ラインアンドスペースパターン）２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅを含む第１の周期マーク１Ａが形成され、この周期マーク１Ａの−Ｘ方向側にＸ方向に次第に小さくなるピッチで形成されてデューティ比が１：１の６個のＬ＆Ｓパターン６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆを含む第１の周期マーク５Ａが形成されている。即ち、周期マーク１Ａ及び５Ａ（周期的マーク）の周期方向はＸ方向であり、周期マーク１Ａ及び５Ａは、Ｘ軸に平行に配列されている。
【０１０２】
周期マーク１Ａの上方に、それぞれ周期マーク１Ａ及び５Ａを反時計回りに角度φ１だけ回転した形状（但し、その中のＬ＆Ｓパターンのピッチは異なっている）の第２の周期マーク１Ｂ及び５Ｂが平行に形成され、周期マーク１Ａの下方に、それぞれ周期マーク１Ａ及び５Ａを反時計回りに角度φ２だけ回転した形状の第３の周期マーク１Ｃ及び５Ｃが平行に形成されている。また、周期マーク１Ａ及び５Ａの間に、Ｙ軸に平行にそれぞれ周期マーク１Ａ及び５Ａを時計回りに９０°だけ回転した形状の第４の周期マーク１Ｄ及び５Ｄが平行に形成されている。更に、周期マーク５Ａの上方に、それぞれ周期マーク１Ａ及び５Ａを反時計回りに角度φ３だけ回転した形状（但し、その中のＬ＆Ｓパターンのピッチは異なっている）の第５の周期マーク１Ｅ及び５Ｅが平行に形成され、周期マーク５Ａの下方に、それぞれ周期マーク１Ａ及び５Ａを反時計回りに角度φ４だけ回転した形状の第６の周期マーク１Ｆ及び５Ｆが平行に形成されている。本例の角度φ１、φ２、φ３、及びφ４は、それぞれ図６中の対応する角度と同じく３０°、４５°、１２０°、及び１３５°である。周期マーク５Ａ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｆ中のＬ＆Ｓパターンは図６の粗い計測点ＳＰ１を設定するためのピッチを持ち、周期マーク５Ｂ，５Ｅは図６の密な計測点ＳＰ２を設定するためのピッチを持っている。また、周期マーク１Ａ〜１Ｆは、６方向でそれぞれ片側に５個の計測点を設定するためのマークである。
【０１０３】
図９のレチクルマーク板ＲＦＭにおいて、周期マーク１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆを＋Ｙ方向に平行移動した位置にそれぞれ周期マーク３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆが形成され、周期マーク５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆを＋Ｙ方向に平行移動した位置にそれぞれ周期マーク７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆが形成されている。そして、周期マーク３Ａ〜３Ｆの周期方向は周期マーク１Ａ〜１Ｆの周期方向と平行であり、周期マーク３Ａ〜３Ｆ内には周期方向に対して次第に小さくなるピッチでデューティ比が１：１の５個のＬ＆Ｓパターン４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅが形成されている。また、周期マーク７Ａ〜７Ｆの周期方向は周期マーク５Ａ〜５Ｆの周期方向と平行であり、周期マーク７Ａ〜７Ｆ内には周期方向に対して次第に小さくなるピッチでデューティ比が１：１の６個のＬ＆Ｓパターン８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅ，８Ｆが形成されている。
【０１０４】
図９中の周期マーク５Ａ〜５Ｆが計測用パターンに対応するが、他の周期マーク１Ａ〜１Ｆ、３Ａ〜３Ｆ、及び７Ａ〜７Ｆを計測用パターンとみなすことも可能である。図９中のそれぞれ６個の周期マーク１Ａ〜１Ｆ、５Ａ〜５Ｆ、３Ａ〜３Ｆ、及び７Ａ〜７Ｆの周期方向は、それぞれ図６の投影光学系ＰＬの規格化瞳座標上の計測点ＳＰ１，ＳＰ２が配列された方向Ｄ１〜Ｄ６に平行である。また、周期マーク１Ａ〜１Ｆ及び３Ａ〜３Ｆはそれぞれ５個のＬ＆Ｓパターン２Ａ〜２Ｅ及び４Ａ〜４Ｅを含んでいる。従って、図３の照明光ＩＬで図９の計測用パターンを照明すると、周期マーク１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ、及び周期マーク３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆからの±１次回折光は、それぞれ図６の規格化瞳座標上の６個の方向Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６に沿って配列された１０個（片側で５個）の位置を通過する。そのため、それらの±１次回折光が通過する位置が計測点となる。
【０１０５】
一方、図９の周期マーク５Ａ〜５Ｆ及び７Ａ〜７Ｆはそれぞれ６個のＬ＆Ｓパターン６Ａ〜６Ｆ及び８Ａ〜８Ｆを含んでいるため、周期マーク５Ａ〜５Ｆ及び７Ａ〜７Ｆからの±１次回折光は、それぞれ図６の規格化瞳座標上の方向Ｄ１〜Ｄ６に沿って配列された１２個（片側で６個）の位置を通過する。そして、それらの±１次回折光が通過する位置が計測点となる。従って、周期マーク５Ａ〜５Ｆ又は７Ａ〜７Ｆを用いて位相情報を計測する場合には、より高次のツェルニケ多項式によって表される収差の情報を求めることができる。
【０１０６】
また、図９において、−Ｙ方向側の周期マーク１Ａ〜１Ｆ内のＬ＆Ｓパターン２Ａ〜２Ｅ及び周期マーク５Ａ〜５Ｆ内のＬ＆Ｓパターン６Ａ〜６Ｆの最小ピッチは、＋Ｙ方向側の周期マーク３Ａ〜３Ｆ内のＬ＆Ｓパターン４Ａ〜４Ｅ及び周期マーク７Ａ〜７Ｆ内のＬ＆Ｓパターン８Ａ〜８Ｆの最小ピッチよりも小さく設定されている。この場合、よりピッチの小さい周期マークからの回折光ほど投影光学系ＰＬの瞳面において外側の領域を通過するため、投影光学系ＰＬの収差計測時には、−Ｙ方向側の周期マーク１Ａ〜１Ｆ及び５Ａ〜５Ｆと、＋Ｙ方向側の周期マーク３Ａ〜３Ｆ及び７Ａ〜７Ｆとのうちで、その最小ピッチが転写対象のレチクルのパターンの最小ピッチにより近い方の周期マークを用いるようにしてもよい。これによって、実際の露光対象のレチクルのパターンを投影光学系ＰＬを介して転写する際の収差に近い収差を計測できる。なお、６個の周期マークを全て使って、各々の設計位置からの位相ズレ量を計測する場合には、周期マークの描画誤差が問題になる可能性がある。この場合には、レチクル寸法測定装置で位相ズレ量を計測しておき、設計位置を補正することが望ましい。
【０１０７】
次に、図９のレチクルマーク板ＲＦＭ上の周期マーク１Ａ〜１Ｆ及び５Ａ〜５Ｆ（又は周期マーク３Ａ〜３Ｆ及び７Ａ〜７Ｆ）から発生して、図６の投影光学系ＰＬの規格化瞳座標上で６個の方向Ｄ１〜Ｄ６に沿って配列された複数の計測点ＳＰを通過した回折光の位相情報を計測するためには、周期マーク１Ａ〜１Ｆ及び５Ａ〜５Ｆ（又は周期マーク３Ａ〜３Ｆ及び７Ａ〜７Ｆ）の空間像と図３のスリット板９０上の所定のスリット（開口パターン）とをそれぞれ周期方向に走査して、図３の空間像計測装置５９によってそれらの空間像の光強度分布情報を求めればよい。そして、その光強度分布情報から上記の（１８）式の偶関数収差及び（１９）式の奇関数収差を求めることで、（２０）式の波面収差Ｈ（ρp，Ψp）を求めることができる。この波面収差Ｈ（ρp，Ψp）（ｐ＝ｋ）を（２１）式に代入することで、ｎ次までのツェルニケ多項式によって表される収差を求めることができる。
【０１０８】
そのための図３のスリット板９０上のスリットとしては、上述の図５の６個の収差計測用のスリット９Ａ、スリット９Ｂ、スリット９Ｃ、スリット９Ｄ、スリット９Ｅ、及びスリット９Ｆを使用できる。この場合、６個のスリット９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ及び９Ｆの計測方向（空間像に対する相対走査方向）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。従って、これらのスリット９Ａ〜９Ｆを用いて図６の６個の方向Ｄ１〜Ｄ６に沿って配列された計測点を通過する回折光を検出することができる。具体的に、図９の周期マーク１Ａ〜１Ｆを投影像とみなした場合、それらの投影像とスリット９Ａ〜９Ｆとを計測方向に相対走査することで、それらの周期マークからの回折光を検出できる。
【０１０９】
次に、本例の投影光学系ＰＬの収差の計測及び補正動作の一例につき説明する。
上述のように、本例の投影光学系ＰＬは、図２の結像特性補正コントローラ７８を含む結像特性補正装置によって状態（光軸方向の位置、Ｘ軸及びＹ軸の周りのチルト角）が制御される複数の可動のレンズエレメントを備えている。このため、例えば露光工程の開始時には、投影光学系ＰＬの結像特性をエレメント移動起因収差が許容範囲内である状態、言い換えると結像特性補正装置によって制御可能な複数の収差がそれぞれ許容範囲内（最小）である初期状態に復帰させるために、複数の可動のレンズエレメントの状態を元の状態に復帰させる必要がある。可動のレンズエレメントを元の状態に復帰させるとは、投影光学系ＰＬの性能評価指標としての所定の収差が最小になるように、可動のレンズエレメントの状態を最適化することに他ならない。
【０１１０】
可動のレンズエレメントのすべての駆動の自由度を決めるためにには、少なくともその数と同じだけの、投影光学系ＰＬの性能評価指標が必要となる。本例では、投影光学系ＰＬの性能評価指標には収差を用いる。また、出来るだけ少ない数の性能評価指標で、可動
のレンズエレメントの状態をより正確に決定するためには、各性能評価指標（収差係数）は直交関係（互いに干渉しない関係）にあることが望ましい。また、一般に、可動のレンズエレメントが単独で動いた場合に発生する収差は低次成分が支配的になるので、性能評価指標も出来るだけ低次の成分（低次収差）を用いることが望ましい。
【０１１１】
ここでは、可動の各レンズエレメントの変位の自由度（光軸方向の位置、Ｘ軸及びＹ軸の周りのチルト角）は３であり、図１のウエハステージＷＳＴによる変位の自由度（光軸方向（Ｚ方向）の位置、Ｘ軸及びＹ軸の周りのチルト角、光軸に垂直なＸ方向及びＹ方向の位置）は５であることを前提に説明する。本前提条件のもとでは、回転対称収差と偏芯収差とを投影光学系ＰＬの性能評価指標として用いる。
【０１１２】
図１０に示すように投影光学系ＰＬの瞳面の極座標の座標系（瞳座標系）（ρ，θ）及び像面の極座標の座標系（像面座標系）（ｈ，α）を定義したとき、回転対称収差は次式で表すことができる。
ｈa ρb ｃｏｓ（ｃ・α＋ｄ・θ）  …（３１）
ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄは負でない整数、ａ＋ｂは偶数、ｃ＋ｄ＝０である。ここで、ａ＋ｂは収差次数Ｎを意味し、整数ａが像面座標次数、整数ｂが瞳座標次数である。収差次数Ｎが同じ場合には、像面座標次数ａが大きくなる（小さくなる）と、瞳座標次数ｂは小さくなる（大きくなる）。
【０１１３】
また、本明細書では、座標系を３６０°／ｋ（ｋは０以外の整数）回転したときに元に戻る収差について、その回転方向の周期性（繰り返し数）を表す情報であるアジマス周波数をｋと呼ぶ。また、回転対称の収差のアジマス周波数を０とする。そして、収差の投影光学系ＰＬの瞳又は瞳面におけるアジマス周波数を瞳内アジマス周波数とも呼ぶこととする。６次までの回転対称収差を低次の項から並べると表３のようになる。
【０１１４】
【表３】
2006279028.tif 000008
【０１１５】
前述の通り、性能評価指標として用いる収差次数Ｎは低いほうが望ましいが、例えば、可動のレンズエレメントが６個以上である場合、全体の駆動の自由度が１８以上になるため、表３の６次収差も評価項目として取り込む必要が出てくる。その場合、瞳座標次数ｂがより高次な収差、即ち像面座標次数ａが低い収差を優先的に選択することが、より少ない測定点数で収差成分の切り分けが可能になる点で望ましい。これは、（３１）式から分かるように、収差はｈa に比例するため、像面座標指数ａが小さい場合には、像面上で光軸から半径方向における変化が緩やかになるため、測定点数を減らすことができるためである。そのような観点で見ると、表３の回転対称の第１７番目の収差（６次球面収差）が最も望ましい（優先的に計測される）性能評価指標であり、回転対称の第１６番目の収差（６次コマ収差）が次に最も望ましい評価指標である。この場合、６次の９個の収差のうちの測定対象の収差を２つとすると（第１工程）、６次球面収差及び６次コマ収差が優先的に計測される（第２工程）。
【０１１６】
同様に偏芯収差の図１０のｙ方向の（図１のＸ方向に対応する）成分は次式となる。
ｈa ρb ｃｏｓ（ｃ・α＋ｄ・θ）  …（３２）
また、偏芯収差の図１０のｚ方向の（図１のＹ方向に対応する）成分は次式となる。
ｈa ρb ｓｉｎ（ｃ・α＋ｄ・θ）  …（３３）
ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄは負でない整数、ａ＋ｂは奇数、ｃ＋ｄ＝１である。ここで、ａ＋ｂは収差次数Ｎを意味し、整数ａが像面座標次数、整数ｂが瞳座標次数である。５次
までの偏芯収差を低次の項から並べると表４のようになる。
【０１１７】
【表４】
2006279028.tif 000009
【０１１８】
回転対称収差と同様に、性能評価指標として用いる収差次数Ｎは低いほうが望ましいが、例えば、可動のレンズエレメントが６個以上ある場合、表４の５次収差も評価項目として取り込む必要が出てくる。その場合、瞳座標次数ｂがより高次な収差、即ち像面座標次数ａが低い収差を優先的に選択することが、より少ない測定点数で収差成分の切り分けが可能になる点で望ましい。そのような観点で見ると、表４の第３３番目、第３４番目の収差（５次偏芯コマ）が５次収差としては最も望ましい（優先的に計測される）評価指標となる。表４の第２７番目、第２８番目の収差（５次球面収差チルト）が５次収差としては次に最も望ましい評価関数となる。なお、５次球面収差チルトと５次偏芯アスとは像面座標次数がともに１であるが、瞳内アジマス周波数がより小さい点で５次球面収差チルトがより望ましい。この場合、５次の２２個の偏芯収差のうちの測定対象の収差を４つとすると（第１工程）、５次偏芯コマのＸ成分、Ｙ成分と、５次球面収差チルトのＸ成分、Ｙ成分とが優先的に計測される（第２工程）。
【０１１９】
回転対称収差、偏芯収差を同時に考えた場合の中次の収差（６次回転対称収差、５次偏芯収差）のうち、性能評価指標として最も望ましいものは、回転対称（表３）の第１６番目の収差（６次コマ収差）と偏芯成分（表４）の第３３番目、第３４番目の収差（５次偏芯コマ）となる。これら３つの収差の瞳座標次数とアジマス周波数とは共通しているので、共通のスリット（図５のスリット９Ａ〜９Ｆのいずれか）で測定可能であり、最も少ない計測点数で収差の分離が可能になるのがその理由である。
【０１２０】
以下、投影光学系ＰＬ中の可動のレンズエレメントが６個あり、各レンズエレメントは３自由度（光軸方向の位置、Ｘ軸及びＹ軸の周りのチルト角）の駆動が可能であるとして、それらのレンズエレメントを投影光学系ＰＬの結像特性が初期状態となる状態に復帰させる場合を考える。また、図１のウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置と、Ｘ軸及びＹ軸の周りのチルト角とについても制御するものとする。この場合の可動のレンズエレメントの全体の駆動の自由度は１８、ウエハステージＷＳＴの駆動の自由度は５であり、可動のレンズエレメント及びウエハステージＷＳＴの全体としての駆動の自由度は２３となる。この自由度２３の駆動を行う場合に計測対象となる収差と、投影光学系ＰＬの像面上での計測点とは以下のようになる。また、その計測対象となる収差は、上記のツェルニケ多項式ｆｉの係数Ｚi を用いて求めることができる。
【０１２１】
Ａ）図１１（Ｂ）において、投影光学系ＰＬの像面上の露光領域ＩＡ内の光軸ＡＸをＸ座標、Ｙ座標の原点とする（以下同様）。その露光領域ＩＡ内の光軸上の１つの計測点（Ａ１）と、Ｙ座標の符号が異なる２つの計測点（例えばＡ２，Ａ４）と、Ｘ座標の符号が異なる２つの計測点（例えばＡ３，Ａ５）とを選択する。ただし、各計測点は互いに同一ではないものとする。そして、これら５個の計測点の座標における計５像高で、低次球面収差に対応する９次のツェルニケ多項式ｆ９の係数Ｚ9 を計測する。この計測を行うために、各計測点Ａ１〜Ａ５に対応するレチクルマーク板ＲＦＭ上の位置には、それぞれ図９の周期マーク５Ａ〜５Ｆ等が形成されている（以下同様）。
【０１２２】
これにより、１）球面収差（表３の第８番目の収差）、２）低次球面収差のＸチルト成分（表４の第２７番目の収差）、３）低次球面収差のＹチルト成分（表４の第２８番目の成分）が決定される。
Ｂ）図１１（Ａ）に示すように、露光領域ＩＡ内の光軸ＡＸ上の１つの計測点（Ａ１）と、Ｙ座標の符号が異なる２つの計測点（例えばＡ２，Ａ３）、あるいはＸ座標の符号が異なる２つの計測点（例えばＡ２，Ａ５）とを選択する。そして、これらの３個の計測点における計３像高で、低次アス（低次非点収差）に対応する５次及び６次のツェルニケ多項式ｆ５，ｆ６の係数Ｚ5 ，Ｚ6 を計測する。
【０１２３】
これにより、４）低次非点収差回転対称成分（表３の第６番目の収差）、５）低次非点収差のＸチルト成分（表４の第９番目の収差）、６）低次非点収差のＹチルト成分（表４の第１０番目の収差）が決定される。
Ｃ）図１１（Ｃ）に示すように、露光領域ＩＡ内の光軸上の１つの計測点（Ａ１）と、Ｙ座標の符号が異なる２つの計測点（例えばＡ２，Ａ３）、あるいはＸ座標の符号が異な
る２つの計測点（例えばＡ２，Ａ５）とを選択する。そして、これらの３個の計測点における計３像高で、低次コマ収差に対応する７次及び８次のツェルニケ多項式ｆ７，ｆ８の係数Ｚ7 ，Ｚ8 を計測する。
【０１２４】
これにより、７）低次コマ収差回転対称成分（表３の第７番目の収差）、８）低次コマ収差のＸ偏芯成分（表４の第１１番目の収差）、９）低次コマ収差のＹ偏芯成分（表４の第１２番目の収差）が決定される。
また、図１１（Ｃ）において、同様な３つの計測点で、中次コマ収差に対応する１４次及び１５次のツェルニケ多項式ｆ１４，ｆ１５の係数Ｚ14，Ｚ15を計測する。
【０１２５】
これにより、１０）中次コマ収差回転対称成分（表３の第１６番目の収差）、１１）中次コマ収差のＸ偏芯成分（表４の第３３番目の収差）、１２）中次コマ収差のＹ偏芯成分（表４の第３４番目の収差）が決定される。
Ｄ）図１１（Ｄ）に示すように、露光領域ＩＡ内の光軸上の１つの計測点（Ａ１）と、Ｙ座標の符号が異なる２つの計測点（例えばＡ２，Ａ４）と、Ｘ座標の符号が異なる２つの計測点（例えばＡ３，Ａ５）と、さらにＹ座標あるいはＸ座標の符号が異なり、すでに決定した４つの計測点とは像高の異なる２つの計測点（例えばＡ６，Ａ７）とを選択する。ただし、各計測点は互いに同一ではないものとする。そして、これら７個の計測点の座標における計７像高で、像シフト量に対応する２次及び３次のツェルニケ多項式ｆ２，ｆ３の係数Ｚ2 ，Ｚ3 を計測する。
【０１２６】
これにより、１３）倍率成分（表３の第２番目の収差）、１４）第１の低次偏芯ディストーションのＸ偏芯成分（表４の第３番目の収差）、１５）第１の低次偏芯ディストーションのＹ偏芯成分（表４の第４番目の収差）、１６）低次ディストーション成分（表３の第４番目の収差）、１７）第２の低次偏芯ディストーションのＸ偏芯成分（表４の第５番目の収差）、１８）第２の低次偏芯ディストーションのＹ偏芯成分（表４の第６番目の収差）が決定される。
【０１２７】
また、最適像面位置（ベストフォーカス位置）、Ｘ軸及びＹ軸の周りの像面チルトを決定するために、露光領域内の光軸上の１つの計測点と、Ｙ座標の符号が異なる２つの計測点と、Ｘ座標の符号が異なる２つの計測点とを選択する。ただし、各計測点は互いに同一ではないものとする。そして、これら５個の計測点の座標における計５像高で、フォーカス量に対応する４次のツェルニケ多項式ｆ４の係数Ｚ4 を計測する。
【０１２８】
これにより、１９）フォーカス成分（表３の第３番目の収差）、２０）像面チルトのＸ偏芯成分（表４の第７番目の収差）、２１）像面チルトのＹ偏芯成分（表４の第８番目の収差）が決定される。
なお、上記の像シフト量に対応する２次及び３次のツェルニケ多項式ｆ２，ｆ３の係数Ｚ2 ，Ｚ3 の計測結果から、２２）像シフトのＸ成分（表４の第１番目の収差）、２３）像シフトのＹ成分（表４の第２番目の収差）も決定される。
【０１２９】
このように２３個の収差成分を計測することによって、投影光学系ＰＬ中の可動の６つのレンズエレメントの全体で１８個の駆動の自由度と、図１のウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、並びにＸ軸及びＹ軸の周りのチルト角の５個の自由度とからなる２３個の自由度の変位を、投影光学系ＰＬの結像特性が初期状態となる状態に復帰させることができる。この場合、ウエハステージＷＳＴの５個の自由度に対応する収差（フォーカス成分、像面チルトのＸ及びＹ成分、像シフトのＸ及びＹ成分）を除いた１８個の収差を収差Ｂｊ（ｊ＝１〜１８）として、この収差Ｂｊを（２５）式に代入することによって、可動のレンズエレメントの１８の自由度の駆動量Ｄｉ（ｉ＝１〜１８）を計算すればよい。そして、この駆動量Ｄｉを相殺するように各レンズエレメントを駆動することで、投影光学系ＰＬの結像特性を初期状態に復帰できる。また、ウエハステージＷＳＴの５個の自由度に対応する収差については、その収差に合わせてウエハステージＷＳＴを駆動することによって、レチクルＲのパターンを投影光学系ＰＬを介して最良の結像特性でウエハＷ上に投影することができる。
【０１３０】
以上の説明をまとめると、図２の結像特性補正装置によって駆動する投影光学系ＰＬの可動のレンズエレメントの数が「６」の場合には、可動のレンズエレメントの全体としての駆動の自由度は１８（＝６×３）となる。この場合、計測の必要な収差をツェルニケ多項式の係数で表すと、以下の２θ以下の成分になる。
低次コマ：Ｚ7 ，Ｚ8 （１θ）
高次コマ：Ｚ14，Ｚ15（１θ）
中次アス：Ｚ5 ，Ｚ6 （２θ）
低次球面：Ｚ4 ，Ｚ9 （０θ）
中次球面：Ｚ16（０θ）
像シフト、倍率、ディストーション：Ｚ2 ，Ｚ3 （１θ）
これらの収差を計測する際、３θ以上の収差の変動がないと仮定できれば、Ｚ6 を除けばＸ方向、Ｙ方向に所定ピッチで形成されたＬ＆Ｓパターン（図７（Ａ）に示す瞳面上での計測点に対応する）のみで計測可能である。また、５θまでを含むＺ37までの全ての収差を計測するには、上記の図８の瞳面上での計測点で示すように、最低６方向のＬ＆Ｓパターンを用いて計測を行う必要がある。
【０１３１】
また、上述のように、低次アス成分の計測は、図１１（Ａ）の露光領域ＩＡ内の５個以上の計測点で行う。同様に低次球面成分の計測も、図１１（Ｂ）に示すように露光領域ＩＡ内の５個以上の計測点で行う。同様に、低次コマ収差、高次コマ収差の計測も、図１１（Ｃ）に示すように露光領域ＩＡ内の５個以上の計測点で行う。そして、ディストーションの計測は図１１（Ｄ）に示すように、露光領域ＩＡ内の７個以上の計測点で行う。
【０１３２】
また、上記の２３個の収差は、７つの最低次回転対称収差と、１６個の最低次偏芯収差（Ｘ方向、Ｙ方向それぞれ８つ）とに分けることができる。
具体的には、７つの最低次回転対称収差とは、倍率、フォーカス、ディストーション、非点収差、コマ収差、球面収差、及び６次コマ収差である。また、１６個の最低次偏芯収差とは、像シフト、偏芯ディストーションＡ、偏心ディストーションＢ、像面チルト、偏芯非点収差、偏芯コマ収差、５次偏芯コマ収差、及び５次球面収差チルトのそれぞれのＸ成分、Ｙ成分である。
【０１３３】
これらの収差は、同じ次数の収差の中では最も像面座標次数が低く、さらに瞳座標次数が異なる収差の中では最も瞳座標次数が低い組み合わせでもあるので、より少ない像面内の計測点数で収差の抽出が可能である。また、瞳座標次数が異なる収差の中では瞳座標次数が少ないので、収差関数の投影光学系ＰＬの瞳面上での半径方向の変化が緩やかになり、より少ない瞳面上の計測点（サンプリング点）で収差の抽出が可能である。従って、収差の計測時間を短縮できるため、例えば定期的に投影光学系ＰＬの収差を計測する場合にも、露光工程のスループットを高く維持できる。
【０１３４】
なお、上記の実施形態では、投影光学系ＰＬの収差をレチクルマーク板ＲＦＭに形成された計測用パターン（周期マーク５Ａ〜５Ｆ等）を用いた空間像計測法で計測している。その他に、投影光学系ＰＬの収差計測をオンボディで実行する場合の収差計測装置としては、シャックハルトマンセンサーを用いたもの（ハルトマンテスト）、及びシヤリング干渉計を用いたものなどがある。これらの収差計測装置を用いる場合にも本発明が適用できる。
【０１３５】
なお、投影光学系ＰＬのレンズエレメントの駆動自由度は、大気圧及び露光ビームの波長による収差変動をも補正するように設定してもよい。また、投影光学系ＰＬの収差に対する外乱要因は、露光量以外に大気圧変化も含めてもよい。これによって、大気圧変化に起因する収差も補正が可能である。但し、この場合、回転対称成分のみの計測及び補正でよい。
【０１３６】
なお、上述の実施形態の投影露光装置は、不図示のコラム機構を設置した後、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及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。
【０１３７】
また、上記の実施形態では、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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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】
【０１４１】
本発明の露光方法及び装置によれば、本発明の収差計測方法及び装置の適用によって投影光学系の収差を短時間に計測できる。従って、その投影光学系の結像特性を短時間に所望の状態に制御できるため、高いスループットで高精度にデバイスを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の実施形態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の結像特性補正装置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一部を切り欠いた図である。
【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】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７】本発明の実施形態における位相情報の計測点の配置の２つの例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態における位相情報の計測点の配置の他の例を示す図である。
【図９】図３のレチクルマーク板ＲＦＭのパターン面の計測用パターンの一例を示す拡大平面図である。
【図１０】投影光学系ＰＬの収差を表す際に用いられる瞳面及び像面の座標系の一例を示す図である。
【図１１】（Ａ）はツェルニケ多項式の係数Ｚ5 ，Ｚ6 を計測する際の像面上の計測点の配置の一例を示す図、（Ｂ）はツェルニケ多項式の係数Ｚ9 を計測する際の計測点の配置の一例を示す図、（Ｃ）はツェルニケ多項式の係数Ｚ7 ，Ｚ8 ，Ｚ14，Ｚ15を計測する際の計測点の配置の一例を示す図、（Ｄ）はツェルニケ多項式の係数Ｚ2 ，Ｚ3 を計測する際の計測点の配置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１Ａ〜１Ｆ，３Ａ〜３Ｆ，５Ａ〜５Ｆ，７Ａ〜７Ｆ…周期マーク、２Ａ〜２Ｅ，４Ａ〜４Ｅ，６Ａ〜６Ｆ，８Ａ〜８Ｆ…Ｌ＆Ｓパターン、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、ＳＰ１，ＳＰ２…計測点、ＰＬ…投影光学系、ＡＳ…可変開口絞り、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】
2006279028.tif 000010
【図２】
2006279028.tif 000011
【図３】
2006279028.tif 000012
【図４】
2006279028.tif 000013
【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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