(57)【要約】      （修正有）【課題】像面の位置の計測に要する時間を短縮する像面計測装置。【解決手段】像面計測装置７は、露光光ＥＬによって所望パターンの像を像面に投影する投影光学系３の像面の位置を計測する像面計測装置であって、投影光学系を介した露光光によって形成される像の状態に関する第１情報及び投影光学系の特性に関する第２情報が入力される入力インタフェース７１と、第１及び第２情報を用いて、像面の位置を算出するコントローラ７２とを備える。【選択図】図１
2018197801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光によって所望パターンの像を像面に投影する投影光学系の前記像面の位置を計測する像面計測装置であって、
前記投影光学系を介した前記露光光によって形成される像の状態に関する第１情報及び前記投影光学系の特性に関する第２情報が入力される入力インタフェースと、
前記第１及び第２情報を用いて、前記像面の位置を算出するコントローラと
を備える像面計測装置。
【請求項２】
前記特性は、収差を含む
請求項１に記載の像面計測装置。
【請求項３】
前記第１情報は、前記露光光が投影される投影面内の第１位置に形成される像の状態に関する情報を含み、
前記第２情報は、前記投影光学系内の第１光路を通過して前記第１位置に到達する露光光の前記特性に関する情報を含む
請求項１又は２に記載の像面計測装置。
【請求項４】
前記第１情報は、前記露光光が投影される投影面内の複数の第２位置の夫々に形成される像に関する情報を含み、
前記第２情報は、前記投影光学系内の複数の第２光路の夫々を通過して前記複数の第２位置に夫々到達する露光光の前記特性に関する情報を含む
請求項１から３のいずれか一項に記載の像面計測装置。
【請求項５】
前記第１情報は、前記投影光学系による前記像を計測可能な第１計測装置の計測結果を含み、
前記第２情報は、前記投影光学系を介した前記露光光を計測可能な第２計測装置の計測結果を含む
請求項１から４のいずれか一項に記載の像面計測装置。
【請求項６】
前記第１計測装置は、前記投影光学系による前記像の状態を計測可能であり、
前記第２計測装置は、前記投影光学系を介した前記露光光の波面を計測可能である
請求項５に記載の像面計測装置。
【請求項７】
前記第１計測装置は、前記投影光学系を介した前記露光光によって、基板上に設けられた感光性材料層に形成されるパターン像を計測可能である
請求項６に記載の像面計測装置。
【請求項８】
前記コントローラは、（ｉ）前記第１情報が示す前記像の状態に基づいて前記像面の位置を暫定的に算出し、（ｉｉ）前記暫定的に算出した像面の位置から、前記第２情報が示す前記特性が前記像面の位置に与える影響を排除することで、前記像面の位置を算出する
請求項１から７のいずれか一項に記載の像面計測装置。
【請求項９】
前記コントローラは、第１のマスクパターンを介した前記露光光によって前記第１のマスクパターンの像が形成される前記像面の位置を算出する
請求項１から８のいずれか一項に記載の像面計測装置。
【請求項１０】
前記第１情報は、前記第１のマスクパターンとは異なる第２のマスクパターンの像の状態に関する情報を含み、
前記コントローラは、（ｉ）前記第１情報が示す前記像の状態に基づいて、前記第２のマスクパターンの像が形成される第１の像面の位置を暫定的に算出し、（ｉｉ）前記暫定的に算出した第１の像面の位置から、前記第２情報が示す前記特性が前記第１の像面の位置に与える影響を排除することで得られる第２の像面の位置を暫定的に算出し、（ｉｉｉ）前記暫定的に算出した第２の像面の位置、前記第１のマスクパターン、及び前記第１のマスクパターンの像を形成するときに用いられる露光光の状態に対応する前記投影光学系の特性を用いて、前記第１のマスクパターンの像が形成される前記像面の位置を算出する
請求項９に記載の像面計測装置。
【請求項１１】
前記第１情報は、第１照明条件のもとで前記投影光学系によって形成される像の状態に関する情報を含み、
前記第２情報は、前記第１照明条件のもとでの前記投影光学系の特性に関する情報を含み、
前記コントローラは、前記第１照明条件のもとでの前記像面の位置及び前記第１照明条件とは異なる第２照明条件のもとでの前記像面の位置の少なくとも一方を算出する
請求項１から１０のいずれか一項に記載の像面計測装置。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記第１及び第２情報に基づいて、前記第１照明条件のもとでの前記像面の位置を算出し、
前記コントローラは、前記第１照明条件のもとでの前記像面の位置、及び前記第２照明条件のもとでの前記投影光学系の特性に基づいて、前記第２照明条件のもとでの前記像面の位置を算出する
請求項１１に記載の像面計測装置。
【請求項１３】
前記入力インタフェースには、前記第２照明条件のもとでの前記投影光学系の特性に関する第３情報が入力される
請求項１１又は１２に記載の像面計測装置。
【請求項１４】
露光光によって所望パターンの像を像面に投影する投影光学系の前記像面の位置を計測する像面計測装置であって、
第１照明条件のもとで前記投影光学系によって形成される像の状態に関する第１情報と、前記第１照明条件のもとでの前記投影光学系の特性に関する第２情報とが入力される入力インタフェースと、
前記第１及び第２情報を用いて、前記像面の位置を算出するコントローラと
を備える像面計測装置。
【請求項１５】
前記コントローラは、前記第１照明条件とは異なる第２照明条件のもとでの前記像面の位置を算出する
請求項１４に記載の像面計測装置。
【請求項１６】
前記入力インタフェースには、前記第２照明条件のもとでの前記投影光学系の特性に関する第３情報が入力され、
前記コントローラは、前記第１情報から前記第３情報を用いて、前記第２照明条件のもとでの前記像面の位置を算出する
請求項１５に記載の像面計測装置。
【請求項１７】
露光光によって所望パターンの像を像面に投影する投影光学系の前記像面の位置を計測する像面計測方法であって、
前記投影光学系を介した前記露光光によって形成される像の状態に関する第１情報及び前記投影光学系の特性に関する第２情報を取得することと、
前記第１及び第２情報を用いて、前記像面の位置を算出することと
を含む像面計測方法。
【請求項１８】
露光光によって所望パターンの像を像面に投影する投影光学系の前記像面の位置を計測する像面計測方法であって、
第１照明条件のもとで前記投影光学系によって形成される像の状態に関する第１情報と、前記第１照明条件のもとでの前記投影光学系の特性に関する第２情報とを取得することと、
前記第１及び第２情報を用いて、前記像面の位置を算出することと
を含む像面計測方法。
【請求項１９】
前記第１照明条件とは異なる第２照明条件のもとでの前記投影光学系の特性に関する第３情報を取得することをさらに含み、
前記算出することは、前記第１乃至第３情報を用いて、前記第２照明条件のもとでの前記像面の位置を算出する請求項１７に記載の像面計測方法。
【請求項２０】
感光性材料が塗布された基板にパターン像を形成することをさらに含み、
前記取得することは、前記パターン像を観察して前記第１情報を取得することを含む
請求項１７から１９のいずれか一項に記載の像面計測方法。
【請求項２１】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の像面計測装置を備える露光装置。
【請求項２２】
請求項１７から２０のいずれか一項に記載の像面計測方法の計測結果を用いて基板を露光する露光装置。
【請求項２３】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の像面計測装置を用いて基板を露光する露光方法。
【請求項２４】
請求項１７から２０のいずれか一項に記載の像面計測方法の計測結果を用いて基板を露光する露光方法。
【請求項２５】
請求項２３又は２４に記載の露光方法を用いて、感光材が塗布された基板を露光し、当該基板に所望のマスクパターンを転写し、
露光された前記感光材を現像して、前記所望のマスクパターンに対応する露光パターン層を形成し、
前記露光パターン層を介して前記基板を加工するデバイス製造方法。
【請求項２６】
コンピュータに請求項１７から２０のいずれか一項に記載の像面計測方法を実行させるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影光学系の像面の位置を計測する像面計測装置及び像面計測方法、この像面計測装置若しくはこの像面計測方法を用いて物体を露光する露光装置及び露光方法、並びに、この露光方法を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置は、所望パターンを介した露光光を投影光学系で物体に投影することで、物体に所望パターンを転写する。このような露光装置では、投影光学系の像面の位置が計測される。像面の位置の計測に要する時間の短縮が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／２９６９４５号
【発明の概要】
【０００４】
第１の態様によれば、露光光によって所望パターンの像を像面に投影する投影光学系の前記像面の位置を計測する像面計測装置であって、前記投影光学系を介した前記露光光によって形成される像の状態に関する第１情報及び前記投影光学系の特性に関する第２情報が入力される入力インタフェースと、前記第１及び第２情報を用いて、前記像面の位置を算出するコントローラとを備える像面計測装置が提供される。
【０００５】
第２の態様によれば、露光光によって所望パターンの像を像面に投影する投影光学系の前記像面の位置を計測する像面計測装置であって、第１照明条件のもとで前記投影光学系によって形成される像の状態に関する第１情報と、前記第１照明条件のもとでの前記投影光学系の特性に関する第２情報とが入力される入力インタフェースと、前記第１及び第２情報を用いて、前記像面の位置を算出するコントローラとを備える像面計測装置が提供される。
【０００６】
第３の態様によれば、露光光によって所望パターンの像を像面に投影する投影光学系の前記像面の位置を計測する像面計測方法であって、前記投影光学系を介した前記露光光によって形成される像の状態に関する第１情報及び前記投影光学系の特性に関する第２情報を取得することと、前記第１及び第２情報を用いて、前記像面の位置を算出することとを含む像面計測方法が提供される。
【０００７】
第４の態様によれば、露光光によって所望パターンの像を像面に投影する投影光学系の前記像面の位置を計測する像面計測方法であって、第１照明条件のもとで前記投影光学系によって形成される像の状態に関する第１情報と、前記第１照明条件のもとでの前記投影光学系の特性に関する第２情報とを取得することと、前記第１及び第２情報を用いて、前記像面の位置を算出することとを含む像面計測方法が提供される。
【０００８】
第５の態様によれば、第１又は第２の態様における像面計測装置を備える露光装置が提供される。
【０００９】
第６の態様によれば、第３又は第４の態様における像面計測方法の計測結果を用いて基板を露光する露光装置が提供される。
【００１０】
第７の態様によれば、第１又は第２の態様における像面計測装置を用いて基板を露光する露光方法が提供される。
【００１１】
第８の態様によれば、第３又は第４の態様における像面計測方法の計測結果を用いて基板を露光する露光方法が提供される。
【００１２】
第９の態様によれば、第７又は第８の態様における露光方法を用いて、感光材が塗布された基板を露光し、当該基板に所望のマスクパターンを転写し、露光された前記感光材を現像して、前記所望のマスクパターンに対応する露光パターン層を形成し、前記露光パターン層を介して前記基板を加工するデバイス製造方法が提供される。
【００１３】
第１０の態様によれば、コンピュータに第３又は第４の態様における像面計測方法を実行させるコンピュータプログラムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本実施形態の露光装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本実施形態の露光装置が行う像面計測動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は、図２に示す像面計測動作のうち像情報を取得する処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図４は、像面計測用のマスクのパターン面を示す平面図である。
【００１５】
【図５】図５は、図２に示す像面計測動作のうち収差情報を取得する処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】図６は、図２に示す像面計測動作のうち像面の位置を算出する処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図７は、デバイス製造方法の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。但し、本発明が以下に説明する実施形態に限定されることはない。
（１）露光装置ＥＸの構成
はじめに、図１を参照しながら、本実施形態の露光装置ＥＸの構成の一例について説明する。図１は、本実施形態の露光装置ＥＸの断面（一部は、処理ブロック）を示す模式図である。尚、以下の説明では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸から定義されるＸＹＺ直交座標系を用いて、露光装置１を構成する構成要素の位置関係について説明する。説明の便宜上、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれが水平方向（つまり、水平面内の所定方向）であり、Ｚ軸方向が鉛直方向（つまり、水平面に直交する方向であり、実質的には上下方向）であるものとする。また、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りの回転方向（言い換えれば、傾斜方向）を、それぞれ、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向と称する。
【００１７】
露光装置１は、物体を露光する。以下では、物体は、レジストが塗布された半導体基板等の基板４１であるものとする。この場合、露光装置１は、基板４１を露光することで、基板４１にデバイスパターン（例えば、半導体素子パターン）を転写する。つまり、露光装置１は、半導体デバイス等のデバイスを製造するための露光装置であるものとする。但し、後述するように、露光装置１は、任意の物体を露光する又は任意の物体に光を照射する任意の露光装置であってもよい。
【００１８】
基板４１にデバイスパターンを転写するために、露光装置ＥＸは、図１に示すように、マスクステージ１と、照明系２と、投影光学系３と、基板ステージ４と、像面計測系５と、波面計測系６と、制御装置７とを備えている。尚、説明の便宜上、図１は、マスクステージ１、照明系２、投影光学系３、基板ステージ４、像面計測系５及び波面計測系６を断面図で示している一方で、制御装置７についてはブロック図で示していない。
【００１９】
マスクステージ１は、基板４１に転写されるデバイスパターンに対応するマスクパターンが形成されたマスク１１を保持する。マスクステージ１は、マスク１１を保持した状態で、照明系２から射出される露光光ＥＬが照射される照明領域を含む平面（例えば、ＸＹ平面）に沿って移動可能である。例えば、マスクステージ１は、モータを含むマスク駆動システムの動作により移動する。マスクステージ１は、マスク駆動システムの動作により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向、並びに、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向のうちの少なくとも一つに沿って移動可能である。
【００２０】
照明系２は、露光光ＥＬを射出する。露光光ＥＬは、例えば、水銀ランプから射出される輝線（例えば、ｇ線、ｈ線若しくはｉ線等）であってもよい。露光光ＥＬは、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光：Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ光）であってもよい。露光光ＥＬは、例えば、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）又はＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光：Ｖａｃｕｕｍ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ光）であってもよい。照明系２が射出した露光光ＥＬは、マスク１１の一部に照射される。
【００２１】
投影光学系３は、マスク１１を透過した露光光ＥＬ（つまり、マスク１１に形成されたマスクパターンの像）を、基板４１に投影する。投影光学系３は、屈折光学素子を含む投影光学系であるが、屈折光学素子に加えて又は代えて反射光学素子を含む投影光学系であってもよい。投影光学系３は、縮小系であるが、等倍系又は拡大系であってもよい。投影光学系３は、マスクパターンの像を倒立像として投影してもよいし、マスクパターンの像を正立像として投影してもよい。
【００２２】
基板ステージ４は、基板ステージ４の上面に形成される凹部に基板４１を収容することで、基板４１を保持する。基板ステージ４は、基板４１を保持した状態で、投影光学系３によって露光光ＥＬが投影される投影領域を含む平面（例えば、ＸＹ平面）に沿って移動可能である。例えば、基板ステージ４は、モータを含む基板駆動システムの動作により移動する。基板ステージ４は、基板駆動システムの動作により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向、並びに、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向のうちの少なくとも一つに沿って移動可能である。
【００２３】
像計測系５は、基板４１の上面（つまり、露光光ＥＬが投影される投影面となる基板４１の上面）を撮像して画像信号を取得する計測装置である。例えば、像計測系５は、基板４１に照明光を照射する光源と、基板４１からの反射光の像が結像される撮像面を含む撮像素子とを備える。像計測系５が取得した画像信号は、像計測系５から制御装置７に出力される。像計測系５は、投影光学系３の側面に配置されている。このため、像計測系５は、投影光学系３を介することなく基板４１を撮像する。但し、像計測系５は、投影光学系３を介して基板４１を撮像してもよい。
【００２４】
波面計測系６は、投影光学系３を介した露光光ＥＬの波面を計測する計測装置である。例えば、波面計測系６は、投影光学系３を介した露光光ＥＬを受光可能な受光素子（典型的には、撮像素子）を備える。波面計測系６は、例えば、干渉方式の計測法を用いて波面を計測可能な計測装置であってもよい。波面計測系６は、例えば、シャック・ハルトマン方式の計測法を用いて波面を計測可能な計測装置であってもよい。このような波面計測系６は、例えば米国特許第７，６６７，８２９号明細書に開示されている。波面計測系６は、例えば、その他の既存の方式の計測法を用いて波面を計測可能な計測装置であってもよい。このため、波面計測系６そのものの詳細な説明は省略する。波面計測系６は、基板ステージ４に配置されている。特に、波面計測系６は、基板４１が収容される基板ステージ４の上面の凹部の外側に配置される。この場合、波面計測系６が備える撮像素子の撮像面の高さ（つまり、Ｚ軸方向の位置）は、基板４１の上面の高さと同じである。
【００２５】
制御装置７は、露光装置１全体の動作を制御する。制御装置７は、露光装置１が備える各動作ブロックを動作させるための制御コマンドを、各動作ブロックに対して出力する。各動作ブロックは、制御コマンドに従って動作する。例えば、制御装置７は、基板４１上の所望のショット領域の所望位置に所望のデバイスパターンが転写されるように、マスクステージ１及び基板ステージ４の移動を制御する。
【００２６】
本実施形態では特に、制御装置７は、像計測系５の計測結果及び波面計測系６の計測結果が入力される入力インタフェース７１と、入力インタフェース７１に入力された計測結果に基づいて、投影光学系３の像面の位置（特に、投影光学系３の光軸方向の位置）を算出する（つまり、計測する）演算処理部７２とを備える。演算処理部７２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等の処理装置又はこのような処理装置内で論理的に実現される処理ブロックである。演算処理部７２は、不図示のメモリ等に記憶されている又は入力インタフェース７１を介して入力されるコンピュータプログラムを実行することで、投影光学系３の像面の位置を算出する。
【００２７】
特に、演算処理部７２は、所望の照明条件のもとで投影光学系３が所望のマスクパターンの像を形成する（つまり、投影する）像面の位置を算出する。以下、像面の位置を算出するための像面計測動作について更に説明する。尚、所望のマスクパターンは、像面の位置を計測する対象となるマスクパターンであることから、以下の説明では、適宜“計測対象パターン”と称する。同様に、所望の照明条件は、像面の位置を計測する対象となる照明条件であることから、以下の説明では、適宜“計測対象照明条件”と称する。
【００２８】
（２）像面検出動作
（２−１）像面検出動作の全体の流れ
初めに、図２を参照しながら、像面計測動作の全体の流れについて説明する。図２は、像面計測動作の全体の流れを示すフローチャートである。
【００２９】
図２に示すように、まず、制御装置７は、像計測系５の計測結果に基づいて、投影光学系３を介した露光光ＥＬによって形成された像の状態に関する像情報を取得する（ステップＳ１）。特に、ステップＳ１では、制御装置７は、像面計測用の特別なマスクパターンの像の状態に関する像情報を取得する。像面計測用のマスクパターン（以降、適宜“テストパターン”と称する）は、計測対象パターンとは異なる。つまり、制御装置７は、計測対象パターンの像の状態に関する像情報を取得しなくてもよい。本実施形態では、制御装置７は、像の状態に関する像情報として、例えば、像が形成される像面の位置に関する情報を取得する。つまり、制御装置７は、投影光学系３がテストパターンの像を形成する像面の位置に関する情報を取得する。尚、図２のステップＳ１の処理については、後に図３を参照しながら更に詳細に説明する。
【００３０】
ステップＳ１の処理の後に又は前に、制御装置７は、波面計測系６の計測結果に基づいて、投影光学系３の波面収差に関する収差情報を取得する（ステップＳ２）。尚、図２のステップＳ２の処理については、後に図５を参照しながら更に詳細に説明する。
【００３１】
その後、制御装置７は、ステップＳ１で取得した像情報及びステップＳ２で取得した収差情報に基づいて、計測対象照明条件のもとで投影光学系３が計測対象パターンの像を形成する像面の位置を算出する（ステップＳ３）。言い換えれば、制御装置７は、計測対象照明条件のもとで射出される露光光ＥＬによって計測対象パターンの像が形成される像面の位置を算出する。つまり、本実施形態では、露光装置ＥＸは、計測対象照明条件のもとで投影光学系３が形成する計測対象パターンの像を実際に計測することなく、計測対象照明条件のもとで投影光学系３が計測対象パターンの像を形成する像面の位置を算出することができる。尚、図２のステップＳ３の処理については、後に図６を参照しながら更に詳細に説明する。
【００３２】
（２−２）像情報を取得する処理
続いて、図３を参照しながら、図２のステップＳ２における像情報を取得する処理の流れについて説明する。図３は、図２のステップＳ２における像情報を取得する処理の流れを示すフローチャートである。
【００３３】
図３に示すように、まず、マスクステージ１に、テストパターンが形成された像面計測用のマスク１１（以降、“テストマスク１１ａ”と表記する）がローディングされる（ステップＳ１１）。テストマスク１１ａは、位相シフトマスクである。特に、テストマスク１１ａは、ＰＳＦＭ（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｆｏｃｕｓ  Ｍｏｎｉｔｏｒ：位相シフトフォーカスモニター）法を用いて投影光学系３のフォーカス位置を評価するために使用可能な位相シフトマスクである。このようなテストマスク１１ａの一例として、例えば、米国特許出願公開第２０１１／２１２３８９号明細書に記載されたマスクがあげられる。具体的には、テストマスク１１ａのパターン面には、図４に示すように、Ｘ軸方向にＩ行で且つＹ軸方向にＪ列のマトリクス状に配列される複数の計測点Ｐ（ｉ，ｊ）が設定されている。尚、ｉは、１以上且つＩ以下の整数であり、ｊは、１以上且つＪ以下の整数である。但し、テストマスク１１ａのパターン面には、単一の計測点Ｐが設定されていてもよい。各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）には、露光光ＥＬを通過させない遮光部と、露光光ＥＬを通過させる通過部と、露光光ＥＬの位相をシフトさせた上で通過させる位相シフト部とが組み合わせられた単位パターンが形成される。従って、テストマスク１１ａに形成されているテストパターンは、マトリクス状に配列された複数の単位パターンから構成される。尚、単位パターンは、米国特許出願公開第２０１１／２１２３８９号明細書に記載されたパターンと同一であってもよいため、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
ステップＳ１１の処理の後に若しくは前に又は並行して、基板ステージ１に、基板４１（特に、露光光ＥＬによって未だ露光されていない基板４１）がローディングされる（ステップＳ１２）。
【００３５】
その後、照明系２の照明条件が、像情報を取得するために（つまり、テストマスク１１ａを介した露光光ＥＬで基板４１を露光するために）用いられるべきテスト照明条件に設定される（ステップＳ１３）。照明条件は、例えば、照明形状と称することができる、照明系２の射出瞳での光量分布を含む。この場合、照明条件は、例えば、通常照明用の大σ照明、σ値が相対的に小さい小σ照明、輪帯照明、及び、変形照明（例えば、四重極照明）のいずれかに設定されてもよい。
【００３６】
テスト照明条件は、計測対象照明条件と同じであってもよい。この場合、計測対象照明条件が大σ照明である場合には、テスト照明条件もまた大σ照明となる。或いは、テスト照明条件は、像面の位置を計測する対象となる計測対象照明条件と異なってもよい。この場合、計測対象照明条件が大σ照明である場合には、テスト照明条件は、大σ照明以外の照明条件（例えば、小σ照明、輪帯照明又は変形照明）となる。
【００３７】
その後、照明系２は、テスト照明条件に対応する露光光ＥＬを射出する（ステップＳ１３）。その結果、テスト照明条件のもとで、テストパターンを介した露光光ＥＬが投影光学系３によって基板４１に投影される（ステップＳ１３）。具体的には、基板４１上に設定される複数のショット領域の夫々が、テストパターンを介した露光光ＥＬによって露光される。従って、各ショット領域にテストパターンが転写される。
【００３８】
その後、テストパターンが転写された基板４１が基板ステージ４からアンローディングされる（ステップＳ１４）。アンローディングされた基板４１は、コータ・デベロッパによって現像される（ステップＳ１５）。その結果、基板４１上には、テストパターンに対応するレジスト像（つまり、レジストパターン）が形成される。
【００３９】
その後、現像された基板４１が基板ステージ４に再度ローディングされる（ステップＳ１６）。その後、像計測系５は、レジスト像を撮像する（ステップＳ１７）。特に、像計測系５は、テストマスク１１ａ上の計測点Ｐ（ｉ，ｊ）に対応する、各ショット領域内の計測点Ｑ（ｉ，ｊ）におけるレジスト像を撮像する。このため、基板ステージ４は、像計測系５が各ショット領域内の計測点Ｑ（ｉ，ｊ）におけるレジスト像を撮像できるように、像計測系５に対して相対的に移動する。但し、像計測系５は、基板４１上の所望の位置におけるレジスト像を撮像してもよい。
【００４０】
その後、像計測系５の計測結果（つまり、撮像データ）は、像情報として、入力インタフェース７１を介して演算処理部７２に入力される（ステップＳ１８）。
【００４１】
（２−３）収差情報を取得する処理
続いて、図５を参照しながら、図２のステップＳ３における収差情報を取得する処理の流れについて説明する。図５は、図２のステップＳ３における収差情報を取得する処理の流れを示すフローチャートである。
【００４２】
図５に示すように、波面計測系６は、投影光学系３を介した露光光ＥＬの波面を計測する（ステップＳ２１）。特に、波面計測系６は、像情報を取得する際にレジスト像を撮像した各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）に対応する各計測点Ｒ（ｉ，ｊ）において、露光光ＥＬの波面を計測する。つまり、波面計測系６は、投影光学系３に対する相対位置が各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）と一致する各計測点Ｒ（ｉ，ｊ）において、露光光ＥＬの波面を計測する。このため、基板ステージ４は、波面計測系６が各計測点Ｒ（ｉ，ｊ）において波面を計測できるように、波面計測系６と共に移動する。例えば、基板ステージ４は、各計測点Ｒ（ｉ，ｊ）に波面計測系６の撮像面が位置するように、波面計測系６と共に移動する。その結果、像計測系５が各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）におけるレジスト像を撮像することで得られる像のＸＹ平面内の位置は、波面計測系６が各計測点Ｒ（ｉ，ｊ）において波面を撮像することで得られる像のＸＹ平面内の位置と同じになる。
【００４３】
一例として、波面計測系６が干渉方式の計測法を用いて波面を計測可能な計測装置である場合の波面の計測方法について説明する。この場合、マスクステージ１には、波面計測用のマスク１１（以降、“テストマスク１１ｂ”と表記する）がローディングされる。テストマスク１１ｂのパターン面には、例えば、規則的に配列された複数のピンホールが形成されている。更に、投影光学系３を介した露光光ＥＬが投影される投影領域に波面計測系６（特に、その撮像素子）が位置するように、基板ステージ４が移動する。その上で、照明系２が露光光ＥＬを射出する。このとき、照明系２は、像情報を取得する際に用いたテスト照明条件で露光光ＥＬを射出する。その結果、テストマスク１１ｂ（特に、ピンホール）及び投影光学系３を介した露光光ＥＬが、波面計測系６に入射する。干渉方式の計測法を用いる波面計測系６は、上述した撮像素子に加えて、投影光学系３と撮像素子との間に、２次元の格子パターンが形成された回折格子を備えている。投影光学系３からの露光光ＥＬは、回折格子に入射する。その結果、回折格子からは、複数の回折光が射出する。複数の回折光は、互いに干渉して干渉光を形成する。撮像素子は、この干渉光によって形成される干渉縞を撮像する。従って、撮像素子は、実質的には、干渉光の強度分布を画像として検出する。波面計測系６の計測結果（つまり、撮像データ）は、入力インタフェース７１を介して演算処理部７２に入力される。尚、干渉方式の波面計測系６は、例えば米国特許出願公開第２０１５／０１６００７３号明細書に開示されている。
【００４４】
その後、演算処理部７２は、波面計測系６の計測結果（つまり、投影光学形３を介した露光光ＥＬの波面に関する情報）に基づいて、投影光学系３の波面収差を算出する。つまり、演算処理部７２は、像面計測用の照明条件のもとでの投影光学系３の波面収差を算出する。その結果、波面収差に関する収差情報が取得される。
【００４５】
（２−４）像面の位置を算出する処理
続いて、図６を参照しながら、図２のステップＳ４における像面の位置を算出する処理の流れについて説明する。図６は、図２のステップＳ４における像面の位置を算出する処理の流れを示すフローチャートである。
【００４６】
図６に示すように、演算処理部７２は、ステップＳ１で取得した像情報に基づいて、テスト照明条件のもとで投影光学系３がテストパターンの像を形成する像面の光軸方向（Ｚ軸方向）における位置に関する第１位置情報を暫定的に算出する（ステップＳ３１）。具体的には、演算処理部７２は、像情報に基づいて、各ショット領域の各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）のレジスト像の状態から、各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）でのデフォーカス量（つまり、各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）が設定されている基板４１の表面の、ベストフォーカス位置からのずれ量であり、実質的には、基板４１の表面の、像面からのずれ量）を算出する。尚、デフォーカス量を算出する処理は、米国特許出願公開第２０１１／２１２３８９号明細書に記載された処理と同一であってもよいため、その詳細な説明を省略する。その後、演算処理部７２は、各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）でのデフォーカス量に基づいて、投影光学系３がテストパターンの像を形成する像面の光軸方向の位置を算出する。一例として、演算処理部７２は、各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）でのデフォーカスの平均値を、基板４１の表面の像面からのずれ量として算出すると共に、当該ずれ量だけ基板４１の表面からずれた位置に設定される光学面の位置を、投影光学系３がテストパターンの像を形成する像面の光軸方向の位置として算出してもよい。
【００４７】
ここで、上述したように、テストパターンは、計測対象パターンとは異なる。このため、第１位置情報が示す像面の光軸方向の位置は、投影光学系３が計測対象パターンの像を形成する像面の光軸方向の位置とは異なる。更には、テスト照明条件は、計測対象照明条件とは異なる場合がある。この場合、照明系２の照明条件に応じて投影光学系３の波面収差のパターンに対する影響（つまりは、結像性能）が変動することを考慮すれば、第１位置情報が示す像面の光軸方向の位置は、計測対象照明条件のもとで投影光学系３が像を形成する像面の光軸方向の位置とは異なる。そこで、本実施形態では、演算処理部７２は、以下に説明するステップＳ３２からステップＳ３５の処理を行うことで、第１位置情報から、像面計測用の照明条件のもとで投影光学系３がテストパターンの像を形成する像面の位置を算出する。
【００４８】
具体的には、演算処理部７２は、ステップＳ３１で取得した第１位置情報及びステップＳ２で取得した収差情報に基づいて、波面収差が存在しない仮想的な投影光学系３（以降、波面収差が存在しない仮想的な投影光学系３を、“仮想投影光学系３ａ”と称する）がテストパターンの像を形成する像面の光軸方向の位置に関する第２位置情報を暫定的に算出する（ステップＳ３２）。具体的には、演算処理部７２は、第１位置情報が示す像面の光軸方向の位置から、収差情報が示す波面収差に起因した像面の光軸方向の位置の変動成分を排除する。つまり、演算処理部７２は、第１位置情報が示す像面の光軸方向の位置から、当該像面の光軸方向の位置に対して波面収差が与える影響に起因した変動成分を排除する。その結果、演算処理部７２は、仮想投影光学系３ａがテストパターンの像を形成する像面の光軸方向の位置を算出することができる。
【００４９】
その後、演算処理部７２は、計測対象照明条件及び計測対象パターンを特定する（ステップＳ３３）。つまり、演算処理部７２は、計測対象照明条件がどのような照明条件であるかを特定する。更に、演算処理部７２は、計測対象パターンがどのようなマスクパターンであるかを特定する。
【００５０】
その後、演算処理部７２は、計測対象照明条件のもとでの投影光学系３の収差感度を特定する（ステップＳ３４）。具体的には、演算処理部７２は、収差感度データから、計測対象照明条件のもとでの投影光学系３の収差感度を特定する。収差感度データは、照明条件と投影光学系３の波面収差（特に、その収差感度）との関係を規定する。このような収差感度データの一例として、例えば、ツェルニケ感度表（Ｚｅｒｎｉｋｅ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を含むデータベースがあげられる。ツェルニケ感度表は、例えば、ある照明条件のもとで算出した投影光学系３の波面収差（つまり、結像性能）の、ツェルニケ多項式の各項における変化量（例えば、１λあたりの変化量）を、異なる複数の照明条件の夫々毎に含むデータベースである。
【００５１】
収差感度データは、入力インタフェース７１を介して演算処理部７２に入力される。収差感度データは、露光装置ＥＸが備える不図示の内部記憶装置から入力インタフェース７１を介して演算処理部７２に入力されてもよい。収差感度データは、露光装置ＥＸに着脱可能な不図示の外部記憶装置から入力インタフェース７１を介して演算処理部７２に入力されてもよい。収差感度データは、露光装置ＥＸが接続されるネットワーク回線から入力インタフェース７１を介して演算処理部７２に入力されてもよい。いずれにせよ、収差感度データが予め用意されると共に、当該予め用意された収差感度データが演算処理部７２によって適宜参照される。
【００５２】
その後、演算処理部７２は、ステップＳ３２で算出した第２位置情報、ステップＳ３３で特定した計測対象パターン、及びステップＳ３４で特定した収差感度に基づいて、計測対象照明条件のもとで投影光学系３がテストパターンの像を形成する像面の光軸方向の位置を算出する（ステップＳ３５）。具体的には、例えば、演算処理部７２は、第２位置情報及び計測対象パターンに基づいて、波面収差が存在しない仮想投影光学系３ａがテストパターンの像を形成するシミュレーションモデルを生成する。その後、演算処理部７２は、シミュレーションモデルに対してテストパターンに代えて計測対象パターンを適用することで、波面収差が存在しない仮想的な投影光学系３ａが計測対象パターンの像を形成する像面の光軸方向の位置を算出する。その後、演算処理部７２は、算出した像面の光軸方向の位置に対して、特定した収差感度に応じた波面収差に起因した像面の光軸方向の位置の変動成分を加味する。つまり、演算処理部７２は、算出した像面の光軸方向の位置に対して、計測対象照明条件のもとでの投影光学系３の波面収差に起因した像面の光軸方向の位置の変動成分を加味する。その結果、演算処理部７２は、計測対象照明条件のもとで投影光学系３が計測対象パターンの像を形成する像面の光軸方向の位置を算出することができる。
【００５３】
その後、演算処理部７２は、計測対象照明条件及び計測対象パターンの少なくとも一方を変更するか否かを判定する（ステップＳ３６）。つまり、演算処理部７２は、既に像面の光軸方向の位置を算出済みの一の計測対象照明条件とは異なる他の計測対象照明条件のもとで既に像面の光軸方向の位置を算出済みの一の計測対象パターンの像が形成される像面の光軸方向の位置を算出するか否かを判定する。更に、演算処理部７２は、既に像面の光軸方向の位置を算出済みの一の計測対象照明条件のもとで既に像面の光軸方向の位置を算出済みの一の計測対象パターンとは異なる他の計測対象パターンの像が形成される像面の光軸方向の位置を算出するか否かを判定する。更に、演算処理部７２は、既に像面の光軸方向の位置を算出済みの一の計測対象照明条件とは異なる他の計測対象照明条件のもとで既に像面の光軸方向の位置を算出済みの一の計測対象パターンとは異なる他の計測対象パターンの像が形成される像面の光軸方向の位置を算出するか否かを判定する。
【００５４】
ステップＳ３６の判定の結果、計測対象照明条件及び計測対象パターンの少なくとも一方を変更すると判定される場合には（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）、演算処理部７２は、ステップＳ３３以降の処理を再度行う。つまり、演算処理部７２は、ステップＳ３３において計測対象照明条件及び計測対象パターンの少なくとも一方を変更した上で、ステップＳ３４以降の処理を行う。他方で、ステップＳ３６の判定の結果、計測対象照明条件及び計測対象パターンのいずれも変更しないと判定される場合には（ステップＳ３６：Ｎｏ）、演算処理部７２は、図６に示す処理を終了する。
【００５５】
（３）技術的効果
以上説明したように、本実施形態では、露光装置ＥＸは、計測対象照明条件のもとで投影光学系３が形成する計測対象パターンの像を実際に計測することなく、計測対象照明条件のもとで投影光学系３が計測対象パターンの像を形成する像面の光軸方向の位置を算出することができる。つまり、露光装置ＥＸは、テスト照明条件のもとで投影光学系３がテストパターンの像を形成する像面の光軸方向の位置に基づいて、シミュレーションで、計測対象照明条件のもとで投影光学系３が計測対象パターンの像を形成する像面の光軸方向の位置を算出することができる。このため、計測対象照明条件のもとで投影光学系３が形成する計測対象パターンの像（例えば、レジスト像）を実際に計測する必要がある第１比較例の露光装置と比較して、像面の光軸方向の位置の算出（つまり、計測）に要する時間が短縮される。
【００５６】
更に、本実施形態では、露光装置ＥＸは、テスト照明条件のもとで投影光学系３が形成する像を計測すれば、複数の異なる計測対象照明条件のもとで投影光学系３が像を夫々形成する複数の像面の光軸方向の位置を算出することができる。つまり、露光装置ＥＸは、複数の計測対象照明条件のもとで投影光学系３が夫々形成する複数の像（例えば、レジスト像）を実際に計測しなくてもよい。このため、複数の計測対象照明条件のもとで投影光学系３が夫々形成する複数の像を実際に計測する必要がある第２比較例の露光装置と比較して、複数の異なる計測対象照明条件に対応する複数の像面の光軸方向の位置の算出（つまり、計測）に要する時間が短縮される。
【００５７】
更に、本実施形態では、露光装置ＥＸは、投影光学系３が形成するテストパターンの像を計測すれば、投影光学系３が複数の異なる計測対象パターンの像を夫々形成する複数の像面の光軸方向の位置を算出することができる。つまり、露光装置ＥＸは、投影光学系３が形成する複数の異なる計測対象パターン又は複数の異なるテストパターンの像（例えば、レジスト像）を実際に計測しなくてもよい。このため、投影光学系３が形成する複数の異なる計測対象パターン又は複数の異なるテストパターンの像を実際に計測する必要がある第３比較例の露光装置と比較して、複数の異なる計測対象パターンに対応する複数の像面の光軸方向の位置の算出（つまり、計測）に要する時間が短縮される。
【００５８】
（４）変形例
上述した説明では、像計測系５は、投影光学系３の側面に配置されている。しかしながら、像計測系５が基板４１（特に、レジスト像）を撮像可能である限りは、像計測系５は、任意の位置に配置されてもよい。或いは、露光装置ＥＸは、像計測系５を備えていなくてもよい。この場合、基板４１（特に、レジスト像）は、露光装置ＥＸの外部に配置される他の像計測系によって撮像されてもよい。また、上述した説明では、像計測系５が基板４１上に形成されるレジスト像を撮像している。しかしながら、像計測系５は、投影光学系３による空間像を計測するものであってもよい。
【００５９】
露光装置ＥＸは、基板４１に形成されたアライメントマークを検出可能なアライメント系を備えていてもよい。アライメント系によるアライメントマークの検出結果は、制御装置７に出力される。制御装置７は、アライメントマークの検出結果に基づいて、基板４１上に既に形成済みのデバイスパターンと、基板４１上に新たに転写しようとしているデバイスパターンとの位置合わせを行うためのアライメント動作を行う。この場合、アライメント系がアライメントマークを撮像することでアライメントマークを検出するアライメント系である場合は、このようなアライメント系が上述した像計測系５としても用いられてもよい。アライメントマークを撮像可能なアライメント系の一例として、例えば、ＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ：空間像アライメント）方式のアライメント系があげられる。
【００６０】
上述した説明では、像情報を取得する際に用いられるテストマスク１１ａは、ＰＳＦＭ法を用いて投影光学系３のフォーカス位置を評価するために使用可能な位相シフトマスクである。しかしながら、テストマスク１１ａは、ＰＳＦＭ法とは異なる方法を用いて投影光学系３のフォーカス位置を評価するために使用可能なマスクであってもよい。例えば、テストマスク１１ａは、ＣＦ（Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｆｏｃｕｓ：コントラストフォーカス）法を用いて投影光学系３のフォーカス位置を評価するために使用可能なマスクであってもよい。尚、ＣＦ法は、投影光学系３の光軸ＡＸに沿った方向の基板４１の位置を段階的に変更しながら、基板４１上に所定のマスクパターンを転写すると共に、転写された所定のマスクパターンのレジスト像のコントラストに基づいてフォーカス位置を評価する方法である。或いは、テストマスク１１ａは、投影光学系３のフォーカス位置を評価するマスクに限らず、レジスト像を形成可能な任意のテストパターンが形成された任意のマスクであってもよい。テストマスク１１ａは、位相シフトマスクでなくてもよい。
【００６１】
上述した説明では、テストマスク１１ａがＰＳＦＭ法を用いて投影光学系３のフォーカス位置を評価するために使用可能な位相シフトマスクであるため、図６のステップＳ３１において、制御装置７は、各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）のレジスト像の状態から各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）でのデフォーカス量を算出し、その後、各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）でのデフォーカス量に基づいてテストパターンの像が形成される像面の光軸方向の位置を算出している。しかしながら、テストマスク１１ａがＰＳＦＭ法を用いて投影光学系３のフォーカス位置を評価するために使用可能な位相シフトマスクでない場合には、制御装置７は、レジスト像に基づく任意の方法（特に、テストマスク１１ａに形成されたテストパターンに適した方法）でテストパターンの像が形成される像面の光軸方向の位置を算出してもよい。
【００６２】
上述した説明では、像情報を取得する際に用いられるテストパターンは、計測対象パターンとは異なる。しかしながら、テストパターンは、計測対象パターンと同じであってもよい。この場合、テスト照明条件が所望の照明条件と同じである場合には、図６のステップＳ３２において暫定的に算出された第２位置情報が示す像面の光軸方向の位置が、所望の照明条件の下で投影光学系３が計測対象パターンの像を形成する像面の光軸方向の位置に相当する。従って、演算処理部７２は、図６のステップＳ３３以降の処理を行わなくてもよい。但し、テスト照明条件が所望の照明条件と異なる場合には、演算処理部７２は、図６のステップＳ３３以降の処理を行うことで、所望の照明条件の下で投影光学系３が計測対象パターンの像を形成する像面の光軸方向の位置を算出する。
【００６３】
上述した説明では、波面計測系６は、基板ステージ４に配置されている。しかしながら、波面計測系６が投影光学系３を介した露光光ＥＬの波面を計測可能である限りは、波面計測系６は、任意の位置に配置されてもよい。例えば、波面計測系６は、マスクステージ１に配置されてもよい。例えば、波面計測系６は、マスクステージ１に支持される支持部材に配置されてもよい。露光装置ＥＸが、基板ステージ４に加えて、基板ステージ４の側方で移動可能な計測ステージを備えている場合には、波面計測系６は、計測ステージに配置されていてもよい。
【００６４】
上述の説明では、露光装置ＥＸは、半導体基板等の基板４１を露光する。しかしながら、露光装置ＥＸは、ガラス板、セラミック基板、フィルム部材、又は、マスクブランクス等の任意の物体を露光してもよい。露光装置ＥＸは、液晶表示素子又はディスプレイを製造するための露光装置であってもよい。露光装置ＥＸは、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（例えば、ＣＣＤ）、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ及びマスク１１（或いは、レチクル）のうちの少なくとも一つを製造するための露光装置であってもよい。
【００６５】
半導体デバイス等のデバイスは、図７に示す各ステップを経て製造されてもよい。デバイスを製造するためのステップは、デバイスの機能及び性能設計を行うステップＳ２０１、機能及び性能設計に基づいたマスク１１を製造するステップＳ２０２、デバイスの基材である基板４１を製造するステップＳ２０３、マスク１１からの露光光ＥＬで基板４１を露光し且つ露光された基板４１を現像するステップＳ２０４、デバイス組み立て処理（ダイシング処理、ボンディング処理、パッケージ処理等の加工処理）を含むステップＳ２０５及び検査ステップＳ２０６を含んでいてもよい。
【００６６】
上述の実施形態の構成要件は、適宜組み合わせることができる。上述の実施形態の要件のうちの一部が用いられなくてもよい。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態で引用した露光装置等に関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
【００６７】
また、本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う評価装置及び評価方法、像面計測装置、像面計測方法、露光装置、露光方法、並びに、デバイス製造方法もまた本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
ＥＸ  露光装置
１  マスクステージ
１１  マスク
２  照明系
３  投影光学系
４  基板ステージ
４１  基板
５  像計測系
６  波面計測系
７  制御装置
７１  入力インタフェース
７２  演算処理部
【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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