(57)【要約】【課題】  計測用マークの製造誤差の影響を低減して、被検光学系の光学特性を高精度に計測する。【解決手段】  レチクルマーク板ＲＦＭ上に第１組の収差計測マーク１Ａ〜１Ｉと、この第１組のマークをそれぞれ１８０°回転した第２組の収差計測マーク２Ａ〜２Ｉとを形成しておく。収差計測マーク１Ａ〜１Ｉの投影光学系による像に基づいて、その投影光学系の第１の収差を求め、収差計測マーク２Ａ〜２Ｉの像に基づいて、その投影光学系の第２の収差を求める。収差計測マーク１Ａ〜１Ｉの描画誤差の影響を低減するために、その第１の収差とその第２の収差とを平均化する。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法において、
第１マークの前記被検光学系による像に基づいて前記被検光学系の第１の光学特性を求める第１工程と、
前記第１マークを所定角度回転した第２マークの前記被検光学系による像に基づいて前記被検光学系の第２の光学特性を求める第２工程と、
前記第１及び第２の光学特性に基づいて前記被検光学系の光学特性を求める第３工程とを有することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項２】
前記所定角度は１８０°であることを特徴とする請求項１に記載の光学特性計測方法。
【請求項３】
前記第１マークは、異なる２方向に沿って配列されたそれぞれ６種類以上のピッチのマークを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学特性計測方法。
【請求項４】
前記第１マークは、異なる６方向に沿って配列されたそれぞれ６種類以上のピッチのマークを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学特性計測方法。
【請求項５】
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、
請求項１から４のいずれか１項に記載の光学特性計測方法で前記投影光学系の光学特性を計測する計測工程と、
前記計測工程の計測結果に基づいて、前記投影光学系の結像特性を補正する補正工程とを有することを特徴とする露光方法。
【請求項６】
被検光学系の光学特性を計測する際に使用される基板であって、
前記被検光学系の光学特性の情報を含む空間像を形成するための第１マークと、
前記第１マークを所定角度回転した形状の第２マークとが形成されたことを特徴とする基板。
【請求項７】
前記基板には、前記基板を第１の回転角で配置したときに使用される第１の一組の位置合わせ用マークと、前記基板を前記第１の回転角に対して１８０°回転したときに使用される第２の一組の位置合わせ用マークとが形成されたことを特徴とする請求項６に記載の基板。
【請求項８】
前記所定角度は１８０°であることを特徴とする請求項６又は７に記載の基板。
【請求項９】
前記第１マークは、異なる２方向に沿って配列されたそれぞれ６種類以上のピッチのマークを含むことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の基板。
【請求項１０】
前記第１マークは、異なる６方向に沿って配列されたそれぞれ６種類以上のピッチのマークを含むことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の基板。
【請求項１１】
前記第１及び第２マークは第１方向に沿って対向するように配置され、
前記第１及び第２マークよりなる１対のマークと同じ形状の１対のマークが前記第１方向に交差する第２方向に沿って複数対形成されたことを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項に記載の基板。
【請求項１２】
被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置において、
請求項６から１１のいずれか１項に記載の基板と、
前記基板を照明する照明系と、
前記基板に形成された前記第１及び第２マークの前記被検光学系による像を検出する空間像検出系と、
前記空間像検出系の検出結果に基づいて前記被検光学系の光学特性を求める演算装置とを備えたことを特徴とする光学特性計測装置。
【請求項１３】
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、
請求項６から１１のいずれか１項に記載の基板と、
前記第１物体とともに前記基板を保持するステージと、
前記基板に形成された前記第１及び第２マークの前記投影光学系による像を検出する空間像検出系と、
前記空間像検出系の検出結果に基づいて前記投影光学系の光学特性を求める演算装置とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
露光ビームで第１物体を照明し、前記第１物体と第２物体とを同期移動しながら、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前記第２物体を露光する露光装置において、
請求項１１に記載の基板と、
前記第１物体とともに前記基板を前記第１方向が前記第１物体の走査方向に平行になるように保持するステージと、
前記基板に形成された前記第１及び第２マークの前記投影光学系による像を検出する空間像検出系と、
前記空間像検出系の検出結果に基づいて前記投影光学系の光学特性を求める演算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、光学系の光学特性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に備えられた投影光学系の波面収差等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基板としての感光材料が塗布されたウエハ（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諸収差等の結像特性の精度も高くなってきている。
【０００３】
投影光学系の収差の外乱要因としては、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の姿勢を制御したり、又は所定のレンズ間の空間（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、テストレチクルに形成された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。また、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）が提案されている（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】
上記の如く従来は、テストレチクルに形成された所定の計測用マークを用いて投影光学系の収差を計測していた。また、従来のテストレチクルは、例えば電子線描画装置によってガラス基板にその計測用マークの原版パターンを描画してマスターレチクルを製造した後、そのマスターレチクルのパターンを縮小倍率が例えば１／５の投影露光装置よりなるフォトリピータを用いてガラス基板上に転写することによって製造されていた。この場合、そのマスターレチクルに形成された原版パターンの描画誤差等によって、そのテストレチクルの計測用マークに製造誤差が含まれていると、それが投影光学系の収差の計測誤差になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、斯かる点に鑑み、計測用マークの製造誤差の影響を低減して、投影光学系のような被検光学系の光学特性を高精度に計測できる計測技術及び露光技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光学特性計測方法は、被検光学系（ＰＬ）の光学特性を計測する光学特性計測方法において、第１マーク（１Ａ〜１Ｉ）のその被検光学系による像に基づいてその被検光学系の第１の光学特性を求める第１工程と、その第１マークを所定角度回転した第２マーク（２Ａ〜２Ｉ）のその被検光学系による像に基づいてその被検光学系の第２の光学特性を求める第２工程と、その第１及び第２の光学特性に基づいてその被検光学系の光学特性を求める第３工程とを有するものである。
【０００８】
斯かる本発明によれば、その計測用マークとしての第１マークに製造誤差による位置ずれ（マーク内の相対的な位置ずれ）がある場合には、その第２マークにはその位置ずれをその所定角度回転した方向の位置ずれがある。従って、その第１及び第２マークの像に基づいてそれぞれ求めた第１及び第２の光学特性に、その所定角度に応じた演算を施すことによって、その製造誤差の影響を軽減して、その被検光学系の光学特性を高精度に計測できる。
【０００９】
本発明において、一例としてその所定角度は１８０°である。この場合、その第１マークの製造誤差による位置ずれに対して、その第２マークの位置ずれはほぼ符号が逆で同じ大きさとなる。従って、例えばその第１及び第２の光学特性を平均化するという簡単な演算によって、その製造誤差の影響を軽減できる。
また、一例としてその第１マークは、異なる２方向に沿って配列されたそれぞれ６種類以上のピッチのマークを含むものである。これによって、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収差のうちの０θ、１θ、ｃｏｓ２θ成分の収差が計測可能である。
【００１０】
また、別の例として、その第１マークは、異なる６方向に沿って配列されたそれぞれ６種類以上のピッチのマークを含むものである。これによって、３７次までのツェルニケ多項式で表される収差が計測可能である。
また、本発明による露光方法は、露光ビームで第１物体（Ｒ）及び投影光学系（ＰＬ）を介して第２物体（Ｗ）を露光する露光方法において、本発明の光学特性計測方法でその投影光学系の光学特性を計測する計測工程と、その計測工程の計測結果に基づいて、その投影光学系の結像特性を補正する補正工程とを有するものである。
【００１１】
本発明によれば、計測用マークの製造誤差の影響を軽減して高精度にその投影光学系の光学特性を計測できる。この計測結果に基づいて、その投影光学系の結像特性を補正することによって、その結像特性を所望の状態に高精度に維持できる。
また、本発明による第１の基板は、被検光学系の光学特性を計測する際に使用される基板（ＲＦＭ）であって、その被検光学系の光学特性の情報を含む空間像を形成するための第１マーク（１Ａ〜１Ｉ）と、その第１マークを所定角度回転した形状の第２マーク（２Ａ〜２Ｉ）とが形成されたものである。この基板を用いることで、本発明の光学特性計測方法を実施できる。
【００１２】
この場合、その基板には、その基板を第１の回転角で配置したときに使用される第１の一組の位置合わせ用マーク（６５Ａ〜６５Ｄ）と、その基板をその第１の回転角に対して１８０°回転したときに使用される第２の一組の位置合わせ用マーク（６４Ａ〜６４Ｄ）とが形成されていてもよい。
この場合、一例としてその所定角度は１８０°である。また、一例として、その第１マークは、異なる２方向に沿って配列されたそれぞれ６種類以上のピッチのマークを含むものである。また、別の例として、その第１マークは、異なる６方向に沿って配列されたそれぞれ６種類以上のピッチのマークを含むものである。
【００１３】
また、本発明による第２の基板は、その第１の基板において、その第１及び第２マークは第１方向（Ｙ方向）に沿って対向するように配置され、その第１及び第２マークよりなる１対のマーク（１Ａ，２Ａ）と同じ形状の１対のマークがその第１方向に交差する第２方向（Ｘ方向）に沿って複数対形成されているものである。この複数対のマークを用いることによって、例えば走査型露光装置におけるスリット状の露光領域内の光学特性を計測できる。
【００１４】
次に、本発明による光学特性計測装置は、被検光学系（ＰＬ）の光学特性を計測する光学特性計測装置において、本発明の基板（ＲＦＭ）と、その基板を照明する照明系（１２，１４）と、その基板に形成されたその第１及び第２マークの被検光学系による像を検出する空間像検出系（５９）と、その空間像検出系の検出結果に基づいてその被検光学系の光学特性を求める演算装置（５０）とを備えたものである。
【００１５】
この発明によれば、その演算装置において、その第１及び第２マークの像に基づいて求めた第１及び第２の光学特性に対して、その第１マークに対するその第２マークの回転角に応じた演算を施すことによって、その第１マークの製造誤差の影響を軽減して、その被検光学系の光学特性を高精度に計測できる。
次に、本発明による第１の露光装置は、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、本発明の基板（ＲＦＭ）と、その第１物体とともにその基板を保持するステージ（ＲＳＴ）と、その基板に形成されたその第１及び第２マークのその投影光学系による像を検出する空間像検出系（５９）と、その空間像検出系の検出結果に基づいてその投影光学系の光学特性を求める演算装置（５０）とを備えたものである。
【００１６】
また、本発明による第２の露光装置は、露光ビームで第１物体（Ｒ）を照明し、その第１物体と第２物体（Ｗ）とを同期移動しながら、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（ＰＬ）を介してその第２物体を露光する露光装置において、本発明の第２の基板（ＲＦＭ）と、その第１物体とともにその基板をその第１方向がその第１物体の走査方向（Ｙ方向）に平行になるように保持するステージ（ＲＳＴ）と、その基板に形成されたその第１及び第２マークのその投影光学系による像を検出する空間像検出系（５９）と、その空間像検出系の検出結果に基づいてその投影光学系の光学特性を求める演算装置（５０）とを備えたものである。
本発明の露光装置によれば、一括露光型又は走査露光型の露光装置において、それぞれ投影光学系の光学特性を高精度に計測できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、計測用マークとしての第１マーク及びこれを回転した第２マークの像に基づいて被検光学系の光学特性を求めることができるため、その計測用マークの製造誤差の影響を低減して、被検光学系の光学特性を高精度に計測できる。
また、本発明の露光方法及び装置によれば、計測用マークの製造誤差の影響を低減して、投影光学系の光学特性を高精度に計測できる。この計測結果に基づいて、必要に応じてその投影光学系の結像特性を補正することによって、その結像特性を所望の状態に維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図１１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（第１物体）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（第２物体又は感光体）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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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が照射量制御系となる。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。
【００２５】
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）のパターン面のパターンの像をウエハＷ（第２物体）の上面に形成している。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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は、それぞれ複数の駆動素子（例えばピエゾ素子など）２０によって光軸ＡＸ方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向に微小駆動可能に構成されている。また、各レンズエレメントの間には、不図示のガス供給機構から圧力調整機構４１を介してクリーンな気体、例えば窒素が供給されるようになっている。
【００２８】
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（光学特性）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、その可動レンズエレメントの数は任意で良い。但し、例えば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しており、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数）又は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又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を定めれば良い。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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又は基板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（ステージ）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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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軸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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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（光学特性）を所定の収差であるとする。
【００５２】
また、その収差を分類するために、波面収差を用いるものとして、投影光学系ＰＬの射出瞳（又は瞳面）上の波面収差を示す収差関数をＷ（ρ，θ）とすると、収差関数Ｗ（ρ，θ）は極座標形式で表されており、ρは投影光学系の射出瞳（又は瞳面）の半径方向の規格化された位置（動径）であり、θは角度である。その収差関数Ｗ（ρ，θ）は、その動径ρと角度θとが分離した形で表される完全直交系の多項式、例えば次式で示されるツェルニケ多項式(Zernike's Polynomial)を用いて級数展開することが可能である。
【００５３】
【数１】
2006234517.tif 000003
【００５４】
ここで、係数Ｚi は、投影光学系の諸収差のうちで、ｉ次（ｉ＝１，２，…）のツェルニケ多項式ｆｉ（ρ，θ）によって表される収差の大きさを表す係数である。なお、以下では説明の便宜上、係数Ｚi(ｉは１以上の整数）をｉ次のツェルニケ多項式によって表される収差（又は収差量）ともみなす。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。
【００５５】
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。
【００５６】
【表１】
2006234517.tif 000004
【００５７】
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。
【００５８】
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。本例では、図２の結像特性補正コントローラ７８を含む投影光学系ＰＬの結像特性補正装置によって、所定次数までのツェルニケ多項式で表される波面収差を個別に補正することができる。なお、ｉ次のツェルニケ多項式の係数で表される収差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。従って、その結像特性補正装置を用いると、例えば球面収差、コマ収差、及びディストーションを個別に補正することも可能である。
【００５９】
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基板として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。
【００６０】
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、レチクルＲの照明光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。
【００６１】
また、照明光学系１２中の照明系開口絞り板２４（照明σ変更手段）を制御することによって、照明条件をコヒーレンスファクタ（σ値）が例えば０．０６８〜０．０４４程度の極小輪帯照明、又は極小σ値の照明に設定する。
この状態で、照明光ＩＬがレチクルマーク板ＲＦＭに照射されると、図４（Ａ）に示されるように、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。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。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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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計測することができる。
【００６８】
なお、計測対象の収差が、後述のように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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
（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。
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、レチクルの計測用マークの描画誤差の影響を軽減する方法については後述する。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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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）が、投影光学系の瞳面上での位相情報に対応する。なお、以下では位置（ρk，Ψk）上の計測点を計測点（ρk，Ψk）と呼ぶ。このとき、例えば参考文献（"Adaptive optics and optical structures", SPIE, Vol. 1271, p. 80-86 (1990)）より、計測点（ρk，Ψk）でのｊ次のツェルニケ多項式の値ｆｊ（ρk，Ψk）（ｊ＝１〜ｎ）と、その係数ａj （係数Ｚj に対応する未知数）と、計測誤差εk とを用いると、波面収差Ｈ（ρk，Ψk）は次のように表わすことができる。計測誤差εk は、例えば図３の計測用マークＰＭの描画誤差（座標計測装置等で計測した設計値からの誤差）、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。
【００７５】
【数２１】
2006234517.tif 000005
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
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（波面収差の変動量の計測工程）。
【００８１】
その後、求められたｎ次までのツェルニケ多項式で表される収差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の収差を補正する（結像特性の補正工程）。その後、補正後の投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパターンをウエハＷ上に露光することによって（露光工程）、レチクルＲのパターンを高精度に転写できる。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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パターンの投影像の段階でのピッチの１／２の値（ｎｍ）を示している。なお、露光波長を１９３ｎｍとしている。
【００８６】
【表２】
2006234517.tif 000006
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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、以下の表３（Ｂ）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３（Ａ）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。
【００９０】
【表３】
2006234517.tif 000007
【００９１】
なお、２θ以下のツェルニケ多項式の各項の内訳は以下のようになる。
低次コマ：Ｚ7 ，Ｚ8 （１θ）
高次コマ：Ｚ14，Ｚ15，Ｚ23，Ｚ24，Ｚ34，Ｚ35（１θ）
低次アス：Ｚ5 （ｃｏｓ２θ），Ｚ6 （ｓｉｎ２θ）
低次球面：Ｚ4 ，Ｚ9 （０θ）
高次球面：Ｚ16，Ｚ25，Ｚ36，Ｚ37（０θ）
ディストーション：Ｚ2 ，Ｚ3 （１θ）
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。
【００９２】
図９は、図１のレチクルマーク板ＲＦＭ（基板）のパターン面に形成された計測用パターンの一例を示し、この図９において、レチクルマーク板ＲＦＭのＹ方向（走査方向又は第１方向）の中央部にＸ方向（非走査方向又は第２方向）に沿って、後述のようにそれぞれ複数の周期マークを含む第１組の９個の収差計測マーク（第１マーク）１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１ＩがピッチΔＸで形成されている。ピッチΔＸは、例えば数ｍｍである。また、レチクルマーク板ＲＦＭ上には、第１組の収差計測マーク１Ａ〜１ＩにそれぞれＹ方向に対向して接するように、第２組の９個の収差計測マーク（第２マーク）２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｈ，２Ｉも形成されている。収差計測マーク１Ａ〜１Ｉと収差計測マーク２Ａ〜２Ｉとは、それぞれ例えば電子線描画装置で描画された共通の原版パターンを所定倍率で転写して形成したものである。ただし、第１組の収差計測マーク１Ａ〜１Ｉに対して第２組の収差計測マーク２Ａ〜２Ｉは、それぞれ相対的に１８０°回転した関係となっている。
【００９３】
なお、図９においては、第１組の収差計測マーク１Ａ〜１Ｉにはそれぞれ文字「Ｆ」が付され、第２組の収差計測マーク２Ａ〜２Ｉにはそれぞれ文字「Ｆ」を１８０°回転した文字が付されているが、その文字「Ｆ」は２組のマークの相対的な回転角を表すために便宜上付したものであり、実際のパターンとは関係がない。本例では、収差計測マーク１Ａ〜１Ｉに対する収差計測マーク２Ａ〜２Ｉの相対的な回転角（所定角度）は１８０°であり、後述のように収差を求める際の演算が容易になる。しかしながら、演算が或る程度複雑になることはあっても、その相対的な回転角は、例えば４５°又は９０°のような０°以外の任意の角度を取ることが可能である。
【００９４】
このように本例のレチクルマーク板ＲＦＭには、Ｙ方向に対向するように配置された１対の収差計測マーク１Ａ，２Ａと同じ形状の全部で９対の収差計測マーク１Ａ〜１Ｉ，２Ａ〜２ＩがＸ方向に沿って配置されている。この際に、収差計測マーク１Ａ〜１Ｉ，２Ａ〜２ＩのＸ方向の幅は、図１の照明光ＩＬの照明領域ＩＡＲの幅よりも僅かに狭くなる程度に設定されている。この配置によって、図１のレチクルステージＲＳＴを駆動して、図９のレチクルマーク板ＲＦＭの収差計測マーク１Ａ〜１Ｉ，２Ａ〜２Ｉを照明領域ＩＡＲ内に移動することによって、その照明領域ＩＡＲ、ひいてはこれに対応する投影光学系ＰＬの露光領域ＩＡ内で非走査方向に配列された複数の位置（像高）において、空間像計測法で投影光学系ＰＬの収差を計測することができる。
【００９５】
ここで、収差計測マーク１Ａ〜１Ｉ，２Ａ〜２Ｉが形成されたレチクルマーク板ＲＦＭの製造方法の一例につき説明する。先ず、例えば１つの収差計測マーク１Ａを所定倍率（ここでは５倍とする）で拡大した原版パターンを、設計データに基づいて電子線描画装置によって第１のガラス基板（金属膜が蒸着され、感光材料が塗布されている）上に描画して、現像及びエッチング等を行うことによって、その原版パターンが形成されたマスターレチクルを製造する。次に、縮小倍率が１／５の投影露光装置よりなるフォトリピータを用いて、第２のガラス基板（金属膜が蒸着され、感光材料が塗布されている）上に一列に（図９のＸ方向に対応する方向に沿って）、ピッチΔＸでそのマスターレチクルの原版パターンを転写する。なお、その第２のガラス基板上には予め例えばアライメント用のマークが形成されている。
【００９６】
次に、その第２のガラス基板を１８０°回転した後、その同じフォトリピータを用いて、その第２のガラス基板上の図９の収差計測マーク２Ａ〜２Ｉに対応する位置に、そのマスターレチクルの原版パターンを転写する。そして、必要に応じて後述のフォーカス用マーク及び像位置用マークの像も転写する。その後、現像及びエッチング等を行うことによって、ワーキングレチクルとしての図９のレチクルマーク板ＲＦＭが製造できる。この際に、第１組の収差計測マーク１Ａ〜１Ｉの各マークの製造誤差（本例では周期マークのピッチの誤差等）は、電子線描画装置による描画誤差とフォトリピータによる転写の際の誤差との総和となる。また、第２組の収差計測マーク２Ａ〜２Ｉの各マークの製造誤差は、その描画誤差を１８０°回転した誤差（Ｘ方向、Ｙ方向の描画誤差の符号をそれぞれ逆極性にした逆極性の誤差）とフォトリピータによる転写の際の誤差との総和となる。この場合、フォトリピータによる転写の際の誤差（例えば倍率誤差）は、予め計測しておいて補正することも可能である。これに対して、描画誤差は、例えば１つの収差計測マーク１Ａ内の複数の周期マーク毎に、かつ各周期マーク内の各部分毎に微妙に異なっているため、予め計測しておく場合に誤差が残存することも有り得る。そこで、本例では、後述のように収差計測マーク１Ａ〜１Ｉと収差計測マーク２Ａ〜２Ｉとで描画誤差が逆極性になることを利用して、その描画誤差の収差の計測結果に対する影響を低減する。
【００９７】
なお、収差計測マーク１Ａ〜１Ｉ，２Ａ〜２Ｉの個数は任意であり、例えば中央部と両端部との３箇所に設けるだけでもよい。又は、矩形の照明領域ＩＡＲの中央部と、それを囲む矩形領域の４つの頂点の位置に収差計測マーク１Ａ，２Ａと同様の１対のマークを設けてもよい。
また、図９において、レチクルマーク板ＲＦＭの−Ｘ方向の付属マーク領域６１Ａには、ベストフォーカス位置計測用のＸ軸のマーク６２ＸＡ及びＹ軸のマーク６２ＹＡ（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６３ＸＡ及びＹ軸のマーク６３ＹＡ（像位置用マーク）とが形成されている。付属マーク領域６１Ａ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６２ＸＡ，６２ＹＡ，６３ＸＡ，６３ＹＡ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６２ＸＡ及び６３ＸＡ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６２ＹＡ及び６３ＹＡ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。これらの投影像を処理することによって、ベストフォーカス位置及び付属マーク領域６１Ａの位置を求めることができる。
【００９８】
同様に、レチクルマーク板ＲＦＭの＋Ｘ方向の付属マーク領域６１Ｂには、付属マーク領域６１Ａと同じ配置で、ベストフォーカス位置計測用のＸ軸のマーク６２ＸＢ及びＹ軸のマーク６２ＹＢと、投影像の位置計測用のＸ軸のマーク６３ＸＢ及びＹ軸のマーク６３ＹＢとが形成されている。これらのマークの投影像を処理することによって、ベストフォーカス位置及び付属マーク領域６１Ｂの位置を求めることができる。また、予め、付属マーク領域６１Ａ，６１Ｂに対する収差計測マーク１Ａ〜１Ｉ，２Ａ〜２Ｉの位置関係は計測されて図１のメモリ５１に記憶されている。従って、２つの付属マーク領域６１Ａ及び６１Ｂの位置に基づいて、収差計測マーク１Ａ〜１Ｉ，２Ａ〜２Ｉの投影像の位置を求めることができる。
【００９９】
次に、図９の収差計測マーク１Ａ〜１Ｉ及び２Ａ〜２１のうちで、代表的に収差計測マーク１Ａ及び２Ａの構成について説明する。
図１０は、図９のレチクルマーク板ＲＦＭに形成された収差計測マーク１Ａ及び２Ａを示す拡大図であり、図１０において、収差計測マーク１Ａは、互いに周期方向（ピッチ方向）の異なる６個の周期マーク３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆから構成されている。このうちの第１の周期マーク３Ａは、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（ラインアンドスペースパターン）４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆを含み、第３、第４、第６の周期マーク３Ｃ，３Ｄ，３Ｆは、それぞれ第１の周期マーク３Ａを所定角度回転したマークである。また、第４の周期マーク３Ｄの周期方向はＹ軸に平行である。
【０１００】
また、第２の周期マーク３Ｂは、例えばＸ軸に対して所定角度で回転した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５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆを含み、第５の周期マーク３Ｅは、その周期マーク３Ｂを所定角度回転したマークである。
図１１は、図１０中の収差計測マーク１Ａを示す拡大図であり、この図１１において、周期マーク３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ内のＬ＆Ｓパターンの周期方向である計測方向は、それぞれＸ軸に対して反時計周りに０°、角度φ１、角度φ２、９０°、角度φ３、角度φ４だけ傾斜している。本例の角度φ１、φ２、φ３、及びφ４は、それぞれ図６（及び図５）中の対応する角度と同じく３０°、４５°、１２０°、及び１３５°である。そして、周期マーク３Ａ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｆ中のＬ＆Ｓパターン４Ａ〜４Ｆは図６の粗い計測点ＳＰ１を設定するためのコースマークとしてのピッチを持ち、周期マーク３Ｂ，３Ｅ中のＬ＆Ｓパターン５Ａ〜５Ｆはは図６の密な計測点ＳＰ２を設定するためのファインマークとしてのピッチを持っている。即ち、周期マーク３Ａ〜３Ｆは、６方向でそれぞれ片側に６個の計測点を設定するためのマークである。コースマークとしてのＬ＆Ｓパターン４Ａ〜４Ｆの投影像のピッチの一例が、表３（Ａ）に記載され、ファインマークとしてのＬ＆Ｓパターン５Ａ〜５Ｆの投影像のピッチの一例が、表３（Ｂ）に記載されている。
【０１０１】
また、投影光学系ＰＬの瞳面上の計測点を図７（Ａ）のようにＸ方向、Ｙ方向の２方向に沿って設定する場合には、図１１のファインマークを含む２つの周期マーク３Ｂ及び３Ｅの周期方向はそれぞれＸ方向及びＹ方向に設定されるとともに、２つの周期マーク３Ｃ，３Ｆは省略することが可能である。また、このように計測点をＸ方向、Ｙ方向の２方向に沿って設定する場合には、コースマークとしてのＬ＆Ｓパターン４Ａ〜４Ｆの投影像のピッチの一例は表２（Ａ）となり、ファインマークとしてのＬ＆Ｓパターン５Ａ〜５Ｆの投影像のピッチの一例は表２（Ｂ）となる。
【０１０２】
図１１中のそれぞれ６個の周期マーク３Ａ〜３Ｆ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３Ａ〜３Ｆはそれぞれ６個のＬ＆Ｓパターンを含んでいる。従って、図３の照明光ＩＬで図１１の計測用パターンを照明すると、周期マーク３Ａ〜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〜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。
【０１０３】
次に、図１１の周期マーク３Ａ〜３Ｆ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、図１１の周期マーク３Ａ〜３Ｆを空間像とみなしたときに、各空間像に対してそれぞれ点線で示すように図５のスリット板９０上の対応するスリット９Ａ〜９Ｆを周期方向に相対走査して、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（第１の光学特性）を求めることができる（第１工程）。
【０１０４】
この場合、図５の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°で交差しているため、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。
【０１０５】
図１０に戻り、収差計測マーク１Ａに対向する収差計測マーク２Ａは、収差計測マーク１Ａを１８０°回転したマークである。従って、収差計測マーク２Ａを構成する６個の周期マーク６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆは、それぞれ収差計測マーク１Ａを構成する６個の周期マーク３Ａ〜３Ｆを１８０°回転したマークである。本例の周期マーク３Ａ〜３Ｆからは、図６の６方向Ｄ１〜Ｄ６に沿った計測点を通過する回折光が発生するが、それらを１８０°回転した周期マーク６Ａ〜６Ｆからも図６の６方向Ｄ１〜Ｄ６に沿った計測点を通過する回折光が発生する。従って、図１０の収差計測マーク２Ａの６個の周期マーク６Ａ〜６Ｆから発生して図６の計測点を通過する回折光も、図５の６個のスリット９Ａ〜９Ｆを介して検出することができ、この検出結果に基づいてｎ次までのツェルニケ多項式によって表される収差（第２の光学特性）を求めることができる（第２工程）。
【０１０６】
また、そのｎ次までのツェルニケ多項式によって表される収差は、図９の収差計測マーク１Ａ〜１Ｉ及び２Ａ〜２Ｉのそれぞれの位置（像高）に対して独立に計測することができる。
次に、収差計測マーク１Ａ〜１Ｉ及び２Ａ〜２Ｉの描画誤差の影響を低減する方法の一例について説明する。上述のように、第１組の収差計測マーク１Ａ〜１Ｉの描画誤差に対して第２組の収差計測マーク２Ａ〜２Ｉの描画誤差は逆極性である。そこで、一例として、図１の主制御装置５０（演算装置）では図９の各計測点における収差の計測結果を平均化する（第３工程）。具体的に、収差計測マーク１Ａの空間像計測によって求めたｎ次までのツェルニケ多項式の係数（収差）をＺ１Ak（ｋ＝１〜ｎ）として、それに対向する収差計測マーク２Ａの空間像計測によって求めたｎ次までのツェルニケ多項式の係数（収差）をＺ２Ak（ｋ＝１〜ｎ）すると、収差計測マーク１Ａ，２Ａの位置におけるｎ次までのツェルニケ多項式の係数（収差）ＺAkは次のようになる。
【０１０７】
ＺAK＝（Ｚ１AK＋Ｚ２AK）／２  （ｋ＝１〜ｎ）
同様に、他の１対の収差計測マーク１Ｂ，２Ｂ等の位置においても、それぞれ２つの収差を平均化する。この結果、奇関数成分の収差である横収差、例えば収差Ｚ2,Ｚ3 で表されるディストーション、及び収差Ｚ7,Ｚ8,Ｚ14，Ｚ15で表されるコマ収差は、平均化によって対向する２つの収差計測マークの描画誤差が相殺されるため、製造誤差の影響を排除して、ほぼ真の収差量を計測できる。
【０１０８】
また、偶関数成分の収差である縦収差、例えば収差Ｚ9,Ｚ16で表される球面収差についても、その平均化によって計測精度の向上が期待できる。
また、縦収差（偶関数成分の収差）の計測誤差は、実際には計測用マークの光軸方向の位置誤差によって発生する。そこで、予め図９のレチクルマーク板ＲＦＭの収差計測マーク１Ａ〜１Ｉ，２Ａ〜２Ｉが形成されている領域の平坦度を干渉計により計測しておき、各収差計測マークの光軸方向の位置誤差を記憶しておいてもよい。そして、収差計測時には、計測対象の収差計測マーク毎に、その光軸方向の位置誤差を相殺するように図１のスリット板９０のＺ方向の位置を調整することによって、その縦収差の計測誤差を補正することができる。この際に、例えば付属マーク領域６１Ａ及び６１Ｂに近い収差計測マーク１Ａ，２Ａ及び１Ｉ，２Ｉの光軸方向の位置（又はそれに対応するベストフォーカス位置）を、光軸方向の位置の基準とすることができる。
【０１０９】
なお、１つの像高に対応する計測用マーク（例えば収差計測マーク１Ａ及び２Ａ）は、物体面上で１ｍｍ角以内に局在しているとともに、その計測用マークの光軸方向の位置誤差は通常は２０ｎｍ以内程度である。そこで、投影光学系ＰＬの投影倍率を１／４とすると、その投影像の光軸方向の位置誤差は、１／１６の１ｎｍ程度になり、露光波長（λ）１９３ｎｍに対して５ｍλ以下の誤差となる。これは通常は無視できる誤差である。しかしながら、この誤差をも除去するためには、上記のようにレチクルマーク板ＲＦＭの平坦度を計測しておけばよい。
【０１１０】
また、上記の実施形態では、収差計測用のマークは投影露光装置に内蔵されているレチクルマーク板ＲＦＭに形成されているが、そのマークをレチクルＲと交換される基準レチクル（若しくはテストレチクル）、又はデバイス製造用（実露光用）のレチクルの一部に形成しておき、投影光学系ＰＬの収差計測時にレチクルステージＲＳＴ上にロードするようにしてもよい。
【０１１１】
また、例えば図９のレチクルマーク板ＲＦＭには１組の収差計測マーク１Ａ〜１Ｉのみを形成しておき、このレチクルマーク板ＲＦＭを用いて計測した収差と、その基準レチクルを用いて計測した誤差の少ない収差との差分を初期値データとして図１のメモリ５１に記憶しておいてもよい。その後、収差計測マーク１Ａ〜１Ｉのみを用いて収差を計測したときには、その結果をその記憶してある初期値データで補正することによって、収差計測マーク１Ａ〜１Ｉの描画誤差の影響を低減できる。
【０１１２】
次に、本発明の他の実施形態につき図１２を参照して説明する。図１２において図９に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。本例でも図１の投影露光装置を用いるが、本例の投影光学系ＰＬの収差計測用のマークは、レチクルＲと交換可能な評価用のレチクル上に形成されている。従って、投影光学系ＰＬの収差を計測する場合には、レチクルステージＲＳＴ上のレチクルＲがその評価用のレチクルと交換される。
【０１１３】
図１２（Ａ）は本例の評価用のレチクルＲ１を図１のレチクルステージＲＳＴ上に回転角０°でロードした状態を示し、この図１２（Ａ）において、レチクルＲ１のパターン領域の中央部にはＸ方向（非走査方向）にピッチΔＸ（ΔＸは例えば３ｍｍ）で９個の収差計測マーク１Ａ〜１Ｉが形成されている。なお、収差計測マーク１Ａ〜１Ｉ中の符号「Ｆ」は、各マークの回転角を示すために仮想的に付したものである。収差計測マーク１Ａ〜１ＩのＸ方向の位置は、レチクルＲ１をレチクルステージＲＳＴ上で１８０°回転したときに、収差計測マーク１Ａ〜１Ｉの位置がそれぞれ収差計測マーク１Ｉ〜１Ａの位置になるように設定されている。収差計測マーク１Ａ〜１Ｉの全体のＸ方向の幅は、ほぼ図１の照明領域ＩＡＲに収まる程度である。
【０１１４】
また、レチクルＲ１のパターン面の４隅には回転角０°での収差計測マーク１Ａ〜１Ｉの位置に対応付けられているアライメントマーク６５Ａ，６５Ｂ，６５Ｃ，６５Ｄ（第１の一組の位置合わせ用マーク）が形成されている。さらに、レチクルＲ１のパターン面のアライメントマーク６５Ａ〜６５Ｄの近傍には、レチクルＲ１を１８０°回転した状態での収差計測マーク１Ａ〜１Ｉの位置に対応付けられているアライメントマーク６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ，６４Ｄ（第２の一組の位置合わせ用マーク）も形成されている。回転角０°用のアライメントマーク６５Ａ〜６５Ｄと回転角１８０°用のアライメントマーク６４Ａ〜６４Ｄとは、レチクルＲ１の中心の周りにレチクルＲ１を１８０°回転したときにほぼ重なる位置に形成されている。
【０１１５】
図１２（Ａ）のレチクルＲ１を製造する際には、例えば図９のレチクルマーク板ＲＦＭに収差計測マーク１Ａ〜１Ｉのみを形成する場合のように、同一の原版パターンをフォトリピータを用いてレチクルＲ１の基板上の９箇所に順に転写すればよい。形成された収差計測マーク１Ａ〜１Ｉは、同じ原版パターンを用いて同じフォトリピータの投影光学系を介してほぼ同時に転写されるため、同じ描画誤差で、同じフォトリピータの投影光学系の収差の影響を受けている。従って、収差計測マーク１Ａ〜１Ｉは互いに実質的に等しい形状であるため、図１２（Ｂ）に示すようにレチクルＲ１を１８０°回転したときには、図１２（Ａ）の収差計測マーク１Ａ〜１Ｉの形状誤差は、図１２（Ｂ）の収差計測マーク１Ｉ〜１Ａの形状誤差に対してＸ方向、Ｙ方向に逆極性となる。本例では、これを利用してレチクルＲ１のみを用いて、描画誤差やフォトリピータの収差の影響を排除しながら図１の投影光学系ＰＬの収差を計測する。
【０１１６】
即ち、図１の投影光学系ＰＬの収差計測時には、先ずレチクルＲ１を図１２（Ａ）の回転角０°の状態に設定して、収差計測マーク１Ａ〜１Ｉを用いてそれぞれ収差を計測する。次に、レチクルＲ１を図１２（Ｂ）に示す回転角１８０°の状態に設定し、かつ収差計測マーク１Ａ〜１Ｉの位置をそれぞれ図１２（Ａ）の収差計測マーク１Ｉ〜１Ａの位置に設定して、収差を計測する。次に、９箇所で２回の計測結果をそれぞれ平均化することによって、収差計測マーク１Ａ〜１Ｉの製造誤差（描画誤差やフォトリピータの収差に起因する誤差）の影響が相殺されて、高精度に投影光学系ＰＬの収差を計測できる。
【０１１７】
本例のレチクルＲ１は、絶対収差計測の基準レチクルとするのに好適である。一般に、露光装置内に取り付けられた小型の基準マーク板は搬送することができず、１８０°回転させるのは容易ではないからである。そこで、本例の基準レチクル（レチクルＲ１）で投影光学系ＰＬの絶対収差量をもとめ、次に装置に内蔵されている基準マーク板で収差量を計測し、その差分を基準マーク板の製造誤差データファイルとして例えば投影露光装置内の記憶装置などに記憶しておけば、その後はその基準マーク板を用いて収差の絶対値の計測ができるようになる。このような描画誤差に起因するオフセットは前途したように奇関数収差でのみ発生するので、奇関数成分のみに関して製造誤差データファイルを設ければよい。
【０１１８】
なお、図１２（Ａ）は基本原理を示すため、レチクルＲ１上の１行９列に収差計測マーク１Ａ〜１Ｉが配置されているが、実際には複数行に収差計測マークを形成しておき、収差の計測値を平均化することでランダムな計測誤差を低減することができる。
なお、図１のレチクルマーク板ＲＦＭを露光装置とは別体の専用の収差計測装置に設置することも可能である。この場合には、被検光学系は投影露光装置用の投影光学系のみならず、例えば光学顕微鏡用の対物レンズなども可能である。
また、上記各実施形態では、投影光学系として縮小系を用いる場合について説明したが、これに限らず、投影光学系として等倍あるいは拡大系を用いても良いし、投影光学系は屈折系、反射屈折系、又は反射系のいずれであっても良い。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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】
【０１２３】
本発明の露光方法及び装置によれば、計測用マークの製造誤差の影響を低減して、投影光学系の光学特性を高精度に計測できる。そして、この計測結果に基づいて、必要に応じてその投影光学系の結像特性を補正することによって、その結像特性を所望の状態に維持できるため、デバイスパターンをより高精度に基板等の物体上に転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の実施形態の一例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。
【図２】図１の投影光学系ＰＬの結像特性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】投影光学系の瞳面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】投影光学系の瞳面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平面図である。
【図１０】図９の収差計測マーク１Ａ及び２Ａを示す拡大平面図である。
【図１１】図１０の収差計測マーク１Ａを示す拡大平面図である。
【図１２】（Ａ）は本発明の他の実施形態で使用されるレチクルを示す平面図、（Ｂ）は図１２（Ａ）のレチクルを１８０°回転した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１Ａ〜１Ｉ…収差計測マーク、２Ａ〜２Ｉ…収差計測マーク、３Ａ〜３Ｆ，６Ａ〜６Ｆ…周期マーク、４Ａ〜４Ｆ，５Ａ〜５Ｆ…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、１２３…ピンホール、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】
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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】
2006234517.tif 000016
【図１０】
2006234517.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
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