(57)【要約】【課題】被検光学系の開口数が大きい場合にも、被検光学系の光学特性を正確に計測する。【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を通過した光の開き角を小さくする蛍光膜２４と、蛍光膜２４を通過した光を集光して検出するコンデンサーレンズ３２Ａ〜３２Ｅ及び光電検出器３３Ａ〜３３Ｅと、光電検出器３２Ａ〜３３Ｅの検出信号に基づいて投影光学系ＰＬの光学特性を求める計測部１７とを備える。【選択図】図２
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【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面に配置される第１の周期的パターンが形成された第１部材と、
前記第２面に配置される第２の周期的パターンが形成された第２部材と、
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の周期的パターンを通過した光の開き角を小さくする開口数制限部材と、
前記開口数制限部材を通過した光を集光する集光素子と、
前記集光素子によって集光された光を検出する光電検出器と、
前記光電検出器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】
前記第１部材と前記第２部材とを前記第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を備え、
前記演算装置は、前記移動装置により前記第１部材及び前記第２部材を介して、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周期方向に相対移動したときに前記光電検出器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】
前記移動装置は、前記第１部材と前記第２部材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、前記移動装置により前記第１部材及び前記第２部材を介して、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光電検出器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２に記載の光学特性計測装置。
【請求項４】
前記照明系から照射される光は紫外光であり、
前記開口数制限部材は、前記紫外光の照射によって蛍光を発する蛍光膜を含む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】
前記集光素子は、前記開口数制限部材を通過した光を内面反射で導く内面反射部材を有す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、
前記集光素子及び前記光電検出器は、前記第１パターン部及び前記第３パターン部、並びに前記第２パターン部及び前記第４パターン部に対応してそれぞれ２つ設けられる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】
前記第１及び第２の周期的パターン、並びに前記集光素子、及び前記光電検出器は、複数組形成されており、
前記演算装置は、複数組の前記第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６のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項８】
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７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９】
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面に配置される第２の周期的パターンを照明し、
前記第２の周期的パターンを通過した光の開き角を小さくし、
前記開き角が小さくされた光を集光し、
前記集光された光を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、
ことを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項１０】
前記光学系の光学特性を求めるときに、
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て、前記第２の周期的パターンを通過した光を検出することを特徴とする請求項９に記載の光学特性計測方法。
【請求項１１】
前記光学系の光学特性を求めるときに、
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て、前記第２の周期的パターンを通過した光を検出することを特徴とする請求項１０に記載の光学特性計測方法。
【請求項１２】
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ときに、前記第１パターン部及び前記第３パターン部、並びに前記第２パターン部及び前記第４パターン部を通過した光を互いに独立に検出して、それぞれ前記光学特性を求めることを特徴とする請求項９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。
【請求項１３】
前記第１及び第２の周期的パターンは複数組形成されており、
前記光学系の光学特性を求めるときに、複数組の前記第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９から請求項１２のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項１４】
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９から請求項１３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。
【請求項１５】
請求項８に記載の露光装置を用いて感光性基板を露光することと、
前記露光された感光性基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の露光方法を用いて感光性基板を露光することと、
前記露光された感光性基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
従来のディストーションの計測装置として、第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た第２のＬ＆Ｓパターンと、その第１及び第２のＬ＆Ｓパターンを通過した光を検出する光電検出器とを備えた計測装置が知られている。この計測装置によれば、その第１及び第２のＬ＆Ｓパターンを通過した光によって形成されるモアレ縞から、その２つのＬ＆Ｓパターンの相対的な位置ずれ量、ひいては投影光学系のディストーションを求めることができる（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】米国特許出願公開２００５／０１２２５０６号明細書
【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、例えば液浸法の適用等によって、投影光学系の開口数が増大している。このように投影光学系の開口数が増大すると、従来のディストーションの計測装置のように、単に投影光学系の像面側のＬ＆Ｓパターンを通過した光を光電検出器で受光した場合には、開き角（入射角）の大きい光、即ち微細構造の情報を含む光が殆ど光電検出器に入射できないため、投影光学系のディストーションを正確に計測できない恐れがある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑み、被検光学系の開口数が大きい場合にも、被検光学系の光学特性を正確に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面に配置される第１の周期的パターンが形成された第１部材と、その第２面に配置される第２の周期的パターンが形成された第２部材と、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の周期的パターンを通過した光の開き角を小さくする開口数制限部材と、その開口数制限部材を通過した光を集光する集光素子と、その集光素子によって集光された光を検出する光電検出器と、その光電検出器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面に配置される第２の周期的パターンを照明し、その第２の周期的パターンを通過した光の開き角を小さくし、その開き角が小さくされた光を集光し、その集光された光を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。
また、本発明の第５の態様によれば、本発明の露光装置又は露光方法を用いて感光性基板を露光することと、その露光された感光性基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１の周期的パターンの像と第２の周期的パターンとの周期方向及び／又は高さ方向の相対的な位置関係によってその第２の周期的パターンを通過する光の光量又は光量分布が変化するため、その第２の周期的パターンを通過する光を検出することによって、その相対的な位置関係、ひいては光学系の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求めることができる。
【００１１】
さらに、その第２の周期的パターンを通過した光の開き角を小さくして検出しているため、その光学系の開口数が大きい場合に、開き角（入射角）の大きい光の情報があまり失われない。従って、その光学系（被検光学系）の光学特性を正確に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】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である。
【図３】（Ａ）は図２のレチクルマーク板ＲＦＭに形成された複数のパターンを示す平面図、（Ｂ）は図３（Ａ）中のＬ＆Ｓパターン２１Ａを示す拡大図、（Ｃ）は図２の基準部材２２に形成された複数のパターンを示す平面図、（Ｄ）は図３（Ｃ）中のＬ＆Ｓパターン２３Ａを示す拡大図、（Ｅ）は図２の受光系３０の要部を示す拡大断面図である。
【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を透過した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２３Ａ〜２３Ｃを透過した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２３Ａ〜２３Ｃを透過した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。
【図１０】電子デバイスの製造工程の一例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】
【００１３】
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）、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置、又は水銀ランプ等も使用できる。
【００１４】
露光光源１から射出されるほぼ直線偏光の紫外線よりなる照明光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。
【００１５】
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５０Ｒ（図３（Ａ）参照）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。
【００１６】
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５０Ｗ（照明領域と光学的に共役な領域、図３（Ｃ）参照）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。
【００１７】
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。
【００１８】
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）であるＺ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。
【００１９】
また、本実施形態の露光装置ＥＸは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。露光装置ＥＸは、図２に示すように、投影光学系ＰＬの露光領域に照射される照明光ＩＬの光路を含む局所的な液浸空間に照明光ＩＬを透過する純水等の液体Ｌｑを供給する局所液浸装置８０を備えている。図２において、局所液浸装置８０は、投影光学系ＰＬの最下端の光学素子とウエハステージＷＳＴの上面の部材との間に純水等の液体Ｌｑを保持するリング状のノズルユニット８１と、ノズルユニット８１に液体Ｌｑを供給する液体供給装置８２及び配管８３と、供給された液体Ｌｑをノズルユニット８１に設けたフィルタ部材８４を介して回収する配管８５及び液体回収装置８６とを備えている。
【００２０】
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、局所液浸装置８０による液体Ｌｑの供給を開始し、図１において、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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て、その下面に透過型の複数（ここでは５個）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，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ（図３（Ａ）参照）がＸ方向に等間隔で形成されたレチクルマーク板ＲＦＭと、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、その表面に透過型の複数のＬ＆Ｓパターン（ライン・アンド・スペースパターン）２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅ（図３（Ｃ）参照）がＸ方向に等間隔で形成された基準部材２２と、を備えている。本実施形態では、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅの個数はＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅの個数と同じである。
【００２３】
さらに、特性計測装置２０は、基準部材２２を駆動する装置としてのウエハステージＷＳＴと、ウエハステージＷＳＴ内の基準部材２２の底面に配置されて、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ等を通過した光を検出する受光系３０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、図２のステージ制御系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。
【００２４】
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（下面）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、その表面に照明光ＩＬを遮光する金属（例えばクロム等）の膜を背景として複数の開口パターンよりなるＬ＆Ｓパターン２３Ａ等が形成されている。基準部材２２の表面には液浸露光用の液体に対して撥液性の膜が形成されている。
【００２５】
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及び受光系３０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。
図３（Ａ）に示すように、レチクルマーク板ＲＦＭの互いに同一形状のＸ方向に所定周期の複数のＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅは、照明光ＩＬの照明領域５０Ｒ内に収まるようにＸ方向に配列されている。図３（Ｂ）に示すように、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。また、図３（Ｃ）に示すように、基準部材２２の表面の互いに同一形状のＸ方向に所定周期の複数のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅは、露光領域５０Ｗ内に収まるようにＸ方向に配列されている。図３（Ｄ）に示すように、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａは、遮光膜を背景として、Ｘ方向の幅Ｐ２／２でＹ方向に細長い長方形の複数の開口パターン２３ＡａをＸ方向に周期Ｐ２で配列したものである。
【００２６】
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、収差がないときの投影光学系ＰＬによるＬ＆Ｓパターン２１Ａの像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、一例として周期Ｐ２は２μｍ程度である。
【００２７】
また、基準部材２２のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３ＥのＸ方向の間隔は、レチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１ＥのＸ方向の間隔を投影光学系ＰＬの投影倍率β（設計値）で縮小したものである。一例として露光領域５０ＷのＸ方向の幅は２６ｍｍ、Ｙ方向の幅は８ｍｍであり、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３ＥのＸ方向の間隔は６ｍｍ程度である。
【００２８】
図２に示すように、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、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬの照明領域内の複数の計測点にレチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅの中心が設定される。この際に、中央のＬ＆Ｓパターン２１Ｃの中心は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に配置される。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〜２１Ｅ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〜２３Ｅの中心が設定される。また、結像特性の計測時にも、局所液浸装置８０によって、投影光学系ＰＬと基準部材２２の表面との間には液浸露光用の液体Ｌｑが供給される。
【００２９】
特性計測装置２０において、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬが、レチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅを照明し、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅの投影光学系ＰＬによる像がそれぞれ基準部材２２の表面のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅを含む領域又はこの近傍の領域に形成される。基準部材２２の裏面には、紫外光である照明光ＩＬの照射によって例えば可視光を含む蛍光ＩＬＦをほぼ等方的に発生する蛍光膜２４が形成されている。蛍光膜２４は、例えばフッ化物（例えばフッ化ランタン（ＬａＦ3)）の母材に対して遷移金属及び希土類元素から選択される賦活剤（例えばユーロピウム（Ｅｕ））をドープした材料で形成される。なお、賦活剤の濃度は、フッ化物の母材に対して例えば陽イオン比で１モル％〜１０モル％の範囲で設定され、好ましくは約５モル％である。また、蛍光膜２４の表面を覆うように、例えば二酸化ケイ素の薄膜よりなり、その蛍光を透過する保護膜が形成されている。
【００３０】
基準部材２２の表面のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅを通過して基準部材２２を透過した光（透過光）は、基準部材２２の裏面の蛍光膜２４に入射し、蛍光膜２４からその透過光の光量分布に応じた光量分布でほぼ等方的に蛍光ＩＬＦが発生する。Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅに対向している部分の蛍光膜２４で発生した蛍光ＩＬＦの一部がそれぞれコンデンサーレンズ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅを介してフォトダイオード等の光電検出器３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅで受光される。従って、基準部材２２を透過した開口数の大きい透過光（開き角の大きい光）ＩＬＴが蛍光膜２４に入射すると、蛍光膜２４からは開口数の小さい光（開き角の小さい）蛍光ＩＬＦも発生するため、この開口数の小さい蛍光ＩＬＦは、確実に光電検出器３３Ａ〜３３Ｅで受光される。光電検出器３３Ａ〜３３Ｅからの検出信号ＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３等が計測部１７に供給される。また、蛍光膜２４のうちでＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅに対向している部分（以下、蛍光発生部という）で発生する蛍光ＩＬＦが他の部分に影響しないように、複数の蛍光発生部の境界部に平板状の遮光板３１が配置されている。蛍光膜２４、コンデンサーレンズ３２Ａ〜３２Ｅ、光電検出器３３Ａ〜３３Ｅ、及び遮光板３１を含んで受光系３０が構成されている。
【００３１】
投影光学系ＰＬの開口数ＮＡは液浸露光時に例えば１．３５であり、受光系３０のコンデンサーレンズ３２Ａ〜３２Ｅの入射側の開口数ＮＡclは、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡの１／１０〜１／２０程度、例えば０．１程度に設定されている。また、コンデンサーレンズ３２Ａ〜３２Ｅは、蛍光膜２４の対応する蛍光発生部の像をほぼ１／３に縮小した像を光電検出器３３Ａ〜３３Ｅの受光面に形成している。
【００３２】
図３（Ｅ）は、図２のＬ＆Ｓパターン２３Ａ，２３Ｂが形成されている部分の基準部材２２を示す拡大断面図である。図３（Ｅ）において、基準部材２２の厚さは例えば０．５ｍｍであり、蛍光膜２４の厚さは基準部材２２よりも薄い。また、投影光学系ＰＬからの照明光ＩＬが照射されるＬ＆Ｓパターン２３Ａ（他のＬ＆Ｓパターン２３Ｂ等も同様）上の照射領域を直径Ｄ１の円形領域であるとして、直径Ｄ１を例えば１００μｍとする。この場合、基準部材２２に入射する照明光ＩＬの開口数を１．３５とすると、基準部材２２を透過する透過光ＩＬＴの蛍光膜２４上での照射領域（蛍光発生部）の直径Ｄ２は３．３ｍｍとなる。そして、図２のコンデンサーレンズ３２Ａの倍率は１／３であるため、その蛍光発生部に対応する光電検出器３３Ａの受光面の必要な直径Ｄ３は１．１ｍｍとなる。従って、光電検出器３３Ａとしては、受光面が例えば１．１ｍｍ角又はこれ以上の光電検出器を使用することが好ましい。
【００３３】
また、大気換算の開口数の効率はほぼ（０．１／１）2 ＝０．０１となり、蛍光膜２４における蛍光効率は０．１〜０．５％程度である。この条件下で光電検出器３３Ａが受光する光量は、例えば投影光学系ＰＬの波面収差を計測するために、投影光学系ＰＬの像面にある直径が１０μｍ程度の開口からの光束を２５×１０００個の画素を有する撮像素子で受光するときの各画素の受光量に対してほぼ２倍〜１０倍程度になる。従って、蛍光膜２４からの蛍光ＩＬＦを受光した光電検出器３３ＡからはＳＮ比の高い検出信号が得られる。これは他の光電検出器３３Ｂ〜３３Ｅも同様である。
【００３４】
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。以下では、説明の便宜上、レチクルマーク板ＲＦＭには３個のＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃのみが形成され、基準部材２２には３個のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃのみが形成されているものとする。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。
【００３５】
図４（Ａ）において、レチクルマーク板ＲＦＭの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、基準部材２２の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。
【００３６】
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（実際には、図３（Ａ）のＬ＆Ｓパターン２１Ｃ）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。
【００３７】
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、点線で示す正弦波状の強度分布３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃとなる。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。
【００３８】
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。
【００３９】
また、強度分布３６Ａ〜３６Ｃ（Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｃの像）を持つ光のうちで、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃの各開口パターンを通過して基準部材２２を透過した光（透過光）によって図２の蛍光膜２４から蛍光ＩＬＦが発生し、この蛍光ＩＬＦが光電検出器３３Ａ〜３３Ｃ（実際には光電検出器３３Ａ〜３３Ｅ）で検出される。光電検出器３３Ａ〜３３Ｃの検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３の大きさは、強度分布３６Ａ〜３６Ｃのうちで、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃの各開口パターンと重なった部分の光量の総和にほぼ比例している。
【００４０】
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、より正確には、検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３が正弦波状に変化するのは、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃの周期が投影光学系ＰＬの解像限界付近の場合である。Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃの周期が投影光学系ＰＬの解像限界よりも大きい場合には、検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３はウエハステージＷＳＴの位置に関して矩形波状に変化する。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程度の範囲でもよい。なお、検出信号ＤＳ１〜ＤＳ３をフーリエ解析する場合には、各Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｃ内の開口パターンの個数を例えば数１０として、基準部材２２を周期Ｐ２の数倍〜１０倍程度の範囲で移動してもよい。
【００４１】
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のウエハステージＷＳＴのＸ座標をＸ１とする。このとき、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａを通過した光ＩＬＴ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、発生する蛍光も最大になるため、検出信号ＤＳ１は最大になる（図６（Ａ）参照）。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を通過する光の強度分布３８Ｂは、強度分布３６Ｂの最小強度の部分に対応し、発生する蛍光も最小になるため、検出信号ＳＤ２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）。
【００４２】
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２３Ｂを通過する光ＩＬＴの強度分布３９Ｂは最大強度の部分となり、蛍光も最大になるため、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を通過する光の強度分布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の透過光の強度分布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）。
【００４３】
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２３Ｃを通過する光ＩＬＴ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を通過する光の強度分布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。
【００４４】
計測部１７は、一例として図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。
【００４５】
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。
【００４６】
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を通過する光の検出信号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。
【００４７】
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の物体面上で照明光学系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〜２１Ｅを配置する。次のステップ１１２において、ウエハステージＷＳＴ（基準部材２２及び受光系３０）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〜２３Ｅ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〜２１Ｅ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。
【００４８】
その後、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬでレチクルマーク板ＲＦＭのＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅ及び投影光学系ＰＬを介して基準部材２２のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅを照明する（ステップ１１３）。これにより、基準部材２２のＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅを透過した光によって蛍光膜２４から発生する蛍光ＩＬＦが、受光系３０の光電検出器３３Ａ〜３３Ｅで受光される（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〜２１Ｅの像をＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅ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等を計測部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〜２１Ｅ毎の検出信号ＤＳ１等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）。
【００４９】
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〜２１Ｅ毎の検出信号ＤＳ１等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。
【００５０】
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等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等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ＤＳ３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、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。
【００５１】
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等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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
本実施形態の効果等は次の通りである。
（１）本実施形態の特性計測装置２０（光学特性計測装置）は、物体面（第１面）のレチクルＲのパターンの像を像面（第２面）に形成する投影光学系ＰＬの結像特性（光学特性）を計測する装置である。特性計測装置２０は、その物体面に配置されるＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅ（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（第１部材）と、その像面に配置されるＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅ（第２の周期的パターン）が形成された基準部材２２（第２部材）と、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２３Ｅ及び投影光学系ＰＬを介してＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅを照明する照明光学系ＩＬＳと、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅを通過した光の開き角（開口数）を小さくする蛍光膜２４（開口数制限部材）と、蛍光膜２４を通過した光を集光するコンデンサーレンズ３２Ａ〜３２Ｅと、コンデンサーレンズ３２Ａ〜３２Ｅによって集光された光を検出する光電検出器３３Ａ〜３３Ｅと、光電検出器３２Ａ〜３３Ｅから得られる検出信号に基づいて投影光学系ＰＬの光学特性を求める計測部１７（演算装置）とを備えている。
【００５５】
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、その物体面に配置されるＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅ及び投影光学系ＰＬを介してその像面に配置されるＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅを照明するステップ１１３と、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅを通過した光の開き角を小さくし、その開き角が小さくされた光を集光して受光するステップ１１４，１１５と、その受光によって得られる検出信号ＤＳ１等に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性を求めるステップ１１６，１１９とを含んでいる。
【００５６】
本実施形態によれば、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅの像とＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅとの周期方向（Ｘ方向）及び／又は高さ方向（Ｚ方向）の相対的な位置関係によってＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅを通過する光の光量又は光量分布が変化する。従って、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅを通過する光を検出することによって、その相対的な位置関係、ひいては投影光学系ＰＬのディストーション及び／又はベストフォーカス位置等の結像特性を求めることができる。
【００５７】
さらに、蛍光膜２４によってＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅを通過した光の開き角を小さくして検出しているため、投影光学系ＰＬの開口数が大きい場合に、開き角の大きい光の情報が失われない。従って、投影光学系ＰＬの結像特性を正確に計測できる。
（２）また、特性計測装置２０は、レチクルマーク板ＲＦＭと基準部材２２とをＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅの周期方向（Ｘ方向）に相対移動するウエハステージＷＳＴ（移動装置）を備え、計測部１７は、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅの像とＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３ＥとをＸ方向に相対移動したときに光電検出器３３Ａ〜３３Ｅから得られる検出信号に基づいて投影光学系ＰＬの結像特性を求めている。この場合、例えば各検出信号のピーク位置を求めることで、投影光学系ＰＬのディストーションを求めることができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅの像とＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅ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によってレチクルマーク板ＲＦＭ側をＸ方向に移動してもよい。
（３）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〜２１Ｅの像とＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅ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〜２１Ｅの像とＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３ＥとをＸ方向に相対移動しつつ、Ｌ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅを通過した光を受光して検出信号ＤＳ１等を得るステップ１１４，１１５とを繰り返している。従って、その検出信号ＤＳ１等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。
【００５９】
（４）また、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅ及びＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅは５対形成されており、計測部１７は、５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、５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〜２１Ｅ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２１Ｃ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〜２３Ｅ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２３Ｃのみを形成しておいてもよい。Ｌ＆Ｓパターン２１Ｃのみ及び／又はＬ＆Ｓパターン２３Ｃ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２１Ｃ及び／又はＬ＆Ｓパターン２３Ｃ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。
【００６０】
（５）また、本実施形態では、照明光ＩＬは紫外光であり、投影光学系ＰＬからの照明光ＩＬの開き角を小さくする部材として紫外光の照射によって蛍光を発生する蛍光膜２４が使用されている。この場合、蛍光膜２４は薄いため、受光系３０の構成が大型化又は複雑化することがない。
なお、投影光学系ＰＬからの照明光ＩＬの開き角を小さくする部材として、基準部材２２の裏面に形成された擦りガラス面等の照明光ＩＬを拡散する拡散部（拡散面）、又は拡散板を使用してもよい。
【００６１】
（６）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。
【００６２】
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。従って、この計測結果に基づいてその結像特性を補正することによって、レチクルＲのパターンの像をウエハＷの各ショット領域に高精度に露光できる。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。
【００６３】
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に示すように、特性計測装置２０の受光系３０において、各コンデンサーレンズ３２Ａ〜３２Ｅと蛍光膜２４との間に、蛍光膜２４から発生した蛍光を内面反射でコンデンサーレンズ３２Ａ〜３２Ｅに導く例えば反射率の高い円筒型の反射部材３１を設けてもよい。これにより、蛍光膜２４で発生した蛍光を光電検出器３３Ａ〜３３Ｅで効率的に受光できる。
【００６４】
（２）図２のレチクルマーク板ＲＦＭに形成されたＬ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅ及び基準部材２２に形成されたＬ＆Ｓパターン２３Ａ〜２３Ｅ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〜２１Ｅ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〜２３Ｅ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２の光電検出器３３Ａ〜３３Ｅ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。
【００６５】
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等を取り込んだ後、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等とする）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等の処理とともに、検出信号ＤＳＹ１等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。
【００６６】
（３）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〜２１Ｅ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〜２１Ｅ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〜２１Ｅを位相シフトパターンとしてもよい。
【００６７】
（４）また、Ｌ＆Ｓパターン２１Ａ〜２１Ｅ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。
また、上記の実施形態の露光装置ＥＸ（又は露光方法）を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１０に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置（又は露光方法）によりレチクルのパターンを基板（感応基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【００６８】
従って、このデバイス製造方法は、上記の実施形態の露光装置又は露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理すること（ステップ２２４）とを含んでいる。その露光装置等によれば、レチクルのパターンを高精度に露光できるため、電子デバイスを高精度に製造できる。
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。また、本発明は、ドライ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。
【００６９】
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。
【００７０】
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】
【００７１】
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〜２１Ｅ…第１のＬ＆Ｓパターン、２２…基準部材、２３Ａ〜２３Ｅ…第２のＬ＆Ｓパターン、３０…受光系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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