JP2003045795A - 光学特性計測方法、投影光学系の調整方法及び露光方法、並びに露光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影光学系の光学特性を高精度に計測する。 【解決手段】 投影光学系ＰＬの像面近傍に配置された
基板Ｗの平坦度を測定する。次に、この平坦度を考慮し
て、基板Ｗの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に関する位
置及び傾斜の少なくとも一方を調整し、レチクルＲ_T上
の各パターン６７_{i ,j}を照明光で照明し、各パターン６
７_i,jを開口７０_i,j及び投影光学系ＰＬを介して基板上
に転写する。この場合、基板の位置、姿勢の調整は、上
記の基板の平坦度を考慮して、照明光が照射される基板
上の領域が極力像面に一致するように行われる。従っ
て、各パターンの転写位置の基準位置からの位置ずれ量
は、基板表面のデフォーカスに起因する位置ずれ成分を
殆ど含まない、投影光学系の光学特性をほぼそのまま反
映した位置ずれ量となる。従って、上記の位置ずれ量に
基づいて投影光学系の光学特性を高精度に求めることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学特性計測方
法、投影光学系の調整方法及び露光方法、並びに露光装
置の製造方法に係り、さらに詳しくは、第１面上のパタ
ーンを第２面上に投影する投影光学系の光学特性を計測
する光学特性計測方法、該光学特性計測方法によって計
測された結果に基づいて投影光学系を調整する調整方
法、及び該調整方法によって調整された投影光学系を用
いてマスクのパターンを基板上に転写する露光方法、並
びに前記光学特性計測方法を用いる露光装置の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子（ＣＰＵ、ＤＲＡ
Ｍ等）、撮像素子（ＣＣＤ等）及び液晶表示素子、薄膜
磁気ヘッド等を製造するリソグラフィ工程では、基板上
にデバイスパターンを形成する種々の露光装置が用いら
れている。近年においては、半導体素子等の高集積化に
伴い、高いスループットで微細パターンを精度良くウエ
ハ又はガラスプレート等の基板上に形成可能なステップ
・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（又はマスク）と、基板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。これは、重ね合わせが悪いと、製造された半
導体素子等のデバイスの動作不良や良品率（歩留まり）
の低下を招くためである。重ね合せを精度良く行うため
には、投影光学系の光学特性を正確に計測し、これを所
望の状態に調整し管理する必要がある。

【０００４】従来、投影光学系の光学特性の計測方法と
して、所定の計測用のパターンが形成された計測用マス
クを用いて露光を行い、計測用のパターンの投影像が転
写された基板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光学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る。
この焼き付け法として、上記のレジスト像などの転写像
同士の相対的な位置の変化量を測定し、この相対的な位
置の変化量に基づいて投影光学系の収差（収差量）を算
出する方法がある。

【０００５】例えば、計測用のパターンとして、所定線
幅で所定ピッチで配置された３本のラインパターンから
成るライン・アンド・スペースパターンを用いる場合、
例えば、そのレジスト像として、図９（Ａ）に示される
ようなレジスト像が得られるものとする。図９（Ａ）の
場合、中央のラインパターンのレジスト像８２の位置、
すなわちその線幅の中心位置を基準とし、両側に位置す
るラインパターン８４，８６の外側の辺同士の中心位置
の前記基準に対するずれ量（相対的な位置の変化量）Δ
を測定し、そのずれ量Δに基づいて投影光学系の収差を
定量的に評価することができる。

【０００６】また、例えば、計測用パターンとして、い
わゆるボックス・アンド・ボックスパターンと呼ばれる
パターンを用いる場合、例えば外ボックスと内ボックス
の中心位置が同一の両者が形成されたパターンを転写し
た場合に、図９（Ｂ）に示されるようなレジスト像が得
られるものとする。この図９（Ｂ）の場合、外ボックス
パターンのレジスト像８８と、内ボックスパターンのレ
ジスト像９０との各辺の中心同士のずれ量（相対的な位
置の変化量）Δｘ、Δｙを測定し、これらのずれ量Δ
ｘ、Δｙに基づいて２軸方向に関する投影光学系の収差
を定量的に評価することができる。

【０００７】さらに、測定された相対的な位置の変化量
を各Zernike成分に変換することで、収差を理想波面に
対する傾斜量（ずれ量）として表した波面収差を算出す
る方法も知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、露光の際にウエハ表面全体の平均的な面
が、投影光学系の像面になるべく一致するようにウエハ
の光軸方向の位置あわせ及び傾斜補正をした状態で、露
光が行われているため、パターンが転写される照明領域
内の各点でみれば、ウエハ表面の光軸方向位置に誤差が
存在し、これがパターン転写位置のずれ要因となる。こ
のため、ウエハ上に転写されたパターン（レジスト像な
ど）に基づいて、上記のずれ量を計測しても、それが投
影光学系の収差に起因するものなのか、デフォーカスに
起因するものなのか区別が困難である。この結果、ずれ
量に基づいて投影光学系の収差量を正確に算出すること
が困難であった。

【０００９】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第１の目的は、投影光学系の光学特性を高精度
に計測することができる光学特性計測方法を提供するこ
とにある。

【００１０】本発明の第２の目的は、投影光学系の光学
特性を精度良く調整することが可能な投影光学系の調整
方法を提供することにある。

【００１１】本発明の第３の目的は、マスクのパターン
を基板上に精度良く転写することが可能な露光方法を提
供することにある。

【００１２】本発明の第４の目的は、マスクのパターン
を基板上に精度良く転写することが可能な露光装置の製
造方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、第１面上のパターンを第２面上に投影する投影光学
系（ＰＬ）の光学特性を計測する光学特性計測方法であ
って、前記第２面上に配置された基板（Ｗ）の平坦度を
測定する第１工程と；前記測定された前記平坦度を考慮
して、前記基板の前記投影光学系の光軸方向に関する位
置及び前記光軸に直交する面に対する傾斜の少なくとも
一方を調整した状態で、前記第１面上に配置された計測
用パターン（６７_i,j）を照明光で照明し、前記計測用
パターンを前記投影光学系を介して前記基板上に転写す
る第２工程と；前記計測用パターンの転写位置の基準位
置からの位置ずれ量に基づいて前記投影光学系の光学特
性を求める第３工程と；を含む光学特性計測方法であ
る。

【００１４】これによれば、第２面上に配置された基板
の平坦度を測定する（第１工程）。そして、この測定さ
れた基板の平坦度を考慮して、基板の投影光学系の光軸
方向に関する位置及び光軸に直交する面に対する傾斜の
少なくとも一方を調整した状態で、第１面上に配置され
た計測用パターンを照明光で照明し、計測用パターンを
前記投影光学系を介して基板上に転写する（第２工
程）。この場合、基板の投影光学系の光軸方向に関する
位置及び光軸に直交する面に対する傾斜の少なくとも一
方の調整は、測定された基板の平坦度を考慮して行われ
るので、その調整は、露光時に照明光が照射される基板
上の領域が極力像面に一致する（投影光学系の最良結像
面の焦点深度の範囲内となる）ように行われる。従っ
て、計測用パターンの転写像は、基板表面のデフォーカ
スによる位置ずれ量が非常に小さい状態で基板上に形成
される。すなわち、計測用パターンの転写位置の基準位
置からの位置ずれ量は、基板表面のデフォーカスに起因
する位置ずれ成分を殆ど含まない、投影光学系の光学特
性をほぼそのまま反映した位置ずれ量となる。

【００１５】そして、上記の計測用パターンの転写位置
の基準位置からの位置ずれ量に基づいて投影光学系の光
学特性を求める（第３工程）ことにより、投影光学系の
光学特性を精度良く計測することが可能となる。

【００１６】ここで、「基準位置」は、設計値でも良
く、同時に転写された複数の計測用パターンのうちの最
も投影光学系の収差の影響を受け難いパターンの転写位
置であっても良く、あるいは予め基板上に形成されてい
る基準パターンの位置であっても良い。

【００１７】この場合において、請求項２に記載の光学
特性計測方法の如く、前記第１面上に配置された基準パ
ターン（７４₁）を前記照明光で照明し、前記基準パタ
ーンを前記投影光学系を介して前記基板上に転写する第
４工程を更に含む場合には、前記第３工程では、前記基
準パターンの転写位置を前記基準位置として前記光学特
性を求めることとすることができる。

【００１８】この場合の基準パターンの転写も、測定さ
れた基板の平坦度を考慮して、基板の投影光学系の光軸
方向に関する位置及び光軸に直交する面に対する傾斜の
少なくとも一方を調整した状態で行われることが望まし
い。

【００１９】上記請求項１に記載の光学特性計測方法に
おいて、請求項３に記載の光学特性計測方法の如く、前
記第２工程では、第１面上に前記計測用パターンを所定
の位置関係で複数配置するとともに、前記複数の計測用
パターン（６７_i,j）を照明光により照明し、前記複数
の計測用パターンのそれぞれから発生する照明光のそれ
ぞれを、前記各計測用パターンに個別に対応して設けら
れたピンホール状の開口（７０_i,j）及び前記投影光学
系を介して前記基板上に投射して前記各計測用パターン
を基板上に転写し、前記第３工程では、前記各計測用パ
ターンの転写位置の基準位置からの位置ずれ量に基づい
て前記投影光学系の光学特性の一種である波面収差を求
めることとすることができる。

【００２０】この場合において、基準位置として、設計
値あるいは、予め基板上に形成されている基準パターン
の位置などを採用することもできるが、請求項４に記載
の光学特性計測方法の如く、前記第１面上に前記複数の
計測用パターンに個別に対応して複数の基準パターン
（７６_i,j）を配置するとともに、前記複数の基準パタ
ーンを前記照明光により照明し、前記各基準パターンを
前記投影光学系を介して前記基板上にそれぞれ転写する
第４工程を更に含む場合には、前記第３工程では、前記
各計測用パターンの転写位置の対応する基準パターンの
転写位置からの位置ずれ量に基づいて前記投影光学系の
波面収差を求めることとすることができる。

【００２１】この場合の基準パターンの転写も、測定さ
れた基板の平坦度を考慮して、基板の投影光学系の光軸
方向に関する位置及び光軸に直交する面に対する傾斜の
少なくとも一方を調整した状態で行われることが望まし
い。また、複数の基準パターンの位置関係（間隔など）
を計測しておき、例えばこの計測結果を用いて計測用パ
ターン毎に前述の位置ずれ量を求める、あるいは投影光
学系の光学特性の計測結果を補正することが望ましい。
これにより、複数の基準パターンの位置誤差などに起因
した光学特性の計測誤差を低減することができる。

【００２２】上記請求項１〜４に記載の各光学特性計測
方法において、請求項５に記載の光学特性計測方法の如
く、前記第３工程では、前記測定された前記平坦度を更
に考慮して、前記投影光学系の光学特性を求めることと
することができる。

【００２３】請求項６に記載の発明は、第１面上のパタ
ーンを第２面上に投影する投影光学系の光学特性を計測
する光学特性計測方法であって、前記第２面上に配置さ
れた基板の平坦度を測定する第１工程と；前記第１面上
に配置された計測用パターンを照明光で照明し、前記計
測用パターンを前記投影光学系を介して前記基板上に転
写する第２工程と；前記計測用パターンの転写位置の基
準位置からの位置ずれ量と前記測定された前記平坦度と
に基づいて、前記投影光学系の光学特性を求める第３工
程と；を含む光学特性計測方法である。

【００２４】これによれば、第２面上に配置された基板
の平坦度を測定する（第１工程）。また、第１面上に配
置された計測用パターンを照明光で照明し、計測用パタ
ーンを投影光学系を介して基板上に転写する（第２工
程）。そして、計測用パターンの転写位置の基準位置か
らの位置ずれ量と測定された基板の平坦度とに基づい
て、投影光学系の光学特性を求める（第３工程）。

【００２５】ここで、計測用パターンの転写位置の基準
位置からの位置ずれ量は、投影光学系の光学特性を反映
した位置ずれ成分と転写時の基板のデフォーカスに起因
する位置ずれ成分とを含む場合が殆どである。

【００２６】しかるに、本発明では、前記の位置ずれ量
と測定された基板の平坦度とに基づいて、投影光学系の
光学特性を求めるので、実質的に転写時の基板表面のデ
フォーカスによる影響を排除して投影光学系の光学特性
を精度良く求めることが可能となる。

【００２７】例えば、基板の平坦度に基づき転写時の基
板表面のデフォーカスに起因する位置ずれ成分を求め、
得られた位置ずれ量（実測値）からデフォーカス起因の
位置ずれ成分を差し引いた投影光学系の光学特性を反映
した位置ずれ成分を得て、これに基づいて投影光学系の
光学特性を算出しても良いし、位置ずれ量（実測値）に
基づいて、投影光学系の光学特性を算出し、この光学特
性の算出結果をデフォーカス起因の位置ずれ成分を考慮
して補正し、その補正後の光学特性を最終的な光学特性
としても良い。また、基準パターンを転写する代わり
に、投影光学系の視野（照明光の照射領域）内で計測用
パターンを配置すべき複数の計測点と同一の位置関係で
複数の基準パターンが形成された基準基板を用い、その
各計測点で基準パターンを前記基準位置として計測用パ
ターンの位置ずれ量を計測しても良い。このとき、基準
基板上での複数の基準パターンの位置関係（間隔など）
を計測しておき、例えばこの計測結果を用いて計測用パ
ターン毎に前述の位置ずれ量を求める、あるいは投影光
学系の光学特性の計測結果を補正することが望ましい。
これにより、基準基板の製造誤差（基準パターンの位置
誤差など）に起因した光学特性の計測誤差を低減するこ
とができる。

【００２８】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれか一項に記載の光学特性計測方法を用いて投影光
学系の光学特性を計測する工程と；前記光学特性の計測
結果に基づいて前記投影光学系を調整する工程と；を含
む投影光学系の調整方法である。

【００２９】これによれば、請求項１〜６に記載の各光
学特性計測方法を用いて投影光学系の光学特性を計測す
るので、投影光学系の光学特性が精度良く計測される。
そして、この精度良く計測された光学特性の計測結果に
基づいて投影光学系が調整されるので、投影光学系の光
学特性を精度良く調整することができる。

【００３０】請求項８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、請求項７に記載の調整方法により前記投影光学系
を調整する工程と；前記調整された投影光学系を介して
前記パターンを前記基板上に転写する工程と；を含む露
光方法である。

【００３１】これによれば、請求項７に記載の調整方法
により投影光学系を調整するので、投影光学系の光学特
性が精度良く調整される。そして、この調整された投影
光学系を介してマスクのパターンを基板上に転写するの
で、パターンを基板上に精度良く転写することができ
る。

【００３２】請求項９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
転写する露光装置の製造方法であって、請求項１〜６の
いずれか一項に記載の光学特性計測方法を用いて投影光
学系の光学特性を計測する工程と；前記光学特性の計測
結果に基づいて前記投影光学系を調整する工程と；を含
む露光装置の製造方法である。

【００３３】これによれば、請求項１〜６に記載の各光
学特性計測方法を用いて投影光学系の光学特性を精度良
く計測し、その計測された光学特性に基づいて投影光学
系を調整するので、投影光学系の結像特性を精度良く調
整される。従って、投影光学系の結像特性が精度良く調
整された露光装置が製造され、該露光装置を用いて露光
を行うことにより、マスクのパターンを投影光学系を介
して基板上に精度良く転写することが可能になる。

【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６（Ｂ）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
１０の概略構成が示されている。この露光装置１０は、
露光用光源（以下「光源」という）にパルスレーザ光源
を用いたステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露
光装置、すなわちいわゆるステッパである。

【００３６】この露光装置１０は、光源１６及び照明光
学系１２を含む照明系、この照明系からのエネルギビー
ムとしての露光用照明光ＥＬにより照明されるマスクと
してのレチクルＲを保持するマスクステージとしてのレ
チクルステージＲＳＴ、レチクルＲから出射された露光
用照明光ＥＬを基板としてのウエハＷ上（像面上）に投
射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するＺチルトス
テージ５８が搭載された基板ステージとしてのウエハス
テージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。

【００３７】前記光源１６としては、ここでは、ＡｒＦ
エキシマレーザ光源（出力波長１９３ｎｍ）が用いられ
ている。なお、光源１６として、Ｆ₂レーザ光源（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エキシマレーザ光源（出力波長２４８ｎ
ｍ）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。

【００３８】前記光源１６は、実際には、照明光学系１
２の各構成要素及びレチクルステージＲＳＴ、投影光学
系ＰＬ、及びウエハステージＷＳＴ等から成る露光装置
本体が収容されたチャンバ１１が設置されたクリーンル
ームとは別のクリーン度の低いサービスルームに設置さ
れており、チャンバ１１にビームマッチングユニットと
呼ばれる光軸調整用光学系を少なくとも一部に含む不図
示の送光光学系を介して接続されている。この光源１６
は、主制御装置５０からの制御情報ＴＳに基づいて、内
部のコントローラにより、レーザ光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。

【００３９】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）及びオプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）
としてのフライアイレンズ又は内面反射型インテグレー
タ（本実施形態ではフライアイレンズ）２２を含むビー
ム整形・照度均一化光学系２０、照明系開口絞り板２
４、第１リレーレンズ２８Ａ、第２リレーレンズ２８
Ｂ、レチクルブラインド３０、光路折り曲げ用のミラー
Ｍ及びコンデンサレンズ３２等を備えている。

【００４０】前記ビーム整形・照度均一化光学系２０
は、チャンバ１１に設けられた光透過窓１７を介して不
図示の送光光学系に接続されている。このビーム整形・
照度均一化光学系２０は、光源１６でパルス発光され光
透過窓１７を介して入射したレーザビームＬＢの断面形
状を、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダを用
いて整形する。そして、ビーム整形・照度均一化光学系
２０内部の射出端側に位置するフライアイレンズ２２
は、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために、前
記断面形状が整形されたレーザビームの入射により、照
明光学系１２の瞳面とほぼ一致するように配置されるそ
の射出側焦点面に多数の点光源（光源像）から成る面光
源（２次光源）を形成する。この２次光源から射出され
るレーザビームを以下においては、「照明光ＥＬ」と呼
ぶものとする。

【００４１】フライアイレンズ２２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２４が配置
されている。この照明系開口絞り板２４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。この照明系
開口絞り板２４は、主制御装置５０により制御されるモ
ータ等の駆動装置４０により回転されるようになってお
り、これによりいずれかの開口絞りが照明光ＥＬの光路
上に選択的に設定され、後述するケーラー照明における
光源面形状が、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２４
を用いて照明光学系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、開口絞り板２４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１
６とオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）
２２との間に配置し、オプティカルインテグレータ（フ
ライアイレンズ）２２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。

【００４２】照明系開口絞り板２４から出た照明光ＥＬ
の光路上に、レチクルブラインド３０を介在させて第１
リレーレンズ２８Ａ及び第２リレーレンズ２８Ｂから成
るリレー光学系が配置されている。レチクルブラインド
３０は、レチクルＲのパターン面に対する共役面に配置
され、レチクルＲ上の矩形の照明領域ＩＡＲを規定する
矩形開口が形成されている。ここで、レチクルブライン
ド３０としては、開口形状が可変の可動ブラインドが用
いられており、主制御装置５０によってマスキング情報
とも呼ばれるブラインド設定情報に基づいてその開口が
設定されるようになっている。

【００４３】リレー光学系を構成する第２リレーレンズ
２８Ｂ後方の照明光ＥＬの光路上には、当該第２リレー
レンズ２８Ｂを通過した照明光ＥＬをレチクルＲに向け
て反射する折り曲げミラーＭが配置され、このミラーＭ
後方の照明光ＥＬの光路上にコンデンサレンズ３２が配
置されている。

【００４４】以上の構成において、フライアイレンズ２
２の入射面、レチクルブラインド３０の配置面、及びレ
チクルＲのパターン面は、光学的に互いに共役に設定さ
れ、フライアイレンズ２２の射出側焦点面に形成される
光源面（照明光学系の瞳面）、投影光学系ＰＬのフーリ
エ変換面（射出瞳面）は光学的に互いに共役に設定さ
れ、ケーラー照明系となっている。

【００４５】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１６からパルス発光さ
れたレーザビームＬＢは、ビーム整形・照度均一化光学
系に入射して断面形状が整形された後、フライアイレン
ズ２２に入射する。これにより、フライアイレンズ２２
の射出端に前述した２次光源が形成される。

【００４６】上記の２次光源から射出された照明光ＥＬ
は、照明系開口絞り板２４上のいずれかの開口絞りを通
過した後、第１リレーレンズ２８Ａを経てレチクルブラ
インド３０の矩形開口を通過した後、第２リレーレンズ
２８Ｂを通過してミラーＭによって光路が垂直下方に折
り曲げられた後、コンデンサレンズ３２を経て、レチク
ルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の
照明領域ＩＡＲを均一な照度分布で照明する。

【００４７】前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチク
ルＲが装填され、不図示の静電チャック（又はバキュー
ムチャック）等を介して吸着保持されている。レチクル
ステージＲＳＴは、不図示の駆動系により水平面（ＸＹ
平面）内で微小駆動（θｚ回転（Ｚ軸回りの回転）を含
む）が可能な構成となっている。また、レチクルステー
ジＲＳＴは、Ｙ軸方向については、所定のストローク範
囲（レチクルＲの長さ程度）で移動可能な構成となって
いる。なお、レチクルステージＲＳＴの位置は、不図示
の位置検出器、例えばレチクルレーザ干渉計によって、
所定の分解能（例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能）で
計測され、この計測結果が主制御装置５０に供給される
ようになっている。

【００４８】前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセ
ントリックな縮小系が用いられている。この投影光学系
ＰＬの投影倍率は例えば１／４、１／５あるいは１／６
等である。このため、前記の如くして、照明光ＥＬによ
りレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、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
って前記投影倍率で縮小された像が表面にレジスト（感
光剤）が塗布されたウエハＷ上の矩形の露光領域ＩＡ
（通常は、ショット領域に一致）に投影され転写され
る。

【００４９】投影光学系ＰＬとしては、図１に示される
ように、複数枚、例えば１０〜２０枚程度の屈折光学素
子（レンズ）１３のみから成る屈折系が用いられてい
る。この投影光学系ＰＬを構成する複数枚のレンズ１３
のうち、物体面側（レチクルＲ側）の複数枚（ここで
は、説明を簡略化するために４枚とする）のレンズ１３
₁，１３₂，１３₃，１３₄は、結像特性補正コントローラ
４８によって外部から駆動可能な可動レンズとなってい
る。レンズ１３₁，１３₂，１３₄は、不図示のレンズホ
ルダにそれぞれ保持され、これらのレンズホルダが不図
示の駆動素子、例えばピエゾ素子などにより重力方向に
３点で支持されている。そして、これらの駆動素子に対
する印加電圧を独立して調整することにより、レンズ１
３₁，１３₂，１３₄を投影光学系ＰＬの光軸方向である
Ｚ軸方向にシフト駆動、及びＸＹ面に対する傾斜方向
（すなわちＸ軸回りの回転方向及びＹ軸回りの回転方
向）に駆動可能（チルト可能）な構成となっている。ま
た、レンズ１３₃は、不図示のレンズホルダに保持さ
れ、このレンズホルダの外周部に例えばほぼ９０°間隔
でピエゾ素子などの駆動素子が配置されており、相互に
対向する２つの駆動素子をそれぞれ一組として、各駆動
素子に対する印加電圧を調整することにより、レンズ１
３₃をＸＹ面内で２次元的にシフト駆動可能な構成とな
っている。

【００５０】なお、レチクルＲ、及び投影光学系ＰＬの
光学素子（特にレンズエレメント）はそれぞれ照明光Ｅ
Ｌの波長に応じてその硝材が適宜選択される。例えば、
照明光ＥＬの波長が１９０ｎｍ程度以上（照明光ＥＬが
ＡｒＦエキシマレーザ光、ＫｒＦエキシマレーザ光な
ど）では、合成石英を用いることができる。しかし、例
えば、照明光ＥＬの波長が１８０ｎｍ程度以下（照明光
ＥＬがＦ₂レーザ光など）では、透過率などの点で合成
石英の使用が困難なので、ホタル石などのフッ化物結晶
や不純物（フッ素など）をドープした合成石英などが用
いられる。

【００５１】前記ウエハステージＷＳＴは、不図示のリ
ニアモータ等の駆動装置によりＸＹ２次元面内で自在に
駆動されるようになっている。このウエハステージＷＳ
Ｔ上に搭載されたＺチルトステージ５８上には不図示の
ウエハホルダを介してウエハＷが静電吸着（あるいは真
空吸着）等により保持されている。Ｚチルトステージ５
８は、不図示の駆動系によりＺ軸方向、θｘ（Ｘ軸回り
の回転）方向及びθｙ（Ｙ軸回りの回転）方向に微小駆
動され、ウエハＷのＺ軸方向の位置（フォーカス位置）
を調整すると共に、ＸＹ平面に対するウエハＷの傾斜角
を調整する機能を有する。このように、ウエハステージ
ＷＳＴの駆動装置と、Ｚチルトステージ５８の駆動系と
は、別々に設けられているが、以下においては、図１に
示されるウエハステージ駆動部５６が、これらの駆動装
置、駆動系を含むものとして説明する。

【００５２】また、ウエハステージＷＳＴのＸ、Ｙ位置
及び回転（ヨーイング（θｚ回転）、ピッチング（θｘ
回転）、ローリング（θｙ回転）を含む）は、Ｚチルト
ステージ５８上に固定された移動鏡５２Ｗを介して外部
のウエハレーザ干渉計５４Ｗにより計測され、このウエ
ハレーザ干渉計５４Ｗの計測値が主制御装置５０に供給
されるようになっている。

【００５３】また、Ｚチルトステージ５８上には、不図
示のウエハアライメント系のいわゆるベースライン計測
用の第１基準マークその他の基準マークが形成された基
準マーク板ＦＭが、その表面がほぼウエハＷの表面と同
一高さとなるように固定されている。

【００５４】露光装置１０は、図１に示されるように、
投影光学系ＰＬの光軸に対して所定角度傾斜した方向か
らウエハＷ表面に多数の結像光束を照射する照射系８０
ａと、それらの結像光束のウエハＷ表面からの反射光を
個別に受光する多数の受光素子を有する受光系８０ｂと
を含んで構成されたフォーカスセンサを、更に備えてい
る。このフォーカスセンサ（８０ａ、８０ｂ）として
は、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示され
る多点焦点位置検出系が用いられている。この場合、上
記の多数の結像光束の照射点は、例えば、ウエハＷ上の
１つのショット領域内に、例えば７×７のマトリックス
状の配置でほぼ等間隔で設定されるものとする。また、
受光系８０ｂ内の各受光素子で検出される、各結像光束
の照射点（各検出点）におけるウエハＷ表面の光軸方向
に関する位置の検出信号、すなわち各検出点におけるデ
フォーカス信号が、主制御装置５０に供給されるように
なっている。

【００５５】制御系は、図１中、前記主制御装置５０に
よって主に構成される。主制御装置５０は、ＣＰＵ（中
央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモ
リ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からな
るいわゆるワークステーション（又はマイクロコンピュ
ータ）等から構成され、露光動作が的確に行われるよう
に、例えば、ウエハステージＷＳＴのショット間ステッ
ピング、露光タイミング等を統括して制御する。

【００５６】次に、本実施形態の露光装置１０の投影光
学系ＰＬの光学特性の計測の際に用いられる、光学特性
計測用マスクとしての計測用レチクルＲ_Tについて説明
する。

【００５７】図２には、この計測用レチクルＲ_Tの概略
斜視図が示されている。また、図３には、レチクルステ
ージＲＳＴ上に装填した状態におけるレチクルＲ_Tの光
軸ＡＸ近傍のＸＺ断面の概略図が、投影光学系ＰＬの模
式図とともに示されている。また、図４には、レチクル
ステージＲＳＴ上に装填した状態におけるレチクルＲ _T
の−Ｙ側端部近傍のＸＺ断面の概略図が、投影光学系Ｐ
Ｌの模式図とともに示されている。

【００５８】図２から明らかなように、この計測用レチ
クルＲ_Tの全体形状は、通常のペリクル付きレチクルと
ほぼ同様の形状を有している。この計測用レチクルＲ_T
は、パターン形成部材としてのガラス基板６０、該ガラ
ス基板６０の図２における上面のＸ軸方向中央部に、固
定された長方形板状の形状を有するレンズ取付け部材６
２、ガラス基板６０の図２における下面に取り付けられ
た通常のペリクルフレームと同様の外観を有する枠状部
材から成るスペーサ部材６４、及びこのスペーサ部材６
４の下面に取り付けられた開口板６６等を備えている。

【００５９】前記レンズ取付け部材６２には、Ｙ軸方向
の両端部の一部の帯状の領域を除く、ほぼ全域にマトリ
ックス状配置でｎ個の円形開口６３_i,j（ｉ＝１〜ｐ、
ｊ＝１〜ｑ、ｐ×ｑ＝ｎ）が形成されている。各円形開
口６３_i,jの内部には、Ｚ軸方向の光軸を有する凸レン
ズから成る集光レンズ６５_i,jがそれぞれ設けられてい
る（図３参照）。

【００６０】また、ガラス基板６０とスペーサ部材６４
と開口板６６とで囲まれる空間の内部には、図３に示さ
れるように、補強部材６９が所定の間隔で設けられてい
る。

【００６１】更に、前記各集光レンズ６５_i,jに対向し
て、図３に示されるように、ガラス基板６０の下面に
は、計測用パターン６７_i,jがそれぞれ形成されてい
る。また、開口板６６には、図３に示されるように、各
計測用パターン６７_i,jにそれぞれ対向してピンホール
状の開口７０_i,jが形成されている。このピンホール状
の開口７０_i,jは、例えば直径１００〜１５０μｍ程度
とされる。

【００６２】図２に戻り、レンズ保持部材６２には、Ｙ
軸方向の両端部の一部の帯状の領域の中央部に、開口７
２₁、７２₂がそれぞれ形成されている。図４に示される
ように、ガラス基板６０の下面（パターン面）には、一
方の開口７２₁に対向して基準パターン７４₁が形成され
ている。また、図示は省略されているが、他方の開口７
２₂に対向して、ガラス基板６０の下面（パターン面）
に、基準パターン７４₁と同様の基準パターン（便宜
上、「基準パターン７４₂」と記述する）が形成されて
いる。

【００６３】また、図２に示されるように、ガラス基板
６０のレチクル中心を通るＸ軸上には、レンズ保持部材
６２の両外側に、レチクル中心に関して対称な配置で一
対のレチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２が形成
されている。なお、これらのレチクルアライメントマー
クＲＭ１，ＲＭ２は、実際にはガラス基板６０の下面
（パターン面）に形成されているが、図２では、図示の
便宜上からガラス基板６０の上面側に図示されている。

【００６４】ここで、本実施形態では、計測用パターン
６７_i,jとして、図５（Ａ）に示されるような網目状
（ストリートライン状）のパターンが用いられている。
また、計測用パターン６７_i,jに対応して、基準パター
ン７４₁、７４₂として、図５（Ｂ）に示されるような、
計測用パターン６７_i,jと同一ピッチで正方形パターン
が配置された２次元の格子パターンが用いられている。

【００６５】なお、基準パターン７４₁、７４₂として図
５（Ａ）のパターンを用い、計測用パターンとして図６
（Ｂ）に示されるパターンを用いることは可能である。
また、計測用パターン６７_i,jは、これに限られず、そ
の他の形状のパターンを用いても良く、その場合には、
基準パターンとして、その計測用パターンとの間に所定
の位置関係があるパターンを用いれば良い。すなわち、
基準パターンは、計測用パターンの位置ずれの基準とな
るパターンであれば良く、その形状等は問わないが、投
影光学系ＰＬの光学特性（結像特性を含む）を計測する
ためには、投影光学系ＰＬのイメージフィールド又は露
光エリアの全面に渡ってパターンが分布しているパター
ンが望ましい。

【００６６】次に、計測用レチクルＲ_Tを用いて、投影
光学系ＰＬの光学特性を計測する際の手順について説明
する。

【００６７】まず、主制御装置５０では、不図示のレチ
クルローダを介して計測用レチクルＲ_Tをレチクルステ
ージＲＳＴ上にロードする。次いで、主制御装置５０で
は、レーザ干渉計５４Ｗの出力をモニタしつつ、ウエハ
ステージ駆動部５６を介してウエハステージＷＳＴを移
動し、基準マーク板ＦＭ上の一対のレチクルアライメン
ト用基準マーク（以下、「第２基準マーク」と呼ぶ）を
予め定められた基準位置に位置決めする。ここで、この
基準位置とは、例えば一対の第２基準マークの中心が、
レーザ干渉計５４Ｗで規定されるステージ座標系上の原
点に一致する位置に定められている。

【００６８】次に、主制御装置５０では、計測用レチク
ルＲ_T上の一対のレチクルアライメントマークＲＭ１，
ＲＭ２とこれらに対応する第２基準マークとを、不図示
の一対のレチクルアライメント顕微鏡により同時に観察
し、レチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２の基準
板ＦＭ上への投影像と、対応する第２基準マークとの位
置ずれ量が、共に最小となるように、不図示の駆動系を
介してレチクルステージＲＳＴをＸＹ２次元面内で微少
駆動する。これにより、レチクルアライメントが終了
し、レチクル中心が投影光学系ＰＬの光軸にほぼ一致す
る。

【００６９】次に、主制御装置５０では、不図示のウエ
ハローダを用いて表面にレジスト（感光剤）が塗布され
たウエハＷをＺチルトステージ５８上にロードする。

【００７０】次いで、主制御装置５０では、後に計測用
レチクルＲ_T上の計測用パターン６７_i,jが転写されるウ
エハＷ上の所定領域内の平坦度を測定する。この平坦度
の測定は、次のようにして行われる。

【００７１】すなわち、主制御装置５０では、フォーカ
スセンサの照射系８０ａから多数の結像光束をウエハＷ
表面に照射して、各検出点におけるデフォーカス信号に
基づき各検出点におけるウエハＷ表面の光軸方向位置
（Ｚ位置）を算出し、その算出結果をそのときのウエハ
レーザ干渉計５４Ｗの計測値に対応付けてメモリ内に記
憶する。このときのウエハステージＷＳＴの位置を以下
では初期位置と呼ぶ。

【００７２】次いで、主制御装置５０では、ウエハレー
ザ干渉計５４Ｗの計測値をモニタしつつ、フォーカスセ
ンサの検出点の間隔（配列ピッチ）の例えば半分の距離
だけ、ウエハステージをＸ軸方向に移動する。次いで、
主制御装置５０では、フォーカスセンサの照射系８０ａ
から多数の結像光束をウエハＷ表面に照射して、各検出
点におけるデフォーカス信号に基づき各検出点における
ウエハＷ表面の光軸方向位置（Ｚ位置）を算出し、その
算出結果をそのときのウエハレーザ干渉計５４Ｗの計測
値に対応付けてメモリ内に記憶する。

【００７３】次いで、主制御装置５０では、ウエハレー
ザ干渉計５４Ｗの計測値をモニタしつつ、フォーカスセ
ンサの検出点の配列ピッチの例えば半分の距離だけ初期
位置からＹ軸方向にずれた位置となるように、ウエハス
テージＷＳＴをＸ、Ｙ方向に移動する。次いで、主制御
装置５０では、フォーカスセンサの照射系８０ａから多
数の結像光束をウエハＷ表面に照射して、各検出点にお
けるデフォーカス信号に基づき各検出点におけるウエハ
Ｗ表面の光軸方向位置（Ｚ位置）を算出し、その算出結
果をそのときのウエハレーザ干渉計５４Ｗの計測値に対
応付けてメモリ内に記憶する。

【００７４】そして、主制御装置５０では、メモリ内に
それまでに記憶した情報に基づいて、フォーカスセンサ
の検出点の配列ピッチの半分の間隔でＸＹ２次元方向に
配列された、１４×１４のマトリックス状の配列点にお
けるウエハＷ表面におけるＺ位置の情報を算出し、これ
らの情報を各配列点のＸＹ座標に対応するテーブルデー
タに変換して、メモリ内に再度記憶する。

【００７５】そして、主制御装置５０では、ウエハレー
ザ干渉計５４Ｗの計測値をモニタしつつ、ウエハステー
ジＷＳＴを初期位置に戻す。

【００７６】次いで、主制御装置５０では、計測用レチ
クルＲ_Tの集光レンズ６５_i,jの全てが含まれ、かつ開口
７２₁，７２₂が含まれず、レンズ保持部材６２のＸ軸方
向の最大幅以内のＸ軸方向の長さを有する矩形の照明領
域を形成するため、不図示の駆動系を介してレチクルブ
ラインド３０の開口を設定する。また、これと同時に、
主制御装置５０では、駆動装置４０を介して照明系開口
絞り板２４を回転して、所定の開口絞り、例えば小σ絞
りを照明光ＥＬの光路上に設定する。このとき、前述し
た照明光学系内の光学ユニット（不図示）、例えばズー
ム光学系などを用いてオプティカルインテグレータ（フ
ライアイレンズ）２２に入射する照明光の光束径（又は
入射角度範囲）を小さくして光量損失を最小限とするこ
とが望ましい。

【００７７】次に、主制御装置５０では、メモリ内に記
憶されているテーブルデータのうち、前記矩形の照明領
域に対応するウエハＷ上の領域内部に含まれるＺ位置デ
ータを読み出し、これらのデータに基づいて、最小自乗
法等の所定の演算によりウエハＷ表面のその領域部分の
近似平面（あるいは近似曲面）を算出し、この近似平面
が投影光学系ＰＬの像面に極力一致するように、ウエハ
ステージ駆動部５６を介してＺチルトステージ５８のＺ
位置及びＸＹ面に対する傾斜の少なくとも一方を調整す
る。

【００７８】このような準備作業の後、主制御装置５０
では、制御情報ＴＳを光源１６に与えて、レーザビーム
ＬＢを発光させて、照明光ＥＬをレチクルＲ_Tに照射し
て露光を行う。これにより、図３に示されるように、各
計測用パターン６７_i,jが、対応するピンホール状の開
口７０_i,j及び投影光学系ＰＬを介して同時にウエハＷ
上のレジスト（ポジレジスト）層に転写される。この結
果、ウエハＷ上のレジスト層には、図６（Ａ）に示され
るような各計測用パターン６７_i,jの縮小像（潜像）６
７’_i,jが、所定間隔でＸＹ２次元方向に沿って所定間
隔で形成される。

【００７９】次に、主制御装置５０では、不図示のレチ
クルレーザ干渉計の計測値とレチクルセンタと一方の基
準パターン７４₁との設計上の位置関係とに基づいて、
基準パターン７４₁の中心位置が光軸ＡＸ上に一致する
ように、不図示の駆動系を介してレチクルステージＲＳ
ＴをＹ軸方向に所定距離移動する。次いで、主制御装置
５０では、その移動後の開口７２₁を含むレンズ保持部
材６２上の所定面積の矩形領域（この領域は、いずれの
集光レンズにも掛からない）にのみ照明光ＥＬの照明領
域を規定すべく、不図示の駆動系を介してレチクルブラ
インド３０の開口を設定する。

【００８０】次に、主制御装置５０では、最初の計測用
パターン６７_1,1の潜像６７’_1,1が形成されたウエハＷ
上の領域（領域Ｓ_1,1と呼ぶ）のほぼ中心が、投影光学
系ＰＬの光軸上にほぼ一致するように、レーザ干渉計５
４Ｗの計測値をモニタしつつ、ウエハステージＷＳＴを
移動する。このとき、主制御装置５０では、潜像６７’
_1,1が形成されたウエハＷ上の領域に最も近い配列点の
Ｚ位置の情報に基づいてＺチルトステージ５８をＺ軸方
向に微動して、その領域Ｓ_1,1を投影光学系ＰＬの近軸
像面に一致させることが望ましい。

【００８１】そして、主制御装置５０では、制御情報Ｔ
Ｓを光源１６に与えて、レーザビームＬＢを発光させ
て、照明光ＥＬをレチクルＲ_Tに照射して露光を行う。
これにより、ウエハＷ上のレジスト層の計測用パターン
６７_1,1の潜像が既に形成されている領域Ｓ_1,1に基準パ
ターン７４₁が重ねて転写される。この結果、ウエハＷ
上の領域Ｓ_1,1には、図６（Ｂ）に示されるように、計
測用パターン６７_1,1の潜像６７’_1,1と基準パターン７
４₁の潜像７４’₁が同図のような位置関係で形成され
る。

【００８２】次いで、主制御装置５０では、レチクルＲ
_T上の計測用パターン６７_i,jの配列ピッチと投影光学系
ＰＬの投影倍率とに基づいて、ウエハＷ上の計測用パタ
ーン６７_i,jの設計上の配列ピッチｐを算出し、そのピ
ッチｐだけ、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に移動し
て、第２番目の計測用パターン６７_1,2の潜像が形成さ
れたウエハＷ上の領域（領域Ｓ_1,2と呼ぶ）のほぼ中心
が、投影光学系ＰＬの光軸上にほぼ一致するように、ウ
エハステージＷＳＴを移動する。このときも、主制御装
置５０では、前述と同様にして、ウエハＷ上の領域Ｓ
_1,2を投影光学系ＰＬの近軸像面に一致させることが望
ましい。

【００８３】そして、主制御装置５０では、制御情報Ｔ
Ｓを光源１６に与えて、レーザビームＬＢを発光させ
て、照明光ＥＬをレチクルＲ_Tに照射して露光を行う。
これにより、ウエハＷ上の領域Ｓ_1,2には基準パターン
７４₁が重ねて転写される。

【００８４】以後、上記と同様の領域間ステッピング動
作と、露光動作とを繰り返すことにより、ウエハＷ上の
領域Ｓ_i,jに、図６（Ｂ）と同様の計測用パターンと基
準パターンとの潜像が形成される。この場合も、各領域
Ｓ_i,jに対する基準パターン７４₁の転写の際には、それ
に先立って各領域Ｓ_i,jを投影光学系ＰＬの近軸像面に
一致させることが望ましい。

【００８５】このようにして、全ての露光が終了する
と、主制御装置５０では、不図示のウエハローダを介し
てウエハＷをＺチルトステージ５８上からアンロードし
た後、チャンバ１１にインラインにて接続されている不
図示のコータ・デベロッパ（以下、「Ｃ／Ｄ」と略述す
る）に送る。そして、Ｃ／Ｄ内で、そのウエハＷの現像
が行われ、その現像後にウエハＷ上には、マトリックス
状に配列された各領域Ｓ _i,jに図６（Ｂ）と同様の配置
で計測用パターンと基準パターンとのレジスト像が形成
される。

【００８６】その後、現像が終了したウエハＷは、Ｃ／
Ｄから取り出され、外部の重ね合せ測定器（レジストレ
ーション測定器）を用いて、各領域Ｓ_i,jについて重ね
合せ誤差の測定が行われ、この結果に基づいて、各計測
用パターン６７_i,jのレジスト像の対応する基準パター
ン７４₁のレジスト像に対する位置誤差（位置ずれ量）
が算出される。なお、この位置ずれ量の算出方法は、種
々考えられるが、いずれにしても、計測された生データ
に基づいて統計演算を行うことが、精度を向上する観点
からは望ましい。

【００８７】このようにして、各領域Ｓ_i,jについて、
基準パターンに対する計測用パターンのＸ，Ｙ２次元方
向の位置ずれ量（Δ’ξ，Δ’η）が求められる。

【００８８】そして、本実施形態では、前述のようにし
て求められた各領域Ｓ_i,jについての基準パターンに対
する計測用パターンのＸ，Ｙ２次元方向の位置ずれ量
（Δ’ξ，Δ’η）のデータが、オペレータ等により、
図１の入出力装置４４を介して主制御装置５０に入力さ
れる。なお、外部の重ね合せ測定器から、演算した各領
域Ｓ_i,jについての位置ずれ量（Δ’ξ，Δ’η）のデ
ータを、オンラインにて主制御装置５０に入力すること
も可能である。

【００８９】いずれにしても、上記の入力に応答して、
主制御装置５０では、メモリ内に記憶されているテーブ
ルデータ（１４×１４のマトリックス状の配列点におけ
るウエハＷ表面におけるＺ位置の情報）を用いて、位置
ずれ量（Δ’ξ，Δ’η）に含まれる前述した各計測用
パターン６７_i,j転写時に残存したデフォーカスに起因
する位置ずれ成分を補正した、投影光学系ＰＬの波面収
差をそのまま反映した真の位置ずれ量（Δξ，Δη）を
算出する。

【００９０】これを更に詳述すると、前述した各計測用
パターン６７_i,jの転写時には、算出した近似平面（又
は近似曲面）が極力投影光学系ＰＬの像面に一致するよ
うに、ウエハＷのＺ位置及びＸＹ面に対する傾斜が調整
されているので、ウエハ表面全体の平均的な面（近似
面）が、投影光学系の像面になるべく一致するようにウ
エハの光軸方向の位置合わせ及び傾斜補正をした状態で
露光を行う従来技術と比べれば、このときのデフォーカ
スに起因する位置ずれ成分は、非常に小さくなってい
る。しかしながら、上記の配列点と各計測用パターン６
７_i,jの投影位置とは一致していないので、各計測用パ
ターン６７_i,jの結像点が、投影光学系ＰＬの像面に完
全に一致するとは限らない。

【００９１】そこで、主制御装置５０では、各計測用パ
ターン６７_i,jについて、転写時の真のデフォーカス量
を、例えば次のようにして算出する。すなわち、各計測
用パターン６７_i,jの投影位置の周囲の４×４個のマト
リクス状配置の配列点におけるデータを用いて、例えば
双３次バイスプライン曲面を算出しその曲面上の投影位
置におけるＺ位置情報を推定する。そして、その推定し
たＺ位置情報と、先に求めた近似平面（又は近似曲面）
上のその投影位置におけるＺ位置情報との差を、各計測
用パターンの転写時の残存デフォーカス量とする。そし
て、このデフォーカス量に対応する位置ずれ成分を、各
計測用パターンについて求め、この位置ずれ成分を位置
ずれ量（Δ’ξ，Δ’η）から減ずることにより、投影
光学系ＰＬの波面収差をそのまま反映した真の位置ずれ
量（Δξ，Δη）を算出する。

【００９２】ここで、この位置ずれ量に基づいて、投影
光学系ＰＬの波面を演算により求めるのであるが、その
前提として、位置ずれ量（Δξ，Δη）と波面との物理
的な関係を、図３及び図４に基づいて簡単に説明する。

【００９３】図３に、計測用パターン６７_k,lについ
て、代表的に示されるように、計測用パターン６７_i,j
（６７_k,l）で発生した回折光のうち、ピンホール状の
開口７０ _i,j を通過した光は、計測用パターン６７_i,j
（６７_k,l）のどの位置に由来する光であるかによっ
て、投影光学系ＰＬの瞳面を通る位置が異なる。すなわ
ち、当該瞳面の各位置における波面は、その位置に対応
する計測用パターン６７_i,j（６７_k,l）における位置を
介した光の波面と対応している。そして、仮に投影光学
系ＰＬに収差が全くないものとすると、それらの波面
は、投影光学系ＰＬの瞳面では、符号Ｆ₁で示されるよ
うな理想波面（ここでは平面）となるはずである。しか
るに、収差の全く無い投影光学系は実際には存在しない
ため、瞳面においては、例えば、点線で示されるような
曲面状の波面Ｆ₂となる。従って、計測用パターン６７
_i,j（６７_k,l）の像は、ウエハＷ上で波面Ｆ₂の理想波
面に対する傾きに応じてずれた位置に結像される。

【００９４】この一方、基準パターン７４₁（又は７
４₂）から発生する回折光は、図４に示されるように、
ピンホール状の開口の制限を受けることなく、しかも投
影光学系ＰＬに直接入射し、該投影光学系ＰＬを介して
ウエハＷ上に結像される。更に、この基準パターン７４
₁を用いた露光は、投影光学系ＰＬの光軸上に基準パタ
ーン７４₁の中心を位置決めした状態で行われることか
ら、基準パターン７４₁から発生する結像光束は殆ど投
影光学系ＰＬの収差の影響を受けることなく、光軸を含
む微小領域に位置ずれなく結像する。

【００９５】従って、位置ずれ量（Δξ，Δη）は、波
面の理想波面に対する傾斜をそのまま反映した値にな
り、逆に位置ずれ量（Δξ，Δη）に基づいて波面を復
元することができる。なお、上記の位置ずれ量（Δξ，
Δη）と波面との物理的な関係から明らかなように、本
実施形態における波面の算出原理は、周知のShack-Hart
manの波面算出原理そのものである。

【００９６】次に、上記の位置ずれ量に基づいて、波面
を算出する方法について、簡単に説明する。

【００９７】上述の如く、位置ずれ量（Δξ，Δη）は
波面の傾きに対応しており、これを積分することにより
波面の形状（厳密には基準面（理想波面）からのずれ）
が求められる。波面（波面の基準面からのずれ）の式を
Ｗ（ｘ，ｙ）とし、比例係数をｋとすると、次式
（１）、（２）のような関係式が成立する。

【００９８】

【数１】

【００９９】位置ずれ量のみでしか与えられていない波
面の傾きをそのまま積分するのは容易ではないため、面
形状を級数に展開して、これにフィットするものとす
る。この場合、級数は直交系を選ぶものとする。ツェル
ニケ多項式は軸対称な面の展開に適した級数で、円周方
向は三角級数に展開する。すなわち、波面Ｗを極座標系
（ρ，θ）で表すと、ツェルニケ多項式をＲ_n ^m（ρ）と
して、次式（３）のように展開できる。

【０１００】

【数２】

【０１０１】なお、Ｒ_n ^m（ρ）の具体的な形は、周知で
ある（例えば光学の一般的な教科書などに記載されてい
る）ので、詳細な説明は省略する。直交系であるから各
項の係数、Ａ_n ^m，Ｂ_n ^mは独立に決定することができる。
有限項で切ることはある種のフィルタリングを行うこと
に対応する。

【０１０２】実際には、その微分が上記の位置ずれ量と
して検出されるので、フィッティングは微係数について
行う必要がある。極座標系（ｘ＝ρｃｏｓθ，ｙ＝ρｓ
ｉｎθ）では、次式（４）、（５）のように表される。

【０１０３】

【数３】

【０１０４】ツェルニケ多項式の微分形は直交系ではな
いので、フィッティングは最小自乗法で行う必要があ
る。１つの計測用パターンからの情報（ずれの量）はＸ
とＹ方向につき与えられるので、計測用パターンの数を
Ｎ（Ｎは、例えば８１〜４００程度とする）とすると、
上式（１）〜（５）で与えられる観測方程式の数は２Ｎ
（＝１６２〜８００程度）となる。これから例えば２７
の係数を決めるため各係数の誤差はかなり小さくなる
（面の傾きを表すＡ₁ ¹，Ｂ₁ ¹を除けば係数のばらつきは
数ｎｍ程度に収まっている）。

【０１０５】ツェルニケ多項式のそれぞれの項は光学収
差に対応する。しかも低次の項はザイデル収差にほぼ対
応する。従って、ツェルニケ多項式を用いることによ
り、投影光学系ＰＬの波面収差を求めることができる。

【０１０６】そこで、主制御装置５０では、所定の演算
プログラムを用いて、位置ずれ量（Δξ，Δη）に基づ
いて、前述した原理に従って、各領域Ｓ_i,jに対応す
る、すなわち投影光学系ＰＬの視野内の第１計測点〜第
ｎ計測点に対応する波面（波面収差）、ここでは、ツェ
ルニケ多項式の各項の係数、例えば第２項の係数Ｚ₂〜
第３６項の係数Ｚ₃₆を演算する。

【０１０７】ところで、本実施形態の露光装置１０で
は、定期的にメンテナンスが行われる。その際に、前述
した計測用レチクルＲ_Tを用いて、前述した手順で波面
収差の計測が行われ、その計測結果に基づいて、投影光
学系ＰＬが調整される。この調整は、例えば、主制御装
置５０が波面収差の計測結果に基づいて、非点収差、コ
マ収差、ディストーション、像面湾曲（又はフォーカ
ス）、球面収差などの低次収差、すなわちザイデルの５
収差等を求め、これらの収差を補正すべき旨の指令を結
像特性補正コントローラ４８に与える。これにより、結
像特性補正コントローラ４８により、可動レンズ１３₁
〜１３₄のうちの少なくとも１つの所定の可動レンズ
を、少なくとも１自由度方向に駆動する所定の駆動素子
に対する印加電圧が制御され、前記所定の可動レンズの
位置及び姿勢の少なくとも一方が調整され、投影光学系
ＰＬの結像特性、例えばディストーション、像面湾曲、
コマ収差、球面収差、及び非点収差等が補正される。

【０１０８】この場合において、予め各可動レンズの各
自由度方向の単位駆動量と、波面収差（ツェルニケ多項
式の各項の係数）の変化量との関係を予め求め、これを
データベースとしてメモリ内に記憶しておくとともに、
このデータベースとツェルニケ多項式の各項の係数とに
基づいて結像特性の調整量を演算する調整量演算プログ
ラムを準備しておくこととしても良い。このようにする
と、主制御装置５０では、波面収差の計測結果（ツェル
ニケ多項式の各項の係数の算出値）が得られた時点で、
上記のデータベースとその得られた波面収差の計測結果
とを用いて上記の調整量演算プログラムに従って、可動
レンズ１３₁〜１３₄を各自由度方向に駆動すべき調整量
を演算し、この調整量の指令値を、結像特性補正コント
ローラ４８に与える。これにより、結像特性補正コント
ローラ４８により、可動レンズ１３₁〜１３₄をそれぞれ
の自由度方向に駆動する各駆動素子に対する印加電圧が
制御され、可動レンズ１３₁〜１３₄の位置及び姿勢の少
なくとも一方がほぼ同時に調整され、投影光学系ＰＬの
結像特性、例えばディストーション、像面湾曲、コマ収
差、球面収差、及び非点収差等が補正される。なお、コ
マ収差、球面収差、及び非点収差については、低次のみ
ならず高次の収差をも補正可能である。

【０１０９】本実施形態の露光装置１０では、半導体デ
バイスの製造時には、レチクルとしてデバイス製造用の
レチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上に装填され、そ
の後、レチクルアライメント及び不図示のウエハアライ
メント系のいわゆるベースライン計測、並びにＥＧＡ
（エンハンスト・グローバル・アライメント）等のウエ
ハアライメントなどの準備作業が行われる。その後、前
述した光学特性の計測時と同様のステップ・アンド・リ
ピート方式の露光が行われる。但し、この場合、ステッ
ピングは、ウエハアライメント結果に基づいて、ショッ
ト間を単位として行われる。なお、露光時の動作等は通
常のステッパと異なることがないので、詳細説明につい
ては省略する。

【０１１０】但し、露光装置１０では、露光に先立っ
て、前述したメンテナンス時、あるいはその他必要なタ
イミングで、前述した投影光学系ＰＬの結像特性の補正
（調整）が行われ、この結像特性補正後の投影光学系Ｐ
Ｌを用いて、上記のステップ・アンド・リピート方式の
露光が行われる。

【０１１１】次に、露光装置１０の製造方法について説
明する。

【０１１２】露光装置１０の製造に際しては、まず、複
数のレンズ、ミラー等の光学素子などを含む照明光学系
１２、投影光学系ＰＬ、多数の機械部品から成るレチク
ルステージ系やウエハステージ系などを、それぞれユニ
ットとして組み立てるとともに、それぞれユニット単体
としての所望の性能を発揮するように、光学的な調整、
機械的な調整、及び電気的な調整等を行う。

【０１１３】次に、照明光学系１２や投影光学系ＰＬな
どを露光装置本体に組むとともに、レチクルステージ系
やウエハステージ系などを露光装置本体に取り付けて配
線や配管を接続する。

【０１１４】次いで、照明光学系１２や投影光学系ＰＬ
については、光学的な調整を更に行う。これは、露光装
置本体への組み付け前と組み付け後とでは、それらの光
学系、特に投影光学系ＰＬの光学特性が微妙に変化する
からである。本実施形態では、この露光装置本体へ組み
込み後に行われる投影光学系ＰＬの光学的な調整に際し
て、前述した計測用レチクルＲ_Tを用いて前述した手順
で、投影光学系ＰＬの波面収差の計測を行う。そして、
この波面収差結果に基づいて、前述のメンテナンス時と
同様にして、ザイデル収差等の補正が行われる。また、
より高次の収差に基づいて必要であればレンズ等の組付
けを再調整する。なお、再調整により所望の性能が得ら
れない場合などには、一部のレンズを再加工する必要も
生じる。なお、投影光学系ＰＬの光学素子の再加工を容
易に行うため、投影光学系ＰＬを露光装置本体に組み込
む前に前述の波面収差を計測し、この計測結果に基づい
て再加工が必要な光学素子の有無や位置などを特定し、
その光学素子の再加工と他の光学素子の再調整とを並行
して行うようにしても良い。

【０１１５】その後、更に総合調整（電気調整、動作確
認等）をする。これにより、光学特性が高精度に調整さ
れた投影光学系ＰＬを用いて、レチクルＲのパターンを
ウエハＷ上に精度良く転写することができる、本実施形
態の露光装置１０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。

【０１１６】以上説明したように、本実施形態による
と、投影光学系ＰＬの波面収差の計測に先立って、ウエ
ハステージＷＳＴ上に配置されたウエハＷ表面の平坦度
が主制御装置５０により、フォーカスセンサ（８０ａ、
８０ｂ）を用いて計測される。そして、このウエハＷ表
面の平坦度の情報、例えば、前述した１４×１４のマト
リックス状の配列点におけるウエハＷ表面におけるＺ位
置の情報がテーブルデータとしてメモリ内に記憶され
る。

【０１１７】そして、投影光学系ＰＬの波面収差の計測
の際には、レチクルステージＲＳＴ上に計測用レチクル
Ｒ_Tが搭載され、該計測用レチクルＲ_T上の各計測用パタ
ーン６７_i,jの転写に先立って、各計測用パターン６７
_i,jの転写対象の矩形領域が投影光学系ＰＬの像面に極
力一致するように、主制御装置５０により、上記のウエ
ハＷ表面の平坦度の情報を考慮して、ウエハＷの投影光
学系ＰＬの光軸方向に関する位置及び光軸に直交する面
に対する傾斜の少なくとも一方が調整される。

【０１１８】次いで、計測用レチクルＲ_T上の各計測用
パターン６７_i,jが照明光により照明され、各計測用パ
ターン６７_i,jが、当該各計測用パターンに個別に対応
して設けられたピンホール状の開口７０_i,j及び投影光
学系ＰＬを介してウエハＷ上の前記矩形領域に転写され
る。

【０１１９】次いで、計測用レチクルＲ_T上の基準パタ
ーン７４₁（７４₂）が、ウエハＷ上に転写された各計測
用パターンの転写像（潜像）に重ねて転写される。

【０１２０】その後、ウエハＷが現像され、この現像後
にウエハＷ上に形成された各計測用パターンの転写像
（レジスト像）の対応する基準パターンのレジスト像に
対する位置ずれ量が求められる。

【０１２１】そして、主制御装置５０により、上記位置
ずれ量に含まれる、計測用パターン転写時に残存したデ
フォーカスに起因する位置ずれ成分が、補正され、その
補正後の真の位置ずれ量に基づいて、所定の演算により
投影光学系ＰＬの波面収差が、算出される。この場合、
前述の如く、位置ずれ量は、投影光学系ＰＬの光学特性
（波面収差）を正確に反映した量となっており、この量
に基づくことにより投影光学系ＰＬの波面収差を非常に
精度良く求めることが可能となっている。

【０１２２】また、本実施形態によると、メンテナンス
時等において定期的に投影光学系ＰＬの波面収差が精度
良く計測され、この精度良く計測された波面収差の計測
結果に基づいて投影光学系ＰＬが調整されるので、投影
光学系ＰＬの光学特性を精度良く調整することができ
る。

【０１２３】そして、本実施形態に係る露光装置による
と、露光に先立って、上述の如くして光学特性が調整さ
れた投影光学系ＰＬを用いて、レチクルＲのパターンが
ウエハＷ上に転写されるので、レチクルＲのパターンを
ウエハＷ上に精度良く転写することが可能になる。

【０１２４】さらに、本実施形態によると、露光装置１
０の製造時においても、投影光学系ＰＬを露光装置本体
に組み込んだ後において、前述のように投影光学系ＰＬ
の波面収差が計測され、その計測された波面収差に基づ
いて投影光学系ＰＬを調整するので、投影光学系の結像
特性が精度良く調整される。従って、投影光学系の結像
特性が精度良く調整された露光装置１０が製造され、該
露光装置１０を用いて露光を行うことにより、レチクル
パターンを投影光学系ＰＬを介してウエハ上に精度良く
転写することが可能になる。

【０１２５】≪第２の実施形態≫次に、本発明の第２の
実施形態を図７及び図８に基づいて説明する。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とともに、その説明を
簡略にし若しくは省略する。

【０１２６】本第２の実施形態では、投影光学系ＰＬの
光学特性、具体的には波面収差の計測に際して、前述し
た計測用レチクルＲ_Tに代えて、図７に示される計測用
レチクルＲ’_Tと、図８に示される計測用レチクルＲ”_T
とが用いられる。

【０１２７】前記計測用レチクルＲ’_Tは、図７に示さ
れるように、前述した計測用レチクルＲ_Tと基本的には
同様に構成されているが、ガラス基板６０の下面（パタ
ーン面）に基準パターンが一切形成されてなく、これに
対応してレンズ保持部材６２に基準パターンに対する照
明光の通路を成す開口が設けられていない点において相
違する。その他の部分は、計測用レチクルＲ_Tと同様に
構成されている。

【０１２８】一方、計測用レチクルＲ”_Tは、図８に示
されるように、通常のペリクル付レチクルである。すな
わち、この計測用レチクルＲ”_Tは、ガラス基板６０の
パターン面（下面）に、計測用レチクルＲ’_Tの集光レ
ンズ６３_i,j、すなわち計測用パターン６７_i,j（図５
（Ａ）参照）に個別に対応する配置で基準パターン７６
_{i ,j}が形成されるとともに、計測用レチクルＲ’_Tと同様
の配置でレチクルアライメントマークＲＭ１、ＲＭ２が
形成されている。この場合において、各基準パターン７
６_i,jとしては、前述した基準パターン７４₁と同一のパ
ターンが用いられている。

【０１２９】計測用レチクルＲ”_Tでは、図８に示され
るように、ガラス基板６０のパターン面にペリクルフレ
ーム７３を介してパターン面から所定距離、例えば６ｍ
ｍ程度離れた面にペリクル７１がパターン面に平行に設
けられている。

【０１３０】次に、本第２の実施形態に係る投影光学系
の波面収差の計測方法について説明する。本第２の実施
形態においても、露光装置１０の投影光学系ＰＬの波面
収差を計測するものとする。前提として、計測用レチク
ルＲ’_T、Ｒ”_Tが不図示のレチクル保管部に保管されて
いるものとする。

【０１３１】まず、主制御装置５０では、不図示のレチ
クルローダを介して計測用レチクルＲ’_Tをレチクルス
テージＲＳＴ上にロードする。次いで、主制御装置５０
では、前述した計測用レチクルＲ_Tの場合と同様にし
て、計測用レチクルＲ’_Tについてレチクルアライメン
トを行う。これにより、レチクルアライメントが終了
し、レチクル中心が投影光学系ＰＬの光軸にほぼ一致す
る。

【０１３２】次に、主制御装置５０では、不図示のウエ
ハローダを用いて表面にレジスト（感光剤）が塗布され
たウエハＷをＺチルトステージ５８上にロードする。

【０１３３】次いで、主制御装置５０では、後に計測用
レチクルＲ’_T上の計測用パターン６７_i,jが転写される
ウエハＷ上の所定領域内の平坦度を、前述した第１の実
施形態と同様にして計測し、その結果得られたフォーカ
スセンサの検出点の配列ピッチの半分の間隔でＸＹ２次
元方向に配列された、１４×１４のマトリックス状の配
列点におけるウエハＷ表面におけるＺ位置の情報に関す
るテーブルデータをメモリ内に記憶する。そして、主制
御装置５０では、ウエハレーザ干渉計５４Ｗの計測値を
モニタしつつ、ウエハステージＷＳＴを平坦度計測の開
始位置である初期位置に戻す。

【０１３４】次いで、主制御装置５０では、計測用レチ
クルＲ’_Tの集光レンズ６５_i,jの全てが含まれ、レンズ
保持部材６２のＸ軸方向の最大幅以内のＸ軸方向の長さ
を有する矩形の照明領域を形成するため、不図示の駆動
系を介してレチクルブラインド３０の開口を設定する。
また、これと同時に、主制御装置５０では、照明条件を
前述した第１の実施形態の場合と同様にして設定する。

【０１３５】次に、主制御装置５０では、メモリ内に記
憶されているテーブルデータのうち、前記矩形の照明領
域に対応するウエハＷ上の領域内部に含まれるＺ位置デ
ータを読み出し、これらのデータに基づいて、最小自乗
法等の所定の演算によりウエハＷ表面のその領域部分の
近似平面（あるいは近似曲面）を算出し、この近似平面
が投影光学系ＰＬの像面に極力一致するように、ウエハ
ステージ駆動部５６を介してＺチルトステージ５８のＺ
位置及びＸＹ面に対する傾斜の少なくとも一方を調整す
る。

【０１３６】このような準備作業の後、主制御装置５０
では、制御情報ＴＳを光源１６に与えて、レーザビーム
ＬＢを発光させて、照明光ＥＬをレチクルＲ’_Tに照射
して露光を行う。これにより、ウエハＷ上のレジスト層
には、図６（Ａ）と同様に、各計測用パターン６７_i,j
の縮小像（潜像）６７’_i,jが、所定間隔でＸＹ２次元
方向に沿って所定間隔で形成される。

【０１３７】次に、主制御装置５０では、不図示のレチ
クルローダを介して計測用レチクルＲ’_Tをレチクルス
テージＲＳＴ上からアンロードするとともに、計測用レ
チクルＲ”_TをレチクルステージＲＳＴ上にロードす
る。次いで、主制御装置５０では、前述した計測用レチ
クルＲ_Tの場合と同様にして、計測用レチクルＲ”_Tにつ
いてレチクルアライメントを行う。これにより、計測用
レチクルＲ”_Tのレチクルアライメントが終了し、レチ
クル中心が投影光学系ＰＬの光軸にほぼ一致する。

【０１３８】次に、主制御装置５０では、照明光ＥＬを
レチクルＲ”_Tに照射して露光を行う。これにより、ウ
エハＷ上のレジスト層の既に各計測用パターン６７_i,j
の縮小像（潜像）６７’_i,jが形成された各領域Ｓ
_i,jに、対応する基準パターン７６ _i,jがそれぞれ重ねて
転写される。本実施形態の場合、基準パターン７６_i,j
の転写の際には、照明領域や、ウエハＷのＺ位置及びＸ
Ｙ面に対する傾斜は、先に計測用パターン６７_i,jを転
写した際に最適な状態に設定されているので、それらの
調整ないしは設定等は特に行う必要はない。

【０１３９】このようにして、全ての露光が終了する
と、主制御装置５０では、不図示のウエハローダを介し
てウエハＷをＺチルトステージ５８上からアンロードし
た後、チャンバ１１にインラインにて接続されている不
図示のコータ・デベロッパ（以下、「Ｃ／Ｄ」と略述す
る）に送る。そして、Ｃ／Ｄ内で、そのウエハＷの現像
が行われ、その現像後にウエハＷ上には、マトリックス
状に配列された各領域Ｓ _i,jに図６（Ｂ）と同様の配置
で計測用パターンと基準パターンとのレジスト像が形成
される。

【０１４０】その後、現像が終了したウエハＷは、Ｃ／
Ｄから取り出され、外部の重ね合せ測定器（レジストレ
ーション測定器）を用いて、各領域Ｓ_i,jについて重ね
合せ誤差の測定が行われ、この結果に基づいて、各計測
用パターン６７_i,jのレジスト像の対応する基準パター
ン７６_i,jのレジスト像に対する位置誤差（位置ずれ
量）が算出される。

【０１４１】このようにして、各領域Ｓ_i,jについて、
基準パターンに対する計測用パターンのＸ，Ｙ２次元方
向の位置ずれ量（Δ’ξ，Δ’η）が求められる。

【０１４２】そして、本実施形態では、前述のようにし
て求められた各領域Ｓ_i,jについての基準パターンに対
する計測用パターンのＸ，Ｙ２次元方向の位置ずれ量
（Δ’ξ，Δ’η）のデータが、オペレータ等により、
図１の入出力装置４４を介して主制御装置５０に入力さ
れる。なお、外部の重ね合せ測定器から、演算した各領
域Ｓ_i,jについての位置ずれ量（Δ’ξ，Δ’η）のデ
ータを、オンラインにて主制御装置５０に入力すること
も可能である。

【０１４３】いずれにしても、上記の入力に応答して、
主制御装置５０では、メモリ内に記憶されているテーブ
ルデータ（１４×１４のマトリックス状の配列点におけ
るウエハＷ表面におけるＺ位置の情報）を用いて、位置
ずれ量（Δ’ξ，Δ’η）に含まれる前述した各計測用
パターン６７_i,j転写時に残存したデフォーカスに起因
する位置ずれ成分を補正した、投影光学系ＰＬの波面収
差をそのまま反映した真の位置ずれ量（Δξ，Δη）
を、前述した第１の実施形態と同様の手順で算出し、こ
の算出した位置ずれ量（Δξ，Δη）に基づいて、投影
光学系ＰＬの波面収差を算出する。

【０１４４】本第２の実施形態においても、露光装置の
メンテナンスを定期的に行い、その際に、前述した計測
用レチクルＲ’_T、Ｒ”_Tを用いて、前述した手順で波面
収差の計測が行われ、その計測結果に基づいて、第１の
実施形態と同様にして投影光学系ＰＬが調整される。ま
た、露光装置の製造工程においても、投影光学系ＰＬの
露光装置本体への組み付け後において波面収差の計測及
びこれに基づく、投影光学系ＰＬの調整が第１の実施形
態と同様にして行われる。

【０１４５】以上説明した本第２の実施形態によると、
前述した第１の実施形態と同等の効果を得ることができ
る。これに加え、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光
学特性（波面収差）の計測に際し、計測用レチクルＲ’
_T、計測用レチクルＲ”_Tとを交換することにより、基準
パターンの転写を１回の露光で行うことができるので、
基準パターンの転写をステップ・アンド・リピート方式
で行う場合に比べて、露光時間を、ひいては投影光学系
の光学特性の計測に要する時間を短縮することができ
る。また、各基準パターンの転写時のステージの位置決
め誤差が位置ずれ量の誤差要因に含まれないので、その
分計測精度の向上も期待される。

【０１４６】なお、上記各実施形態では、ウエハＷ表面
の平坦度の情報の取得に際して、ウエハステージＷＳＴ
（ウエハＷ）を、フォーカスセンサの検出点の配列ピッ
チの半分の距離だけ、初期位置からＸ軸方向、Ｙ軸方向
に移動して、結果的にフォーカスセンサの検出点の配列
ピッチの半分の間隔でＸＹ２次元方向に配列されたマト
リックス状の配列点におけるウエハＷ表面におけるＺ位
置の情報を得るものとしたが、本発明がこれに限定され
るものではない。すなわち、前述したウエハＷ表面の平
坦度の情報の取得に際して、ウエハステージＷＳＴを初
期位置を基準として、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にフォーカス
センサの検出点の配列ピッチの範囲内で小刻みにステッ
プ移動して、各移動位置毎にフォーカスセンサの検出点
におけるウエハＷ表面のＺ位置情報を取得することとし
ても良い。この場合、各ステップ間の距離は、一定でな
くとも良い。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のステップ間移
動距離も同一でなくても良い。フォーカスセンサの検出
点の間隔がある程度広く、フォーカスセンサから一度に
得られる各検出点におけるウエハ表面のＺ位置情報のみ
では、ウエハ表面に凹凸がある場合に検出点相互間のウ
エハ表面のＺ位置情報の不足によりウエハ表面の平坦度
の計測精度が低下するので、これを補える情報が得られ
ればその分計測精度の向上が可能だからである。この意
味からは、上述のステップ間距離は短ければ短い程良い
が、あまり短いと、その分計測回数が増えて計測時間が
増加するので、必要な計測精度と計測時間との兼ね合い
を考えて、上記のステップ間の距離を決定することが望
ましい。あるいは、ウエハステージＷＳＴを初期位置を
基準として、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にフォーカスセンサの
検出点の配列ピッチの範囲内で所定ステップピッチでス
テップ移動して、各移動位置毎にフォーカスセンサの検
出点におけるウエハＷ表面のＺ位置情報を取得する。そ
して、この得られたＺ位置情報に基づき、適宜な補間関
数、例えば３次元バイ‐スプライン関数その他の関数を
用いて、近似曲面などを算出する補間演算を行うことと
しても良い。かかる補間演算による場合には、上記の所
定ステップピッチをそれ程短くしなくともウエハＷ表面
の平坦度の情報を精度良く求めることが可能となる。

【０１４７】また、ウエハステージＷＳＴ上にウエハＷ
をロードした後に、ウエハＷ表面の平坦度を計測できる
のであれば、前述したフォーカスセンサ以外の計測装置
を用いてウエハＷの平坦度を計測することとしても良
い。更に、ウエハステージＷＳＴにウエハＷをロードす
る前、あるいは露光装置内にウエハＷを搬入する前など
に、例えば光学センサ又は原子間力顕微鏡などを用いて
平坦度を計測しても良い。

【０１４８】また、上記各実施形態では、得られたウエ
ハＷの平坦度の情報に基づいて、計測用パターン６７
_i,jの転写（及び基準パターン）の際にウエハＷのＺ位
置及びＸＹ面に対する傾斜の少なくとも一方の調整を行
うとともに、実測により得られた位置ずれ量を補正する
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。

【０１４９】すなわち、ウエハＷの平坦度の情報に基づ
いて、計測用パターン６７_i,jの転写（及び基準パター
ン）の際にウエハＷのＺ位置及びＸＹ面に対する傾斜の
少なくとも一方の調整を行うだけでも良い。かかる場合
には、ウエハＷの投影光学系ＰＬのＺ位置及びＸＹ面に
対する傾斜の少なくとも一方の調整は、測定されたウエ
ハの平坦度を考慮して行われるので、その調整は、露光
時に照明光が照射されるウエハ上の領域が極力像面に一
致する（投影光学系の最良結像面の焦点深度の範囲内と
なる）ように行われる。従って、計測用パターンの転写
像は、ウエハ表面のデフォーカスによる位置ずれ量が非
常に小さい状態でウエハ上に形成される。すなわち、計
測用パターンの転写位置の基準位置（上記実施形態では
基準パターンのレジスト像の位置）からの位置ずれ量
は、ウエハ表面のデフォーカスに起因する位置ずれ成分
を殆ど含まない、投影光学系ＰＬの光学特性をほぼその
まま反映した位置ずれ量となる。そして、当該位置ずれ
量に基づいて投影光学系ＰＬの光学特性（上記実施形態
では波面収差）を求めることにより、投影光学系ＰＬの
光学特性を精度良く計測することが可能となる。

【０１５０】あるいは、得られたウエハＷの平坦度の情
報を、計測用パターン６７_i,jの転写（及び基準パター
ン）の際には、特に考慮することなく、その転写を行
い、最終的に得られた、計測用パターン６７_i,jの転写
位置の基準位置（上記実施形態では基準パターンのレジ
スト像の位置）からの位置ずれ量を、上記のウエハＷの
平坦度の情報に基づいて補正するのみであっても良い。
この場合、計測用パターン６７_i,jの転写の際には、従
来と同様に、ウエハ表面全体の平均的な面が、投影光学
系の像面になるべく一致するようにウエハの光軸方向の
位置あわせ及び傾斜補正が行われることとなる。従っ
て、上記の位置ずれ量の補正は、ウエハ平坦度の情報と
前記平均的な面とを用いて、計測用パターンの転写時の
残存デフォーカス量を、各計測用パターンの投影位置毎
に、前述した実施形態と同様にして求め、そのデフォー
カスに起因する位置ずれ成分を補正することにより行わ
れることとなる。しかるに、この場合に得られる補正後
の位置ずれ量も、投影光学系ＰＬの波面収差をそのまま
反映した位置ずれ量となる。従って、この補正後の位置
ずれ量に基づいて、前述と同様にして投影光学系の波面
収差を算出することにより、波面収差を精度良く求める
ことが可能となる。

【０１５１】これまでの説明では、投影光学系の波面収
差を求める際に、得られたウエハＷの平坦度の情報を考
慮して、その波面収差算出の前提となる位置ずれ量を補
正する場合について説明したが、これに限らず、位置ず
れ量（実測値）に基づいて投影光学系の波面収差を算出
し、その算出された波面収差を、ウエハＷの平坦度の情
報を考慮して補正し、その補正後の波面収差を最終的な
波面収差としても良い。要は、ウエハＷの平坦度の情報
と位置ずれ量とに基づいて、所定の演算により最終的な
波面収差が求められれば良い。

【０１５２】なお、上記各実施形態では、計測用パター
ン（及び基準パターン）をウエハＷ上に転写した後に、
そのウエハを現像して得られるレジスト像の計測結果に
基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差を算出するものと
したが、これに限らず、レジスト層に形成された計測用
パターン及び基準パターンの潜像あるいはウエハをエッ
チングして得られる像を計測することとしても良い。か
かる場合であっても、計測用パターンの潜像又はエッチ
ング像の基準位置（例えば設計上の計測用パターンの投
影位置、あるいは基準パターンの潜像又はエッチング像
の位置）からの位置ずれ量を計測すれば、その計測結果
に基づいて上記各実施形態と同様の手順で投影光学系の
波面収差を求めることは可能である。さらに、上記実施
形態では前述した位置ずれ量を重ね合せ測定器を用いて
計測するものとしたが、それ以外、例えば露光装置内に
設けられるアライメントセンサなどを用いても良い。

【０１５３】また、上記各実施形態では、投影光学系の
光学特性として波面収差を求める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、光学特性は波面収差に限らず、マスク上の計測用パ
ターンの投影位置の所定の基準位置からの位置ずれ量に
基づいて求められる光学特性であれば良く、例えばコマ
収差、非点収差、球面収差、像面湾曲、ディストーショ
ンなどの諸収差であっても良い。

【０１５４】なお、上記各実施形態及び上記の説明で
は、各計測用パターンの位置ずれ量の基準となる基準パ
ターンをウエハ上に転写し、その転写像（レジスト像の
他、エッチング像、潜像などを含む）の位置を基準とし
て各計測用パターンの位置ずれ量を計測する場合につい
て説明したが、これに限らず、基準位置として設計値を
用いても良く、あるいは投影光学系の視野（照明光の照
射領域）内で計測用パターンを配置すべき複数の計測点
と同一の位置関係で複数の基準パターンが形成された基
準ウエハを用意し、その基準ウエハ上にレジストを塗布
して計測用パターンを重ねて転写する場合には、各計測
点で基準ウエハ上の基準パターンの位置を基準位置とし
て計測用パターンの位置ずれ量を計測しても良い。この
とき、基準ウエハ上での複数の基準パターンの位置関係
（間隔など）を計測しておき、例えばこの計測結果を用
いて計測用パターン毎に前述の位置ずれ量を求める、あ
るいは投影光学系の光学特性の計測結果を補正すること
が望ましい。これにより、基準基板の製造誤差（基準パ
ターンの位置誤差など）に起因した光学特性の計測誤差
を低減することができる。

【０１５５】更に、投影光学系ＰＬの投影視野（照明光
の照射領域）に対応して複数の計測用パターンをレチク
ルに形成することなく、少なくとも１つの計測用パター
ンをレチクルに形成するだけでも良く、この場合は投影
光学系の物体面（第１面）内でそのレチクルを移動する
ことになる。このとき、レチクルステージＲＳＴの移動
時に生じ得る位置決め誤差を、例えば計測用パターンを
配置すべき位置毎に計測しておき、この計測結果を用い
て計測用パターン毎に前述の位置ずれ量を求める、ある
いは投影光学系の光学特性の計測結果を補正することが
望ましい。更に、上記実施形態では計測用レチクルを用
いるものとしたが、例えばレチクルステージＲＳＴ上に
少なくとも１つの計測用パターンを形成するとともに、
投影光学系の光学特性の計測時にピンホールが形成され
たプレートをレチクルのパターン面に近接して配置す
る、あるいはレチクルステージの下面にその計測用パタ
ーンに近接してピンホール板を設けても良い。すなわ
ち、計測用パターンが形成されるパターン形成部材はマ
スク又はレチクルに限られるものではなく、例えばレチ
クルステージなどに設けられるパターン板などをも含む
概念である。また、パターン形成部材に複数の計測用パ
ターンを形成する場合、前述した基準パターンと同様に
その位置関係（間隔など）を実測しておき、この計測結
果を用いて前述の位置ずれ量を求める、あるいは光学特
性の計測結果を補正することが好ましい。

【０１５６】なお、上記各実施形態では、本発明がステ
ッパに適用された場合について説明したが、これに限ら
ず、例えば米国特許第５，４７３，４１０号等に開示さ
れるマスクと基板とを同期移動してマスクのパターンを
基板上に転写する走査型の露光装置にも適用することが
できる。

【０１５７】露光装置の用途としては半導体製造用の露
光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプ
レートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光
装置や、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。

【０１５８】また、上記実施形態の露光装置の光源は、
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。

【０１５９】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。

【０１６０】なお、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。

【０１６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光学
特性計測方法によれば、投影光学系の光学特性を高精度
に計測することができるという効果がある。

【０１６２】また、本発明に係る投影光学系の調整方法
によれば、投影光学系の光学特性を精度良く調整するこ
とができるという効果がある。

【０１６３】また、本発明に係る露光方法によれば、マ
スクのパターンを基板上に精度良く転写することができ
るという効果がある。また、本発明に係る露光装置の製
造方法によれば、そのような露光装置を製造することが
できる。

【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概略構成を示
す図である。

【図２】計測用レチクルを示す概略斜視図である。

【図３】レチクルステージ上に装填した状態における計
測用レチクルの光軸近傍のＸＺ断面の概略図を投影光学
系の模式図とともに示す図である。

【図４】レチクルステージ上に装填した状態における計
測用レチクルの−Ｙ側端部近傍のＸＺ断面の概略図を投
影光学系の模式図とともに示す図である。

【図５】図５（Ａ）は、第１の実施形態の計測用レチク
ルに形成された計測用パターンを示す図であり、図５
（Ｂ）は、第１の実施形態の計測用レチクルに形成され
た基準パターンを示す図である。

【図６】図６（Ａ）は、ウエハ上のレジスト層に所定間
隔で形成される計測用パターンの縮小像（潜像）を示す
図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の計測用パターン
の潜像と基準パターンの潜像の位置関係を示す図であ
る。

【図７】第２の実施形態に係る光学特性計測方法で用い
られる１つの計測用レチクルを示す概略斜視図である。

【図８】第２の実施形態に係る光学特性計測方法で用い
られる別の計測用レチクルを示す概略斜視図である。

【図９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、従来技術を説明
するための図である。

【符号の説明】

１０…露光装置、６７_i,j…計測用パターン、７０_i,j…
ピンホール状の開口、７４₁，７４₂…基準パターン、Ｅ
Ｌ…照明光、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル（マス
ク）、Ｗ…ウエハ（基板）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｆ 9/00 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ａ Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA03 AA04 AA20 BB02 BB27 CC00 EE00 FF10 FF41 FF51 HH12 JJ01 JJ03 JJ08 NN20 PP12 PP13 QQ17 QQ18 QQ23 QQ25 QQ41 2G086 HH06 5F046 BA04 BA05 CB17 CB25 DA13 DB05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１面上のパターンを第２面上に投影す
   る投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法で
   あって、 前記第２面上に配置された基板の平坦度を測定する第１
   工程と；前記測定された前記平坦度を考慮して、前記基
   板の前記投影光学系の光軸方向に関する位置及び前記光
   軸に直交する面に対する傾斜の少なくとも一方を調整し
   た状態で、前記第１面上に配置された計測用パターンを
   照明光で照明し、前記計測用パターンを前記投影光学系
   を介して前記基板上に転写する第２工程と；前記計測用
   パターンの転写位置の基準位置からの位置ずれに基づい
   て前記投影光学系の光学特性を求める第３工程と；を含
   む光学特性計測方法。
2. 【請求項２】 前記第１面上に配置された基準パターン
   を前記照明光で照明し、前記基準パターンを前記投影光
   学系を介して前記基板上に転写する第４工程を更に含
   み、 前記第３工程では、前記基準パターンの転写位置を前記
   基準位置として前記光学特性を求めることを特徴とする
   請求項１に記載の光学特性計測方法。
3. 【請求項３】 前記第２工程では、第１面上に前記計測
   用パターンを所定の位置関係で複数配置するとともに、
   前記複数の計測用パターンを照明光により照明し、前記
   複数の計測用パターンのそれぞれを、前記各計測用パタ
   ーンに個別に対応して設けられたピンホール及び前記投
   影光学系を介して前記基板上に転写し、 前記第３工程では、前記各計測用パターンの転写位置の
   基準位置からの位置ずれに基づいて前記投影光学系の光
   学特性の一種である波面収差を求めることを特徴とする
   請求項１に記載の光学特性計測方法。
4. 【請求項４】 前記第１面上に前記複数の計測用パター
   ンに個別に対応して複数の基準パターンを配置するとと
   もに、前記複数の基準パターンを前記照明光により照明
   し、前記各基準パターンを前記投影光学系を介して前記
   基板上にそれぞれ転写する第４工程を更に含み、 前記第３工程では、前記各計測用パターンの転写位置の
   対応する基準パターンの転写位置からの位置ずれに基づ
   いて前記投影光学系の波面収差を求めることを特徴とす
   る請求項３に記載の光学特性計測方法。
5. 【請求項５】 前記第３工程では、前記測定された前記
   平坦度を更に考慮して、前記投影光学系の光学特性を求
   めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記
   載の光学特性計測方法。
6. 【請求項６】 第１面上のパターンを第２面上に投影す
   る投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法で
   あって、 前記第２面上に配置された基板の平坦度を測定する第１
   工程と；前記第１面上に配置された計測用パターンを照
   明光で照明し、前記計測用パターンを前記投影光学系を
   介して前記基板上に転写する第２工程と；前記計測用パ
   ターンの転写位置の基準位置からの位置ずれ量と前記測
   定された前記平坦度とに基づいて、前記投影光学系の光
   学特性を求める第３工程と；を含む光学特性計測方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか一項に記載の光
   学特性計測方法を用いて投影光学系の光学特性を計測す
   る工程と；前記光学特性の計測結果に基づいて前記投影
   光学系を調整する工程と；を含む投影光学系の調整方
   法。
8. 【請求項８】 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、 請求項７に記載の調整方法により前記投影光学系を調整
   する工程と；前記調整された投影光学系を介して前記パ
   ターンを前記基板上に転写する工程と；を含む露光方
   法。
9. 【請求項９】 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の製造方法であって、 請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学特性計測方法
   を用いて投影光学系の光学特性を計測する工程と；前記
   光学特性の計測結果に基づいて前記投影光学系を調整す
   る工程と；を含む露光装置の製造方法。