JP2002198299A

JP2002198299A - 露光装置及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2002198299A
Application number: JP2000398000A
Authority: JP
Inventors: Naohito Kondo; 尚人近藤; Tokimi Kuwata; 旬美鍬田; Eiji Takane; 栄二高根; Koji Saito; 浩司齋藤; Tsuneyuki Hagiwara; 恒幸萩原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】【課題】投影光学系の光軸方向に関する光学特性の計
測精度の向上に寄与する。【解決手段】制御装置５０では、空間像計測により計
測される計測マークの空間像に基づいて投影光学系ＰＬ
の光軸方向の光学特性（例えばベストフォーカス位置、
像面など）を計測するため、照明光ＩＬによる照明領域
に計測マークが位置するようにレチクルステージＲＳＴ
を移動した際に、移動に伴うステージＲＳＴの光軸方向
の位置変化分を考慮して位置検出系（６０ａ，６０ｂ）
を用いて制御される空間像計測装置５９を構成するスリ
ット板９０の光軸方向に関する目標位置を補正する。こ
のため、例えばステージＲＳＴの移動面に傾斜やうねり
が存在しても、これに影響されることなく、位置検出系
を用いてスリット板の光軸方向の位置を制御しつつ、空
間像計測により、投影光学系の光軸方向の光学特性を精
度良く計測することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置及びデバ
イス製造方法に係り、更に詳しくは、所定の回路パター
ンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置、及
び該露光装置を用いて露光を行うデバイス製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子又は液晶表示素子
等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フォトマ
スク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）の
パターンを、投影光学系を介して表面にフォトレジスト
等の感光剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の
基板上に転写する投影露光装置、例えばステップ・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、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）等が用い
られている。

【０００３】この種の露光装置では、レチクルパターン
が転写される基板上の照明光の照射領域（露光領域）
が、投影光学系の静止露光像面に一致している程、微細
パターンを設計通りの線幅で転写することができる。こ
のため、静止露光像面にウエハ等の基板表面の露光領域
部分を合致させることは重要であり、そのためには、静
止露光像面位置ないしは像面形状を高精度に計測するこ
とが不可欠となる。

【０００４】従来は、装置の初期調整時あるいはフォー
カスが変動したと予想される所定時間経過時において、
像面が実際どのような状態にあるかについては、投影光
学系の視野内の複数の点に専用の計測マークを位置決め
して、実際に露光を行い、その計測用マークを投影光学
系を介してウエハ等の基板上に転写し、その基板を現像
後に基板上に形成されるレジスト像等の線幅等を、各種
の線幅計測装置で計測することにより、その情報を得て
いた。

【０００５】例えば、投影光学系の視野内の複数の検出
点に、ある線幅の第１パターンと、この第１パターンに
所定角度で交差する第２パターンとを順次位置決めし、
かつ基板を光軸方向にステップ移動しながら、各ステッ
プ位置毎に、基板上の異なる領域に第１パターンと第２
パターンとを順次重ねて転写し、その第１パターンと第
２パターンとが転写された基板を現像し、その現像後に
基板上に形成される菱形マーク（ＳＭＰマークとも呼ば
れる）のレジスト像等の長さ（長い方の対角線の長さ）
を、例えば露光装置に装備されているレーザ光をマーク
に照射し、マークから回折・散乱された光を受光してそ
のマーク像を検出するアライメント系（いわゆるＬＳＡ
系）を用いて計測し、菱形マークのレジスト像の長さの
変化が基板の光軸方向位置の変化と対応することを利用
して、各検出点毎に、投影光学系のベストフォーカス位
置を求め、その結果に基づいて像面形状を算出する、い
わゆるＳＭＰ計測と呼ばれる技術が知られている

【０００６】この他、投影光学系の視野内の検出点に位
置決めされた計測マークの投影光学系による投影像（空
間像）に対して、像面側に配置された矩形開口又はスリ
ット開口（以下、「スリット」と総称する）が形成され
た開口板又はスリット板（以下、「スリット板」と総称
する）を相対走査し、そのスリット板のスリットを介し
て受光した照明光を光電変換素子で光電変換した光電変
換信号（光強度信号）に基づいて、投影光学系の光学特
性を計測する方法（以下、「空間像計測法」と呼ぶ）も
知られている。この空間像計測法により、投影光学系の
像面形状を求めるには、投影光学系の視野内の検出点に
計測マーク、例えばデューティ比１：１のラインアンド
スペースパターンを位置させ、ベストフォーカス位置と
推定される位置を中心として、スリット板を例えば０．
１５μｍ間隔で例えば１５段階でステップ移動させなが
ら、前記計測マークの空間像を計測し、その際にスリッ
ト板の光軸方向位置毎に得た光電変換信号のコントラス
ト値をそれぞれ算出し、それらのコントラスト値を最小
自乗法により関数フィッティングしてコントラストカー
ブを得、そのコントラストカーブのピーク点に基づいて
その検出点におけるベストフォーカス位置を算出する。
このベストフォーカス位置の算出を、投影光学系の視野
内の複数の検出点のそれぞれについて行うことにより、
像面形状を算出していた。

【０００７】いずれの場合も、上記のようにして得られ
た像面形状に基づいて、像面の湾曲成分の制御を投影光
学系の調整により行って静止露光像面が投影光学系の焦
点深度の範囲内になるべく収まるようにするとともに、
投影光学系の光軸方向位置の制御と静止露光像面に対す
る傾きであるレベリングの成分の制御を基板が載置され
た基板ステージの位置、姿勢を調整することにより行っ
ていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな像面の計測は、露光の合間に行われるものであるか
ら、その時間を極力短縮する必要がある。しかしなが
ら、上述したＳＭＰ計測等の焼き付け法においては、計
測マークを基板上に転写し、現像し、計測するというプ
ロセスを経るため非常に長い時間を費やすことになる。
一方、上述した空間像計測法は、焼き付け法に比べて所
要時間はかなり短い。

【０００９】しかるに、半導体素子等の製造のために用
いられるレチクルでは、デバイスの生産のための回路パ
ターンが最優先されるので、空間像計測用のマークを、
空間像計測に最適な位置に配置できるとは限らず、例え
ば走査型露光装置の場合には、レチクルが中立の位置に
ある際に、静止露光領域内に空間像計測の検出点を設定
できる位置に計測マークを配置できないことがある。こ
のような場合、素子用の回路パターンのないレチクル外
縁部に計測マークが配置されることとなる。

【００１０】しかしながら、かかる場合に、レチクルス
テージの移動面が投影光学系の光軸に垂直な平面となっ
ていない場合等には、静止露光領域に対応する投影光学
系の視野内の検出点に計測マークを位置決めするために
レチクルステージを移動させると、その移動に伴い計測
マークの位置の光軸方向の変動により、静止露光領域の
ベストフォーカス位置、像面計測結果にオフセットが生
じてしまう。その結果、前述した投影光学系の光軸方向
位置の制御と静止露光像面に対する傾きであるレベリン
グの成分の制御誤差が必然的に生じてしまう。

【００１１】また、ベストフォーカス位置や、像面形状
の検出のための空間像計測に際しては、スリット板の光
軸方向の位置は、露光装置に搭載されている露光時に焦
点位置合わせに用いられる装置である焦点位置検出系に
より検出され、この検出結果に基づいてスリット板が設
けられた基板テーブルの光軸方向駆動がなされている。

【００１２】しかしながら、焦点位置検出系は、検出ビ
ームの光路中の空気ゆらぎ（空気の温度揺らぎ）や、装
置のドリフト等の影響により、計測値が変動する場合が
ある。例えば、空気揺らぎによる計測値の変動は、ガウ
ス分布しているとした場合の標準偏差から、３σで５０
ｎｍ程度ある。従って、焦点位置検出系を用いること
が、空間像計測によるベストフォーカス位置の計測精度
の悪化要因となりかねない。また、この場合、スリット
板の駆動の際に焦点位置検出系の制御系を介さなければ
ならないため、応答性能が低く、計測時間が長くなる要
因ともなっている。

【００１３】また、基板面の光軸方向位置合わせに求め
られる精度が上がるにつれ、上記のベストフォーカス位
置の計測、及び像面形状の計測に基づく、いわゆるフォ
ーカスキャリブレーションの精度も向上しなければなら
ず、このためには空間像計測時においてスリット板の光
軸方向の位置は高精度に制御されなければならない。

【００１４】今後、ますます細い線幅のパターンを露光
していくようになると、フォーカスキャリブレーション
の精度は、可能な限り上げなくてはならない。また、フ
ォーカスキャリブレーション自体に要する時間も、スル
ープットの向上のために短縮される必要がある。

【００１５】本発明は、かかる事情の下になされたもの
であり、その第１の目的は、投影光学系の光軸方向に関
する光学特性の計測精度の向上に寄与する露光装置を提
供することにある。

【００１６】また、本発明の第２の目的は、高集積度の
マイクロデバイスの生産性の向上に寄与するデバイス製
造方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の露光装
置は、マスク（Ｒ）に形成された回路パターンを投影光
学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に転写する露光装置
であって、前記投影光学系の物体面側に配置され、前記
投影光学系の光軸に直交する面にほぼ沿って移動するマ
スクステージ（ＲＳＴ）と；前記マスクステージに搭載
された前記マスク、該マスクとは異なる専用マスク、及
び前記マスクステージ上の前記マスク以外の部分の少な
くとも一箇所に配置された計測マーク（ＰＭ１〜ＰＭ
３）、並びに前記回路パターンを照明光（ＩＬ）により
照明可能な照明系（１２，１４）と；前記投影光学系の
像面側に配置され、計測用パターン（２２）が形成され
たパターン形成部材（９０）と；前記計測用パターンを
介した前記照明光の強度に応じた光電変換信号を出力す
る光電変換素子（２４）と；前記パターン形成部材及び
前記基板の前記投影光学系の光軸方向に関する位置を計
測する位置検出系（６０ａ，６０ｂ）と；前記計測マー
クの空間像（ＰＭ１’〜ＰＭ３’）に基づいて前記投影
光学系の光軸方向の光学特性を計測するため、前記照明
光による照明領域に前記計測マークが位置するように前
記マスクステージを移動した際に、前記移動に伴う前記
マスクステージの前記光軸方向の位置変化分を考慮して
前記位置検出系を用いて制御される前記パターン形成部
材の前記光軸方向に関する目標位置を補正する制御装置
（５０）と；を備える。

【００１８】これによれば、マスクステージに搭載され
たマスク（回路パターンが形成されたマスク又は専用マ
スク）、及び前記マスクステージ上の前記マスク以外の
部分の少なくとも一箇所に配置された計測マークが照明
系により照明され、該計測マーク部分から射出された照
明光が投影光学系を介して像面上に投射され、計測マー
クの空間像が形成される。そして、この空間像に対して
パターン形成部材に形成された計測用パターンが相対的
に走査され、この際計測用パターンを介した照明光が光
電変換素子により受光され、該光電変換素子が照明光の
強度に応じた光電変換信号を出力する。すなわち、この
ようにして空間像計測が行われるようになっている。制
御装置では、この空間像により計測される計測マークの
空間像に基づいて投影光学系の光軸方向の光学特性を計
測するため、照明光による照明領域に計測マークが位置
するようにマスクステージを移動した際に、移動に伴う
前記マスクステージの前記光軸方向の位置変化分を考慮
して位置検出系により計測されたパターン形成部材の計
測値を補正する。このため、例えばマスクステージの移
動面に傾斜やうねりが存在しても、これに影響されるこ
となく、位置検出系を用いてパターン形成部材の光軸方
向の位置を制御しつつ、空間像計測により、投影光学系
の光軸方向の光学特性を精度良く計測することが可能と
なる。従って、結果的に、投影光学系の像面に対する基
板の位置合わせ精度の向上が可能となる。

【００１９】この場合において、請求項２に記載の露光
装置の如く、前記制御装置は、前記投影光学系の視野内
の複数の検出点（Ｄ₁〜Ｄ₉）に前記計測マークが位置す
るように前記マスクステージを移動させ、前記位置検出
系を用いて前記パターン形成部材の前記光軸方向の位置
を所定間隔で移動しつつ、前記各検出点に位置した前記
計測マークの前記投影光学系を介した空間像に対して前
記パターン形成部材を介して前記計測用パターンを相対
的に走査するとともに、前記走査の度毎に前記光電変換
素子から得られる前記光電変換信号に基づいて前記各検
出点における前記投影光学系のベストフォーカス位置を
算出し、前記各検出点における前記ベストフォーカス位
置を用いて２次関数にて最小自乗近似を行い、得られた
０次成分をフォーカスオフセットとし、１次成分の係数
を像面の傾きとし、２次成分の係数を像面の湾曲成分と
して分解する演算装置を更に備えることとすることがで
きる。

【００２０】この場合において、請求項３に記載の露光
装置の如く、前記基板が載置される基板テーブル（３
８）と；前記基板テーブルを前記光軸方向及び該光軸に
直交する面に対する傾斜方向に駆動する駆動装置（２１
Ａ〜２１Ｃ）と；前記フォーカスオフセット及び前記像
面の傾きを考慮して、前記駆動装置を制御するテーブル
制御系（７０）と；を更に備えることとすることができ
る。

【００２１】請求項４に記載の露光装置は、照明光（Ｉ
Ｌ）によりマスク（Ｒ）を照明し、前記マスクに形成さ
れた回路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、前記投影光学系
の像面側に配置され、前記基板が載置されるとともに少
なくとも前記投影光学系の光軸方向に駆動可能な基板テ
ーブル（３８）と；前記基板テーブルを駆動する駆動装
置（２１Ａ〜２１Ｃ）と；前記駆動装置による前記基板
テーブルの前記光軸方向の駆動量を計測するセンサ（２
３Ａ〜２３Ｃ）と；前記投影光学系側から前記基板テー
ブル上の所定の計測点の前記光軸方向に関する位置を光
学的に計測する位置検出系（６０ａ，６０ｂ）と；前記
基板テーブルを前記光軸方向に関して所定間隔で駆動す
る際に、前記基板テーブルの前記光軸方向の位置を前記
位置検出系を用いて１回計測した後、前記センサの計測
値に基づいて前記駆動装置を制御する制御装置（５０）
と；を備える。

【００２２】これによれば、制御装置では、基板テーブ
ルを前記光軸方向に関して所定間隔で駆動する際に、前
記基板テーブルの光軸方向の位置を位置検出系を用いて
１回計測した後、駆動装置による基板テーブルの駆動量
を計測するセンサの計測値に基づいて、駆動装置を制御
する。このため、たとえ基板テーブルを駆動している際
に空気揺らぎ等が発生しても、その影響を受けずに高精
度に基板テーブルの光軸方向の位置を制御することがで
きる。従って、例えば、投影光学系の光軸方向に関する
光学特性を計測するために、基板テーブルを前記光軸方
向に関して所定間隔で駆動する場合であっても、基板テ
ーブルの光軸方向の位置を精度良く制御することができ
るので、結果的に投影光学系の光軸方向に関する光学特
性の計測精度の向上が可能である。また、この場合、基
板テーブルを光軸方向に関して所定間隔で駆動する際に
は、位置検出系を介することなく、センサの計測値に基
づいて駆動装置をダイレクトにフィードバック制御する
ので、応答遅れが殆どない高速な制御が可能となる。従
って、投影光学系の光軸方向に関する光学特性の計測時
間の短縮にも寄与することが可能である。

【００２３】この場合において、請求項５に記載の露光
装置の如く、前記制御装置は、前記投影光学系のベスト
フォーカス位置を計測するため、前記照明光による照明
領域（ＩＡＲ）に計測マークを位置させた状態で、前記
制御を行うこととすることができる。

【００２４】この場合において、請求項６に記載の露光
装置の如く、前記回路パターンが形成されたマスクが載
置されるマスクステージ（ＲＳＴ）と；前記基板テーブ
ルに一体的に設けられ、計測用パターン（２２）が形成
されたパターン形成部材（９０）と；前記計測用パター
ンを介した前記照明光の強度に応じた光電変換信号を出
力する光電変換素子（２４）と；を更に備え、前記制御
装置は、前記マスク、該マスクとは異なる専用マスク、
及び前記マスクステージ上の前記マスク以外の部分の少
なくとも一箇所に配置された計測マークを前記投影光学
系の視野内の少なくとも１つの検出点（Ｄ₁〜Ｄ₉）に位
置決めし、前記位置検出系を用いて前記パターン形成部
材の前記光軸方向の位置を所定間隔で移動しつつ、前記
計測マークの前記投影光学系を介した空間像（ＰＭ１’
〜ＰＭ３’）に対して前記基板テーブルを介して前記計
測用パターンを相対的に走査するとともに、前記走査の
度毎に前記光電変換素子から得られる前記光電変換信号
に基づいて前記検出点における前記投影光学系のベスト
フォーカス位置を算出することとすることができる。

【００２５】この場合において、請求項７に記載の露光
装置の如く、前記投影光学系のベストフォーカス位置の
大気圧変動分及び照射変動分の少なくとも一方の変動分
を算出する算出装置（８１，５０）を更に備え、前記制
御装置は、前記駆動装置の制御に際して前記センサの制
御目標値を前記算出された変動分だけ補正することとす
ることができる。

【００２６】上記請求項６及び７に記載の各露光装置に
おいて、請求項８に記載の露光装置の如く、前記制御装
置は、前記投影光学系の視野内の複数の検出点に前記計
測マークを位置決めし、前記位置検出系を用いて前記パ
ターン形成部材の前記光軸方向の位置を所定間隔で移動
しつつ、前記各検出点に位置した前記計測マークの前記
投影光学系を介した空間像に対して前記パターン形成部
材を介して前記計測用パターンを相対的に走査するとと
もに、前記走査の度毎に前記光電変換素子から得られる
前記光電変換信号に基づいて前記各検出点における前記
投影光学系のベストフォーカス位置を算出し、前記各検
出点における前記ベストフォーカス位置を用いて２次関
数にて最小自乗近似を行い、得られた０次成分をフォー
カスオフセットとし、１次成分の係数を像面の傾きと
し、２次成分の係数を像面の湾曲成分として分解する演
算装置を更に備えることとすることができる。

【００２７】この場合において、請求項９に記載の露光
装置の如く、前記フォーカスオフセット及び前記像面の
傾きを考慮して、前記駆動装置を制御するテーブル制御
系（７０）を更に備えることとすることができる。

【００２８】上記請求項２、３、８、９に記載の各露光
装置において、請求項１０に記載の露光装置の如く、前
記像面湾曲成分に基づいて、前記投影光学系の結像特性
を補正する結像特性補正装置（７８）を更に備えること
とすることができる。

【００２９】請求項１１に記載のデバイス製造方法は、
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、前
記リソグラフィ工程では、請求項１〜１０のいずれか一
項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とす
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
〜図８に基づいて説明する。

【００３１】図１には、一実施形態に係る露光装置１０
の概略的な構成が示されている。この露光装置１０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。

【００３２】この露光装置１０は、光源１４及び照明光
学系１２を含む照明系、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
能な基板ステージとしてのウエハステージＷＳＴ、及び
これらを制御する制御系等を備えている。また、図示は
省略されているが、上記各構成部分のうち、光源及び制
御系以外の部分は、実際には、内部の温度、圧力等の環
境条件が高精度に維持された不図示の環境制御チャンバ
（エンバイロンメンタル・チャンバ）内に収容されてい
る。

【００３３】前記光源１４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
ＡｒＦ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。この光源
１４は、実際には、上記環境制御チャンバが設置される
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
ム等に設置され、不図示の送光光学系を介して環境制御
チャンバ内部の照明光学系１２に接続されている。光源
１４は、ワークステーション（又はマイクロコンピュー
タ）から成る主制御装置５０によってそのレーザ発光の
オン・オフや、中心波長、スペクトル半値幅、繰り返し
周波数などが制御される。

【００３４】前記照明光学系１２は、ビーム整形光学系
１８、オプティカルインテグレータ（ホモジナイザー）
としてのフライアイレンズ２２、照明系開口絞り板２
４、リレー光学系２８Ａ，２８Ｂ、固定レチクルブライ
ンド３０Ａ、可動レチクルブラインド３０Ｂ、ミラー
Ｍ、及びコンデンサレンズ３２等を備えている。なお、
オプティカルインテグレータとして、ロッド型（内面反
射型）インテグレータ等を用いても良い。

【００３５】前記ビーム整形光学系１８内には、光源１
４でパルス発光されたレーザビームＬＢの断面形状を、
該レーザビームＬＢの光路後方に設けられたフライアイ
レンズ２２に効率良く入射するように整形するための、
例えばシリンダレンズやビームエキスパンダ（いずれも
図示省略）等が含まれている。

【００３６】前記フライアイレンズ２２は、ビーム整形
光学系１８から出たレーザビームＬＢの光路上に配置さ
れ、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために多数
の点光源（光源像）からなる面光源、即ち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本
明細書においては、「照明光ＩＬ」とも呼ぶものとす
る。

【００３７】フライアイレンズ２２の射出側焦点面の近
傍には、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、等角度
間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り、輪帯
照明用の開口絞り及び変形光源法用の開口絞り等が配置
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ＩＬの光路上に選択的に設定される。

【００３８】照明系開口絞り板２４から出た照明光ＩＬ
の光路上に、反射率が小さく透過率の大きなビームスプ
リッタ２６が配置され、更にこの後方の光路上に、レチ
クルブラインド３０Ａ，３０Ｂを介在させてリレー光学
系（２８Ａ，２８Ｂ）が配置されている。

【００３９】固定レチクルブラインド３０Ａは、レチク
ルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカ
スした面に配置され、レチクルＲ上の照明領域ＩＡＲを
規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レ
チクルブラインド３０Ａの近傍に走査方向（ここではＸ
軸方向とする）及び非走査方向（Ｙ軸方向）にそれぞれ
対応する方向の位置及び幅が可変の開口部を有する可動
レチクルブラインド３０Ｂが配置され、走査露光の開始
時及び終了時にその可動レチクルブラインド３０Ｂを介
して照明領域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３０Ｂは、後述
する空間像計測の際の照明領域の設定にも用いられる。

【００４０】一方、照明光学系１２内のビームスプリッ
タ２６で反射された照明光ＩＬの光路上には、集光レン
ズ４４、及び遠紫外域で感度が良く、且つ光源１４のパ
ルス発光を検出するために高い応答周波数を有するＰＩ
Ｎ型フォトダイオード等の受光素子から成るインテグレ
ータセンサ４６が配置されている。

【００４１】このようにして構成された照明系の作用を
簡単に説明すると、光源１４からパルス発光されたレー
ザビームＬＢは、ビーム整形光学系１８に入射して、こ
こで後方のフライアイレンズ２２に効率よく入射するよ
うにその断面形状が整形された後、フライアイレンズ２
２に入射する。これにより、フライアイレンズ２２の射
出側焦点面（照明光学系１２の瞳面）に２次光源が形成
される。この２次光源から射出された照明光ＩＬは、照
明系開口絞り板２４上のいずれかの開口絞りを通過した
後、透過率が大きく反射率が小さなビームスプリッタ２
６に至る。このビームスプリッタ２６を透過した照明光
ＩＬは、第１リレーレンズ２８Ａを経て固定レチクルブ
ラインド３０Ａの矩形の開口部及び可動レチクルブライ
ンド３０Ｂ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上の照明領域ＩＡＲを
均一な照度分布で照明する。

【００４２】一方、ビームスプリッタ２６で反射された
照明光ＩＬは、集光レンズ４４を介してインテグレータ
センサ４６で受光され、インテグレータセンサ４６の光
電変換信号が、不図示のピークホールド回路及びＡ／Ｄ
変換器を有する信号処理装置８０を介して主制御装置５
０に供給される。

【００４３】前記レチクルステージＲＳＴ上には、レチ
クルＲが、例えば真空吸着（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レチクルステージ駆動系５６Ｒ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軸方向及びこれに直交する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、レチクルベース
ＲＢＳ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。

【００４４】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）５４
Ｒからのレーザビームを反射する移動鏡５２Ｒ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５４Ｒによって、例えば０．５〜１ｎｍ
程度の分解能で常時検出される。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５４Ｒ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５２Ｒ、レチクル干渉計５
４Ｒとして示されている。

【００４５】レチクル干渉計５４Ｒからのレチクルステ
ージＲＳＴの位置情報は、テーブル制御系としてのステ
ージ制御装置７０、及びこれを介して主制御装置５０に
送られるようになっている。ステージ制御装置７０は、
主制御装置５０の指示に応じ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。

【００４６】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、例
えば１／４、１／５等となっている。このため、照明光
学系１２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により、投影光学系ＰＬを介して
そのスリット状照明領域ＩＡＲ内のレチクル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と共役な
露光領域ＩＡに形成される。

【００４７】投影光学系ＰＬを構成する複数のレンズエ
レメントのうち、その一部の複数枚のレンズエレメント
は、不図示の駆動素子（例えばピエゾ素子など）によっ
て光軸ＡＸ方向及びＸＹ面に対する傾斜方向に微小駆動
可能に構成されている。各駆動素子の駆動電圧（駆動素
子の駆動量）が主制御装置５０からの指令に応じて結像
特性補正コントローラ７８により制御され、これによっ
て、投影光学系ＰＬの結像特性、例えば、像面湾曲、デ
ィストーション、倍率等が補正されるようになってい
る。すなわち、本実施形態では、上記の駆動可能なレン
ズエレメントを駆動する駆動素子及びこの駆動量を制御
する結像特性補正コントローラ７８によって、結像特性
補正装置が構成されている。

【００４８】前記ウエハステージＷＳＴは、ＸＹステー
ジ４２と、該ＸＹステージ４２上に搭載された基板テー
ブルとしてのＺチルトステージ３８とを含んで構成され
ている。

【００４９】前記ＸＹステージ４２は、ウエハベース１
６の上面の上方に不図示のエアベアリングによって例え
ば数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持され、ウ
エハステージ駆動部５６Ｗを構成する不図示のリニアモ
ータ等によって走査方向であるＹ軸方向（図１における
紙面内左右方向）及びこれに直交するＸ軸方向（図１に
おける紙面直交方向）に２次元駆動可能に構成されてい
る。このＸＹステージ４２上にＺチルトステージ３８が
搭載され、該Ｚチルトステージ３８上にウエハホルダ２
５が載置されている。このウエハホルダ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。

【００５０】Ｚチルトステージ３８は、図２に示されよ
うに、３つのＺ位置駆動部２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ（但
し、紙面奥側のＺ位置駆動部２７Ｃは不図示）によって
ＸＹステージ４２上に３点で支持されている。これらの
Ｚ位置駆動部２７Ａ〜２７Ｃは、Ｚチルトステージ３８
下面のそれぞれの支持点を投影光学系ＰＬの光軸方向
（Ｚ方向）に独立して駆動する３つのアクチュエータ
（例えばボイスコイルモータなど）２１Ａ、２１Ｂ、２
１Ｃ（但し、図２における紙面奥側のアクチュエータ２
１Ｃは不図示）と、Ｚチルトステージ３８のＺ位置駆動
部２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃによる各支持点のアクチュエ
ータ２１Ａ、２１Ｂ、２１ＣによるＺ軸方向の駆動量
（基準位置からの変位）を検出するセンサとしてのエン
コーダ２３Ａ〜２３Ｃ（但し、図２における紙面奥側の
エンコーダ２３Ｃは不図示）とを含んで構成されてい
る。ここでエンコーダ２３Ａ〜２３Ｃとしては、例えば
光学式又は静電容量式等のリニアエンコーダが使用され
ている。本実施形態では、上記アクチュエータ２１Ａ、
２１Ｂ、２１ＣによってＺチルトステージ３８を、光軸
ＡＸ方向（Ｚ軸方向）及び光軸に直交する面（ＸＹ面）
に対する傾斜方向、すなわちＸ軸回りの回転方向である
θｘ方向、Ｙ軸回りの回転方向であるθｙ方向に駆動す
る駆動装置が構成されている。また、エンコーダ２３Ａ
〜２３Ｃで計測されるＺチルトステージ３８のＺ位置駆
動部２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃによる各支持点のＺ軸方向
の駆動量（基準点からの変位量）は、ステージ制御装置
７０及びこれを介して主制御装置５０に供給され、主制
御装置５０では、Ｚチルトステージ３８のＺ軸方向の位
置及びレベリング量（θｘ回転量、θｙ回転量）を算出
するようになっている。なお、図１では、ＸＹステージ
４２を駆動するリニアモータ等、及びＺ位置駆動部２７
Ａ〜２７Ｃ（アクチュエータ２１Ａ〜２１Ｃ及びエンコ
ーダ２３Ａ〜２３Ｃ）を含めてウエハステージ駆動系５
６Ｗとして示されている。

【００５１】Ｚチルトステージ３８上には、ウエハホル
ダ２５が載置され、このウエハホルダ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。

【００５２】前記Ｚチルトステージ３８上には、ウエハ
レーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）５４Ｗ
からのレーザビームを反射する移動鏡５２Ｗが固定さ
れ、外部に配置されたウエハ干渉計５４Ｗにより、Ｚチ
ルトステージ３８（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。

【００５３】ここで、実際には、Ｚチルトステージ３８
上には、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とが設けられ、これに対
応してウエハ干渉計もＸ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれ複
数軸設けられ、Ｚチルトステージ３８の４自由度方向
（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θｘ方向、θｙ方向）の位置が
計測可能となっているが、図１ではこれらが代表的に移
動鏡５２Ｗ、ウエハ干渉計５４Ｗとして示されている。
ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は、
ステージ制御装置７０、及びこれを介して主制御装置５
０に供給されるようになっている。ステージ制御装置７
０は、主制御装置５０の指示に応じてウエハステージ駆
動系５６Ｗを介してウエハステージＷＳＴのＸＹ面内の
位置を制御する。

【００５４】また、Ｚチルトステージ３８の内部には、
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５９を構成する光学系の一部が配置されている。
ここで、この空間像計測装置５９の構成について詳述す
る。この空間像計測装置５９は、図３に示されるよう
に、Ｚチルトステージ３８に設けられたステージ側構成
部分、すなわちパターン形成部材としてのスリット板９
０、レンズ８４、８６から成るリレー光学系、光路折り
曲げ用のミラー８８、送光レンズ８７と、ウエハステー
ジＷＳＴ外部に設けられたステージ外構成部分、すなわ
ちミラー９６、受光レンズ８９、光電変換素子としての
光センサ２４等とを備えている。

【００５５】これを更に詳述すると、スリット板９０
は、図３に示されるように、ウエハステージＷＳＴの一
端部上面に設けられた上部が開口した突設部５８に対
し、その開口を塞ぐ状態で上方から嵌め込まれている。
このスリット板９０は、平面視長方形の受光ガラス８２
の上面に遮光膜を兼ねる反射膜８３が形成され、その反
射膜８３の一部に計測用パターンとしての所定幅２Ｄの
スリット状の開口パターン(以下、「スリット」と呼
ぶ）２２がパターンニングされて形成されている。

【００５６】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。

【００５７】スリット２２下方のＺチルトステージ３８
内部には、スリット２２を介して鉛直下向きに入射した
照明光束（像光束）の光路を水平に折り曲げるミラー８
８を介在させてレンズ８４，８６から成るリレー光学系
（８４、８６）が配置され、このリレー光学系（８４、
８６）の光路後方のウエハステージＷＳＴの＋Ｙ側の側
壁に、リレー光学系（８４、８６）によって所定光路長
分だけリレーされた照明光束をウエハステージＷＳＴの
外部に送光する送光レンズ８７が固定されている。

【００５８】送光レンズ８７によってウエハステージＷ
ＳＴの外部に送り出される照明光束の光路上には、Ｘ軸
方向に所定長さを有するミラー９６が傾斜角４５°で斜
設されている。このミラー９６によって、ウエハステー
ジＷＳＴの外部に送り出された照明光束の光路が鉛直上
方に向けて９０°折り曲げられるようになっている。こ
の折り曲げられた光路上に送光レンズ８７に比べて大径
の受光レンズ８９が配置されている。この受光レンズ８
９の上方には、光センサ２４が配置されている。これら
受光レンズ８９及び光センサ２４は、所定の位置関係を
保ってケース９２内に収納され、該ケース９２は取付け
部材９３を介してベース１６の上面に植設された支柱９
７の上端部近傍に固定されている。

【００５９】前記光センサ２４としては、微弱な光を精
度良く検出することが可能な光電変換素子（受光素
子）、例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ（ＰＭ
Ｔ、光電子増倍管）などが用いられる。光センサ２４か
らの光電変換信号Ｐは、図１の信号処理装置８０を介し
て主制御装置５０に送られるようになっている。なお、
信号処理装置８０は、例えば増幅器、サンプルホルダ、
Ａ／Ｄコンバータ（通常１６ビットの分解能のものが用
いられる）などを含んで構成することができる。

【００６０】なお、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。

【００６１】上述のようにして構成された空間像計測装
置５９によると、後述する、レチクルＲに形成された計
測マークの投影光学系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Ｉ
Ｌによって空間像計測装置５９を構成するスリット板９
０が照明されると、そのスリット板９０上のスリット２
２を透過した照明光ＩＬがレンズ８４、ミラー８８及び
レンズ８６、送光レンズ８７を介してウエハステージＷ
ＳＴの外部に導き出される。そして、そのウエハステー
ジＷＳＴの外部に導き出された光は、ミラー９６によっ
て光路が鉛直上方に折り曲げられ、受光レンズ８９を介
して光センサ２４によって受光され、該光センサ２４か
らその受光量に応じた光電変換信号（光量信号）Ｐが信
号処理装置８０を介して主制御装置５０に出力される。

【００６２】本実施形態の場合、計測マークの投影像
（空間像）の計測はスリットスキャン方式により行われ
るので、その際には、送光レンズ８７が、受光レンズ８
９及び光センサ２４に対して移動することになる。そこ
で、空間像計測装置５９では、所定の範囲内で移動する
送光レンズ８７を介した光がすべて受光レンズ８９に入
射するように、各レンズ、及びミラー９６の大きさが設
定されている。

【００６３】このように、空間像計測装置５９では、ス
リット板９０、レンズ８４、８６、ミラー８８、及び送
光レンズ８７により、スリット２２を介した光をウエハ
ステージＷＳＴ外に導出する光導出部が構成され、受光
レンズ８９及び光センサ２４によって、ウエハステージ
ＷＳＴ外へ導出された光を受光する受光部が構成されて
いる。この場合、これら光導出部と受光部とは、機械的
に分離されている。そして、空間像計測に際してのみ、
光導出部と受光部とは、ミラー９６を介して光学的に接
続される。

【００６４】すなわち、空間像計測装置５９では、光セ
ンサ２４がウエハステージＷＳＴの外部の所定位置に設
けられているため、光センサ２４の発熱に起因するレー
ザ干渉計５４Ｗの計測精度等に悪影響を可能な範囲で抑
制するようにしている。また、ウエハステージＷＳＴの
外部と内部とをライトガイド等により接続していないの
で、ウエハステージＷＳＴの外部と内部とがライトガイ
ドにより接続された場合のようにウエハステージＷＳＴ
の駆動精度が悪影響を受けることがない。

【００６５】勿論、熱の影響等を無視、あるいは排除で
きるような場合には、光センサ２４をウエハステージＷ
ＳＴの内部に設けても良い。なお、空間像計測装置５９
を用いて行われる空間像計測方法及び光学特性計測方法
などについては、後に詳述する。

【００６６】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）
を検出するマーク検出系としてのオフアクシス・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ＡＬＧ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 Alignme
nt）系が用いられている。このアライメント系ＡＬＧの
検出信号は、主制御装置５０に供給されるようになって
いる。

【００６７】更に、本実施形態の露光装置１０では、図
１に示されるように、主制御装置５０によってオンオフ
が制御される光源を有し、投影光学系ＰＬの結像面に向
けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するため
の結像光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する
照射系６０ａと、それらの結像光束のウエハＷ表面での
反射光束を受光する受光系６０ｂとから成る斜入射光式
の多点焦点位置検出系が設けられている。なお、本実施
形態の焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）と同様の多点
焦点位置検出系の詳細な構成は、例えば特開平６−２８
３４０３号公報等に開示されている。

【００６８】主制御装置５０では、後述する走査露光時
等に、受光系６０ｂからの焦点ずれ信号（デフォーカス
信号）、例えばＳカーブ信号に基づいて焦点ずれが零と
なるように、ウエハステージ駆動部５６Ｗを介してＺチ
ルトステージ３８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、６０ｂ）を用い
てＺチルトステージ３８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。

【００６９】また、前述した不図示の環境制御チャンバ
内の投影光学系ＰＬ近傍には、大気圧変動や、温度変動
を検知する環境センサ８１が設けられている。この環境
センサ８１による計測結果は主制御装置５０に供給され
ている。なお、環境センサ８１及び主制御装置５０によ
り算出装置が構成されている。

【００７０】次に、上述のようにして構成された本実施
形態の露光装置１０における露光工程の動作について簡
単に説明する。

【００７１】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５０の指示の下、ステージ制御装置７０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、主制御装置５０により、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）が空間像計測装置５９を用いて後述するよう
にして計測され、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。

【００７２】次に、ステージ制御装置７０により、主制
御装置５０からの指示に応じて空間像計測装置５９を構
成するスリット板９０がアライメント系ＡＬＧ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
ライメント系ＡＬＧによって空間像計測装置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５０
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５４Ｗ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ＡＬＧ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。

【００７３】かかるベースライン計測が終了すると、主
制御装置５０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を用いて計測される。

【００７４】次いで、主制御装置５０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、ステージ制御装置７０を介して干渉計
５４Ｗ、５４Ｒから送られる位置情報をモニタしつつ、
ステージ制御装置７０に指示を出す。そして、ステージ
制御装置７０は、ウエハステージＷＳＴを第１ショット
領域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ショット領域の露光のための両ステージＲＳＴ，ＷＳ
Ｔの移動（走査）を開始する。

【００７５】そして、ステージ制御装置７０では、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。

【００７６】ステージ制御装置７０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Ｖ
ｗ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ＷＳＴを同期制御する。

【００７７】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。

【００７８】こうして第１ショット領域の走査露光が終
了すると、主制御装置５０の指示の下、ステージ制御装
置７０によって、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。

【００７９】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。

【００８０】ここで、上記の走査露光中に、前述した多
点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）の出力に基づくオ
ートフォーカス、オートレベリングが主制御装置５０に
より実行される。

【００８１】ところで、上記の走査露光中に、レチクル
ＲのパターンがウエハＷ上のショット領域に精度良く転
写されるためには、上記のオートフォーカス、オートレ
ベリングが精度良く行われ、ウエハＷの露光領域が投影
光学系ＰＬの結像面に実質的に一致した状態で露光が行
われる必要がある。そのためには、投影光学系ＰＬのベ
ストフォーカス位置（最良結像位置）、最良結像面の像
面形状が精度良く計測されていること、及びベストフォ
ーカス位置の計測結果に基づいて多点焦点位置検出系
（６０ａ、６０ｂ）のキャリブレーションが行われてい
ることが必要となる。本実施形態では、主制御装置５０
が、ベストフォーカス位置の計測結果に基づいて、例え
ば多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）の検出オフセ
ットを設定するか、受光系６０ｂ内の図示しない平行平
板の反射光束の光軸に対する傾きを制御して多点焦点位
置検出系（６０ａ、６０ｂ）の原点（検出基準点）の再
設定を行うことにより、キャリブレーションを行うよう
になっている。これに限らず、検出信号に電気的オフセ
ットを与えることにより、キャリブレーションを行なう
ことも可能である。

【００８２】本実施形態では、上記の投影光学系ＰＬの
像面形状の計測（ベストフォーカス位置の計測を含む）
に、空間像計測装置５９が用いられる。以下、この像面
形状の計測について説明するが、それに先立って、空間
像計測装置５９を用いた空間像計測について説明する。

【００８３】図３には、空間像計測装置５９を用いて、
レチクルＲに形成された計測マークＰＭｙ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マーク
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
板に計測用マーク（計測マーク）を形成したものを用い
ても良い。

【００８４】ここで、レチクルＲには、所定の箇所にＹ
軸方向に周期性を有するライン部の幅とスペース部の幅
の比（デューティ比）が１：１のラインアンドスペース
（Ｌ／Ｓ）マークから成る計測マークＰＭｙとＸ軸方向
に周期性を有するデューティ比が１：１のＬ／Ｓマーク
から成る計測マークＰＭｘが相互に近接して形成されて
いるものとする。これら計測マークＰＭｙ，ＰＭｘは同
一線幅のラインパターンから成る。また、空間像計測装
置５９を構成するスリット板９０には、図４（Ａ）に示
されるように、Ｙ軸方向に伸びる所定幅２Ｄのスリット
２２ｙと、Ｘ軸方向に伸びる所定幅２Ｄのスリット２２
ｘとが、図に示されるような位置関係で形成されている
ものとする。

【００８５】例えば、計測マークＰＭｙの空間像の計測
にあたり、主制御装置５０により、図１に示される可動
レチクルブラインド３０Ｂが不図示のブラインド駆動装
置を介して駆動され、照明光ＩＬの照明領域が計測マー
クＰＭ部分を含む所定領域に制限される（図３参照）。
この状態で、主制御装置５０により光源１４の発光が開
始され、照明光ＩＬが計測マークＰＭｙに照射される
と、計測マークＰＭｙ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の像面に計測マークＰＭｙの空間像（投影像）が
形成される。このとき、ウエハステージＷＳＴは、図４
（Ａ）に示されるように、スリット板９０上のスリット
２２ｙの＋Ｙ側（又は−Ｙ側）に計測マークＰＭｙの空
間像ＰＭｙ’が形成される位置に設定されているものと
する。

【００８６】そして、主制御装置５０の指示の下、ステ
ージ制御装置７０により、ウエハステージＷＳＴが図４
（Ａ）中に矢印Ｆｙで示されるように＋Ｙ方向に駆動さ
れると、スリット２２ｙが空間像ＰＭｙ’に対してＹ軸
方向に走査される。この走査中に、スリット２２ｙ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、ウエハステージＷＳＴ外部の反射ミラー９６
及び受光レンズ８９を介して光センサ２４で受光され、
その光電変換信号Ｐが図１に示される信号処理装置８０
に供給される。信号処理装置８０では、その光電変換信
号に所定の処理を施して、空間像ＰＭｙ’に対応する光
強度信号を主制御装置５０に供給する。なお、この際、
信号処理装置８０では、光源１４からの照明光ＩＬの発
光強度のばらつきによる影響を抑えるために、図１に示
されるインテグレータセンサ４６の信号により光センサ
２４からの信号を規格化した信号を主制御装置５０に供
給するようになっている。

【００８７】図４（Ｂ）には、上記の空間像計測の際に
得られる光電変換信号（光強度信号）Ｐの一例が示され
ている。

【００８８】計測マークＰＭｘの空間像を計測する場合
には、ウエハステージＷＳＴを、スリット板９０上のス
リット２２ｘの＋Ｘ側（又は−Ｘ側）に計測マークＰＭ
ｘの空間像が形成される位置に設定して、上記と同様の
スリットスキャン方式による計測を行うことにより、計
測マークＰＭｘの空間像に対応する光電変換信号（光強
度信号）を得ることができる。

【００８９】次に、本実施形態の露光装置１０におい
て、調整時又はフォーカスキャリブレーション時に行わ
れる、像面形状の計測方法について、主制御装置５０内
のＣＰＵの像面計測時の主要な制御アルゴリズムを簡略
化して示す、図５のフローチャートに沿って、かつ適宜
他の図面を参照しつつ説明する。

【００９０】この像面形状の計測に際しては、以下の
ａ．〜ｆ．の前提条件が設定されているものとする。ａ．図６（Ａ）に示されるように、その中央部にパター
ン領域ＰＡが形成され、該パターン領域ＰＡの−Ｙ側
に、Ｘ軸方向に所定間隔をあけて、３つの計測マークＰ
Ｍ１，ＰＭ２，ＰＭ３（図６（Ａ）の●印参照）が形成
されたレチクルＲが、レチクルステージＲＳＴ上に搭載
されているものとする。ここで、計測マークＰＭ１〜Ｐ
Ｍ３はいずれも、便宜上、Ｙ方向に周期性を有するデュ
ーティ比１：１のＬ/Ｓマーク（線幅が例えば０．８μ
ｍ）であるものとする。また、スリット幅２Ｄは、例え
ば０．３μｍであり、投影光学系ＰＬの投影倍率は、例
えば１／４であるものとする。ｂ．投影光学系ＰＬの有効視野（照明領域ＩＡＲに対
応）の複数の検出点それぞれにおけるベストフォーカス
位置が予め計測され、その計測時点におけるベストフォ
ーカス位置の計測データが、主制御装置５０のＲＡＭ内
に記憶されているものとする。ｃ．レチクルＲの走査方向（Ｙ軸方向）の位置に応じた
レチクル下面のＺ軸方向（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方
向）の位置変化のデータが予め計測され、そのデータが
主制御装置５０のＲＡＭ内に記憶されている。ここで、
レチクルＲのＹ軸方向の位置変化に起因するレチクル下
面のＺ軸方向の位置変化のデータを計測する理由、及び
計測方法の一例について説明する。

【００９１】図７には、レチクルＲの走査方向の中心が
照明領域ＩＡＲの走査方向の中心とほぼ一致する位置
（以下「中立位置」という）にある状態（このとき、計
測マークＰＭ１〜ＰＭ３が照明領域ＩＡＲから外れた位
置にある）が二点鎖線（仮想線）で示され、この仮想線
で示される位置からレチクルステージＲＳＴが＋Ｙ方向
に所定距離移動し、計測マークＰＭ１〜ＰＭ３が照明領
域ＩＡＲ内に位置した空間像計測時の状態が示されてい
る。この図７に示されるように、レチクルステージＲＳ
Ｔの移動面を形成するレチクルステージベースＲＢＳの
上面に水平面に対する傾斜（傾斜角θ）や曲面状の凹凸
があると、レチクルステージＲＳＴの上面と下面とを相
互に正確に平行な面に加工することは困難であることと
あいまって、レチクルステージＲＳＴの移動により、レ
チクルＲの下面がＺ軸方向に上下する（図７のΔＺ_off
参照）。この場合において、これを考慮することなく、
計測マークＰＭ１〜ＰＭ３等を用いて投影光学系ＰＬの
有効視野内の検出点におけるベストフォーカス位置を空
間像計測により計測し、その計測結果に基づいて露光時
のウエハＷのフォーカス制御等を行った場合、例えばレ
チクルＲの走査方向中央、回路パターン領域の中心付近
では、大きなデフォーカスが発生することとなる。従っ
て、レチクルＲが所定の基準点、例えば上述した中立点
にあるときのレチクルＲ下面のＺ位置と、その位置を基
準とするレチクルＲの走査方向の変位と、レチクルＲ下
面のＺ軸方向の位置変化との対応関係を予め求めておく
ことが必要となる。この場合、最低でも、計測マークＰ
Ｍ１〜ＰＭ３が図６（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）に示される
投影光学系ＰＬの有効視野内の検出点Ｄ₁〜Ｄ₉にそれぞ
れ位置決めされた際のＺ軸方向の位置変化を求めておく
ことが必要である。

【００９２】次に、レチクルＲのＹ軸方向の位置変化に
起因するレチクルＲ下面のＺ軸方向の位置変化のデータ
の求め方について、一例を簡単に説明する。

【００９３】まず、露光装置１０の組立て、調整段階に
おいて、所定の線幅を有するＬ／Ｓパターンがレチクル
の全面にほぼ均等に配置された計測用レチクルをレチク
ルステージＲＳＴ上に載置する。次に、可動レチクルブ
ラインド３０Ｂにより投影光学系ＰＬの像面湾曲が殆ど
ない有効視野内の走査方向中央部、すなわち照明領域Ｉ
ＡＲのＹ軸方向ほぼ中心部近傍のみに照明領域を制限す
る。そして、レチクルステージＲＳＴをＹ軸方向にステ
ップ移動させるのに同期して、ウエハＷが載置されたウ
エハステージＷＳＴをレチクルステージＲＳＴとは逆方
向にステップ移動し、各ステップ位置毎に、照明領域内
に位置する計測用レチクル上のＬ／Ｓパターンをウエハ
Ｗ上に順次転写する。このような計測用レチクル上のＬ
／Ｓパターンの転写を、ウエハＷのＺ位置を投影光学系
ＰＬのベストフォーカス位置と推定される位置を中心と
する所定幅の範囲内でステップ移動しながら、繰り返し
行う。そして、このウエハＷを現像後に、ウエハＷ上に
形成されたレジスト像をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等
を用いて計測し、その計測結果に基づいて、レチクルＲ
の各ステップ位置毎に、最も解像されたレジスト像を求
め、それらの像が転写された際のウエハステージＷＳＴ
のＺ位置情報を、それぞれ求め、それらのＺ位置情報
を、レチクルＲが中立位置にあるときの最も解像された
レジスト像が転写された際のウエハステージＷＳＴのＺ
位置情報を基準とするＺ変位のデータを算出し、この算
出結果と投影倍率とに基づいて、レチクルＲが中立位置
にあるときのレチクルＲ下面のＺ位置を基準とするレチ
クルＲのＹ軸方向の位置変化に起因するレチクル下面の
Ｚ軸方向の位置変化のデータが求められる。なお、この
データを求めるに際して、前述したＳＭＰ計測を行って
も良いことは勿論である。ｄ．主制御装置５０では、所定の基準時、例えば、前
回の調整時（装置組み立て直後は、組み立て時の調整
時）からの照明光ＩＬの照射履歴、及び環境センサ８１
で計測される大気圧変化がＲＡＭ内に記憶され、逐次最
新のデータに更新されているものとする。また、上記の
照射履歴に基づいて、投影光学系ＰＬのベストフォーカ
ス位置の照明光ＩＬの照射による変動量（照射変動）を
求める計算式、及び大気圧データに基づいて投影光学系
ＰＬのベストフォーカス位置の大気圧変化による変動量
（大気圧変動）を求める計算式がＲＡＭ内に記憶されて
いるものとする。ｅ．また、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）を
構成する各受光素子（フォーカスセンサ）の検出基準点
（ゼロ点）の調整は、予め適宜なタイミングで実行され
ているものとする。ｆ．後述する空間像計測の対象となる検出点の番号ｍ
を示す不図示の第１カウンタのカウント値ｍは「１」、
Ｚ軸方向のステップ位置の番号を示す第２カウンタのカ
ウント値ｎは「−（Ｎ−１）／２」にそれぞれ初期設定
されているものとする。ここで、Ｎは、Ｚ軸方向のステ
ップ移動の際の全ステップ数であり、３以上の奇数であ
る。以下では、Ｎが例えば１３であり、第２カウンタの
カウント値ｎは「−６」に初期設定されているものとす
る。

【００９４】図５のステップ１０２において、第１カウ
ンタのカウント値ｍに基づいて、投影光学系ＰＬの有効
視野（照明領域ＩＡＲに対応）内の第ｍ番目（ここでは
第１番目）の検出点に、計測マーク及びスリット２２ｙ
を設定するとともに、その検出点に設定された計測マー
クを含む所定領域部分のみに照明領域を制限する。この
ステップ１０２の処理は、レチクルステージＲＳＴの移
動とウエハステージＷＳＴの移動と可動レチクルブライ
ンド３０Ｂの駆動とによって行われる。但し、一度のレ
チクルステージＲＳＴの移動により、複数の検出点に異
なる計測マークを同時に位置させることができ、かつこ
れらの検出点におけるベストフォーカス位置の計測が連
続的に行われる場合には、上記複数の検出点のうちの第
２番目以降の検出点におけるベストフォーカス位置の計
測に際してレチクルステージＲＳＴの移動量がゼロとさ
れることはいうまでもない。また、この場合、可動レチ
クルブラインド３０Ｂにより上記の複数の検出点を含む
領域を照明領域として設定する場合には、上記複数の検
出点のうちの第２番目以降の検出点におけるベストフォ
ーカス位置の計測に際して可動レチクルブラインドは駆
動しなくても良い。

【００９５】これにより、例えば、図６（Ａ）に示され
るように、投影光学系ＰＬの有効視野内の第１〜第３番
目の検出点Ｄ₁〜Ｄ₃に、計測マークＰＭ１〜ＰＭ３が同
時に位置決めされる。このとき、照明領域が検出点Ｄ₁
〜Ｄ₃を含むスリット状の照明領域に設定されているも
のとすると、ウエハＷ上には、図６（Ｂ）に示されるよ
うに、計測マークＰＭ１〜ＰＭ３の空間像ＰＭ１’〜Ｐ
Ｍ３’が第１、第２、及び第３の検出点Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃
に対応した位置に同時に形成される。このとき、図６
（Ｂ）に示されるように、多点焦点位置検出系（６０
ａ，６０ｂ）の結像光束の照射点（計測点）Ｓ₂₁、
Ｓ₂₅、Ｓ₂₉が、それぞれ空間像ＰＭ１’〜ＰＭ３’の近
傍に位置している。すなわち、本実施形態では、多点焦
点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の結像光束の照射点
（計測点）の配置を考慮して、レチクルＲ上に計測マー
クＰＭ１〜ＰＭ３が配置されるとともに検出点の設定が
行われている。ここで、照射点（計測点）Ｓ₂₁、Ｓ₂₅、
Ｓ₂₉と検出点（空間像ＰＭ１’〜ＰＭ３’の投影位置）
とを正確に一致させていないのは、固定レチクルブライ
ンド３０Ａのレチクルパターン面の共役面に対するデフ
ォーカスの影響により、光量低下が起こることを考慮し
たものである。

【００９６】図５に戻り、ステップ１０４では、ＲＡＭ
内の照射履歴データ、大気圧データ、照射変動を求める
計算式、及び大気圧変動を求める計算式に基づいて投影
光学系ＰＬのベストフォーカス位置の照射変動及び大気
圧変動を算出するとともに、そのときのレチクル干渉計
５４Ｒの計測値とＲＡＭ内のレチクルＲの走査方向位置
に応じたレチクル下面のＺ軸方向の位置変化のデータと
に基づいてレチクル移動に伴うフォーカス補正値を算出
する。

【００９７】次のステップ１０６では、ＲＡＭ内に記憶
されている第ｍ番目の検出点におけるベストフォーカス
位置の計測データ（前回計測時のデータ）と、上記ステ
ップ１０４で算出された照射変動、大気圧変動、及びフ
ォーカス補正値とに基づいてスリット板９０のＺ方向中
心位置（目標値）を算出する。

【００９８】次のステップ１０８では、多点焦点位置検
出系（６０ａ，６０ｂ）の目標値を、上記ステップ１０
６で算出された目標値に設定し、その目標値に検出値が
一致するようにウエハステージ駆動部５６Ｗを介してＺ
チルトステージ３８をＺ軸方向に駆動してスリット板９
０をＺ方向中心位置に設定する。このＺ方向中心位置の
設定のために用いられる多点焦点位置検出系（６０ａ，
６０ｂ）の計測点は、第ｍ番目の検出点に最も近い計測
点、ここでは第１番目の検出点（空間像ＰＭ１’の投影
位置）に最も近い計測点Ｓ₂₁である。

【００９９】そして、次のステップ１１０では、そのと
きのエンコーダ２３Ａ〜２３Ｃの計測値（又はその平均
値）を基準値Ｅｎｃ_Z0として内部メモリに記憶する。

【０１００】次のステップ１１２では、上記ステップ１
０４と同様にして、投影光学系ＰＬのベストフォーカス
位置の照射変動量及び大気圧変動量を算出する。

【０１０１】次のステップ１１４では、スリット板９０
（Ｚチルトステージ３８）のＺ軸方向のステップ駆動量
（エンコーダ目標値）Ｚ_targを次式（１）に基づいて算
出する。Ｚ_targ＝Ｅｎｃ_Z0＋ｎ×pitch＋ΔＺ_air＋ΔＺ_heat …（１）上式（１）において、ｎは第２カウンタのカウント値
（初期設定は−６）であり、pitchはＺ軸方向のステッ
プピッチ（例えば０．１５μｍ）であり、ΔＺ_air，Δ
Ｚ_heatは、それぞれ上記ステップ１１２で算出した大気
圧変動量、照射変動量である。

【０１０２】次のステップ１１６では、エンコーダ２３
Ａ〜２３Ｃの目標値を上記Ｚ_targに設定して、そのエン
コーダ２３Ａ〜２３Ｃの出力が目標値Ｚ_targに一致する
まで、ウエハステージ駆動部５６Ｗを介してＺチルトス
テージ３８をＺ軸方向に駆動する。

【０１０３】そして、次のステップ１１８で、第ｍ番目
の検出点に位置決めされた計測マーク、この場合第１番
目の検出点Ｄ₁に位置決めされた計測マークＰＭ１に照
明光ＩＬを照射して、前述と同様にして、ウエハステー
ジＷＳＴをＹ軸方向に走査しながら計測マークＰＭ１の
空間像計測を前述と同様にスリットスキャン方式により
行い、その光電変換信号をメモリに記憶する。

【０１０４】次のステップ１２０では、全ステップ、す
なわち、ｎが−（Ｎ−１）／２〜（Ｎ−１）／２の範
囲、本実施形態ではＮが１３、（ｎ：−６〜＋６）の範
囲について、空間像計測が終了したか否かを判断する。
ここでは、最初のステップにおける計測が終了したのみ
なので、この判断は否定され、ステップ１２２に進んで
第２カウンタを１インクリメントし、ステップ１１２に
戻り、以降ステップ１１２〜１２０の処理判断を繰り返
す。

【０１０５】このようにして、全Ｎステップ、ここでは
１３ステップの空間像計測が終了すると、ステップ１２
０の判断が肯定され、ステップ１２４に進んで、その第
ｍ番目、ここでは第１番目の検出点におけるベストフォ
ーカス位置を次のようにして算出する。これと同時に、
第２カウンタを初期値にリセットする。

【０１０６】この時点で、メモリ内には、１３ステップ
分の光電変換信号（空間像の像強度信号）が、その計測
時のエンコーダ値と対応付けて記憶されている。

【０１０７】ステップ１２４では、その１３ステップ分
の光電変換信号のそれぞれのコントラスト値（１次周波
数成分の振幅／０次周波数成分のコントラスト値）を評
価量として、ベストフォーカス位置を求め、その結果を
ＲＡＭ内に保存する。

【０１０８】例えば、図８に示されるように、スリット
板９０の光軸方向位置毎に得られた光強度信号に基づい
て算出されたコントラスト値を、横軸をＺ位置とする直
交座標系上にプロットする（図８における×印参照）。
そして、この各プロット点を曲線近似（カーブフィッ
ト）する。例えば４次程度の近似曲線を最小自乗法によ
って求める。そして、その近似曲線を適当な閾値レベル
（スライスレベル）ＳＬでスライスし、そのスライスレ
ベルＳＬと近似曲線との交点Ｊ，Ｋを求め、それらの交
点Ｊ、Ｋの中点（点Ｊ，Ｋのそれぞれから距離Ｌ／２の
点）Ｏを通る縦軸と平行な軸との交点Ｇを近似曲線のピ
ーク点とし、該ピーク点Ｇに対応する横軸の座標Ｚbest
_mを第ｍ番目の検出点Ｄ_m、ここでは第１番目の検出点Ｄ
₁のベストフォーカス位置Ｚbest₁とする。

【０１０９】次のステップ１２６では、全検出点につい
てベストフォーカス位置の算出が終了したか否かを判断
する。ここでは、第１番目の検出点Ｄ₁についてのみベ
ストフォーカス位置の算出が終了したのみなので、この
判断は否定され、ステップ１２８に進んで、検出点の番
号を示す第１カウンタのカウント値ｍを１インクリメン
トした後、ステップ１０２に戻り、以後上記ステップ１
０２〜ステップ１２６の処理、判断を繰り返す。この第
２番目の検出点Ｄ₂の計測を行う場合、図６（Ａ）から
明らかなように、ステップ１０２では、レチクルステー
ジＲＳＴの移動量はゼロとされるとともに、この場合、
可動レチクルブラインド３０Ｂの駆動も必ずしも行う必
要はない。そして、この第２番目の検出点Ｄ₂に位置決
めされた計測マークＰＭ２の空間像ＰＭ２’について空
間像計測、及びこの計測結果に基づくベストフォーカス
位置Ｚbest₂の算出が行われた後、ステップ１２６にお
ける判断が否定され、ステップ１２８に進んで、検出点
の番号を示す第１カウンタのカウント値ｍを１インクリ
メントした後、ステップ１０２に戻り、以後、このよう
な処理、判断が繰り返され、予定数Ｍ（Ｍはここでは
９）の検出点の全てについてベストフォーカス位置の算
出が終了すると、ステップ１２６の判断が肯定され、ス
テップ１３０に進む。

【０１１０】なお、上記のステップ１０２〜１２８の繰
り返しにより、第４番目の検出点Ｄ ₄におけるベストフ
ォーカス位置の検出に先立って、レチクルＲは図６
（Ｃ）に示される位置に移動し、このとき、ウエハＷ上
には、図６（Ｄ）に示されるように、計測マークＰＭ１
〜ＰＭ３の空間像ＰＭ１’〜ＰＭ３’が同時に形成され
る。この図６（Ｄ）では、空間像ＰＭ１’〜ＰＭ３’
は、それぞれ計測点Ｓ₃₁、Ｓ ₃₅、Ｓ₃₉にほぼ一致してい
る。また、第４番目〜第６番目の検出点Ｄ₄〜Ｄ₆におけ
る空間像の計測は、レチクルＲが図６（Ｃ）の位置に静
止したまま行われる。

【０１１１】そして、第７番目の検出点におけるベスト
フォーカス位置の検出に先立って、レチクルＲは図６
（Ｅ）に示される位置に移動し、このとき、ウエハＷ上
には、図６（Ｆ）に示されるように、計測マークＰＭ１
〜ＰＭ３の空間像ＰＭ１’〜ＰＭ３’が同時に形成され
る。この図６（Ｆ）では、空間像ＰＭ１’〜ＰＭ３’
は、それぞれ計測点Ｓ₄₁、Ｓ₄₅、Ｓ₄₉の近傍に形成され
る。すなわち、第７番目〜第９番目の検出点Ｄ₇〜Ｄ
₉が、計測点Ｓ₄₁、Ｓ₄₅、Ｓ₄₉のごく近傍に設定されて
いる。検出点Ｄ₇〜Ｄ₉（空間像ＰＭ１’〜ＰＭ３’の投
影位置）を計測点Ｓ₄₁、Ｓ₄₅、Ｓ₄₉に一致させない理由
は、前述と同様である。また、第７番目〜第９番目の検
出点Ｄ₇〜Ｄ₉における空間像の計測は、レチクルＲが図
６（Ｅ）の位置に静止したまま行われる。

【０１１２】図５に戻り、ステップ１３０では、次のよ
うにして像面を算出する。すなわち、メモリ内に記憶さ
れている検出点Ｄ₁〜Ｄ₉それぞれにおけるベストフォー
カス位置Ｚbest_mに対応する検出点のＸＹ座標系（これ
は、ウエハ干渉計５４Ｗの測長軸によって規定される）
上の座標を（Ｘ_m，Ｙ_m）として、全てのベストフォーカ
ス位置Ｚbest_mに対して、Ｚbest_m＝Ｚ（Ｘ_m，Ｙ_m）を満
足する関数Ｚ（Ｘ，Ｙ）を最小自乗法により算出する。
本実施形態では計測点が４点以上（９点）であるので、
２次までの近似を行い、次式（２）に示されるように、
２次の成分まで求める。Ｚ（Ｘ，Ｙ）＝Ｚ₀＋ａ₁×Ｘ＋ａ₂×Ｙ＋ｂ₁×Ｘ²＋ｂ₂×Ｙ² …（２）そして、０次成分Ｚ₀をフォーカスオフセットとし、１
次成分の係数ａ₁，ａ₂を像面の傾きとし、２次成分の係
数ｂ₁，ｂ₂を像面の湾曲成分として分解して、ＲＡＭ内
に記憶した後、本ルーチンの一連の処理を終了する。

【０１１３】なお、投影光学系ＰＬの有効視野内に設定
される検出点の数が３点以下となる場合には、上記
（２）式における２次成分の係数ｂ₁，ｂ₂を定めること
ができないため、１次までの近似として、これらをゼロ
とおいた式を求めることとなる。

【０１１４】いずれにしても、主制御装置５０は、０次
成分Ｚ₀を、フォーカスオフセットとして、１次成分の
係数ａ₁，ａ₂をレベリングオフセットとしてステージ制
御装置７０に与える。ステージ制御装置７０では、多点
焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の検出値に基づいて
主制御装置５０から与えられる指令値とフォーカスオフ
セット、レベリングオフセットとを考慮してＺチルトス
テージ３８のフォーカス・レベリング制御を行う。

【０１１５】また、特に装置調整時には、２次成分の係
数ｂ₁，ｂ₂を像面湾曲成分として結像特性補正コントロ
ーラ７８に与える。結像特性補正コントローラ７８で
は、前述した複数枚のレンズの少なくとも１枚を駆動し
て投影光学系ＰＬの像面湾曲を補正する。

【０１１６】また、予め上述した空間像計測法を用いた
像面計測により得られた像面と、前述したＳＭＰ計測等
を用いた焼き付け法により求めた像面との差分が求めら
れ、その差分のデータがＲＡＭ内に記憶されている場合
には、フォーカスキャリブレーション時に、上述した空
間像計測法により像面計測を行った後、上記の０次成分
Ｚ₀、１次成分の係数ａ₁，ａ₂に基づいてその差分の変
動分を新たなフォーカスオフセット、レベリングオフセ
ットとしてステージ制御装置７０に与え、露光に際し、
Ｚチルトステージ３８のフォーカス・レベリング制御を
行っても良い。

【０１１７】この場合において、焼き付け法により求め
た像面を求める際の投影光学系ＰＬの視野内のマークの
配置位置と、空間像用の計測マークの配置位置（検出
点）とが近い位置にあればあるほど、上述した差分の計
測精度が良好となる。

【０１１８】以上詳細に説明したように、本実施形態の
露光装置１０によると、主制御装置５０では、レチクル
ステージＲＳＴに搭載されたレチクルＲに形成された計
測マークＰＭ（ＰＭ１〜ＰＭ３のいずれか）の空間像に
基づいて投影光学系ＰＬの光軸方向の光学特性（例え
ば、ベストフォーカス位置、最良結像面）を計測するた
め、投影光学系ＰＬの有効視野内（照明光ＩＬによる照
明領域）内の検出点に計測マークが位置するようにレチ
クルステージＲＳＴを移動した際に、移動に伴うレチク
ルステージＲＳＴの光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）の位置変
化分を考慮して、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０
ｂ）を用いて制御されるスリット板９０のＺ軸方向の計
測開始位置の目標値を補正し、その補正後の目標値に基
づいてスリット板９０をＺ軸方向の計測開始位置に移動
した後、そのときのエンコーダ２３Ａ〜２３Ｃの計測値
ＥＮＣ_Z0を読み込み、その値を基準としてエンコーダ基
準にて所定のステップピッチでスリット板９０をＺ軸方
向にステップ移動しつつ、計測マークの空間像計測を行
う。

【０１１９】従って、本実施形態によると、例えばレチ
クルステージＲＳＴの移動面に傾斜やうねりが存在して
も、これに影響されることなく、多点焦点位置検出系
（６０ａ，６０ｂ）を用いてスリット板９０を予定して
いたＺ軸方向の計測開始位置に位置決めすることがで
き、また、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の結
像光束の光路上に空気の温度揺らぎ等があってもこれに
影響を受けることなく、スリット板９０を所望のステッ
プピッチでＺ軸方向にステップ移動しながら、各ステッ
プ位置毎に空間像計測が行われることとなる。例えば最
近のリニアエンコーダの計測精度は１０ｎｍ程度である
のに対し、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の計
測誤差は、空気揺らぎ等による計測値の変動が、ガウス
分布の標準偏差から３σで５０ｎｍ程度もある場合があ
るので、本実施形態では、明らかに計測精度が向上す
る。また、エンコーダ基準でスリット板９０をＺ軸方向
にステップ移動するため、その移動に際して多点焦点位
置検出系（６０ａ，６０ｂ）を介する場合と異なり、応
答遅れが殆どない高速な制御が可能となる。

【０１２０】また、上記のスリット板９０のＺ軸方向の
計測開始位置への位置決めや、Ｚ軸方向のステップ移動
に際して、投影光学系ＰＬの照射変動及び大気圧変動を
更に考慮して、計測開始位置やステップ駆動量（エンコ
ーダ目標値）を算出して、これらの照射変動及び大気圧
変動が誤差要因とならないようにしている。

【０１２１】以上のような種々の工夫により、本実施形
態では、投影光学系ＰＬの光軸方向の光学特性（例え
ば、ベストフォーカス位置、あるいは最良結像面）を精
度良く計測することが可能となるとともに、結果的に、
投影光学系ＰＬの像面に対するウエハＷの位置合わせ精
度の向上が可能となる。また、多点焦点位置検出系（６
０ａ，６０ｂ）を用いてスリット板９０のＺ軸方向にス
テップ移動する場合に比べて、計測時間の短縮が可能と
なる。

【０１２２】また、本実施形態の露光装置では、露光の
際のウエハＷのオートフォーカス制御、オートレベリン
グ制御が向上するので、デフォーカスのない高精度な露
光が可能となる。

【０１２３】しかしながら、例えば、上述した大気圧変
動や照射変動は、スリット板９０のＺ軸方向の計測開始
位置の算出、エンコーダ目標値の算出のいずれか一方、
あるいは両者ともに必ずしも考慮する必要はない。例え
ば、前者のみを考慮した場合には、空間像計測結果に基
づいて得られるコントラスト値にノイズ成分が含まれる
（最小自乗法によりコントラストカーブを求める際のそ
のカーブに対するコントラスト値のばらつきがわずかに
大きくなる）が、例えば統計的手法を用いてそのばらつ
きの影響を軽減することは可能である。また、前者、後
者ともに大気圧変動や照射変動を考慮しない場合であっ
ても、レチクルの移動に伴うレチクル下面のＺ位置変化
を考慮し、またエンコーダ基準で上述したステップ移動
を行うので、従来技術に比べてベストフォーカス位置の
計測精度の向上、及び計測時間の短縮は可能である。

【０１２４】また、エンコーダ基準で上述したステップ
移動を行うことなく、従来と同様に、多点焦点位置検出
系（６０ａ，６０ｂ）を用いて、スリット板９０の上述
したステップ移動を行っても良い。この場合であって
も、レチクルの移動に伴うレチクル下面のＺ位置変化を
考慮することにより、ベストフォーカス位置及び像面の
計測精度の向上は可能である。

【０１２５】また、上述したエンコーダ基準でスリット
板９０の上述したステップ移動を行う場合には、スリッ
ト板９０の計測開始位置の算出の際に、レチクルの移動
に伴うレチクル下面のＺ位置変化を必ずしも考慮する必
要はない。

【０１２６】なお、上記実施形態では、空間像計測によ
り投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置、及び像面を
計測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。すなわち、主制御装置５０が、Ｚ
チルトステージ３８を投影光学系ＰＬの光軸方向に関し
て所定間隔で駆動する際に、Ｚチルトステージ３８の光
軸方向の位置を多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）
等の位置検出系を用いて１回計測した後、エンコーダ２
３Ａ〜２３Ｃの計測値に基づいて、ウエハステージ駆動
部５６Ｗ（アクチュエータ２１Ａ〜２１Ｃ）を制御する
という方法は、焼き付け法により投影光学系ＰＬの光軸
方向に関する光学特性（ベストフォーカス位置等）を計
測する際等にも、好適に適用することができる。かかる
場合であっても、Ｚチルトステージ３８を駆動している
際に空気揺らぎ等が発生しても、その影響を受けずに高
精度にＺチルトステージ３８の光軸方向の位置を制御す
ることができるので、結果的に投影光学系ＰＬの光軸方
向に関する光学特性の計測精度の向上が可能である。ま
た、この場合も、前述した理由により、投影光学系ＰＬ
の光軸方向に関する光学特性の計測時間の短縮にも寄与
することが可能である。

【０１２７】この他、Ｚチルトステージ３８をＺ軸方向
にステップ移動する必要がある露光装置で用いられる計
測装置であれば、その計測に際して、上記のエンコーダ
基準のステップ移動方法を好適に適用することができ
る。かかる計測装置としては、例えば、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
光学系の瞳面とほぼ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が
あげられる。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。

【０１２８】なお、上記実施形態では、計測マークをレ
チクルＲの外縁部近傍に３つ設け、レチクルＲを随時移
動しながら、投影光学系ＰＬの視野内の全域において投
影光学系のベストフォーカス位置を算出するものとした
が、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、レ
チクルＲのパターン領域が図９に示されるように走査方
向に二分された状態で設けられている場合には、その中
央部に照明領域ＩＡＲ全域にわたって計測マークを配置
することとしても良く、この場合、計測マークは、図９
に示されるように３×３＝９箇所（ＰＭ１〜ＰＭ９）に
設けることとしても良いし、中央と４隅の５箇所に設け
ることとしても良いし、３×５＝１５箇所に設けること
としても良い。この場合、投影光学系ＰＬの視野内の複
数点のベストフォーカス位置を算出する際に、照明領域
ＩＡＲ内に全計測マークが入るようにレチクルＲを位置
決めするのみで良いので、像面計測時のスループットを
向上させることができる。

【０１２９】なお、上記実施形態では、投影光学系ＰＬ
の有効視野内の複数の検出点に位置決めされる計測マー
クの空間像が多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の
計測点の近傍に位置するように、計測マークがレチクル
Ｒ上に配置されていたが、このような配置が、レチクル
Ｒの構成上不可能な場合には、スリット２２ｘ，２２ｙ
のＺ軸方向位置の計測は、スリット２２ｘ，２２ｙを多
点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の計測点まで移動
させずに、スリットの最近傍に位置する計測点による計
測、及びＺ軸方向の位置合わせを行うこととしても良
い。この場合には、ウエハステージ移動に伴うスリット
板９０の光軸方向位置の変動が生じないので、計測誤差
としてはスリットの形成されたスリット板９０の平面度
のみに抑えることができる。この場合、スリット板の傾
斜情報を予め求めておいて、多点焦点位置検出系の計測
結果と、その傾斜情報とに基づいて、スリット板９０の
光軸方向位置を補正することとしても良い。これにより
スリット板の傾きにより生じる光軸方向位置の検出誤差
を低減することができる。

【０１３０】なお、上記実施形態では、投影光学系ＰＬ
の視野内における複数の検出点でＹ軸方向に周期性を有
するＬ／Ｓマークの空間像を計測してベストフォーカス
位置を求めることとしたが、本発明がこれに限定されな
いことは勿論である。計測マークとしてＸ軸方向に周期
性を有するＬ／Ｓマークを用いても良く、あるいは各検
出点でＹ軸方向に周期性を有するＬ／Ｓマーク、Ｘ軸方
向に周期性を有するＬ／Ｓマークの空間像計測を行い、
それぞれの計測結果に基づいてそれぞれのベストフォー
カス位置を算出し、それらの平均値を、その検出点にお
けるベストフォーカス位置としても良い。あるいは、計
測マークとして孤立線又は擬似孤立線から成るマークを
用いても良い。

【０１３１】また、上記実施形態では、像面の計測のた
めの検出点を９点としたが、装置の調整段階に限って、
より多数の検出点を設け、最小自乗近似により像面形状
を算出際の精度を向上させることも可能である。

【０１３２】また、上記実施形態のように、像面形状の
計測に当たって、複数の計測マークを必ずしも用いる必
要はなく、例えば単一の計測マークを投影光学系ＰＬの
有効視野内の複数の検出点に順次移動させつつ、上記の
ベストフォーカス位置の計測を繰り返し行っても良い。
この場合、計測マーク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。

【０１３３】なお、上記実施形態では、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。

【０１３４】また、上記実施形態では、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。

【０１３５】また、上記実施形態では、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。

【０１３６】また、上記実施形態では、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。

【０１３７】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。

【０１３８】《デバイス製造方法》次に上述した露光装
置をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の
実施形態について説明する。

【０１３９】図１０には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等）の製造例のフローチャートが示され
ている。図１０に示されるように、まず、ステップ２０
１（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設
計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、そ
の機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続
き、ステップ２０２（マスク製作ステップ）において、
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一
方、ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）において、
シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。

【０１４０】次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステッ
プ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成
する。次いで、ステップ２０５（デバイス組立てステッ
プ）において、ステップ２０４で処理されたウエハを用
いてデバイス組立てを行う。このステップ２０５には、
ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージン
グ工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれ
る。

【０１４１】最後に、ステップ２０６（検査ステップ）
において、ステップ２０５で作成されたデバイスの動作
確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程
を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

【０１４２】図１１には、半導体デバイスにおける、上
記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されている。図
１１において、ステップ２１１（酸化ステップ）におい
てはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２（ＣＶ
Ｄステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成す
る。ステップ２１３（電極形成ステップ）においてはウ
エハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２１４
（イオン打ち込みステップ）においてはウエハにイオン
を打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４そ
れぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成して
おり、各段階において必要な処理に応じて選択されて実
行される。

【０１４３】ウエハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２
１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップ２１６（露光ステッ
プ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露
光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンを
ウエハに転写する。次に、ステップ２１８（エッチング
ステップ）において、レジストが残存している部分以外
の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そし
て、ステップ２１９（レジスト除去ステップ）におい
て、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除
く。

【０１４４】これらの前処理工程と後処理工程とを繰り
返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。

【０１４５】以上説明した本実施形態のデバイス製造方
法を用いれば、露光工程（ステップ２１６）において上
記実施形態の露光装置が用いられるので、精度良くレチ
クルのパターンをウエハ上に転写することができる。こ
の結果、高集積度のデバイスの生産性（歩留まりを含
む）を向上させることが可能になる。

【０１４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る露光
装置によると、投影光学系の光軸方向に関する光学特性
の計測精度の向上に寄与することができるという効果が
ある。

【０１４７】また、本発明に係るデバイス製造方法によ
れば、高集積度のマイクロデバイスの生産性を向上させ
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置の概略構成
を示す図である。

【図２】図１のウエハステージ近傍を拡大し、Ｚチルト
ステージの駆動装置とともに示す図である。

【図３】図１の空間像計測装置の内部構成を示す図であ
る。

【図４】図４（Ａ）は、空間像の計測に際してスリット
板上に空間像ＰＭｙ’が形成された状態を示す図であ
り、図４（Ｂ）は、その空間像計測の際に得られる光電
変換信号（光強度信号）の一例を示す線図である。

【図５】主制御装置５０内のＣＰＵの像面計測時の主要
な制御アルゴリズムを簡略化して示すフローチャートで
ある。

【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｆ）は、投影光学系の視野
内の複数の検出点におけるベストフォーカス位置の計測
方法を説明するための図である。

【図７】レチクルステージが走査方向の中立位置にある
状態、及び計測マークが照明領域内に位置するまでレチ
クルステージが移動した状態を示す図である。

【図８】コントラスト値からベストフォーカス位置を算
出する方法を説明するための図である。

【図９】レチクル上における計測パターンの配置の別例
を示す図である。

【図１０】本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を
説明するためのフローチャートである。

【図１１】図１０のステップ２０４の詳細を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１０…露光装置、Ｒ…レチクル（マスク）、１２…照明
光学系（照明系の一部）、１４…光源（照明系の一
部）、２１Ａ〜２１Ｃ…アクチュエータ（駆動装置）２
２…スリット（計測用パターン）、２４…光センサ（光
電変換素子）、２３Ａ〜２３Ｃ…エンコーダ（セン
サ）、３８…Ｚチルトステージ（基板テーブル）、５０
…主制御装置（制御装置、算出装置の一部）、６０ａ，
６０ｂ…多点焦点位置検出系（位置検出系）、７０…ス
テージ制御系（テーブル制御系）、７８…結像特性補正
コントローラ（結像特性補正装置）、８１…環境センサ
（算出装置の一部）、９０…スリット板（パターン形成
部材）、Ｄ₁〜Ｄ₉…検出点、ＩＡＲ…照明領域、ＩＬ…
照明光、ＰＬ…投影光学系、ＰＭｘ，ＰＭｙ，ＰＭ１〜
ＰＭ３…計測マーク、ＰＭｘ’，ＰＭｙ’，ＰＭ１’〜
ＰＭ３’…空間像、ＲＳＴ…レチクルステージ（マスク
ステージ）、Ｗ…ウエハ（基板）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高根栄二東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内 (72)発明者齋藤浩司東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内 (72)発明者萩原恒幸東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内Ｆターム(参考） 5F046 DA13 EB02 EB03 ED03 FA16 FA18 FB17 FC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成された回路パターンを投影
光学系を介して基板上に転写する露光装置であって、前記投影光学系の物体面側に配置され、前記投影光学系
の光軸に直交する面にほぼ沿って移動するマスクステー
ジと；前記マスクステージに搭載された前記マスク、該
マスクとは異なる専用マスク、及び前記マスクステージ
上の前記マスク以外の部分の少なくとも一箇所に配置さ
れた計測マーク、並びに前記回路パターンを照明光によ
り照明可能な照明系と；前記投影光学系の像面側に配置
され、計測用パターンが形成されたパターン形成部材
と；前記計測用パターンを介した前記照明光の強度に応
じた光電変換信号を出力する光電変換素子と；前記パタ
ーン形成部材及び前記基板の前記投影光学系の光軸方向
に関する位置を計測する位置検出系と；前記計測マーク
の空間像に基づいて前記投影光学系の光軸方向の光学特
性を計測するため、前記照明光による照明領域に前記計
測マークが位置するように前記マスクステージを移動し
た際に、前記移動に伴う前記マスクステージの前記光軸
方向の位置変化分を考慮して前記位置検出系を用いて制
御される前記パターン形成部材の前記光軸方向に関する
目標位置を補正する制御装置と；を備える露光装置。
【請求項２】前記制御装置は、前記投影光学系の視野
内の複数の検出点に前記計測マークが位置するように前
記マスクステージを移動させ、前記位置検出系を用いて
前記パターン形成部材の前記光軸方向の位置を所定間隔
で移動しつつ、前記各検出点に位置した前記計測マーク
の前記投影光学系を介した空間像に対して前記パターン
形成部材を介して前記計測用パターンを相対的に走査す
るとともに、前記走査の度毎に前記光電変換素子から得
られる前記光電変換信号に基づいて前記各検出点におけ
る前記投影光学系のベストフォーカス位置を算出し、前記各検出点における前記ベストフォーカス位置を用い
て２次関数にて最小自乗近似を行い、得られた０次成分
をフォーカスオフセットとし、１次成分の係数を像面の
傾きとし、２次成分の係数を像面の湾曲成分として分解
する演算装置を更に備え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】前記基板が載置される基板テーブルと；
前記基板テーブルを前記光軸方向及び該光軸に直交する
面に対する傾斜方向に駆動する駆動装置と；前記フォー
カスオフセット及び前記像面の傾きを考慮して、前記駆
動装置を制御するテーブル制御系と；を更に備えること
を特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】照明光によりマスクを照明し、前記マス
クに形成された回路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、前記投影光学系の像面側に配置され、前記基板が載置さ
れるとともに少なくとも前記投影光学系の光軸方向に駆
動可能な基板テーブルと；前記基板テーブルを駆動する
駆動装置と；前記駆動装置による前記基板テーブルの前
記光軸方向の駆動量を計測するセンサと；前記投影光学
系側から前記基板テーブル上の所定の計測点の前記光軸
方向に関する位置を光学的に計測する位置検出系と；前
記基板テーブルを前記光軸方向に関して所定間隔で駆動
する際に、前記基板テーブルの前記光軸方向の位置を前
記位置検出系を用いて１回計測した後、前記センサの計
測値に基づいて前記駆動装置を制御する制御装置と；を
備える露光装置。
【請求項５】前記制御装置は、前記投影光学系のベス
トフォーカス位置を計測するため、前記照明光による照
明領域に計測マークを位置させた状態で、前記制御を行
うことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】前記回路パターンが形成されたマスクが
載置されるマスクステージと；前記基板テーブルに一体
的に設けられ、計測用パターンが形成されたパターン形
成部材と；前記計測用パターンを介した前記照明光の強
度に応じた光電変換信号を出力する光電変換素子と；を
更に備え、前記制御装置は、前記マスク、該マスクとは異なる専用
マスク、及び前記マスクステージ上の前記マスク以外の
部分の少なくとも一箇所に配置された計測マークを前記
投影光学系の視野内の少なくとも１つの検出点に位置決
めし、前記位置検出系を用いて前記パターン形成部材の
前記光軸方向の位置を所定間隔で移動しつつ、前記計測
マークの前記投影光学系を介した空間像に対して前記基
板テーブルを介して前記計測用パターンを相対的に走査
するとともに、前記走査の度毎に前記光電変換素子から
得られる前記光電変換信号に基づいて前記検出点におけ
る前記投影光学系のベストフォーカス位置を算出するこ
とを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】前記投影光学系のベストフォーカス位置
の大気圧変動分及び照射変動分の少なくとも一方の変動
分を算出する算出装置を更に備え、前記制御装置は、前記駆動装置の制御に際して前記セン
サの制御目標値を前記算出された変動分だけ補正するこ
とを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】前記制御装置は、前記投影光学系の視野
内の複数の検出点に前記計測マークを位置決めし、前記
位置検出系を用いて前記パターン形成部材の前記光軸方
向の位置を所定間隔で移動しつつ、前記各検出点に位置
した前記計測マークの前記投影光学系を介した空間像に
対して前記パターン形成部材を介して前記計測用パター
ンを相対的に走査するとともに、前記走査の度毎に前記
光電変換素子から得られる前記光電変換信号に基づいて
前記各検出点における前記投影光学系のベストフォーカ
ス位置を算出し、前記各検出点における前記ベストフォーカス位置を用い
て２次関数にて最小自乗近似を行い、得られた０次成分
をフォーカスオフセットとし、１次成分の係数を像面の
傾きとし、２次成分の係数を像面の湾曲成分として分解
する演算装置を更に備えることを特徴とする請求項６又
は７に記載の露光装置。
【請求項９】前記フォーカスオフセット及び前記像面の
傾きを考慮して、前記駆動装置を制御するテーブル制御
系を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の露光
装置。
【請求項１０】前記像面湾曲成分に基づいて、前記投
影光学系の結像特性を補正する結像特性補正装置を更に
備えることを特徴とする請求項２、３、８、９のいずれ
か一項に記載の露光装置。
【請求項１１】リソグラフィ工程を含むデバイス製造
方法であって、前記リソグラフィ工程では、請求項１〜１０のいずれか
一項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴と
するデバイス製造方法。