(57)【要約】【課題】被検光学系の光学特性を高精度に計測する。【解決手段】被検光学系から射出された光に含まれる互いに偏光方向が直交する２つの偏光成分が、ＣＣＤ１１３ａ，１１３ｂに到達するまでの間に、相互に対をなす少なくとも一対の特定の反射光学素子（ミラー１０１、１０７など）のそれぞれで反射されるような位置関係で、光学系が配置されていることから、着目する偏光成分は、対をなす反射光学素子のうちの一方の反射光学素子に対してはその振動方向がその反射面に対する光の入射面に対して平行（又は垂直）な状態で入射し、他方の反射光学素子に対しては垂直（又は平行）な状態で入射する。すなわち、ＣＣＤには、特定の反射光学素子のＰ偏光成分の光に対する反射率とＳ偏光成分の光に対する反射率との積に応じた強度の光が到達するので、反射光学素子の偏光特性に起因する光学特性の計測精度の悪化が生じない。【選択図】図９
2005150455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、
反射光学素子を一対又は複数対含む光学系と；
前記被検光学系から射出され前記光学系を介した光を受光し、前記被検光学系の光学特性に関する情報を含む検出信号を出力する検出器と；を備え、
前記被検光学系から射出された光に含まれる互いに偏光方向が直交する２つの偏光成分が、前記検出器に到達するまでの間に、相互に対をなす少なくとも一対の特定の反射光学素子のそれぞれで反射されるような位置関係で、前記一対又は複数対の反射光学素子のそれぞれが配置されていることを特徴とする光学特性計測装置。
【請求項２】
前記光学系は、前記特定の反射光学素子の他、光の一部を透過し一部を反射する半透過型の反射光学素子を少なくとも一対含み、
前記異なる２つ偏光成分が、前記検出器に到達するまでの間に、相互に対をなす少なくとも一対の特定の反射光学素子のそれぞれで反射され、かつ相互に対をなす前記半透過型の反射光学素子のそれぞれを透過する位置関係で、前記一対又は複数対の反射光学素子のそれぞれが配置されてい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】
前記被検光学系から射出された光が同一の入射角で入射するような位置関係で、相互に対をなす前記反射光学素子のそれぞれが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学特性計測装置。
【請求項４】
前記光学特性は、前記被検光学系の波面収差であ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光学特性計測装置。
【請求項５】
前記光学特性は、前記被検光学系の瞳面又はその共役面における光源像の位置及び形状の少なくとも一方の情報に関連する光学特性であ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光学特性計測装置。
【請求項６】
前記光学特性は、前記被検光学系を構成する照明光学系の開口数及びコヒーレンスファクタの一方であることを特徴とする請求項５に記載の光学特性計測装置。
【請求項７】
マスクに形成されたパターンを感光物体上に転写する露光装置であって、
前記マスクを照明光で照明する照明光学系と；
前記マスクから射出される前記照明光を前記感光物体上に投射する投影光学系と；
前記照明光学系及び投影光学系の少なくとも一方を被検光学系とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学特性計測装置と；を備える露光装置。
【請求項８】
前記感光物体を保持して２次元面を移動するステージを更に備え、
前記光学特性計測装置は、前記ステージに着脱自在に装着されていることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学特性計測装置及び露光装置に係り、更に詳しくは、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置及び該光学特性計測装置を備える露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するための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レジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「ウエハ」ともいう）上に転写する露光装置が用いられている。この種の装置としては、近年では、スループットを重視する観点から、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆる「ステッパ」）や、このステッパを改良したステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置などの逐次移動型の投影露光装置が主として用いられている。
【０００３】
この種の露光装置では、レチクルのパターンの縮小像をウエハ上に既に形成されたショット領域に正確に重ね合わせて転写することが重要であり、そのためには投影光学系による像の形成状態が所望の状態となるように投影光学系や照明光学系の光学特性を調整する必要がある。
【０００４】
しかるに、上記の光学特性の調整のためには、投影光学系などの光学系の光学特性を精度良く計測することが前提となる。例えば、投影光学系の結像特性としては、従来は、ザイデルの５収差として知られている低次の収差を、計測用パターンの像の焼付け結果又は計測用パターンの空間像の計測結果に基づいて計測することがなされていたが、近年における半導体素子の高集積化に伴うデバイスパターンの微細化に対応すべく、近年では、投影光学系の結像特性として、総合的な収差である波面収差を計測することが比較的多く行われるようになってきた。
【０００５】
ところで、投影光学系の波面収差は、投影光学系を露光装置のボディに搭載する前と搭載後とでは、微妙に変化することから、いわゆるオン・ボディにて投影光学系の波面収差を計測する種々の計測装置が用いられている。この種の計測装置の１つとして、受光光学系内にマイクロレンズアレイを用いたシャック−ハルトマン（Shack-Hartmann）方式の波面収差計測器が知られている。
【０００６】
図１２には、従来から用いられている、被検光学系の波面収差を計測するための波面収差計測器（波面センサ）の構成が示されている。この波面センサ９０’は、図１２に示されるように、筐体９７と、該筐体９７の内部に所定の位置関係で収納されたコリメータレンズ９２、レンズ９３ａ及びレンズ９３ｂから成るリレーレンズ系９３、ハーフミラー９６０、並びにマイクロレンズアレイ９４、撮像素子（ＣＣＤ）９５1,９５2と、筐体９７に埋め込まれたミラー９６ａ、９６ｂと、筐体９７の上部開口を閉塞する標示板９１とを備えている。標示板９１には、その中央に不図示の開口が形成されている。この場合、開口を介して筐体９７の内部に入射する光の光軸ＡＸ１上にコリメータレンズ９２、ミラー９６ａ、リレーレンズ系９３、ハーフミラー９６０が順次配置され、そのハーフミラー９６０で分岐された一方の光路（透過光路）上にＣＣＤ９５2が配置されている。また、ハーフミラー９６０で分岐された他方の光路（反射光路）上にミラー９６ｂ、マイクロレンズアレイ９４及びＣＣＤ９５1が順次配置されている。
【０００７】
この波面センサ９０’を用いた投影光学系の波面収差の計測原理は次の通りである。すなわち、ピンホールパターンが形成されたレチクルに照明光を照射する。これにより、そのピンホールパターンを介した光が球面波となって投影光学系に入射し、その投影光学系を介した光が、投影光学系の像面上に位置する波面センサ９０’の標示板９１に投射される。これにより、その像面上の開口内部の部分にピンホールパターンの像が結像される。そして、開口を介した光（ピンホールパターンの像光束）が、コリメータレンズ９２、ミラー９６ａ、リレーレンズ系９３を順次介してハーフミラー９６０に至る。そして、このハーフミラー９６０で反射された光は、投影光学系の瞳面の共役面近傍に配置されたマイクロレンズアレイ９４に照射される。これにより、マイクロレンズアレイ９４により投影光学系の瞳面における光の波面が分割され、マイクロレンズアレイ９４を構成する各レンズエレメントにより前記ピンホールパターンの像（スポット像）がＣＣＤ９５1の撮像面上に再結像する。この場合、各スポット像の重心位置の基準点からの位置のずれに基づいて、所定の演算を行うことにより、投影光学系の波面収差を算出することができる。
【０００８】
他方、ハーフミラー９６０を透過した光は、分割されること無くＣＣＤ９５2に入射し、これにより、ＣＣＤ９５2の撮像面には投影光学系の瞳面に形成された光源像が形成される。従って、ＣＣＤ９５2からの撮像信号に基づいて瞳計測を行うことができる。また、その瞳計測用ＣＣＤ９５2により、レチクルを経由しない光を受光することで、照明光学系の開口数（照明Ｎ．Ａ．）やコヒーレンスファクタ（照明σ）なども計測可能である。
【０００９】
ところで、ミラー及びハーフミラーには、次のような偏光特性が存在する。すなわち、ミラーやハーフミラーで反射する光は、Ｓ偏光成分の強度が強くなり、Ｐ偏光成分の強度が弱くなる。すなわち、ミラーやハーフミラーでは、Ｓ偏光成分の反射率がＰ偏光成分の反射率に比べて大きくなる。ここで、Ｐ偏光成分とは、振動方向が反射面に対する光の入射面（入射光と反射面の法線とを含む平面）に平行な光の偏光成分を指し、Ｓ偏光成分とは、振動方向が上記入射面に垂直な光の偏光成分を指す。
【００１０】
また、ハーフミラーを透過した光は、Ｓ偏光成分の強度が弱くなり、Ｐ偏光成分の強度が強くなる。すなわち、ハーフミラーでは、Ｓ偏光成分の透過率に比べてＰ偏光成分の透過率が大きくなる。
【００１１】
一方、投影露光装置では、投影光学系（投影レンズ）が偏光方向によって収差が異なる場合があり得るし、あるいは照明光が偏光している場合もあり得る。
【００１２】
従って、上述した波面センサのような従来の波面収差計測器では、ミラーやハーフミラーに存在する偏光特性によって、ＣＣＤの各画素の輝度値（照明強度）を計測する瞳計測の場合は勿論、各スポット像の重心位置の基準点からの位置のずれに基づいて波面収差を計測する場合であっても、その計測精度が悪化するおそれがあった。後者の場合、ミラーやハーフミラーに存在する偏光特性によってマイクロレンズアレイに入射する光の波面そのものが影響を受け、それに応じてスポット像の形状が変形し、ひいてはその重心位置がずれるからである。
【００１３】
上記のシャック−ハルトマン方式の波面収差計測器の他、投影光学系の波面収差を計測するものとして、各種の干渉計（トワイマングリーン干渉計、シェアリング干渉計、ポイントディフラクション干渉計など）も知られているが、これらの多くは、ハーフミラーを有しているので、同様に、そのハーフミラーに存在する偏光特性によって計測精度が悪化するおそれがあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、被検光学系の光学特性を高精度に計測することが可能な光学特性計測装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の第２の目的は、マスクに形成されたパターンを感光物体上に精度良く転写することが可能な露光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、反射光学素子を一対又は複数対含む光学系と；前記被検光学系から射出され前記光学系を介した光を受光し、前記被検光学系の光学特性に関する情報を含む検出信号を出力する検出器と；を備え、前記被検光学系から射出された光に含まれる互いに偏光方向が直交する２つの偏光成分が、前記検出器に到達するまでの間に、相互に対をなす少なくとも一対の特定の反射光学素子のそれぞれで反射されるような位置関係で、前記一対又は複数対の反射光学素子のそれぞれが配置されていることを特徴とする光学特性計測装置である。
【００１７】
ここで、反射光学素子には、全反射ミラーは勿論、ハーフミラーなども含まれる。本明細書では、このような意味で、「反射光学素子」なる用語を用いるものとする。
【００１８】
ここで、ミラーやハーフミラーなどの反射光学素子においては、入射光に含まれる互いに偏光方向が直交する２つの偏光成分毎にその反射率が異なる、偏光特性が存在することは前述したとおりである。
【００１９】
しかるに、本発明では、被検光学系から射出された光に含まれる互いに偏光方向が直交する２つの偏光成分が、検出器に到達するまでの間に、相互に対をなす少なくとも一対の特定の反射光学素子のそれぞれで反射されるような位置関係で、光学系を構成する一対又は複数対の反射光学素子のそれぞれが配置されていることから、いずれかの偏光成分（Ｐ偏光成分又はＳ偏光成分）に着目して見ると、その着目する偏光成分は、対をなす反射光学素子のうちの一方の反射光学素子に対してはその振動方向（偏光方向）がその反射面に対する光の入射面に対して平行（又は垂直）な状態で入射し、他方の反射光学素子に対してはその振動方向（偏光方向）がその反射面に対する光の入射面に対して垂直（又は平行）な状態で入射する。
【００２０】
すなわち、被検光学系から射出された光に含まれる互いに偏光方向が直交する２つの偏光成分（Ｐ偏光成分の光、Ｓ偏光成分の光）は、検出器に到達するまでの間に、相互に対をなす特定の反射光学素子のそれぞれで反射される結果、検出器には、特定の反射光学素子のＰ偏光成分の光に対する反射率とＳ偏光成分の光に対する反射率との積に応じた強度の光が、入射光の偏光方向にかかわらず、到達する。従って、反射光学素子の偏光特性に起因する光学特性の計測精度の悪化が生じないため、結果的に被検光学系の光学特性を高精度に計測することが可能となる。
【００２１】
この場合において、請求項２に記載の光学特性計測装置の如く、前記光学系は、前記特定の反射光学素子の他、光の一部を透過し一部を反射する半透過型の反射光学素子を少なくとも一対含み、前記異なる２つ偏光成分が、前記検出器に到達するまでの間に、相互に対をなす少なくとも一対の特定の反射光学素子のそれぞれで反射され、かつ相互に対をなす前記半透過型の反射光学素子のそれぞれを透過する位置関係で、前記一対又は複数対の反射光学素子のそれぞれが配置されていることとすることができる。
【００２２】
上記請求項１及び２に記載の各光学特性計測装置において、請求項３に記載の光学特性計測装置の如く、前記被検光学系から射出された光が同一の入射角で入射するような位置関係で、相互に対をなす前記反射光学素子のそれぞれが配置されていることとすることができる。
【００２３】
上記請求項１〜３に記載の各光学特性計測装置において、前記光学特性は、前記被検光学系の波面収差であることとすることができるし、請求項５に記載の光学特性計測装置の如く、前記光学特性は、前記被検光学系の瞳面又はその共役面における光源像の位置及び形状の少なくとも一方の情報に関連する光学特性であることとすることができる。
【００２４】
後者の場合、請求項６に記載の光学特性計測装置の如く、前記光学特性は、前記被検光学系を構成する照明光学系の開口数及びコヒーレンスファクタの一方であることとすることができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、マスクに形成されたパターンを感光物体上に転写する露光装置であって、前記マスクを照明光で照明する照明光学系と；前記マスクから射出される前記照明光を前記感光物体上に投射する投影光学系と；前記照明光学系及び投影光学系の少なくとも一方を被検光学系とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学特性計測装置と；を備える露光装置である。
【００２６】
これによれば、照明光学系と投影光学系の少なくとも一方の光学特性を高精度に計測することが可能な請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学特性計測装置を備えているので、該光学特性計測装置の計測結果に基づいて照明光学系や投影光学系などの調整を行った後に、露光を行うことで、マスクに形成されたパターンを感光物体上に精度良く転写することが可能となる。
【００２７】
この場合において、請求項８に記載の露光装置の如く、前記感光物体を保持して２次元面を移動するステージを更に備え、前記光学特性計測装置は、前記ステージに着脱自在に装着されていることとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
図１には、本発明の一実施形態の露光装置１００の全体構成が概略的に示されている。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である。この露光装置１００は、露光装置本体６０と、光学特性計測装置としての波面センサ９０とを備えている。
【００３０】
前記露光装置本体６０は、光源６及び照明光学系１２を含む照明系、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、感光物体としてのウエハＷが載置されるステージとしてのウエハステージＷＳＴ、オフアクシス方式のアライメント検出系ＡＳ、及びワークステーションなどのコンピュータから成り、装置全体を統括制御する主制御装置２０等を備えている。
【００３１】
前記光源６としては、ここでは、ＡｒＦエキシマレーザ（出力波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、光源６として、Ｆ2レーザ（出力波長１５７ｎｍ）等の真空紫外域のパルス光を出力する光源や、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）などの近紫外域のパルス光を出力する光源などを用いても良い。
【００３２】
前記光源６は、実際には、照明光学系１２、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６０が収納されたチャンバ（不図示）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、そのチャンバにビームマッチングユニット（ＢＭＵ）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６は、主制御装置２０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、レーザ光ＬＢの出力のオン・オフ、レーザ光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などが制御されるようになっている。
【００３３】
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及びズーム光学系（いずれも不図示）、並びにオプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）２２２を含むビーム整形・照度均一化光学系２２０、照明系開口絞り板２２４、第１リレーレンズ２２８Ａ、第２リレーレンズ２２８Ｂ、固定レチクルブラインド２３０Ａ、可動レチクルブラインド２３０Ｂ、光路折り曲げ用のミラー２４０及びコンデンサレンズ２３２等を備えている。ここで、オプティカルインテグレータ２２２としては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）あるいは回折光学素子などを用いることができるが、本実施形態では、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２２２」とも記述する。
【００３４】
前記ビーム整形・照度均一化光学系２２０は、光透過窓２１７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２２０は、光源６でパルス発光され、光透過窓２１７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。そして、ビーム整形・照度均一化光学系２２０内部の射出端側に位置するフライアイレンズ２２２は、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために、前記断面形状が整形されたレーザビームの入射により、その射出側焦点面（照明光学系１２の瞳面とほぼ一致）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ＩＬ」と呼ぶものとする。
【００３５】
フライアイレンズ２２２の射出側焦点面の近傍に、円板状部材から成る照明系開口絞り板２２４が配置されている。この照明系開口絞り板２２４には、ほぼ等角度間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り（通常絞り）、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための開口絞り（小σ絞り）、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り（輪帯絞り）、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り（図１ではこのうちの２種類の開口絞りのみが図示されている）等が配置されている。
【００３６】
この照明系開口絞り板２２４は、主制御装置２０からの制御信号ＭＬＣにより制御されるモータ等の駆動装置２４０の駆動で回転され、いずれかの開口絞りが照明光ＩＬの光路上に選択的に設定され、これにより瞳面における２次光源の形状や大きさ（照明光の光量分布）が、輪帯、小円形、大円形、あるいは四つ目等に制限される。なお、本実施形態では、開口絞り板２２４を用いて、照明光学系１２の瞳面上での照明光の光量分布（２次光源の形状や大きさ）、すなわちレチクルＲの照明条件を変更するものとしたが、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）２２２の入射面上での照明光の強度分布あるいは照明光の入射角度範囲を可変として、前述の照明条件の変更に伴う光量損失を最小限に抑えることが好ましい。このために、開口絞り板２２４の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系１２の光路上に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光学系１２の光軸に沿って移動可能な少なくとも１つのプリズム（円錐プリズムや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を光源６とオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）２２２との間に配置する構成を採用することができる。
【００３７】
照明系開口絞り板２２４から出た照明光ＩＬの光路上に、固定レチクルブラインド２３０Ａ、可動レチクルブラインド２３０Ｂを介在させて第１リレーレンズ２２８Ａ及び第２リレーレンズ２２８Ｂから成るリレー光学系が配置されている。
【００３８】
固定レチクルブラインド２３０Ａ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上の照明領域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２３０Ａの近傍（レチクルＲのパターン面に対する共役面）に走査方向（ここではＹ軸方向とする）及び非走査方向（Ｘ軸方向）にそれぞれ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２３０Ｂが配置されている。走査露光の開始時及び終了時には、主制御装置２０の制御により、その可動レチクルブラインド２３０Ｂを介してレチクルＲ上の照明領域をさら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。
【００３９】
リレー光学系を構成する第２リレーレンズ２２８Ｂ後方の照明光ＩＬの光路上には、当該第２リレーレンズ２２８Ｂを通過した照明光ＩＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラー２４０が配置され、このミラー２４０後方の照明光ＩＬの光路上にコンデンサレンズ２３２が配置されている。
【００４０】
以上の構成において、フライアイレンズ２２２の入射面、可動レチクルブラインド２３０Ｂ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２２２の射出側焦点面（照明光学系１２の瞳面）、投影光学系ＰＬの瞳面は光学的に互いに共役となるように設定されている。
【００４１】
このようにして構成された照明光学系１２の作用を簡単に説明すると、光源６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２２０に入射して断面形状が整形され、フライアイレンズ２２２に入射する。これにより、フライアイレンズ２２２の射出側焦点面に前述した２次光源が形成される。
【００４２】
上記の２次光源から射出された照明光ＩＬは、照明系開口絞り板２２４上のいずれかの開口絞りを通過し、第１リレーレンズ２２８Ａを経て固定レチクルブラインド２３０Ａ、可動レチクルブラインド２３０Ｂの矩形開口を通過する。そして、第２リレーレンズ２２８Ｂを通過してミラー２４０によって光路が垂直下方に折り曲げられ、コンデンサレンズ２３２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を均一な照度分布で照明する。
【００４３】
前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リニアモータ等から成る不図示のレチクルステージ駆動部によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向（Ｙ軸方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００４４】
レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、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１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報（又は速度情報）は、主制御装置２０に送られ、主制御装置２０ではその位置情報（又は速度情報）に基づいてレチクルステージ駆動部（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを移動させる。
【００４５】
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬは、例えば、両側テレセントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する不図示の複数のレンズエレメントから構成されている。また、この投影光学系ＰＬとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／６などのものが使用されている。このため、上述のようにして、照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域が照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小された像（部分倒立像）が、表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域に投影され転写される。
【００４６】
なお、本実施形態では、上記の複数のレンズエレメントのうち、特定のレンズエレメント（例えば、所定の５つのレンズエレメント）がそれぞれ独立に移動可能となっている。かかる特定のレンズエレメントの移動は、特定のレンズエレメント毎に設けられた３個のピエゾ素子等の駆動素子によって行われる。すなわち、これらの駆動素子を個別に駆動することにより、特定のレンズエレメントを、それぞれ独立に、各駆動素子の変位量に応じて光軸ＡＸに沿って平行移動させることもできるし、光軸ＡＸと垂直な平面に対して所望の傾斜を与えることもできるようになっている。本実施形態では、上記の駆動素子を駆動するための駆動指示信号は、主制御装置２０からの指令ＭＣＤに基づいて結像特性補正コントローラ２５１によって出力され、これによって各駆動素子の変位量が制御されるようになっている。
【００４７】
こうして構成された投影光学系ＰＬでは、主制御装置２０による結像特性補正コントローラ２５１を介したレンズエレメントの移動制御により、ディストーション、像面湾曲、非点収差、コマ収差、又は球面収差等の諸収差（光学特性の一種）が調整可能となっている。
【００４８】
前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置され、その上面にウエハホルダ２５が載置されている。このウエハホルダ２５上にウエハＷが例えば真空吸着等によって固定されている。
【００４９】
ウエハステージＷＳＴは、モータ等を含むウエハステージ駆動部２４により走査方向（Ｙ軸方向）及び走査方向に垂直な非走査方向（Ｘ軸方向）に駆動される。そして、このウエハステージＷＳＴによって、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光するためにウエハＷをレチクルＲに対して相対走査する動作と、次のショットの露光のための走査開始位置（加速開始位置）まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作が実行される。
【００５０】
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は、ウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１８によって、移動鏡１７を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は、主制御装置２０に送られ、主制御装置２０ではその位置情報（又は速度情報）に基づきウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴの駆動制御を行う。
【００５１】
また、ウエハステージＷＳＴは、ウエハステージ駆動部２４によりＺ軸方向、θｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向：ピッチング方向）、θｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向：ローリング方向）及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向：ヨーイング方向）にも微小駆動される。
【００５２】
また、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向側には、後述する波面センサ９０が嵌合可能な形状のセンサ取り付け部が形成されている。
【００５３】
前記アライメント検出系ＡＳは、投影光学系ＰＬの側面に配置されている。本実施形態では、ウエハＷ上に形成されたストリートラインや位置検出用マーク（ファインアライメントマーク）を観測する結像式アライメントセンサがアライメント検出系ＡＳとして用いられている。このアライメント検出系ＡＳの詳細な構成は、例えば、特開平９−２１９３５４号公報に開示されている。アライメント検出系ＡＳによる観測結果は、主制御装置２０に供給される。
【００５４】
更に、図１の装置には、ウエハＷ表面の露光領域内部及びその近傍の領域のＺ軸方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出するための斜入射方式のフォーカス検出系（焦点検出系）の一つである、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）が設けられている。この多点フォーカス位置検出系（２１，２２）の詳細な構成等については、例えば、特開平６−２８３４０３号公報に開示されている。多点フォーカス位置検出系（２１，２２）による検出結果は、主制御装置２０に供給される。
【００５５】
前記波面センサ９０は、筐体９４と、該筐体９４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と、筐体９４の内部に配置された検出器としてのＣＣＤ１１３ａ，１１３ｂとを備えている（図１の筐体９４の内部構成を示す図２参照）。なお、検出器としては、ＣＣＤに限らず、２次元イメージセンサであれば良く、ＭＯＳ型、ＦＥＴ型などの方式の２次元イメージセンサを使用することも可能である。
【００５６】
前記筐体９４は、受光光学系、及びＣＣＤ１１３ａ，１１３ｂを収納可能な形状を有しており、その最上部（＋Ｚ側端面）が開口した部材から成る。この筐体９４の最上部の平面視円形の開口（不図示）が、図２に示される標示板９９によって閉塞されている（図１参照）。
【００５７】
前記標示板９９は、例えばガラス基板を基材とし、その表面がウエハホルダ２５に固定されたウエハＷの表面と同じ高さ位置（Ｚ軸方向位置）に、光軸ＡＸ１と直交するように配置されている（図１参照）。この標示板９９の表面には、図２に示されるように、その中央部に開口９９ａが形成されている。また、標示板９９の表面における開口９９ａの周辺には、３組以上（図２では、４組）の２次元位置検出用マーク９９ｂが形成されている。この２次元位置検出用マーク９９ｂとしては、本実施形態では、Ｙ軸方向に沿って形成されたラインアンドスペースマークと、Ｘ軸方向に沿って形成されたラインアンドスペースマークとの組合せが採用されている。なお、ラインアンドスペースマークは、上述のアライメント検出系ＡＳによって検出可能となっている。また、開口９９ａ及び２次元位置検出用マーク９９ｂを除く標示板９９の表面は、反射面加工がなされている。かかる反射面加工は、例えば、ガラス基板にクロム（Ｃｒ）を蒸着することによって行われている。
【００５８】
前記受光光学系は、図２に示されるように、標示板９９の下方に設けられたコリメータレンズＣＬ、該コリメータレンズＣＬの下方（−Ｚ側）に配置された不図示のリレーレンズ系、該リレーレンズ系の下方（光路後方）に配置されたミラー１０１、該ミラー１０１の＋Ｙ側に順次配置されたハーフミラー１０３、ハーフミラー１０９、ミラー１１１、前記ハーフミラー１０３の＋Ｘ側に配置されたハーフミラー１０５、該ハーフミラー１０５の＋Ｚ側に順次配置されたマイクロレンズアレイＭＬＡ、及びミラー１０７等を備えている。
【００５９】
前記コリメータレンズＣＬは、開口９９ａを通って入射した光を平行光に変換する。この平行光の主光線の向き（光軸ＡＸ１の向き）がＺ軸方向と一致する状態でコリメータレンズＣＬが配置されている。
【００６０】
前記ミラー１０１は、コリメータレンズＣＬの下方に不図示のリレーレンズ系を介して配置されている。このミラー１０１は光軸ＡＸ１に沿って−Ｚ方向に向かって入射した光を反射面で反射した際に、その光の光路が＋Ｙ方向に偏向されるような向きで配置されている。
【００６１】
前記ハーフミラー１０３は、＋Ｙ方向に向かって入射した光の一部を反射面で反射した際に、その光の向きが＋Ｘ方向に偏向されるような向きで、ミラー１０１の光路後方（＋Ｙ側）に配置されている。
【００６２】
前記ハーフミラー１０９は、その反射面が、前述したミラー１０１の反射面に直交する向きでハーフミラー１０３の透過光路の後方（＋Ｙ側）に配置されており、＋Ｙ方向に向かって入射した光の一部をその反射面で反射した際に、その光の向きが＋Ｚ方向に偏向されるような向きで配置されている。
【００６３】
前記ミラー１１１は、ハーフミラー１０９の透過光路の後方に、前述したハーフミラー１０３と平行な向きで配置されている。
【００６４】
前記ハーフミラー１０５は、＋Ｘ方向に向かって入射した光をその反射面で反射した際に、その光の向きが＋Ｚ方向に偏向される向きで、ハーフミラー１０３の反射光路の後方に配置されている。
【００６５】
前記マイクロレンズアレイＭＬＡは、ハーフミラー１０５の反射光路上にＸＹ平面に平行に配置されている。なお、このマイクロレンズアレイＭＬＡについては後述する。このマイクロレンズアレイＭＬＡの＋Ｚ側に、ミラー１０７が前述したハーフミラー１０９に平行な向きで配置されている。この場合、マイクロレンズアレイＭＬＡを透過し＋Ｚ方向に向かって進む光が、ミラー１０７で＋Ｙ方向に向けて反射されるようになっている。
【００６６】
図３（Ａ）には、マイクロレンズアレイＭＬＡの平面図が示され、図３（Ｂ）には、マイクロレンズアレイＭＬＡの、図３（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面図（端面図）が示されている。
【００６７】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）によって総合的に示されるように、マイクロレンズアレイＭＬＡは、一辺の長さがＤ1である正方形状の多数のマイクロレンズ９８がマトリクス状に稠密に配列されたものである。なお、マイクロレンズ９８は、正の屈折力を有するレンズである。ここで、各マイクロレンズ９８の光軸は互いにほぼ平行になっている。なお、図３（Ａ）においては、マイクロレンズ９８が、７×７マトリクス状に配列されたものが、一例として示されている。
【００６８】
こうしたマイクロレンズアレイＭＬＡは、平行平面ガラス板にエッチング処理を施すことにより作成される。マイクロレンズアレイＭＬＡは、ミラー１０１、ハーフミラー１０３、及びハーフミラー１０５で反射された光を、マイクロレンズ９８毎に分割する。本実施形態では、マイクロレンズアレイＭＬＡの配置面は、投影光学系ＰＬの瞳面の共役面にほぼ一致しているので、その瞳面を通る光の波面がマイクロレンズアレイＭＬＡを構成する個々のマイクロレンズ９８によって分割される。
【００６９】
図２に戻り、前記ＣＣＤ１１３ａは、コリメータレンズＣＬに入射し、マイクロレンズアレイＭＬＡから射出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。また、ＣＣＤ１１３ａは、開口９９ａに形成される後述するピンホールパターンの像がマイクロレンズアレイＭＬＡの各マイクロレンズ９８によって再結像される結像面であって、開口９９ａの形成面の光学的な共役面に受光面を有している。すなわち、ＣＣＤ１１３ａは、その受光面に結像されたピンホールパターンの多数の像を撮像する。この撮像結果は、撮像データＩＭＤ１として主制御装置２０に送信される（図１参照）。
【００７０】
前記ＣＣＤ１１３ｂは、ハーフミラー１０３及びハーフミラー１０９を透過し、ミラー１１１で反射された光を受光する受光面を有しており、その受光面に結像された像を撮像する。この受光面は、投影光学系の瞳面と共役な面となっている。この撮像結果は、撮像データＩＭＤ２として主制御装置２０に供給される（図１参照）。
【００７１】
上記コリメータレンズＣＬ、不図示のリレーレンズ系、ミラー１０１，１０７，１１１、ハーフミラー１０３，１０５，１０９、マイクロレンズアレイＭＬＡ、及びＣＣＤ１１３ａ，１１３ｂは、不図示の支持部材をそれぞれ介して筐体９４に支持されている。なお、ミラー１０１，１０７，１１１については、筐体９４の内面に取り付けることとしても良い。
【００７２】
また、前記筐体９４の外形は、上述したウエハステージＷＳＴのセンサ取付部と嵌合する形状となっており、ウエハステージＷＳＴに対して着脱自在となっている（図１参照）。
【００７３】
更に、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基準マーク板の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系が設けられている。これらのレチクルアライメント系としては、例えば特開平７−１７６４６８号公報などに開示されているものと同様の構成のものが用いられている。
【００７４】
以下、本実施形態の露光装置１００による露光動作を、図４のフローチャートに沿って、適宜他の図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、ウエハＷ上への１層目の露光がすでに終了しており、２層目以降の露光を行うものとして説明する。また、以下の動作の前提として、波面センサ９０は、ウエハステージＷＳＴに装着されており、その波面センサ９０と主制御装置２０とが接続されているものとする（図１の端点ｃ、ｄ参照）。
【００７５】
また、ウエハステージＷＳＴに装着された波面センサ９０の標示板９９の開口９９ａとウエハステージＷＳＴとの位置関係は、２次元位置マーク９９ｂをアライメント検出系ＡＳで観察することにより、正確に求められているものとする。すなわち、ウエハ干渉計１８から出力される位置情報（速度情報）に基づいて、開口９９ａのＸＹ位置を正確に検出することができ、かつ、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴを移動制御することにより、開口９９ａを所望のＸＹ位置に精度良く位置決めできるものとする。なお、本実施形態では、開口９９ａとウエハステージＷＳＴとの位置関係は、アライメント検出系ＡＳによる４つの２次元位置マーク９９ｂの位置の検出結果に基づいて、特開昭６１−４４４２９号公報等に開示されている、いわゆるエンハンストグローバルアライメント（以下、「ＥＧＡ」という）等と同様な統計的な手法を用いて正確に検出される。
【００７６】
まず、図４のステップ３０２の投影光学系ＰＬの波面収差計測のサブルーチンの処理を行う。
【００７７】
このサブルーチン３０２では、まず、図５のステップ３３０において、不図示のレチクルローダにより、図６に示される波面収差計測用の計測用レチクルＲＴがレチクルステージＲＳＴにロードされる。計測用レチクルＲＴには、図６に示されるように、Ｎ個（図６では、Ｎ＝３×１１＝３３個）のピンホールパターンＰＨj（ｊ＝１〜Ｎ）がＸ軸方向及びＹ軸方向に沿ってマトリクス状に形成されている。なお、ピンホールパターンＰＨ1〜ＰＨNは、図６に点線で示されるスリット状の照明領域の大きさの領域内に形成されている。
【００７８】
次のステップ３３１では、所定の準備作業が行われる。すなわち、ウエハステージＷＳＴ上に配置された不図示の基準マーク板を使用した計測用レチクルＲＴの位置計測、例えば、レチクルアライメント検出系（不図示）による、投影光学系ＰＬを介した計測用レチクルのレチクルアライメントマークと対応する基準マーク板との相対位置の検出、更にアライメント検出系ＡＳを使用したベースラインの測定等が行われる。そして、収差測定が行われる最初のピンホールパターンＰＨ1が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置するように、レチクルステージＲＳＴが移動される。かかる移動は、主制御装置２０が、レチクル干渉計１６が検出したレチクルステージＲＳＴの位置情報（速度情報）に基づいて、レチクルステージ駆動部を制御することにより行われる。
【００７９】
次に、ステップ３３２において、波面センサ９０の標示板９９の開口９９ａが、ピンホールパターンＰＨ1の投影光学系ＰＬに関する共役位置（ピンホールパターンＰＨ1の場合には、光軸ＡＸ上）に位置するようにウエハステージＷＳＴを移動させる。かかる移動は、主制御装置２０が、ウエハ干渉計１８が検出したウエハステージＷＳＴの位置情報（速度情報）に基づいてウエハステージ駆動部２４を制御することにより行われる。この際、主制御装置２０は、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）の検出結果に基づいて、ピンホールパターンＰＨ1のピンホールを介した像が結像される像面に波面センサ９０の標示板９９の上面を一致させるべく、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に微少駆動する。
【００８０】
以上のようにして、最初のピンホールパターンＰＨ1からの球面波に関する投影光学系ＰＬの波面収差測定のための光学的な各装置の配置が終了する。こうした、光学的配置について、波面センサ９０の光軸ＡＸ１及び投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿って展開したものが、図７に示されている。なお、図７では、図示の便宜上、ミラー１０７、ハーフミラー１０９、及びミラー１１１を省略しており、また、以下の図７の説明においても、ミラー１０７，１１１、ハーフミラー１０９に関する説明は特に必要な場合を除き省略するものとする。
【００８１】
こうした光学配置において、照明光学系１２から照明光ＩＬが射出されると、計測用レチクルＲＴの最初のピンホールパターンＰＨ1に到達した光が、球面波となってピンホールパターンＰＨ1から射出される。そして、その光は、投影光学系ＰＬを介した後、波面センサ９０の標示板９９の開口９９ａに集光される。なお、最初のピンホールパターンＰＨ1以外のピンホールパターンＰＨ2〜ＰＨNを通過した光は、開口９９ａには到達しないようになっている。こうして開口９９ａに集光された光の波面は、投影光学系ＰＬの波面収差を含んだ略球面となる。
【００８２】
開口９９ａを通過した光は、コリメータレンズＣＬにより平行光に変換され、さらにリレーレンズ系を介してミラー１０１に入射する。ミラー１０１で反射された反射光は、ハーフミラー１０３に入射する。ハーフミラー１０３で反射された入射光の一部は、ハーフミラー１０５でさらに反射された後、マイクロレンズアレイＭＬＡに入射する。ここで、マイクロレンズアレイＭＬＡに入射する光の波面は、投影光学系ＰＬの波面収差を反映したものとなっている。すなわち、投影光学系ＰＬに波面収差が無い場合には、図７において点線で示されるように、その波面ＷＦは光軸ＡＸ１と直交する平面となるが、投影光学系ＰＬに波面収差が有る場合には、図７において二点鎖線で示されるように、その波面ＷＦ’は光軸ＡＸ１と直交する平面とはならず、その平面上の位置に応じた角度の傾きを有する面となる。
【００８３】
マイクロレンズアレイＭＬＡは、マイクロレンズ９８（図３（Ａ），図３（Ｂ）参照）ごとに、開口９９ａの像を、標示板９９の光学的な共役面すなわちＣＣＤ１１３ａの撮像面（受光面）に結像させる。マイクロレンズ９８に入射した光の波面が光軸と直交する場合には、そのマイクロレンズ９８の光軸とＣＣＤ１１３ａの撮像面の交点を中心とするスポット像が、ＣＣＤ１１３ａの撮像面に結像される。しかし、マイクロレンズ９８に入射した光の波面が傾いている場合には、その傾き量に応じた距離だけ、そのマイクロレンズ９８の光軸と撮像面の交点からずれた点を中心とするスポット像がＣＣＤ１１３ａの撮像面に結像される。一方、ハーフミラー１０３を透過した光は、その後ハーフミラー１０９を透過し、ミラー１１１で反射されＣＣＤ１１３ｂの撮像面に入射する。
【００８４】
図５に戻り、次いで、ステップ３３３において、主制御装置２０は、ＣＣＤ１１３ａ，１１３ｂにより、それら撮像面（受光面）に形成された像の撮像を行い、ＣＣＤ１１３ａの撮像により得られた撮像データＩＭＤ１、及びＣＣＤ１１３ｂの撮像により得られた撮像データＩＭＤ２をメモリ内に格納する。
【００８５】
次に、ステップ３３４において、主制御装置２０は、撮像データＩＭＤ１に基づいて、各スポット像の位置情報を検出する。かかる位置情報の算出にあたり、メモリから撮像データＩＭＤ１を読み出し、マイクロレンズアレイＭＬＡによりＣＣＤ１１３ａの撮像面に形成された各スポット像の光強度分布の重心を算出することにより、各スポット像の中心位置を算出する。そして、求められた各スポット像の中心位置を、マイクロレンズアレイＭＬＡによりＣＣＤ１１３ａの撮像面に形成された各スポット像の位置情報として、メモリに格納する。
【００８６】
次いで、ステップ３３５において、主制御装置２０は、撮像データＩＭＤ２に基づいて光源像のデータ抽出および位置検出処理を行う。このデータ抽出及び位置検出処理は、まず、メモリに格納されている撮像データＩＭＤ２を読み出す。
【００８７】
図８には、撮像データＩＭＤ２の一例が示されている。図８では、撮像データＩＭＤ２が、その画像イメージのまま、マトリクス状（正方形状）に示されている。図８に示されるように、この撮像データＩＭＤ２には、略中心部に点線で示される光源像Ｂが含まれており、光源像Ｂではそれ以外の背景の部分よりも輝度値が高くなっている。図８では、光源像Ｂは楕円状に示されているが、光源像Ｂとその背景の境界は実際には明確ではない。また、光源像Ｂの内部においても、その輝度は、均一でなく、ある程度の範囲に分布しており、前述のように２次光源がフライアイレンズ２２２による多数の点光源である場合には、図８に示されるように、蜂の巣のような形状となる。しかも、光源像Ｂの蜂の巣のような形状の部分の中には、その輝度値が、背景における輝度値よりも低くなっている部分が存在する場合もある。
【００８８】
本実施形態では、この光源像Ｂを抽出対象とするが、前述のように光源像Ｂの輝度が均一でない場合、光源像Ｂに対応する画素を直接抽出するのは困難である。したがって、本実施形態では、この光源像Ｂよりも輝度が均一である背景（撮像データＩＭＤ２の中の光源像Ｂ以外の部分）を特定の被検出体として抽出することによって、結果的に、抽出対象である光源像Ｂのデータを抽出する。
【００８９】
そして、該光源像Ｂのデータを用いて、光源像Ｂの中心位置や大きさなどの光源像Ｂの位置情報を検出する。ここで検出された光源像Ｂの位置情報は、メモリに格納する。
【００９０】
図５に戻り、次のステップ３３６において、メモリからマイクロレンズアレイＭＬＡによりＣＣＤ１１３ａの撮像面に形成された各スポット像の位置情報を読み出して、計測用レチクルＲＴにおける最初のピンホールパターンＰＨ1を介した光に関する投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。かかる波面収差の算出は、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置と、検出されたスポット像位置との差から、ツェルニケ多項式の係数を求めることにより行われる。本実施形態では、主制御装置２０は、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置と検出されたスポット像位置との差を求める際には、前述した光源像Ｂの中心位置や大きさなどに基づいて、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置（スポット像のずれ量を算出するための基準位置）を補正する。このようにすれば、波面センサ９０に入射される光の光軸のずれに起因する、波面収差が無いときの各スポット像の基準位置の誤差をキャンセルすることができ、より高精度に波面収差を求めることができる。
【００９１】
次に、ステップ３３７において、全てのピンホールパターンに関して投影光学系ＰＬの波面収差を算出したか否かが判定される。この段階では、最初のピンホールパターンＰＨ1についてのみ投影光学系ＰＬの波面収差を測定しただけなので、否定的な判定がなされ、処理はステップ３３８に移行する。
【００９２】
ステップ３３８では、波面センサ９０の標示板９９の開口９９ａが、次のピンホールパターンＰＨ2の投影光学系ＰＬに関する共役位置にウエハステージＷＳＴを移動させる。かかる移動は、主制御装置２０が、ウエハ干渉計１８によって検出されたウエハステージＷＳＴの位置情報（速度情報）に基づいて、ウエハステージ駆動部２４を制御することにより行われる。なお、このときも、主制御装置２０が、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）の検出結果に基づいて、ピンホールパターンＰＨ2を介した像が結像される像面に波面センサ９０の標示板９９の上面を一致させるべく、必要に応じて、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に微少駆動する。
【００９３】
そして、上記のピンホールパターンＰＨ1の場合と同様にして、投影光学系ＰＬの波面収差が測定される。そして、波面収差の測定結果は、ピンホールパターンＰＨ2の位置とともに、メモリに格納される。
【００９４】
以後、上記と同様にして、全てのピンホールパターンに関する投影光学系ＰＬの波面収差が順次測定され、開口パターンごとの測定結果を開口パターンの位置とともに波面測定結果データとしてメモリに格納する。こうして全てのピンホールパターンに関する投影光学系ＰＬの波面収差を測定すると、ステップ３３７における判断が肯定され、図４のメインルーチンのステップ３０４にリターンする。
【００９５】
ステップ３０４では、上で求めた投影光学系ＰＬの視野内のＮ個の計測点における波面収差のデータに基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差が全ての計測点で許容値以下であるか否かを判断する。そして、この判断が否定された場合には、ステップ３０６に移行して、投影光学系ＰＬの波面収差の計測結果に基づき、現在発生している波面収差を低減させるように、結像特性補正コントローラ２５１を介してレンズエレメントを駆動して投影光学系ＰＬの波面収差の調整を行う。なお、場合によっては、人手により投影光学系ＰＬのレンズエレメントのＸＹ平面内での移動やレンズエレメントの交換を行うこととしても良い。
【００９６】
その後、ステップ３０２のサブルーチンの処理を行い、調整された投影光学系ＰＬに関する波面収差を上記と同様にして計測する。以後、ステップ３０４において肯定的な判断がなされるまで、投影光学系ＰＬの波面収差の調整（ステップ３０６）と、波面収差の計測（ステップ３０２）とを繰り返し実行する。そして、ステップ３０４において肯定的な判断がなされると、ステップ３０８に移行する。
【００９７】
ステップ３０８において、主制御装置２０は、不図示の入出力装置を介してアラーム音を発するとともにディスプレイ画面上に「波面収差計測終了」を表示するなどして、オペレータに波面収差を計測した旨を通知する。
【００９８】
次のステップ３１０において、主制御装置２０は、波面センサ９０がウエハステージＷＳＴから取り外されるのを待ち、波面センサ９０がウエハステージＷＳＴから取り外されたことを例えば不図示のセンサの出力又はオペレータからの通知などにより確認すると、ステップ３１２に移行する。
【００９９】
ステップ３１２において、主制御装置２０は、不図示のレチクルローダを介してレチクルステージＲＳＴ上にロードされている計測用レチクルＲＴをアンロードするとともに、転写したいパターンが形成されたレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上にロードする。
【０１００】
次のステップ３１３において、主制御装置２０は、前述のレチクルアライメント系及び不図示の基準マーク板を用いたレチクルアライメント、アライメント検出系ＡＳ及び基準マーク板を用いたベースライン計測を、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で行う。
【０１０１】
次のステップ３１４では、不図示のウエハローダを介してウエハステージＷＳＴ上のウエハ交換を行う（但し、ウエハステージＷＳＴ上にウエハがロードされていない場合は、ウエハを単にロードする）。
【０１０２】
次のステップ３１６では、ウエハＷに対するアライメント（例えばＥＧＡ方式のウエハアライメントなど）を行う。このウエハアライメントの結果、ウエハＷ上の複数のショット領域の配列座標が精度良く求められる。
【０１０３】
次のステップ３１８では、上記のウエハアライメントの結果に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のために走査開始位置（加速開始位置）にウエハステージＷＳＴを移動させる動作と、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを同期してＹ軸方向に相対走査しつつレチクルＲを照明光ＩＬで照明してレチクルＲのパターンをウエハＷ上のショット領域に転写する動作とを繰り返す、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う。
【０１０４】
なお、上記の相対走査中、特に走査露光中には、レチクル干渉計１６によって検出されるレチクルステージＲＳＴのＸＹ位置の情報、ウエハ干渉計１８によって検出されるウエハステージＷＳＴの位置情報、及び多点フォーカス位置検出系（２１，２２）によって検出されるウエハＷのＺ位置及びレベリング情報などに基づいて、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの位置関係が適切に保たれるよう、主制御装置２０により、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置制御が行われる。
【０１０５】
次のステップ３２０では、予定枚数（例えば１ロット）のウエハに対する露光が終了したか否かを判断し、この判断が否定されると、ステップ３１４に戻り、以後、ステップ３２０における判断が肯定されるまで、ステップ３１４→３１６→３１８→３２０のループの処理を繰り返し行う。
【０１０６】
そして、予定枚数のウエハに対する露光が終了すると、ステップ３２０における判断が肯定され、本ルーチンの一連の処理を終了する。
【０１０７】
ところで、本実施形態の波面センサ９０は、図１２に示される従来の波面センサ９０’と比較して、ミラー、ハーフミラーの数及びこれらの配置が異なっている。以下、本実施形態で図２のようにミラーやハーフミラーを配置した理由について、図９（Ａ）〜図１１（Ｄ）に基づいて説明する。
【０１０８】
図９（Ａ）には、投影光学系ＰＬから射出され、波面センサ９０の受光光学系に入射し、ハーフミラー１０３で反射され、マイクロレンズアレイＭＬＡを経由してＣＣＤ１１３ａにて検出される光の主光線の光路が示されている。この図９（Ａ）に示されるように、この光路上には、相互に対を成すミラー１０１、１０７と、相互に対を成すハーフミラー１０３、１０５が配置されている。
【０１０９】
投影光学系ＰＬから射出され、波面センサ９０の受光光学系に入射した光は、受光光学系を構成するコリメータレンズＣＬ（図２参照）、リレーレンズ系（不図示）を介して図９（Ａ）に示されるミラー１０１に入射し、該ミラー１０１の反射面で反射され、その光路が＋Ｙ方向に折り曲げられる。
【０１１０】
ここで、ミラー１０１に入射する光には、通常、その振動方向がミラー１０１の反射面に対する光の入射面に平行なＰ偏光成分と、その振動方向が前記入射面に垂直なＳ偏光成分とが含まれるが、図９（Ａ）では、ミラー１０１に入射する光のＰ偏光成分のみが示されている。以下においては、このＰ偏光成分を、「着目する偏光成分」と呼ぶものとする。
【０１１１】
次いで、ミラー１０１で反射された光は、ハーフミラー１０３に入射するが、このとき前記着目する偏光成分は、図９（Ａ）からもわかるように、その振動方向がハーフミラー１０３ヘの光の入射面に関して垂直な偏光成分（Ｓ偏光成分）としてハーフミラー１０３に入射する。このハーフミラー１０３では、入射した光の一部を反射し、残りを透過させる。
【０１１２】
ハーフミラー１０３で反射され、その光路が＋Ｘ方向に折り曲げられた光は、ハーフミラー１０５に入射するが、このとき、前記着目する偏光成分は、図９（Ａ）からもわかるように、その振動方向がハーフミラー１０５への光の入射面に対して平行な偏光成分（Ｐ偏光成分）として、ハーフミラー１０５に入射する。このハーフミラー１０５では、入射した光の一部を反射し、残りを透過させる。
【０１１３】
ハーフミラー１０５で反射され、その光路が＋Ｚ方向に折り曲げられた光は、マイクロレンズアレイＭＬＡを介してミラー１０７に入射する。このとき、前記着目する偏光成分は、図９（Ａ）からもわかるように、その振動方向成分がミラー１０７の反射面への光の入射面に対して垂直な偏光成分（Ｓ偏光成分）としてミラー１０７に入射する。なお、ここでは、マイクロレンズアレイＭＬＡによる光の分割などに関する説明は省略する。
【０１１４】
このように、本実施形態では、ＣＣＤ１１３ａで検出（受光）されるまでの間に、相互に対をなす同一性能のミラー１０１、１０７では、前記着目する偏光成分が、Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分としてそれぞれ反射され、相互に対をなす同一性能のハーフミラー１０３、１０５では、前記着目する偏光成分が、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分としてそれぞれ反射されている。
【０１１５】
ミラー１０１に入射する光のＳ偏光成分を、「着目する偏光成分」とした場合には、上記と反対に、ＣＣＤ１１３ａで検出（受光）されるまでの間に、ミラー１０１、１０７では、前記着目する偏光成分が、Ｓ偏光成分、Ｐ偏光成分としてそれぞれ反射され、ハーフミラー１０３、１０５では、前記着目する偏光成分が、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分としてそれぞれ反射されることになる。
【０１１６】
すなわち、本実施形態の波面センサ９０では、投影光学系ＰＬから射出され、波面センサ９０の受光光学系（光学系）に入射する光に含まれる偏光方向が直交する２つの偏光成分（Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分）が、ＣＣＤ１１３ａに到達するまでの間に、相互に対をなすミラー１０１、１０７のそれぞれ、及び相互に対をなすハーフミラー１０３、１０５のそれぞれで反射されるような位置関係で、ミラー１０１、１０７、及びハーフミラー１０３、１０５がそれぞれ配置されている。
【０１１７】
図１０（Ｄ）は、図９（Ａ）の受光光学系を構成するミラーとＣＣＤとを取り出した状態を模式的に示す図である。ここでは、２枚のミラーを「ミラーＭ１」，「ミラーＭ２」として示している。また、図１０（Ｂ）は、図１３の従来の波面センサ９０’のような波面センサからミラーとＣＣＤとを取り出した状態を模式的に示す図である。ここでは、１枚のミラーを「ミラーＭ」として示している。
【０１１８】
ここで、図１０（Ｄ）のミラー配置の場合と図１０（Ｂ）のミラー配置の場合とを比較した、波面センサの収差の検出精度の差異について説明する。
【０１１９】
図１０（Ａ）は、図１０（Ｂ）のミラー配置で、収差を検出したときのセンサの出力値を説明するための図である。
【０１２０】
ここでは前提として、図１０（Ａ）に示されるように、ミラーＭのＳ偏光成分の反射率が７０％であり、Ｐ偏光成分の反射率が８５％であるものとする。また、入射する光の各偏光成分の実際の収差は＋１０ｍλ、−１０ｍλであるものとする。この場合、ＣＣＤ１１３ａの撮像データに基づいて最終的に収差が算出されるのであるが、ここでは、波面センサ９０の出力としてその収差が出力されるものとする。この場合、センサの出力理論値は、｛＋１０＋（−１０）｝／２＝０ｍλとなるはずである。
【０１２１】
ここで、収差の各偏光成分毎の計測値は、実際、反射率に比例するものではなく、Ｐ偏光成分の反射率とＳ偏光成分の反射率のうち、反射率の大きい方の偏光成分の収差については、実際の収差量を計測することができるようになっている。
【０１２２】
すなわち、反射率の大きい方の偏光成分については、実質、反射率１００％とみなすことが可能である。
【０１２３】
従って、各成分の反射率（７０％，８５％）を規格化することにより、Ｐ偏光成分の反射率（８５％）を１００％、Ｓ偏光成分の反射率を７０／０．８５＝８２．３（％）とみなすことができる。これにより、Ｐ偏光成分の収差が（−１０）×１００／１００＝−１０（ｍλ）として検出される一方で、Ｓ偏光成分の収差は１０×８２．３／１００≒＋８．２（ｍλ）となり、出力値は両収差の平均値｛（−１０）＋８．２｝／２＝−０．９（ｍλ）となる。
【０１２４】
このように、実際には収差が存在していない場合（収差が０ｍλの場合）であっても、ミラーＭの反射における偏光特性に起因して−０．９ｍλだけ収差が存在するように出力されてしまうのである。
【０１２５】
図１０（Ｃ）は、図１０（Ｄ）のミラー配置で、投影光学系の収差を検出したときの波面センサの出力値を説明するための図である。この場合、ミラーＭ１，Ｍ２としては、上述したミラーＭと同一の性能のミラーが用いられるものとする。また、入射する光の各偏光成分の実際の収差は、図１０（Ａ）の場合と同様に＋１０ｍλ、−１０ｍλであるものとする。なお、図１０（Ｃ）におけるＳ偏光成分、Ｐ偏光成分とは、受光光学系、すなわちミラーＭ１に対して入射する入射光に含まれる各偏光成分を指す。
【０１２６】
この場合、ミラーＭ１でＳ偏光成分として反射率７０％で反射された入射光のＳ偏光成分は、ミラーＭ２ではＰ偏光成分として反射率８５％で反射されるので、全体としての反射率は０．７０×０．８５×１００＝５９．５（％）となっている（図１０（Ｃ）参照）。
【０１２７】
同様に、ミラーＭ１でＰ偏光成分として反射された入射光のＰ偏光成分は、ミラーＭ２ではＳ偏光成分として反射されるので、全体としての反射率は０.８５×０．７０×１００＝５９．５（％）となっている（図１０（Ｃ）参照）。
【０１２８】
ここで、前述と同様に、各反射率を規格化する（この場合、反射率５９．５％を１００％に規格化する）とすると、入射光に含まれるＳ偏光成分もＰ偏光成分も全体としての反射率は一致しているのでいずれも１００％となる。従って、波面センサでの検出値は、Ｓ偏光成分の収差が＋１０ｍλ、Ｐ偏光成分の収差が−１０ｍλとなり、出力はこれらの平均値である０ｍλとなる。このように、図９（Ａ）に示されるようにしてミラーを配置することにより、実際の収差と計測された収差の出力値との間に誤差が生じることがなく、高精度な収差計測を行うことが可能となる。
【０１２９】
また、ハーフミラー１０３，１０５については、ミラーＭ１，Ｍ２、すなわちミラー１０１，１０７と同様の結果を得られることは、特に説明を要しないであろう。従って、図９（Ａ）に示されるようなミラー及びハーフミラーの配置を採用することにより、反射面の偏光特性に起因する収差の計測誤差の発生を抑制することができる。従って、本実施形態の波面センサ９０を用いることにより、ＣＣＤ１１３ａの撮像データＩＭＤ１に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差を精度良く計測することが可能となる。
【０１３０】
図９（Ｂ）には、波面センサ９０の受光光学系に入射し、ハーフミラー１０３を透過してマイクロレンズアレイＭＬＡを介さずにＣＣＤ１１３ｂにて検出される光の主光線の光路が示されている。この図９（Ｂ）に示されるように、この光路上には、相互に対を成すミラー１０１、１１１と、相互に対を成すハーフミラー１０３、１０９が配置されている。
【０１３１】
ここで、ミラー１０１とミラー１１１とは、前述した図９（Ａ）のミラー１０１、１０７と同様に、着目する偏光成分がＰ偏光成分、Ｓ偏光成分としてそれぞれ反射される関係にある。また、ハーフミラー１０３とハーフミラー１０９とは、着目する偏光成分がＰ偏光成分、Ｓ偏光成分としてそれぞれ透過される関係にある。
【０１３２】
図１１（Ｄ）は、図９（Ｂ）の受光光学系を構成するハーフミラーとＣＣＤを取り出した状態を模式的に示す図である。また、図１１（Ｂ）は、図１２の従来の波面センサ９０’からハーフミラーとＣＣＤの配置のみを取り出した状態を模式的に示す図である。
【０１３３】
ここで、図１１（Ｄ）におけるＣＣＤ１１３ｂと図１１（Ｂ）におけるＣＣＤ９５2との照明強度（１００ｍＪ）の検出精度の差異について説明する。
【０１３４】
図１１（Ａ）には、図１１（Ｂ）に示されるように１枚のハーフミラーＨＭを透過した光を検出したときの照明強度の出力値を説明するための図が示されている。ここで、図１１（Ｂ）に示されるように、入射する光のうちのＳ偏光成分の照明強度が１１０ｍＪで、Ｐ偏光成分の照明強度が９０ｍＪであり、全体としての照明強度がこれらの平均値である１００ｍＪであるものとする。
【０１３５】
また、ハーフミラーＨＭにおける透過率は、Ｓ偏光成分については７０％であり、Ｐ偏光成分については８５％であり、これら透過率の平均値が７７．５％であるとする。
【０１３６】
すなわち、入射する光の照明強度は、ハーフミラーＨＭを透過する際に７７．５％に減光されるため、ＣＣＤ１１３ｂでは７７．５ｍＪと検出されることがわかっている。従って、ここでは、ＣＣＤ１１３ｂにおける検出結果が７７．５ｍＪのときに波面センサの出力値が「１００ｍＪ」となるように予め設定されているものとする。
【０１３７】
図１１（Ａ）において、Ｓ偏光成分についてＣＣＤ９５2で検出される照明強度は１１０（ｍＪ）×７０（％）／１００＝７７（ｍＪ）であり、Ｐ偏光成分についてＣＣＤ９５2で検出される照明強度は７６．５（ｍＪ）であるため、実際にＣＣＤ９５2により検出されるのはこれらの平均値（７７＋７６．５）／２＝７６．７５（ｍＪ）となる。
【０１３８】
ここで、本例では、上述のように、検出結果が７７．５（ｍＪ）のときには１００ｍＪと出力されるように予め設定されていることから、検出結果が７６．７５ｍＪのときには、７６．７５／７７．５×１００＝９９（ｍＪ）と出力されることになる。このように、ハーフミラーＨＭを透過した光を検出する場合には、ハーフミラーの偏光特性の影響を受けて、照明強度の出力値に誤差（−１ｍＪ）が生じることがわかる。
【０１３９】
図１１（Ｃ）には、図１１（Ｄ）に示されるように２枚のハーフミラーＨＭ１，ＨＭ２を透過した光を検出したときの照明強度の出力値を説明するための図が示されている。この場合、ハーフミラーＨＭ１,ＨＭ２としては、上述したハーフミラーＨＭと同一の性能のミラーが用いられるものとする。また、入射する光の各偏光成分の実際の強度は、図１１（Ａ）の場合と同様に、Ｓ偏光成分の照明強度が１１０ｍＪであり、Ｐ偏光成分の照明強度が９０ｍＪであり、それらの平均値が１００ｍＪであるものとする。なお、図１１（Ｃ）におけるＳ偏光成分、Ｐ偏光成分とは、受光光学系、すなわちハーフミラーＨＭ１に対して入射する入射光に含まれる各偏光成分を指す。
【０１４０】
この場合、２枚のハーフミラーに対する光の全体としての透過率は、Ｓ偏光成分、Ｐ偏光成分のいずれも０．７０×０．８５×１００＝５９．５（％）となり、各偏光成分の全体としての透過率の平均値は５９．５％となる。
【０１４１】
すなわち、入射する光の照明強度（１００ｍＪ）は、２枚のハーフミラーにおいて５９．５％に減光され、５９．５ｍＪと検出されるので、ＣＣＤ１１３ｂにおける検出結果が５９．５ｍＪのときに出力値が「１００ｍＪ」となるように予め設定されているものとする。
【０１４２】
ここで、Ｓ偏光成分については照明強度が１１０ｍＪであるので、ＣＣＤ１１３ｂでの検出値は１１０×５９．５＝６５．４５（ｍＪ）となり、Ｐ偏光成分については照明強度が９０ｍＪであるので、ＣＣＤ１１３ｂで検出される検出値は９０×５９．５＝５３．５５（ｍＪ）となる。従って、実際に検出される値はそれらの平均値（６５．４５＋５３．５５）／２＝５９．５（ｍＪ）となる。
【０１４３】
前述のように、本例の波面センサでは、ＣＣＤ１１３ｂによる検出値が５９．５（ｍＪ）の場合に、出力値が１００（ｍＪ）となるように設定されていることから、ＣＣＤ１１３ｂの検出値が５９．５（ｍＪ）である場合には、出力値は１００（ｍＪ）となる。従って、図９（Ｂ）のようなハーフミラー配置を採用することで、図１２のようなハーフミラー配置を採用する場合のように実際の照明強度と計測された照明強度の出力値との間に誤差が生じることがなくなり、高精度な照明強度の計測を行うことが可能になる。
【０１４４】
また、図９（Ｂ）に示されるミラー１０１，１１１についても、上記のハーフミラーの透過率をそれらのミラーの反射率に置き換えることにより、上述したハーフミラー１０３，１０９の場合と同様の結果を得られることは、特に説明を要しないであろう。従って、ミラー及びハーフミラーを図９（Ｂ）に示されるように配置することにより、ミラー、ハーフミラーの偏光特性に起因する照明強度の計測誤差の発生を抑制することができる。従って、本実施形態の波面センサ９０を用いることにより、ＣＣＤ１１３ｂの撮像データＩＭＤ２に基づいて、投影光学系ＰＬの瞳像を精度良く計測することが可能となる。
【０１４５】
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る波面センサ９０によると、上述した受光光学系内部の各ミラー、ハーフミラーの配置を採用することで、ミラーや反射ミラーなどの偏光特性の影響を受けることなく、投影光学系ＰＬの瞳像（前述した光源像Ｂ）及び波面収差などの光学特性を精度良く計測することができる。また、本実施形態の波面センサ９０を用いた投影光学系ＰＬの波面収差の計測に際しては、主制御装置２０が、検出されたスポット像位置とスポット像のずれ量を算出するための基準位置（波面収差が無いときに期待される各スポット像位置）との差を求める際に、上述の如く精度良く検出された光源像Ｂの中心位置や大きさなどに基づいて、スポット像のずれ量を算出するための基準位置を補正することができる。これにより、波面センサ９０に入射される光の光軸のずれに起因する各スポット像の基準位置の誤差をキャンセルすることができ、より高精度に波面収差を求めることができる。
【０１４６】
また、本実施形態の露光装置１００では、光学特性計測装置（波面センサ９０）により上述のように投影光学系ＰＬの光学特性として、総合的な収差である波面収差をオン・ボディにて精度良く計測することができる。そして、この投影光学系ＰＬの波面収差に基づいて、投影光学系ＰＬを調整した後、十分に諸収差が低減された投影光学系ＰＬを用いて露光が行われるので、レチクルＲに形成されたパターンをウエハＷ上に精度良く転写することが可能となる。
【０１４７】
なお、波面センサ９０は、光学系の収差測定以外の様々な光学系の光学特性の測定（例えば、反射鏡の形状等の様々な光学系の光学特性の計測）にも適用することができる。本実施形態では、例えば、この波面センサ９０を用いて、照明σの計測を適宜なときに実行することができる。すなわち、例えば、レチクルＲをレチクルステージＲＳＴに保持しない状態、あるいはレチクルステージＲＳＴ上に照射される光を遮蔽しないガラスレチクルを保持した状態とし、前述のステップ３１２（図４参照）の動作と同様に、波面センサ９０の標示板９９の開口９９ａが光軸ＡＸ上に位置するように、ウエハステージＷＳＴを移動させる。かかる移動は、前述と同様に、主制御装置２０が、ウエハ干渉計１８によって検出されたウエハステージＷＳＴの位置情報（速度情報）に基づいて、ウエハステージ駆動部２４を制御することにより行われる。こうした光学配置において、照明系から射出された照明光ＩＬが、投影光学系ＰＬを介した後、波面センサ９０の標示板９９の開口９９ａに到達するようになる。
【０１４８】
開口９９ａを通過した光は、コリメータレンズＣＬにより平行光に変換され、さらに不図示のリレーレンズ系、ミラー１０１を介した後、ハーフミラー１０３に入射する。ハーフミラー１０３を透過した光は、更にハーフミラー１０９を透過し、ミラー１１１で反射されＣＣＤ１１３ｂに入射する。このとき、ＣＣＤ１１３ｂにより、それら撮像面（受光面）に形成された光源像の撮像が行われる。
【０１４９】
その撮像データＩＭＤ２は、主制御装置２０に送信され、その後、前述と同様のデータ抽出方法を実行することによって、光源像に対応する各画素が抽出され、その光源像の位置や大きさが検出される。
【０１５０】
照明σは、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面における光源像の大きさと、その入射瞳の大きさとの比で定義される。入射瞳の大きさが既知であり、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面の位置及びその入射瞳面の共役面である波面センサ９０のＣＣＤ１１３ｂの撮像面の位置が既知であり、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面における光源像に対するＣＣＤ１１３ｂの撮像面における光源像の倍率も既知であるとすると、主制御装置２０において、位置情報データに含まれる、ＣＣＤ１１３ｂによって撮像された光源像の大きさから照明σを求めることができる。
【０１５１】
すなわち、照明σを求める際にも、ＣＣＤ１１３ｂによって撮像された光源像を検出対象として、光源像の大きさを波面センサ９０において精度良く検出することができるため、高精度に照明σを計測することができる。
【０１５２】
なお、上記実施形態では、ＣＣＤ１１３ａ、ＣＣＤ１１３ｂにより検出される光がそれぞれ一対のミラーと一対のハーフミラーを介している場合について説明したが、本発明がこれに限られるものではなく、例えば、ミラーのみ又はハーフミラーのみを光路上に配置するような構成を採用してもよい。
【０１５３】
例えば、一対のミラーを光路上に配置する場合において、その一対のミラー相互間の例えば投影光学系の瞳面の共役面の位置で光路に対して挿入・離脱可能にマイクロレンズアレイを設けても良い。勿論、この場合の一対のミラーは、例えば前述した一対のミラー１０１、１１１と同様の位置関係で配置される。このような構成を採用することにより、上記実施形態と同様、ミラーの偏光特性の影響を受けることなく高精度な光学特性の計測可能であるとともに、マイクロレンズアレイが光路に対して挿入・離脱であることから、ＣＣＤや光路上の光学素子の数を減らすことができ、波面センサの小型化を図ることが可能となる。
【０１５４】
なお、照明σが測定される照明条件は、通常照明に限られるものではなく、輪帯照明や４極照明等でもよい。すなわち、照明光学系の瞳面上で照明光が分布する領域は、円形や楕円形等に限られるものではなく、輪帯、あるいは照明光学系の光軸からほぼ等距離に分布する複数の局所領域等であってもよい。
【０１５５】
なお、上記実施形態では、計測用レチクルＲＴにおける開口パターンの数を１１×３＝３３としたが、所望の波面収差の計測精度に応じて、数を増減することが可能である。また、マイクロレンズアレイ９４におけるマイクロレンズ９８の配列数や配列態様も、所望の波面収差の計測精度に応じて変更することが可能である。
【０１５６】
また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの波面収差の計測に際し、レチクルステージＲＳＴ上に計測用レチクルＲＴをロードするものとしたが、計測用レチクルと同様のピンホールパターンが形成されたパターン板をレチクルステージＲＳＴに常設しておき、このパターン板を投影光学系ＰＬの視野に対して位置合わせして、投影光学系ＰＬの波面収差の計測を行うようにしても良い。
【０１５７】
また、同様に、波面収差を精度良く求めるために、波面収差を算出するまでのいずれかの時点で、ＣＣＤの暗電流を計測しておき、各画素の値（輝度値）を求める際に、この暗電流に起因するオフセットを補正しても良い。かかるオフセット補正は、前述した瞳像計測などの場合に行うと良い。
【０１５８】
また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの波面収差計測及び波面収差調整を、露光装置が組み立てられた後の定期メンテナンス時等に行い、その後のウエハの露光に備える場合について説明したが、露光装置の製造における投影光学系ＰＬの調整時に、上記の実施形態と同様にして、波面収差の調整を行っても良い。なお、露光装置の製造時における投影光学系ＰＬの調整にあたっては、上記の実施形態において行われる投影光学系ＰＬを構成する一部のレンズエレメントの位置調整に加えて、他のレンズエレメントの位置調整、レンズエレメントの再加工、レンズエレメントの交換等を行うことが可能である。
【０１５９】
また、上記実施形態では、波面センサ９０がウエハステージＷＳＴに対して着脱自在になっている場合について説明したが、これに限らず、波面センサ９０はウエハステージＷＳＴに常設されても良い。
【０１６０】
また、上記実施形態では、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズ２２２が用いられるとしたが、その代わりに、マイクロフライアイレンズが用いられてもよい。この場合には、フライアイレンズ２２２が用いられたときよりも光源像の強度分布がより均一となるので、光源像に対応する各画素の抽出がより容易となる。また、オプティカルインテグレータとして内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）を用いることもできるが、この場合には、光源像としてその虚像を検出することになる。
【０１６１】
なお、上記実施形態では、シャック−ハルトマン方式の波面センサに本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ハーフミラー、ミラーなどをその受光光学系内に有し、目的とする光学特性の計測ができる装置であれば、本発明を適用することは可能である。
【０１６２】
また、上記実施形態の露光装置の光源６としては、Ｆ2レーザ光源、ＡｒＦエキシマレーザ光源、ＫｒＦエキシマレーザ光源などの紫外パルス光源に限らず、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。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および拡大系のいずれでも良い。
【０１６３】
また、上記実施形態では、走査型露光装置の場合を説明したが、本発明は、投影光学系を備える露光装置であれば、ステップ・アンド・リピート機、ステップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・スティッチング機を問わず適用することができる。
【０１６４】
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標示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、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。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明の光学特性計測装置は、被検光学系の光学特性を計測するのに適している。また、本発明の露光装置は、マスクに形成されたパターンを感光物体上に転写するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【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の波面センサを構成する光学系を概略的に示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、−Ｙ側から＋Ｙ側に見たマイクロレンズアレイの正面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１の露光装置における露光動作に際しての主制御装置２０の処理アルゴリズムを簡略化して示すフローチャートである。
【図５】図４のステップ３０２の処理を示すフローチャートである。
【図６】計測用レチクルの一例を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態におけるスポット像の撮像時における光学配置を説明するための図である。
【図８】撮像データＩＭＤ２のイメージ図である。
【図９】図９（Ａ）は、投影光学系ＰＬから射出され、波面センサの受光光学系に入射し、ハーフミラー１０３で反射され、マイクロレンズアレイＭＬＡを経由してＣＣＤ１１３ａにて検出される光の主光線の光路を示す図であり、図９（Ｂ）は、波面センサ９０の受光光学系に入射し、ハーフミラー１０３を透過してマイクロレンズアレイＭＬＡを介さずにＣＣＤ１１３ｂにて検出される光の主光線の光路を示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、従来の収差計測の精度を説明するための図であり、図１０（Ｃ），図１０（Ｄ）は、一実施形態に係る収差計測の精度を説明するための図である。
【図１１】図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、従来の照明強度計測の精度を説明するための図であり、図１１（Ｃ），図１１（Ｄ）は、一実施形態に係る照明強度計測の精度を説明するための図である。
【図１２】従来の波面センサを概略的に示す図である。
【符号の説明】
【０１６７】
９０…波面センサ（光学特性計測装置）、１００…露光装置、１０１，１０７，１１１…反射光学素子（ミラー）、１０３，１０５，１０９…ハーフミラー（半透過型の反射光学素子）、１１３ａ，１１３ｂ…ＣＣＤ（検出器）、ＰＬ…投影光学系（被検光学系）、Ｒ…レチクル（マスク）、Ｗ…ウエハ（感光物体）、ＷＳＴ…ウエハステージ（ステージ）。
【図１】
2005150455.tif 000003
【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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【図１２】
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