JP2002170754A

JP2002170754A - 露光装置、光学特性検出方法及び露光方法

Info

Publication number: JP2002170754A
Application number: JP2000363948A
Authority: JP
Inventors: Jiro Inoue; 次郎井上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ステージの移動面形状や検出用スリットが配
置されたスリット板表面形状が計測結果に与える影響を
同時に軽減して高精度な光学測定を行う。【解決手段】ステージ１８上に光学系ＰＬの光軸ＡＸ
方向（Ｚ方向）にほぼ垂直に設置されたスリット板の表
面形状データが記憶されたメモリ２１を備えている。こ
のため、検出系５９を用いて、光学系ＰＬの光学特性を
検出する際に、スリット板表面のいずれの点を計測点と
して計測装置（６０ａ，６０ｂ）によりＺ位置を計測し
ても、そのＺ位置の計測結果とメモリ内の表面形状デー
タとに基づいて、スリットのＺ位置と計測点におけるＺ
位置との差を正確に求めることができ、この差に基づい
て、スリット板のＺ位置を所期の位置に調整して、ステ
ージの移動面形状とスリット板の表面形状とが計測結果
に与える影響を同時に軽減した高精度な光学測定が可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置、光学特
性検出方法及び露光方法に係り、更に詳しくは、半導体
素子（集積回路）や液晶表示素子などを製造するリソグ
ラフィ工程で使用される露光装置、該露光装置における
投影光学系の光学特性の検出に好適な光学特性検出方法
及び該光学特性検出方法を用いる露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
のマイクロデバイスを製造するリソグラフィ工程では、
種々の露光装置が用いられている。近年では、例えば半
導体露光装置としては、フォトマスク又はレチクル（以
下、「レチクル」と総称する）に形成された微細なパタ
ーンをフォトレジスト等の感光剤が塗布された半導体ウ
エハやガラスプレート等の基板（以下、「ウエハ」と総
称する）上に投影光学系を介して転写する、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、このステッパに改良を加えたステップ・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）等の投影露光装置が、主として
用いられている。

【０００３】ところで、半導体素子等を製造する場合に
は、異なる回路パターンを基板上に幾層にも積み重ねて
形成する必要があるため、回路パターンが描画されたレ
チクルと、ウエハ上の各ショット領域に既に形成された
パターンとを正確に重ね合わせることが重要である。か
かる重ね合せを精度良く行うためには、投影光学系の結
像特性が所望の状態に調整されることが必要不可欠であ
る。また、回路パターンの微細化に伴い、露光装置に
は、ショット領域内のパターン線幅の均一性も要求され
るようになってきた。このパターン線幅の均一性を高く
するためには、像面における照度分布が均一であること
が前提となる。

【０００４】投影光学系の結像特性の調整の前提とし
て、結像特性を正確に計測する必要がある。この結像特
性の計測方法として、従来は、所定の計測用パターンが
形成された計測用レチクルを用いて露光を行い、計測用
パターンの投影像が転写形成されたウエハを現像して得
られるレジスト像を計測した計測結果に基づいて結像特
性を算出する方法（以下、「焼き付け法」と呼ぶ）が、
主として用いられていた。近年になって、実際に露光を
行うことなく、計測用レチクルを照明光により照明し投
影光学系によって形成された計測用パターンの空間像
（投影像）を計測し、この計測結果に基づいて結像特性
を算出する方法（以下、「空間像計測法」と呼ぶ）も行
われるようになってきた。

【０００５】従来の空間像計測は、例えば、正方形開口
が形成された開口板をウエハステージ上に設置し、投影
光学系によって形成された計測用レチクル上の計測パタ
ーンの空間像に対して、ウエハステージを相対走査し、
開口を透過した照明光を光電変換素子によって受光して
光電変換する。この光電変換信号に所定の信号処理を施
すことにより、計測用パターンが投影された光学像（空
間像）を求める。かかる空間像の計測及びこれに基づく
投影光学系のディストーションその他の光学特性の検出
については、例えば、特開平１０−２０９０３１号公報
などに詳細に開示されている。

【０００６】また、像面上の照度の調整は、ウエハステ
ージ上に照度計を設置して、この照度計で像面照度を定
期的に計測した結果に基づいて行われていた。また、像
面上の照度ムラの計測は、ピンホール状の開口（通常ガ
ラス表面に形成された反射膜又は透過膜の一部を除去し
て形成される）を有する光量センサ（ムラセンサとも呼
ばれる）をウエハステージ上に搭載し、そのウエハステ
ージを２次元方向に移動することにより、開口を介して
ムラセンサで受光した投影光学系を通過した照明光の強
度の面内分布に基づいて照度ムラを求めていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ウエハステージ上の空
間像計測器（投影像検出系）の計測時における投影光学
系の光軸方向（便宜上、「Ｚ軸方向」とする）の位置決
めは、露光装置に設けられている斜入射式その他のオー
トフォーカスセンサ（ＡＦセンサ）を用いて行われる。
しかし、仮に、例えば特開平６−２８３４０３号公報な
どに開示される、多数の計測点を有する多点焦点位置検
出系（多点ＡＦセンサ）を用いる場合であっても、空間
像の計測時における上記開口の光軸に直交する面（ＸＹ
面とする）内の位置が、ＡＦセンサの計測点の位置に一
致するとは限らない。このような場合、ａ．空間像計測
に先立って、開口のＸＹ面内の位置をＡＦセンサの計測
点の位置に一致させた状態で、開口部分と投影光学系と
のＺ軸方向に関する相対位置関係の調整を行った後、そ
のときのＺ軸方向位置を維持したままの状態でウエハス
テージをＸＹ面内で移動して空間像計測を行うか、ｂ．
ウエハステージをＸＹ面内で計測位置まで移動して、そ
の位置で計測が可能なＡＦセンサ計測点の計測値に基づ
いて開口部分と投影光学系とのＺ軸方向に関する相対位
置関係の調整を行うかのいずれかの方法を採用してい
た。

【０００８】前者の場合には、ウエハステージの移動面
（走り面とも呼ばれる）に凹凸があるとその影響を受け
て上記開口（すなわち、投影像検出系の検出部）のＺ位
置を所期の位置に設定することができなかった。一方、
後者の場合には、開口が形成された開口板の面形状の影
響を受けて上記開口（すなわち、投影像検出系の検出
部）のＺ位置を所期の位置に設定することができなかっ
た。

【０００９】ムラセンサによる像面における照度むらの
計測の際にも、上記と同様の不都合が生じることがあっ
た。

【００１０】この他、ウエハステージ上に携帯式の波面
収差計測装置を一時的に設置して、投影光学系の波面収
差の計測を行うことがあるが、このような場合にも、上
記と同様の不都合が生じることがあった。

【００１１】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、基板ステージの移動面形状と、
検出系を構成する特定の構成要素が配置された板状部材
の表面形状とが、計測結果に与える影響を同時に軽減し
て精度の高い光学的な測定を行うことができる露光装置
を提供することにある。

【００１２】本発明の第２の目的は、投影光学系の光学
特性を高精度に検出することが可能な光学特性検出方法
を提供することにある。

【００１３】また、本発明の第３の目的は、高精度な露
光を行うことができる露光方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、マスク（Ｒ）のパターンを投影光学系（ＰＬ）を介
して基板（Ｗ）上に転写する露光装置であって、前記基
板を保持する基板ステージ（１８）と；前記基板ステー
ジ上に前記投影光学系の光軸にほぼ垂直に設置された板
状部材（９０）の一部に配置された特定構成要素（２
２）を少なくとも含み、前記特定構成要素の前記投影光
学系の光軸方向に関する位置に応じて変化する光学情報
を検出する検出系（５９）と；前記投影光学系との位置
関係が固定で、前記板状部材表面の前記光軸方向に関す
る位置情報を計測可能な計測装置（６０ａ，６０ｂ）
と；前記計測装置を用いて予め計測された前記板状部材
表面の少なくとも３点の前記光軸方向の位置情報に基づ
いて求められた前記板状部材表面の形状データが記憶さ
れた記憶装置（２１）と；を備える。

【００１５】これによれば、基板ステージ上に投影光学
系の光軸にほぼ垂直に設置された板状部材の一部に配置
された特定構成要素を少なくとも含む検出系により、前
記特定構成要素の投影光学系の光軸方向に関する位置に
敏感な光学情報が検出される。この検出の際に、計測装
置により、板状部材表面の光軸方向に関する位置情報が
計測される。従って、この計測装置による計測が、板状
部材表面のいずれの点を計測点として行われても、この
計測点における光軸方向位置の計測結果と記憶装置に記
憶されている板状部材表面の形状データとに基づいて、
特定構成要素の光軸方向に関する位置を正確に求めるこ
とができ、この求められた位置に基づいて板状部材の光
軸方向に関する位置を所期の位置に調整することが可能
になる。従って、この調整を上記の検出系による上記光
学情報の検出の際に行うことにより、基板ステージの移
動面形状と、検出系を構成する特定の構成要素が配置さ
れた板状部材の表面形状とが、計測結果に与える影響を
同時に軽減して精度の高い光学的な測定（光学情報の検
出）を行うことが可能となる。

【００１６】ここで、「特定構成要素」とは、検出系の
構成要素であって、基板ステージ上に設けられ、その光
軸方向の位置が検出される光学情報を変化させる構成要
素を広く含み、例えば受光部（例えば光電素子）、発光
部、及び前述した開口板等のいずれであっても良い。勿
論特定の構成要素が検出系そのものであっても良い。

【００１７】この場合において、前記計測装置は、板状
部材表面の前記光軸方向に関する位置情報を計測できも
のであれば何でも良く、例えばフィゾー干渉計等の面形
状計測装置であっても勿論良いが、請求項２に記載の発
明の如く、前記計測装置は、斜入射光式の多点焦点位置
検出装置（６０ａ，６０ｂ）であっても良い。

【００１８】上記請求項１に記載の露光装置において、
記憶装置に記憶される板状部材の形状データは、計測装
置を用いて予め計測された前記板状部材表面の少なくと
も３点の前記光軸方向の位置情報に基づいて求められた
データであれば、特にその種類は問わない。例えば、請
求項３に記載の発明の如く、前記記憶装置（９０）に
は、前記計測装置を用いて予め計測された前記板状部材
表面の前記光軸方向の位置情報に基づいて算出されたバ
イスプライン曲面データが前記板状部材表面の形状デー
タとして記憶されていても良い。バイスプライン曲面デ
ータは、例えば、１６点における板状部材表面の光軸方
向の位置情報に基づいて求めることができる。

【００１９】上記請求項１〜３に記載の各発明に係る露
光装置において、請求項４に記載の発明の如く、前記検
出系（５９）を用いて前記投影光学系の視野内の所定点
で前記光学情報を検出するとともに、前記計測装置（６
０ａ，６０ｂ）の計測点（Ｓ）と前記検出系を構成する
前記特定構成要素（２２）との位置関係に応じて、前記
記憶装置に記憶された前記形状データに基づいて、前記
検出時に前記計測装置を用いて設定される前記板状部材
の前記光軸方向に関する位置を補正する制御装置（２
０）を更に備えることとすることができる。かかる場合
には、制御装置により、検出系を用いて投影光学系の視
野内の所定点で光学情報が検出されるが、この際に、計
測装置の計測点の光軸に直交する面内の位置が検出系を
構成する前記特定構成要素の位置に一致せず、特定構成
要素の光軸方向の位置が所期の位置に設定されていない
ことがある。このような場合に、制御装置では、計測点
と特定構成要素との位置関係に応じて、記憶装置に記憶
された前記形状データに基づいて、検出時に計測装置を
用いて設定される板状部材の前記光軸方向に関する位置
を補正する。このため、板状部材の表面形状に影響を受
けることなく、特定構成要素の光軸方向位置を所期の位
置に正確に設定することが可能になる。勿論、検出系を
用いて投影光学系の視野内の所定点で光学情報を検出す
る位置で、特定構成要素の光軸方向位置を所期の位置に
正確に設定するので、基板ステージの移動に起因する移
動面形状の影響も全く受けることがない。

【００２０】上記請求項１〜３に記載の各発明に係る露
光装置において、請求項５に記載の発明の如く、前記検
出系を用いて前記投影光学系の視野内の所定点で前記光
学情報を検出するとともに、前記計測装置の計測点と前
記検出系を構成する前記特定構成要素との位置関係に応
じて、前記記憶装置に記憶された前記形状データに基づ
いて前記検出結果、又は前記検出結果から得られる前記
光軸方向に関する前記所定点での位置情報を補正する制
御装置を更に備えることとすることができる。

【００２１】かかる場合には、制御装置により、検出系
を用いて投影光学系の視野内の所定点で光学情報が検出
されるが、この際に、計測装置の計測点の光軸に直交す
る面内の位置が検出系を構成する前記特定構成要素の位
置に一致せず、特定構成要素の光軸方向の位置が所期の
位置に設定されていないことがある。このような場合
に、制御装置では、一旦検出系を用いて投影光学系の視
野内の所定点での光学情報の検出を行い、そのときの計
測装置の計測点と特定構成要素との位置関係に応じて、
記憶装置に記憶された形状データに基づいて検出結果
（光学情報の検出結果）、又は検出結果から得られる光
軸方向に関する前記所定点での位置情報を補正する。こ
の結果、光軸方向に関する位置情報について適切な補正
が行われ、正確な検出結果が得られるようになる。この
場合も、板状部材の表面形状に影響を受けることなく、
また、基板ステージの移動に起因する移動面形状の影響
も全く受けることがない。

【００２２】上記請求項１〜３に記載の各露光装置にお
いて、請求項６に記載の露光装置の如く、前記検出系を
用いて前記投影光学系の視野内で前記計測装置の計測点
と異なる所定点で前記光学情報を検出するとともに、前
記記憶装置に記憶された前記形状データと、前記検出結
果から得られる前記光軸方向に関する位置情報とに基づ
いて、前記計測点に関する前記計測装置の較正情報を決
定する制御装置を更に備えることとすることができる。

【００２３】上記請求項１〜６に記載の各発明に係る露
光装置において、検出系は特定構成要素の投影光学系の
光軸方向に関する位置に応じて変化する光学情報を検出
する検出系であれば良く、例えば、請求項７に記載の発
明の如く、前記検出系は、前記投影光学系により投影さ
れた投影像を検出する投影像検出系であっても良い。か
かる場合には、板状部材の表面形状に影響を受けること
なく、また、基板ステージの移動に起因する移動面形状
の影響も全く受けることなく、投影像を正確に検出する
ことができる。

【００２４】上記請求項１〜４に記載の各露光装置にお
いて、前記検出系は、前記投影光学系の収差情報（例え
ば波面収差）などの検出に用いられ、前記光軸と直交す
る所定面上で前記投影光学系により形成される投影像の
基準位置からのずれ量を検出することとすることができ
る。また、上記請求項１〜５に記載の各露光装置におい
て、前記検出系は、前記光学情報として前記所定点にお
ける照度を検出することとすることができる。

【００２５】請求項８に記載の発明は、第１面上に配置
されるパターンを第２面上に投影する投影光学系（Ｐ
Ｌ）の光学特性を検出する光学特性検出方法であって、
前記投影光学系の光軸にほぼ垂直に配置されその一部に
光学情報を検出する検出系（５９）の検出部（２２）が
設けられる板状部材（９０）表面の形状データを求める
第１工程と；前記板状部材表面の前記光軸方向に関する
位置情報を計測する計測装置（６０ａ，６０ｂ）の特定
の計測点における前記板状部材表面の前記光軸方向に関
する位置情報を計測し、該計測結果及び計測時における
前記特定の計測点と前記検出部との位置関係と、前記求
められた形状データとに基づいて、前記計測装置を用い
て設定される前記板状部材の前記光軸方向に関する位置
を補正した状態で、前記検出系を用いて、前記光軸方向
に関する前記検出部の位置に応じて変化する光学情報を
検出する第２工程と；前記光学情報の検出結果に基づい
て前記投影光学系の光学特性を算出する第３工程と；を
含む。

【００２６】これによれば、光学情報の検出に先立っ
て、投影光学系の光軸にほぼ垂直に配置されその一部に
光学情報を検出する検出系の検出部が形成された板状部
材表面の形状データが求められる。次いで、板状部材表
面の投影光学系の光軸方向に関する位置を計測する計測
装置の特定の計測点における板状部材表面の光軸方向に
関する位置情報が計測され、該計測結果及び計測時にお
ける特定の計測点と検出部との位置関係と、先に求めら
れた形状データとに基づいて、計測装置を用いて設定さ
れる板状部材の光軸方向に関する位置を補正した状態
で、検出系を用いて、光軸方向に関する検出部の位置に
応じて変化する光学情報が検出される。このため、板状
部材の表面形状に影響を受けることなく、検出部の光軸
方向位置を所期の位置に正確に設定することが可能にな
る。この場合、検出部の光軸方向位置を所期の位置に設
定した後に、板状部材を光軸に直交する面内で移動して
光学情報の検出を行う場合と異なり、板状部材の光軸に
直交する面内の移動に起因する移動面形状の影響を受け
ることもない。従って、光学情報を正確に検出すること
ができる。そして、この光学情報の検出結果に基づいて
投影光学系の光学特性が算出されるので、結果的に投影
光学系の光学特性を高精度に検出することができる。

【００２７】請求項９に記載の発明は、第１面上に配置
されるパターンを第２面上に投影する投影光学系（Ｐ
Ｌ）の光学特性を検出する光学特性検出方法であって、
前記投影光学系の光軸にほぼ垂直に配置されその一部に
光学情報を検出する検出系（５９）の検出部（２２）が
設けられる板状部材（９０）表面の形状データを求める
第１工程と；前記板状部材表面の前記光軸方向に関する
位置情報を計測する計測装置を用いて前記板状部材表面
の前記光軸方向に関する位置情報を計測し、該計測結果
に基づいて前記板状部材の前記光軸方向に関する位置を
設定した状態で、前記検出系を用いて、前記光軸方向に
関する前記検出部の位置に応じて変化する光学情報を検
出する第２工程と；前記検出時における前記計測装置の
特定の計測点と前記検出部との位置関係と、前記求めら
れた形状データとに基づいて前記検出された光学情報、
又は該光学情報に含まれる前記光軸方向の位置情報を補
正して前記投影光学系の光学特性を決定する第３工程
と；を含む。

【００２８】これによれば、光学情報の検出に先立っ
て、投影光学系の光軸にほぼ垂直に配置されその一部に
光学情報を検出する検出系の検出部が設けられる板状部
材表面の形状データが求められる。次いで、板状部材表
面の光軸方向に関する位置情報を計測する計測装置を用
いて板状部材表面の光軸方向に関する位置情報が計測さ
れ、該計測結果に基づいて板状部材の光軸方向に関する
位置を設定した状態で、検出系を用いて、光軸方向に関
する検出部の位置に応じて変化する光学情報が検出され
る。そして、検出時における計測装置の特定の計測点と
検出部との位置関係と、前記求められた形状データとに
基づいて検出された光学情報、又は該光学情報に含まれ
る光軸方向の位置情報を補正して投影光学系の光学特性
が決定される。このように、本発明では、検出された光
学情報、又は該光学情報に含まれる光軸方向の位置情報
を補正して投影光学系の光学特性が決定されるので、投
影光学系の光学特性を高精度に検出することが可能にな
る。この場合も、板状部材の表面形状に影響を受けるこ
となく、また、板状部材の移動に起因する移動面形状の
影響も全く受けることがない。

【００２９】上記請求項８及び９に記載の各光学特性検
出方法において、請求項１０に記載の光学特性検出方法
の如く、前記投影光学系の視野内の所定点に前記検出部
を設定するとともに、前記計測装置を用いて前記光軸方
向に関する前記板状部材の位置を変化させながら前記光
学情報を検出することで前記所定点における前記投影光
学系の光学特性を算出することとすることができる。

【００３０】上記請求項８〜１０に記載の各光学特性検
出方法において、請求項１１に記載の光学特性検出方法
の如く、前記計測装置はその複数の計測点でそれぞれ前
記光軸方向に関する前記板状部材の位置情報を計測可能
であり、前記特定の計測点は、前記光学情報の検出時に
前記検出部に最も近い位置に存在する計測点であること
とすることができる。

【００３１】また、上記請求項８〜１１に記載の各光学
特性検出方法において、投影像の検出に先立って行われ
る板状部材の表面形状の計測は、如何なる方法を用いて
も良いが、例えば、請求項１２に記載の発明の如く、前
記第１工程では、前記板状部材を、前記投影光学系の直
下に移動させ、前記投影光学系の直下に移動した前記板
状部材表面の少なくとも３点における前記投影光学系の
光軸方向の位置情報を前記計測装置を用いて計測し、し
かる後、該計測結果に基づいて前記板状部材表面の形状
データを算出することとしても良い。なお、請求項８〜
１１に記載の各発明における光学特性は、例えば焦点位
置、収差、及び照度などを含むものである。

【００３２】請求項１３に記載の発明は、マスクのパタ
ーンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法で
あって、露光に先立って、請求項８〜１２のいずれか一
項に記載の光学特性検出方法を用いて前記投影光学系の
光学特性を検出する工程と；前記検出された光学特性を
考慮して、前記投影光学系により投影される前記マスク
パターンの像と前記基板との相対位置を調整した状態で
前記マスクパターンの転写を行う工程と；を含む。

【００３３】これによれば、請求項８〜１２に記載の各
光学特性検出方法により、精度良く投影光学系の光学特
性が検出され、その後に、その検出された光学特性を考
慮して、投影光学系により投影されるマスクパターンの
像と基板との相対位置を調整した状態でマスクパターン
の転写が行われる。従って、投影光学系の光学特性に起
因するマスクパターンの像と基板との相対位置ずれ（広
い意味でのアライメント誤差）を抑制して、重ね合せ精
度の良好な露光を行なうことが可能となる。

【００３４】

【発明の実施の形態】《第１の実施形態》以下、本発明
の第１の実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。

【００３５】図１には、第１の実施形態に係る露光装置
１００の概略的な構成が示されている。この露光装置１
００は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影
露光装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパで
ある。

【００３６】この露光装置１００は、光源及び照明光学
系を含む照明系１０、マスクとしてのレチクルＲを保持
するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板と
してのウエハＷを保持してＸＹ平面内を自在に移動可能
なウエハステージＷＳＴ、及びこれらを制御する制御系
等を備えている。

【００３７】前記照明系１０は、光源、照度均一化光学
系（コリメータレンズ、フライアイレンズ等から成
る）、リレーレンズ系、照明視野絞りとしてのレチクル
ブラインド及びコンデンサレンズ系等（いずれも図１で
は図示省略）を含んで構成されている。

【００３８】前記光源としては、ここでは、一例とし
て、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）又はＡ
ｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を出力するエ
キシマレーザ光源が用いられるものとする。

【００３９】前記レチクルブラインドは、開口形状が固
定の不図示の固定レチクルブラインドと開口形状が可変
の可動レチクルブラインド１２（図１では図示省略、図
３参照）とから構成されている。固定レチクルブライン
ドは、レチクルＲのパターン面の近傍又はその共役面か
ら僅かにデフォーカスした面に配置され、レチクルＲ上
の長方形スリット状の照明領域ＩＡＲを規定する矩形開
口が形成されている。また、可動レチクルブラインド１
２は、レチクルＲのパターン面に対する共役面に配置さ
れ、走査露光時の走査方向（ここでは、図１における紙
面直交方向であるＹ軸方向とする）及び非走査方向（図
１における紙面左右方向である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。但
し、図３では説明を簡単にするために、可動レチクルブ
ラインド１２がレチクルＲに対して照明系側近傍に配置
されているように示されている。

【００４０】照明系１０によると、光源で発生した露光
光としての照明光（以下、「照明光ＩＬ」と呼ぶ）は不
図示のシャッタを通過した後、照度均一化光学系により
照度分布がほぼ均一な光束に変換される。照度均一化光
学系から射出された照明光ＩＬは、リレーレンズ系を介
して前記レチクルブラインドに達する。このレチクルブ
ラインドを通過した光束は、リレーレンズ系、コンデン
サレンズ系を通過して回路パターン等が描かれたレチク
ルＲの照明領域（Ｘ軸方向に細長く伸びＹ軸方向の幅が
所定幅の長方形スリット状の照明領域）ＩＡＲを均一な
照度で照明する。

【００４１】なお、可動レチクルブラインド１２は、走
査露光の開始時及び終了時に後述する主制御装置２０に
よって制御され、照明領域ＩＡＲ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。また、本実施形態では、可動レチクルブラインド１
２が、後述する空間像計測器による空間像計測の際にお
ける照明領域の設定にも用いられる。

【００４２】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（又は静電吸着）により固定
されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リ
ニアモータ等を含む不図示のレチクルステージ駆動系に
より、後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ
平面内で２次元的に（Ｘ軸方向、これに直交するＹ軸方
向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向（θｚ方
向）に）微少駆動可能であるとともに、不図示のレチク
ルベース上をＹ軸方向に指定された走査速度で移動可能
となっている。このレチクルステージＲＳＴは、レチク
ルＲの全面が少なくとも投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを横
切ることができるだけのＹ軸方向の移動ストロークを有
している。

【００４３】レチクルステージＲＳＴ上には、レチクル
レーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１３
からのレーザビームを反射する移動鏡１５が固定されて
おり、レチクルステージＲＳＴのＸＹ面内の位置はレチ
クル干渉計１３によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の
分解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクル
ステージＲＳＴ上には走査露光時の走査方向（Ｙ軸方
向）に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向（Ｘ
軸方向）に直交する反射面を有する移動鏡とが設けら
れ、レチクル干渉計１３はＹ軸方向に少なくとも２軸、
Ｘ軸方向に少なくとも１軸設けられているが、図１では
これらが代表的に移動鏡１５、レチクル干渉計１３とし
て示されている。

【００４４】レチクル干渉計１３からのレチクルステー
ジＲＳＴの位置情報は、ワークステーション（又はマイ
クロコンピュータ）から成る制御装置としての主制御装
置２０に送られ、主制御装置２０で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系を
介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。

【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、ここでは両側テレセントリック
な縮小系であり、光軸ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置
された複数枚のレンズエレメントから成る屈折光学系が
使用されている。この投影光学系ＰＬの投影倍率は、こ
こでは、一例として１／５となっている。このため、照
明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲ上のスリ
ット状照明領域ＩＡＲが照明されると、このレチクルＲ
を通過した照明光ＩＬが投影光学系ＰＬを介してウエハ
Ｗ上に投射され、前記スリット状照明領域ＩＡＲ内に存
在するレチクルＲの回路パターンの縮小像（部分倒立
像）が表面にフォトレジストが塗布されたウエハＷ上の
前記照明領域ＩＡＲに共役な露光領域ＩＡに形成され
る。

【００４６】前記ウエハステージＷＳＴは、ステージベ
ース１６上面に沿ってリニアモータあるいは平面モータ
等の駆動系によってＸＹ２次元面内で駆動されるＸＹス
テージ１４と、該ＸＹステージ１４上に不図示のＺ・チ
ルト駆動機構を介して載置された基板ステージとしての
ウエハテーブル１８と、該ウエハテーブル１８上に固定
されたウエハホルダ２５とを備えている。この場合、ウ
エハホルダ２５によってウエハＷが真空吸着（又は静電
吸着）によって保持されている。また、ウエハテーブル
１８は、ボイスコイルモータ等を含むＺ・チルト駆動機
構によってＺ軸方向、Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方
向）、Ｙ軸回りの回転方向（θｙ方向）の３自由度方向
に微少駆動されるようになっている。

【００４７】前記ウエハテーブル１８上には、ウエハレ
ーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）３１から
のレーザビームを反射する移動鏡２７が固定され、外部
に配置されたウエハ干渉計３１により、ウエハテーブル
１８（すなわちウエハステージＷＳＴ）のＸＹ面内の位
置が例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出され
ている。

【００４８】ここで、実際には、ウエハテーブル１８上
には、図２に示されるように、走査露光時の走査方向で
あるＹ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡２７Ｙと
非走査方向であるＸ軸方向に直交する反射面を有する移
動鏡２７Ｘとが設けられ、ウエハ干渉計３１はＸ軸方向
及びＹ軸方向にそれぞれ２軸設けられているが、図１で
はこれらが代表的に移動鏡２７、ウエハ干渉計３１とし
て示されている。ここで、図２において、移動鏡２７Ｙ
に垂直に投射される２本の干渉計ビームでそれぞれ代表
的に示される測長軸ＷＩＹ１，ＷＩＹ２は、投影光学系
ＰＬの光軸，後述するアライメント系ＡＬＧの検出中心
をそれぞれ通る。移動鏡２７Ｘに垂直に投射されるＸ軸
方向の干渉計ビームで代表的に示される測長軸ＷＩＸ１
は、投影光学系ＰＬの光軸中心で測長軸ＷＩＹ１と垂直
に交差する。また、移動鏡２７Ｘに垂直に投射されるＸ
軸方向の干渉計ビームで代表的に示される測長軸ＷＩＸ
２は、後述するアライメント系ＡＬＧの検出中心で測長
軸ＷＩＹ２と垂直に交差する。本実施形態では、露光時
のウエハテーブル１８の位置情報は、測長軸ＷＩＹ１，
ＷＩＸ１で示される干渉計によってそれぞれ計測され，
アライメント時及びウエハ交換時のウエハテーブル１８
の位置情報は測長軸ＷＩＹ２，ＷＩＸ２で示される干渉
計によってそれぞれ計測されるようになっており、露光
時、及びアライメント時のいずれのときにおいても、ウ
エハテーブル１８の位置をいわゆるアッベ誤差なく精度
良く計測できるようになっている。

【００４９】ウエハ干渉計３１で計測されるウエハテー
ブル１８（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
は前記位置情報（又は速度情報）に基づいて不図示の駆
動系を介してウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ１
４）のＸＹ面内の位置を制御する。

【００５０】また、ウエハテーブル１８には、図１に示
されるように、投影光学系ＰＬの光学特性の計測に用い
られる検出系（及び投影像検出系）としての空間像計測
器５９が設けられている。この空間像計測器５９は、図
３に示されるように、ウエハテーブル１８の一端部上面
に設けられた上部が開口した突設部５８ａ部分に設けら
れている。この空間像計測器５９は、突設部５８ａの開
口を塞ぐ状態で上方から嵌め込まれた平面視長方形の受
光ガラス８２、この受光ガラス８２の上面に形成され、
その一部にほぼ正方形の検出部としてのスリット２２が
形成された遮光膜を兼ねる反射膜８３、スリット２２下
方ウエハテーブル１８内部に配置されたレンズ８４、８
６から成るリレー光学系、該リレー光学系（８４、８
６）によって所定光路長分だけリレーされる照明光束
（像光束）の光路を折り曲げる折り曲げミラー８８（こ
こで、レンズ８４、８６、及びミラー８８によって受光
光学系が構成される）、及び光電変換素子２４等を含ん
で構成されている。

【００５１】前記受光ガラス８２の素材としては、ここ
では、ＫｒＦエキシマレーザ光、あるいはＡｒＦエキシ
マレーザ光の透過性の良い、合成石英、あるいはホタル
石などが用いられる。また、光電変換素子２４として
は、微弱な光を精度良く検出することが可能な受光素
子、例えばフォトマルチプライヤなどが用いられる。な
お、本実施形態では、受光ガラス８２及び反射膜８３に
よって、板状部材としてのスリット板が形成されてい
る。以下の説明においては、受光ガラス８２と反射膜８
３とから成るスリット板を、適宜「スリット板９０」と
呼ぶものとする。また、前述の如く、スリット２２は反
射膜８３に形成されているが、以下においては、便宜上
スリット板９０にスリット２２が形成されているものと
して説明を行う。なお、スリット板９０としては、後述
する多点焦点位置検出系の複数の検出点のうちの少なく
とも３点が同時にかかるだけのサイズを有し、かつその
表面形状は多点焦点位置検出系の検出点の配列と比べて
十分に緩やかな形状変化しか持たない程度の平坦度を備
えているものが用いられる。

【００５２】本実施形態では、後述する計測用パターン
の投影光学系ＰＬを介しての投影像（空間像）の計測の
際に、投影光学系ＰＬを透過してきた照明光ＩＬによっ
て空間像計測器５９を構成するスリット板９０が照明さ
れると、そのスリット板９０上のスリット２２を透過し
た照明光ＩＬが上記受光光学系（８４、８６、８８）を
介して光電変換素子２４で受光され、該光電変換素子２
４からその受光量に応じた光電変換信号（光量信号）Ｐ
が主制御装置２０に出力されるようになっている。

【００５３】なお、光電変換素子２４は、必ずしもウエ
ハステージＷＳＴの内部に設ける必要はなく、例えば、
光電変換素子２４をウエハステージＷＳＴの外部に配置
しても良い。この場合には、リレー光学系や光ファイバ
等を用いて、スリット２２を透過した照明光ＩＬをウエ
ハステージ外部の光電変換素子に導く送光光学系を構成
するようにすれば良い。

【００５４】なお、空間像計測器５９を用いて行われる
空間像計測方法（投影像検出方法）及び投影光学系の光
学特性の計測方法などについては後述する。

【００５５】図１に戻り、投影光学系ＰＬの側面には、
ウエハＷ上のアライメントマーク（位置合わせマーク）
を検出するオフアクシス・アライメント系ＡＬＧが設け
られている。本実施形態では、このアライメント系ＡＬ
Ｇとして、画像処理方式のアライメントセンサ、いわゆ
るＦＩＡ（ Field Image Alignment）系のアライメント
センサが用いられている。このアライメント系ＡＬＧで
は、ハロゲンランプ等の光源からのブロードバンドな光
（アライメント光）により照明光学系を介してウエハＷ
上のアライメントマークを照明し、そのアライメントマ
ーク部分からの反射光を結像光学系を介してＣＣＤ等の
撮像素子で受光する。これにより、撮像素子の受光面に
アライメントマークの明視野像が結像される。この明視
野像に対応する光電変換信号、すなわちアライメン卜マ
ークの反射像に対応する光強度信号が撮像素子から主制
御装置２０に供給される。主制御装置２０では、この光
強度信号に基づき、アライメント系ＡＬＧの検出中心を
基準とするアライメントマークの位置を算出するととも
に、その算出結果とそのときのウエハ干渉計３１の出力
であるウエハステージＷＳＴの位置情報とに基づいて、
ウエハ干渉計３１の光軸で規定されるステージ座標系に
おけるアライメン卜マークの座標位置を算出するように
なっている。

【００５６】更に、本実施形態の露光装置１００では、
図１に示されるように、主制御装置２０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またはスリットの像を形成する
ための結像光束ＦＢを、光軸ＡＸに対して斜め方向より
照射する照射光学系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光学系６０ｂとか
ら成る斜入射光式の多点焦点位置検出系が設けられてい
る。本実施形態の多点焦点位置検出系（６０ａ、６０
ｂ）としては、例えば特開平６−２８３４０３号公報等
に開示されているものと同様の構成のものが用いられ
る。

【００５７】この場合、照射光学系６０ａを構成する不
図示のパターン形成板には４９個のスリット状の開口パ
ターンが７行７列のマトリックス状配置で形成されてい
る。このため、ウエハＷ表面の所定面積ＡＳ（ＡＳは例
えば２５ｍｍ×約１０ｍｍ）の長方形状の露光領域ＩＡ
近傍には、図４に示されるように、７行７列のマトリッ
クス状配置で７×７、合計４９個のＸ軸、Ｙ軸に対して
４５度傾斜したスリット状の開口パターンの像（スリッ
ト像）Ｓ_1.1〜Ｓ_7,7が、Ｘ軸方向に沿って例えば３．３
ｍｍ間隔、Ｙ軸方向に沿って例えば４ｍｍ間隔で形成さ
れるようになっている。

【００５８】また、受光光学系６０ｂを構成する不図示
の受光器は、７行７列のマトリックス状配置で７×７、
合計４９個のスリットが形成された受光用スリット板
と、各スリットに対向して７行７列のマトリックス状配
置で配置された４９個のフォトセンサ（便宜上、「フォ
トセンサＤ_1.1〜Ｄ_7,7」と呼ぶ）とを有している。受光
用スリット板の各スリット上に、図４に示されるスリッ
ト像Ｓ_1.1〜Ｓ_7,7がそれぞれ再結像されると、スリット
像の像光束がフォトセンサＤ_1.1〜Ｄ_7,7によって受光可
能となっている。この場合、受光光学系６０ｂ内には、
回転方向振動板が設けられており、該回転方向振動板を
介して受光用スリット板上では再結像された各像の位置
が各スリットの長手方向と直交する方向に振動され、フ
ォトセンサＤ_1.1〜Ｄ_7,7それぞれの検出信号が信号選択
処理装置４０により選択的に前記回転振動周波数の信号
で同期検波される。そして、この信号選択処理装置によ
り同期検波して得られた所定数ｎのフォーカス信号が主
制御装置２０に供給されるようになっている。ここで、
所定数ｎは、信号選択処理装置４０内の信号処理回路の
チャネル数に応じて定められ、ｎは例えば１２である。

【００５９】以上の説明から明らかなように、本実施形
態では、ウエハＷ上の検出点であるスリット像Ｓ_1.1〜
Ｓ_7,7のそれぞれとフォトセンサＤ_1.1〜Ｄ_7,7とが１対
１で対応し、各スリット像の位置のウエハ表面のＺ位置
の情報（フォーカス情報）が各フォトセンサＤからの出
力であるデフォーカス信号に基づいて得られるので、以
下においては、説明の便宜上、スリット像Ｓ_1.1〜Ｓ_7,7
を、特に別の必要がない限り、フォーカスセンサと呼ぶ
ものとする。

【００６０】主制御装置２０では、後述する走査露光時
等に、受光光学系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
零となるように、例えば３つのアクチュエータ（不図
示）を介してウエハテーブル１８のＺ軸方向への移動、
及び２次元的に傾斜（すなわちθｘ，θｙ方向の回転）
を制御する、すなわち多点焦点位置検出系（６０ａ、６
０ｂ）を用いてウエハテーブル１８の移動を制御するこ
とにより、照明光ＩＬの照射領域（照明領域ＩＡＲと結
像関係）内で投影光学系ＰＬの結像面とウエハＷの表面
とを実質的に合致させるオートフォーカス（自動焦点合
わせ）及びオートレベリングを実行する。

【００６１】次に、本実施形態の露光装置１００におけ
る露光工程の動作について簡単に説明する。

【００６２】まず、不図示のレチクル搬送系によりレチ
クルＲが搬送され、ローディングポジションにあるレチ
クルステージＲＳＴに吸着保持される。次いで、主制御
装置２０により、ウエハステージＷＳＴ及びレチクルス
テージＲＳＴの位置が制御され、レチクルＲ上に形成さ
れた不図示のレチクルアライメントマークの投影像（空
間像）が空間像計測器５９を用いて後述するようにして
計測され（図３参照）、レチクルパターン像の投影位置
が求められる。すなわち、レチクルアライメントが行わ
れる。

【００６３】次に、主制御装置２０により、空間像計測
器５９を構成するスリット板９０がアライメント系ＡＬ
Ｇの直下へ位置するように、ウエハステージＷＳＴが移
動され、アライメント光学系ＡＬＧによって空間像計測
器５９の位置基準となるスリット２２が検出される。主
制御装置２０では、このアライメント系ＡＬＧの検出信
号及びそのときのウエハ干渉計３１の計測値、並びに先
に求めたレチクルパターン像の投影位置に基づいて、レ
チクルＲのパターン像の投影位置とアライメント系ＡＬ
Ｇとの相対位置、すなわちアライメント系ＡＬＧのベー
スライン量を求める。

【００６４】かかるベースライン計測が終了すると、主
制御装置２０により、例えば特開昭６１−４４４２９号
公報などに詳細に開示される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が行
われ、ウエハＷ上の全てのショット領域の位置が求めら
れる。なお、このウエハアライメントに際して、ウエハ
Ｗ上の複数のショット領域のうちの予め定められた所定
のサンプルショットのウエハアライメントマークがアラ
イメント系ＡＬＧを用いて、前述した如くして計測され
る。

【００６５】次いで、主制御装置２０では、上で求めた
ウエハＷ上の各ショット領域の位置情報及びベースライ
ン量に基づいて、干渉計３１、１３からの位置情報をモ
ニタしつつ、ウエハステージＷＳＴを第１ショット領域
の露光のための走査開始位置に位置決めするとともに、
レチクルステージＲＳＴを走査開始位置に位置決めし
て、その第１ショット領域の走査露光を行う。

【００６６】すなわち、主制御装置２０では、レチクル
ステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとのＹ軸方向逆
向きの相対走査を開始し、両ステージＲＳＴ、ＷＳＴが
それぞれの目標走査速度に達すると、照明光ＩＬによっ
てレチクルＲのパターン領域が照明され始め、走査露光
が開始される。この走査露光の開始に先立って、光源の
発光は開始されているが、主制御装置２０によってレチ
クルブラインドを構成する可動ブラインドの各ブレード
の移動がレチクルステージＲＳＴの移動と同期制御され
ているため、レチクルＲ上のパターン領域外への照明光
ＩＬの照射が遮光されることは、通常のスキャニング・
ステッパと同様である。

【００６７】主制御装置２０では、特に上記の走査露光
時にレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動速度Ｖｒ
とウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の移動速度Ｖｗとが
投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比に維持される
ようにレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳ
Ｔを同期制御する。

【００６８】そして、レチクルＲのパターン領域の異な
る領域が紫外パルス光で逐次照明され、パターン領域全
面に対する照明が完了することにより、ウエハＷ上の第
１ショット領域の走査露光が終了する。これにより、レ
チクルＲの回路パターンが投影光学系ＰＬを介して第１
ショット領域に縮小転写される。

【００６９】こうして第１ショット領域の走査露光が終
了すると、ウエハステージＷＳＴを第２ショット領域の
走査開始位置へ移動させるショット間のステッピング動
作を行う。そして、その第２ショット領域の走査露光を
上述と同様にして行う。以後、第３ショット領域以降も
同様の動作を行う。

【００７０】このようにして、ショット間のステッピン
グ動作とショットの走査露光動作とが繰り返され、ステ
ップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全てのショ
ット領域にレチクルＲのパターンが転写される。

【００７１】ここで、上記の走査露光中には、投影光学
系ＰＬに一体的に取付けられたフォーカスセンサ（６０
ａ、６０ｂ）によってウエハＷ表面と投影光学系ＰＬ
（その像面）との間隔、ＸＹ平面（像面）に対する傾斜
が計測され、主制御装置２０によってウエハＷ表面と投
影光学系ＰＬとの間隔、平行度が常に一定になるように
ウエハステージＷＳＴが制御される。

【００７２】ところで、上記の走査露光中に、レチクル
ＲのパターンとウエハＷ上のショット領域に既に形成さ
れたパターンとが正確に重ね合わせられるためには、投
影光学系ＰＬの光学特性（結像特性を含む）やベースラ
イン量が正確に計測されていること、及び可能な場合に
は、投影光学系ＰＬの光学特性が所望の状態に調整され
ていることなどが重要である。

【００７３】本実施形態では、上記の光学特性の計測
に、空間像計測器５９が用いられる。以下、この空間像
計測器５９による空間像計測、及び投影光学系ＰＬの結
像特性の計測等について詳述する。

【００７４】図３には、空間像計測器５９を用いて、レ
チクルＲに形成された計測用パターンの空間像が計測さ
れている最中の状態が示されている。レチクルＲとして
は、空間像計測専用のもの、あるいはデバイスの製造に
用いられるデバイスレチクルに専用の計測用パターンを
形成したものなどが用いられる。これらのレチクルの代
わりに、レチクルステージＲＳＴにレチクルと同材質の
ガラス素材から成る固定のマーク板（レチクルフィデュ
ーシャルマーク板とも呼ばれる）を設け、このマーク板
に計測用パターン（計測用パターン）を形成したものを
用いても良い。以下の説明においては、上記の空間像計
測専用レチクル、デバイスレチクルに専用の計測用パタ
ーンを形成したもの、レチクルフィデューシャルマーク
板等の総称として計測用レチクルなる用語を適宜用いる
ものとする。

【００７５】ここで、計測用レチクルＲには、図３に示
されるように、所定の箇所にＸ軸方向に周期性を有する
ラインアンドスペースマークから成る計測用パターンＰ
Ｍが形成されているものとする。また、空間像計測器５
９のスリット板９０には、図５（Ａ）に示されるよう
に、正方形状のスリット２２が形成されているものとす
る。なお、以下では、ラインアンドスペースを適宜「Ｌ
／Ｓ」と略述する。

【００７６】空間像の計測に当たり、主制御装置２０に
より、可動レチクルブラインド１２が不図示のブライン
ド駆動装置を介して駆動され、計測用レチクルＲの照明
光ＩＬの照明領域が計測用パターンＰＭ部分のみに規定
される（図３参照）。この状態で、照明光ＩＬがレチク
ルＲに照射されると、図３に示されるように、計測用パ
ターンＰＭによって回折、散乱した光（照明光ＩＬ）は
投影光学系ＰＬにより屈折され、該投影光学系ＰＬの像
面に計測用パターンＰＭの空間像（投影像）ＰＭ'が形
成される。このとき、ウエハテーブル１８（ウエハステ
ージＷＳＴ）は、空間像計測器５９のスリット板９０上
のスリット２２の＋Ｘ側（又は−Ｘ側）に前記空間像Ｐ
Ｍ'が形成される位置に設定されているものとする。こ
のときの空間像計測器５９の平面図が図５（Ａ）に示さ
れている。

【００７７】そして、主制御装置２０により、駆動系を
介してウエハステージＷＳＴが図５（Ａ）中に矢印Ａで
示されるように＋Ｘ方向に駆動されると、スリット２２
が空間像ＰＭ'に対してＸ軸方向に走査される。この走
査中に、スリット２２を通過する光（照明光ＩＬ）がウ
エハステージＷＳＴ内の受光光学系を介して光電変換素
子２４で受光され、その光電変換信号が主制御装置２０
に供給される。この場合、例えば、図５（Ｂ）に示され
るような光電変換信号（空間像に対応する光強度信号）
が得られる。

【００７８】主制御装置２０では、図５（Ｂ）に示され
るような光電変換信号の波形を走査方向（Ｘ軸方向）に
対して微分することで図５（Ｃ）に示されるような微分
波形を求める。そして、この図５（Ｃ）に示されるよう
な微分波形に基づいてフーリエ変換法などの公知の所定
の信号処理を施し、計測用パターンが投影された空間像
ＰＭ’に対応する光強度分布を求める。

【００７９】以下の説明においては、上記のような空間
像の計測方法をスリットスキャン方式と呼ぶ。

【００８０】ところで、空間像計測器５９を使用する
と、各種の計測用パターンが形成された各種の計測用レ
チクルを用いることにより、前述したベースライン計測
の他、ベストフォーカス位置の検出や、パターン像の結
像位置の検出が可能となる。ベストフォーカス位置の検
出は、投影光学系のベストフォーカス位置、最良結像面
（像面）位置、球面収差などの光学特性の測定の目的で
行われる。ＸＹ面内でのパターン像の結像位置の検出
は、投影光学系の倍率、ディストーション及びコマ収差
等の光学特性の測定の目的で行われる他、照明テレセン
測定などを目的としても行われる。

【００８１】ここで、上記の空間像計測器５９を用いた
各種の光学特性の測定方法について説明する。

【００８２】前提として空間像計測器５９のスリット板
９０には、一例として２５μｍ角程度のスリット２２が
形成されているものとする。

【００８３】ベストフォーカス位置の検出は、次のよう
にして行うことができる。

【００８４】すなわち、例えばライン幅数μｍ、デュー
ティ比５０％のＬ／Ｓマークが計測用パターンとして形
成された計測用レチクルを用い、投影光学系ＰＬの視野
内でベストフォーカス位置を計測すべき所定点（ここで
は、投影光学系ＰＬの光軸上）にマークＰＭを投影光学
系の光軸上に位置決めし、ウエハテーブル１８のＺ軸方
向の位置（以下、適宜「Ｚ位置」ともいう）を所定ステ
ップで変更しながら、マークＰＭの空間像計測を繰り返
し行う。そして、各Ｚ位置で得られた光強度信号をフー
リエ変換して周波数成分に分離し、例えば、１次周波数
成分と０次周波数成分との振幅比、すなわち（１次／０
次）の振幅比であるコントラストが最大となるＺ位置を
ベストフォーカス位置として求めることが可能である。

【００８５】また、像面位置（像面形状）の検出は、次
のようにして行うことができる。

【００８６】すなわち、投影光学系ＰＬの視野内の複数
点にそれぞれ計測用パターンＰＭを順次配置し、各点で
計測用パターンＰＭを含む所定領域のみに照明光ＩＬが
照射されるように可動レチクルブラインド１２によって
その照明領域を制限する。そして、各点毎に上述したベ
ストフォーカス位置の検出を行い、得られた各ベストフ
ォーカス位置に基づいて、例えば統計的処理を行うこと
により、投影光学系ＰＬの像面形状を算出することがで
きる。このとき、像面形状とは別に像面湾曲をも算出し
ても良い。なお、ここでは計測用レチクルを移動してベ
ストフォーカス位置を計測すべき複数点にそれぞれ計測
用パターンＰＭを配置するものとしたが、計測用レチク
ルに複数の計測用パターンＰＭを形成しておき、可動レ
チクルブラインド１２によって各計測用パターンＰＭに
照明光ＩＬを順次照射して上記各点でのベストフォーカ
ス位置を検出するようにしても良い。

【００８７】また、計測用パターンＰＭとして、Ｘ軸方
向（又はサジタル方向）とＹ軸方向（メリジオナル方
向）とにそれぞれ同一ピッチで配列される２つのＬ／Ｓ
パターンを用い、投影光学系ＰＬの視野内の所定点でそ
の２つのＬ／Ｓパターンに照明光ＩＬを順次照射して上
述したベストフォーカス位置の検出を行なうことで投影
光学系ＰＬの非点収差を計測することもできる。

【００８８】球面収差の検出は、次のようにして行うこ
とができる。

【００８９】すなわち、例えば、Ｙ軸方向に所定距離隔
てて、同一ライン幅で周期の異なる複数、例えば２つの
Ｘ軸方向のＬ／Ｓマーク、具体的にはライン幅１μｍで
周期が２μｍのＸ軸方向の第１のＬ／Ｓパターン、ライ
ン幅１μｍで周期が４μｍのＸ軸方向の第２のＬ／Ｓパ
ターンが計測用パターンとして形成された計測用レチク
ルを用い、該計測用レチクル上のいずれかの計測用パタ
ーン、例えば第１のＬ／Ｓパターンを投影光学系の光軸
上に位置決めする。そして、その光軸上に位置決めされ
た第１のＬ／Ｓパターンの近傍のみに照明領域を設定し
て、その第１のＬ／Ｓパターンについて、上述したベス
トフォーカス位置の検出を行う。第１のＬ／Ｓパターン
のベストフォーカス位置の検出が終了すると、第２のＬ
／Ｓパターンが照明光により照明される位置まで、計測
用レチクルを移動し、その第２のＬ／Ｓパターンについ
て、上述したベストフォーカス位置の検出を行う。そし
て、このようにして得られた各計測用パターンについて
のベストフォーカス位置の差に基づいて、所定の演算を
行うことにより、球面収差を求めることができる。

【００９０】また、投影光学系ＰＬの倍率及びディスト
ーションの検出は、次のようにして行うことができる。

【００９１】すなわち、この投影光学系ＰＬの倍率及び
ディストーション測定に際しては、例えば、１５０μｍ
角（投影倍率１／５でウエハ面上では３０μｍ角）の正
方形パターン、あるいはコマ収差の影響を受けることが
殆ど無い程度の大きなＬ／Ｓパターン、例えば５μｍ以
上のライン幅のＬ／Ｓパターン（この空間像は、ライン
幅１μｍのＬ／Ｓパターン像となる）を計測用パターン
ＰＭとして用い、投影光学系ＰＬの視野内の複数点にそ
れぞれ計測用パターンＰＭを順次配置し、各点で計測用
パターンＰＭを含む所定領域のみに照明光ＩＬが照射さ
れるように可動レチクルブラインド１２によってその照
明領域を制限する。そして、各点毎に前述したスリット
スキャン方式により空間像計測を行い、得られた各点で
の計測用パターンの結像位置（Ｘ軸方向とＹ軸方向の各
位置）に基づいて、投影光学系ＰＬの倍率及びディスト
ーションの少なくとも一方を算出することができる。

【００９２】また、コマ収差についても、その計測に適
した計測用パターン、例えばいわゆるLine in Boxパタ
ーンが形成された計測用レチクルを用いることにより、
そのパターンの空間像をスリットスキャン方式により計
測し、太い線と細い線との空間像の絶対位置（結像位
置）の差に基づいて所定の演算を行うことより求めるこ
とができる。また、照明テレセン（投影光学系ＰＬのテ
レセントリシティ）は、コマ収差の影響を受けない大き
な計測用パターンが形成された計測用レチクルを用い、
Ｚ位置を変更しながらその計測用パターンの空間像をス
リットスキャン方式で計測し、空間像の絶対位置（結像
位置）を各フォーカス位置について計測することによ
り、求めることができる。

【００９３】ところで、上述した投影光学系の光学特性
の検出に際して行われる各計測用パターンの検出に際し
ては、ウエハテーブル１８を所定ピッチでＺ軸方向にス
テップ移動する必要があるが、この際に、主制御装置２
０では、スリット板９０のスリット２２部分のＺ位置が
設定すべき値と一致するように、多点焦点位置検出系
（６０ａ，６０ｂ）の検出結果をモニタしつつ基板テー
ブルのＺ位置をフィードバック制御（サーボ制御）す
る。この場合、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）
のフォーカスセンサＳ_1.1〜Ｓ_7,7のいずれかが必ずスリ
ット板９０のスリット２２の位置に一致する（すなわち
いずれかの結像光束ＦＢの落射位置がスリット２２上に
一致する）のであれば、高精度なベストフォーカス位置
の検出及びそれに基づく、光学特性の算出が可能であ
る。

【００９４】しかしながら、必ずしもこのようにならな
いことは、前述した通りである（図２参照）。そこで、
本実施形態の露光装置では、図６のフローチャートで示
されるような制御アルゴリズムを採用することにより、
高精度なベストフォーカス位置の検出及びこれに基づく
投影光学系の光学特性の算出を可能としている。勿論、
検出されたベストフォーカス位置に基づいて、多点焦点
位置検出系（６０ａ，６０ｂ）のフォーカスキャリブレ
ーションを高精度に行なうことができる。

【００９５】図６には、投影光学系ＰＬの光学特性の一
例として像面形状の計測を行う際の主制御装置２０の制
御アルゴリズムを示すフローチャートである。以下、こ
の図６に沿って、主制御装置２０による投影光学系ＰＬ
の像面形状の計測動作について説明する。

【００９６】前提として、不図示のレチクルローダによ
り、レチクルステージＲＳＴ上に像面形状計測用の計測
用レチクル（以下、便宜上「レチクルＲ１」と呼ぶ）が
ロードされ、レチクルＲ１の中央に存在する計測用パタ
ーンが、投影光学系ＰＬの光軸上にほぼ一致する位置
に、レチクルステージＲＳＴが移動されているものとす
る。

【００９７】まず、ステップ１０２では、スリット板９
０が多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）のフォーカ
スセンサＳ_1.1〜Ｓ_7,7のうち、例えば任意の４行４列の
マトリックス状の配置の合計１６個のフォーカスセンサ
を含む少なくとも１６個のフォーカスセンサＳがスリッ
ト板９０に同時にかかる位置（スリット板形状計測位
置）に、ステージ駆動系を介してウエハステージＷＳＴ
をＸＹ面内で移動する。

【００９８】次のステップ１０４では、多点焦点位置検
出系（６０ａ，６０ｂ）の上記少なくとも１６個のフォ
ーカスセンサＳ_i,j（ｉ＝ｉ−１，ｉ，ｉ＋１，ｉ＋
２，…、ｊ＝ｊ−１，ｊ，ｊ＋１，ｊ＋２，…）におけ
るＺ位置の計測を行い、各フォーカスセンサＳの計測値
Ｚ_i,jを記憶装置としてのメモリ２１内に記憶する。

【００９９】次のステップ１０６では、スリット板９０
の面形状を次のようにして算出する。すなわち、各フォ
ーカスセンサＳ_i,jの計測値Ｚ_i,jと、各フォーカスセン
サのＸＹ座標の組合せを用いて、双３次バイスプライン
曲面を作成し、各領域を表記する式をスリット板の形状
データ（元データ）としてメモリ２１に記憶する。

【０１００】ここで、双３次バイスプライン曲面の算出
方法について、図７を用いて簡単に説明する。

【０１０１】双３次バイスプライン曲面の生成のため、
図７に示されるような１６個の頂点よりなるネットを考
える。Ｑ_i,jは、フォーカスセンサＳの位置（結像光束
ＦＢ落射位置）とＺ位置の計測結果からなる３次元ベク
トルである（曲面定義ベクトルと呼ばれる）。図７中の
陰影を付した領域における双３次バイスプライン曲面の
生成には図示されるような１６個の曲面定義ベクトルが
必要となる。

【０１０２】領域Ｑ_i,j，Ｑ_i,j+1，Ｑ_i+1,j，Ｑ
_i+1，j+1内の双３次バイスプライン曲面Ｐ_i _,j（ｕ，
ｗ）は、上記の１６個の曲面定義ベクトルを用いて、以
下のように表される。Ｐ_i,j（ｕ，ｗ）＝Ｕ・Ｍ_R・Ｂ_R・Ｍ_R ^T・Ｗ^T ……（１）但し、式（１）において、Ｕ＝［ｕ³ ｕ² ｕ１］（０≦ｕ≦１）Ｗ＝［ｗ³ ｗ² ｗ１］（０≦ｗ≦１）（変数ｕ，ｗは領域Ｑ_i,j，Ｑ_i,j+1，Ｑ_i+1,j，Ｑ
_i,+1，j+1内で上記の値をとる。）

【０１０３】

【数１】

【０１０４】

【数２】

【０１０５】なお、式（１）において上付添字の「Ｔ」は
転置の意味である。

【０１０６】ここで発生させた双３次バイスプライン曲
面は、一般にその領域の４隅の曲面定義ベクトルのいず
れをも通過しないが、隣接する領域において曲面を繋い
だ際の連続性は保証されている。

【０１０７】すなわち、ステップ１０６では、曲面定義
ベクトルとして、フォーカスセンサＳ_i,jのＸＹ座標
と、計測値Ｚ_i,jから成る３次元ベクトルを用いること
により、上記式（１）に従って、スリット板９０の曲面
形状を算出するのである。

【０１０８】以上のステップ１０２〜１０６の動作によ
り、形状測定工程が終了し、スリット板９０の表面形状
のデータがメモリ２１内に記憶される。

【０１０９】次のステップ１０８では、計測レチクル上
の最初の計測用パターンを空間像計測器５９により計測
できる位置まで、ウエハステージＷＳＴを移動し、ステ
ップ１１０に進む。

【０１１０】次のステップ１１０では、フォーカスセン
サＳ_i,jの配列とそのときの干渉計の計測値とから、そ
の時点でスリット２２の最も近くに位置するフォーカス
センサ（Ｓ_p,qとする）を求め、このフォーカスセンサ
Ｓ_p,qを選択する。

【０１１１】次のステップ１１２では、次のようにし
て、Ｚ補正量を算出する。すなわち、選択したフォーカ
スセンサＳ_p,q、すなわちスリット像Ｓ_p,qの結像位置
（スリット像の光束の落射位置）とスリット２２とのＸ
Ｙ座標系上の位置関係と、該当する部分のバイスプライ
ン曲面式とに基づき、Ｚ補正量を算出する。

【０１１２】ここで、図８を用いて、上記ステップ１０
８及びステップ１１０について更に詳述する。

【０１１３】例えば、ステップ１０８において、投影光
学系ＰＬの視野内で光学特性を計測すべき所定点で計測
用パターンの投影像を検出するために、その所定点にス
リット２２が配置されているものとし、スリット２２、
フォーカスセンサＳ_i,j，Ｓ_i _+1,jとの位置関係が図８に
示されるようになる場合には、フォーカスセンサＳ_i, _j
の方がスリット２２に近いので、フォーカスセンサＳ
_i,jがフォーカスセンサＳ _p,qとして選択される。

【０１１４】この場合において、Ｚ位置の補正をしない
ものとすると、計測時には、スリット板９０は、実線の
位置に設定されることとなる。これでは、ΔＺだけのＺ
位置誤差が本来の目標値との間に生じてしまう。

【０１１５】そこで、ステップ１１２では、予め計測さ
れメモリ内に記憶されているスリット板２２の形状デー
タ（バイスプライン曲面式）と、フォーカスセンサＳ
_p,qの位置とスリット２２とのＸＹ座標系上の位置関係
とに基づいて、Ｚ位置誤差ΔＺを算出する。そして、後
述する計測時には、指定されたＺ位置ＺtargからＺ位置
誤差ΔＺを減じた値（Ｚtarg−ΔＺ）を、新たな指定Ｚ
位置Ｚtarg’として採用することにより、結果的にスリ
ット板９０が図８の実線位置から点線位置に追い込まれ
（図８矢印Ｃ参照）、スリット２２のＺ位置誤差は補正
されることとなる。

【０１１６】次のステップ１１４では、上記ステップ１
１０で選択したフォーカスセンサＳ _p,qの計測値（Ｚ_p,q
とする）がＺtarg’（この場合、Ｚtarg’＝Ｚtarg−Δ
Ｚ）に一致する位置までウエハテーブル１８をＺ軸方向
に移動する。

【０１１７】次のステップ１１６では、前述したスリッ
トスキャン方式により、投影光学系ＰＬの視野内で光学
特性を計測すべき複数の検出点のうち第１番目の検出点
で計測用パターンの空間像を計測する。なお、スリット
スキャンによる空間像計測中に、選択されたフォーカス
センサＳ_p,qの計測結果をモニタしつつ、スリット板９
０のＺ位置の常時追尾及び補正を行うことも勿論可能で
ある。

【０１１８】次のステップ１１８では、第１番目の検出
点で予定されたＺ位置の変更範囲内における計測用パタ
ーンの空間像の計測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１１９に進んで、指定Ｚ位
置を１ステップ分だけ大きな値に更新（Ｚtarg’←Ｚta
rg’＋α）した後、ステップ１１４に戻り、以後ウエハ
テーブル１８のＺ位置を所定ステップピッチ（α）で変
化させながら（ステップ１１９）、ステップ１１４，１
１６，１１８の処理、判断を繰り返し、各Ｚ位置につい
ての空間像計測を行う。これにより、各Ｚ位置について
の空間像計測データがＺ位置と対応付けてメモリ内に記
憶される。なお、Ｚ軸方向に関する空間像の計測範囲
は、例えば計測開始直前の投影光学系ＰＬの像面位置を
中心として決定される。

【０１１９】そして、予定していた範囲でのＺのステッ
プ移動が終了すると、ステップ１１８の判断が肯定さ
れ、ステップ１２０に進んで、投影光学系ＰＬの視野内
の全ての検出点で計測用パターンの空間像計測が終了し
たか否かを判断する。この判断が否定されると、ステッ
プ１０８に戻り、計測レチクル上の第２番目の検出点で
計測用パターンを空間像計測器５９により計測できる位
置まで、ウエハステージＷＳＴを移動し、以後上記ステ
ップ１１０以下の処理、判断を繰り返して、第２番目の
検出点で計測用パターンの空間像計測を行う。

【０１２０】そして、第２番目の検出点で計測用パター
ンの空間像計測が終了すると、ステップ１２０に移行
し、この判断が否定されると、ステップ１０８に戻り、
以後上記と同様にして第３番目以降の各検出点で計測用
パターンの空間像計測を行う。

【０１２１】このようにして、全ての検出点で計測用パ
ターンの空間像計測が終了すると、ステップ１２０にお
ける判断が肯定され、ステップ１２２に移行する。ここ
で、全ての検出点で計測用パターンの空間像計測が終了
した時点では、計測用パターン毎に各Ｚ位置についての
空間像計測データがＺ位置と対応付けてメモリ内に記憶
されている。そこで、ステップ１２２では、各計測用パ
ターンについて、空間像の強度信号のコントラストが最
大となるＺ位置（ベストフォーカス位置）を求め、得ら
れた各ベストフォーカス位置に基づいて、所定の統計的
処理を行うことにより、投影光学系ＰＬの像面形状を算
出する。投影光学系ＰＬの像面、すなわち、最良結像面
は、光軸からの距離が異なる無数の点（すなわち、いわ
ゆる像の高さが異なる無数の点）におけるベストフォー
カス点の集合から成る面であるから、このような手法に
より、像面形状を容易にかつ正確に求めることができ
る。

【０１２２】なお、上述の説明では、投影光学系ＰＬの
像面形状を算出する場合について説明したが、投影光学
系ＰＬのベストフォーカス位置を検出するのであれば、
図６のフローチャートで示される制御アルゴリズムをほ
ぼそのまま用いることができる。すなわち、この場合に
は、投影光学系ＰＬの光軸上に位置する計測用パターン
についてのみ空間像計測が行われるので、ステップ１２
０における判断が第１回目で直ちに肯定され、処理はス
テップ１２２に移行する。そこで、ステップ１２２で
は、その唯一の検出点（投影光学系ＰＬの光軸上）で得
られる計測用パターンの空間像強度信号のコントラスト
が最大となるＺ位置をベストフォーカス位置として算出
すれば良い。

【０１２３】また、例えば、投影光学系ＰＬの球面収差
を検出する場合には、同一ライン幅で周期の異なる複数
のＬ／Ｓパターンが形成された計測用レチクルを用い、
上記ステップ１０８に代えて、計測用レチクル上の異な
る計測用パターンが例えば投影光学系ＰＬの光軸上に順
次位置するように、レチクルステージＲＳＴを移動させ
るステップを採用し、ステップ１２２において、各計測
用パターンについて、空間像の強度信号のコントラスト
が最大となるＺ位置（ベストフォーカス位置）を求め、
得られた各計測用パターンについてのベストフォーカス
位置の差に基づいて、所定の演算を行うことにより、球
面収差を算出するようにすれば、図６のフローチャート
で示される制御アルゴリズムに僅かに変更を加えたもの
を用いることができる。

【０１２４】また、ＸＹ面内でのパターン像の結像位置
の検出に基づき、投影光学系ＰＬの倍率及びディストー
ション、コマ収差などを検出する場合には、計測中にス
リット板９０のＺ位置を変化させる必要がないので、上
記ステップ１１４〜１１８を省略したアルゴリズムを採
用し、ステップ１１２において、投影像計測位置にウエ
ハステージを移動した際に、多点焦点位置検出系（６０
ａ，６０ｂ）の選択したフォーカスセンサＳ_p,qの計測
値（Ｚ_p,qとする）が（Ｚtarg−ΔＺ）に一致する位置
までウエハテーブル１８をＺ軸方向に移動することによ
り、スリット板の形状データを用いたスリット２２のＺ
位置の調整を行えば良い。また、これらの場合には、ス
テップ１２２において、それぞれの計測目的に応じた演
算を行えば良い。

【０１２５】また、照明テレセンの検出を行う場合に
は、基本的には、上述した球面収差の測定と同様の制御
アルゴリズムを採用することができる。但し、この場合
には、ステップ１２２における計測結果の算出に際し
て、各デフォーカス位置における結像位置を算出し、そ
の算出結果に基づいて照明テレセンを求める必要があ
る。

【０１２６】以上詳細に説明したように、本第１の実施
形態の露光装置１００によると、投影光学系ＰＬの光学
特性を検出する際に、空間像検出に先立って、主制御装
置２０によって行われる、前述したステップ１０２〜１
０６の処理により、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸにほぼ垂
直に配置されその一部に空間像計測器５９の検出部とし
てのスリット２２が形成されたスリット板９０の形状デ
ータ（３次元バイスプライン曲面データ）が求められ
る。

【０１２７】次いで、スリット板９０表面の投影光学系
ＰＬの光軸方向（Ｚ軸方向）に関する位置を計測する多
点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の計測点であるフ
ォーカスセンサのうち、空間像検出時にスリット２２に
最も近いと推測されるフォーカスセンサＳ_p,qが選択さ
れる。

【０１２８】そして、実際の空間像の検出に際しては、
多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）のフォーカスセ
ンサＳ_p,qにおけるスリット板９０のＺ位置が計測さ
れ、該計測結果及び計測時におけるフォーカスセンサＳ
_p,qとスリット２２との位置関係と、先に求められた形
状データとに基づいてスリット板９０のＺ軸方向に関す
る位置を補正した状態で、空間像計測器５９を用いて、
計測用パターンの空間像計測が行われる。このため、ス
リット板９０の表面形状に影響を受けることなく、スリ
ット２２のＺ位置を所期の位置に正確に設定した状態で
空間像計測を行うことが可能になる。この場合、スリッ
ト２２のＺ位置を所期の位置に設定した後に、スリット
板９０（ウエハステージＷＳＴ）をＸＹ面内で移動して
空間像計測を行っていた従来技術と異なり、ウエハステ
ージＷＳＴのＸＹ面内の移動に起因する移動面形状（走
り面形状）の影響を受けることも殆どない。従って、計
測用パターンの空間像を正確に検出することができる。
そして、この空間像の計測結果に基づいて投影光学系Ｐ
Ｌの光学特性が算出されるので、結果的に投影光学系Ｐ
Ｌの光学特性を高精度に検出することができる。そのた
め、この光学特性の計測結果に基づいて、例えば工場内
における露光装置の立ち上げ時等に投影光学系ＰＬの光
学性能の調整を高精度に行うことができる。あるいは、
特にディストーションや倍率等については、定期的に上
記の計測を行い、この計測結果に基づいて投影光学系Ｐ
Ｌの不図示の光学特性補正装置（例えば、投影光学系Ｐ
Ｌを構成する特定のレンズエレメントをＺ・チルト駆動
する装置、あるいは投影光学系を構成する特定のレンズ
間に設けられた気密室の内圧を調整する装置など）を用
いて、ディストーションや倍率（特に走査露光時の非走
査方向）等を補正することができる。なお、走査露光時
の走査方向の倍率の補正は、例えば、走査露光時のレチ
クルとウエハの少なくとも一方の走査速度を調整するこ
とにより行われる。

【０１２９】このように、露光装置１００では、例えば
投影光学系の光学特性の初期調整、あるいは、露光開始
に先立っての投影光学系の光学特性の調整により投影光
学系ＰＬの光学特性を高精度に調整し、あるいはその検
出された光学特性を考慮して、投影光学系ＰＬにより投
影されるレチクルパターンの像とウエハとの相対位置を
調整した状態でレチクルパターンのウエハＷ上への転写
が行われる。このため、重ね合せ精度の良好な露光を行
なうことが可能となる。

【０１３０】なお、上記実施形態では、空間像計測に際
し、ウエハテーブル１８をＺ軸方向にステップ移動する
場合について説明したが、これに限らず、ウエハテーブ
ル１８をＺ軸方向に走査する動作を伴う計測を行う場合
にも、上述したスリット板９０の形状を考慮したＺ位置
補正を採用すれば、同等の効果を得ることができる。

【０１３１】《第２の実施形態》次に、本発明の第２の
実施形態について、図９を参照しつつ説明する。ここ
で、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成
部分については同一の符号を用いるものとする。本第２
の実施形態に係る露光装置は、装置構成等は、前述した
第１の実施形態と同一であり、主制御装置２０の光学特
性の計測に関する制御アルゴリズムが一部相違するのみ
である。従って、以下においては、重複説明を極力省略
すべく、相違点を中心に説明する。

【０１３２】図９には、第２の実施形態に係る露光装置
において、投影光学系ＰＬの光学特性の一例として像面
形状の計測を行う際の主制御装置２０の制御アルゴリズ
ムを示すフローチャートが示されている。以下、この図
９に沿って、主制御装置２０による投影光学系ＰＬの像
面形状の計測動作について説明する。

【０１３３】ステップ２０２〜２０６において、前述し
たステップ１０２〜１０６と、全く同様の手順で、形状
測定工程の動作を行い、スリット板９０の表面形状のデ
ータがメモリ２１内に記憶される。

【０１３４】次のステップ２０８では、投影光学系ＰＬ
の視野内の第１番目の検出点で計測用パターンを空間像
計測器５９により計測できる位置まで、ウエハステージ
ＷＳＴを移動し、ステップ２１０に進む。

【０１３５】次のステップ２１０では、フォーカスセン
サＳ_i,jの配列とそのときの干渉計の計測値とから、そ
の時点でスリット２２の最も近くに位置するフォーカス
センサ（Ｓ_p,qとする）を求め、このフォーカスセンサ
Ｓ_p,qを選択する。

【０１３６】次のステップ２１２では、フォーカスセン
サＳ_p,qの計測値（Ｚ_p,qとする）が指定されたＺ位置Ｚ
targに一致する位置までウエハテーブル１８をＺ軸方向
に移動する。

【０１３７】次のステップ２１４では、前述したスリッ
トスキャン方式により、第１番目の検出点で計測用パタ
ーンの空間像を計測する。この場合も、スリットスキャ
ンによる空間像計測中に、選択されたフォーカスセンサ
Ｓ_p,qの計測結果をモニタしつつ、スリット板９０のＺ
位置の常時追尾及び補正を行うことも勿論可能である。

【０１３８】次のステップ２１６では、第１番目の検出
点で予定されたＺ位置の変更範囲内における計測用パタ
ーンの空間像の計測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２１７に進んで、指定Ｚ位
置を１ステップ分だけ大きな値に更新（Ｚtarg←Ｚtarg
＋α）した後、ステップ２１２に戻り、以後ウエハテー
ブル１８のＺ位置を所定ステップピッチ（α）で変化さ
せながら（ステップ２１７）、ステップ２１２，２１
４，２１６の処理、判断を繰り返し、各Ｚ位置について
の空間像計測を行う。これにより、各Ｚ位置についての
空間像計測データがＺ位置と対応付けてメモリ２１内に
記憶される。

【０１３９】そして、予定していた範囲でのＺのステッ
プ移動が終了すると、ステップ２１６の判断が肯定さ
れ、ステップ２１８に進んで、ウエハステージＷＳＴの
ＸＹ位置をスリットスキャンの開始位置に設定し、先に
選択したフォーカスセンサＳ_p, _q、すなわちスリット像
Ｓ_p,qの結像位置（スリット像の光束の落射位置）とス
リット２２とのＸＹ座標系上の位置関係と、該当する部
分のバイスプライン曲面式とに基づき、Ｚ補正量を算出
して第１番目の計測用パターンと対応付けてメモリ２１
に記憶する。

【０１４０】次のステップ２２０では、全ての検出点で
計測用パターンの空間像計測が終了したか否かを判断す
る。この判断が否定されると、ステップ２０８に戻り、
第２番目の検出点で計測用パターンが空間像計測器５９
により計測されるようにウエハステージＷＳＴを移動
し、以後上記ステップ２１０以下の処理、判断を繰り返
して、第２番目の検出点で計測用パターンの空間像計測
を行う。

【０１４１】そして、第２番目の検出点で計測用パター
ンの空間像計測が終了すると、ステップ２１８に移行
し、上記と同様にしてＺ補正値を算出し第２番目の検出
点と対応付けてメモリ２１に記憶した後、ステップ２２
０に進む。そして、このステップ２２０における判断が
否定されると、ステップ２０８に戻り、以後上記と同様
にして第３番目以降の各検出点で計測用パターンの空間
像計測を行う。

【０１４２】このようにして、全ての検出点で計測用パ
ターンの空間像計測が終了すると、ステップ２２０にお
ける判断が肯定され、ステップ２２２に移行する。ここ
で、全ての計測用パターンについての空間像計測が終了
した時点では、メモリ２１には、検出点毎に、各Ｚ位置
についての空間像計測データとＺ補正量とがメモリ２１
内に記憶されている。そこで、このステップ２２２で
は、各計測用パターンについて、空間像の強度信号のコ
ントラストが最大となるＺ位置（ベストフォーカス位
置）を求め、得られた各ベストフォーカス位置を、対応
するＺ補正量を用いて補正した値を真のベストフォーカ
ス位置として算出するとともに、その算出結果を用いて
所定の統計的処理を行うことにより、投影光学系ＰＬの
像面形状を算出する。

【０１４３】本第２の実施形態においても、図９のフロ
ーチャートをそのまま、あるいは一部変更することによ
り、投影光学系ＰＬの像面形状の算出に限らず、ベスト
フォーカス位置、球面収差、倍率、ディストーション、
コマ収差等の光学特性の計測を行うことができる。ま
た、この場合も照明テレセンの計測も可能である。

【０１４４】以上詳細に説明したように、本第２の実施
形態の露光装置によると、投影光学系ＰＬの光学特性を
検出する際に、空間像検出に先立って、前述したステッ
プ２０２〜２０６の処理により、投影光学系ＰＬの光軸
ＡＸにほぼ垂直に配置されその一部に空間像計測器５９
の検出部としてのスリット２２がが形成されたスリット
板９０の形状データ（３次元バイスプライン曲面デー
タ）が求められる。

【０１４５】次いで、位置を計測する計測点であるフォ
ーカスセンサのうち、空間像検出時にスリット２２も最
も近いと推測されるフォーカスセンサＳ_p,qが選択され
る。

【０１４６】そして、実際の空間像の検出に際しては、
多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）のフォーカスセ
ンサＳ_p,qにおけるスリット板９０のＺ位置が計測さ
れ、該計測結果に基づいて、スリット板９０のＺ位置を
設定した状態で、空間像計測器５９を用いて、計測用パ
ターンの空間像計測が行われる。

【０１４７】そして、空間像計測時におけるフォーカス
センサＳ_p,qとスリット２２との位置関係と、先に求め
られた形状データとに基づいて空間像計測結果に基づい
て検出された光学情報に含まれるＺ位置情報（実施形態
ではベストフォーカス位置）が補正され、その補正後の
情報に基づいて投影光学系ＰＬの像面湾曲等の光学特性
が算出される。

【０１４８】このように、本第２の実施形態では、検出
された光学情報に含まれるＺ位置情報について適切な補
正が行われ、その補正後の情報に基づいて投影光学系の
光学特性が算出されるので、投影光学系の光学特性を高
精度に検出することが可能になる。この場合も、スリッ
ト板９０の表面形状に影響を受けることなく、また、ウ
エハステージＷＳＴのＸＹ面内の移動に起因する移動面
形状（走り面形状）の影響を受けることも殆どない。

【０１４９】従って、本第２の実施形態に係る露光装置
では、前述した第１の実施形態と同様に、例えば投影光
学系の光学特性の初期調整、あるいは、露光開始に先立
っての投影光学系の光学特性の調整により投影光学系Ｐ
Ｌの光学特性を高精度に調整し、あるいはその検出され
た光学特性を考慮して、投影光学系ＰＬにより投影され
るレチクルパターンの像とウエハとの相対位置を調整し
た状態でレチクルパターンのウエハＷ上への転写が行わ
れる。このため、重ね合せ精度の良好な露光を行なうこ
とが可能となる。

【０１５０】なお、本第２の実施形態では、空間像計測
に際し、ウエハテーブル１８をＺ軸方向にステップ移動
する場合について説明したが、これに限らず、ウエハテ
ーブル１８をＺ軸方向に走査する動作を伴う計測を行う
場合にも、上述したスリット板９０の形状を考慮して検
出される光学情報中のＺ位置補正を採用すれば、同等の
効果を得ることができる。

【０１５１】但し、本第２の実施形態に係る投影光学系
の光学特性の計測方法は、例えばベストフォーカス位置
であるとか、ベストフォーカス位置から一定のデフォー
カス位置といった特定Ｚ位置での計測が必要とされる場
合などには、不適である。これは、計測時に実際にスリ
ット２２がその特定のＺ位置に設定されないためであ
る。かかる計測では、前述した第１の実施形態に係る投
影光学系の光学特性の計測方法が有効である。

【０１５２】なお、上記各実施形態では、空間像計測の
都度、それに先立って、スリット板９０の形状計測を行
う場合について説明したが、本発明がこれに限定される
ものではない。すなわち、スリット板９０の形状計測
は、製造、調整時等にのみ行い、スリット板９０の形状
計測を行った際の計測データをメモリ２１に格納して置
くこととしても良い。かかる場合には、空間像の計測の
際には、主制御装置２０は、前述した図６のステップ１
０８以降又は図９のステップ２０８以降の制御動作のみ
を行えば良い。

【０１５３】また、上記各実施形態では、スリット板９
０の形状算出において、双３次バイスプライン曲面式を
用いたが、これに限らず、一般のバイスプライン補完で
あれば全て適用可能である。さらに、もともと板状部材
の表面精度が高い場合には隣り合う数点の計測データを
用いた平面補完も採用することが可能である。この他、
板状部材表面を予め必要なサイズのマトリックス状の区
画領域に分割し、各区画領域毎のＺ位置データを、マッ
プの形で持たせても良い。

【０１５４】また、上記各実施形態では、計測装置とし
て多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）を使用する場
合について説明したが、これに限らず面形状が計測可能
なレーザ干渉計（例えばフィゾー干渉計）や、その他の
面位置計測装置を用いても良い。要は、板状部材の少な
くとも３点の面位置情報が同時に計測可能であれば良
い。

【０１５５】また、上記各実施形態では、板状部材に設
けられた特定の構成要素がスリット２２である場合につ
いて説明したが、本発明がこれに限定されないことは勿
論である。特定の構成要素は、検出系（上記実施形態で
は空間像計測器５９）の構成要素であって、基板ステー
ジ上に設けられ、その光軸方向の位置の変化が検出され
る光学情報を変化させる構成要素であれば足りる。この
ような構成要素としては、例えば各種光学センサの受光
部（例えば光電変換素子）、発光部などが挙げられる。

【０１５６】従って、検出系も空間像計測器に限らず、
波面収差計測装置や、照度むらセンサなどの露光装置の
ウエハテーブル上あるいはこれとは別の可動体上に少な
くとも一時的に載置される検出系を広く含む。なお、波
面収差計測装置は、計測用パターンを微小開口（ピンホ
ールなど）を介して、例えばラインセンサ、撮像素子な
どで検出し、その空間像の基準位置からの横ずれを検出
することで投影光学系の波面収差を算出する。

【０１５７】この他、検出系は、露光装置のウエハテー
ブル上あるいはこれとは別の可動体上にウエハＷ表面と
ほぼ同一高さ位置に固定された基準マーク（例えば、一
定ピッチのラインアンドスペースパターンより成る０
°、４５°、９０°、１３５°の方向を周期方向とする
４種類の回折格子マーク（振幅型又は位相型）より形成
される発光マーク）を、ウエハテーブルの内側から露光
波長又はこの近傍の波長の照明光により照明し、基準マ
ークから発生した像光束を投影光学系を介してレチクル
のパターン面に照射し、そのパターン面で反射した反射
像の光束を投影光学系を介して基準パターン上に重畳さ
せ、その反射像の光束を基準パターンを介して投影光学
系の瞳面とほほ共役な位置に配置された光センサで受光
する、フォーカスキャリブレーション用の検出系であっ
ても良い。この検出系によると、基準マークが投影光学
系の最良結像面を横切るように光軸方向に移動させるこ
とにより、光センサからの光電変換信号とウエハテーブ
ル（基準マークの光軸方向位置）とに基づいて最良結像
位置（ベストフォーカス位置）を正確に検出することが
できる。また、この検出系では、前述した空間像計測器
と同様に投影光学系の視野内の任意の位置でベストフォ
ーカス位置を求めることができる。

【０１５８】なお、上記各実施形態では、本発明がステ
ップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に適用され
た場合について説明したが、これに限らず、マスクと基
板とを静止した状態でマスクのパターンを基板に転写す
るとともに、基板を順次ステップ移動させるステップ・
アンド・リピート型の露光装置にも本発明は適用するこ
とができる。

【０１５９】また、上記各実施形態では、本発明が半導
体製造用の露光装置に適用された場合について説明した
が、これに限らず、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や、薄
膜磁気へッド、撮像素子、マイクロマシン、ＤＮＡチッ
プ、及びレチクルやマスクなどを製造するための露光装
置などにも本発明は広く適用できる。

【０１６０】また、上記各実施形態では、露光用照明光
としてＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ
エキシマレーザ光（１９３ｎｍ）などを用いる場合につ
いて説明したが、これに限らず、ｇ線（４３６ｎｍ）、
ｉ線（３６５ｎｍ）、Ｆ₂レーザ光（１５７ｎｍ）、銅
蒸気レーザ、ＹＡＧレーザの高調波等を露光用照明光と
して用いることができる。

【０１６１】また、上記各実施形態では、投影光学系と
して縮小系を用いる場合について説明したが、これに限
らず、投影光学系として等倍あるいは拡大系を用いても
良いし、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれであ
っても良い。

【０１６２】複数のレンズから構成される照明光学系、
投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をすると
ともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウ
エハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を
接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をする
ことにより本実施形態の露光装置を製造することができ
る。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が
管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

【０１６３】半導体デバイスは、デバイスの機能・性能
設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチ
クルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製
作するステップ、前述した実施形態の露光装置によりレ
チクルのパターンをウエハに転写するステップ、デバイ
ス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工
程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製
造される。

【０１６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る露光
装置によれば、基板ステージの移動面形状と、検出系を
構成する特定の構成要素が配置された板状部材の表面形
状とが、計測結果に与える影響を同時に軽減し、精度の
高い光学的な測定、ひいては高精度な露光を行うことが
できるという効果がある。

【０１６５】本発明に係る光学特性検出方法によれば、
投影光学系の光学特性を高精度に検出することができる
という効果がある。

【０１６６】また、本発明に係る露光方法によれば、高
精度な露光を行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の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のウエハステージＷＳＴを取り出して示す
斜視図である。

【図３】空間像計測器を用いてレチクルに形成された計
測用パターンの空間像が計測されている最中の状態を示
す図であって、かつウエハテーブルの一部を破砕して示
す正面図である。

【図４】ウエハ表面の露光領域ＩＡ近傍に形成される４
９個のスリット像の配置を示す平面図である。

【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、空間像計測器によ
る空間像の計測方法について説明するための図である。

【図６】第１の実施形態において、投影光学系の光学特
性の像面形状の計測を行う際の主制御装置の制御アルゴ
リズムを示すフローチャートである。

【図７】双３次バイスプライン曲面の算出方法について
説明するための図である。

【図８】スリット２２とフォーカスセンサＳ_i,j，Ｓ
_i+1,jと、Ｚ位置誤差ΔＺとの関係を概念的に示す図で
ある。

【図９】第２の実施形態において、投影光学系の光学特
性の像面形状の計測を行う際の主制御装置の制御アルゴ
リズムを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１８…ウエハテーブル（基板ステージ）、２０…主制御
装置（制御装置）、２１…メモリ（記憶装置）、２２…
スリット（特定構成要素、検出部）、５９…空間像計測
器（投影像検出系、検出系）、６０ａ…送光系（計測装
置の一部）、６０ｂ…受光系（計測装置の一部）、９０
…スリット板（板状部材）、１００…露光装置、Ｒ…レ
チクル（マスク）、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ（基
板）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクのパターンを投影光学系を介して
基板上に転写する露光装置であって、前記基板を保持する基板ステージと；前記基板ステージ
上に前記投影光学系の光軸にほぼ垂直に設置された板状
部材の一部に配置された特定構成要素を少なくとも含
み、前記投影光学系の光軸方向に関する前記特定構成要
素の位置に応じて変化する光学情報を検出する検出系
と；前記投影光学系との位置関係が固定で、前記板状部
材表面の前記光軸方向に関する位置情報を計測可能な計
測装置と；前記計測装置を用いて予め計測された前記板
状部材表面の少なくとも３点の前記光軸方向の位置情報
に基づいて求められた前記板状部材表面の形状データが
記憶された記憶装置と；を備えることを特徴とする露光
装置。
【請求項２】前記計測装置は、斜入射光式の多点焦点
位置検出装置であることを特徴とする請求項１に記載の
露光装置。
【請求項３】前記記憶装置には、前記計測装置を用い
て予め計測された前記板状部材表面の前記光軸方向の位
置情報に基づいて算出されたバイスプライン曲面データ
が前記板状部材表面の形状データとして記憶されている
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】前記検出系を用いて前記投影光学系の視
野内の所定点で前記光学情報を検出するとともに、前記
計測装置の計測点と前記検出系を構成する前記特定構成
要素との位置関係に応じて、前記記憶装置に記憶された
前記形状データに基づいて、前記検出時に前記計測装置
を用いて設定される前記板状部材の前記光軸方向に関す
る位置を補正する制御装置を更に備えることを特徴とす
る請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５】前記検出系を用いて前記投影光学系の視
野内の所定点で前記光学情報を検出するとともに、前記
計測装置の計測点と前記検出系を構成する前記特定構成
要素との位置関係に応じて、前記記憶装置に記憶された
前記形状データに基づいて前記検出結果、又は前記検出
結果から得られる前記光軸方向に関する前記所定点での
位置情報を補正する制御装置を更に備えることを特徴と
する請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６】前記検出系を用いて前記投影光学系の視
野内で前記計測装置の計測点と異なる所定点で前記光学
情報を検出するとともに、前記記憶装置に記憶された前
記形状データと、前記検出結果から得られる前記光軸方
向に関する位置情報とに基づいて、前記計測点に関する
前記計測装置の較正情報を決定する制御装置を更に備え
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載
の露光装置。
【請求項７】前記検出系は、前記投影光学系により投
影された投影像を検出する投影像検出系であることを特
徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光装
置。
【請求項８】第１面上に配置されるパターンを第２面
上に投影する投影光学系の光学特性を検出する光学特性
検出方法であって、前記投影光学系の光軸にほぼ垂直に配置されその一部に
光学情報を検出する検出系の検出部が設けられる板状部
材表面の形状データを求める第１工程と；前記板状部材
表面の前記光軸方向に関する位置情報を計測する計測装
置の特定の計測点における前記板状部材表面の前記光軸
方向に関する位置情報を計測し、該計測結果及び計測時
における前記特定の計測点と前記検出部との位置関係
と、前記求められた形状データとに基づいて、前記計測
装置を用いて設定される前記板状部材の前記光軸方向に
関する位置を補正した状態で、前記検出系を用いて、前
記光軸方向に関する前記検出部の位置に応じて変化する
光学情報を検出する第２工程と；前記光学情報の検出結
果に基づいて前記投影光学系の光学特性を算出する第３
工程と；を含む光学特性検出方法。
【請求項９】第１面上に配置されるパターンを第２面
上に投影する投影光学系の光学特性を検出する光学特性
検出方法であって、前記投影光学系の光軸にほぼ垂直に配置されその一部に
光学情報を検出する検出系の検出部が設けられる板状部
材表面の形状データを求める第１工程と；前記板状部材
表面の前記光軸方向に関する位置情報を計測する計測装
置を用いて前記板状部材表面の前記光軸方向に関する位
置情報を計測し、該計測結果に基づいて前記板状部材の
前記光軸方向に関する位置を設定した状態で、前記検出
系を用いて、前記光軸方向に関する前記検出部の位置に
応じて変化する光学情報を検出する第２工程と；前記検
出時における前記計測装置の特定の計測点と前記検出部
との位置関係と、前記求められた形状データとに基づい
て前記検出された光学情報、又は該光学情報に含まれる
前記光軸方向の位置情報を補正して前記投影光学系の光
学特性を決定する第３工程と；を含む光学特性検出方
法。
【請求項１０】前記投影光学系の視野内の所定点に前
記検出部を設定するとともに、前記計測装置を用いて前
記光軸方向に関する前記板状部材の位置を変化させなが
ら前記光学情報を検出することで前記所定点における前
記投影光学系の光学特性を算出することを特徴とする請
求項８又は９に記載の光学特性検出方法。
【請求項１１】前記計測装置はその複数の計測点でそ
れぞれ前記光軸方向に関する前記板状部材の位置情報を
計測可能であり、前記特定の計測点は、前記光学情報の
検出時に前記検出部に最も近い位置に存在する計測点で
あることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に
記載の光学特性検出方法。
【請求項１２】前記第１工程では、前記板状部材を、
前記投影光学系の直下に移動させ、前記投影光学系の直
下に移動した前記板状部材表面の少なくとも３点におけ
る前記投影光学系の光軸方向の位置情報を前記計測装置
を用いて計測し、しかる後、該計測結果に基づいて前記
板状部材表面の形状データを算出することを特徴とする
請求項８〜１１のいずれか一項に記載の光学特性検出方
法。
【請求項１３】マスクのパターンを投影光学系を介し
て基板上に転写する露光方法であって、露光に先立って、請求項８〜１２のいずれか一項に記載
の光学特性検出方法を用いて前記投影光学系の光学特性
を検出する工程と；前記検出された光学特性を考慮し
て、前記投影光学系により投影される前記マスクパター
ンの像と前記基板との相対位置を調整した状態で前記マ
スクパターンの転写を行う工程と；を含む露光方法。