(57)【要約】【課題】計測装置のうち光学系の像面側に配置する部分の構成を簡素化して、光学系の光学特性を計測する。【解決手段】特性計測装置２０において、投影光学系ＰＬの物体面及び像面側に配置されるＬ＆Ｓパターン２１Ａ及びＬ＆Ｓパターン２３Ａと、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ及び投影光学系ＰＬを介してＬ＆Ｓパターン２３Ａを照明する照明光学系ＩＬＳと、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａからの反射光を投影光学系ＰＬ及びＬ＆Ｓパターン２１Ａを介して受光する受光系３０と、を備え、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａの像とＬ＆Ｓパターン２３Ａとを相対移動したときに受光系３０から得られる検出信号に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性を求める。【選択図】図２
2011222921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面のパターンの像を第２面に形成する光学系の光学特性を計測する装置において、
前記第１面側に配置される第１の周期的パターンと、
前記第２面側に配置される第２の周期的パターンと、
前記第１の周期的パターン及び前記光学系を介して前記第２の周期的パターンを照明する照明系と、
前記第２の周期的パターンで反射された光を、前記光学系及び前記第１の周期的パターンを介して受光する受光系と、
前記第１の周期的パターンの前記光学系による像と前記第２の周期的パターンとを前記第２の周期的パターンの周期方向に相対移動する移動装置と、
前記移動装置を介して前記第１の周期的パターンの像と前記第２の周期的パターンとを前記周期方向に相対移動したときに前記受光系から得られる検出信号に基づいて前記光学系の光学特性を求める演算装置と、
を備えることを特徴とする光学特性計測装置。
【請求項２】
前記移動装置は、前記第１の周期的パターンの像と前記第２の周期的パターンとを前記光学系の光軸に平行な方向に相対移動する機構を有し、
前記演算装置は、前記移動装置を介して前記第１の周期的パターンの像と前記第２の周期的パターンとを前記光軸に平行な方向に相対移動した後、前記移動装置を介して前記第１の周期的パターンの像と前記第２の周期的パターンとを前記周期方向に相対移動したときに前記受光系から得られる検出信号に基づいて前記光学系の光学特性を求めることを特徴とする請求項１に記載の光学特性計測装置。
【請求項３】
前記第１の周期的パターンの像の前記周期方向の周期は、前記第２の周期的パターンの周期と等しいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学特性計測装置。
【請求項４】
前記第１の周期的パターンの像は、第１方向に周期性を持つ第１パターン部及び前記前記第１方向に直交する第２方向に周期性を持つ第２パターン部を含み、
前記第２の周期的パターンは、前記第１方向に周期性を持つ第３パターン部及び前記第２方向に周期性を持つ第４パターン部を含み、
前記演算装置は、前記移動装置を介して前記第１の周期的パターンの像と前記第２の周期的パターンとを前記第１方向及び前記第２方向に相対移動したときに、前記受光系から得られる検出信号に基づいて前記光学系の光学特性を求めることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の周期的パターンは複数対形成されており、
前記演算装置は、複数対の前記第１及び第２の周期的パターンに関してそれぞれ前記光学系の光学特性を求めることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項６】
前記受光系は、前記第１の周期的パターンを介して受光される光を集光する集光光学系と、前記集光光学系によって集光される光を検出する光電検出器とを含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項７】
照明光学系からの照明光でパターンを照明し、前記照明光で前記パターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光装置において、
前記投影光学系の光学特性を計測するために請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光学特性計測装置を備え、
前記照明光学系が前記光学特性計測装置の前記照明系を兼用することを特徴とする露光装置。
【請求項８】
第１面のパターンの像を第２面に形成する光学系の光学特性を計測する方法において、
前記第１面側に配置される第１の周期的パターン及び前記光学系を介して前記第２面側に配置される第２の周期的パターンを照明する工程と、
前記第１の周期的パターンの前記光学系による像と前記第２の周期的パターンとを前記第２の周期的パターンの周期方向に相対移動しつつ、前記第２の周期的パターンで反射された光を、前記光学系及び前記第１の周期的パターンを介して受光する工程と、
前記第１の周期的パターンを介して受光して得られる検出信号に基づいて前記光学系の光学特性を求める工程と、
を含むことを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項９】
前記光学系の光学特性を求める工程は、
前記第１の周期的パターンの像と前記第２の周期的パターンとを前記光学系の光軸に平行な方向に相対移動した後、前記第１の周期的パターンの像と前記第２の周期的パターンとを前記周期方向に相対移動したときに前記受光系から得られる検出信号に基づいて前記光学系の光学特性を求めることを特徴とする請求項８に記載の光学特性計測方法。
【請求項１０】
前記第１の周期的パターンの像は、第１方向に周期性を持つ第１パターン部及び前記前記第１方向に直交する第２方向に周期性を持つ第２パターン部を含み、
前記第２の周期的パターンは、前記第１方向に周期性を持つ第３パターン部及び前記第２方向に周期性を持つ第４パターン部を含み、
前記光学系の光学特性を求める工程は、
前記第１の周期的パターンの像と前記第２の周期的パターンとを前記第１方向及び前記第２方向に相対移動したときに、前記受光系から得られる検出信号に基づいて前記光学系の光学特性を求めることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の光学特性計測方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２の周期的パターンは複数対形成されており、
前記光学系の光学特性を求める工程は、
複数対の前記第１及び第２の周期的パターンに関してそれぞれ前記光学系の光学特性を求めることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項１２】
照明光でパターンを照明し、前記照明光で前記パターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光方法において、
請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の光学特性計測方法を用いて前記投影光学系の光学特性を計測することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検光学系のディストーション等の光学特性を計測する光学特性計測技術、及びその光学特性計測技術を用いる露光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィ工程中で、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ウエハ（又はガラスプレート等）の各ショット領域に転写露光するために、一括露光型又は走査露光型等の露光装置が使用されている。これらの露光装置は、投影光学系のディストーション等の光学特性を所定の状態に維持するために、従来より例えばオンボディの計測装置を備えている。
【０００３】
例えば従来のディストーションの計測装置として、複数のライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという。）が形成されたテストレチクルと、ウエハステージ又は計測用ステージに設けられて受光用のスリットを有する空間像計測系とを備え、Ｌ＆Ｓパターンの投影光学系による像を空間像計測系のスリットで走査することによって、各Ｌ＆Ｓパターンの像の位置を求める計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近の露光装置においては、ウエハステージ又は計測用ステージに搭載すべき計測装置又はセンサ等の種類が増加している。従って、ウエハステージ又は計測用ステージの構成の複雑化又は大型化を抑制するためには、各種光学特性を計測する計測装置の本体部（例えば受光部）を投影光学系の物体面側で、例えばレチクルステージに配置し、投影光学系の像面側に配置する部分をできるだけ簡素化（小型化）することが望ましい。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑み、計測装置のうちで光学系の像面側に配置する部分の構成を簡素化して、光学系の光学特性を計測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、第１面のパターンの像を第２面に形成する光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置が提供される。この光学特性計測装置は、その第１面側に配置される第１の周期的パターンと、その第２面側に配置される第２の周期的パターンと、その第１の周期的パターン及びその光学系を介してその第２の周期的パターンを照明する照明系と、その第２の周期的パターンで反射された光を、その光学系及びその第１の周期的パターンを介して受光する受光系と、その第１の周期的パターンのその光学系による像とその第２の周期的パターンとをその第２の周期的パターンの周期方向に相対移動する移動装置と、その移動装置を介してその第１の周期的パターンの像とその第２の周期的パターンとをその周期方向に相対移動したときにその受光系から得られる検出信号に基づいてその光学系の光学特性を求める演算装置と、を備えるものである。
【０００８】
また、本発明の第２の態様によれば、照明光学系からの照明光でパターンを照明し、その照明光でそのパターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光装置が提供される。この露光装置は、その投影光学系の光学特性を計測するために本発明の光学特性計測装置を備え、その照明光学系がその光学特性計測装置のその照明系を兼用するものである。
また、本発明の第３の態様によれば、第１面のパターンの像を第２面に形成する光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法が提供される。この光学特性計測方法は、その第１面側に配置される第１の周期的パターン及びその光学系を介してその第２面側に配置される第２の周期的パターンを照明する工程と、その第１の周期的パターンのその光学系による像とその第２の周期的パターンとをその第２の周期的パターンの周期方向に相対移動しつつ、その第２の周期的パターンで反射された光を、その光学系及びその第１の周期的パターンを介して受光する工程と、その第１の周期的パターンを介して受光して得られる検出信号に基づいてその光学系の光学特性を求める工程と、を含むものである。
【０００９】
また、本発明の第４の態様によれば、照明光でパターンを照明し、その照明光でそのパターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光方法が提供される。この露光方法は、本発明の光学特性計測方法を用いてその投影光学系の光学特性を計測するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１面側から第１の周期的パターン及び光学系を介して第２面側の第２の周期的パターンを照明し、第１の周期的パターンの像と第２の周期的パターンとを周期方向に相対移動しながら、この第２の周期的パターンからの反射光を光学系及び第１の周期的パターンを介して受光することによって、その第１の周期的パターンの像の第２面における位置及び／又はコントラスト等、ひいてはディストーション及び／又はベストフォーカス位置等の光学特性を高精度に求めることができる。この際に、第２面（像面）側には第２の周期的パターンが形成された部材のみを配置すればよいため、計測装置のうちで光学系の像面側に配置する部分の構成を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の一例の露光装置の概略構成を示す一部が切り欠かれた図である。
【図２】（Ａ）は投影光学系ＰＬの結像特性を計測中の特性計測装置２０を示す一部が切り欠かれた図、（Ｂ）は図２（Ａ）中の第１のＬ＆Ｓパターン２１Ａを示す拡大平面図、（Ｃ）は図２（Ａ）中の第２のＬ＆Ｓパターン２３Ａを示す拡大平面図である。
【図３】図２（Ａ）の特性計測装置２０の要部を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）はＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像の強度分布の一例を示す図、（Ｂ）はＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃからの反射光のうちＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを透過する光の強度分布の一例を示す図である。
【図５】（Ａ）は基準部材２２を移動したときのＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを透過する反射光の強度分布を示す図、（Ｂ）は基準部材２２をさらに移動したときのＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを透過する反射光の強度分布を示す図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ基準部材２２をＸ方向に移動したときに得られる検出信号ＤＳ１，Ｄ２，ＤＳ３の変化を示す図、（Ｄ）は基準部材２２をＺ方向に移動してからＸ方向に移動したときに得られる検出信号ＤＳ２の変化を示す図である。
【図７】基準部材２２をＺ方向に移動したときに基準部材２２上に形成されるＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像の強度分布の変化を示す図である。
【図８】特性計測装置２０を用いた計測動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】（Ａ）は実施形態の変形例の物体面側の２つのＬ＆Ｓパターンを示す拡大図、（Ｂ）は実施形態の変形例の像面側の２つのＬ＆Ｓパターンを示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の一例につき図１〜図８を参照して説明する。
図１は本実施形態の露光装置ＥＸの概略構成を示す。図１において、露光装置ＥＸは、露光光源１と、露光光源１からの露光用の照明光ＩＬ（露光光）でレチクルＲ（マスク）のパターン面を照明する照明光学系ＩＬＳと、レチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴと、そのパターン面（物体面）のパターンの像をウエハＷの表面（像面）に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御系１１と、その他の計測装置及び駆動装置等とを備えている。露光光源１としては、ＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されているが、その他にＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）又は水銀ランプ等も使用できる。
【００１３】
露光光源１から射出されるほぼ直線偏光の照明光ＩＬは、周知のビーム送光系２を介して、照明光ＩＬの偏光状態を異なる方向の直線偏光又は円偏光等に変換する偏光状態可変部３に入射する。偏光状態可変部３を通過した照明光ＩＬは、光束の断面形状を変化させるためのビーム形状可変部４を介して、マイクロフライアイレンズ（又はフライアイレンズ）５に入射する。マイクロフライアイレンズ５の射出面（照明光学系ＩＬＳの瞳面）に多数の二次光源からなる面光源が形成される。なお、マイクロフライアイレンズ５の代わりに、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）等のオプティカルインテグレータを使用しても良い。また、照明光学系ＩＬＳの瞳面には、通常照明、輪帯照明、２極照明、変形照明等の種々の照明に切り替えるための可変開口絞り部（不図示）が設置されている。なお、可変開口絞り部とともに、又は可変開口絞りの代わりに、照明光ＩＬの光量分布を制御するための回折光学素子等を設けてもよい。
【００１４】
マイクロフライアイレンズ５から射出された照明光ＩＬは、第１リレー光学系６、レチクルブラインド７、第２リレー光学系８Ａ、コンデンサ光学系８Ｂ、及び光路折り曲げ用のミラー９を介して、レチクルＲのパターン面（下面）のＸ方向に細長い矩形の照明領域を均一な照度分布で照明する。ビーム送光系２からコンデンサ光学系８Ｂ及びミラー９までの部材を含んで照明光学系ＩＬＳが構成されている。露光光源１、偏光状態可変部３、及びビーム形状可変部４の動作は、主制御系１１内の照明系制御部によって制御されている。
【００１５】
照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンは、投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（例えば１／４，１／５等の縮小倍率）で、ウエハＷの一つのショット領域内の露光領域（照明領域と光学的に共役な領域）に転写露光される。ウエハＷは、シリコン又はＳＯＩ(silicon on insulator)等からなる直径が２００〜４５０ｍｍ程度の円板状の基材の表面にフォトレジスト（感光剤）を塗布したものである。投影光学系ＰＬは、一例として屈折系であるが、その外に反射屈折系等も使用可能である。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行に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。
【００１６】
図１に示すように、投影光学系ＰＬを構成する所定の光学部材、例えばレンズエレメント１４Ａ，１４Ｂは、不図示のレンズ枠及びＺ方向に伸縮可能な３箇所の駆動素子１３Ａ，１３Ｂを介して鏡筒に支持されている。主制御系１１内の結像特性制御部が、駆動系１２を介して駆動素子１３Ａ，１３Ｂを駆動することによって、レンズエレメント１４Ａ，１４ＢのＺ方向の位置、並びにＸ軸及びＹ軸に平行な軸の回り（θｘ方向及びθｙ方向）の傾斜角を制御できる。このように、駆動素子１３Ａ等及び駆動系１２を含む結像特性制御機構によって、投影光学系ＰＬの所定の結像特性（例えばディストーション（倍率誤差を含む）等）を補正できる。なお、駆動可能なレンズエレメント１４Ａ，１４Ｂの位置及び個数は、制御対象の結像特性に応じて任意に設定可能である。
【００１７】
次に、レチクルＲを吸着保持するレチクルステージＲＳＴは、レーザ干渉計（不図示）の計測値に基づいてステージ制御系１８（図２（Ａ）参照）によって、レチクルベース（不図示）上の光軸ＡＸに垂直な平面内でレチクルＲのＹ方向への移動、並びにＸ方向の位置及びＺ軸の回り（θｚ方向）の傾斜角の調整を行う。一方、ウエハＷをウエハホルダ（不図示）を介して吸着保持するウエハステージＷＳＴは、レーザ干渉計（不図示）の計測値に基づいてステージ制御系１８（図２（Ａ）参照）によって、ウエハベースＷＢ上の光軸ＡＸに垂直な平面内でＹ方向への移動、並びにＸ方向、Ｙ方向へのステップ移動を行う。また、ウエハステージＷＳＴには、不図示のオートフォーカスセンサの計測値に基づいて、ウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させるために、ウエハＷのフォーカス位置（光軸ＡＸ方向の位置）、及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角を制御するＺステージ機構も組み込まれている。
【００１８】
露光時には、主制御系１１内の露光制御部の制御のもとで不図示のアライメント系によってレチクルＲとウエハＷとのアライメントが行われた後、偏光状態可変部３によって照明光ＩＬの偏光状態が所定状態に設定される。その後、露光光源１の発光を開始して、レチクルＲのパターンの一部の像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷの一つのショット領域に露光しつつ、レチクルＲとウエハＷとをＹ方向に同期して移動することにより、ウエハＷの当該ショット領域が走査露光される。その後、露光光源１の発光を停止して、ウエハＷをステップ移動する動作と、その走査露光動作とを繰り返すことで、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷの全部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。
【００１９】
また、本実施形態の露光装置ＥＸが例えば米国特許出願公開第２００５／２５９２３４号明細書に示すような液浸型である場合には、投影光学系ＰＬとウエハステージＷＳＴの上面の部材（ウエハＷ又は後述の基準部材２２）との間の局所的な液浸空間に、局所液浸機構（不図示）によって純水等の液体が供給される。なお、露光装置ＥＸがドライ型である場合には、局所液浸機構は設ける必要がない。
【００２０】
露光装置ＥＸによる露光に際しては、投影光学系ＰＬの光学特性としての結像特性が所定の状態に調整されている必要がある。また、照明光ＩＬの照射熱の影響等によって結像特性は次第に変動するため、例えば予め求めてある変動特性モデルに基づいて結像特性の変動量を推定し、この変動量を補正（相殺）するように上記の結像特性制御機構が駆動される。この場合、照明条件等によってその変動特性モデルによる変動量の推定値と実際の変動量との間に僅かな相違があると、結像特性が次第にその所定の状態に対する許容範囲から外れる恐れがある。そこで、例えば定期的に投影光学系ＰＬの残存する結像特性の変動量を計測し、この変動量を補正（相殺）するように結像特性制御機構を駆動することが好ましい。本実施形態の露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの結像特性の残存する変動量としてのディストーション及びベストフォーカス位置（ひいては像面湾曲）を計測するための特性計測装置２０を備えている。
【００２１】
特性計測装置２０は、計測用の照明光ＩＬを発生する照明系としての照明光学系ＩＬＳと、レチクルステージＲＳＴのレチクルＲに対してＹ方向（走査方向）に近接した位置に固定されたレチクルマーク板ＲＦＭと、レチクルステージＲＳＴに支持された受光系３０とを備えている。
レチクルマーク板ＲＦＭは、レチクルステージＲＳＴに固定される面（一方の面）に、Ｘ方向に所定周期の透過型のライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという）２１Ａが形成されている。受光系３０は、レチクルマーク板ＲＦＭの他方の面に対向して配置される。
さらに、特性計測装置２０は、ウエハステージＷＳＴの上面のウエハＷの近傍に固定されて、表面にＸ方向に所定周期の反射型のＬ＆Ｓパターン（ライン・アンド・スペースパターン）２３Ａ等が形成された基準部材２２と、基準部材２２が取り付けられ、基準部材２２を移動する装置としてのウエハステージＷＳＴと、受光系３０の検出信号が供給される計測部１７（演算装置）とを備えている。計測部１７には、ステージ制御系１８を介して、不図示のレーザ干渉計によって計測されるウエハステージＷＳＴのＸ方向及びＹ方向の位置の情報も供給されている。計測部１７は、受光系３０からの検出信号及びウエハステージＷＳＴの座標を用いて投影光学系ＰＬの結像特性を求め、求めた結像特性の情報を主制御系１１内の結像特性制御部に供給する。
【００２２】
レチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａ等が形成された面（一方の面）は、レチクルＲのパターン面、ひいては投影光学系ＰＬの物体面と同じ高さ（Ｚ位置）に設定されている。基準部材２２の表面は、通常はウエハＷの表面、ひいては投影光学系ＰＬの像面（それまでの計測でベストフォーカス位置とされた面）と同じＺ位置に設定される。基準部材２２は例えば照明光ＩＬを透過するガラス板より形成され、その表面には照明光ＩＬに対する反射防止膜が形成され、その表面の一部に照明光ＩＬに対して高反射率の金属（例えばクロム等）の膜によってＬ＆Ｓパターン２３Ａ等が形成されている。基準部材２２の裏面には照明光ＩＬに対する反射率の低い吸収膜（又は遮光膜）が形成されている。
【００２３】
本実施形態では、特性計測装置２０の照明系として照明光学系ＩＬＳが兼用されているが、専用の照明系を設けてもよい。また、基準部材２２は、ウエハステージＷＳＴとは独立にウエハベースＷＢ上を移動する計測ステージ等（不図示）に設けてもよい。
投影光学系ＰＬの結像特性の計測時には、レチクルステージＲＳＴを駆動することによって、図２（Ａ）に示すように、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬの照明領域内の一つの計測点にレチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａの中心が設定される。そして、ウエハステージＷＳＴを駆動することによって、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａの投影光学系ＰＬによる像の中心（露光領域内の計測点）に対して−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）側の手前に基準部材２２のＬ＆Ｓパターン２３Ａが設定される。
【００２４】
図２（Ｂ）に示すように、レチクルマーク板ＲＦＭの透過型のＬ＆Ｓパターン２１Ａは、遮光膜中にＸ方向の幅Ｐ１／２でＹ方向に細長い長方形の複数の開口パターン２１ＡａをＸ方向に周期（ピッチ）Ｐ１で配列したものである。図２（Ｃ）に示すように、基準部材２２の反射型のＬ＆Ｓパターン２３Ａは、光透過部を背景として、Ｘ方向の幅Ｐ２／２でＹ方向に細長い長方形の複数の反射パターン２３ＡａをＸ方向に周期Ｐ２で配列したものである。基準部材２２のＬ＆Ｓパターン２３Ａの形状は、レチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａを投影光学系ＰＬの投影倍率β（設計値）で縮小したものである。即ち、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａの形状は、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａの収差がないときの投影光学系ＰＬによる像２１ＡＰとほぼ同じ形状であり、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａの周期Ｐ２はＬ＆Ｓパターン２１Ａの周期Ｐ１をβ倍（β＜１）で縮小したものである。周期Ｐ２は、例えば数１００ｎｍ〜数μｍ程度であり、一例として３６０ｎｍ又は２μｍ程度である。
【００２５】
また、本実施形態では、図３に示すように、レチクルマーク板ＲＦＭには、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａと同じ形状のＬ＆Ｓパターン２１Ｂ，２１ＣがＸ方向に等間隔で形成されている。また、基準部材２２の表面には、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａと同じ形状のＬ＆Ｓパターン２３Ｂ，２３ＣがＸ方向に等間隔で形成されている。Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃの配列は、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの配列を投影光学系ＰＬの投影倍率βの比率で縮小したものである。従って、Ｌ＆Ｓパターン２１Ｂの中心から両側のＬ＆Ｓパターン２１Ａ，２１Ｃの中心までのＸ方向の距離をＸＲ１，ＸＲ２とすると（図４（Ａ）参照）、Ｌ＆Ｓパターン２３Ｂの中心から両側のＬ＆Ｓパターン２３Ａ，２３Ｃの中心までのＸ方向の距離ＸＷ１，ＸＷ２は、投影倍率βを用いて次のようになる。なお、本実施形態では、ＸＲ１＝ＸＲ２である。
【００２６】
ＸＷ１＝β・ＸＲ１  …（１Ａ），  ＸＷ２＝β・ＸＲ２  …（１Ｂ）
本実施形態では、一例として投影光学系ＰＬは倒立像を形成しているため、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃの配列は、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの配列に対してＸ方向に倒立している。なお、説明の便宜上、図３及び図４（Ａ）等では、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃ及びＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃは、その一部のみを拡大して示している。投影光学系ＰＬの結像特性の計測時には、一例として、レチクルマーク板ＲＦＭの中央のＬ＆Ｓパターン２１Ｂの中心は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通りＹ軸に平行な直線上にあり、他のＬ＆Ｓパターン２１Ａ，２１Ｃは照明領域内でＸ方向の両端部に近い位置にある。
【００２７】
特性計測装置２０において、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬのほぼ１／２が、ハーフミラー３１を介してレチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを照明する。図３のＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを通過した照明光ＩＬＴは、投影光学系ＰＬを介してそれぞれ基準部材２２のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃを含む領域又はこの近傍の領域に照射される。基準部材２２の表面からの反射光ＩＬＲは、投影光学系ＰＬを介してレチクルマーク板ＲＦＭに照射される。図２（Ａ）において、レチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａを＋Ｚ方向に通過した反射光のうちでハーフミラー３１で反射された光（これも反射光ＩＬＲと呼ぶ）は、集光レンズ３２Ａによってフォトダイオード等の光電検出器３３Ａで受光される。光電検出器３３Ａからの検出信号ＤＳ１が計測部１７に供給される。
【００２８】
同様に、図３において、レチクルマーク板ＲＦＭの他のＬ＆Ｓパターン２１Ｂ，２１Ｃを＋Ｚ方向に通過してハーフミラー３１で反射された反射光ＩＬＲも、それぞれ集光レンズ３２Ｂ，３２Ｃを介して光電検出器３３Ａと同じ光電検出器３３Ｂ，３３Ｃで受光される。光電検出器３３Ｂ，３３Ｃの検出信号ＤＳ２，ＤＳ３も図２（Ａ）の計測部１７に供給される。ハーフミラー３１、集光レンズ３２Ａ〜３２Ｃ、光電検出器３３Ａ〜３３Ｃ、及びこれらの部材を保持してレチクルステージＲＳＴに固定されるフレーム３４を含んで受光系３０が構成されている。なお、複数の集光レンズ３２Ａ〜３２Ｃの代わりに、一つの大型の集光レンズを使用することも可能である。
【００２９】
次に、特性計測装置２０を用いた投影光学系ＰＬの結像特性の計測原理につき説明する。図４（Ａ）は、レチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを通過した照明光ＩＬＴが、投影光学系ＰＬを介して基準部材２２の表面のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃが形成された領域に照射される状態、即ちＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの投影光学系ＰＬによる像がＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃ上に形成される状態を表している。なお、図４（Ａ）及び後述の図４（Ｂ）、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、及び図７では、説明の便宜上、投影光学系ＰＬを正面図で表し、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃ及びＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃを拡大平面図で表している。
【００３０】
図４（Ａ）において、投影光学系ＰＬが無収差の場合には、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの投影光学系ＰＬによる像の強度分布は、ピッチが投影光学系ＰＬの解像限界付近であるときには、点線で示す正弦波状の強度分布３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃとなる。そして、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのピッチが解像限界付近より広いときには、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの投影光学系ＰＬによる像の強度分布は、矩形波（不図示）に近くなる。また、投影光学系ＰＬが無収差の場合には、強度分布３７Ａ〜３７Ｃの中心のＸ方向の距離は、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃの中心のＸ方向の距離と等しい。そして、投影光学系ＰＬに或る程度の収差が残存し、ディストーションが発生している場合には、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの像の実線で示す強度分布３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃの中心は、無収差のときの強度分布３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃの中心に対してＸ方向にＤｉ１，Ｄｉ２，Ｄｉ３だけシフトする。
【００３１】
なお、一例として中央のＬ＆Ｓパターン２１Ｂの中心を光軸ＡＸ上に配置するものとする。これによって、中央のＬ＆Ｓパターン２１Ｂの像のディストーションはほぼ０になる。そこで、強度分布３６Ｂの中心とＬ＆Ｓパターン２３Ｂの中心とをＸ方向に合わせた状態を基準として（Ｄｉ２＝０として）、強度分布３６Ａ，３６Ｃの中心と対応する両端のＬ＆Ｓパターン２３Ａ，２３Ｃの中心とのＸ方向のシフト量Ｄｉ１，Ｄｉ３を求めることによって、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ，２１Ｃの像のディストーションはそれぞれＤｉ１及びＤｉ３となる。なお、ディストーションＤｉ１，Ｄｉ３は実際にはＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃの周期Ｐ２に比べてかなり小さいが、図４（Ａ）等では分かり易いように、Ｄｉ１，Ｄｉ３をかなり大きく表している。
【００３２】
また、強度分布３６Ａ〜３６Ｃ（Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像）のうちで、反射型のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃと合致している部分からの反射光が投影光学系ＰＬを介して透過型のＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃに戻される。この際に、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃから投影光学系ＰＬを介して基準部材２２に向かう光の光路と、この光の基準部材２２からの反射光が投影光学系ＰＬを介してＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃに戻るときの光路とは投影光学系ＰＬの収差に関係なく完全に同一である。従って、投影光学系ＰＬ側からＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃをそれぞれ＋Ｚ方向に通過する反射光ＩＬＲの光量の総和（図３の光電検出器３３Ａ〜３３Ｃの検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３の大きさ）は、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像（強度分布３６Ａ〜３６Ｃ）と、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃの各反射パターンとが重なった部分の光量の総和にほぼ比例している。
【００３３】
そして、図４（Ａ）のようなディストーションが発生している場合に、ウエハステージＷＳＴを駆動して、図４（Ｂ）の矢印３５Ａで示すように、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像を基準部材２２のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃで＋Ｘ方向に走査すると、検出信号ＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３は、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示すように、ウエハステージＷＳＴのＸ方向の位置に関してＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃの周期Ｐ２と同じ周期で正弦波状に変化する。なお、実際のディストーションは周期Ｐ２に比べてかなり小さいため、基準部材２２のＸ方向の実際の移動範囲は、Ｌ＆Ｓパターン２１Ｂの像の中心とＬ＆Ｓパターン２３Ｂの中心とが合致する位置（検出信号ＤＳ２が最大になる位置）を中心として幅Ｐ２／２程度の範囲でよい。
【００３４】
その走査中、図４（Ｂ）において、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａの像（強度分布３６Ａ）の中心とＬ＆Ｓパターン２３Ａの中心とが合致するとき、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａで反射されて、投影光学系ＰＬを介してＬ＆Ｓパターン２１Ａを通過する反射光ＩＬＲの強度分布３８Ａは、ほぼ像面の強度分布３６Ａの最大強度の部分に対応し、検出信号ＤＳ１は最大になる（図６（Ａ）参照）。このときのウエハステージＷＳＴのＸ座標をＸ１とする。一方、Ｌ＆Ｓパターン２１Ｂの像（強度分布３６Ｂ）とＬ＆Ｓパターン２３Ｂとはほぼ１／２周期ずれているため、Ｌ＆Ｓパターン２３Ｂからの反射光ＩＬＲのうちでＬ＆Ｓパターン２１Ｂを通過する光の強度分布３８Ｂは、ウエハステージＷＳＴのＸ座標がＸ１のときにおいて、強度分布３６Ｂの最小強度の部分から広がった光に対応しており、検出信号ＤＳ２は最小になる（図６（Ｂ）参照）。これに対して、Ｌ＆Ｓパターン２１Ｃの像（強度分布３６Ｃ）とＬ＆Ｓパターン２３Ｃとはほぼ１／４周期ずれているため、Ｌ＆Ｓパターン２３Ｃからの反射光ＩＬＲのうちでＬ＆Ｓパターン２１Ｃを通過する光の強度分布３８Ｃは、強度分布３６Ｃのうち最大強度の部分のほぼ１／２の幅の部分に対応し、検出信号ＤＳ３は最大値よりも低下している（図６（Ｃ）参照）。
【００３５】
その後、さらに基準部材２２を矢印３５Ａで示す＋Ｘ方向に移動して、ウエハステージＷＳＴのＸ座標がＸ２になると、図５（Ａ）に示すように、中央のＬ＆Ｓパターン２１Ｂの像（強度分布３６Ｂ）の中心とＬ＆Ｓパターン２３Ｂの中心とが合致し、Ｌ＆Ｓパターン２１Ｂを通過する反射光ＩＬＲの強度分布３９Ｂは最大強度の部分となり、検出信号ＤＳ２は最大になる（図６（Ｂ）参照）。一方、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａで反射されてＬ＆Ｓパターン２１Ａを通過する反射光ＩＬＲの強度分布３９Ａは最小強度の部分となり、検出信号ＤＳ１は最小になる（図６（Ａ）参照）。また、Ｌ＆Ｓパターン２３Ｃからの反射光ＩＬＲのうちでＬ＆Ｓパターン２１Ｃを通過する光の強度分布３９Ｃは、最大強度の部分の他方のほぼ１／２の幅の部分となり、検出信号ＤＳ３は最小値よりも上昇している（図６（Ｃ）参照）。
【００３６】
さらに基準部材２２を矢印３５Ａで示す＋Ｘ方向に移動して、ウエハステージＷＳＴのＸ座標がＸ３になると、図５（Ｂ）に示すように、端部のＬ＆Ｓパターン２１Ｃの像（強度分布３６Ｃ）の中心とＬ＆Ｓパターン２３Ｃの中心とが合致し、Ｌ＆Ｓパターン２１Ｃを通過する反射光ＩＬＲの強度分布４０Ｃは最大強度の部分となり、検出信号ＤＳ３は最大になる（図６（Ｃ）参照）。一方、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ，２３Ｂで反射されてＬ＆Ｓパターン２１Ａ，２１Ｂを通過する反射光ＩＬＲの強度分布４０Ａ，４０Ｂは、最大強度の部分のほぼ１／２の幅の部分となり、検出信号ＤＳ１，ＤＳ２は中間レベルになる。
【００３７】
計測部１７は、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示す検出信号ＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３がそれぞれ最大値になるときのウエハステージＷＳＴのＸ座標Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を求める。この際に、中央のＬ＆Ｓパターン２１Ｂの像はほぼディストーションがないとともに、図４（Ａ）の基準部材２２のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３ＣのＸ方向の位置関係は、収差がないときの投影光学系ＰＬによるＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像の位置関係と同じである。このため、検出信号ＤＳ２が最大値になるときの位置Ｘ２を基準として、検出信号ＤＳ１（ＤＳ３）が最大値になるときの位置Ｘ１（位置Ｘ３）と位置Ｘ２との差がＬ＆Ｓパターン２１Ａ（２１Ｃ）の像のディストーションＤｉ１（Ｄｉ３）となる。即ち、計測部１７は次式からディストーションＤｉ１，Ｄｉ３を計算できる。
【００３８】
Ｄｉ１＝Ｘ１−Ｘ２  …（２Ａ），  Ｄｉ３＝Ｘ３−Ｘ２  …（２Ｂ）
さらに、図７において、基準部材２２のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃが形成されている表面のＺ方向の位置Ｚ２１が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置であるときに、レチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像の強度分布３６Ａ〜３６Ｃはコントラストが最大になる。そのベストフォーカス位置から基準部材２２の表面を＋Ｚ方向に位置Ｚ２３まで上昇させると、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像の強度分布３６Ａ１〜３６Ｃ１のコントラストは低下する。逆に、そのベストフォーカス位置から基準部材２２の表面を−Ｚ方向に位置Ｚ３３まで降下させても、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像の強度分布３６Ａ２〜３６Ｃ２のコントラストは低下する。
【００３９】
このように強度分布３６Ａ〜３６Ｃのコントラストが低下すると、基準部材２２をＸ方向に移動して得られる検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３のコントラストも低下する。例えば中央のＬ＆Ｓパターン２３Ｂで反射されてＬ＆Ｓパターン２１Ｂを＋Ｚ方向に通過する反射光の検出信号ＤＳ２は、図６（Ｄ）の曲線Ｃ１〜Ｃ４で示すように、基準部材２２のＺ位置がベストフォーカス位置Ｚ２１から次第に位置Ｚ２２，Ｚ２３，Ｚ２４に低下（又は上昇）するとコントラスト（＝振幅／直流成分）が低下する。そこで、本実施形態では、基準部材２２をＺ方向に移動してから、基準部材２２をＸ方向に移動して検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３を取り込み、検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３のコントラストが最大になるときの各信号毎のＺ位置を求めることで、基準部材２２の各Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃ（各計測点）毎のベストフォーカス位置を求めることができる。
【００４０】
次に、図１の露光装置ＥＸを用いた露光工程中で、例えば定期的に特性計測装置２０を用いて投影光学系ＰＬの結像特性又はこの変動量を計測する場合の動作（計測方法）の一例につき、図８のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御系１１によって制御される。まず、ステップ１１１において、図２（Ａ）に示すように、レチクルステージＲＳＴをＹ方向に駆動して、投影光学系ＰＬの物体面上に特性計測装置２０の受光系３０を配置し、照明光学系ＩＬＳの照明領域内にレチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを配置する。次のステップ１１２において、ウエハステージＷＳＴをＸ方向、Ｙ方向に駆動して、基準部材２２のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃの中心を投影光学系ＰＬの像面の露光領域内のＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像の中心（計測点）に対して−Ｘ方向にずれた位置に配置し、基準部材２２の表面のＺ位置（以下、単にウエハステージＷＳＴのＺ位置という）をそれまでのベストフォーカス位置に対して所定量（想定される最大の変動量を超える量）だけ降下した位置（下限）に設定する。
【００４１】
その後、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬの照射を開始し、照明光ＩＬの一部であるハーフミラー３１及びＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを通過した照明光ＩＬＴを投影光学系ＰＬに導く（ステップ１１３）。これにより、照明光ＩＬＴが基準部材２２のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃを照明する。そして、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃからの反射光ＩＬＲを、投影光学系ＰＬ及びＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを介して受光系３０に供給する（ステップ１１４）。この状態で、ウエハステージＷＳＴを駆動して、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像をＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃが走査するように基準部材２２をＸ方向に移動（走査）しながら、ウエハステージＷＳＴのＸ座標に対応させて、受光系３０から出力される検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３を計測部１７に取り込む（ステップ１１５）。次に、計測部１７は、各Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃ毎の検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３のコントラスト及びピーク位置のＸ座標を求め、これらの計測値をＺ位置に対応させて記憶する（ステップ１１６）。
【００４２】
次のステップ１１７において、ウエハステージＷＳＴのＺ位置が上限（ベストフォーカス位置の変動後の想定される最大の高さを超える位置）に達していない場合には、動作はステップ１１８に移行して、主制御系１１はステージ制御系１８を介してウエハステージＷＳＴのＺ位置をδＺだけ高くする。δＺは、ベストフォーカス位置の計測精度に応じて設定される。その後、動作はステップ１１３に戻り、ステップ１１３〜１１６の動作が繰り返されて、各Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃ毎の検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３のコントラスト及びピーク位置のＸ座標が求めて記憶される。
【００４３】
そして、ステップ１１７において、ウエハステージＷＳＴのＺ位置が上限に達したときに、動作はステップ１１９に移行する。なお、実際には、レチクルステージＲＳＴをＹ方向に駆動して、レチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを照明領域内でＹ方向に移動させてから、ステップ１１２〜１１７の動作を繰り返すことによって、露光領域内の他の列の３つの計測点においても、検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３のコントラスト及びピーク位置のＸ座標が求めて記憶される。この動作を繰り返すことによって、投影光学系ＰＬの露光領域内でＹ方向に所定間隔で配列される複数列の計測点において、検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３のコントラスト及びピーク位置のＸ座標が求められる。この際に、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの近傍の計測点においても検出信号ＤＳ２のコントラスト及びピーク位置のＸ座標（Ｘ２）を求めるようにする。このＸ座標（Ｘ２）は、他の計測点におけるディストーションを計算するときの基準となる。その後、受光系３０及びレチクルマーク板ＲＦＭは照明領域外に退避させ、基準部材２２も露光領域外に退避させる。
【００４４】
そして、ステップ１１９において、計測部１７は、露光領域内の複数の計測点に関してそれぞれ検出信号（ＤＳ１〜ＤＳ３のいずれか）のコントラストが最大になるときのＺ位置（ベストフォーカス位置）を例えば補間を行って求め、例えば各計測点のベストフォーカス位置の平均値を平均的な像面とする。この場合、各計測点におけるベストフォーカス位置から像面湾曲を求めることができる。
【００４５】
さらに、計測部１７は、各計測点において、例えばベストフォーカス位置に最も近いＺ位置で計測された検出信号がピーク値を取るときのウエハステージＷＳＴのＸ座標を求め、このＸ座標から上記の光軸ＡＸの近傍の計測点に関して計測されるＸ座標（Ｘ２）を差し引いてディストーションのＸ成分を求める。これらの平均的な像面、像面湾曲、及びディストーションのＸ成分の計測結果は主制御系１１に供給される。
【００４６】
次のステップ１２０において、主制御系１１の結像特性制御部は、計測されたディストーションを相殺するように、結像特性制御機構の駆動系１２を介して投影光学系ＰＬの結像特性を補正する。その後、レチクルステージＲＳＴにレチクルＲがロードされ（ステップ１２１）、ウエハステージＷＳＴに順次ロードされる複数のウエハの各ショット領域にレチクルＲのパターンの像が露光される（ステップ１２２）。この際に、投影光学系ＰＬの結像特性が補正されているため、常に高精度にレチクルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハ上に露光できる。
【００４７】
本実施形態の効果等は次の通りである。
（１）本実施形態の投影光学系ＰＬ（光学系）の結像特性（光学特性）を計測するための特性計測装置２０は、投影光学系ＰＬの物体面（第１面）側に配置されるＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃ（第１の周期的パターン）が形成されたレチクルマーク板ＲＦＭと、投影光学系ＰＬの像面（第２面）側に配置されるＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃ（第２の周期的パターン）が形成された基準部材２２と、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃ及び投影光学系ＰＬを介してＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃを照明する照明光学系ＩＬＳと、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃで反射された光を、投影光学系ＰＬ及びＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを介して受光する受光系３０と、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの投影光学系ＰＬによる像とＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３ＣとをＸ方向（Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃの周期方向）に相対移動するウエハステージＷＳＴ（移動装置）と、その相対移動時に受光系３０から得られる検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性を求める計測部１７と、を備えている。
【００４８】
また、特性計測装置２０を用いた投影光学系ＰＬの結像特性（光学特性）の計測方法は、物体面側に配置されるＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃ及び投影光学系ＰＬを介して像面側に配置されるＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃを照明するステップ１１３と、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの投影光学系ＰＬによる像とＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３ＣとをＸ方向に相対移動しつつ、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃで反射された光を、投影光学系ＰＬ及びＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを介して受光して検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３を得るステップ１１４，１１５と、得られた検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３に基づいて投影光学系の結像特性を求めるステップ１１９と、を含んでいる。
【００４９】
本実施形態によれば、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像とＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃとを周期方向に相対移動しつつ、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃからの反射光を投影光学系ＰＬ及びＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを介して受光して検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３を取り込むことで、検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３のピーク位置及びコントラストから、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像のディストーション等の結像特性を高精度に求めることができる。この際に、像面側のウエハステージＷＳＴには反射型のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃが形成された基準部材２２のみを配置すればよいため、特性計測装置２０のうちで投影光学系の像面側に配置する部分の構成を簡素化できる。
【００５０】
なお、本実施形態では、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像とＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃとを相対移動するためにウエハステージＷＳＴで基準部材２２を移動しているが、その代わりにレチクルステージＲＳＴによってＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃが形成されたレチクルマーク板ＲＦＭ側をＸ方向に移動してもよい。
（２）また、本実施形態の計測方法は、ウエハステージＷＳＴのＺステージ機構によって、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像とＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃとを投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行なＺ方向に相対移動するステップ１１８と、上記のＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像とＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３ＣとをＸ方向に相対移動しつつ、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃで反射された光を、投影光学系ＰＬ及びＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを介して受光して検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３を得るステップ１１４，１１５とを繰り返している。従って、その検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３のコントラストが最大になるときのＺ位置から、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置及び像面湾曲を求めることができる。
【００５１】
（３）また、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃ及びＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃは３対形成されており、計測部１７は、３対のＬ＆Ｓパターンに関してそれぞれ結像特性を求めている。従って、ウエハステージＷＳＴの１回の移動（相対移動）で、３つの計測点の結像特性を求めることができるため、計測効率が高い。
なお、レチクルマーク板ＲＦＭに形成されるＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの個数は任意であり、レチクルマーク板ＲＦＭには一つのＬ＆Ｓパターン２１Ｂのみを形成しておいてもよい。同様に、基準部材２２に形成されるＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃの個数は任意であり、基準部材２２には一つのＬ＆Ｓパターン２３Ｂのみを形成しておいてもよい。Ｌ＆Ｓパターン２１Ｂのみ及び／又はＬ＆Ｓパターン２３Ｂのみが設けられている場合には、計測効率は低下するが、レチクルステージＲＳＴ及び／又はウエハステージＷＳＴでそれぞれＬ＆Ｓパターン２１Ｂ及び／又はＬ＆Ｓパターン２１Ｂを計測点又はこの近傍に移動してから上記の計測を行えばよい。
【００５２】
（４）また、本実施形態の露光装置ＥＸは、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬでレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷ（物体）を露光する露光装置において、投影光学系ＰＬの結像特性を計測するために特性計測装置２０を備え、照明光学系ＩＬＳが特性計測装置２０の照明系を兼用している。
【００５３】
また、露光装置ＥＸによる露光方法は、照明光ＩＬでレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光する露光方法において、本実施形態の計測方法を用いて投影光学系ＰＬの結像特性を計測している。
本実施形態によれば、特性計測装置２０によって投影光学系ＰＬの結像特性を高精度に計測できる。また、照明光学系ＩＬＳを特性計測装置２０の照明系として兼用しているため、別途専用の照明系を設ける必要がない。さらに、特性計測装置２０のうちでウエハステージＷＳＴ側にあるのは基準部材２２のみであるため、ウエハステージＷＳＴの構成を簡素できる。従って、ウエハステージＷＳＴには例えば照明光ＩＬの露光量モニタ、及びレチクルＲのアライメントマークの計測系（空間像計測系）等を余裕を持って配置可能である。
【００５４】
なお、上記の実施形態では、次のような変形が可能である。
（１）図２（Ａ）のレチクルマーク板ＲＦＭに形成されたＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃ及び基準部材２２に形成されたＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３ＣはＸ方向を周期方向とするパターンである。しかしながら、図９（Ａ）に拡大して示すように、レチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａの近傍に、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａを９０°回転した形状のＹ方向を周期方向とするＬ＆Ｓパターン２１ＡＹを形成し、他のＬ＆Ｓパターン２１Ｂ，２１Ｃの近傍にもＹ方向を周期方向とするＬ＆Ｓパターンを形成しておいてもよい。この場合には、図９（Ｂ）に拡大して示すように、基準部材２２のＬ＆Ｓパターン２３Ａの近傍に、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａを９０°回転した形状のＹ方向を周期方向とするＬ＆Ｓパターン２３ＡＹを形成し、他のＬ＆Ｓパターン２３Ｂ，２３Ｃの近傍にもＹ方向を周期方向とするＬ＆Ｓパターンを形成しておく。また、図３の光電検出器３３Ａ〜３３ＣでＸ方向及びＹ方向を周期方向とするＬ＆Ｓパターン２１Ａ，２１ＡＹ等を通過した反射光を受光してもよいが、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ，２１ＡＹ等を通過した反射光を別の光電検出器で受光してもよい。
【００５５】
この変形例では、図８のステップ１１５に対応する工程で、基準部材２２を矢印３５Ａで示すＸ方向に移動して、Ｘ軸のＬ＆Ｓパターン２１Ａ等の像をＸ軸のＬ＆Ｓパターン２３Ａ等で走査して検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３を取り込んだ後、基準部材２２を矢印３５Ｂで示すＹ方向に移動して、Ｙ軸のＬ＆Ｓパターン２１ＡＹ等の像をＹ軸のＬ＆Ｓパターン２３ＡＹ等で走査して検出信号（ＤＳＹ１〜ＤＳＹ３とする）を取り込むようにする。そして、ステップ１１６に対応する工程では、検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３の処理とともに、検出信号ＤＳＹ１〜ＤＳＹ３のコントラスト及びピーク位置のＹ座標を求める処理を施すことによって、投影光学系ＰＬの各計測点におけるディストーションのＹ成分、及び投影光学系ＰＬのＹ方向に開いた光束によるベストフォーカス位置、ひいては投影光学系ＰＬの非点収差を求めることができる。
【００５６】
（２）上記の実施形態では、レチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃは、透過率がほぼ０％の遮光膜を背景とした２値パターンである。その外に、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを、所定（例えば数％）の透過率を持つ遮光膜を背景としたハーフトーンパターンとしてもよく、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃを位相シフトパターンとしてもよい。
【００５７】
（３）また、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃは、レチクルマーク板ＲＦＭではなく、図１のレチクルステージＲＳＴに対してレチクルＲと交換可能にロード可能なテストレチクルＲ１等に形成しておいてもよい。この場合には、特性計測装置２０の受光系３０は、不図示の移動機構によって、レチクルステージＲＳＴの上方を移動可能にしておけばよい。
なお、上記の実施形態では、露光装置として走査露光型の露光装置が使用されているが、本発明は、ステッパー等の一括露光型の露光装置の投影光学系の光学特性を計測する場合にも適用できる。
【００５８】
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスやマスク自体を製造するための露光装置にも広く適用できる。
【００５９】
また、本発明は、露光装置の投影光学系の光学特性の計測のみならず、各種の光学装置、例えば、天体望遠鏡、眼科的検査装置、又は携帯カメラ若しくは携帯電話に備えられる小型カメラ等の光学系のディストーション等の光学特性を計測する際にも同様に適用することができる。
このように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。
【符号の説明】
【００６０】
ＥＸ…露光装置、ＩＬＳ…照明光学系、Ｒ…レチクル、ＲＦＭ…レチクルマーク板、ＰＬ…投影光学系、ＷＳＴ…ウエハステージ、Ｗ…ウエハ、１７…計測部、２０…特性計測装置、２１Ａ〜２１Ｃ…第１のＬ＆Ｓパターン、２２…基準部材、２３Ａ〜２３Ｃ…第２のＬ＆Ｓパターン、３０…受光系
【図１】
2011222921.tif 000003
【図２】
2011222921.tif 000004
【図３】
2011222921.tif 000005
【図４】
2011222921.tif 000006
【図５】
2011222921.tif 000007
【図６】
2011222921.tif 000008
【図７】
2011222921.tif 000009
【図８】
2011222921.tif 000010
【図９】
2011222921.tif 000011