JP2002203764A

JP2002203764A - 位置検出方法、光学特性測定方法、光学特性測定装置、露光装置、及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2002203764A
Application number: JP2000399188A
Authority: JP
Inventors: Kikuhei Yo; 菊平楊; Toru Fujii; 藤井　　透; Masaki Watanabe; 雅規渡辺
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】被検光学系の光学特性を精度良く測定する。【解決手段】意図的に回転対称な波面変形を発生させ
た被検光学系（投影光学系）からの光を、波面分割して
複数の像を形成して撮像し、第１波面情報を求める（ス
テップ１１３〜１１５）。また、意図的な波面変形が除
去された被測定状態における被検光学系からの光を、波
面分割して複数の像を形成し、第２波面情報を求める
（ステップ１１６〜１１８）。そして、第１波面情報を
使用して、意図的に発生させた回転対称な波面変形の中
心軸位置、すなわち、被検光学系からの光の波面の中心
軸位置を精度良く求める（ステップ１１９）。こうして
求められた中心軸位置を使用して、被測定状態における
被検光学系の光学特性を求める（ステップ１２０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出方法、光
学特性測定方法、光学特性測定装置、露光装置、及びデ
バイス製造方法に係り、より詳しくは、所定の光学系に
よって形成された像の位置を検出する位置検出方法、当
該位置検出方法を使用して被検光学系の光学特性を測定
する光学特性測定方法及び光学特性測定装置、並びに該
光学特性測定装置を備える露光装置、該露光装置を使用
する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、液晶表示素子等
を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレ
チクル（以下、「マスク」と総称する）に形成されたパ
ターン（以下、「レチクルパターン」とも呼ぶ）を投影
光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラ
スプレート等の基板（以下、適宜「基板」と総称する）
上に転写する露光装置が用いられている。こうした露光
装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の露光
装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ等の走査露光
型の露光装置が主として用いられている。

【０００３】かかる露光装置においては、レチクルに形
成されたパターンを基板に、高い解像力で、忠実に投影
する必要がある。このため、投影光学系は、諸収差が十
分に抑制された良好な光学特性を有するように設計され
ている。

【０００４】しかし、完全に設計どおりに投影光学系を
製造することは困難であり、実際に製造された投影光学
系には様々な要因に起因する諸収差が残存してしまう。
このため、実際に製造された投影光学系の光学特性は、
設計上の光学特性とは異なるものとなってしまう。

【０００５】そこで、実際に製造された投影光学系のよ
うな被検光学系の収差等の光学特性を測定するための様
々な技術が提案されている。かかる様々な提案技術の中
で、ピンホールを用いて発生させた球面波を被検光学系
に入射し、被検光学系を通過した後のピンホール像を一
旦平行光に変換して、その波面を複数に分割する。そし
て、その分割された波面ごとにスポット像を形成し、分
割波面ごとのスポット像の形成位置に基づいて被検光学
系の波面収差を測定する波面収差測定技術が注目されて
いる。

【０００６】こうした波面収差測定装置は、例えば、入
射光の波面を分割して分割波面ごとにスポット像を形成
する波面分割素子として、平行光の理想波面と平行な２
次元平面に沿って微小なレンズが多数配列されたマイク
ロレンズアレイを採用することにより、簡単に構成する
ことができる。そして、マイクロレンズアレイが形成し
た多数のスポット像をＣＣＤ等の撮像素子によって撮像
し、各スポット像の撮像波形の重心を重心法により求め
たり、各スポット像の撮像波形とテンプレート波形との
最大相関位置を相関法により求めたりしてスポット像位
置を検出し、検出された各スポット像位置の設計位置か
らのズレから波面収差を求めている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来の技術で使
用されてきた重心法や相関法は、耐ノイズ性が高く、一
般には優れた方法である。しかし、少ない画素数（例え
ば、有効画素数が５（行方向）×５（列方向）程度）、
かつ、画素の大きさよりも遥かに小さな精度（例えば、
画素の大きさの１／１００〜１／１０００程度の精度）
でスポット像の位置検出を行う場合には、必ずしも有効
な方法とはいえなかった。

【０００８】すなわち、従来の重心法では、原理的に所
望の精度でスポット位置を検出することはできなかっ
た。また、相関法では、非常に多く（１００×１００〜
１０００×１０００程度）のテンプレート波形との相関
演算を行うことが必要となるため、迅速な位置検出がで
きなかった。

【０００９】しかしながら、近年における高集積化に伴
う露光精度の向上の要請からは、投影光学系に関する上
述の波面収差測定では、スポット像の画素数が少なく、
かつ、画素の大きさよりも遥かに小さな精度によるスポ
ット像の位置検出が求められている。

【００１０】本発明は、かかる事情のもとでなされたも
のであり、その第１の目的は、像の画素数が少ない場合
であっても、像の位置を迅速かつ精度良く検出すること
ができる位置検出方法及び位置検出装置を提供すること
にある。

【００１１】また、本発明の第２の目的は、被検光学系
の光学特性を精度良く測定することができる光学特性測
定方法及び光学特性測定装置を提供することにある。

【００１２】また、本発明の第３の目的は、所定のパタ
ーンを基板に精度良く転写することができる露光装置を
提供することにある。

【００１３】また、本発明の第４の目的は、微細なパタ
ーンを有する高集積度のデバイスを生産することが可能
なデバイス製造方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者が研究の結果と
して得た知見によれば、スポット像のような像の撮像結
果における画素数が少ないときには、一般に、本来その
パターン像が有しているはずの関数（例えば、スポット
像に対するＳＹＮＣ関数）でフィッティングしても、精
度の良いフィッティングはできない。したがって、撮像
結果に対して本来その像が有しているはずの関数のフィ
ッティングによっては、像位置を精度良く検出すること
はできない。一方、撮像結果の像を統計的に高信頼度で
フィッティングできる関数（その像が本来有しているは
ずの関数とは異なる関数）でフィッティングした場合、
その関数に応じた特定の大きさの窓を定めれば、その窓
の中心位置と、その窓の中の関数波形の重心位置が一致
するときには、その一致する位置が、精度の良い像の位
置となる。本発明は、かかる知見に基づいてなされたも
のである。

【００１５】すなわち、本発明の位置検出方法は、撮像
された像の位置を検出する位置検出方法であって、前記
像の撮像結果として得られる画素データ分布に関するフ
ィッティング関数を求め、該求められたフィッティング
関数に応じて、窓の中心位置が前記窓の内部におけるフ
ィッティング関数の波形の重心位置と一致するとき、前
記中心位置が前記像の位置となる前記窓の大きさを求め
る第１工程と；前記窓の中心位置を初期の窓位置に設定
して、前記窓内のフィッティング関数の波形の重心位置
を求める第２工程と；前記窓位置と前記求められた重心
位置との差が許容値よりも大きなときには、前記窓の中
心位置を前記求められた重心位置に移動する第３工程
と；前記移動後の窓位置において、前記窓内のフィッテ
ィング関数の波形の重心位置を求める第４工程と；を含
み、前記窓の中心位置と前記窓内におけるフィッティン
グ関数の波形の重心位置との差が前記許容値以下となる
まで、前記第３工程と前記第４工程とを繰り返し、前記
差が前記許容値以下となったときの前記窓の中心位置を
前記撮像された像の位置として求める位置検出方法であ
る。

【００１６】これによれば、第１工程で求められたフィ
ッティング関数及び窓の大きさを使用し、窓位置を初期
位置から始めて（第２工程）、窓内におけるフィッティ
ング関数の波形の重心位置の算出、及び算出された重心
位置と窓の中心位置との差に応じた窓位置の更新（第３
工程及び第４工程）を繰り返す。そして、フィッティン
グ関数の波形の重心位置と窓の中心位置とが許容範囲で
一致する窓の中心位置を、撮像された像の位置として求
める。したがって、撮像された像の位置を、迅速かつ精
度良く検出することができる。

【００１７】なお、本発明の位置検出方法では、前記撮
像された像をスポット像とすることができる。

【００１８】本発明の光学特性測定方法は、被検光学系
（ＰＬ）の光学特性を測定する光学特性測定方法であっ
て、前記被検光学系を介した光を波面分割し、複数の像
を形成する像形成工程と；前記複数の像を撮像する撮像
工程と；前記撮像工程において撮像された前記複数の像
それぞれの位置を、本発明の位置検出方法を使用して検
出する位置検出工程と；前記位置検出工程で検出された
前記複数の像の位置に基づいて、前記被検光学系の光学
特性を算出する光学特性算出工程と；を含む光学特性測
定方法である。

【００１９】これによれば、像形成工程で像面に形成さ
れ、撮像工程で撮像された複数の像それぞれの位置が、
位置検出工程において、本発明の位置検出方法により精
度良く検出される。こうして検出された複数の像の位置
に基づいて、光学特性算出工程において、被検光学系の
光学特性が算出される。したがって、被検光学系の光学
特性を精度良く測定することができる。

【００２０】なお、本発明の光学測定方法では、前記光
学特性を波面収差とすることができる。

【００２１】本発明の光学特性測定装置は、被検光学系
（ＰＬ）の光学特性を測定する光学特性測定装置であっ
て、前記被検光学系を介した光を波面分割し、複数の像
を形成する波面分割素子（９４）と；前記複数の像を撮
像する撮像装置（９５）と；前記撮像像値によって撮像
された前記複数の像それぞれの位置を本発明の位置検出
方法を使用して検出する位置検出装置（３２）と；前記
位置検出装置によって検出された前記複数の像の位置に
基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する光学特
性算出装置（３３）と；を備える光学特性測定装置であ
る。

【００２２】これによれば、波面分割素子によって形成
された複数の像が、撮像装置によって撮像される。引き
続き、複数の像の位置が、撮像結果から、本発明の位置
検出方法を使用する位置検出装置により精度良く検出さ
れる。そして、光学特性算出装置が、検出された複数の
像の位置に基づいて、被検光学系の光学特性を算出す
る。すなわち、本発明の光学特性測定装置は、本発明の
光学特性測定方法によって、被検光学系の光学特性を測
定する。したがって、被検光学系の光学特性を精度良く
測定することができる。

【００２３】本発明の光学特性測定装置では、前記波面
分割素子を、レンズ要素（９４ａ）が２次元的に配列さ
れたマイクロレンズアレイ（９４）とする構成とするこ
とができる。

【００２４】本発明の露光装置は、露光光を基板（Ｗ）
に照射することにより、所定のパターンを前記基板に転
写する露光装置であって、露光光の光路上に配置された
投影光学系（ＰＬ）を有する露光装置本体（６０）と；
前記投影光学系を被検光学系とする本発明の光学特性測
定装置と；を備える露光装置である。

【００２５】これによれば、本発明の光学特性測定装置
により精度良く光学特性が測定され、光学特性が良好に
調整されていることが保証された投影光学系を使用し
て、所定のパターンを基板に転写することができる。し
たがって、所定のパターンを基板に精度良く転写するこ
とができる。

【００２６】本発明の露光装置では、前記光学特性測定
装置を前記露光装置本体に対して着脱可能に構成するこ
とができる。

【００２７】本発明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において、前記リソグラ
フィ工程で、本発明の露光装置を使用して露光を行うこ
とを特徴とするデバイス製造方法である。これによれ
ば、本発明の露光装置を使用して露光を行うことによ
り、所定のパターンを基板に精度良く転写することがで
きるので、微細な回路パターンを有する高集積度のデバ
イスの生産性を向上することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
１〜図１１を参照して説明する。

【００２９】図１には、本発明の一実施形態に係る露光
装置１００の概略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・スキャン方式の投影露光装
置である。この露光装置１００は、露光装置本体６０
と、光学特性測定装置としての波面収差測定装置７０と
を備えている。

【００３０】前記露光装置本体６０は、照明系１０、レ
チクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、被検光学
系としての投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハＷが搭
載されるウエハステージＷＳＴ、アライメント顕微鏡Ａ
Ｓ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴ
の位置及び姿勢を制御するステージ制御系１９、並びに
装置全体を統括制御する主制御系２０等を備えている。

【００３１】前記照明系１０は、光源、フライアイレン
ズ等からなる照度均一化光学系、リレーレンズ、可変Ｎ
Ｄフィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイック
ミラー等（いずれも不図示）を含んで構成されている。
こうした照明系の構成は、例えば、特開平１０−１１２
４３３号公報に開示されている。この照明系１０では、
回路パターン等が描かれたレチクルＲ上のレチクルブラ
インドで規定されたスリット状の照明領域部分を照明光
ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。

【００３２】前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチク
ルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチク
ルステージＲＳＴは、ここでは、磁気浮上型の２次元リ
ニアアクチュエータから成る不図示のレチクルステージ
駆動部によって、レチクルＲの位置決めのため、照明系
１０の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一
致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能であるととも
に、所定の走査方向（ここではＹ方向とする）に指定さ
れた走査速度で駆動可能となっている。さらに、本実施
形態では上記磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータ
はＸ駆動用コイル、Ｙ駆動用コイルの他にＺ駆動用コイ
ルを含んでいるため、Ｚ方向にも微小駆動可能となって
いる。

【００３３】レチクルステージＲＳＴのステージ移動面
内の位置はレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干
渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、例
えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レ
チクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置
情報（又は速度情報）はステージ制御系１９を介して主
制御系２０に送られ、主制御系２０は、この位置情報
（又は速度情報）に基づき、ステージ制御系１９及びレ
チクルステージ駆動部（図示省略）を介してレチクルス
テージＲＳＴを駆動する。

【００３４】前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージ
ＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの
方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとして
は、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、共通
のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する不図示の複数のレンズエ
レメントから構成されている。また、この投影光学系Ｐ
Ｌとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／
６などのものが使用されている。このため、上述のよう
にして、照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ上の照
明領域が照明されると、そのレチクルＲに形成されたパ
ターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小され
た像（部分倒立像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布
されたウエハＷ上のスリット状の露光領域に投影され転
写される。

【００３５】なお、本実施形態では、上記の複数のレン
ズエレメントのうち、特定のレンズエレメント（例え
ば、所定の５つのレンズエレメント）がそれぞれ独立に
移動可能となっている。かかるレンズエレメントの移動
は、特定レンズエレメントを支持するレンズ支持部材を
支持し、鏡筒部と連結する、特定レンズごとに設けられ
た３個のピエゾ素子等の駆動素子によって行われるよう
になっている。すなわち、特定レンズエレメントを、そ
れぞれ独立に、各駆動素子の変位量に応じて光軸ＡＸに
沿って平行移動させることもできるし、光軸ＡＸと垂直
な平面に対して所望の傾斜を与えることもできるように
なっている。そして、これらの駆動素子に与えられる駆
動指示信号が、主制御系２０からの指令ＭＣＤに基づい
て結像特性補正コントローラ５１によって制御され、こ
れによって各駆動素子の変位量が制御されるようになっ
ている。

【００３６】こうして構成された投影光学系ＰＬでは、
主制御系２０による結像特性補正コントローラ５１を介
したレンズエレメントの移動制御により、ディストーシ
ョン、像面湾曲、非点収差、コマ収差、又は球面収差等
の光学特性が調整可能となっている。

【００３７】前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系
ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置さ
れ、このウエハステージＷＳＴ上には、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上にウエハ
Ｗが例えば真空吸着等によって固定されている。ウエハ
ホルダ２５は不図示の駆動部により、投影光学系ＰＬの
光軸直交面に対し、任意方向に傾斜可能で、かつ投影光
学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）にも微動可能に構成
されている。また、このウエハホルダ２５は光軸ＡＸ回
りの微小回転動作も可能になっている。

【００３８】また、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向側
には、後述する波面センサ９０を着脱可能とするための
ブラケット構造が形成されている。

【００３９】ウエハステージＷＳＴは走査方向（Ｙ方
向）の移動のみならず、ウエハＷ上の複数のショット領
域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させることが
できるように、走査方向に垂直な方向（Ｘ方向）にも移
動可能に構成されており、ウエハＷ上の各ショット領域
を走査（スキャン）露光する動作と、次のショットの露
光開始位置まで移動する動作とを繰り返すステップ・ア
ンド・スキャン動作を行う。このウエハステージＷＳＴ
はモータ等を含むウエハステージ駆動部２４によりＸＹ
２次元方向に駆動される。

【００４０】ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位
置はウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」とい
う）１８によって、移動鏡１７を介して、例えば０．５
〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハス
テージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）はステージ制
御系１９を介して主制御系２０に送られ、主制御系２０
は、この位置情報（又は速度情報）に基づき、ステージ
制御系１９及びウエハステージ駆動部２４を介してウエ
ハステージＷＳＴの駆動制御を行う。

【００４１】前記アライメント顕微鏡ＡＳは、投影光学
系ＰＬの側面に配置され、本実施形態では、ウエハＷ上
に形成されたストリートラインや位置検出用マーク（フ
ァインアライメントマーク）を観測する結像アライメン
トセンサから成るオフ・アクシス方式の顕微鏡が用いら
れている。このアライメント顕微鏡ＡＳの詳細な構成
は、例えば特開平９−２１９３５４号公報に開示されて
いる。アライメント顕微鏡ＡＳによる観測結果は、主制
御系２０に供給される。

【００４２】更に、図１の装置には、ウエハＷ表面の露
光領域内部及びその近傍の領域のＺ方向（光軸ＡＸ方
向）の位置を検出するための斜入射光式のフォーカス検
出系（焦点検出系）の一つである、多点フォーカス位置
検出系（２１，２２）が設けられている。この多点フォ
ーカス位置検出系（２１，２２）は、光ファイバ束、集
光レンズ、パターン形成板、レンズ、ミラー、及び照射
対物レンズ（いずれも不図示）から成る照射光学系２１
と、集光対物レンズ、回転方向振動板、結像レンズ、受
光用スリット板、及び多数のフォトセンサを有する受光
器（いずれも不図示）から成る受光光学系２２とから構
成されている。この多点フォーカス位置検出系（２１，
２２）の詳細な構成等については、例えば特開平６−２
８３４０３号公報に開示されている。多点フォーカス位
置検出系（２１，２２）による検出結果は、ステージ制
御系１９に供給される。

【００４３】前記波面収差測定装置７０は、波面センサ
９０と、波面データ処理装置８０とから構成されてい
る。

【００４４】前記波面センサ９０は、図２に示されるよ
うに、標示板９１、コリメータレンズ９２、レンズ９３
ａ及びレンズ９３ｂから成るリレーレンズ系９３、波面
分割素子としてのマイクロレンズアレイ９４、並びに撮
像装置としてのＣＣＤ９５を備えており、この順序で光
軸ＡＸ１上に配置されている。また、波面センサ９０
は、波面センサ９０に入射した光の光路を設定するミラ
ー９６ａ，９６ｂ，９６ｃ、並びにコリメータレンズ９
２、リレーレンズ系９３、マイクロレンズアレイ９４、
ＣＣＤ９５、及びミラー９６ａ，９６ｂ，９６ｃを収納
する収納部材９７を更に備えている。

【００４５】前記標示板９１は、例えばガラス基板を基
材とし、ウエハホルダ２５に固定されたウエハＷの表面
と同じ高さ位置（Ｚ方向位置）に、光軸ＡＸ１と直交す
るように配置されている（図１参照）。この標示板９１
の表面には、図３に示されるように、その中央部に開口
９１ａが形成されている。また、標示板９１の表面にお
ける開口９１ａの周辺には、３組以上（図３では、４
組）の２次元位置検出用マーク９１ｂが形成されてい
る。この２次元位置検出用マーク９１ｂとしては、本実
施形態では、Ｘ方向に沿って形成されたラインアンドス
ペースマーク９１ｃと、Ｙ方向に沿って形成されたライ
ンアンドスペースマーク９１ｄとの組合せが採用されて
いる。なお、ラインアンドスペースマーク９１ｃ，９１
ｄは、上述のアライメント顕微鏡ＡＳによって観察可能
となっている。また、開口９１ａ及び２次元位置検出用
マーク９１ｂを除く標示板９１の表面は反射面加工がな
されている。かかる反射面加工は、例えば、ガラス基板
にクロム（Ｃｒ）を蒸着することによって行われてい
る。

【００４６】図２に戻り、前記コリメータレンズ９２
は、開口９１ａを通って入射した光を平面波に変換す
る。

【００４７】前記マイクロレンズアレイ９４は、図４に
示されるように、マトリクス状に正の屈折力を有する正
方形状の多数のマイクロレンズ９４ａが稠密に配列され
たものである。ここで、各マイクロレンズ９４ａの光軸
は互いにほぼ平行となっている。なお、図４において
は、マイクロレンズ９４ａが７×７のマトリクス状に配
列されたものが、一例として示されている。マイクロレ
ンズ９４ａは、正方形状に限らず長方形状であってもよ
く、また、マイクロレンズ９４ａは、全てが同一形状で
なくともよい。また、マイクロレンズアレイ９４におけ
るマイクロレンズ９４ａの配列は、不等ピッチ配列でも
よいし、また、斜め並び配列であってもよい。

【００４８】こうしたマイクロレンズアレイ９４は、平
行平面ガラス板にエッチング処理を施すことにより作成
される。マイクロレンズアレイ９４は、リレーレンズ系
９３を介した光を入射したマイクロレンズ９４ａごと
に、開口９１ａの像をそれぞれ異なる位置に結像する。

【００４９】なお、コリメータレンズ９２、リレーレン
ズ系９３、マイクロレンズアレイ９４、及びミラー９６
ａ，９６ｂ，９６ｃから成る光学系を、以下では「波面
収差測定光学系」というものとする。

【００５０】図２に戻り、前記ＣＣＤ９５は、マイクロ
レンズアレイ９４の各マイクロレンズ９４ａによって開
口９１ａに形成された後述するピンホールパターンの像
が結像される結像面、すなわち、波面収差測定光学系に
おける開口９１ａの形成面の共役面に受光面を有し、そ
の受光面に結像された多数のピンホールパターンの像を
撮像する。この撮像結果は、撮像データＩＭＤとして波
面データ処理装置８０に供給される。

【００５１】前記収納部材９７は、その内部に、コリメ
ータレンズ９２、リレーレンズ系９３、マイクロレンズ
アレイ９４、及びＣＣＤ９５をそれぞれ支持する不図示
の支持部材を有している。なお、ミラー９６ａ，９６
ｂ，９６ｃは、収納部材９７の内面に取り付けられてい
る。また、前記収納部材９７の外形は、上述したウエハ
ステージＷＳＴのブラケット構造と嵌合する形状となっ
ており、ウエハステージＷＳＴに対して着脱自在となっ
ている。

【００５２】前記波面データ処理装置８０は、図５に示
されるように、主制御装置３０と記憶装置４０とを備え
ている。主制御装置３０は、（ａ）波面データ処理装置
８０の動作全体を制御するとともに、波面測定結果デー
タＷＦＡを主制御系２０へ供給する制御装置３９と、
（ｂ）波面センサ９０からの撮像データＩＭＤを収集す
る撮像データ収集装置３１と、（ｃ）像データに基づい
てスポット像の位置を検出する位置検出装置３２と、
（ｄ）位置検出装置３２により検出されたスポット像位
置に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差を算出する波
面収差算出装置３３とを含んでいる。

【００５３】ここで、前記位置検出装置３２は、（ｉ）
スポット像に関する像データの分布を関数フィッティン
グするフィッティング装置３４と、（ii）フィッティン
グ関数に基づいて、スポット像の位置を求める像位置算
出装置としてのスポット像位置算出装置３５とを有して
いる。

【００５４】また、記憶装置４０は、（ａ）撮像データ
を格納する撮像データ格納領域４１と、（ｂ）フィッテ
ィング関数を格納するフィッティング関数格納領域４２
と、（ｃ）スポット像位置を格納するスポット像位置格
納領域４３と、（ｅ）波面収差データを格納する波面収
差データ格納領域４５とを有している。

【００５５】本実施形態では、主制御装置３０を上記の
ように、各種の装置を組み合わせて構成したが、主制御
装置３０を計算機システムとして構成し、主制御装置３
０を構成する上記の各装置の機能を主制御装置３０に内
蔵されたプログラムによって実現することも可能であ
る。

【００５６】以下、本実施形態の露光装置１００による
露光動作を、図６に示されるフローチャートに沿って、
適宜他の図面を参照しながら説明する。

【００５７】なお、以下の動作の前提として、波面セン
サ９０はウエハステージＷＳＴに装着されており、ま
た、波面データ処理装置８０と主制御系２０とが接続さ
れているものとする。

【００５８】また、ウエハステージに装着された波面セ
ンサ９０の標示板９１の開口９１ａとウエハステージＷ
ＳＴとの位置関係は、２次元位置マーク９１ｂをアライ
メント顕微鏡ＡＳで観察することにより、正確に求めら
れているものとする。すなわち、ウエハ干渉計１８から
出力される位置情報（速度情報）に基づいて、開口９１
ａのＸＹ位置が正確に検出でき、かつ、ウエハステージ
駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴを移動制御す
ることにより、開口９１ａを所望のＸＹ位置に精度良く
位置決めできるものとする。なお、本実施形態では、開
口９１ａとウエハステージＷＳＴとの位置関係は、アラ
イメント顕微鏡ＡＳによる４つの２次元位置マーク９１
ｂの位置の検出結果に基づいて、特開昭６１−４４４２
９号公報等に開示されているいわゆるエンハンストグロ
ーバルアライメント（以下、「ＥＧＡ」という）等の統
計的な手法を用いて正確に検出される。

【００５９】また、後述するフィッティング関数Ｆ
（Ｘ，Ｙ）について、その関数Ｆ（Ｘ，Ｙ）の係数パラ
メータと、矩形の窓の中心位置ＰＷ（ＸＷ，ＹＷ）が窓
の内部におけるフィッティング関数Ｆ（Ｘ，Ｙ）の重心
位置ＰＣ（ＸＣ，ＹＣ）と一致するとき、中心位置ＰＷ
（ＸＷ，ＹＷ）が像の位置となるＸ方向の窓の大きさＷ
Ｘ及びＸ方向の窓の大きさＷＹとの関係は、事前のシミ
ュレーションによって判っているものとする。

【００６０】図６に示される処理では、まず、サブルー
チン１０１において、投影光学系ＰＬの波面収差が測定
される。この波面収差の測定では、図７に示されるよう
に、まず、ステップ１１１において、不図示のレチクル
ローダにより、図８に示される波面収差測定用の測定用
レチクルＲＴがレチクルステージＲＳＴにロードされ
る。測定用レチクルＲＴには、図８に示されるように、
複数個（図８では、９個）のピンホールパターンＰＨ₁
〜ＰＨ_N（図８では、Ｎ＝９）がＸ方向及びＹ方向に沿
ってマトリクス状に形成されている。なお、ピンホール
パターンＰＨ₁〜ＰＨ_Nは、図９において点線で示される
スリット状の照明領域の大きさの領域内に形成されてい
る。

【００６１】引き続き、ウエハステージＷＳＴ上に配置
された不図示の基準マーク板を使用したレチクルアライ
メントや、更にアライメント顕微鏡ＡＳを使用したベー
スライン量の測定等が行われる。そして、収差測定が行
われる最初のピンホールパターンＰＨ₁が投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸ上に位置するように、レチクルステージＲ
ＳＴを移動させる。かかる移動は、主制御系２０が、レ
チクル干渉計１６が検出したレチクルステージＲＳＴの
位置情報（速度情報）に基づいて、ステージ制御系１９
を介してレチクル駆動部を制御することにより行われ
る。

【００６２】図７に戻り、次に、ステップ１１２におい
て、波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａが、ピン
ホールパターンＰＨ₁の投影光学系ＰＬに関する共役位
置（ピンホールパターンＰＨ₁の場合には、光軸ＡＸ
上）にウエハステージＷＳＴを移動させる。かかる移動
は、主制御系２０が、ウエハ干渉計１８が検出したウエ
ハステージＷＳＴの位置情報（速度情報）に基づいて、
ステージ制御系１９を介してウエハステージ駆動部２４
を制御することにより行われる。この際、主制御系２０
は、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）の検出結
果に基づいて、ピンホールパターンＰＨ₁のピンホール
像が結像される像面に波面センサ９０の標示板９１の上
面を一致させるべく、ウエハステージ駆動部２４を介し
てウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に微少駆動する。

【００６３】以上のようにして、最初のピンホールパタ
ーンＰＨ₁からの光に関する投影光学系ＰＬの波面収差
測定のための光学的な各装置の配置が終了する。こうし
た、光学的配置について、波面センサ９０の光軸ＡＸ１
及び投影光学系ＰＬの光軸に沿って展開したものが、図
９に示されている。

【００６４】こうした光学配置において、照明系１０か
ら照明光ＩＬが射出されると、測定用レチクルＲＴの最
初のピンホールパターンＰＨ₁に到達した光が、ほぼ球
面波としてピンホールパターンＰＨ₁から出射する。そ
して、投影光学系ＰＬを介した後、波面センサ９０の標
示板９１の開口９１ａに集光される。なお、最初のピン
ホールパターンＰＨ₁以外のピンホールパターンＰＨ₂〜
ＰＨ_Nを通過した光は、開口パターン９１ａには到達し
ない。こうして開口９１ａに集光された光の波面は、ほ
ぼ球面ではあるが、投影光学系ＰＬの波面収差を含んだ
ものとなっている。

【００６５】開口９１ａを通過した光は、コリメータレ
ンズ９２により平行光に変換され、さらにリレーレンズ
系９３を介した後、マイクロレンズアレイ９４に入射す
る。ここで、マイクロレンズアレイ９４に入射する光の
波面は、投影光学系ＰＬの波面収差を反映したものとな
っている。すなわち、投影光学系ＰＬに波面収差が無い
場合には、図１０において点線で示されるように、その
波面ＷＦが光軸ＡＸ１と直交する平面となるが、投影光
学系ＰＬに波面収差が有る場合には、図９において二点
鎖線で示されるように、その波面ＷＦ’は位置に応じた
角度で傾くことになる。

【００６６】マイクロレンズアレイ９４は、各マイクロ
レンズ９４ａごとに、開口９１ａに結像されたピンホー
ルパターンＰＨ₁の像を、標示板９１の共役面すなわち
ＣＣＤ９５の撮像面に結像される。マイクロレンズ９４
ａに入射した光の波面が光軸ＡＸ１と直交する場合に
は、そのマイクロレンズ９４ａの光軸と撮像面の交点を
中心とするスポット像が、撮像面に結像される。また、
マイクロレンズ９４ａに入射した光の波面が傾いている
場合には、その傾き量に応じた距離だけ、そのマイクロ
レンズ９４ａの光軸と撮像面の交点からずれた点を中心
とするスポット像が撮像面に結像される。

【００６７】図７に戻り、次いで、ステップ１１３にお
いて、ＣＣＤ９５により、その撮像面に形成された像の
撮像を行う。この撮像により得られた撮像データＩＭＤ
は、波面データ処理装置８０に供給される。波面データ
処理装置８０では、撮像データ収集装置３１が撮像デー
タＩＭＤを収集し、撮像データ格納領域４１に収集した
撮像データを格納する。

【００６８】次に、サブルーチン１１４において、撮像
結果に基づいて、各スポット像の位置を検出する。この
サブルーチン１１４では、図１０に示されるように、ま
ず、ステップ１２１において、位置検出装置３２のフィ
ッティング装置３４が、撮像データ格納領域４１から撮
像データを読み出して、最初のスポット像が形成されて
いる領域を抽出する。かかる領域抽出にあたっては、フ
ィッティング装置３４が、例えば、撮像データ画像にお
ける所定値以上のピーク値を有する２次元データ分布を
探索する。そして、探し出された複数の２次元データ分
布それぞれがスポット像であるとして、フィッティング
装置３４が最初のスポット像の領域を抽出する。こうし
て抽出されたスポット像領域における画素データの分布
Ｊ（Ｘ，Ｙ）の例が図１１（Ａ）に棒グラフにて示され
ている。なお、図１１（Ａ）では、Ｘ方向に沿った画素
データの分布として、画素データの分布Ｊ（Ｘ，Ｙ）が
示されている。

【００６９】図１０に戻り、次に、ステップ１２２にお
いて、フィッティング装置３４が、抽出されたスポット
像における画素データの分布について関数フィッティン
グを行う。なお、本実施形態では、以下の関数Ｆ（Ｘ，
Ｙ）によるフィッティングを行っている。Ｆ（Ｘ，Ｙ）＝ａ₀＋ａ₁・Ｘ＋ａ₂・Ｙ＋ａ₃・Ｘ²＋ａ₄・Ｘ・Ｙ＋ａ₅・Ｙ² ＋ａ₆・Ｘ・（Ｘ²＋Ｙ²）＋ａ₇・Ｙ・（Ｘ²＋Ｙ²）＋ａ₈・（Ｘ²＋Ｙ²）² …（１）

【００７０】ここで、関数Ｆ（Ｘ，Ｙ）を求めるには、
スポット像領域が９個の画素を有していればよい。すな
わち、スポット像領域が３画素（Ｘ方向）×３画素（Ｙ
方向）という、画素数が非常に少ない場合であっても関
数Ｆ（Ｘ，Ｙ）を求めることができる。なお、スポット
像領域の画素数が９個よりも多い場合には、最小二乗法
等の統計的な手法によって、関数Ｆ（Ｘ，Ｙ）の係数ａ
₀〜ａ₈の最適値を求めればよい。なお、求められた関数
Ｆ（Ｘ，Ｙ）は、一般的には、Ｘ方向及びＹ方向に関し
て左右非対称なものとなる。こうして求められた関数Ｆ
（Ｘ，Ｙ）の例が図１１（Ａ）に点線で示されている。
なお、図１１（Ａ）では、Ｘ方向に沿った関数Ｆ（Ｘ，
Ｙ）の形状が示されている。

【００７１】フィッティング装置３４は、求められたフ
ィッテイング関数Ｆ（Ｘ，Ｙ）をフィッティング関数格
納領域４２に格納する。

【００７２】図１０に戻り、次いで、ステップ１２３に
おいて、位置検出装置３２のスポット像位置算出装置３
５が、フィッティング関数格納領域４２からフィッテイ
ング関数Ｆ（Ｘ，Ｙ）を読み出す。そして、関数Ｆ
（Ｘ，Ｙ）の係数の値と、窓ＷのＸ方向幅ＷＸ及びＹ方
向幅ＷＹとの、上述したように予めシミュレーションに
よって求められた関係から、以後において使用するＸ方
向幅ＷＸ及びＹ方向幅ＷＹを決定する。

【００７３】引き続き、ステップ１２４において、スポ
ット像位置算出装置３５は、窓Ｗの中心位置（以下、単
に「窓位置」という）を適当に定めた初期位置ＰＷ
_j（ＸＷ_j，ＹＷ_j）（ｊ＝０）に設定する。このときの
窓Ｗと関数Ｆ（Ｘ，Ｙ）との位置関係の例が、Ｘ方向に
ついて代表的に図１１（Ｂ）に示されている。

【００７４】図１０に戻り、次に、ステップ１２５にお
いて、スポット像位置算出装置３５は、窓Ｗ内における
関数Ｆ（Ｘ，Ｙ）の重心位置ＰＣ_j（ＸＣ_j，ＹＣ_j）を
算出する。こうして求められた重心位置ＰＣ_j（ＸＣ_j，
ＹＣ_j）のＸ値ＸＣ_jが、図１１（Ｂ）に示されている。

【００７５】図１０に戻り、引き続き、ステップ１２６
において、スポット像位置算出装置３５が、窓位置ＰＷ
_j（ＸＷ_j，ＹＷ_j）と重心位置ＰＣ_j（ＸＣ_j，ＹＣ_j）と
の差が、許容値以下であるか否かを判定する。かかる判
定にあたり、スポット像位置算出装置３５は、許容値を
εとして、 |ＸＷ_j−ＸＣ_j|≦ε …（２） |ＹＷ_j−ＹＣ_j|≦ε …（３）の双方の式が成り立つか否かを判定する。ここで、肯定
的な判断がなされたときには、処理がステップ１２８に
移行する。一方、否定的な判断がなされたときには、処
理がステップ１２７に移行する。この段階では、否定的
な判断がなされ、処理がステップ１２７に移行したとし
て、以下の説明を行う。

【００７６】ステップ１２７では、スポット像位置算出
装置３５が、窓位置を現在の重心位置ＰＣ_j（ＸＣ_j，Ｙ
Ｃ_j）とすることにより、窓位置を更新する。すなわ
ち、スポット像位置算出装置３５は、「ＰＷ_j（ＸＷ_j，
ＹＷ_j）←ＰＣ_j（ＸＣ_j，ＹＣ_j）」を行い、更に「ｊ←
（ｊ＋１）」を行うことにより、窓位置ＰＷ_j（ＸＷ_j，
ＹＷ_j）を更新する。こうして更新された窓位置ＰＷ
_j（ＸＷ_j，ＹＷ_j）（ｊ＝１）に設定された窓Ｗと関数
Ｆ（Ｘ，Ｙ）との位置関係の例が、Ｘ方向について代表
的に図１１（Ｃ）に示されている。

【００７７】図１０に戻り、以下、ステップ１２６にお
いて肯定的な判定がなされるまで、ステップ１２５〜１
２７を繰り返して実行する。そして、ステップ１２６に
おいて肯定的な判断がなされると、スポット像位置算出
装置３５は、そのときの窓位置ＰＷ_j（ＸＷ_j，ＹＷ_j）
をスポット像の位置として、スポット像位置格納領域４
３に格納する。この後、処理がステップ１２８に移行す
る。

【００７８】次に、ステップ１２８において、全てのス
ポット像の位置が検出されたか否かが判定される。この
段階では、最初のスポット像の位置を検出しただけなの
で、否定的な判定がなされ、処理はステップ１２９に移
行する。

【００７９】ステップ１２９では、スポット像位置算出
装置３５が、次のスポット像が形成されている領域を抽
出する。以後、ステップ１２８において肯定的な判定が
なされるまで、ステップ１２２〜１２９が繰り返され、
上記の最初のスポット像位置の検出と同様にして、順次
スポット像の位置が検出され、スポット像位置格納領域
４３に格納される。そして、ステップ１２８において肯
定的な判定がなされると、サブルーチン１１４の処理を
終了し、処理が図７のステップ１１５に移行する。

【００８０】ステップ１１５では、波面収差算出装置３
３が、スポット像位置格納領域４３からスポット像位置
の検出結果を読み出して、測定用レチクルＲＴにおける
最初のピンホールパターンＰＨ₁を介した光に関する投
影光学系ＰＬの波面収差を算出する。かかる波面収差の
算出は、波面収差が無いときに期待される各スポット像
位置と、検出されたスポット像位置の差から、ツェルニ
ケ多項式の係数を求めることにより行われる。こうし
て、算出された波面収差は、ピンホールパターンＰＨ₁
の位置とともに、波面収差データ格納領域４５に格納さ
れる。

【００８１】次に、ステップ１１６において、全てのピ
ンホールパターンに関して投影光学系ＰＬの波面収差を
算出したか否かが判定される。この段階では、最初のピ
ンホールパターンＰＨ₁についてのみ投影光学系ＰＬの
波面収差を測定しただけなので、否定的な判定がなさ
れ、処理はステップ１１７に移行する。

【００８２】ステップ１１７では、波面センサ９０の標
示板９１の開口９１ａが、次のピンホールパターンＰＨ
₂の投影光学系ＰＬに関する共役位置にウエハステージ
ＷＳＴを移動させる。かかる移動は、主制御系２０が、
ウエハ干渉計１８が検出したウエハステージＷＳＴの位
置情報（速度情報）に基づいて、ステージ制御系１９を
介してウエハステージ駆動部２４を制御することにより
行われる。なお、このときも、主制御系２０が、多点フ
ォーカス位置検出系（２１，２２）の検出結果に基づい
て、ピンホールパターンＰＨ₂のピンホール像が結像さ
れる像面に波面センサ９０の標示板９１の上面を一致さ
せるべく、必要に応じて、ウエハステージ駆動部２４を
介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に微少駆動す
る。

【００８３】そして、上記のピンホールパターンＰＨ₁
の場合と同様にして、投影光学系ＰＬの波面収差が測定
される。そして、波面収差の測定結果は、ピンホールパ
ターンＰＨ₂の位置とともに、波面収差データ格納領域
４５に格納される。

【００８４】以後、上記と同様にして、全てのピンホー
ルパターンに関する投影光学系ＰＬの波面収差を順次測
定され、開口パターンごとの測定結果が開口パターンの
位置とともに、波面収差データ格納領域４５に格納され
る。こうして全てのピンホールパターンに関する投影光
学系ＰＬの波面収差が測定されると、ステップ１１７に
おいて肯定的な判定がなされる。そして、制御装置３９
が、波面収差データ格納領域４５から波面収差の測定結
果を読み出し、波面測定結果データＷＦＡとして主制御
系２０へ供給する。この後、処理が図６のステップ１０
２に移行する。

【００８５】ステップ１０２では、主制御系２０が、制
御装置３９から供給された波面測定結果データＷＦＡに
基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差の測定が許容値以
下であるか否かを判定する。この判定が肯定的である場
合には、処理がステップ１０４に移行する。一方、判定
が否定的である場合には、処理はステップ１０３に移行
する。この段階では、判定が否定的であり、処理がステ
ップ１０３に移行したとして、以下の説明を行う。

【００８６】ステップ１０３では、主制御系２０が、投
影光学系ＰＬの波面収差の測定結果に基づき、現在発生
している波面収差を低減させるように、投影光学系ＰＬ
の波面収差の調整を行う。かかる波面収差の調整は、制
御装置３９が、結像特性補正コントローラ５１を介して
レンズエレメントの移動制御を行うことや、場合によっ
ては、人手により投影光学系ＰＬのレンズエレメントの
ＸＹ平面内での移動やレンズエレメントの交換を行うこ
とによりなされる。

【００８７】引き続き、サブルーチン１０１において、
調整された投影光学系ＰＬに関する波面収差が上記と同
様にして測定される。以後、ステップ１０２において肯
定的な判断がなされるまで、投影光学系ＰＬの波面収差
の調整（ステップ１０３）と、波面収差の測定（ステッ
プ１０１）が繰り返される。そして、ステップ１０２に
おいて肯定的な判断がなされると処理は、ステップ１０
４に移行する。

【００８８】ステップ１０４では、波面センサ９０をウ
エハステージＷＳＴから取り外し、波面データ処理装置
８０と主制御系２０との接続を切断した後、主制御系２
０の制御のもとで、不図示のレチクルローダにより、転
写したいパターンが形成されたレチクルＲがレチクルス
テージＲＳＴにロードされる。また、不図示のウエハロ
ーダにより、露光したいウエハＷがウエハステージＷＳ
Ｔにロードされる。

【００８９】次に、ステップ１０５において、主制御系
２０の制御のもとで、露光準備用計測が行われる。すな
わち、ウエハステージＷＳＴ上に配置された不図示の基
準マーク板を使用したレチクルアライメントや、更にア
ライメント顕微鏡ＡＳを使用したベースライン量の測定
等の準備作業が行われる。また、ウエハＷに対する露光
が第２層目以降の露光であるときには、既に形成されて
いる回路パターンと重ね合わせ精度良く回路パターンを
形成するため、アライメン顕微鏡ＡＳを使用した上述の
ＥＧＡ計測により、ウエハＷ上におけるショット領域の
配列座標が高精度で検出される。

【００９０】次いで、ステップ１０６において、露光が
行われる。この露光動作にあたって、まず、ウエハＷの
ＸＹ位置が、ウエハＷ上の最初のショット領域（ファー
スト・ショット）の露光のための走査開始位置となるよ
うに、ウエハステージＷＳＴが移動される。ウエハ干渉
計１８からの位置情報（速度情報）等（第２層目以降の
露光の場合には、基準座標系と配列座標系との位置関係
の検出結果、ウエハ干渉計１８からの位置情報（速度情
報）等）に基づき、主制御系２０によりステージ制御系
１９及びウエハステージ駆動部２４等を介して行われ
る。同時に、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置と
なるように、レチクルステージＲＳＴが移動される。こ
の移動は、主制御系２０によりステージ制御系１９及び
不図示のレチクル駆動部等を介して行われる。

【００９１】次に、ステージ制御系１９が、主制御系２
０からの指示に応じて、多点フォーカス位置検出系（２
１，２２）によって検出されたウエハのＺ位置情報、レ
チクル干渉計１６によって計測されたレチクルＲのＸＹ
位置情報、ウエハ干渉計１８によって計測されたウエハ
ＷのＸＹ位置情報に基づき、不図示のレチクル駆動部及
びウエハステージ駆動部２４を介して、ウエハＷの面位
置の調整を行いつつ、レチクルＲとウエハＷとを相対移
動させて走査露光を行う。

【００９２】こうして、最初のショット領域の露光が終
了すると、次のショット領域の露光のための走査開始位
置となるように、ウエハステージＷＳＴが移動されると
ともに、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置となる
ように、レチクルステージＲＳＴが移動される。そし
て、当該ショット領域に関する走査露光が、上述の最初
のショット領域と同様にして行われる。以後、同様にし
て各ショット領域について走査露光が行われ、露光が完
了する。

【００９３】そして、ステップ１０７において、不図示
のアンローダにより、露光が完了したウエハＷがウエハ
ホルダ２５からアンロードされる。こうして、１枚のウ
エハＷの露光処理が終了する。

【００９４】以後のウエハの露光においては、ステップ
１０１〜１０３の投影光学系ＰＬに関する波面収差の測
定及び調整が必要に応じて行われながら、ステップ１０
４〜１０７のウエハ露光作業が行われる。

【００９５】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、各スポット像の位置検出にあたり、スポット像の波
形を関数フィッティングし、そのフィッテイング関数に
応じて、窓位置が、窓の内部におけるフィッティング関
数の波形の重心位置と一致するとき、窓位置が像の位置
となる窓の大きさを求める。そして、求められたフィッ
ティング関数及び窓を使用し、窓位置を初期位置から始
めて、窓内におけるフィッティング関数の波形の重心位
置の算出、及び算出された重心位置と窓位置との差に応
じた窓位置の更新を繰り返す。こうした繰り返しの中
で、フィッティング関数の波形の重心位置と窓位置とが
許容範囲で一致する窓位置を、撮像されたスポット像の
位置として求める。したがって、撮像されたスポット像
の位置を、迅速かつ精度良く検出することができる。

【００９６】また、精度良く求められたスポット像位置
を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を算出するので、投
影光学系ＰＬの波面収差を精度良く求めることができ
る。

【００９７】また、精度良く求められた投影光学系ＰＬ
の波面収差に基づいて、投影光学系ＰＬの収差を調整
し、十分に諸収差が低減された投影光学系ＰＬによりレ
チクルＲに形成された所定のパターンがウエハＷ表面に
投影されるので、所定のパターンをウエハＷに精度良く
転写することができる。

【００９８】なお、上記の実施形態では、フィッテイン
グ関数Ｆ（Ｘ，Ｙ）として（１）式のものを使用した
が、他のものを使用することもできる。例えば、スポッ
ト像領域の画素数が１３個以上の場合には、フィッテイ
ング関数Ｆ’（Ｘ）として、Ｆ’（Ｘ）＝ａ₀＋ａ₁・Ｘ＋ａ₂・Ｙ＋ａ₃・Ｘ²＋ａ₄・Ｘ・Ｙ＋ａ₅・Ｙ² ＋ａ₆・Ｘ³・＋ａ₇・Ｘ²・Ｙ＋ａ₈・Ｘ・Ｙ²＋ａ₉・Ｙ³ ＋ａ₁₀・Ｘ⁴＋ａ₁₁・Ｘ²・Ｙ²＋ａ₁₂・Ｙ⁴ …（４）を使用することができる。

【００９９】また、上記の実施形態では、窓位置ＰＷ_j
（ＸＷ_j，ＹＷ_j）と重心位置ＰＣ_j（ＸＣ_j，ＹＣ_j）と
の差が許容値以下であるか否かを、（２）式及び（３）
式の双方を満たすか否かによって判定したが、別途設定
された許容値をε’として、｛（ＸＷ_j−ＸＣ_j）²＋（ＹＷ_j−ＹＣ_j）²｝^1/2≦ε’ …（５）を満たすか否かによって判定することもできる。

【０１００】また、上記の実施形態では、測定用レチク
ルＲＴにおける開口パターンを９つとしたが、所望の波
面収差の測定精度に応じて、数を増減することが可能で
ある。また、マイクロレンズアレイ９４におけるマイク
ロレンズ９４aの配列数や配列態様も、所望の波面収差
の測定精度に応じて変更することが可能である。

【０１０１】また、上記の実施形態では、位置検出の対
象像をスポット像としたが、他の形状のパターンの像で
あってもよい。

【０１０２】また、上記の実施形態では、露光にあたっ
ては波面収差計測装置７０を露光装置本体６０から切り
離したが、波面収差計測装置７０を露光装置本体６０に
装着したままで露光してもよいことは勿論である。

【０１０３】また、上記の実施形態では、走査型露光装
置の場合を説明したが、本発明は、投影光学系を備える
露光装置であれば、ステップ・アンド・リピート機、ス
テップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・ステ
ィッチング機を問わず適用することができる。

【０１０４】また、上記実施形態では、露光装置におけ
る投影光学系の収差計測に本発明を適用したが、露光装
置に限らず、他の種類の装置における結像光学系の諸収
差の計測にも本発明を適用することができる。

【０１０５】さらに、光学系の収差計測以外であって
も、例えば反射鏡の形状等の様々な光学系の光学特性の
測定にも本発明を適用することができる。

【０１０６】《デバイスの製造》次に、上記の実施形態
の露光装置を使用したデバイスの製造について説明す
る。

【０１０７】図１２には、本実施形態におけるデバイス
（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の生産のフロ
ーチャートが示されている。図１２に示されるように、
まず、ステップ２０１（設計ステップ）において、デバ
イスの機能設計（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。

【０１０８】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（デバイス組立ステップ）
において、ステップ２０４において処理されたウエハを
用いてチップ化する。このステップ２０５には、アッセ
ンブリ工程（ダイシング、ボンディング）パッケージン
グ工程（チップ封入）等の工程が含まれる。

【０１０９】最後に、ステップ２０６（検査ステップ）
において、ステップ２０５で作製されたデバイスの動作
確認テスト、耐久性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。

【０１１０】図１３には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されてい
る。図１３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
（ＣＶＤ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２
１４（イオン打込みステップ）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、ウエハプロセス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。

【０１１１】ウエハプロセスの各段階において、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２１５
（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を
塗布し、引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）に
おいて、上記で説明した実施形態の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焼付露光す
る。次に、ステップ２１７（現像ステップ）においては
露光されたウエハを現像し、引き続き、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。

【０１１２】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。

【０１１３】以上のようにして、精度良く微細なパター
ンが形成されたデバイスが製造される。

【０１１４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
位置検出方法によれば、像の画素数が少ない場合であっ
ても、像の位置を迅速かつ精度良く検出することができ
る。

【０１１５】また、本発明の位置検出装置によれば、本
発明の位置検出方法を使用して像の位置を検出するの
で、像の画素数が少ない場合であっても、像の位置を迅
速かつ精度良く検出することができる。

【０１１６】また、本発明の光学特性測定方法によれ
ば、被検光学系の光学特性を反映した複数の像の形成位
置を本発明の位置検出方法により検出し、検出された複
数の像の位置に基づいて被検光学系の光学特性を測定す
るので、被検光学系の光学特特性を迅速かつ精度良く検
出することができる。

【０１１７】また、本発明の光学特性測定装置によれ
ば、本発明の光学特性測定方法を使用して被検光学系の
光学特特性を測定するので、被検光学系の光学特特性を
迅速かつ精度良く検出することができる。

【０１１８】また、本発明の露光装置によれば、投影光
学系の光学特性を測定する本発明の光学特性測定装置を
備えるので、本発明の光学特性測定装置により精度良く
光学特性が測定され、光学特性が良好に調整されている
ことが保証された投影光学系を使用して、所定のパター
ンを基板に転写することができる。

【０１１９】また、本発明のデバイス製造方法によれ
ば、リソグラフィ工程において、本発明の露光方法を使
用して所定のパターンを基板に転写するので、精度良く
微細なパターンが形成されたデバイスを製造することが
できる。

【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構成を概
略的に示す図である。

【図２】図１の波面センサの構成を概略的に示す図であ
る。

【図３】図２の標示板の表面状態を説明するための図で
ある。

【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、図２のマイクロ
レンズアレイの構成を示す図である。

【図５】図１の主制御系の構成を示すブロック図であ
る。

【図６】図１の装置による露光動作における処理を説明
するためのフローチャートである。

【図７】図６の収差測定サブルーチンにおける処理を説
明するためのフローチャートである。

【図８】測定用レチクルに形成された測定用パターンの
例を示す図である。

【図９】波面収差測定時における光学配置を説明するた
めの図である。

【図１０】図７のスポット像位置検出サブルーチンにお
ける処理を説明するためのフローチャートである。

【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、図１０にお
ける位置検出処理を説明するための図である。

【図１２】図１の露光装置を用いたデバイス製造方法を
説明するためのフローチャートである。

【図１３】図１２のウエハ処理ステップにおける処理の
フローチャートである。

【符号の説明】

３２…位置検出装置、３３…波面収差算出装置（光学特
性算出装置）、６０…露光装置本体、９０…波面収差測
定装置（光学特性測定装置）、９４…マイクロレンズア
レイ（波面分割素子）、９４ａ…マイクロレンズ（レン
ズ要素）、９５…ＣＣＤ（撮像装置）、ＰＬ…投影光学
系（被検光学系）、Ｗ…ウエハ（基板）。

フロントページの続き (72)発明者渡辺雅規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） 2F065 AA17 BB27 CC17 DD06 FF01 FF04 JJ26 LL10 LL24 PP12 PP24 QQ17 2G086 HH06 5F046 DA12 DB05 DB10 DB11 EA03 EA09 FA10 FC04 FC06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像された像の位置を検出する位置検出
方法であって、前記像の撮像結果として得られる画素データ分布に関す
るフィッティング関数を求め、該求められたフィッティ
ング関数に応じて、窓の中心位置が前記窓の内部におけ
るフィッティング関数の波形の重心位置と一致すると
き、前記中心位置が前記像の位置となる前記窓の大きさ
を求める第１工程と；前記窓の中心位置を初期の窓位置
に設定して、前記窓内のフィッティング関数の波形の重
心位置を求める第２工程と；前記窓位置と前記求められ
た重心位置との差が許容値よりも大きなときには、前記
窓の中心位置を前記求められた重心位置に移動する第３
工程と；前記移動後の窓位置において、前記窓内のフィ
ッティング関数の波形の重心位置を求める第４工程と；
を含み、前記窓の中心位置と前記窓内におけるフィッティング関
数の波形の重心位置との差が前記許容値以下となるま
で、前記第３工程と前記第４工程とを繰り返し、前記差
が前記許容値以下となったときの前記窓の中心位置を前
記撮像された像の位置として求める位置検出方法。
【請求項２】前記像はスポット像であることを特徴と
する請求項１に記載の位置検出方法。
【請求項３】被検光学系の光学特性を測定する光学特
性測定方法であって、前記被検光学系を介した光を波面分割し、複数の像を形
成する像形成工程と；前記複数の像を撮像する撮像工程
と；前記撮像工程において撮像された前記複数の像それ
ぞれの位置を、請求項１又は２に記載の位置検出方法を
使用して検出する位置検出工程と；前記検出された像の
位置に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する
光学特性算出工程と；を含む光学特性測定方法。
【請求項４】前記光学特性は波面収差であることを特
徴とする請求項３に記載の光学特性測定方法。
【請求項５】被検光学系の光学特性を測定する光学特
性測定装置であって、前記被検光学系を介した光を波面分割し、複数の像を形
成する波面分割素子と；前記複数の像を撮像する撮像装
置と；前記撮像装置によって撮像された前記複数の像そ
れぞれの位置を、請求項１又は２に記載の位置検出方法
を使用して検出する位置検出装置と；前記検出された複
数の像の位置に基づいて、前記被検光学系の光学特性を
算出する光学特性算出装置と；を備える光学特性測定装
置。
【請求項６】前記波面分割素子は、レンズ要素が２次
元的に配列されたマイクロレンズアレイであることを特
徴とする請求項５に記載の光学特性測定装置。
【請求項７】露光光を基板に照射することにより、所
定のパターンを前記基板に転写する露光装置であって、露光光の光路上に配置された投影光学系を有する露光装
置本体と；前記投影光学系を被検光学系とする請求項５
又は６に記載の光学特性測定装置と；を備える露光装
置。
【請求項８】前記光学特性測定装置は、前記露光装置
本体に対して着脱可能であることを特徴とする請求項７
に記載の露光装置。
【請求項９】リソグラフィ工程を含むデバイス製造方
法において、前記リソグラフィ工程で、請求項７又は８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。