(57)【要約】【課題】計測用の光学系を大型化することなく、マスクの面形状の情報を効率的にかつ高精度に計測する。【解決手段】レチクルの形状情報を計測する計測装置において、投影光学系ＰＬの物体面側に配置され、複数の位相マーク２０が形成されたパターン面を有するレチクルＲと、投影光学系ＰＬの像面側に配置され、位相マーク２０に対応して複数の周期パターン３９が形成された蛍光膜３５と、位相マーク２０、投影光学系ＰＬ、及び周期パターン３９を通過した照明光ＩＬから生成される検出光ＤＬを検出するＦＯＰ３７及び撮像素子３８と、撮像素子３８の検出信号からそのパターン面の形状情報を求める演算装置とを備える。【選択図】図２
2011049285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクの形状情報を計測するマスク形状計測方法において、
パターン面に複数の第１パターンが形成されたマスクを投影光学系の物体面側に配置し、
前記投影光学系の像面に沿って前記複数の第１パターンの配置に対応させて複数の第２パターンを配置し、
前記複数の第１パターンを照明光で照明し、前記複数の第１パターン、前記投影光学系、及び前記複数の第２パターンを通過した前記照明光によって生成される検出光を、複数の光ファイバーを束ねて形成される導光部材を介して複数の画素を有する光電検出器で検出しつつ、前記マスクを前記物体面に沿った所定方向に移動し、前記複数の第２パターン、前記導光部材、及び前記光電検出器を一体的に前記所定方向に対応する方向に移動し、
前記光電検出器の検出結果を処理して前記マスクの前記パターン面の形状情報を求める
ことを特徴とするマスク形状計測方法。
【請求項２】
前記検出光を前記導光部材を介して前記光電検出器で検出するときに、
前記第２パターンを通過した前記照明光を蛍光膜を介し、前記蛍光膜で発した蛍光を前記検出光とすることを特徴とする請求項１に記載のマスク形状計測方法。
【請求項３】
前記形状情報を求めるときに、
前記複数の第１パターンの像のフォーカス位置の情報に基づいて対応する前記マスクの前記パターン面の面位置情報を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマスク形状計測方法。
【請求項４】
複数の第３パターンが形成された前記マスクとは別の基準部材を前記物体面側に配置し、
前記複数の第３パターン、前記投影光学系、及び前記複数の第２パターンを通過した前記照明光によって生成される前記検出光を、前記導光部材を介して前記光電検出器で検出し、
前記複数の第１パターン及び前記複数の第３パターンに関してそれぞれ得られる前記光電検出器の検出結果を処理して前記マスクの前記パターン面の形状情報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マスク形状計測方法。
【請求項５】
前記第１パターンは、周期的な位相パターンを含み、
前記第２パターンは、前記位相パターンの前記投影光学系による像の異なる第１部分及び第２部分の像を形成する光を通過させる第１部分パターン及び第２部分パターンを含み、
前記形状情報を求めるときに、前記複数の第１パターンの像のフォーカス位置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マスク形状計測方法。
【請求項６】
前記照明光の波長をλとしたとき、正又は負の奇数ｎを用いて、前記位相パターンの位相差θは、
θ＝ｎλ／４
であることを特徴とする請求項５に記載のマスク形状計測方法。
【請求項７】
マスクの形状情報を計測するマスク形状計測装置において、
投影光学系の物体面側に配置される第１ステージに保持され、複数の第１パターンが形成されたパターン面を有するマスクと、
前記投影光学系の像面側に配置される第２ステージに保持され、前記複数の第１パターンの配置に対応して配置される複数の第２パターンが形成されたパターン形成部材と、
前記第１パターン、前記投影光学系、及び前記第２パターンを通過した照明光によって生成される検出光を検出面に導き、複数の光ファイバーを束ねて形成される導光部材と、
前記検出面に配置される複数の画素を有し、前記導光部材によって導かれる前記検出光を検出する光電検出器と、
前記マスクの前記複数の第１パターンの前記照明光による像を前記複数の第２パターン上に投影しつつ、前記第１ステージを介して前記マスクを所定方向に移動させるとともに、前記第２ステージを介して前記複数の第２パターン、前記導光部材、及び前記光電検出器を一体的に前記所定方向に対応する方向に移動して得られる前記光電検出器の検出結果を処理し、前記マスクの前記パターン面の形状情報を求める処理装置と、
を備えることを特徴とするマスク形状計測装置。
【請求項８】
前記導光部材の入射面側に形成され、前記第２パターンを通過した前記照明光を入射して蛍光を発する蛍光膜と、
前記蛍光膜と前記導光部材との間に形成され、前記蛍光を通過させる波長選択膜と、を備え、前記検出光は、前記波長選択膜を通過した前記蛍光であることを特徴とする請求項７に記載のマスク形状計測装置。
【請求項９】
前記処理装置は、前記複数の第１パターンの像のフォーカス位置の情報に基づいて対応する前記マスクの前記パターン面の面位置情報を求めることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のマスク形状計測装置。
【請求項１０】
複数の第３パターンが形成され、前記第１ステージに支持される基準部材を備え、
前記処理装置は、前記基準部材の前記複数の第３パターンの前記照明光による像を前記複数の第２パターン上に投影して得られる前記光電検出器の検出結果に基づいて、前記マスクの前記パターン面の形状情報を求めることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載のマスク形状計測装置。
【請求項１１】
前記第１パターンは、周期的な位相パターンを含み、
前記第２パターンは、前記位相パターンの前記投影光学系による像の異なる第１部分及び第２部分の像を形成する光を通過させる第１部分パターン及び第２部分パターンを含み、
前記処理装置は、前記第１部分パターン及び前記第２部分パターンを通過する光量の情報から前記複数の第１パターンの像のフォーカス位置を求めることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載のマスク形状計測装置。
【請求項１２】
前記照明光の波長をλとしたとき、正又は負の奇数ｎを用いて、前記位相パターンの位相差θは、
θ＝ｎλ／４
であることを特徴とする請求項１１に記載のマスク形状計測装置。
【請求項１３】
マスクのパターン及び投影光学系を介して物体を走査露光する露光方法において、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のマスク形状計測方法を用いて前記マスクのパターン面の形状情報を計測することを特徴とする露光方法。
【請求項１４】
前記マスク形状計測方法を用いて前記形状情報を計測するときに前記複数の第２パターンが移動する方向は、走査露光時の前記物体の走査方向に平行であり、
前記マスク形状計測方法で計測された前記マスクの形状情報に基づいて、前記物体の走査露光中に、前記マスクの前記パターン面の前記投影光学系の光軸に平行な方向の位置、及び前記光軸に垂直な面に対する傾斜角、並びに前記物体の表面の前記光軸に平行な方向の位置、及び前記光軸に垂直な面に対する傾斜角の少なくとも一つを補正することを特徴とする請求項１３に記載の露光方法。
【請求項１５】
マスクのパターン及び投影光学系を介して物体を走査露光する露光装置において、
前記マスクのパターン面の形状情報を計測するために請求項７から請求項１２のいずれか一項に記載のマスク形状計測装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
前記マスク形状計測装置の計測結果に基づいて、前記物体の走査露光中に、前記マスクの前記パターン面の前記投影光学系の光軸に平行な方向の位置、及び前記光軸に垂直な面に対する傾斜角、並びに前記物体の表面の前記光軸に平行な方向の位置、及び前記光軸に垂直な面に対する傾斜角の少なくとも一つを補正する合焦機構を備えることを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
請求項１３または請求項１４に記載の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、
前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
【請求項１８】
請求項１５または請求項１６に記載の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された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、マスクの形状情報を計測するマスク形状計測技術、この計測技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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で使用されるスキャニングステッパー等の走査露光型の露光装置（走査型露光装置）においては、走査露光時におけるレチクル（マスク）のパターン面の面形状（撓み量等）を予め計測しておき、実際に基板（ウエハ等）を露光する際には、その面形状の計測結果に基づいて基板のフォーカス位置等を制御することが好ましい。そのようなレチクルの面形状計測に使用可能な従来の計測方法としては、走査露光によって、レチクルの複数の所定の評価用マークの像をレジストが塗布された基板に転写し、現像後に得られるレジストパターンの状態から複数の位置におけるデフォーカス量を求める方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、テストプリントを行うことなく、静止状態における所定のマークの像のデフォーカス量を計測できる計測方法として、投影光学系を介して形成される位相マークの像を２つの周期パターン（検出用パターン）を介してそれぞれ光電センサで検出し、これらの光電センサの検出信号の差分からその位相マークの像のデフォーカス量を検出する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６５２１６号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／００１８３４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
テストプリントを行うことなく、レチクルの面形状を効率的に計測するために、従来の位相マークの像を検出用パターンを介して光電センサで検出する方法をそのまま適用する場合には、外乱光又は検出対象の像とは異なる像からの光が各光電センサに入射して、計測精度が計測点の位置によって異なる恐れがある。
さらに、光電センサは熱源となるため、光電センサは像面からできるだけ離して配置することが好ましい。また、受光面は露光対象の一つのショット領域の全面を覆うような広い領域にすることが好ましい。従って、複数の検出用パターンと複数の光電センサとの間にリレーレンズを配置するものとすると、計測装置が大型化する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、計測用の光学系を大型化することなく、マスクの面形状の情報を効率的にかつ高精度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の態様によるマスク形状計測方法は、マスクの形状情報を計測するマスク形状計測方法において、パターン面に複数の第１パターンが形成されたマスクを投影光学系の物体面側に配置し、その投影光学系の像面に沿ってその複数の第１パターンの配置に対応させて複数の第２パターンを配置し、その複数の第１パターンを照明光で照明し、その複数の第１パターン、その投影光学系、及びその複数の第２パターンを通過したその照明光によって生成される検出光を、複数の光ファイバーを束ねて形成される導光部材を介して複数の画素を有する光電検出器で検出しつつ、そのマスクをその物体面に沿った所定方向に移動し、その複数の第２パターン、その導光部材、及びその光電検出器を一体的にその所定方向に対応する方向に移動し、その光電検出器の検出結果を処理してそのマスクのそのパターン面の形状情報を求めるものである。
【０００８】
また、本発明の第２の態様によるマスク形状計測装置は、マスクの形状情報を計測するマスク形状計測装置において、投影光学系の物体面側に配置される第１ステージに保持され、複数の第１パターンが形成されたパターン面を有するマスクと、その投影光学系の像面側に配置される第２ステージに保持され、その複数の第１パターンの配置に対応して配置される複数の第２パターンが形成されたパターン形成部材と、複数の光ファイバーを束ねて形成され、その第１パターン、その投影光学系、及びその第２パターンを通過した照明光によって生成される検出光を検出面に導く導光部材と、その検出面に配置される複数の画素を有し、その導光部材によって導かれるその検出光を検出する光電検出器と、そのマスクのその複数の第１パターンのその照明光による像をその複数の第２パターン上に投影しつつ、その第１ステージを介してそのマスクを所定方向に移動させるとともに、その第２ステージを介してその複数の第２パターン、その導光部材、及びその光電検出器を一体的にその所定方向に対応する方向に移動して得られるその光電検出器の検出結果を処理し、そのマスクのそのパターン面の形状情報を求める処理装置と、を備えるものである。
【０００９】
また、本発明の第３の態様による露光方法又は露光装置は、マスクのパターン及び投影光学系を介して物体を走査露光する露光方法又は露光装置において、そのマスクのパターン面の形状情報を計測するために本発明の第１の態様によるマスク形状計測方法又は本発明の第２の態様によるマスク形状計測装置を用いる（備える）ものである。
また、本発明の第４の態様によるデバイス製造方法は、本発明の第３の態様による露光方法又は露光装置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と、を含むものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明よれば、複数の第１パターンと複数の第２パターンとを対応する方向に移動しながら、複数の第１パターンの少なくとも一部の投影光学系による像が、対応する位置にある第２パターン及び導光部材を介して順次光電検出器で検出される。このように導光部材を介することによって、入射角の大きい外乱光等を排除して、第２パターンの形成面と光電検出器の受光面とを離して配置できる。また、その第１パターンの像の状態からマスクのパターン面の形状情報が求められる。従って、計測用の光学系を大型化することなく、マスクの面形状の情報を効率的にかつ高精度に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の露光装置を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は図１のレチクルの面形状を計測中の撮像ユニット３２を示す断面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のレチクルを示す平面図、（Ｃ）は図２（Ａ）の撮像ユニット３２を示す平面図である。
【図３】（Ａ）は図２（Ｂ）の位相マーク２０を示す拡大平面図、（Ｂ）は位相マーク２０を示す拡大断面図、（Ｃ）は位相マーク２０の像の光強度分布の例を示す図である。
【図４】（Ａ）は図２（Ｃ）の撮像ユニット３２の１組の周期パターン等を示す拡大平面図、（Ｂ）はフォーカス信号の一例を示す図である。
【図５】面形状の計測動作及び露光動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】（Ａ）はレチクルの面形状の一例を示す斜視図、（Ｂ）は面形状の計測結果の一例を示す図、（Ｃ）は面形状の補正値の一例を示す図である。
【図７】第２の実施形態の露光装置の要部を一部を断面として示す図である。
【図８】（Ａ）は第２の実施形態の面形状の計測動作の一例を示すフローチャート、（Ｂ）は第３の実施形態の面形状の計測動作の変形例を示すフローチャートである。
【図９】（Ａ）はレチクルマーク板の面形状の計測結果の一例を示す図、（Ｂ）はレチクルの面形状の計測結果の一例を示す斜視図、（Ｃ）は補正後の面形状の一例を示す図である。
【図１０】（Ａ）は第３の実施形態の基準レチクルの面形状を計測中の撮像ユニット３２を示す断面図、（Ｂ）は基準レチクルを示す平面図、（Ｃ）は図１０（Ａ）の撮像ユニット３２を示す平面図である。
【図１１】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】
【００１２】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態につき図１〜図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査露光型の露光装置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（不図示）と、この露光光源から射出される露光用の照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ（マスク）を照明する照明光学系ＩＬＳとを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、レチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ（基板）上に投射する投影光学系ＰＬと、ウエハＷの位置決め及び移動を行うウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系２と、その他の駆動系等とを備えている。
【００１３】
以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに垂直な面（ほぼ水平面）内の直交する２方向にＸ軸及びＹ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。本実施形態では、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）である。
【００１４】
露光光源としてはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が使用されている。露光光源として、それ以外にＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）などの紫外パルスレーザ光源、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、又は水銀ランプ等の放電ランプ等も使用することができる。
照明光学系ＩＬＳは、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、ロッドインテグレータ、回折光学素子など）等を含む照度均一化光学系、レチクルブラインド（可変視野絞り）、及びコンデンサ光学系等を含んでいる。なお、通常照明、輪帯照明、又は４極（若しくは２極）照明等の照明条件に応じて、照明光学系ＩＬＳ内の瞳面（照明瞳面）に不図示の設定機構によって対応する開口絞りを設置してもよい。
【００１５】
照明光学系ＩＬＳは、露光時には、レチクルＲのパターン面（下面）のパターン領域のＸ方向（非走査方向）に細長い矩形の照明領域１８Ｒを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度分布で照明する。
レチクルＲはレチクルホルダのエアパッドＡＰを介してレチクルステージＲＳＴ上に吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴはレチクルベース１４のＸＹ平面に平行な上面にエアベアリングを介して載置され、その上面でＹ方向に一定速度で移動するとともに、Ｘ方向、Ｙ方向の位置及びθｚ方向の回転角の微調整を行う。レチクルステージＲＳＴのレチクルＲに対してＹ方向にずれた位置に、例えば投影光学系ＰＬのディストーション又は像面湾曲等の光学特性を計測するための複数の評価用マークが形成されたレチクルマーク板ＲＦＭが固定されている。レチクルマーク板ＲＦＭのパターン領域は、ほぼ照明領域１８Ｒと同じ程度の大きさである。
【００１６】
レチクルステージＲＳＴの少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む２次元的な位置情報は、一例としてＸ軸のレーザ干渉計１６Ｘと、Ｙ軸の２軸のレーザ干渉計１６ＹＡ，１６ＹＢとを含むレチクル側干渉計によって計測され、この計測値がステージ駆動系４及び主制御系２に供給される。ステージ駆動系４は、その位置情報及び主制御系２からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介してレチクルステージＲＳＴの速度及び位置を制御する。
【００１７】
照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域１８Ｒ内の回路パターンは、両側テレセントリック（又はウエハ側に片側テレセントリック）の投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率（例えば１／４，１／５等の縮小倍率）で、ウエハＷ上の一つのショット領域ＳＡ上の露光領域１８Ｗ（照明領域１８Ｒと共役な領域）に投影される。ウエハＷ（基板）は、例えば直径が２００ｍｍ又は３００ｍｍ等の円板状のシリコン等の基材上にフォトレジスト（感光剤）を塗布したものである。投影光学系ＰＬは例えば屈折系であるが、反射屈折系等も使用できる。レチクルのパターン面は投影光学系ＰＬの物体面に配置され、ウエハＷの表面（露光面）は投影光学系ＰＬの像面に配置される。
【００１８】
また、露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬのディストーション、像面湾曲、及び球面収差等の光学特性を制御する特性制御機構を備えている。特性制御機構は、投影光学系ＰＬ中の複数のレンズＬ１，Ｌ２の周囲の３箇所に設置されたＺ方向に伸縮可能なピエゾ素子等の駆動素子１２Ａ，１２Ｂと、駆動素子１２Ａ，１２Ｂの駆動量を制御する駆動系１０と、主制御系２からの制御情報に応じて駆動系１０を介してレンズＬ１，Ｌ２の位置及び傾斜角を制御する特性制御系８とを有する。なお、駆動対象のレンズの個数及び配置は、制御対象の光学特性に応じて設定される。
【００１９】
一方、ウエハＷはウエハホルダＷＨを介してウエハステージＷＳＴに吸着保持されている。ウエハステージＷＳＴは、ＸＹステージ２４と、この上に設置されウエハＷを保持するウエハホルダＷＨが設けられたＺチルトステージ２２とを含んでいる。ＸＹステージ２４は、ウエハベース２６のＸＹ平面に平行な上面にエアベアリングを介して載置され、その上面をＸ方向、Ｙ方向に移動し、必要に応じてθｚ方向の回転角が補正される。Ｚチルトステージ２２は、例えばＺ方向に変位可能な３箇所のＺ駆動部を含むフォーカスレベリング機構（不図示）を有し、このフォーカスレベリング機構を駆動することで、Ｚチルトステージ２２の上面（ウエハＷ）の光軸ＡＸ方向の位置（フォーカス位置又はＺ位置）、及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角を制御可能である。
【００２０】
また、Ｚチルトステージ２２の上部のウエハホルダＷＨの近傍に、例えばレチクルＲに形成された複数の評価用マークの投影光学系ＰＬによる像の状態を計測するための撮像ユニット３２が固定されている。撮像ユニット３２の上部の検出用パターンが形成された面はウエハＷの表面とほぼ同じ高さに設定され、その検出用のパターンは保護膜３４で覆われている（詳細後述）。
【００２１】
さらに投影光学系ＰＬの側面に、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示されるものと同様の構成の、ウエハＷの表面等の被検面の複数点でのフォーカス位置（Ｚ位置）を計測する斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（不図示）が設けられている。ステージ駆動系４は、そのオートフォーカスセンサの計測結果に基づいて、被検面が投影光学系ＰＬの像面に対して所定の関係を維持するように、オートフォーカス方式でＺチルトステージ２２を駆動する。
【００２２】
ウエハステージＷＳＴ（Ｚチルトステージ２２）の少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む２次元的な位置情報が、一例としてＸ軸の２軸のレーザ干渉計２８ＸＰ，２８ＸＦと、Ｙ軸の２軸のレーザ干渉計２８ＹＡ，２８ＹＢとを含むウエハ側干渉計によって計測され、この計測値がステージ駆動系４及び主制御系２に供給される。ステージ駆動系４は、その位置情報及び主制御系２からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介して、ウエハステージＷＳＴのＸＹステージ２４の２次元的な位置を制御する。
【００２３】
また、投影光学系ＰＬの側面において、ウエハＷ上のアライメントマークの位置を計測するための、オフアクシス方式で例えば画像処理方式のウエハアライメント系３０が不図示のフレームに支持されている。また、Ｚチルトステージ２２内に、レチクルＲのアライメントマーク（不図示）等の像を検出する空間像計測系（不図示）が設置されている。空間像計測系及びウエハアライメント系３０の検出結果はアライメント制御系（不図示）に供給され、その検出結果からレチクルＲ等及びウエハＷのアライメントを行うことができる。
【００２４】
露光時には、レチクルＲの照明領域１８Ｒ内のパターンの投影光学系ＰＬによる像をウエハＷ上の一つのショット領域ＳＡ上に露光しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを駆動して、レチクルＲとウエハＷとをＹ方向に投影倍率を速度比として同期して移動することで、当該ショット領域にレチクルＲのパターンの像が走査露光される。その後、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向に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によって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が露光される。
【００２５】
この走査露光時におけるレチクルＲのパターン面の面形状を計測するために、レチクルＲ及び撮像ユニット３２を含む面形状の計測装置が使用される。即ち、その面形状を計測する場合には、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲがロードされる。そして、レチクルステージＲＳＴを介して、照明領域１８Ｒに対して図２（Ａ）の矢印Ａ１で示す−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）にレチクルＲを移動するのと同期して、ウエハステージＷＳＴを介して、露光領域１８Ｗに対して矢印Ａ２で示す＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に撮像ユニット３２の上面が移動される。従って、レチクルＲに形成された後述の複数の評価用マークの像と撮像ユニット３２とは実質的に相対的に静止している。なお、本実施形態では、一例として投影光学系ＰＬは倒立像を形成するものとしている。図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は図２（Ａ）のレチクルＲ及び撮像ユニット３２を示す平面図である。
【００２６】
図２（Ｂ）に示すように、レチクルＲのパターン領域ＰＡ内の転写対象の回路パターン（不図示）の外側の領域、すなわち、パターン領域ＰＡの近傍の周囲（パターン領域ＰＡの内側の周縁部でもよい）には、評価用マークとしての位相マーク２０が形成されている。
この場合、パターン領域ＰＡの周囲において、Ｘ方向及びＹ方向に所定間隔で、かつＸ方向にＩ個でＹ方向にＪ個に配列された計測点が設定され、そのうちの＋Ｘ方向にｉ番目で−Ｙ方向にｊ番目の計測点がＰ（ｉ，ｊ）である（１≦ｉ≦Ｉ，１≦ｊ≦Ｊ）。整数Ｉは例えば５〜２０程度、整数Ｊは例えば１０〜３０程度である。また、各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）に中心が来るようにそれぞれ評価用マークとしての位相マーク２０が形成されている。さらに、パターン領域ＰＡのＹ方向の中央の両端部の近傍にアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２が形成されている。
【００２７】
位相マーク２０は、図３（Ａ）の拡大平面図及びその図３（Ｂ）の断面図で示すように、Ｘ方向に細長い矩形の複数の凹部２０ａをＹ方向（計測方向）にピッチ（周期）Ｐ１で形成したものである。凹部２０ａのＹ方向の幅と、これらの間の凸部２０ｂのＹ方向の幅とはほぼ等しい。投影光学系ＰＬの投影倍率をβとして、投影像の段階でのピッチＰ１の値（＝β・Ｐ１）は、例えば数μｍ〜数１０μｍである。また、位相マーク２０に照射される光（照明光ＩＬ）の波長をλとしたとき、正又は負の奇数ｎを用いて、凹部２０ａを通過する光の位相と、凸部２０ｂを通過する光の位相との位相差φ（光路長差）は、ほぼ次のように設定されている。この場合、位相差φは角度ではほぼ９０°又は２７０°（−９０°）である。
【００２８】
φ＝ｎλ／４  …（１）
なお、本実施形態では、凹部２０ａを通過する光に対する凸部２０ｂを通過する光の位相差φは、角度でほぼ９０°（ｎ＝…，−７，−３，１，５，…）に設定されている。なお、凹部２０ａを通過する光に対する凸部２０ｂを通過する光の位相差φは、角度でほぼ２７０°（ｎ＝…，−５，−１，３，７，…）に設定されていてもよい。
【００２９】
この場合、図３（Ｂ）の位相マーク２０が投影光学系ＰＬの物体面に配置されているものとして、位相マーク２０の投影光学系ＰＬの像のＹ方向の光強度分布は、図３（Ｃ）のＩＡ１，ＩＡ２，ＩＡ３のようになる。図３（Ｃ）において、光強度分布ＩＡ１は、位相マーク２０の像を計測する計測面（後述の検出用パターンが配置される面）が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置にあるときの分布であり、光強度分布ＩＡ１は位相マーク２０の凹部２０ａ及び凸部２０ｂの像の中心で同じ値のピークとなる。従って、光強度分布ＩＡ１はＸ方向にピッチβ・Ｐ１／２の正弦波状である。
【００３０】
また、光強度分布ＩＡ２は、計測面が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対して＋Ｚ方向（上方）にずれたときの分布であり、光強度分布ＩＡ２は位相マーク２０の凸部２０ｂの像の中心のピークが小さくなる。さらに、光強度分布ＩＡ３は、計測面が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対して−Ｚ方向にずれたときの分布であり、光強度分布ＩＡ３は、位相マーク２０の凹部２０ａの像の中心のピークが小さくなる。さらに、計測面のデフォーカス量が大きくなるほど、凹部２０ａの像のピークと凸部２０ｂの像のピークとの差は大きくなる。撮像ユニット３２は、そのようなデフォーカスの状態による光強度分布ＩＡ１〜ＩＡ３の変化に基づいて受光面のデフォーカス量（フォーカス位置）を計測する。
【００３１】
図２（Ａ）において、撮像ユニット３２は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳよりなる２次元の撮像素子３８と、撮像素子３８の多数の画素がＸ方向及びＹ方向に格子状に配置された検出面３８ａに設置され、多数の可視光を透過する光ファイバーを束ねて形成されたファイバーオプティックプレート（以下、ＦＯＰという。）３７と、ＦＯＰ３７の入射面（上面）に形成された波長選択膜３６と、波長選択膜３６上に形成された蛍光膜３５と、蛍光膜３５の上面（計測面）に形成された検出用パターンとしての複数の周期パターン３９と、これらの周期パターン３９を覆うように蛍光膜３５上に形成された保護膜３４とを備えている。
【００３２】
投影光学系ＰＬを通過した照明光ＩＬは、保護膜３４及び周期パターン３９を介して蛍光膜３５に入射する。蛍光膜３５は、紫外光である照明光ＩＬの照射によって高い変換効率で蛍光としての可視域の検出光ＤＬを発生し、検出光ＤＬ及び変換されなかった紫外光は波長選択膜３６に入射する。波長選択膜３６は検出光ＤＬをＦＯＰ３７側に透過し、変換されなかった紫外光（照明光ＩＬ）を反射する。検出光ＤＬは、ＦＯＰ３７によって入射面における光強度分布を維持した状態で撮像素子３８の多数の画素が配置された検出面３８ａに導かれ、撮像素子３８の検出信号は図１の演算装置６に供給される。演算装置６は、その検出信号を処理してレチクルＲの面形状の情報を求める。保護膜３４は、空気や水蒸気から下層の膜を保護する。なお、撮像ユニット３２を液浸露光を行う露光装置に用いる場合には、保護膜３４は耐水性又は撥水性であることが好ましい。
【００３３】
撮像ユニット３２の上面の形状、ひいてはＦＯＰ３７の断面形状、及び撮像素子３８の検出面３８ａの形状は、図２（Ｃ）に示すように、ウエハの露光対象の一つのショット領域（投影光学系ＰＬの露光フィールド）よりもＸ方向及びＹ方向の幅が広く設定されている。従って、撮像ユニット３２の上面の形状は、露光領域１８ＷよりもＸ方向の幅が広く形成されている。一例としてショット領域（露光フィールド）のＸ方向の幅は２６ｍｍ、Ｙ方向の長さは３３ｍｍであり、露光領域１８ＷのＸ方向の幅は２６ｍｍ、Ｙ方向の幅（スリット幅）ＳＬＹは８ｍｍ程度であるため、撮像素子３８の検出面３８ａは例えばＸ方向の幅が３０ｍｍ程度、Ｙ方向の幅が３５ｍｍ程度でもよい。言い換えると、検出面３８ａの形状は、レチクルＲのパターン領域ＰＡを投影倍率で縮小した形状よりも大きく設定されている。
【００３４】
ＦＯＰ３７は、多数の可視光を透過する外径が３〜６μｍ程度の光ファイバーを入射面と射出面とが同じ配列になるように束ね、入射面及び射出面を研磨したものである。ＦＯＰ３７の高さは例えば数ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。ＦＯＰ３７としては、浜松ホトニクス（株）又はショット社等の製品を使用可能である。撮像素子３８としては、画素サイズが１０μｍ程度又はそれより大きい撮像素子を使用可能である。蛍光膜３５及び波長選択膜３６を合わせた厚さは、横方向の分解能を高く維持するために、ＦＯＰ３７を構成する１つの光ファイバーの直径程度又はこれより薄いことが好ましい。
【００３５】
また、保護膜３４は、例えば二酸化ケイ素の薄膜である。蛍光膜３５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。波長選択膜３６は、例えば可視光を透過して紫外光を反射する誘電体多層膜ミラーで構成されている。
【００３６】
撮像ユニット３２の蛍光膜３５の上面に形成された多数の周期パターン３９の中心は、図２（Ｃ）に示すように、レチクルＲの計測点Ｐ（ｉ，ｊ）の配列（パターン領域ＰＡ内にも配列されると想定している）を投影光学系ＰＬの投影倍率βで縮小した配列で設定されている計測点Ｑ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜Ｉ，ｊ＝１〜Ｊ）に配置されている。なお、本実施形態の投影光学系ＰＬは倒立像を形成するものとしているため、計測点Ｑ（ｉ，ｊ）の配列は計測点Ｐ（ｉ，ｊ）の配列を配列中心に関して反転したものである。レチクルＲの面形状の計測時には、レチクルＲの各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）と投影光学系ＰＬに関してほぼ共役な位置に撮像ユニット３２の各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）が配置される。
【００３７】
図２（Ｃ）の計測点Ｑ（ｉ，ｊ）にある周期パターン３９は、図４（Ａ）の拡大図で示すように、遮光膜中にＸ方向に細長い幅β・Ｐ１／２の複数の開口パターン３９ＡａをＹ方向にピッチβ・Ｐ１で形成した第１周期パターン３９Ａと、遮光膜中に開口パターン３９Ａａの間に位置するように、開口パターン３９Ａａに対して位相をずらして配置され、開口パターン３９Ａａと同じ大きさの複数の開口パターン３９ＢａをＹ方向に周期β・Ｐ１で形成した第２周期パターン３９Ｂとを、Ｘ方向に近接して形成したものである。周期パターン３９のＸ方向の長さは、位相マーク２０の像２０ＰのＸ方向の長さよりも或る程度長く設定されている。投影光学系ＰＬの光学特性の計測時には、計測点Ｐ（ｉ，ｊ）の位相マーク２０の像２０Ｐの−Ｘ方向及び＋Ｘ方向のほぼ１／２の部分が、それぞれ周期パターン３９Ａ及び３９Ｂ上に重ねて形成される。さらに、位相マーク２０の像２０Ｐのうちの凹部２０ａの像２０ａＰが周期パターン３９Ａの開口パターン３９Ａａ内に形成され、凸部２０ｂの像２０ｂＰが周期パターン３９Ｂの開口パターン３９Ｂａ内に形成される。
【００３８】
また、図２（Ａ）の撮像素子３８のうちで、計測点Ｑ（ｉ，ｊ）上の第１周期パターン３９Ａを通過した照明光ＩＬによる検出光ＤＬを検出する複数の画素を画素群３８Ａｉｊと呼び、第２周期パターン３９Ｂを通過した照明光ＩＬによる検出光ＤＬを検出する複数の画素を画素群３８Ｂｉｊと呼ぶ。図１の演算装置６内で図４（Ａ）の画素群３８Ａｉｊ，３８Ｂｉｊの検出信号を処理する部分を演算ユニット６Ａｉｊとすると、演算ユニット６Ａｉｊは、画素群３８Ａｉｊからの検出信号の和と、画素群３８Ｂｉｊからの検出信号の和との差分を各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）に関するフォーカス信号ＳＦｉｊ（ｉ＝１〜Ｉ，ｊ＝１〜Ｊ）として出力する。なお、実際には撮像素子３８の各画素の検出信号（画像データ）は演算装置６内の画像メモリにまとめて格納され、演算処理時に必要な画素の検出信号が順次読み出される。従って、演算ユニット６Ａｉｊは、演算処理を行うソフトウェア上の機能であってもよい。
【００３９】
図３（Ｃ）を参照して説明したように、周期パターン３９Ａ，３９Ｂの形成面（計測面）が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置にあるときには、開口パターン３９Ａａ，３９Ｂａ内の光量が同じであり、フォーカス信号ＳＦｉｊは０になる。一方、計測面がベストフォーカス位置より上方にずれると、開口パターン３９Ｂａ内の光量が減少し、計測面がベストフォーカス位置より下方にずれると、開口パターン３９Ａａ内の光量が減少する。従って、フォーカス信号ＳＦｉｊは、図４（Ｂ）に示すように、特に計測面のベストフォーカス位置からのデフォーカス量Ｚｉｊが小さい範囲では、デフォーカス量Ｚｉｊにほぼ比例して変化する。図２（Ｃ）の全部の計測点Ｑ（ｉ，ｊ）のうち、露光領域１８Ｗを通過している複数の計測点で検出される検出信号が所定の閾値を超える値となり、露光領域１８Ｗの外にある計測点で検出される検出信号はほぼ０になる。
【００４０】
その後の演算処理時に、各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）毎にフォーカス信号ＳＦｉｊが検出される。そこで、演算装置６内の面形状演算部（例えばソフトウェア上の別の機能でもよい）は、全部の演算ユニット６Ａｉｊから出力されるフォーカス信号ＳＦｉｊからそれぞれデフォーカス量Ｚｉｊを求めた後、このデフォーカス量Ｚｉｊに投影光学系ＰＬの既知の縦倍率αの逆数を乗じて、対応するレチクルＲのパターン面の計測点Ｐ（ｉ，ｊ）のＺ位置ＲＺｉｊを求める。このＺ位置ＲＺｉｊは、投影光学系ＰＬの物体面側におけるレチクルＲのパターン面の目標とするＺ位置からのずれ量に相当する。複数の計測点Ｐ（ｉ，ｊ）におけるＺ位置ＲＺｉｊ、又はそれらのＺ位置ＲＺｉｊを通る曲面が、レチクルＲのパターン面のパターン領域ＰＡ内の面形状を表している。
【００４１】
なお、撮像ユニット３２の各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）のＺ位置を計測されたデフォーカス量Ｚｉｊだけ補正した位置が、この計測点における投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置となる。
次に、本実施形態の露光装置ＥＸにおけるレチクルＲのパターン面の面形状の計測動作及び露光動作の一例につき図５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２の制御のもとで、例えばレチクルＲの使用開始時に実行される。先ず、図５のステップ１０２において、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲをロードし、アライメントマークＡＭ１，ＡＭ２をウエハステージＷＳＴの空間像計測系（不図示）で検出することで、レチクルＲのアライメントを行う。その後、レチクルステージＲＳＴを駆動して、レチクルＲのパターン領域ＰＡを照明領域１８Ｒの手前（例えば＋Ｙ方向）の走査開始位置に移動する。
【００４２】
次のステップ１０４において、ウエハステージＷＳＴを駆動して、レチクルＲの各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）の位相マーク２０と対応する位置、即ち位相マーク２０と投影光学系ＰＬに関してほぼ共役な位置に、撮像ユニット３２の計測点Ｑ（ｉ，ｊ）の周期パターン３９Ａ，３９Ｂを移動する。これによって、撮像ユニット３２の上面は露光領域１８Ｗの手前の走査開始位置に移動する。この後、計測点Ｐ（ｉ，ｊ）の位相マーク２０と計測点Ｑ（ｉ，ｊ）の周期パターン３９Ａ，３９Ｂとが投影光学系ＰＬに関してほぼ共役な位置関係を維持するように、レチクルＲと撮像ユニット３２とは同期して移動する。そのように同期して移動するときに、Ｚチルトステージ２２のフォーカスレベリング機構によって、撮像ユニット３２の周期パターン３９Ａ，３９Ｂの形成面（計測面）は、例えばレチクルＲのパターン面が目標とする面に配置されているときに、投影光学系ＰＬの像面（ベストフォーカス位置）となる面に沿って移動するように制御される。
【００４３】
次のステップ１０６において、照明光ＩＬの照射を開始し、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを駆動して、例えば図２（Ａ）に示すように、レチクルＲと撮像ユニット３２とをＹ方向に投影倍率βを速度比として同期して移動する。レチクルＲのパターン面Ｒａのパターン領域ＰＡは、照明領域１８Ｒに対して例えば図６（Ａ）の矢印Ａ１で示す方向（−Ｙ方向）に移動される。なお、移動方向は逆方向でもよい。この同期移動時に、撮像ユニット３２の複数の計測点Ｑ（ｉ，ｊ）において、所定のサンプリングレート（各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）が露光領域１８Ｗを通過中にそれぞれ少なくとも１回光量検出が行われるようなサンプリングレート）でそれぞれ周期パターン３９Ａ，３９Ｂを通過した照明光ＩＬによって蛍光膜３５で生成される検出光ＤＬ（蛍光）をＦＯＰ３７を介して撮像素子３８で受光し、周期パターン３９Ａ，３９Ｂを通過する光量の差分に対応するフォーカス信号ＳＦｉｊを検出する。さらに、各フォーカス信号ＳＦｉｊから対応するレチクルＲの計測点Ｐ（ｉ，ｊ）にある位相マーク２０の像のデフォーカス量Ｚｉｊを求める。なお、各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）で複数のフォーカス信号ＳＦｉｊが検出される場合（露光領域１８Ｗを通過中に複数回のサンプリングが行われる場合）には、例えばその複数のフォーカス信号ＳＦｉｊの平均値を実際に検出されたフォーカス信号としてもよい。
【００４４】
次のステップ１０８において、演算装置６内の面形状演算部は、各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）で計測されたデフォーカス量Ｚｉｊに縦倍率αの逆数を乗算して、例えば図６（Ｂ）に示すように、レチクルＲのパターン面のパターン領域ＰＡの対応する計測点Ｐ（ｉ，ｊ）のＺ位置ＲＺｉｊ（レチクルＲの面形状）を求める。なお、図６（Ｂ）の等高線Ｃ０等は、全部の計測点Ｐ（ｉ，ｊ）におけるＺ位置ＲＺｉｊを補間して得られた曲面上で、Ｚ位置が同じ部分を結ぶ曲線である。なお、本実施形態では、計測点Ｐ（ｉ，ｊ）は図２（Ｂ）に示すように、パターン領域ＰＡの近傍に設けられているため、図６（Ｂ）において実際に計測される部分は、矩形の周縁部の面形状である。また、例えば等高線Ｃ０はＺ位置が０の部分、等高線ＣＭ１，ＣＭ２は次第にＺ位置が負の大きい値になる部分、等高線ＣＰ１，ＣＰ２は次第にＺ位置が正の大きい値になる部分を示している。
【００４５】
次のステップ１１０において、その面形状演算部は、レチクルＲのパターン領域ＰＡのＹ方向の位置Ｙｊ（ｊ＝１，２，…）毎に、パターン面の面形状の補正値を求める。この補正値はステージ駆動系４内の記憶部に記憶される。その補正値は、一例として図６（Ｃ）に示すように、図６（Ｂ）の面形状を、各位置Ｙｉ毎に例えば最小自乗法によって、Ｘ軸に平行な軸をＹ軸に平行な軸の回りにチルト角Ｔｙで傾斜させた１次直線ＬＸｉで近似したものである。なお、その面形状は、Ｘ方向及びＹ方向の２次以上の関数等で近似してもよい。
【００４６】
次のステップ１１４で、ウエハステージＷＳＴ上に未露光のウエハ（ウエハＷとする）がロードされ、このアライメントが行われる。次のステップ１１６で、露光装置ＥＸにおいて、ウエハＷの各ショット領域ＳＡにレチクルＲのパターンの像が走査露光される。この際に、ウエハＷの表面の露光領域１８Ｗ内の部分領域のＺ位置、θｘ方向の傾斜角、及びθｙ方向の傾斜角が、それぞれステップ１１０で記憶された対応する位置Ｙｉにおける１次直線ＬＸｉの中心でのＺ位置に縦倍率αを乗じた値、１次直線ＬＸｉに隣接する１次直線ＬＸi+1（又はＬＸi-1）の中心でのθｘ方向の傾斜角、及び１次直線ＬＸｉのチルト角Ｔｙとなるように、ステージ駆動系４がＺチルトステージ２２内のフォーカスレベリング機構を駆動する。これによって、レチクルＲの面形状が目標とする形状（例えば所定のＺ位置を持つ平面）からずれていても、レチクルＲのパターンの像が高解像度でウエハＷの各ショット領域に走査露光される。次のステップ１１８でウエハＷがアンロードされ、次のステップ１２０において露光対象のウエハがなくなるまで、ステップ１１４〜１１８の露光が繰り返される。
【００４７】
本実施形態の作用効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の露光装置ＥＸが備えるレチクルの形状情報を計測する計測装置は、投影光学系ＰＬの物体面側に配置されるレチクルステージＲＳＴに保持され、複数の計測点Ｐ（ｉ，ｊ）に位相マーク２０（第１パターン）が形成されたパターン面を有するレチクルＲと、投影光学系ＰＬの像面側に配置されるウエハステージＷＳＴに保持され、複数の位相マーク２０の配置に対応して配置される複数の周期パターン３９（第２パターン）が形成された蛍光膜３５と、複数の光ファイバーを束ねて形成され、位相マーク２０、投影光学系ＰＬ、及び周期パターン３９を通過した照明光ＩＬによって生成される検出光ＤＬを検出面に導くＦＯＰ３７（導光部材）と、ＦＯＰ３７によって導かれる検出光ＤＬを検出する撮像素子３８とを備えている。
【００４８】
さらに、その計測装置は、レチクルＲの複数の位相マーク２０の照明光ＩＬによる像を複数の周期パターン３９上に投影しつつ、レチクルステージＲＳＴを介してレチクルＲをＹ方向（所定方向）に移動させるとともに、ウエハステージＷＳＴを介して周期パターン３９、ＦＯＰ３７、及び撮像素子３８を一体的にＹ方向に移動して得られる撮像素子３８の検出結果を処理し、レチクルＲのパターン面の複数の計測点Ｐ（ｉ，ｊ）におけるＺ位置（面位置）の情報（形状情報）を求める演算装置６（処理装置）を備えている。
【００４９】
また、その計測装置による計測方法は、ステップ１０２〜１１０の工程によってレチクルＲのパターン面の複数の計測点Ｐ（ｉ，ｊ）におけるＺ位置の情報を求めている。
本実施形態よれば、複数の位相マーク２０と対応する複数の周期パターン３９とを対応する方向（Ｙ方向）に移動しながら、複数の位相マーク２０の一部の投影光学系ＰＬによる像が、対応する計測点Ｑ（ｉ，ｊ）にある周期パターン３９及びＦＯＰ３７を介して順次撮像素子３８で検出される。このようにＦＯＰ３７を介することによって、入射角の大きい外乱光及び離れた位置にある像からの光等を排除して、周期パターン３９を通過した光を高いＳＮ比で検出できる。さらに、周期パターン３９の形成面（計測面）と撮像素子３８の検出面３８ａとを離すことができるため、撮像素子３８の発熱の影響が軽減されている。従って、計測用の光学系を大型化することなく、撮像素子３８を有する撮像ユニット３２を小型な装置として構成できるとともに、１回の同期移動で、レチクルＲのパターン面のパターン領域ＰＡの全面の面形状を効率的にかつ高精度に計測できる。
【００５０】
（２）また、周期パターン３９は蛍光膜３５上に形成され、蛍光膜３５で発生する可視域の蛍光が波長選択膜３６を介してＦＯＰ３７に入射しているため、照明光ＩＬが紫外光であっても、可視光を伝送するＦＯＰ３７を用いてレチクルＲの面形状を計測できる。なお、ＦＯＰ３７が紫外光を高効率に伝送できる場合には、蛍光膜３５及び波長選択膜３６を省略できる。
【００５１】
（３）また、本実施形態では、位相マーク２０の像２０Ｐのデフォーカス量を計測するために、周期パターン３９を周期パターン３９Ａ，３９Ｂから構成し、像２０Ｐの一部分を周期パターン３９Ａを介して検出し、像２０Ｐの他の部分を周期パターン３９Ｂを介して検出している。従って、撮像ユニット３２をＺ方向に移動することなく、１回の画像のサンプリングによって像２０Ｐのデフォーカス量を計測できる。
【００５２】
なお、位相マーク２０及び周期パターン３９Ａ，３９Ｂの計測方向（周期方向）はＹ方向であるが、位相マーク２０及び周期パターン３９Ａ，３９Ｂの計測方向はＸ方向（非走査方向）であってもよい。さらに、デフォーカス量を計測するためには、位相マーク２０及び周期パターン３９Ａ，３９Ｂと異なるマーク及びパターンを使用してもよい。
（４）また、本実施形態の露光方法は、投影光学系ＰＬを介してウエハＷを走査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レチクルＲのパターン面の面形状を計測している。また、本実施形態の露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬを介してウエハＷを走査露光する露光装置において、レチクルＲの面形状を計測するために本実施形態の計測装置を備えている。
【００５３】
この場合、計測装置を構成する小型の撮像ユニット３２はウエハステージＷＳＴに容易に組み込むことができるため、オンボディで１回の同期走査を行うのみで、レチクルＲのパターン領域の全面の面形状を高精度に計測できる。従って、その計測結果に応じて、ウエハＷのＺ位置及び傾斜角等を制御することで、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に高精度に走査露光できる。
【００５４】
[第２の実施形態]
本発明の第２の実施形態につき図７〜図９を参照して説明する。本実施形態でも図１の露光装置ＥＸを使用する。ただし、本実施形態では図１のレチクルマーク板ＲＦＭのパターン領域にも図２（Ａ）のレチクルＲに形成された位相マーク２０と同じ評価用マークが形成されている。以下、図７及び図９（Ａ）〜図９（Ｃ）において、図２（Ａ）及び図６（Ｂ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５５】
図７は、本実施形態の露光装置のレチクルマーク板ＲＦＭのパターン面の面形状を計測している状態を示す。図７において、投影光学系ＰＬの物体面側にレチクルマーク板ＲＦＭのパターン面が配置され、投影光学系ＰＬの像面側に図１のＺチルトステージ２２（ウエハステージＷＳＴ）に設けられた撮像ユニット３２の周期パターン３９の形成面（計測面）が配置されている。また、レチクルマーク板ＲＦＭのパターン面には、Ｘ方向、Ｙ方向に例えばレチクルＲの計測点Ｐ（ｉ，ｊ）の配列間隔と同じ間隔で、位相マーク２０と同じ形状の位相マーク２０Ｆが形成されている。
【００５６】
本実施形態においてレチクルＲの面形状を計測する場合には、図８（Ａ）のステップ１３０において、図７に示すように、レチクルマーク板ＲＦＭのパターン領域に設定された照明領域１８Ｒを照明光ＩＬで照明し、撮像ユニット３２の検出信号を処理して、レチクルマーク板ＲＦＭの各位相マーク２０Ｆの像のデフォーカス量を計測する。さらに、これらのデフォーカス量からレチクルマーク板ＲＦＭのパターン面のＺ位置の分布（面形状）を算出する。レチクルマーク板ＲＦＭの面形状の一例を図９（Ａ）に示す。この場合、レチクルマーク板ＲＦＭのパターン面は、平坦であり、かつ投影光学系ＰＬの物体面の基準面とみなすことができる。さらに、撮像ユニット３２を露光領域１８ＷのＹ方向の幅分だけＹ方向に順次ステップ移動して、それぞれレチクルマーク板ＲＦＭの面形状の計測を行い、撮像ユニット３２の検出面３８ａの全面で（全部の計測点Ｑ（ｉ，ｊ）において）、対応するレチクルマーク板ＲＦＭのＺ位置を計測する。
【００５７】
次のステップ１３２において、図５のステップ１０２〜１０８と同様に、レチクルＲのパターン面の面形状を計測する。この計測結果の一例を図９（Ｂ）に示す。次のステップ１３４において、レチクルＲのパターン面の面形状の計測値（計測点Ｐ（ｉ，ｊ）毎のＺ位置）からレチクルマーク板ＲＦＭのパターン面の面形状の計測値（計測点Ｑ（ｉ，ｊ）毎に計測されるＺ位置）を減算することによって、レチクルＲのパターン面の計測値の校正（キャリブレーション）を行う。この校正によって得られるレチクルＲの面形状、例えば図９（Ｃ）に示す面形状は、投影光学系ＰＬの物体面（基準面）からのＺ位置のずれ量を表している。次のステップ１３６において、図５のステップ１１０と同様に、レチクルＲの面形状の補正値を求め、次のステップ１３８において、図５のステップ１１４〜１１８と同様に、走査露光中にレチクルＲの面形状の補正値に応じてウエハＷの表面のＺ位置等を補正する。
【００５８】
この実施形態によれば、レチクルマーク板ＲＦＭのパターン面を基準としてレチクルＲのパターン面の面形状を正確に計測できる。従って、その面形状に応じてウエハＷの表面のＺ位置等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。なお、図８（Ａ）の動作は、露光装置ＥＸの照明光学系ＩＬＳの異なる複数の照明条件のそれぞれについて実行してもよい。
【００５９】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態の計測動作及び露光動作につき図８（Ｂ）のフローチャート及び図１０を参照して説明する。図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施形態では、図１の露光装置ＥＸにおいて、レチクルステージＲＳＴにレチクルＲとは別の、面形状の基準となるパターン面を持つ基準レチクルＴＲをロードする。基準レチクルＴＲのガラス基板の形状（大きさ及び厚さ）はレチクルＲのガラス基板と同じである。
【００６０】
基準レチクルＴＲのパターン領域ＰＡには、図１０（Ｂ）に示すように、図２（Ｂ）のレチクルＲに形成されている位相マーク２０が所定の配列で形成されている。図１０（Ｂ）において、基準レチクルＴＲのパターン領域ＰＡ内で、Ｘ方向及びＹ方向に所定間隔で、かつＸ方向にＩ個でＹ方向にＪ個に配列されたＩ×Ｊ個の計測点が設定され、そのうちの＋Ｘ方向にｉ番目で−Ｙ方向にｊ番目の計測点がＰ（ｉ，ｊ）である（１≦ｉ≦Ｉ，１≦ｊ≦Ｊ）。整数Ｉは例えば５〜２０程度、整数Ｊは例えば１０〜３０程度である。また、各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）に中心が来るようにそれぞれ評価用マークとしての位相マーク２０が形成されている。
【００６１】
先ず図８（Ｂ）のステップ１４０において、図５のステップ１０２〜１０８と同様に、図１０（Ａ）及び図１０（Ｃ）に示すように、撮像ユニット３２を用いて基準レチクルＴＲのパターン面の面形状を計測する。次のステップ１４２において、基準レチクルＴＲの面形状の計測結果（Ｚ位置TRZ1ij）を基準値として設定（記憶）する。
次のステップ１４４において、露光装置ＥＸを用いて、一例として、基準レチクルＴＲのパターンの像をレジストが塗布されたウエハの多数のショット領域に、例えばＺ位置を変えながら走査露光する。次のステップ１４８において、露光後のウエハを現像し、例えばウエハのショット領域内の複数の位置ごとに基準レチクルＴＲの所定のマークの像のコントラストが最大になるときのウエハのＺ位置の目標値からのずれ量（デフォーカス量）を求める。そして、このようにして求めたデフォーカス量から、基準レチクルＴＲの各計測点毎にＺ位置TRZ2ijを求める。そして、ステップ１４２で設定した基準値（Ｚ位置TRZ1ij）からそのＺ位置TRZ2ijを減算して、各計測点毎のＺ位置の基準値を計算し、このようにして計算された値を補正後の基準値として記憶する（ダイナミック像面補正）。
【００６２】
次の図８（Ｂ）のステップ１５０において、露光装置ＥＸのレチクルステージＲＳＴに別のレチクル（レチクルＲとする）をロードし、図５のステップ１０２〜１０８と同様に、レチクルＲのパターン面の面形状を計測する。次のステップ１５２において、ステップ１５０で計測されたレチクルＲの面形状（Ｚ位置）からステップ１４８で補正した基準値（基準レチクルＴＲの面形状の計測誤差）を減算し、この結果得られる面形状を図５のステップ１１０の面形状の補正値とする。なお、この面形状は、さらにＹ方向の位置毎に１次直線で近似してもよい。次のステップ１５４において、図５のステップ１１４〜１１８と同様に、レチクルＲの面形状に応じてウエハＷのＺ位置等を補正しながら、ウエハＷの各ショット領域にレチクルＲのパターンの像を走査露光する。
【００６３】
この実施形態によれば、レチクルＲ及び他のレチクルの面形状を計測する場合に、実質的に基準レチクルＴＲの面形状の計測誤差を補正しているため、レチクルのパターン面の面形状の計測精度を向上できる。
なお、上記の各実施形態では、以下のような変形が可能である。
（１）上記の実施形態では、レチクルＲの面形状の補正値に基づいて、走査露光中にウエハＷの表面のＺ位置、及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角を補正している。しかしながら、レチクルステージＲＳＴにもレチクルＲのＺ位置、及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角を補正するレチクル用のフォーカスレベリング機構を設け、このレチクル用のフォーカスレベリング機構を用いて、そのレチクルＲの面形状の補正値を相殺するように、レチクルＲのＹ方向に位置毎にレチクルＲのＺ位置等を補正してもよい。
【００６４】
（２）上記の実施形態では、レチクルＲの面形状に応じて、ウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させるように、ウエハＷのＺ位置等及び／又はレチクルＲのＺ位置等を補正している。
しかしながら、レチクルＲの面形状を補正するために、図６（Ａ）のレチクルステージＲＳＴ上のエアパッドＡＰのレチクルＲとの接触面の傾斜角等を調整してもよい。この場合、エアパッドＡＰの傾斜角等を調整する毎に、例えば図５の計測方法でレチクルＲのパターン面の面形状を計測（確認）することが好ましい。
【００６５】
（３）撮像ユニット３２は、ウエハステージＷＳＴとは独立にウエハベース２６の上面を移動する計測ステージ（不図示）等に固定してもよい。
（４）上記の実施形態では、撮像ユニット３２の検出面３８ａのＹ方向の幅は、投影光学系ＰＬの露光フィールド（ショット領域）のＹ方向の長さよりも広く設定されているが、撮像ユニット３２の検出面３８ａのＹ方向の長さは、露光装置１８ＷのＹ方向の幅より広く、かつその露光フィールドのＹ方向の長さよりも狭くともよい。この場合には、レチクルＲのパターン面の面形状の計測時に、撮像ユニット３２を静止させておき、レチクルＲを投影光学系ＰＬに対してＹ方向に照明領域１８Ｒの幅分ずつ移動しながら、ステップ・アンド・リピート方式でレチクルＲのパターン面の面形状を逐次計測してもよい。
【００６６】
（５）上記の実施形態の投影光学系ＰＬは縮小倍率であるが、投影光学系ＰＬの倍率は等倍又は拡大倍率であってもよい。さらに、投影光学系ＰＬは正立像を形成してもよい。
また、上記の実施形態の露光装置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１１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レチクル（マスク）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（感光基板）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。
【００６７】
言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置又は露光方法を用いて基板（ウエハ）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。この際に、上記の実施形態の露光装置又は露光方法によれば、レチクルＲのパターン面の面形状を効率的に高精度に計測できるため、例えばその計測結果に応じた補正を行うことによって、レチクルのパターンの像を基板上に高精度に露光できる。従って、高精度に電子デバイスを製造できる。
【００６８】
なお、上記の実施形態の撮像ユニット３２等は蛍光膜３５を備えているため、撮像ユニット３２等は、露光光として波長１００ｎｍ程度以下の極端紫外光（Extreme Ultraviolet Light:ＥＵＶ光）を用いるＥＵＶ露光装置においてマスク（反射型）のパターン面の面形状を計測する場合にも適用可能である。
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、薄膜磁気ヘッド、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、若しくはＤＮＡチップ等の各種デバイス、又はマスク（レチクル等）自体を製造するための露光装置にも広く適用できる。
【００６９】
また、本発明は、露光装置又は露光方法とは別に、レチクル等のマスクのパターン面の面形状を計測する計測装置又は計測方法にも適用可能である。
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。
【符号の説明】
【００７０】
ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、ＲＦＭ…レチクルマーク板、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、Ｐ（ｉ，ｊ）…計測点、２…主制御系、６…演算装置、６Ａｉｊ…演算ユニット、２０…位相マーク、３２…撮像ユニット、３５…蛍光膜、３６…波長選択膜、３７…ＦＯＰ（ファイバーオプティックプレート）、３８…２次元の撮像素子、３９…周期パターン
【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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【図１１】
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