(57)【要約】【課題】  光学系により形成される各種パターンの空間像を同時かつ個別に計測することができる計測装置を提供する。【解決手段】  光学系を介して形成された空間像を計測する計測装置５９において、前記空間像の位置に配置され、複数の計測用パターンＰ１〜Ｐ６が形成された基準部材２９Ａと、前記複数の計測用パターンＰ１〜Ｐ６を介した各々の計測光をそれぞれ集光する複数の集光光学系８２Ｄ〜８２Ｆと、前記複数の集光光学系８２Ｄ〜８２Ｆを介した前記計測光を伝送する伝送光学系９０Ａ，９２Ａ，９０Ｂ，９２Ｂと、前記伝送光学系９０Ａ，９２Ａ，９０Ｂ，９２Ｂにより伝送された前記計測光を受光する受光手段９４Ａ，９４Ｂとを備える。【選択図】  図５
2007027660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を介して形成された空間像を計測する計測装置において、
前記空間像の位置に配置され、複数の計測用パターンが形成された基準部材と、
前記複数の計測用パターンを介した各々の計測光をそれぞれ集光する複数の集光光学系と、
前記複数の集光光学系を介した前記計測光を伝送する伝送光学系と、
前記伝送光学系により伝送された前記計測光を受光する受光手段と、
を備えることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
光学系を介して形成された空間像を計測する計測装置において、
前記空間像の位置に配置され、計測用パターンが形成された基準部材と、
前記計測用パターンを介した計測光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系を介した前記計測光を伝送する伝送光学系と、
前記伝送光学系により伝送された前記計測光を受光する受光手段と、
前記基準部材を保持すると共に第１方向へ移動する第１ステージと、
前記第１ステージを前記第１方向とは異なる第２方向に移動させる第２ステージと、
を備え、
前記伝送光学系及び前記受光手段の少なくとも１つは、前記第２ステージに配置されることを特徴とする計測装置。
【請求項３】
前記基準部材は、複数の前記計測用パターンを有し、
前記複数の計測パターンを介した各々の前記計測光をそれぞれ集光する複数の集光光学系を備えることを特徴とする請求項２記載の計測装置。
【請求項４】
前記伝送光学系は、第１及び第２のライトガイドを備え、
前記第１及び第２のライトガイドは、前記複数の集光光学系のそれぞれを介した前記計測光が入射する複数の入射端と、前記複数の入射端のそれぞれに入射した前記計測光を射出する１つの射出端とを備えることを特徴とする請求項１または請求項３記載の計測装置。
【請求項５】
前記伝送光学系は、第１及び第２のライトガイドを備え、
前記第１及び第２のライトガイドは、前記複数の集光光学系のそれぞれを介した前記計測光が入射する複数の入射端と、前記複数の入射端のそれぞれに入射した前記計測光を射出する１つの射出端とを備え、
前記受光手段は、前記第１のライトガイドの前記１つの射出端から射出される前記計測光を受光する第１受光器と、前記第２のライトガイドの前記１つの射出端から射出される前記計測光を受光する第２受光器とを有することを特徴とする請求項１または請求項３記載の計測装置。
【請求項６】
前記複数の計測用パターンからの前記第１のライトガイドまでの複数の計測光路にそれぞれ配置された第１シャッター手段と、
前記複数の計測用パターンからの前記第２のライトガイドまでの複数の計測光路にそれぞれ配置された第２シャッター手段とを更に備え、
前記第１シャッター手段によって前記計測用パターンからの前記第１のライトガイドへ導かれる前記計測光を選択的に前記伝送光学系へ導き、前記第２シャッター手段によって前記計測用パターンからの前記第２のライトガイドへ導かれる前記計測光を選択的に前記伝送光学系へ導くことを特徴とする請求項５記載の計測装置。
【請求項７】
前記複数の計測用パターンは、前記光学系のフォーカス位置を計測するための第１計測パターンと、前記光学系の収差を計測するための第２計測パターンと、前記光学系のフレアを計測するための第３計測パターンを有することを特徴とする請求項１、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項８】
光源から射出される照明光により照明された所定のパターンを投影光学系を介して感光性基板上に露光する投影露光装置において、
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の計測装置を備え、
前記計測装置は、前記所定のパターンが設定される位置に配置される空間像形成用パターンを有し、
前記受光手段は、前記光学系としての前記投影光学系により形成される前記空間像形成用パターンの像からの前記計測光を前記計測用パターンを介して受光することを特徴とする投影露光装置。
【請求項９】
請求項８記載の投影露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と、
を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子や液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程で用いられる計測装置、該計測装置を備えた投影露光装置及び該投影露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程においては、マスクとしてのレチクル（またはフォトマスク等）のパターンを、投影光学系を介して感光性基板としてのウエハ（またはガラスプレート等）上に転写する一括露光型の投影露光装置（ステッパ等）、及び走査露光型の投影露光装置（スキャニングステッパ等）が使用されている。半導体素子等の集積度及び微細度の向上に伴って、投影露光装置の投影光学系に要求される諸収差等の光学特性の精度が高くなっている。
【０００３】
また、露光を継続することにより投影光学系に蓄積される露光光の熱エネルギ、並びに投影光学系の周囲の気圧及び温度等の環境条件の変化によって、投影光学系の光学特性は次第に変化する。そこで、投影露光装置には、投影光学系を構成する一部のレンズの姿勢を制御したり、所定のレンズ間の気圧を制御できる光学特性制御機構が備えられている。この光学特性制御機構を用いて投影光学系の光学特性を制御するためには、投影光学系が投影露光装置に搭載された状態で、その光学特性を高精度に計測する必要がある。また、投影露光装置の組立調整時またはメンテナンス時等にも、投影光学系の光学特性を高精度に計測する必要がある。
【０００４】
そこで、露光光により照明されたテストレチクルの計測パターンの空間像を投影光学系を介して投影し、その空間像（投影像）を計測し、計測結果に基づいて投影光学系の光学特性を検出する空間像計測装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１７０３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、空間像計測装置を用いて投影光学系の様々な光学特性を検出する場合、各光学特性を計測するための空間像計測装置をそれぞれ設ける必要がある。しかしながら、複数の空間像計測装置を露光装置に搭載するのは、高いコストと広いスペースを要するため、実際には不可能であった。
【０００７】
この発明の課題は、光学系により形成される各種パターンの空間像を同時かつ個別に計測することができる計測装置、該計測装置を備えた投影露光装置及び該投影露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の計測装置は、光学系を介して形成された空間像を計測する計測装置において、前記空間像の位置に配置され、複数の計測用パターンが形成された基準部材と、前記複数の計測用パターンを介した各々の計測光をそれぞれ集光する複数の集光光学系と、前記複数の集光光学系を介した前記計測光を伝送する伝送光学系と、前記伝送光学系により伝送された前記計測光を受光する受光手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明の計測装置によれば、複数の計測用パターン上に形成された複数の空間像を同時かつ個別に計測することができるため、光学系の様々な光学特性を同時かつ個別に検出することができる。
【００１０】
また、この発明の計測装置は、光学系を介して形成された空間像を計測する計測装置において、前記空間像の位置に配置され、計測用パターンが形成された基準部材と、前記計測用パターンを介した計測光を集光する集光光学系と、前記集光光学系を介した前記計測光を伝送する伝送光学系と、前記伝送光学系により伝送された前記計測光を受光する受光手段と、前記基準部材を保持すると共に第１方向へ移動する第１ステージと、前記第１ステージを前記第１方向とは異なる第２方向に移動させる第２ステージとを備え、前記伝送光学系及び前記受光手段の少なくとも１つは、前記第２ステージに配置されることを特徴とする。
【００１１】
この発明の計測装置によれば、伝送光学系及び受光手段の少なくとも１つが第２ステージに配置されているため、例えばこの計測装置を露光装置に搭載する場合、伝送光学系及び受光手段の少なくとも１つを露光装置を構成するステージに配置することができ、露光装置本体の外部に伝送光学系及び受光手段を配置するためのスペースを確保する必要がないため、装置をコンパクト化することができる。
【００１２】
また、この発明の投影露光装置は、光源から射出される照明光により照明された所定のパターンを投影光学系を介して感光性基板上に露光する投影露光装置において、この発明の計測装置を備え、前記計測装置は、前記所定のパターンが設定される位置に配置される空間像形成用パターンを有し、前記受光手段は、前記光学系としての前記投影光学系により形成される前記空間像形成用パターンの像からの前記計測光を前記計測用パターンを介して受光することを特徴とする。
【００１３】
この発明の投影露光装置によれば、複数の空間像を同時かつ個別に計測することができる計測装置を備えているため、投影光学系の様々な光学特性を検出することができ、感光性基板上への露光を良好に行うことができる。
【００１４】
また、この発明のマイクロデバイスの製造方法は、この発明の投影露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、投影光学系の様々な光学特性を検出することができる露光装置を用いて露光を行なうため、良好なマイクロデバイスを得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の計測装置によれば、複数の計測用パターン上に形成された複数の空間像を同時かつ個別に計測することができるため、光学系の様々な光学特性を同時かつ個別に検出することができる。
【００１７】
また、この発明の計測装置によれば、伝送光学系及び受光手段の少なくとも１つが第２ステージに配置されているため、例えばこの計測装置を露光装置に搭載する場合、伝送光学系及び受光手段の少なくとも１つを露光装置を構成するステージに配置することができ、露光装置本体の外部に伝送光学系及び受光手段を配置するためのスペースを確保する必要がないため、装置をコンパクト化することができる。
【００１８】
また、この発明の投影露光装置によれば、複数の空間像を同時かつ個別に計測することができる計測装置を備えているため、投影光学系の様々な光学特性を検出することができ、感光性基板上への露光を良好に行うことができる。
【００１９】
また、この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、投影光学系の様々な光学特性を検出することができる露光装置を用いて露光を行なうため、良好なマイクロデバイスを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置について説明する。図１は、この実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。この実施の形態にかかる投影露光装置は、ステップアンドスキャン方式の走査型投影露光装置、いわゆるスキャニングステッパである。なお、この実施の形態においては、投影光学系ＰＬの光軸に対して平行にＺ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に垂直な方向にＹ軸がそれぞれ設定されている。
【００２１】
この投影露光装置は、露光光源として、例えばＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）の光源１４を備えている。光源１４としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）、Ｆ２レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、または水銀ランプ等を用いることもできる。
【００２２】
光源１４から射出したレーザビーム（照明光）ＬＢは、レーザビームＬＢの断面形状を整形するビーム整形光学系１８を通過する。ビーム整形光学系１８を通過したレーザビームＬＢは、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ２２に入射する。フライアイレンズ２２を構成する多数の微小レンズは、それぞれビーム整形光学系１８からのレーザビームＬＢを射出側の焦点面に集光し、その焦点面に二次光源（面光源）を形成する。
【００２３】
フライアイレンズ２２から射出した照明光ＩＬは、リレーレンズ２８Ａ、レチクルブラインド３０Ａに形成されている矩形開口部を通過する。レチクルブラインド３０ＡはレチクルＲのパターン面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されており、レチクルブラインド３０Ａの矩形開口部はレチクルＲでの照明領域ＩＡＲを規定する。レチクルブラインド３０Ａの開口部を通過した照明光ＩＬは、リレーレンズ２８Ｂを介して、ミラーＭにより反射され、コンデンサレンズ３２を介して、レチクルＲのパターン面（下面）の非走査方向に細長いスリット状の照明領域ＩＡＲを均一な照度分布で照明する。
【００２４】
レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴ上に例えば真空吸着（または静電吸着）により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、リニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系５６Ｒにより、レチクルベースＲＢＳ上のＸＹ平面内で２次元的に（Ｘ方向及びＺ軸回りの回転方向に）微少駆動可能に構成されており、レチクルベースＲＢＳ上をＹ方向に指定された走査速度で移動可能に構成されている。
【００２５】
また、レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルレーザ干渉計（図示せず）からのレーザビームを反射する移動鏡（図示せず）が固定されており、レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置はレチクルレーザ干渉計によって検出及び制御されている。レチクルレーザ干渉計からのレチクルステージＲＳＴの位置情報は、ステージ制御装置７０を介して主制御装置５０に対して出力される。ステージ制御装置７０は、主制御装置５０からの制御信号に基づいて、レチクルステージ駆動系５６Ｒを介してレチクルステージＲＳＴの移動を制御する。
【００２６】
また、レチクルステージＲＳＴの＋Ｘ方向の端部近傍には、空間像計測用基準マークが形成されたマーク形成部材としてのレチクルフィデューシャルマーク板（以下、レチクルマーク板という。）ＲＦＭが、レチクルＲと並ぶように配置されている。このレチクルマーク板ＲＦＭは、レチクルＲと同材質のガラス素材、例えば合成石英や蛍石、フッ化リチウムその他のフッ化物結晶などから構成されており、レチクルステージＲＳＴに固定されている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの全面とレチクルマーク板ＲＦＭの全面とが少なくとも投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを横切ることができる程度のＸ方向の移動ストロークを有している。また、レチクルステージＲＳＴには、レチクルＲ及びレチクルマーク板ＲＦＭの下方に、照明光ＩＬを通すための開口がそれぞれ形成されている。また、レチクルベースＲＢＳの投影光学系ＰＬのほぼ真上の部分（光軸ＡＸを中心とする部分）にも、照明光ＩＬの通路となる、少なくとも照明領域ＩＡＲより大きな長方形状の開口が形成されている。
【００２７】
レチクルＲの照明領域ＩＡＲ内のパターンを通過した照明光ＩＬは、両側（またはウエハ側に片側）テレセントリックな投影光学系ＰＬを介して、感光材料としてのフォトレジストが塗布されたウエハ（感光性基板）Ｗの１つのショット領域上の露光領域に到達し、ウエハＷ上にはレチクルＲのパターン像が形成される。露光領域は照明領域ＩＡＲと光学的に共役であり、投影光学系ＰＬはレチクルＲのパターン面のパターンの像をウエハＷの上面に形成する。また、投影光学系ＰＬの瞳面またはその近傍には、投影光学系ＰＬの開口数を制御するための可変開口絞り（図示せず）が設置されている。
【００２８】
投影光学系ＰＬには、投影光学系ＰＬの光学特性、例えば像面湾曲、ディストーション、倍率、コマ収差、非点収差、球面収差等を制御（調整）するための光学特性制御機構が設けられている。光学特性制御機構は投影光学系ＰＬを構成する複数の光学部材の一部をＸＹ平面に対する傾斜方向またはＺ方向（投影光学系ＰＬの光軸方向）に微小駆動させる駆動系（図示せず）を備えており、この駆動系は光学特性制御機構が備える光学特性補正コントローラ７８により制御されている。光学特性補正コントローラ７８は、主制御装置５０からの制御信号に基づいて、駆動系を制御する。
【００２９】
ウエハステージは、Ｙステージ４２と、Ｙステージ４２上に搭載された計測用Ｘステージ３８Ａ及び露光用Ｘステージ３８Ｂと、Ｚステージ（図示せず）を含んで構成されている。Ｙステージ４２は、ウエハベース１６の上方に支持されている。更に、Ｙステージ４２は、ウエハステージ駆動系５６Ｗを構成する図示しないリニアモータ等によって走査方向であるＹ方向に駆動可能に構成されている。
【００３０】
図２は、Ｙステージ４２、計測用Ｘステージ３８Ａ、露光用Ｘステージ３８Ｂの位置関係を説明するための上面図である。計測用Ｘステージ３８Ａ及び露光用Ｘステージ３８Ｂは、Ｙステージ４２上に載置されており、走査方向と直交する方向であるＸ方向に駆動可能に構成されている。Ｚステージは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）、Ｘ軸回りの回転方向、及びＹ軸回りの回転方向へ移動可能に構成されている。露光用Ｘステージ３８Ｂ上にはウエハホルダ２５が固定されており、ウエハホルダ２５によってウエハＷが真空吸着等により保持されている。計測用Ｘステージ３８Ａ上には、空間像を計測するための後述する空間像計測装置５９を構成する基準板２９Ａ、投影光学系ＰＬを介した照明光ＩＬの照射量及びムラを計測する照射量及びムラセンサ２９Ｂ、投影光学系ＰＬの収差を計測する収差計測センサ２９Ｃが固定されている。
【００３１】
ウエハステージにはウエハレーザ干渉計（図示せず）からのレーザビームを反射する移動鏡（図示せず）が固定されており、ウエハステージのＸＹ平面内の位置はウエハレーザ干渉計によって検出及び制御されている。ウエハレーザ干渉計からのウエハステージの位置情報は、ステージ制御装置７０を介して主制御装置５０に対して出力される。ステージ制御装置７０は、主制御装置５０からの制御信号に基づいて、ウエハステージ駆動系５６Ｗを介してウエハステージの移動を制御する。
【００３２】
また、この実施の形態にかかる投影露光装置には、図１に示すように、照射系６０ａ及び受光系６０ｂからなる斜入射方式の多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）が設けられている。照射系６０ａは、ウエハＷの表面または基準板２９Ａの表面等の被検面に複数のスリット像を光軸ＡＸに対して斜めに投影し、受光系６０ｂは、それらの再結像された複数のスリット像の横ずれ量に対応する検出信号をステージ制御装置７０に対して出力する。ステージ制御装置７０では、一例としてそれらの検出信号をデフォーカス量に換算し、複数のデフォーカス量から、その被検面の投影光学系ＰＬの像面に対するＺ方向へのデフォーカス量と、Ｘ軸及びＹ軸の回りの傾斜角とを求める。
【００３３】
露光時においては、ステージ制御装置７０は、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の検出結果を用いて、ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、オートフォーカス方式及びオートレベリング方式でウエハステージ駆動系５６Ｗを介してＺステージのＺ方向の位置及び傾斜角を制御する。また、ステージ制御装置７０は、露光中または空間像計測中に主制御装置５０からの制御信号に基づいて、ウエハステージ駆動系５６Ｗを介して被検面を投影光学系ＰＬの像面に対してＺ方向にデフォーカスさせる。
【００３４】
また、この実施の形態にかかる投影露光装置には、計測用Ｘステージ３８Ａ内部及びＹステージ４２内部に、投影光学系ＰＬの光学特性の計測に用いられる空間像計測装置（計測装置）５９が設けられている。空間像計測装置５９は、照明光（計測光）ＩＬにより照明されたレチクルマーク板ＲＦＭ上のマークの、投影光学系ＰＬを介して形成される空間像を計測する。この空間像計測装置５９は、空間像が形成される位置に配置され、複数（６つ）の計測用パターンが形成された基準板（基準部材）２９Ａを備えている。
【００３５】
図３は、基準板２９Ａ上に形成された６つの計測用パターンの構成を示す図である。図３に示すように、基準板２９Ａ上には、投影光学系ＰＬのフォーカス位置及び倍率等の計測を行うためのスリット（線幅１５０ｎｍ以下）が形成されている計測用パターン（第１計測パターン）Ｐ１，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ６、投影光学系ＰＬの収差（高次の収差含む）の計測を行うためのスリット（線幅１５０ｎｍ以下）が形成されている計測用パターン（第２計測パターン）Ｐ２、及び投影光学系ＰＬを構成する光学部材の表面に残存する微小な研磨残痕や傷によるフレアを計測するためのピンホール（直径約１μｍ）が形成されている計測用パターン（第３計測パターン）Ｐ５が形成されている。また、レチクルマーク板ＲＦＭには、各計測用パターンＰ１〜Ｐ６に対応したマークが形成されている。なお、フレアとは、投影光学系ＰＬを通過する光束のうち結像に寄与しない光のことであり、像面上で遮光パターンの像のエッジの近傍に現れるローカルフレアと、このローカルフレアの外側に拡がるグローバルフレアとがある。
【００３６】
図４は、空間像計測装置５９の一部の構成を示す図である。レチクルマーク板ＲＦＭ上のマークを通過し、投影光学系ＰＬを介して、基準板２９Ａの計測用パターンＰ１を通過した計測光は、集光レンズ（集光光学系）８０Ａ，８２Ａを介して、視野絞り８４Ａ上に形成されている開口部、第１リレーレンズ８６Ａを通過する。ここで、集光レンズ８０Ａ，８２Ａ、視野絞り８４Ａ及び第１リレーレンズ８６Ａは、計測用Ｘステージ（第１ステージ）３８Ａ内部に配置されている。同様に、基準板２９Ａの計測用パターンＰ２，Ｐ３を通過した計測光は、集光レンズ（集光光学系）８０Ｂ，８２Ｂ，８０Ｃ，８２Ｃを介して、視野絞り８４Ｂ，８４Ｃ上に形成されている開口部、第１リレーレンズ８６Ｂ，８６Ｃを通過する。集光レンズ８０Ｂ，８２Ｂ，８０Ｃ，８２Ｃ、視野絞り８４Ｂ，８４Ｃ及び第１リレーレンズ８６Ｂ，８６Ｃは計測用Ｘステージ（第１ステージ）３８Ａ内部に配置されている。
【００３７】
第１リレー光学系８６Ａ〜８６Ｃのそれぞれを通過した各計測光は、ライトガイドファイバ（第１のライトガイド）８８Ａに入射する。ライトガイドファイバ８８Ａは、複数（３つ）の入射端８８ａ〜８８ｃ及び１つの射出端８８ｄを備えている。計測用パターンＰ１〜Ｐ３のそれぞれを介した計測光は、３つの入射端８８ａ〜８８ｃにそれぞれ入射して、１つの射出端８８ｄから射出する。実際には、基準板２９Ａとライトガイドファイバ８８Ａとの間の光路中に設けられたシャッタ（第１シャッター手段、図示せず）等により、ライトガイドファイバ８８Ａに導かれる計測光を選択的に後述する第２リレーレンズ９０Ａに導く。即ち、３つの入射端８８ａ〜８８ｃのうちの２つの入射端に入射する計測光は遮光され、１つの入射端に入射する計測光のみが１つの射出端８８ｄから射出する。
【００３８】
ライトガイドファイバ８８Ａから射出した計測光は、第２リレーレンズ９０Ａ及び受光レンズ９２Ａを通過して、受光手段としての受光センサ（第１受光器）９４Ａにより受光される。受光センサ９４Ａとしては、微弱な光を高精度に検出することができる光電変換素子（光電センサ）、例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ（ＰＭＴ、光電子増倍管）などが用いられる。受光センサ９４Ａからの光電変換信号は、図１に示す信号処理装置８０を介して主制御装置５０に対して出力される。ここで、第２リレーレンズ９０Ａ及び受光レンズ９２Ａは伝送光学系を構成しており、この伝送光学系及び受光センサ９４ＡはＹステージ（第２ステージ）４２内部に配置されている。また、受光センサ９４Ａの近傍には受光センサ９４Ａの冷却を行う冷却装置（図示せず、例えば送風器）が備えられており、この冷却装置を稼動させることにより受光センサ９４Ａから発生する熱の除去を行う。
【００３９】
また、空間像計測装置５９は、図４に図示しないが図４に示す構成と同様の構成を有する光学系及び受光センサ等を備えている。図５は、空間像計測装置５９の概略構成を示す斜視図である。図５に示すように、基準板２９Ａの計測用パターンＰ４〜Ｐ６を通過した計測光は、集光レンズ（集光光学系）、視野絞り、第１リレーレンズ（８２Ｄ〜８２Ｆ）を通過する。ここで、集光レンズ、視野絞り及び第１リレーレンズ（８２Ｄ〜８２Ｆ）は、計測用Ｘステージ（第１ステージ）３８Ａ内部に配置されている。第１リレーレンズのそれぞれを通過した各計測光は、ライトガイドファイバ（第２のライトガイド）８８Ｂの３つの入射端のそれぞれに入射して、１つの射出端から射出する。実際には、基準板２９Ａとライトガイドファイバ８８Ｂとの間の光路中に設けられたシャッタ（第２シャッター手段、図示せず）等により３つの入射端のうちの２つの入射端に入射する計測光は遮光され、１つの入射端に入射する計測光のみが１つの射出端から射出する。
【００４０】
ライトガイドファイバ８８Ｂから射出した計測光は、第２リレーレンズ９０Ｂ及び受光レンズ９２Ｂを通過して、受光手段としての受光センサ（第２受光器）９４Ｂにより受光される。受光センサ９４Ｂは、受光センサ９４Ａと同一の構成である。受光センサ９４Ｂからの光電変換信号は、図１に示す信号処理装置８０を介して主制御装置５０に対して出力される。ここで、第２リレーレンズ９０Ｂ及び受光レンズ９２Ｂは伝送光学系を構成しており、この伝送光学系及び受光センサ９４ＢはＹステージ（第２ステージ）４２内部に配置されている。また、受光センサ９４Ｂの近傍には受光センサ９４Ｂの冷却を行う冷却装置（図示せず、例えば送風器）が備えられており、この冷却装置を稼動させることにより受光センサ９４Ｂから発生する熱の除去を行う。
【００４１】
この実施の形態においては、計測マークの投影像（空間像）の計測がスリットスキャン方式によって実行される。その際には、空間像計測装置５９を構成する光学系及び受光センサは計測用Ｘステージ及びＹステージ内部に配置されているため、計測用Ｘステージ及びＹステージと共にＸ方向及びＹ方向に移動する。
【００４２】
この空間像計測装置５９の構成によれば、例えば第１シャッター手段により選択的（個別）に計測用パターンＰ１〜Ｐ３のうちの１つの計測用パターン上に形成される空間像を受光センサ９４Ａにより受光することができる。また、例えば第２シャッター手段により選択的（個別）に計測用パターンＰ４〜Ｐ６のうちの１つの計測用パターン上に形成される空間像を受光センサ９４Ｂにより受光することができる。また、例えばフォーカス位置を計測するための計測用パターンＰ１及びＰ４上に形成される空間像を受光センサ９４Ａ及び９４Ｂにより同時に受光可能である。また、例えば収差を計測するための計測用パターンＰ２及びフォーカス位置を計測するための計測用パターンＰ４上に形成される空間像を受光センサ９４Ａ及び９４Ｂにより同時に受光可能であるため、投影光学系の収差及びフォーカス位置を同時に検出することができる。
【００４３】
この空間像計測装置５９を用いて投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を求める場合には、計測用Ｘステージ３８Ａ及びＹステージを順次Ｘ方向及びＹ方向に駆動して、基準板２９Ａ上に形成されている計測用パターンＰ１，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ６のいずれかで、レチクルマーク板ＲＦＭ上に形成されているフォーカス用マーク（たとえばラインアンドスペース）の像を走査して、光強度分布を検出する。この動作を、ＺステージのＺ方向の位置、即ち投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った方向の位置（フォーカス位置）を次第に変化させながら複数回実行する。このとき得られる光強度分布のコントラスト（振幅）が最大となるときのフォーカス位置からベストフォーカス位置を検出することができる。これにより、例えば多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）のベストフォーカス位置のキャリブレーションを行うことができる。この後は、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）により検出されるデフォーカス量が、正確に投影光学系ＰＬの像面からのずれ量を示すことになる。
【００４４】
また、レチクルマーク板ＲＦＭ上に形成されているフォーカス用マークの像の位置を求める場合には、計測用Ｘステージ３８Ａ及びＹステージを順次Ｘ方向及びＹ方向に駆動して、基準板２９Ａ上に形成されている計測用パターンＰ１，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ６のいずれかで、フォーカス用マークの像を走査して、光強度分布を検出し、この光強度分布のＸ方向及びＹ方向の中心を求めればよい。レチクルマーク板ＲＦＭ上に形成されているフォーカス用マークの像の位置を求めることにより、レチクルＲのアライメントを行うこともできる。
【００４５】
また、空間像計測装置５９を用いて、投影光学系ＰＬの収差（高次の収差を含む）を求める場合には、計測用Ｘステージ３８Ａ及びＹステージを順次Ｘ方向及びＹ方向に駆動して、基準板２９Ａ上に形成されている計測用パターンＰ２で、レチクルマーク板ＲＦＭ上に形成されている収差用マーク（例えばラインアンドスペース）の像を走査して、光強度分布を検出する。計測用パターンＰ２は複数のスリットを有しており、各スリットの長手方向はそれぞれＸ軸に対して所定角度（例えば、０°，３０°，４５°，９０°，１２０°，１３５°）で交差する方向である。即ち、各スリットはその長手方向を異なる方向とし、配列されている。そして、対応する空間像に対してその長手方向に直交する方向（計測方向）に相対的に走査される。
【００４６】
このように、各スリットを順次対応する計測方向に相対走査することにより、ラインアンドスペース（収差用マーク）の周期方向がそれぞれＸ軸に対して０°，３０°，４５°，９０°，１２０°，１３５°で交差する６方向のラインアンドスペースの空間像の光強度分布情報を計測することができる。主制御装置５０は、空間像計測装置５９による計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬの収差を算出する。
【００４７】
また、空間像計測装置５９を用いて、投影光学系ＰＬのフレアを求める場合には、計測用Ｘステージ３８Ａ及びＹステージを順次Ｘ方向及びＹ方向に駆動して、基準板２９Ａ上に形成されている計測用パターンＰ５で、レチクルマーク板ＲＦＭ上に形成されているフレア用マーク（例えばラインアンドスペース）の像を走査して、光強度分布を検出する。計測用パターンＰ５はピンホールを有しているため、直接的に２次元方向のフレアを計測することができる。
【００４８】
主制御装置５０は、投影光学系ＰＬの収差またはフレアの算出結果に基づいて、投影光学系ＰＬの収差またはフレアを調整するための制御信号を、光学特性補正コントローラ７８に対して出力する。光学特性補正コントローラ７８は、主制御装置５０からの制御信号に基づいて、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学部材の一部を駆動させることにより、投影光学系ＰＬの収差またはフレアの調整を行う。
【００４９】
このように、フォーカス位置、収差及びフレアを計測するための各種空間像を同時にまたは個別に計測することができる。即ち、２つの受光センサ９４Ａ及び９４Ｂにより選択的に６つの計測用パターンＰ１〜Ｐ６上に形成される空間像を計測することができる。また、この空間像計測装置５９は、頻繁に行われるフォーカス位置計測をするための計測用パターンを４つ備えており、この４つの計測用パターンのいずれかを選択し空間像を計測することができるため、耐久性に優れている。
【００５０】
この実施の形態にかかる空間像計測装置（計測装置）によれば、複数の計測用パターン上に形成された複数の空間像を同時かつ個別に計測することができるため、光学系の様々な光学特性を同時かつ個別に検出することができる。また、１つの受光センサにより３つの空間像を選択的に計測することができるため、装置製造のためのコストを削減することができる。
【００５１】
また、この実施の形態にかかる投影露光装置によれば、複数の様々な空間像を同時かつ個別に計測することができる計測装置を備えているため、投影光学系の様々な光学特性を検出することができ、検出結果に基づいて光学特性を調整することによりウエハ上への露光を良好に行うことができる。
【００５２】
なお、この実施の形態にかかる空間像計測装置においては、第１のライトガイドとしてのライトガイドファイバ８８Ａ及び第２のライトガイドとしてのライトガイドファイバ８８Ｂが３つの入射端を備えているが、２つまたは４つ以上の入射端を備えるようにしてもよい。
【００５３】
また、この実施の形態にかかる空間像計測装置においては、第１および第２シャッター手段としてのシャッターが各計測用パターンから各ライトガイドの入射端までの間の光路中に配置されているが、第１及び第２シャッター手段としてレチクルブラインド３０Ａを可動式のレチクルブラインドとし、この可動式のレチクルブラインドにより計測用パターンＰ１〜Ｐ６上に選択的に空間像を形成するようにしてもよい。
【００５４】
また、この実施の形態にかかる空間像計測装置においては、伝送光学系及び受光センサがＹステージ内部に配置されているが、伝送光学系及び受光センサのいずれか１つをＹステージ内部に配置するようにしてもよい。また、伝送光学系及び受光センサのいずれか１つをＹステージの内部に限らずＹステージに配置するようにしてもよい。
【００５５】
上述の実施の形態にかかる投影露光装置では、照明光学装置によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハ）に転写する（転写工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。
【００５６】
先ず、図６のステップＳ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、そのｌロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップＳ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。
【００５７】
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて露光を行っているため、良好に露光された回路パターンを有する半導体デバイスを得ることができる。なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、ウエハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
【００５８】
また、上述の実施の形態にかかる投影露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図７のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図７において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２へ移行する。
【００５９】
次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２の後に、セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【００６０】
その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて露光を行っているため、良好に露光された回路パターンを有するマイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施の形態にかかるＹステージ、計測用Ｘステージ及び露光用計測ステージの構成を示す図である。
【図３】実施の形態にかかる基準板の構成を示す図である。
【図４】実施の形態にかかる空間像計測装置の一部の構成を示す図である。
【図５】実施の形態にかかる空間像計測装置の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１４…光源、１８…ビーム整形光学系、２２…フライアイレンズ、２８Ａ，２８Ｂ…リレーレンズ、２９Ａ…基準板、３０Ａ…照明開口絞り、３２…コンデンサレンズ、３８Ａ…計測用Ｘステージ、３８Ｂ…露光用Ｘステージ、４２…Ｙステージ、５０…主制御装置、７０…ステージ制御装置、７８…光学特性補正コントローラ、８０…信号処理装置、８２Ａ〜８２Ｃ…集光レンズ、８４Ａ〜８４Ｃ…視野絞り、８６Ａ〜８６Ｃ…第１リレーレンズ、８８Ａ，８８Ｂ…ライトガイドファイバ、９０Ａ，９０Ｂ…第２リレーレンズ、９２Ａ，９２Ｂ…受光レンズ、９４Ａ，９４Ｂ…受光センサ、Ｒ…レチクル、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ。
【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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