(57)【要約】【課題】投影光学系を介したパターンの転写特性を短時間に予測する。【解決手段】デフォーカス量に応じたパターンの転写像の結像状態の変化を、投影光学系の波面収差の変化によるものとみなし、ステップ１０８において、デフォーカス量に応じた波面収差の変化量に基づいて各フォーカス依存収差成分（Ｚ４、Ｚ９、Ｚ１６、Ｚ２５、Ｚ３６）を補正し、ステップ１１２において、補正されたフォーカス依存収差成分（Ｚ４、Ｚ９、Ｚ１６、Ｚ２５、Ｚ３６）を含む収差成分（Ｚ１〜Ｚ３７）の線形結合の値を計算し、そのパターンの像の線幅の変化ΔＣＤを予測する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系を介したパターンの転写特性を予測する予測方法であって、
前記投影光学系の波面収差を展開して得られる複数の収差成分のうち、所定露光条件下で前記投影光学系を介して投影される所定パターンの像に関する、最良フォーカス位置からのデフォーカス量に依存して変動する複数のフォーカス依存収差成分を、前記デフォーカス量に応じた前記波面収差の変化量に基づいて補正する第１工程と；
前記補正されたフォーカス依存収差成分を含む前記複数の収差成分の線形結合の値に基づいて、前記像のサイズと前記デフォーカス量との対応関係を予測する第２工程と；を含む予測方法。
【請求項２】
前記各フォーカス依存収差成分は、前記投影光学系の光軸を中心とする回転対称成分であることを特徴とする請求項１に記載の予測方法。
【請求項３】
前記第１工程では、
前記投影光学系の瞳座標上の半径に関してべき級数展開された前記波面収差の変化量に基づいて前記各フォーカス依存収差成分の変化量を算出し、前記算出された変化量をそのフォーカス依存収差成分に加算することによって前記各フォーカス依存収差成分を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の予測方法。
【請求項４】
前記第２工程では、
前記所定露光条件下での前記像のサイズの変化に対する前記各収差成分の二乗の感度をそれぞれの係数とする前記各収差成分の二乗の線形結合と、前記所定露光条件下での前記像のサイズの変化に対する互いに異なる収差成分同士のクロス項の感度をそれぞれの係数とする前記各クロス項の線形結合とに基づいて、前記波面収差に起因する前記像のサイズの変化に対応する線形結合の値を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の予測方法。
【請求項５】
前記各収差成分は、ツェルニケ多項式級数における各項の係数であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の予測方法。
【請求項６】
前記第２工程では、
予め作成されたツェルニケ多項式級数における第４項の収差成分の値と前記像のサイズとの関係を示すデータテーブルに基づいて得られる前記像のサイズの変化量と、前記第４項を除く各項の収差成分の線形結合に基づいて求められる前記像のサイズの変化量とに基づいて、前記像のサイズの変化量を求めることを特徴とする請求項５に記載の予測方法。
【請求項７】
投影光学系を介したパターンの転写状態を評価する評価方法であって、
前記投影光学系の有効視野内の複数の計測点それぞれに所定パターンを配置したと設定して、計測点毎に請求項１〜６のいずれか一項に記載の予測方法を実行し、前記所定パターンの像のサイズと前記デフォーカス量との対応関係を予測する工程と；
前記予測結果に基づいて、前記投影光学系の有効視野内における前記所定パターンの像の均一性を評価する工程と；を含む評価方法。
【請求項８】
前記所定パターンは、前記投影光学系の光軸方向に直交する平面上に設けられた互いに直交する２つのラインパターンを含むことを特徴とする請求項７に記載の評価方法。
【請求項９】
前記所定パターンは、前記投影光学系の光軸方向に直交する平面上に設けられた互いに平行な２つのラインパターンを含むことを特徴とする請求項７に記載の評価方法。
【請求項１０】
前記ラインパターン毎に、前記対応関係を予測することを特徴とする請求項８又は９に記載の評価方法。
【請求項１１】
投影光学系を介したパターンの転写状態を調整する調整方法であって、
請求項７〜１０のいずれか一項に記載の評価方法を実行して、前記投影光学系の有効視野内における所定パターンの像の転写状態の均一性を評価する工程と；
前記評価結果に基づいて、前記投影光学系を介した前記所定パターンの転写状態を調整する調整工程と；を含む調整方法。
【請求項１２】
投影光学系を介してパターンを物体に転写する露光方法であって、
露光条件が設定される毎に、請求項１１に記載の調整方法を実行して、前記投影光学系を介したパターンの転写状態を調整する工程と；
前記設定された露光条件の下、前記調整された転写状態で、前記マスク上に形成されたパターンを、前記投影光学系を介して前記物体に転写する工程と；を含む露光方法。
【請求項１３】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程では、請求項１２に記載の露光方法を実行して、露光を行うデバイス製造方法。
【請求項１４】
投影光学系を介したパターンの転写特性の予測をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記投影光学系の波面収差を展開して得られる複数の収差成分のうち、所定露光条件下で前記投影光学系を介して投影される所定パターンの像に関する、最良フォーカス位置からのデフォーカス量に依存して変動する複数のフォーカス依存収差成分を、前記デフォーカス量に応じた前記波面収差の変化量に基づいて補正する第１手順と；
前記補正されたフォーカス依存収差成分を含む前記複数の収差成分の線形結合の値に基づいて、前記像のサイズと前記デフォーカス量との対応関係を予測する第２手順と；をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項１５】
前記各フォーカス依存収差成分は、前記投影光学系の光軸を中心とする回転対称成分であることを特徴とする請求項１４に記載のプログラム。
【請求項１６】
前記第１手順では、
前記投影光学系の瞳座標上の半径に関してべき級数展開された前記波面収差の変化量に基づいて前記各フォーカス依存収差成分の変化量を算出し、前記算出された変化量をそのフォーカス依存収差成分に加算することによって前記各フォーカス依存収差成分を補正する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１４又は１５に記載のプログラム。
【請求項１７】
前記第２手順では、
前記所定露光条件下での前記像のサイズの変化に対する前記各収差成分の二乗の感度をそれぞれの係数とする前記各収差成分の二乗の線形結合と、前記所定露光条件下での前記像のサイズの変化に対する互いに異なる収差成分同士のクロス項の感度をそれぞれの係数とする前記各クロス項の線形結合とに基づいて、前記波面収差に起因する前記像のサイズの変化に対応する線形結合の値を算出する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のプログラム。
【請求項１８】
前記各収差成分を、ツェルニケ多項式級数における各項の係数とすることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載のプログラム。
【請求項１９】
前記第２手順では、
予め作成されたツェルニケ多項式級数における第４項の収差成分の大きさと前記像のサイズとの関係を示すデータテーブルに基づいて得られる前記像のサイズの変化量と、前記第４項を除く各項の収差成分の線形結合に基づいて求められる前記像のサイズの変化量とに基づいて、前記像のサイズの変化量を求める手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１８に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予測方法、評価方法、調整方法、露光方法、デバイス製造方法並びにプログラムに係り、更に詳しくは、投影光学系を介したパターンの転写特性を予測する予測方法、投影光学系を介したパターンの転写状態を評価する評価方法、投影光学系を介したパターンの転写状態を調整する調整方法、投影光学系を介してパターンを物体に転写する露光方法、該露光方法を用いるデバイス製造方法、並びにコンピュータに投影光学系を介したパターンの転写特性を予測させるプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体素子、表示素子、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシ−ン等のマイクロデバイスを製造するリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを、投影光学系を介してウエハ又はガラスプレート等の感応物体（以下、「ウエハ」と総称する）上に転写する、いわゆるステッパやいわゆるスキャナ（スキャニング・ステッパとも呼ばれる）などの投影露光装置が用いられている。
【０００３】
この種の露光装置では、パターンにできるだけ忠実な（再現性の良い）転写像をウエハ上に形成できることが望ましい。
【０００４】
パターンに忠実な転写像の形成を妨げる要因の１つに投影光学系の収差がある。投影光学系の収差の影響により、投影光学系の有効視野内（すなわち露光フィールド内）のそれぞれ異なる転写位置における像の結像状態が異なったものとなり、パターンの転写像のサイズの均一性（例えば、縦横に延びる微細なラインパターンを含む回路パターンにあっては、主にラインパターンの線幅の均一性）が悪化する。
【０００５】
したがって、投影光学系の波面収差をできるだけ小さくすることが、高精度な転写には不可欠となる。しかしながら、この波面収差を完全に０とすることは、技術、コスト等の点から非常に困難であるため、特定のパターンに対する結像性能に着目し、その結像性能が悪化しないように、波面収差の全体のバランスを調整することが波面収差に対する次善の策となる。
【０００６】
最近では、特定のパターンに対する結像性能を測定するために、投影光学系の波面収差を展開して得られる例えばツェルニケ多項式級数を用い、その各項（ツェルニケ項）の感度に基づいて露光装置の結像性能を予測する、いわゆるツェルニケ感度法が利用されるようになってきている。このツェルニケ感度法を用いれば、実際に基板上にパターンを焼き付けたりする必要がなくなるうえ、計算が複雑でその計算にかなりの時間を要する結像シミュレーションを動作させる必要がなくなるので、露光装置の結像性能を短時間に評価することができる。
【０００７】
一方、パターンの転写状態は、その転写像を投影する投影光学系に関するフォーカスにも大きく左右される。すなわち、パターンとウエハ上に転写されるその転写像とが完全に結像関係にある状態（すなわち、投影光学系の光軸方向に関するウエハの位置が最良フォーカス位置である状態）であれば、そのパターンは、最も良好な状態で転写されることとなり、その位置からずれる（デフォーカスする）にしたがって、パターンの転写状態は悪化し、デフォーカス量に応じてその転写像のサイズが変動する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したツェルニケ感度法によって評価することができる結像性能は、線幅異常値や、像の面内位置ずれなど、像面内での結像性能だけに限られている。これは、例えばデフォーカス量に対する転写像のサイズの変動は、高次の偶関数成分を含むので、その変動を、ツェルニケ感度法、すなわちツェルニケ項の線形結合で表現するのは非常に困難であるからである。このため、フォーカス方向に関する投影光学系の結像性能を評価する場合には、前述の結像シミュレーションによる計算等を長時間かけて行っているというのが現状である。
【０００９】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、投影光学系を介したパターンの転写特性を、短時間に予測することができる予測方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の第２の目的は、投影光学系を介したパターンの転写状態を短時間に評価することができる評価方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の第３の目的は、投影光学系を介したパターンの転写状態を短時間に調整することができる調整方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の第４の目的は、スループットの向上を実現することができる露光方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の第５の目的は、デバイスの生産性の向上に寄与するデバイス製造方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の第６の目的は、投影光学系を介したパターンの転写特性の予測を短時間にコンピュータに実行させるプログラムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、投影光学系（ＰＬ）を介したパターンの転写特性を予測する予測方法であって、前記投影光学系の波面収差を展開して得られる複数の収差成分のうち、所定露光条件下で前記投影光学系を介して投影される所定パターンの像に関する、最良フォーカス位置からのデフォーカス量に依存して変動する複数のフォーカス依存収差成分を、前記デフォーカス量に応じた前記波面収差の変化量に基づいて補正する第１工程と；前記補正されたフォーカス依存収差成分を含む前記複数の収差成分の線形結合の値に基づいて、前記像のサイズと前記デフォーカス量との対応関係を予測する第２工程と；を含む予測方法である。
【００１６】
投影光学系に波面収差が存在すると、その投影光学系を介したパターンの転写が、例え最良フォーカス位置で行われたとしても、その転写像の結像に寄与する回折光には、波面収差により光路差が発生し、この回折光の光路差は、最良フォーカス位置からデフォーカスすればするほど大きくなる。
【００１７】
本発明者が得た知見によれば、そのデフォーカスに応じた回折光の光路差の変化は、投影光学系の波面収差を展開して得られる収差成分のうち、フォーカスに依存して変化する複数のフォーカス依存収差成分の変化として捉えることができる。すなわち、デフォーカス量に応じたパターンの転写像の結像状態の変化を、投影光学系の波面収差の変化によるものとみなすことができる。
【００１８】
そこで、本発明では、第１工程において、デフォーカス量に応じた波面収差の変化量に基づいて各フォーカス依存収差成分を補正し、第２工程において、補正されたフォーカス依存収差成分を含む収差成分の線形結合の値を計算する。このようにすれば、従来のツェルニケ感度法では予測困難であった所定パターンの像のサイズとデフォーカス量との対応関係を、結像シミュレーション等によらず、短時間に予測することができるようになる。
【００１９】
この場合、請求項２に記載の予測方法のごとく、前記各フォーカス依存収差成分は、前記投影光学系の光軸を中心とする回転対称成分であることとすることができる。
【００２０】
上記請求項１又は２に記載の予測方法において、請求項３に記載の予測方法のごとく、前記第１工程では、前記投影光学系の瞳座標上の半径に関してべき級数展開された前記波面収差の変化量に基づいて前記各フォーカス依存収差成分の変化量を算出し、前記算出された変化量をそのフォーカス依存収差成分に加算することによって前記各フォーカス依存収差成分を補正することとすることができる。
【００２１】
デフォーカス量に応じた波面収差の変化量は、各フォーカス依存収差成分の線形結合で表すことができる。したがって、デフォーカス量に基づいて算出された波面収差の変化量をべき級数展開し、各フォーカス依存収差成分に対応させれば、デフォーカス量に応じた各フォーカス依存収差成分の変化量を求めることができ、これらの変化量が、それぞれのフォーカス依存収差成分の補正量となる。
【００２２】
上記請求項１〜３のいずれか一項に記載の予測方法において、請求項４に記載の予測方法のごとく、前記第２工程では、前記所定露光条件下での前記像のサイズに対する前記各収差成分の二乗の感度をそれぞれの係数とする前記各収差成分の二乗の線形結合と、前記所定露光条件下での前記像のサイズに対する互いに異なる収差成分同士のクロス項の感度をそれぞれの係数とする前記各クロス項の線形結合とに基づいて、前記像のサイズの前記波面収差に起因する変化に対応する線形結合の値を算出することとすることができる。
【００２３】
これによれば、像のサイズの変化は、各収差成分の二乗及び互いに異なる収差成分同士のクロス項に対して感度があり、それらの項の線形結合を考慮すれば、デフォーカス量に対する像のサイズの変化量を算出することができる。
【００２４】
上記請求項１〜４のいずれか一項に記載の予測方法において、請求項５に記載の予測方法のごとく、前記各収差成分を、ツェルニケ多項式級数における各ツェルニケ項の係数とすることとすることができる。投影光学系の波面収差を展開して得られる各収差成分として代表的なものに、フリンジツェルニケ多項式級数がある。本発明では、当然にこのツェルニケ多項式級数を各収差成分として適用可能である。なお、この場合、フォーカス依存収差成分には、例えば、ツェルニケ多項式級数の第４項、第９項、第１６項、第２５項、第３６項などが代表的に挙げられる。
【００２５】
この場合、請求項６に記載の予測方法のごとく、前記第２工程では、予め作成されたツェルニケ多項式級数における第４項の収差成分の値と前記像のサイズとの関係を示すデータテーブルに基づいて得られる前記像のサイズの変化量と、前記第４項を除く各項の収差成分の線形結合に基づいて求められる前記像のサイズの変化量とに基づいて、前記像のサイズの変化量を求めることとすることができる。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、投影光学系を介したパターンの転写状態を評価する評価方法であって、前記投影光学系の有効視野内の複数の計測点それぞれに所定パターンを配置したと設定して、計測点毎に請求項１〜６のいずれか一項に記載の予測方法を実行し、前記所定パターンの像のサイズと前記デフォーカス量との対応関係を予測する工程と；前記予測結果に基づいて、前記投影光学系の有効視野内における前記所定パターンの像の均一性を評価する工程と；を含む評価方法である。
【００２７】
これによれば、請求項１〜６のいずれか一項に記載の予測方法を用いて、前記所定パターンの像のサイズと前記デフォーカス量との対応関係を短時間に予測することができるようになるので、その対応関係に基づいて、投影光学系の有効視野内における所定パターンの像の均一性を短時間に評価することが可能となる。
【００２８】
この場合、請求項８に記載の評価方法のごとく、前記所定パターンは、前記投影光学系の光軸方向に直交する平面上に設けられた互いに直交する２つのラインパターンを含むこととすることができるし、請求項９に記載の評価方法のごとく、前記所定パターンは、前記投影光学系の光軸方向に直交する平面上に設けられた互いに平行な２つのラインパターンを含むこととすることもできる。これらの場合、請求項１０に記載の評価方法のごとく、前記ラインパターン毎に、前記対応関係を予測することとすることができる。かかる場合には、各計測点において、例えば主に非点収差による縦横線幅差の均一性や、主にコマ収差による線幅異常値の均一性なども評価することができるようになる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、投影光学系を介したパターンの転写状態を調整する調整方法であって、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の評価方法を実行して、前記投影光学系の有効視野内における所定パターンの像の転写状態の均一性を評価する工程と；前記評価結果に基づいて、前記投影光学系を介した前記所定パターンの転写状態を調整する調整工程と；を含む調整方法である。
【００３０】
これによれば、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の評価方法を用いて、投影光学系の有効視野内における所定パターンの像の転写状態の均一性が短時間で評価されるので、その評価結果に基づいて、前記投影光学系を介した所定パターンの転写状態を所定パターンの像の転写状態の均一性が改善されるように短時間に調整することができる。
【００３１】
請求項１２に記載の発明は、投影光学系を介してパターンを物体に転写する露光方法であって、露光条件が設定される毎に、請求項１１に記載の調整方法を実行して、前記投影光学系を介した前記パターンの転写状態を調整する工程と；前記設定された露光条件の下、前記調整された転写状態で、前記マスク上に形成されたパターンを、前記投影光学系を介して前記物体に転写する工程と；を含む露光方法である。
【００３２】
これによれば、請求項１１に記載の調整方法を実行して、前記パターンの転写状態が短時間に調整され、調整された転写状態でパターンが物体上に転写されるので、露光工程のスループットを向上させることが可能となる。
【００３３】
請求項１３に記載の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフィ工程では、請求項１２に記載の露光方法を実行して、露光を行うデバイス製造方法である。
【００３４】
これによれば、請求項１２に記載の露光方法を用いて短時間に精度良く露光を行うことができるので、デバイスの生産性を向上することができる。
【００３５】
請求項１４に記載の発明は、投影光学系を介したパターンの転写特性の予測をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記投影光学系の波面収差を展開して得られる複数の収差成分のうち、所定露光条件下で前記投影光学系を介して投影される所定パターンの像に関する、最良フォーカス位置からのデフォーカス量に依存して変動する複数のフォーカス依存収差成分を、前記デフォーカス量に応じた前記波面収差の変化量に基づいて補正する第１手順と；前記補正されたフォーカス依存収差成分を含む前記複数の収差成分の線形結合の値に基づいて、前記像のサイズと前記デフォーカス量との対応関係を予測する第２手順と；をコンピュータに実行させるプログラムである。
【００３６】
このプログラムがコンピュータにインストールされると、コンピュータが、上記各手順を実行する。これにより、請求項１に記載の予測方法が、制御用コンピュータによって実行される。従って、請求項１と同様に、投影光学系を介したパターンの転写特性を短時間に予測することが可能となる。
【００３７】
この場合、請求項１５に記載のプログラムのごとく、前記各フォーカス依存収差成分は、前記投影光学系の光軸を中心とする回転対称成分であることとすることができる。
【００３８】
上記請求項１４又は１５に記載のプログラムにおいて、請求項１６に記載のプログラムのごとく、前記第１手順では、前記投影光学系の瞳座標上の半径に関してべき級数展開された前記波面収差の変化量に基づいて前記各フォーカス依存収差成分の変化量を算出し、前記算出された変化量をそのフォーカス依存収差成分に加算することによって前記各フォーカス依存収差成分を補正する手順をコンピュータに実行させることとすることができる。
【００３９】
上記請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のプログラムにおいて、請求項１７に記載のプログラムのごとく、前記第２手順では、前記所定露光条件下での前記像のサイズの変化に対する前記各収差成分の二乗の感度をそれぞれの係数とする前記各収差成分の二乗の線形結合と、前記所定露光条件下での前記像のサイズの変化に対する互いに異なる収差成分同士のクロス項の感度をそれぞれの係数とする前記各クロス項の線形結合とに基づいて、前記波面収差に起因する前記像のサイズの変化に対応する線形結合の値を算出する手順をコンピュータに実行させることとすることができる。
【００４０】
上記請求項１４〜１７のいずれか一項に記載のプログラムにおいて、請求項１８に記載のプログラムのごとく、前記各収差成分を、ツェルニケ多項式級数における各項の係数とすることとすることができる。
【００４１】
この場合、請求項１９に記載のプログラムのごとく、前記第２手順では、予め作成されたツェルニケ多項式級数における第４項の収差成分の大きさと前記像のサイズとの関係を示すデータテーブルに基づいて得られる前記像のサイズの変化量と、前記第４項を除く各項の収差成分の線形結合に基づいて求められる前記像のサイズの変化量とに基づいて、前記像のサイズの変化量を求める手順をコンピュータに実行させることとすることができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。
【００４３】
図１には、本発明の調整方法及び露光方法が適用される一実施形態に係る露光装置１００の概略構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャナ）である。
【００４４】
露光装置１００は、光源１６及び照明光学系１２から成る照明系、この照明系からのエネルギビームとしての露光用照明光ＥＬにより照明されるマスクとしてのレチクルＲを保持するマスクステージとしてのレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから出射された露光用照明光ＥＬを物体としてのウエハＷ上（像面上）に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。
【００４５】
前記光源１６としては、ここでは、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）が用いられている。なお、光源１６として、Ｆ２レーザ（出力波長１５７ｎｍ）あるいはＡｒＦエキシマレーザ（出力波長１９３ｎｍ）等の真空紫外域のパルス光を出力するパルス紫外光源を用いても良い。
【００４６】
前記光源１６は、実際には、照明光学系１２の各構成要素及びレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、及びウエハステージＷＳＴ等から成る露光装置本体が収納されたチャンバ１１が設置されたクリーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルームに設置されており、チャンバ１１にビームマッチングユニットと呼ばれる光軸調整用光学系を少なくとも一部に含む不図示の送光光学系を介して接続されている。この光源１６では、主制御装置５０からの制御情報ＴＳに基づいて、内部のコントローラにより、レーザビームＬＢの出力のオン・オフ、レーザビームＬＢの１パルスあたりのエネルギ、発振周波数（繰り返し周波数）、中心波長及びスペクトル半値幅（波長幅）などが制御されるようになっている。
【００４７】
前記照明光学系１２は、シリンダレンズ、ビームエキスパンダ（いずれも不図示）及びオプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）２２等を含むビーム整形・照度均一化光学系２０、第１リレーレンズ２８Ａ、第２リレーレンズ２８Ｂ、固定レチクルブラインド３０Ａ、可動レチクルブラインド３０Ｂ、光路折り曲げ用のミラーＭ及びコンデンサレンズ３２等を備えている。なお、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）、あるいは回折光学素子などを用いることができる。本実施形態では、オプティカルインテグレータ２２としてフライアイレンズが用いられているので、以下では、フライアイレンズ２２とも呼ぶものとする。
【００４８】
前記ビーム整形・照度均一化光学系２０は、チャンバ１１に設けられた光透過窓１７を介して不図示の送光光学系に接続されている。このビーム整形・照度均一化光学系２０は、光源１６でパルス発光され光透過窓１７を介して入射したレーザビームＬＢの断面形状を、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダを用いて整形する。また、このビーム整形・照度均一化光学系２０において、レーザビームは、透過率を等比級数的に複数段階で又は連続的に変更可能なＮＤフィルタを備えるエネルギ粗調器（不図示）と、交換可能に配置される複数の回折光学素子、照明光学系の光軸に沿って可動なプリズム（円錐プリズム、多面体プリズムなど）、及びズーム光学系の少なくとも１つを含む光学ユニット（不図示）とを経て、オプティカルインテグレータ２２に至る。上記光学ユニットは、オプティカルインテグレータ２２がフライアイレンズであるときはその入射面上での照明光の強度分布、オプティカルインテグレータ２２が内面反射型インテグレータであるときはその入射面に対する照明光の入射角度範囲などを可変とすることで、照明光学系の瞳面上での照明光の光量分布（２次光源の大きさや形状）、すなわちレチクルＲの照明条件を変更する。また、この光学ユニットは、その照明条件の変更の際に、光量損失を極力抑えるようになっている。
【００４９】
そして、ビーム整形・照度均一化光学系２０内部の射出端側に位置するフライアイレンズ２２は、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために、前述のレーザビームＬＢの入射により、照明光学系１２の瞳面とほぼ一致するように配置されるその射出側焦点面に多数の点光源（光源像）から成る面光源（２次光源）を形成する。この２次光源から射出されるレーザビームを以下においては、「照明光ＥＬ」と呼ぶものとする。なお、オプティカルインテグレータ２２が内面反射型インテグレータであった場合、その内面反射型インテグレータによって形成される複数の光源像（虚像）をも２次光源と呼ぶものとする。
【００５０】
オプティカルインテグレータ２２から射出された照明光ＥＬの光路上に、固定レチクルブラインド３０Ａ、可動レチクルブラインド３０Ｂを介在させて第１リレーレンズ２８Ａ及び第２リレーレンズ２８Ｂから成るリレー光学系が配置されている。固定レチクルブラインド３０Ａは、レチクルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置され、レチクルＲ上の矩形の照明領域ＩＡＲを規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レチクルブラインド３０Ａの近傍に走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に対応する方向の位置及び幅が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド３０Ｂが配置され、走査露光の開始時及び終了時にその可動レチクルブラインド３０Ｂを介して照明領域を更に制限することによって、不要な部分の露光が防止されるようになっている。さらに、可動レチクルブラインド３０Ｂは走査方向と直交する非走査方向（図１における紙面直交方向であるＸ軸方向）に対応する方向に関しても開口部の幅が可変であり、ウエハＷ上に転写すべきレチクルＲのパターンに応じて照明領域の非走査方向の幅を調整できるようになっている。
【００５１】
リレー光学系を構成する第２リレーレンズ２８Ｂ後方の照明光ＥＬの光路上には、当該第２リレーレンズ２８Ｂを通過した照明光ＥＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラーＭが配置され、このミラーＭ後方の照明光ＥＬの光路上にコンデンサレンズ３２が配置されている。
【００５２】
以上の構成において、フライアイレンズ２２の入射面、可動レチクルブラインド３０Ｂの配置面、及びレチクルＲのパターン面は、光学的に互いに共役に設定され、フライアイレンズ２２の射出側焦点面に形成される光源面（照明光学系の瞳面）、投影光学系ＰＬのフーリエ変換面（射出瞳面）は光学的に互いに共役に設定され、ケーラー照明系となっている。
【００５３】
このようにして構成された照明系の作用を簡単に説明すると、光源１６からパルス発光されたレーザビームＬＢは、ビーム整形・照度均一化光学系２０に入射して断面形状が整形されるなどした後、フライアイレンズ２２に入射する。これにより、フライアイレンズ２２の射出側焦点面に前述した２次光源が形成される。
【００５４】
上記の２次光源から射出された照明光ＥＬは、第１リレーレンズ２８Ａを経て固定レチクルブラインド３０Ａに至り、該固定レチクルブラインド３０Ａの開口及び可動レチクルブラインド３０Ｂ、さらには第２リレーレンズ２８Ｂを通過してミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ３２を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域ＩＡＲを均一な照度分布で照明する。
【００５５】
前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが装填され、不図示の静電チャック（又はバキュームチャック）等を介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、不図示の駆動系により水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動（回転を含む）が可能な構成となっている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む不図示のレチクルステージ駆動部によって、照明系の光軸ＩＸ（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能（Ｚ軸回りの回転を含む）であるとともに、所定の走査方向（ここではＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００５６】
レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置は、レチクルステージＲＳＴに設けられた又は形成された反射面を介してレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）５４Ｒによって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計５４ＲからのレチクルステージＲＳＴの位置情報は、本体チャンバ１１の外部に設置された主制御装置５０に供給される。主制御装置５０は、レチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動部（不図示）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。
【００５７】
なお、レチクルＲに用いる材質は、使用する光源によって使い分ける必要がある。すなわち、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザを光源とする場合は、合成石英、ホタル石等のフッ化物結晶、あるいはフッ素ドープ石英等を用いることができるが、Ｆ２レーザを用いる場合には、ホタル石等のフッ化物結晶や、フッ素ドープ石英等で形成する必要がある。
【００５８】
前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックな縮小系が用いられている。この投影光学系ＰＬの投影倍率は例えば１／４、１／５あるいは１／６等である。このため、前記の如くして、照明光ＥＬによりレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系ＰＬを介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターン等の縮小像がその照明領域ＩＡＲと共役なウエハＷ上の照明光ＥＬの照射領域（露光領域）ＩＡに形成される。
【００５９】
投影光学系ＰＬとしては、複数枚、例えば１０〜２０枚程度の屈折光学素子（レンズ素子）１３のみから成る屈折系が用いられている。この投影光学系ＰＬを構成する複数枚のレンズ素子１３のうち、物体面側（レチクルＲ側）の複数枚（ここでは、説明を簡略化するために５枚とする）のレンズ素子１３１，１３２，１３３，１３４，１３５は、結像性能補正コントローラ４８によって外部から駆動可能な可動レンズとなっている。レンズ素子１３１〜１３５は、不図示の二重構造のレンズホルダをそれぞれ介して鏡筒に保持されている。これらレンズ素子１３１〜１３５は、内側レンズホルダにそれぞれ保持され、これらの内側レンズホルダが不図示の駆動素子、例えばピエゾ素子などにより重力方向に３点で外側レンズホルダに対して支持されている。そして、これらの駆動素子に対する印加電圧を独立して調整することにより、レンズ素子１３１〜１３５のそれぞれを投影光学系ＰＬの光軸方向であるＺ軸方向にシフト駆動、及びＸＹ面に対する傾斜方向（すなわちＸ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向）に駆動可能（チルト可能）な構成となっている。
【００６０】
その他のレンズ素子１３は、通常のレンズホルダを介して鏡筒に保持されている。なお、レンズ素子１３１〜１３５に限らず、投影光学系ＰＬの瞳面近傍、又は像面側に配置されるレンズ、あるいは投影光学系ＰＬの収差、特にその非回転対称成分を補正する収差補正板（光学プレート）などを駆動可能に構成しても良い。更に、それらの駆動可能な光学素子の自由度（移動可能な方向）は３つに限られるものではなく１つ、２つあるいは４つ以上でも良い。
【００６１】
また、投影光学系ＰＬの瞳面の近傍には、開口数（Ｎ．Ａ．）を所定範囲内で連続的に変更可能な瞳開口絞り１５が設けられている。この瞳開口絞り１５としては、例えばいわゆる虹彩絞りが用いられている。この瞳開口絞り１５は、主制御装置５０によって制御される。
【００６２】
なお、照明光ＥＬとしてＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いる場合には、投影光学系ＰＬを構成する各レンズ素子としてはホタル石等のフッ化物結晶や前述したフッ素ドープ石英の他、合成石英をも用いることができるが、Ｆ２レーザ光を用いる場合には、この投影光学系ＰＬに使用されるレンズの材質は、全てホタル石等のフッ化物結晶やフッ素ドープ石英が用いられる。
【００６３】
前記ウエハステージＷＳＴ上には不図示のウエハホルダを介してウエハＷが静電吸着（あるいは真空吸着）等により保持されている。
【００６４】
ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方に配置され、リニアモータ、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等から成る不図示のウエハステージ駆動部により、ＸＹ平面内方向及びＺ軸方向に移動可能であり、ＸＹ面に対する傾斜方向（Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向））にも微小駆動可能となっている。すなわち、ウエハステージＷＳＴは、走査方向（Ｙ軸方向）の移動のみならず、ウエハＷ上の複数のショット領域をそれぞれ露光領域に対して相対移動して走査露光を行うことができるように、走査方向に直交する非走査方向（Ｘ軸方向）にも移動可能に構成されており、これにより、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光する動作と、次ショットの露光のための加速開始位置まで移動（ステップ）する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作が可能となる。
【００６５】
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）を含む）は、ウエハステージＷＳＴに設けられた又は形成された反射面を介してウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」と略述する）５４Ｗによって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハ干渉計５４Ｗは、測長軸を複数有する多軸干渉計を複数含み、これらの干渉計によって、ウエハステージＷＳＴの回転（θｚ回転（ヨーイング）、Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転（ピッチング）、及びＸ軸回りの回転であるθｘ回転（ローリング））が計測可能となっている。
【００６６】
ウエハ干渉計５４Ｗによって検出されたウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は主制御装置５０に供給される。主制御装置５０は、ウエハステージＷＳＴの上記位置情報（又は速度情報）に基づいて、不図示のウエハステージ駆動部を介してウエハステージＷＳＴの位置を制御する。
【００６７】
また、ウエハステージＷＳＴ上には、後述するアライメント系ＡＬＧのいわゆるベースライン計測用の基準マーク等の基準マークが形成された基準マーク板ＦＭが、その表面がほぼウエハＷの表面と同一高さとなるように固定されている。
【００６８】
また、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ側（図１における紙面内右側）の側面には、着脱自在のポータブルな光学特性計測装置としての波面収差計測装置８０が取り付けられている。
【００６９】
この波面収差計測装置８０は、図２に示されるように、中空の筐体８２と、該筐体８２の内部に所定の位置関係で配置された複数の光学素子から成る受光光学系８４と、筐体８２の内部の−Ｘ側端部に配置された受光部８６とを備えている。
【００７０】
前記筐体８２は、ＹＺ断面Ｌ字状で内部に空間が形成された部材から成り、その最上部（＋Ｚ方向端部）には、筐体８２の上方からの光が筐体８２の内部空間に向けて入射するように、平面視（上方から見て）円形の開口８２ａが形成されている。また、この開口８２ａを筐体８２の内部側から覆うようにカバーガラス８８が設けられている。カバーガラス８８の上面には、クロム等の金属の蒸着により中央部に円形の開口を有する遮光膜が形成され、該遮光膜によって、投影光学系ＰＬの波面収差の計測の際に周囲からの不要な光が受光光学系８４に入射するのが遮られている。
【００７１】
前記受光光学系８４は、筐体８２の内部のカバーガラス８８の下方に、上から下に順次配置された、対物レンズ８４ａ，リレーレンズ８４ｂ，折り曲げミラー８４ｃと、該折り曲げミラー８４ｃの−Ｘ側に順次配置されたコリメータレンズ８４ｄ、及びマイクロレンズアレイ８４ｅから構成されている。折り曲げミラー８４ｃは、４５°で斜設されており、該折り曲げミラー８４ｃによって、上方から鉛直下向きに対物レンズ８４ａに対して入射した光の光路がコリメータレンズ８４ｄに向けて折り曲げられるようになっている。なお、この受光光学系８４を構成する各光学部材は、筐体８２の壁の内側に不図示の保持部材を介してそれぞれ固定されている。前記マイクロレンズアレイ８４ｅは、複数の小さな凸レンズ（レンズ素子）が光路に対して直交する面内にアレイ状に配置されて構成されている。
【００７２】
前記受光部８６は、２次元ＣＣＤ等から成る受光素子と、例えば電荷転送制御回路等の電気回路等から構成されている。受光素子は、対物レンズ８４ａに入射し、マイクロレンズアレイ８４ｅから出射される光束のすべてを受光するのに十分な面積を有している。なお、受光部８６による計測データは、不図示の信号線を介して、あるいは無線送信にて主制御装置５０に出力される。
【００７３】
上述した波面収差計測装置８０を用いることにより、投影光学系ＰＬの波面収差の計測を、オン・ボディにて行うことができる。なお、この波面収差計測装置８０を用いた投影光学系ＰＬの波面収差の計測方法については後述する。
【００７４】
図１に戻り、本実施形態の露光装置１００には、主制御装置５０によってオン・オフが制御される光源を有し、投影光学系ＰＬの結像面に向けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束を光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射系６０ａと、それらの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する受光系６０ｂとからなる射入射方式の多点焦点位置検出系（以下、単に「焦点位置検出系」と呼ぶ）が設けられている。なお、本実施形態の焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）と同様の多点焦点位置検出系の詳細な構成は、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示されている。なお、同公報に記載の多点焦点位置検出系は、ウエハＷ上の露光領域ＩＡだけでなく、走査方向のウエハＷの起伏を先読みする機能等を有しているが、それらの機能は有していなくても良く、また、照射系６０ａによって照射される光束の形状は、平行四辺形その他の形状であっても良い。
【００７５】
主制御装置５０では、走査露光時等に、受光系６０ｂからの焦点ずれ信号（デフォーカス信号）、例えばＳカーブ信号に基づいて焦点ずれが零あるいは焦点深度内となるように、ウエハＷのＺ位置及びＸＹ面に対する傾斜を、ウエハステージ駆動部（不図示）を介して制御することにより、オートフォーカス（自動焦点合わせ）及びオートレベリングを実行する。また、主制御装置５０では、後述する波面収差の計測の際に、焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）を用いて波面収差計測装置８０のＺ位置の計測及び位置合わせを行う。このとき、必要に応じて波面収差計測装置８０の傾斜計測も行うようにしても良い。
【００７６】
さらに、露光装置１００は、ウエハステージＷＳＴ上に保持されたウエハＷ上のアライメントマーク及び基準マーク板ＦＭ上に形成された基準マークの位置計測等に用いられるオフ・アクシス（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）方式のアライメント系ＡＬＧを備えている。このアライメント系ＡＬＧとしては、例えばウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標の像とを撮像素子（ＣＣＤ等）を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系のセンサが用いられる。なお、ＦＩＡ系に限らず、コヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出したり、その対象マークから発生する２つの回折光（例えば同次数）を干渉させて検出したりするアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。
【００７７】
さらに、本実施形態の露光装置１００では、図示は省略されているが、レチクルＲの上方に、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマークと対応する基準マーク板上の基準マークとを同時に観察するための露光波長を用いたＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｒｅｔｉｃｌｅ）アライメント光学系から成る一対のレチクルアライメント検出系が設けられている。これらのレチクルアライメント検出系としては、例えば特開平７−１７６４６８号公報などに開示されるものと同様の構成のものが用いられている。
【００７８】
前記制御系は、図１中、前記主制御装置５０によって主に構成される。主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなるいわゆるワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等から構成され、前述した種々の制御動作を行う他、装置全体を統括して制御する。主制御装置５０は、例えば露光動作が的確に行われるように、例えば、ウエハステージＷＳＴのショット間ステッピング、露光タイミング等を統括して制御する。
【００７９】
また、主制御装置５０には、例えばハードディスクから成る記憶装置４２、キーボード、マウス等のポインティングデバイス等を含んで構成される入力装置４５及びＣＲＴディスプレイ（又は液晶ディスプレイ）等の表示装置４４が接続されている。また、主制御装置５０には、ＬＡＮなどの通信ネットワークを通じてワークステーションやパーソナルコンピュータ等のシミュレーション用コンピュータ４６が接続されている。このシミュレーション用コンピュータ４６には、露光装置１００の光学モデルが設定された結像シミュレーションソフトウエア、すなわち結像シミュレータがインストールされている。
【００８０】
次に、メンテナンス時などに行われる露光装置１００における波面収差の計測方法について説明する。なお、以下の説明においては、説明の簡略化のため、波面収差計測装置８０内の受光光学系８４の収差は無視できる程小さいものとする。
【００８１】
通常の露光時には、波面収差計測装置８０は、ウエハステージＷＳＴから取り外されているため、波面計測に際しては、まず、オペレータあるいはサービスエンジニア等（以下、適宜「オペレータ等」という）によりウエハステージＷＳＴの側面に対して波面収差計測装置８０を取り付ける作業が行われる。この取り付けに際しては、波面計測時に波面収差計測装置８０が、ウエハステージＷＳＴの移動ストローク内に収まるように、所定の基準面（ここでは＋Ｙ側の面）にボルトあるいはマグネット等を介して固定される。
【００８２】
上記の取り付け終了後、オペレータ等による計測開始のコマンドの入力に応答して、主制御装置５０では、アライメント系ＡＬＧの下方に波面収差計測装置８０が位置するように、ウエハステージ駆動部（不図示）を介してウエハステージＷＳＴを移動させる。そして、主制御装置５０では、アライメント系ＡＬＧにより波面収差計測装置８０に設けられた不図示の位置合わせマークを検出し、その検出結果とそのときのウエハ干渉計５４Ｗの計測値とに基づいて位置合わせマークの位置座標を算出し、波面収差計測装置８０の正確な位置を求める。そして、波面収差計測装置８０の位置計測後、主制御装置５０では以下のようにして波面収差の計測を実行する。
【００８３】
まず、主制御装置５０は、不図示のレチクルローダによりピンホールパターンが形成された不図示の計測用レチクル（以下、「ピンホールレチクル」と呼ぶ）をレチクルステージＲＳＴ上にロードする。このピンホールレチクルは、そのパターン面の照明領域ＩＡＲと同一の領域内の複数点にピンホール（ほぼ理想的な点光源となって球面波を発生するピンホール）が形成されたレチクルである。
【００８４】
なお、ここで用いられるピンホールレチクルには、上面に拡散面を設けるなどして、投影光学系ＰＬの瞳面のほぼ全面にピンホールパターンからの光を分布させることで、投影光学系ＰＬの瞳面の全面で波面収差が計測されるようになっているものとする。なお、本実施形態では投影光学系ＰＬの瞳面近傍に開口絞り１５が設けられているので、実質的に開口絞り１５で規定されるその瞳面で波面収差が計測されることになる。
【００８５】
ピンホールレチクルのロード後、主制御装置５０では、前述のレチクルアライメント検出系を用いて、ピンホールレチクルに形成されたレチクルアライメントマークを検出し、その検出結果に基づいて、ピンホールレチクルを所定の位置に位置合わせする。これにより、ピンホールレチクルの中心と投影光学系ＰＬの光軸とがほぼ一致する。
【００８６】
この後、主制御装置５０では、光源１６に制御情報ＴＳを与えてレーザビームＬＢを発光させる。これにより、照明光学系１２からの照明光ＥＬが、ピンホールレチクルに照射される。そして、ピンホールレチクルの複数のピンホールから射出された光が投影光学系ＰＬを介して像面上に集光され、ピンホールの像が像面に結像される。
【００８７】
次に、主制御装置５０は、ピンホールレチクル上のいずれかのピンホール（以下においては、着目するピンホールと呼ぶ）の像が結像する結像点に波面収差計測装置８０の開口８２ａのほぼ中心が一致するように、ウエハ干渉計５４Ｗの計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動部（不図示）を介してウエハステージＷＳＴを移動する。この際、主制御装置５０は、焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の検出結果に基づいて、ピンホール像が結像される像面に波面収差計測装置８０のカバーガラス８８の上面を一致させるべく、ウエハステージ駆動部（不図示）を介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に微少駆動する。このとき、必要に応じてウエハステージＷＳＴの傾斜角も調整する。これにより、着目するピンホールの像光束がカバーガラス８８の中央の開口を介して受光光学系８４に入射し、受光部８６を構成する受光素子によって受光される。
【００８８】
これを更に詳述すると、ピンホールレチクル上の着目するピンホールからは球面波が発生し、この球面波が、投影光学系ＰＬ、及び波面収差計測装置８０の受光光学系８４を構成する対物レンズ８４ａ、リレーレンズ８４ｂ、ミラー８４ｃ、コリメータレンズ８４ｄを介して平行光束となって、マイクロレンズアレイ８４ｅを照射する。これにより、投影光学系ＰＬの瞳面がマイクロレンズアレイ８４ｅにリレーされ、分割される。そして、このマイクロレンズアレイ８４ｅの各レンズ素子によってそれぞれの光が受光素子の受光面に集光され、該受光面にピンホールの像がそれぞれ結像される。
【００８９】
このとき、投影光学系ＰＬが、波面収差の無い理想的な光学系であるならば、投影光学系ＰＬの瞳面における波面は理想的な波面（ここでは平面）になり、その結果マイクロレンズアレイ８４ｅに入射する平行光束が平面波となり、その波面は理想的な波面となる筈である。この場合、図３（Ａ）に示されるように、マイクロレンズアレイ８４ｅを構成する各レンズ素子の光軸上の位置にスポット像（以下、「スポット」とも呼ぶ）が結像する。
【００９０】
しかるに、投影光学系ＰＬには通常、波面収差が存在するため、マイクロレンズアレイ８４ｅに入射する平行光束の波面は理想的な波面からずれ、そのずれ、すなわち波面の理想波面に対する傾きに応じて、図３（Ｂ）に示されるように、各スポットの結像位置がマイクロレンズアレイ８４ｅの各レンズ素子の光軸上の位置からずれることとなる。この場合、各スポットの基準点（各レンズ素子の光軸上の位置）からの位置のずれは、波面の傾きに対応している。
【００９１】
そして、受光部８６を構成する受光素子上の各集光点に入射した光（スポット像の光束）が受光素子でそれぞれ光電変換され、該光電変換信号が電気回路を介して主制御装置５０に送られる。主制御装置５０では、その光電変換信号に基づいて各スポットの結像位置を算出し、更に、その算出結果と既知の基準点の位置データとを用いて、位置ずれ（Δξ，Δη）を算出してＲＡＭに格納する。このとき、主制御装置５０には、ウエハ干渉計５４Ｗのそのときの計測値（Ｘｉ，Ｙｉ）が供給されている。
【００９２】
上述のようにして、１つの着目するピンホール像の結像点における波面収差計測装置８０による、スポット像の位置ずれの計測が終了すると、主制御装置５０は、次のピンホール像の結像点に、波面収差計測装置８０の開口８２ａのほぼ中心が一致するように、ウエハステージＷＳＴを移動する。この移動が終了すると、前述と同様にして、主制御装置５０により、光源１６からレーザビームＬＢの発光が行われ、同様にして主制御装置５０によって各スポットの結像位置が算出される。以後、他のピンホール像の結像点で同様の計測が順次行われる。
【００９３】
このようにして、必要な計測が終了した段階では、主制御装置５０のＲＡＭには、前述した各ピンホール像の結像点における位置ずれデータ（Δξ，Δη）と、各結像点の座標データ（各ピンホール像の結像点における計測を行った際のウエハ干渉計５４Ｗの計測値（Ｘｉ，Ｙｉ））とが格納されている。なお、上記計測時に可動レチクルブラインド３０Ｂを用いて、レチクル上の着目するピンホールのみ、あるいは少なくとも着目するピンホールを含む一部領域のみが照明光ＥＬで照明されるように、例えばピンホール毎に、レチクル上での照明領域の位置や大きさなどを変更しても良い。
【００９４】
次に、主制御装置５０は、ＲＡＭ内に格納されている各ピンホール像の結像点における位置ずれデータ（Δξ，Δη）と、各結像点の座標データとに基づいて、以下に説明する原理に従ってピンホール像の結像点に対応する、すなわち投影光学系ＰＬの視野内の第１計測点（評価点）〜第ｎ計測点（評価点）に対応する波面（波面収差）、ここでは、後述する式（３）のフリンジツェルニケ多項式（以下、適宜「ツェルニケ多項式」と略述する）の各項の係数、例えば第１項の係数Ｚ１〜第３７項の係数Ｚ３７を変換プログラムに従って演算する。
【００９５】
本実施形態では、上記の位置ずれ（Δξ，Δη）に基づいて、変換プログラムに従った演算により投影光学系ＰＬの波面を求める。すなわち、位置ずれ（Δξ，Δη）は、波面の理想波面に対する傾斜をそのまま反映した値になり、逆に位置ずれ（Δξ，Δη）に基づいて波面を復元することができる。なお、上述した位置ずれ（Δξ，Δη）と波面との物理的な関係から明らかなように、本実施形態における波面の算出原理は、周知のＳｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎの波面算出原理そのものである。
【００９６】
次に、上記の位置ずれに基づいて、波面を算出する方法について、簡単に説明する。
【００９７】
上述の如く、位置ずれ（Δξ，Δη）は波面の傾きに対応しており、これを積分することにより波面の形状（厳密には基準面（理想波面）からのずれ）が求められる。波面（波面の基準面からのずれ）の式をＷ（ｘ，ｙ）とし、比例係数をｋとすると、次式（１）、（２）のような関係式が成立する。
【００９８】
【数１】
2004253673.tif 000003
【００９９】
スポット位置のみでしか与えられていない波面の傾きをそのまま積分するのは容易ではないため、面形状を級数に展開して、これにフィットするものとする。この場合、級数は直交系を選ぶものとする。ツェルニケ多項式は軸対称な面の展開に適した級数で、円周方向は三角級数に展開する。すなわち、波面Ｗを極座標系（ρ，θ）で表すと、次式（３）のように展開できる。
【０１００】
【数２】
2004253673.tif 000004
【０１０１】
直交系であるから各項の係数Ｚｉを独立に決定することができる。ｉを適当な値で切ることはある種のフィルタリングを行うことに対応する。なお、一例として第１項〜第３７項までのｆｉをＺｉとともに例示すると、次の表１のようになる。但し、表１中の第３７項は、実際のツェルニケ多項式では、第４９項に相当するが、本明細書では、ｉ＝３７の項（第３７項）として取り扱うものとする。すなわち、本発明において、ツェルニケ多項式の項の数は、特に限定されるものではない。
【０１０２】
【表１】
2004253673.tif 000005
【０１０３】
実際には、その微分が上記の位置ずれとして検出されるので、フィッティングは微係数について行う必要がある。極座標系（ｘ＝ρｃｏｓθ，ｙ＝ρｓｉｎθ）では、次式（４）、（５）のように表される。
【０１０４】
【数３】
2004253673.tif 000006
【０１０５】
ツェルニケ多項式の微分形は直交系ではないので、フィッティングは最小自乗法で行う必要がある。１つのスポット像の結像点の情報（ずれ量）はＸとＹ方向につき与えられるので、ピンホールの数をｎ（ｎは、投影光学系ＰＬの有効視野内の計測点（評価点）の数に対応しており、本実施形態では、説明の簡略化のためにｎは例えば３３とする）とすると、上記式（１）〜（５）で与えられる観測方程式の数は２ｎ（＝６６）となる。
【０１０６】
ツェルニケ多項式のそれぞれの項は光学収差に対応する。しかも低次の項（ｉの小さい項）は、ザイデル収差にほぼ対応する。ツェルニケ多項式を用いることにより、投影光学系ＰＬの波面収差を求めることができる。
【０１０７】
上述のような原理に従って、変換プログラムの演算手順が決められており、この変換プログラムに従った演算処理により、投影光学系ＰＬの視野内の第１計測点〜第ｎ計測点に対応する波面の情報（波面収差）、ここでは、ツェルニケ多項式の各項の係数、例えば第１項の係数Ｚ１〜第３７項の係数Ｚ３７が求められる。
【０１０８】
前記記憶装置４２内には、投影光学系ＰＬの波面収差変化表のデータベースが記憶されている。ここで、波面収差変化表とは、投影光学系ＰＬと実質的に等価なモデルを用いて、シミュレーションを行い、このシミュレーション結果として得られた、パターンの投影像のウエハ上での形成状態を最適化するのに使用できる調整パラメータの単位調整量の変化と、投影光学系ＰＬの視野内の複数の計測点それぞれに対応する結像性能、具体的には波面のデータ、例えばツェルニケ多項式の第１項〜第３７項の係数の変動量との関係を示すデータを所定の規則に従って並べたデータ群から成る変化表である。
【０１０９】
本実施形態では、上記の調整パラメータとしては、可動レンズ１３１，１３２，１３３，１３４、１３５の各自由度方向（駆動可能な方向）の駆動量ｚ１、θｘ１、θｙ１、ｚ２、θｘ２、θｙ２、ｚ３、θｘ３、θｙ３、ｚ４、θｘ４、θｙ４、ｚ５、θｘ５、θｙ５と、ウエハＷ表面（ウエハステージＷＳＴ）の３自由度方向の駆動量Ｗｚ、Ｗθｘ、Ｗθｙ、及び照明光ＥＬの波長のシフト量Δλの合計１９のパラメータが用いられる。
【０１１０】
ここで、上記の波面収差変化表のデータベースの作成手順について、簡単に説明する。まず、特定の光学ソフトがインストールされているシミュレーション用コンピュータ４６に、露光装置１００の光学条件（例えば、投影光学系ＰＬの設計値（開口数Ｎ．Ａ．や各レンズのデータなど）、コヒーレンスファクタσ値又は照明光学系の開口数Ｎ．Ａ．、照明光ＥＬの波長λ等）を入力する。次に、シミュレーション用コンピュータ４６に、投影光学系ＰＬの視野内の任意の第１計測点（計測点１）のデータを入力する。
【０１１１】
次いで、可動レンズ１３１〜１３５の各自由度方向（可動方向）、ウエハＷ表面の上記各自由度方向、照明光の波長のシフト量のそれぞれについての単位量のデータを入力する。例えば可動レンズ１３１をＺ方向シフトの＋方向に関して単位量だけ駆動するという指令を入力すると、シミュレーション用コンピュータ４６により、投影光学系ＰＬの視野内の予め定めた第１計測点についての第１波面の理想波面からの変化量のデータ、例えばツェルニケ多項式の各項（例えば第１項〜第３７項）の係数の変化量が算出され、その変化量のデータがシミュレーション用コンピュータ４６のディスプレイの画面上に表示されるとともに、その変化量がパラメータＰＡＲＡ１Ｐ１としてメモリに記憶される。
【０１１２】
次いで、可動レンズ１３１をＹ方向チルト（ｘ軸回りの回転θｘ）の＋方向に関して単位量だけ駆動するという指令を入力すると、シミュレーション用コンピュータ４６により、第１計測点についての第２波面のデータ、例えばツェルニケ多項式の上記各項の係数の変化量が算出され、その変化量のデータが上記ディスプレイの画面上に表示されるとともに、その変化量がパラメータＰＡＲＡ２Ｐ１としてメモリに記憶される。
【０１１３】
次いで、可動レンズ１３１をＸ方向チルト（ｙ軸回りの回転θｙ）の＋方向に関して単位量だけ駆動するという指令を入力すると、シミュレーション用コンピュータ４６により、第１計測点についての第３波面のデータ、例えばツェルニケ多項式の上記各項の係数の変化量が算出され、その変化量のデータが上記ディスプレイの画面上に表示されるとともに、その変化量がパラメータＰＡＲＡ３Ｐ１としてメモリに記憶される。
【０１１４】
以後、上記と同様の手順で、第２計測点〜第ｎ計測点までの各計測点の入力が行われ、可動レンズ１３１のＺ方向シフト、Ｙ方向チルト，Ｘ方向チルトの指令入力がそれぞれ行われる度毎に、シミュレーション用コンピュータ４６によって各計測点における第１波面、第２波面、第３波面のデータ、例えばツェルニケ多項式の上記各項の係数の変化量が算出され、各変化量のデータがディスプレイの画面上に表示されるとともに、パラメータＰＡＲＡ１Ｐ２，ＰＡＲＡ２Ｐ２，ＰＡＲＡ３Ｐ２、……、ＰＡＲＡ１Ｐｎ，ＰＡＲＡ２Ｐｎ，ＰＡＲＡ３Ｐｎとしてメモリに記憶される。
【０１１５】
他の可動レンズ１３２，１３３，１３４，１３５についても、上記と同様の手順で、各計測点の入力と、各自由度方向に関してそれぞれ単位量だけ＋方向に駆動する旨の指令入力が行われ、これに応答してシミュレーション用コンピュータ４６により、可動レンズ１３２，１３３，１３４，１３５を各自由度方向に単位量だけ駆動した際の第１〜第ｎ計測点のそれぞれについての波面のデータ、例えばツェルニケ多項式の各項の変化量が算出され、パラメータ（ＰＡＲＡ４Ｐ１，ＰＡＲＡ５Ｐ１，ＰＡＲＡ６Ｐ１，……，ＰＡＲＡ１５Ｐ１）、パラメータ（ＰＡＲＡ４Ｐ２，ＰＡＲＡ５Ｐ２，ＰＡＲＡ６Ｐ２，……，ＰＡＲＡ１５Ｐ２）、……、パラメータ（ＰＡＲＡ４Ｐｎ，ＰＡＲＡ５Ｐｎ，ＰＡＲＡ６Ｐｎ，……，ＰＡＲＡ１５Ｐｎ）がメモリ内に記憶される。
【０１１６】
また、ウエハＷについても、上記と同様の手順で、各計測点の入力と、各自由度方向に関してそれぞれ単位量だけ＋方向に駆動する旨の指令入力が行われ、これに応答してシミュレーション用コンピュータ４６により、ウエハＷをＺ、θｘ、θｙの各自由度方向に単位量だけ駆動した際の第１〜第ｎ計測点のそれぞれについての波面のデータ、例えばツェルニケ多項式の各項の変化量が算出され、パラメータ（ＰＡＲＡ１６Ｐ１，ＰＡＲＡ１７Ｐ１，ＰＡＲＡ１８Ｐ１）、パラメータ（ＰＡＲＡ１６Ｐ２，ＰＡＲＡ１７Ｐ２，ＰＡＲＡ１８Ｐ２）、……、パラメータ（ＰＡＲＡ１６Ｐｎ，ＰＡＲＡ１７Ｐｎ，ＰＡＲＡ１８Ｐｎ）がメモリ内に記憶される。
【０１１７】
さらに、波長シフトに関しても、上記と同様の手順で、各計測点の入力と、単位量だけ＋方向に波長をシフトする旨の指令入力が行われ、これに応答してシミュレーション用コンピュータ４６により、波長を＋方向に単位量だけシフトした際の第１〜第ｎ計測点のそれぞれについての波面のデータ、例えばツェルニケ多項式の各項の変化量が算出され、ＰＡＲＡ１９Ｐ１、ＰＡＲＡ１９Ｐ２、……、ＰＡＲＡ１９Ｐｎがメモリ内に記憶される。
【０１１８】
ここで、上記パラメータＰＡＲＡｉＰｊ（ｉ＝１〜１９、ｊ＝１〜ｎ）のそれぞれは、３７行１列の列マトリックス（縦ベクトル）である。すなわち、ｎ＝３３とすると、調整パラメータＰＡＲＡ１について、次式（６）のようになる。なお、パラメータＰＡＲＡｉＰｊは、いずれも列マトリックスであるが、次式（６）以下の式では、便宜上、行マトリックスであるかのような表現形式を採用している。
【０１１９】
【数４】
2004253673.tif 000007
【０１２０】
また、調整パラメータＰＡＲＡ２について、次式（７）のようになる。
【０１２１】
【数５】
2004253673.tif 000008
【０１２２】
同様に、他の調整パラメータＰＡＲＡ３〜ＰＡＲＡ１９についても、次式（８）のようになる。
【０１２３】
【数６】
2004253673.tif 000009
【０１２４】
そして、このようにしてメモリ内に記憶されたツェルニケ多項式の各項の係数の変化量から成る列マトリックス（縦ベクトル）ＰＡＲＡ１Ｐ１〜ＰＡＲＡ１９Ｐｎは、調整パラメータ毎に纏められ、１９個の調整パラメータ毎の波面収差変化表として並べ替えが行われる。その結果、列マトリックス（縦ベクトル）ＰＡＲＡ１Ｐ１〜ＰＡＲＡ１９Ｐｎを要素とする次式（９）で示されるマトリックス（行列）Ｏが作成される。なお、式（９）では、ｍ＝１９である。
【０１２５】
【数７】
2004253673.tif 000010
【０１２６】
そして、このようにして作成された、投影光学系ＰＬの波面収差変化表から成るデータベースが、記憶装置４２の内部に格納されている。
【０１２７】
次に、本実施形態の露光装置１００のメンテナンス時などにおいて行われる、投影光学系ＰＬによるパターン像の結像状態を調整するための、可動レンズ１３１〜１３５などの前述の１９個の調整パラメータの設定方法、すなわち投影光学系ＰＬの通常の調整方法について、その原理説明を含めて詳述する。
【０１２８】
まず、前述した手順で投影光学系ＰＬの波面収差を、波面収差計測装置８０を用いて計測する。その計測結果、すなわち投影光学系ＰＬの視野内の第１計測点（評価点）〜第ｎ計測点（評価点）に対応する波面（波面収差）のデータ、すなわちツェルニケ多項式の各項、例えば第１項の係数Ｚ１〜第３７項の係数Ｚ３７（以下、計測点ｎの第ｉ項の係数をＺｎ，ｉと表記する）が求められ、主制御装置５０のＲＡＭなどのメモリ内に記憶される。
【０１２９】
以下の説明においては、第１計測点〜第ｎ計測点に対応する波面（波面収差）のデータを、次式（１０）のような列マトリックスＱで表現する。
【０１３０】
【数８】
2004253673.tif 000011
【０１３１】
なお、上式（１０）において、マトリックスＱの要素Ｐ１〜Ｐｎは、それぞれがツェルニケ多項式の第１項〜第３７項の係数（Ｚ１〜Ｚ３７）から成る列マトリックス（縦ベクトル）である。
【０１３２】
次に、主制御装置５０により、次のようにして前述した可動レンズ１３１〜１３５の各自由度方向の調整量、ウエハＷの各自由度方向の調整量、照明光ＥＬの波長シフト量が演算される。
【０１３３】
すなわち、第１計測点〜第ｎ計測点に対応する波面（波面収差）のデータＱと、前述したデータベース（マトリックスＯ）と、前述の１９個の調整量Ｐとの間には、次式（１１）のような関係が成立する。
【０１３４】
Ｑ＝Ｏ・Ｐ                              ……（１１）
【０１３５】
上式（１１）において、Ｐは、次式（１２）で表されるｍ個、すなわち１９個の要素から成る列マトリックス（すなわち縦ベクトル）である。
【０１３６】
【数９】
2004253673.tif 000012
【０１３７】
従って、上式（１２）より、次式（１３）の演算を行うことにより、すなわち最小自乗法により、Ｐの各要素ＡＤＪ１〜ＡＤＪｍ、すなわち可動レンズ１３１〜１３５の各自由度方向の調整量（目標調整量）、ウエハＷの各自由度方向の調整量（目標調整量）、及び照明光ＥＬの波長シフト量（目標シフト量）を求めることができる。
【０１３８】
Ｐ＝（ＯＴ・Ｏ）−１・ＯＴ・Ｑ                    ……（１３）
【０１３９】
上式（１３）において、ＯＴは、行列Ｏの転置マトリックスであり、（ＯＴ・Ｏ）−１は、（ＯＴ・Ｏ）の逆マトリックスである。
【０１４０】
従って、主制御装置５０は、記憶装置４２内のデータベースをＲＡＭ内に順次読み込みつつ、調整量ＡＤＪ１〜ＡＤＪｍを算出する。
【０１４１】
次に、主制御装置５０では、記憶装置４２に記憶された調整量ＡＤＪ１〜ＡＤＪ１５に従って、可動レンズ１３１〜１３５を各自由度方向に駆動すべき旨の指令値を、結像性能補正コントローラ４８に与える。これにより、結像性能補正コントローラ４８により、可動レンズ１３１〜１３５をそれぞれの自由度方向に駆動する各駆動素子に対する印加電圧が制御され、可動レンズ１３１〜１３５の位置及び姿勢の少なくとも一方がほぼ同時に調整される。これと同時に、主制御装置５０は、実際の走査露光時には、露光領域ＩＡ内でウエハＷが、常に調整量ＡＤＪ１６〜ＡＤＪ１８によって調整されたのと等価な姿勢に保たれるように、ウエハＷをＺ、θｘ、θｙの各自由度方向に駆動するための指令値を、ウエハステージ駆動部（不図示）に与えて、ウエハステージＷＳＴを駆動する。さらに、上記の各動作と同時に、主制御装置５０は、調整量ＡＤＪ１９に従って光源１６に指令を与え、照明光ＥＬの波長をシフトする。これにより、投影光学系ＰＬの光学特性、例えばディストーション、像面湾曲、コマ収差、球面収差、及び非点収差等が補正される。なお、コマ収差、球面収差、及び非点収差については、低次のみならず高次の収差をも補正可能である。
【０１４２】
次に、本実施形態の予測方法、評価方法でサイズ（線幅）の予測又は評価の対象となるパターンが形成されたレチクルＲＴについて、図４に基づいて説明する。この図４は、レチクルＲＴを、パターン面側から見た平面図である。この図４に示されるように、レチクルＲＴは、正方形のガラス基板から成り、そのパターン面の中央部に、遮光帯ＳＢで囲まれる、照明領域ＩＡＲとほぼ同様の形状を有する長方形のパターン領域ＰＡが形成されている。パターン領域ＰＡの内部には、合計３３個の計測用パターンＭＰ１〜ＭＰ３３が形成されている。各計測用パターンＭＰｊ（ｊ＝１〜３３）は、例えばレチクルＲＴ（パターン領域ＰＡ）の中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致するときに、前述の波面収差が計測される投影光学系ＰＬの有効視野内の各計測点（評価点）に対応する位置に配置されるようにその位置関係が設定されている。
【０１４３】
各計測用パターンＭＰｊは、図４に示されるように、Ｙ軸方向に延びる設計上の線幅が例えば６００ｎｍの第１ラインパターンと、Ｘ軸方向に延びる設計上の線幅が例えば６００ｎｍの第２ラインパターンとを含む。投影光学系ＰＬの投影倍率を１／４として、これら第１ラインパターンと第２ラインパターンとをウエハ上に転写すると、投影光学系ＰＬに球面収差、非点収差などの諸収差が存在しない理想的な状態では、第１ラインパターンと第２ラインパターンの像として、線幅１５０ｎｍのラインパターン像がそれぞれ得られることとなる。
【０１４４】
また、パターン領域ＰＡの中心（レチクルセンタに一致）を通るＸ軸上のパターン領域ＰＡの両外側には、レチクルアライメントマークＭ１、Ｍ２が形成されている。このレチクルＲＴは、レチクルステージＲＳＴ上にロードされた状態では、パターン面（図４における紙面手前側の面）が、投影光学系ＰＬに対向する側の面となる。
【０１４５】
本実施形態の予測方法では、レチクルステージＲＳＴ上にロードされたレチクルＲＴ上に形成された計測用パターンＭＰｊが、ウエハステージＷＳＴ上にロードされたウエハＷに転写されたときの第１ラインパターン及び第２ラインパターンの像の線幅を予測する。
【０１４６】
ところで、第１ラインパターン及び第２ラインパターンの像の線幅のばらつきΔＣＤは、従来のツェルニケ感度法（Ｚｅｒｎｉｋｅ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ法：以下、適宜「ＺＳ法」又は「ＺＳＭ」と呼ぶ）では、次式（１４）で表されるようなＺｅｒｎｉｋｅ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ（以下、適宜「ツェルニケ感度」と記述する）Ｓｉ（ｉ＝１〜３７）と、計測点ｎにおけるツェルニケ項の大きさＺｎ，ｉ（計測点ｎにおける係数Ｚｉ）との線形結合で表現することができる。なお、以下では、Ｚｎ，ｉを各計測点のツェルニケ項の成分（ツェルニケ項成分）と略述する。
【０１４７】
【数１０】
2004253673.tif 000013
【０１４８】
しかしながら、上式（１４）を用いたＺＳ法を用いた計算結果と、適当な波面収差を与えて直接空間像を計算する手法との間には、図５のグラフに示されるような乖離が見られる。すなわち、上式（１４）を用いたＺＳ法による計算では誤差が大きすぎる。
【０１４９】
このため、発明者等は、従来のＺＳ法に代わり、本実施形態の予測方法、すなわち新たなＺＳ法によって線幅を予測する予測方法を考えた。以下に、その新たなＺＳ法の原理を説明するとともに、本実施形態の予測方法、評価方法、調整方法、及び露光方法について説明する。
【０１５０】
まず、新たなＺＳ法の原理について説明する。各計測点ｎ（ｎ＝１〜３３）におけるデフォーカス量による波面収差の変化量、すなわち波面の乱れ量Ｗｄ’は、厳密には、次式で表される。
【数１１】
2004253673.tif 000014
【０１５１】
ここで、Ｄｅｆは、波面収差参照点、すなわち計測点ｎにおけるデフォーカス量であり、ｒは、投影光学系ＰＬの瞳座標における半径である。なお、ｒの最大値は、投影光学系ＰＬのＮ．Ａ．（最大開口数、又は開口絞り１５にて設定される開口数）となる。
【０１５２】
波面の乱れ量を、ツェルニケ多項式で記述するには、上述の式（１５）で示されるＷｄ’を用いるよりも、次式に示されるＷｄを用いた方が、都合が良い。
【０１５３】
【数１２】
2004253673.tif 000015
【０１５４】
ここで、λは、露光装置１００における照明光ＥＬの波長である。さらに、式（１６）をベキ級数展開すると次式のようになる。
【０１５５】
【数１３】
2004253673.tif 000016
【０１５６】
デフォーカス量Ｄｅｆによる波面の乱れ量Ｗｄを記述するのに用いられるツェルニケ多項式は、上述の表１に示される項のうち、次式に示される回転対称成分の項となる。
【０１５７】
【数１４】
2004253673.tif 000017
【０１５８】
ここで、ρは、投影光学系Ｎ．Ａ．（以下、「ＮＡ」と略述する）で正規化した瞳座標半径方向の値であるから、ρ×ＮＡ＝ｒの関係がある。そこで、上述の式（１７）を、次式に書き換えることができる。
【０１５９】
【数１５】
2004253673.tif 000018
【０１６０】
一方、デフォーカス量Ｄｅｆによる波面収差の変化量Ｗｄは、前述したデフォーカス量に対して感度があるツェルニケ項の成分、すなわちフォーカス依存収差成分の線形結合によって次式のように表すことができる。
【０１６１】
【数１６】
2004253673.tif 000019
【０１６２】
ここで、Ｂ１、Ｂ４、Ｂ９、Ｂ１６、Ｂ２５、Ｂ３６は、デフォーカス量Ｄｅｆによるツェルニケ多項式の第１項、第４項、第９項、第１６項、第２５項、第３６項の変化量である。なお、上述した式（１８−１）〜式（１８−６）、式（１９）、式（２０）より、次式が導き出される。
【０１６３】
【数１７】
2004253673.tif 000020
【０１６４】
計算を簡略化するために、式（２１−１）〜式（２１−６）の右辺を、次式（２２）のように置き、その連立方程式を解くと、次式（２３）が得られる。
【０１６５】
【数１８】
2004253673.tif 000021
【０１６６】
【数１９】
2004253673.tif 000022
【０１６７】
上述の式（２０）に示されるように、デフォーカス量による波面の乱れ量Ｗｄは、デフォーカス量の各フォーカス依存収差成分の変化量Ｂ４、Ｂ９、Ｂ１６、Ｂ２５、Ｂ３６の線形結合で表すことができる。この変化量Ｂ４、Ｂ９、Ｂ１６、Ｂ２５、Ｂ３６が、デフォーカスＤｅｆに対するそれぞれのフォーカス依存収差成分の補正量となる。したがって、デフォーカスにより補正された各フォーカス依存収差成分は、それぞれ次式に示されるように補正される。
【０１６８】
【数２０】
2004253673.tif 000023
【０１６９】
次に、以上のような原理に基づく、本実施形態の予測方法、評価方法、調整方法、露光方法について、主制御装置５０内のＣＰＵの処理アルゴリズムを簡略化して示す図６のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップ１０２において、表示装置４４に、実際の露光時の光学条件（例えば、照明光ＥＬの波長λ、即ち露光波長（及び露光光源１６の種類など）、投影光学系ＰＬの最大Ｎ．Ａ．、使用Ｎ．Ａ．（本実施形態では、露光時に開口絞り１５にて設定される開口数）、コヒーレンスファクタσ値又は照明Ｎ．Ａ．（照明光学系の開口数）、及びレチクルの照明条件（照明光学系の瞳面上での照明光ＥＬの光量分布、即ち２次光源の形状や大きさ）などの少なくとも１つ）等を含む露光条件の設定画面を表示する。この設定画面を見て、オペレータは、入力装置４５を介して、実際の露光に用いられる光学条件などを設定する。なお、この露光条件の設定時には、各計測点ｎ（ｎ＝１〜３３）にそれぞれ転写されるレチクルＲ上のパターンの形状、寸法などのパターンに関する情報も併せて設定できるようになっている。パターンに関する情報としては、例えば、孤立ラインパターン、ライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パターン、ラインパターンが直交している直交パターンなどのパターン種別（位相シフトパターンであるか否か及びその種類なども含む）、ラインパターンの線幅、長さ、ピッチなどのパターンサイズ情報などがある。パターンの選択は、評価すべき評価項目に応じて決定される。例えば、上述の動作と同様に縦横の線幅差を評価項目とするならば、図４に示されるような、互いに直交する直交ラインパターンを設定する必要がある。ここでは、図４のレチクルＲＴを用いるとして、直交ラインパターン（すなわち、第１ラインパターン及び第２ラインパターン）に関する情報を設定するものとする。
【０１７０】
次に、ステップ１０４において、デフォーカス量Ｄｅｆ、露光装置１００の投影光学系ＰＬのＮ．Ａ．の値（ＮＡ）と、照明光ＥＬの波長λとに基づいて、上述の式（２２）を用いて、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０を求める。そして、ステップ１０６では、求められたＣ２〜Ｃ１０に基づいて、上述の式（２３）を用いて、各フォーカス依存収差成分の補正量Ｂ４、Ｂ９、Ｂ１６、Ｂ２５、Ｂ３６を求める。そして、ステップ１０８では、求められた補正量Ｂ４、Ｂ９、Ｂ１６、Ｂ２５、Ｂ３６に基づいて、上述の式（２４）を用いて各フォーカス依存収差成分Ｚ４、Ｚ９、Ｚ１６、Ｚ２５、Ｚ３６を補正する。
【０１７１】
次に、そのデフォーカス量における計測用パターンＭＰｊの第１ラインパターン及び第２ラインパターンの像の線幅を求めるが、その前に、ツェルニケ係数とパターンの線幅の相関関係について説明する。
【０１７２】
図７には、露光装置１００におけるＣＤ（クリティカルディメンジョン；Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）−フォーカス曲線の一例が示されている。ＣＤ−フォーカス曲線は、通常、デフォーカス量に対するラインパターンの像の線幅の変動を示すものとなっている。この図７の例では、最良フォーカス位置（デフォーカス量Ｄｅｆが０であるところ）近傍では、ラインパターンの像の線幅が大きくなっており、デフォーカスするにつれて、その像の線幅は小さくなっている。また、図７からわかるように、デフォーカス量Ｄｅｆに対する線幅の変化ΔＣＤに関しては、Ｄｅｆ∝ΔＣＤの関係とはなっておらず、Ｄｅｆ２∝ΔＣＤの関係となっている。
【０１７３】
図８には、ツェルニケ項毎（Ｚ６、Ｚ７、Ｚ９）に−５０ｍλ〜５０ｍλまで１０ｍλピッチで１１点の収差をシミュレーション用コンピュータ４６に入力して、空間像計算を行って求められたラインパターン像の線幅と収差の関係が示されている。これらの関係については、収差の量がプラスであってもマイナスであってもその線幅に対する影響が同じであることや、収差が増えると比例関係以上に像の劣化が観察されることから、ラインパターンの像の線幅の変化は、各ツェルニケ項成分の二乗等の線形結合で表されるものと仮定することができる。シミュレーション用コンピュータ４６により、像計算で得た１１点の線幅変化量の計算に２次関数を仮定し、最小二乗法によって近似をしてみると、図８に示されるように、ｙ＝ｓｘ２という関数に乗っていることが観察される。なお、この図８には、第６項（Ｚ．６）、第７項（Ｚ．７）、第９項（Ｚ．９）の３種類だけが代表的に示されているが、他のツェルニケ項についても二次関数で表現できることが確認されている。
【０１７４】
また、最近では、互いに異なるツェルニケ項同士の積、すなわちクロスターム（クロス項）についても、ラインパターン像の線幅の変化に感度があることを発見した。すなわち、ラインパターンの像の線幅の変化は、以下の式に示されるように、各ツェルニケ項成分の二乗及びクロス項の線形結合によって表すことができる。なお、式中のＳｉ，ｊは、ラインパターンの像の線幅変化に対するその項（Ｚｎ，ｉＺｎ，ｊ）の感度を示す。
【０１７５】
【数２１】
2004253673.tif 000024
【０１７６】
また、図９（Ａ）、図９（Ｂ）のグラフに示されるように、収差の組み合わせによっては、線幅分布が傾いた楕円上に分布していることがある（図９（Ａ）では、Ｚ．６とＺ．１３との関係が示されており、図９（Ｂ）ではＺ．９とＺ．１２との関係が示されている）。この場合には、それらの収差の組み合わせのクロスタームは、ラインパターンの線幅変化に対して感度を有することとなる。なお、式（２５）の中から、２項だけ取り出すと、例えば次式のような形となる。
【０１７７】
【数２２】
2004253673.tif 000025
【０１７８】
これより、図９（Ａ）、図９（Ｂ）のグラフに示されるような傾いた楕円分布の表現が可能であることがわかる。実際にクロスタームの計算をしてみると、かなり多くの項の間でクロスタームが存在することを確認できる。
【０１７９】
図６に戻り、ステップ１１０において、シミュレーション用コンピュータ４６の空間像計算により求められた、設定された露光条件下での、第１ラインパターン及び第２ラインパターンの線幅に対する、各ツェルニケ項成分の二乗のツェルニケ感度Ｓｉ，ｊ（ｉ＝ｊ）及びクロス項のツェルニケ感度Ｓｉ，ｊ（ｉ≠ｊ）を、読み込む。なお、各ツェルニケ項成分の二乗のツェルニケ感度Ｓｉ，ｊ（ｉ＝ｊ）については、像計算で得た１１点の線幅変化量の計算に２次関数を仮定し、最小二乗法によって近似をしてみると、前述したように、ｙ＝ｓｘ２という関数に乗っていることが観察されるため、その関数の係数からツェルニケ感度Ｓｉ，ｊ（ｉ＝ｊ）を求めることができる。
【０１８０】
図６のステップ１１２において、前述した波面収差の計測により計測され主制御装置５０のメモリ内に記憶されている投影光学系ＰＬの収差成分Ｚｎ，ｉ（又はＺｎ，ｊ）、及びステップ１１０で求められた各ツェルニケ感度Ｓｉ，ｊに基づいて式（２５）を計算して、第１〜第ｎ計測点の各々における第１ラインパターン及び第２ラインパターンについてのΔＣＤ（それぞれΔＣＤ（Ｖ）、ΔＣＤ（Ｈ）とする）を求める。
【０１８１】
図１０には、この線幅のばらつきΔＣＤに関して、上で説明した新たなＺＳ法を用いた計算結果と、適当な波面収差を与えて直接空間像を計算する手法との関係が示されている。この図１０と前述の図５とを比較すると明らかなように、新たなＺＳ法によると、誤差が格段に低減されていることがわかる。
【０１８２】
すなわち、図１０からも明らかなように、結像シミュレーションによる空間像計算を行なわなくても、ＺＳ法を拡張することで線幅を正確に計算（予測）できることがわかる。
【０１８３】
図６に戻り、次のステップ１１４において、投影光学系ＰＬの物体面側で、第１〜第ｎ計測点に対応する位置にそれぞれ配置される第１ラインパターン、第２ラインパターンに関して、ステップ１１２で予測されたそれぞれの線幅の変化ΔＣＤ（Ｖ）、ΔＣＤ（Ｈ）に基づいて、第１〜第ｎ計測点における線幅差（ＶＨ差）を、ＶＨ差＝ΔＣＤ（Ｖ）−ΔＣＤ（Ｈ）として求める。
【０１８４】
次に、ステップ１１６において、算出された第１〜第ｎ計測点のＶＨ差と、上述しした式（１３）等で表されるような投影光学系ＰＬの波面収差と調整量ＡＤＪ１〜ＡＤＪ１９などとの関係を利用して、それらのＶＨ差が小さくなるようなツェルニケ調整量ＡＤＪ１〜調整量ＡＤＪ１９を、算出し、記憶装置４２に記憶する。
【０１８５】
次に、ステップ１１８において、記憶装置４２に記憶された調整量ＡＤＪ１〜ＡＤＪ１５に従って、前述と同様に、結像性能補正コントローラ４８により、可動レンズ１３１〜１３５の位置及び姿勢の少なくとも一方を調整し、上記の各動作と同時に、主制御装置５０は、調整量ＡＤＪ１９に従って光源１６に指令を与え、照明光ＥＬの波長をシフトする。
【０１８６】
なお、本実施形態では、投影光学系ＰＬ等の調整後の状態で、さらに、上述したステップ１０２〜ステップ１１８を実行して、調整後の第１〜第ｎ計測点における縦横パターンの線幅の変化ΔＣＤ（Ｖ）、ΔＣＤ（Ｈ）の予測、線幅差（ＶＨ差）の評価、調整量ＡＤＪ１〜ＡＤＪ１９による調整を繰り返し行うようにしても良い。
【０１８７】
そして、半導体デバイスの製造時における露光工程では、デバイス製造用のレチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上に装填され、その後、レチクルアライメント及びいわゆるベースライン計測、並びにＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）等のウエハアライメントなどの準備作業が行われる。なお、上記のレチクルアライメント、ベースライン計測等の準備作業については、例えば特開平７−１７６４６８号公報などに詳細に開示され、また、これに続くＥＧＡについては、特開昭６１−４４４２９号公報などに詳細に開示されている。
【０１８８】
その後、ウエハアライメント結果に基づいて、ステップ・アンド・スキャン式の露光が行われる。なお、露光時の動作等は通常の走査型露光装置と異なることがないので、詳細説明については省略する。但し、本実施形態の露光装置１００では、上記のステップ・アンド・スキャン方式の露光に際し、前述の露光領域ＩＡ内におけるウエハＷの位置及び姿勢を、算出された調整量ＡＤＪ１６〜ＡＤＪ１８に基づいて制御することは、前述した通りである。
【０１８９】
また、本実施形態では、露光条件の設定や、レチクルＲの交換により、実際に転写する回路パターンが変更された場合には、上述したステップ１０２〜ステップ１１８を再実行する必要があることはいうまでもない。
【０１９０】
以上詳細に述べたように、本実施形態の予測方法によれば、ステップ１０２〜ステップ１０８において、デフォーカス量Ｄｅｆに応じた波面収差の乱れ量Ｗｄに基づいて、フォーカス依存収差成分（Ｚ４、Ｚ９、Ｚ１６、Ｚ２５、Ｚ３６）の変化量（Ｂ４、Ｂ９、Ｂ１６、Ｂ２５、Ｂ３６）を算出し、フォーカス依存収差成分（Ｚ４、Ｚ９、Ｚ１６、Ｚ２５、Ｚ３６）を、その変化量（Ｂ４、Ｂ９、Ｂ１６、Ｂ２５、Ｂ３６）を加算することによって補正する。このようにすれば、ステップ１１２において、補正されたフォーカス依存収差成分（Ｚ４、Ｚ９、Ｚ１６、Ｚ２５、Ｚ３６）を含む収差成分（Ｚｉ、ｉ＝１〜３６）の線形結合を計算することによって、本来のツェルニケ感度法では予測困難であった、所定パターンの像のサイズとデフォーカス量との対応関係を、結像シミュレーションを動作させることなく、短時間に予測することができるようになる。
【０１９１】
また、本実施形態の予測方法によれば、像のサイズの変化は、各収差成分の二乗及び互いに異なる収差成分同士のクロス項に感度があり、それらの項の線形結合（式（２５））を考慮すれば、そのデフォーカス量に対する像のサイズの変化を算出することができる。
【０１９２】
また、本実施形態の評価方法によれば、上述の予測方法を用いて、所定パターンの像のサイズの変化（ΔＣＤ（Ｖ）、ΔＣＤ（Ｈ））とデフォーカス量Ｄｅｆとの対応関係を短時間に予測することができるようになるので、結果的に、その対応関係に基づいて、投影光学系ＰＬの有効視野内における所定パターンの像の均一性（ここでは縦横線幅差（ＶＨ差））を短時間に評価することが可能となる。
【０１９３】
また、本実施形態の調整方法によれば、上述した評価方法を用いて、投影光学系ＰＬの有効視野内における所定パターンの像の転写状態の均一性が短時間で評価されるので、結果的に、その評価結果に基づいて、投影光学系ＰＬを介した所定パターンの転写状態を、所定パターンの像の転写状態の均一性が改善されるように調整することができる。
【０１９４】
また、本実施形態の露光方法によれば、上述した調整方法を実行して、前記パターンの転写状態が短時間に調整され、調整された転写状態でパターンがウエハＷ上に転写されるので、露光工程のスループットを向上させることが可能となる。
【０１９５】
また、本実施形態の予測方法によるラインパターンの線幅の予測を、一定間隔の異なるデフォーカス量で実行すれば、図７で示したようなＣＤ−フォーカス曲線を求めることができるようになる。例えば、Ｚ４及びＺ９の収差量に対するラインパターンの線幅の変化の様子が図１１（Ａ）に示されるような状態であったとし、シミュレーション用コンピュータ４６による空間像計算により求められた式（２５）におけるＺ４及びＺ９に関するツェルニケ感度がそれぞれＳ４，４＝−９３８、Ｓ４，９＝４２３７、Ｓ９，９＝−３２５７であったとする。さらに、他のツェルニケ項についても同様にツェルニケ感度を求め、デフォーカス量を一定間隔で逐次変更しながら、式（２５）の値を計算し、各デフォーカス量におけるラインパターンの線幅を示す点を図１１（Ｂ）の◆で示されるようにプロットし、それらの点を補間していくと、図１１（Ｂ）に示されるようなツェルニケ感度法（ＺＳＭ）によるＣＤ−フォーカス曲線（太線）を作成することができる。図１１（Ｂ）においては、空間像シミュレーションにより求められたＣＤ−フォーカス曲線（細線）もあわせて示されている。
【０１９６】
図１１（Ｂ）に示されるように、最良フォーカス位置近傍では、式（２５）の計算により求められたＣＤ−フォーカス曲線と、結像シミュレーションにより求められたＣＤ−フォーカス曲線とは良く一致しているが、デフォーカス量が大きくなるに連れて、式（２５）の計算により求められたＣＤ−フォーカス曲線と、結像シミュレーションによるＣＤ−フォーカス曲線との間には、若干のずれが生じているのがわかる。
【０１９７】
本発明者の鋭意検討により、このずれは、フォーカス依存収差成分の中の第４項、すなわちＺ４に起因するものであることが判明した。そこで、Ｚ４に関してのみ、その大きさに対するラインパターン像の線幅の変動を示すデータテーブルを予め記憶装置４２に記憶させておき、主制御装置５０では、Ｚ４の値から得られる線幅変化量をそのデータテーブルを参照して求め、さらに、Ｚ４を除く、他のツェルニケ項だけの項に基づいて、式（２５）を計算したときの計算結果から得られる線幅変化量と、データテーブルより求まる線幅変化量とを加算した値を、そのデフォーカス量における線幅変化量とするようにしても良い。図１２に示されるように、このデータテーブルを参照する方法（ＺＳＭ）で求めた各デフォーカス量におけるラインパターン像の線幅と、空間像シミュレーションによるＣＤ−フォーカス曲線におけるその像の線幅とは、デフォーカス量が大きいところでも、良く一致しているのがわかる。なお、図１２では、計測点１（Ｐ１）、１７（Ｐ１７）、３３（Ｐ３３）におけるデータしか図示していないが、その他の計測点においても、本発明により予測されたラインパターン像の線幅及び空間像シミュレーションによるＣＤ−フォーカス曲線については、同様に良く一致していることが確認されている。
【０１９８】
なお、上記実施形態では、ツェルニケ多項式級数の第３７項までを対象としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第３７項以上のツェルニケ項、例えば第１２１項までをＺＳ法の対象とするようにしても良い。この場合、フォーカス依存収差成分となるのは、第４９項、第６４項、第８１項、第１００項、第１２１項である。
【０１９９】
また、上記実施形態は、互いに交差するラインパターンの線幅差を評価する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、互いに平行なラインパターン（例えばＬ／Ｓパターン）に関し、それらの線幅差、すなわち線幅異常値を評価するようにしても良く、計測点間における孤立パターンを各計測点に配置して均一性を評価するようにしても良い。この場合には、第１〜第ｎ計測点において、主に非点収差による縦横線幅差の均一性の評価だけでなく、主にコマ収差による線幅異常値の均一性なども評価することができるようになる。
【０２００】
また、サイズの予測対象となるパターンは、ラインパターンには限られず、例えば菱形パターンなどであっても良い。また、上記実施形態では１９個の調整パラメータを用いるものとしたが、その数や種類は任意で良く、例えばウエハ表面（ウエハステージＷＳＴ）の駆動量や照明光ＥＬの波長シフトなどを含まなくても良い。
【０２０１】
さらに、上記実施形態では、波面収差計測装置８０を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を計測するものとしたが、例えば試し焼きなどによって波面収差を求めても良い。例えば、米国特許第５，９７８，０８５号などに開示されている特殊な構造の計測用マスクを用い、そのマスク上の複数の計測用パターンのそれぞれを、個別に設けられたピンホール及び投影光学系を順次介して基板上に焼き付けるとともに、マスク上の基準パターンを集光レンズ及びピンホールを介することなく、投影光学系を介して基板上に焼き付けて、それぞれの焼き付けの結果得られる複数の計測用パターンのレジスト像それぞれの基準パターンのレジスト像に対する位置ずれを計測して所定の演算により、波面収差を算出することとしても良い。
【０２０２】
また、上記実施形態の調整方法では、上述の式（１３）などを用いて算出された最適な調整量に基づいて、主制御装置５０の制御の下、結像性能補正コントローラ４８等による調整を自動的に行うものとしたが、これに限らず、前記調整量に基づいて、投影光学系の結像性能などを手動で調整しても良い。
【０２０３】
また、上記実施形態では、予測方法、その予測方法によって予測されたＣＤ−フォーカス曲線に基づいて縦横線幅差などを評価する評価方法、その評価結果に応じてパターンの転写状態を調整する調整方法などを、一連の処理によって説明したが、すべての方法を一連の処理で行う必要はなく、本発明の予測方法、評価方法、調整方法は、それぞれ単独で、あるいは任意に組み合わせて実行しうるものである。
【０２０４】
さらに、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの光学素子を移動して結像性能を調整するものとしたが、これに限らず、その駆動機構に加えて、あるいはその代わりに、例えば投影光学系ＰＬの光学素子間での気体の圧力を変更する、レチクルＲを投影光学系の光軸方向に移動又は傾斜させる、あるいはレチクルとウエハとの間に配置される平行平面板の光学的な厚さを変更する機構などを用いても良い。但し、この場合には上記実施形態又は変形例における自由度の数が変更され得る。
【０２０５】
なお、上記実施形態では、露光装置として走査型露光装置を用いる場合について説明したが、これに限らず、例えばステップ・アンド・リピート型の露光装置を用いても良い。
【０２０６】
この場合の露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、プラズマディスプレイ又は有機ＥＬなどの表示装置、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気へッド、マイクロマシーン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
【０２０７】
また、上記実施形態の露光装置の光源は、Ｆ２レーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザなどの紫外パルス光源に限らず、連続光源、例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプを用いることも可能である。さらに、照明光ＥＬとして、Ｘ線、特にＥＵＶ光などを用いても良い。
【０２０８】
また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良い。また、投影光学系としては、屈折系に限らず、反射光学素子と屈折光学素子とを有する反射屈折系（カタッディオプトリック系）あるいは反射光学素子のみを用いる反射系を用いても良い。なお、投影光学系ＰＬとして反射屈折系又は反射系を用いるときは、前述した可動の光学素子として反射光学素子（凹面鏡や反射鏡など）の位置などを変更して投影光学系の結像性能を調整する。また、照明光ＥＬとして、特にＡｒ２レーザ光、又はＥＵＶ光などを用いる場合には、投影光学系ＰＬを反射光学素子のみから成るオール反射系とすることもできる。但し、Ａｒ２レーザ光やＥＵＶ光などを用いる場合にはレチクルＲも反射型とする。さらに、例えば国際公開ＷＯ９９／４９５０４号などに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置に本発明を適用しても良い。
【０２０９】
《デバイス製造方法》
次に上述した露光装置をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
【０２１０】
図１３には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシーン等）の製造例のフローチャートが示されている。図１３に示されるように、まず、ステップ３０１（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ３０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３０３（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
【０２１１】
次に、ステップ３０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ２０１〜ステップ３０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ３０５（デバイス組立てステップ）において、ステップ３０４で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ３０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。
【０２１２】
最後に、ステップ３０６（検査ステップ）において、ステップ３０５で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
【０２１３】
図１４には、半導体デバイスにおける、上記ステップ３０４の詳細なフロー例が示されている。図１４において、ステップ３１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ３１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ３１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ３１４（イオン打ち込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ３１１〜ステップ３１４それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
【０２１４】
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ３１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ３１６（露光ステップ）において、上で説明した露光装置及び露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ３１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステップ３１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ３１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
【０２１５】
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０２１６】
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップ３１６）において上記実施形態の予測方法、評価方法、露光方法が用いられるので、縦線パターンと横線パターンの転写像同士の線幅差が効果的に低減された良好かつ短時間な露光を実現することができる。従って、最終製品であるデバイスの歩留まりが向上し、その生産性の向上が可能となる。
【０２１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の予測方法によれば、投影光学系を介したパターンの転写特性を短時間に予測することが可能となる。
【０２１８】
本発明の評価方法によれば、投影光学系を介したパターンの転写状態を短時間に評価することができる。
【０２１９】
本発明の調整方法によれば、投影光学系を介したパターンの転写状態を短時間に調整することができる。
【０２２０】
本発明の露光方法によれば、露光工程のスループットを向上させることができる。
【０２２１】
本発明のデバイス製造方法によれば、デバイスの生産性（歩留まりを含む）の向上に寄与することができるという効果がある。
【０２２２】
本発明のプログラムによれば、コンピュータに投影光学系を介したパターンの転写特性を短時間に予測させる手順を実行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の波面収差計測装置を示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、光学系に収差が存在しない場合においてマイクロレンズアレイから射出される光束を示す図であり、図３（Ｂ）は、光学系に収差が存在する場合においてマイクロレンズアレイから射出される光束を示す図である。
【図４】図４は、計測用レチクルを、パターン面側から見た平面図である。
【図５】線幅ばらつきΔＣＤに関して、従来のＺＳ法を用いた計算結果と、空間像による計算結果との関係を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態の予測方法等を示すフローチャートである。
【図７】ＣＤ−フォーカス曲線の一例を示す図である。
【図８】１１点の線幅変化量の計算結果に二次関数を仮定して、最小自乗法による近似をした結果の一例を示す図である。
【図９】図９（Ａ）は、Ｚ６とＺ１３のクロストークを示す図であり、図９（Ｂ）は、Ｚ９とＺ１２のクロストークを示す図である。
【図１０】線幅ばらつきΔＣＤに関して、本発明の一実施形態の予測方法の予測結果と、空間像の計算結果との関係を示す図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、第４項及び第９項の収差量に対するラインパターンの線幅の変化の様子を示す図であり、図１１（Ｂ）は、本発明の予測方法によって求められるＣＤ−フォーカス曲線の一例を示す図である。
【図１２】第４項の成分の大きさに対するラインパターン像の線幅のデータをデータテーブルから求めるＺＳＭ法を用いたときのその線幅の予測結果と、空間像シミュレーションによって求められたＣＤ−フォーカス曲線とを比較するための図である。
【図１３】本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１３のステップ３０４の詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１３１〜１３５…可動レンズ、１６…光源、４８…結像性能補正コントローラ、５０…主制御装置、８０…波面収差計測装置、ＥＬ…照明光、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ（物体）、１００…露光装置、ＡＬＧ…アライメント系。
【図１】
2004253673.tif 000026
【図２】
2004253673.tif 000027
【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】
2004253673.tif 000032
【図８】
2004253673.tif 000033
【図９】
2004253673.tif 000034
【図１０】
2004253673.tif 000035
【図１１】
2004253673.tif 000036
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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