JP2005294742A - 露光装置の性能情報計測方法及び性能情報計測装置、並びに露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スループットを低下させることなく、低コストで精度良く露光装置の性能を評価するための情報を計測する。
【解決手段】投影光学系によりパターンの像をフォーカス位置毎に基板上の第１の領域内及び第２の領域内の複数の部分領域にそれぞれ形成し（ステップ４０７〜４２５）、投影光学系の第１のフォーカス情報及び第２のフォーカス情報を求める。そして、第１のフォーカス情報と第２のフォーカス情報とに基づいて基板の表面形状情報を求め（ステップ４３９）、その表面形状情報に基づいて基板の表面形状に依存する成分が補正された露光装置の性能を評価するための情報を求める（ステップ４４１、４４３）ことにより、高価な超平坦度ウエハ等を必要とせずに、しかも従来と同等の計測点数であっても、従来に比べて精度良く露光装置の性能を評価するための情報を計測することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、露光装置の性能情報計測方法及び性能情報計測装置、並びに露光方法に係り、更に詳しくは、半導体素子（集積回路）や液晶表示素子などを製造するリソグラフィ工程で使用される露光装置の性能を評価するための情報を計測する性能情報計測方法及び性能情報計測装置、並びに前記性能情報計測方法によって性能を評価するための情報が計測された露光装置を用いて露光を行う露光方法に関する。

従来より、半導体素子又は液晶表示素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程では、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（以下、適宜「ウエハ」ともいう）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。

ところで、半導体素子（集積回路）等は年々高集積化しており、これに伴い投影露光装置には、一層の性能の向上が要求されるようになってきた。例えば、投影露光装置の解像力を向上させ、より微細なパターンを精度良く転写するためには、投影光学系の光学性能を向上させることが必要である。このため、投影光学系の光学特性（結像特性を含む）を正確に計測し、評価することが重要となっている。さらに、走査型投影露光装置では、レチクルとウエハとを同期移動させながらパターンを投影光学系を介してウエハ上に転写しているため、ウエハの移動面の傾斜及びうねりが解像力に大きく影響する。

投影光学系の光学特性、例えば像面湾曲は、投影光学系の視野内の複数の計測点における最適なウエハの光軸方向位置（以下、適宜「最良フォーカス位置」と呼ぶ）に基づいて最小自乗法等の統計処理により求められる。従って、像面湾曲を求めるには、投影光学系の視野内の各計測点における最良フォーカス位置を精度良く計測する必要がある。

従来の投影露光装置における最良フォーカス位置を計測する方法としては、例えば、所定のテスト用のパターンを投影光学系の光軸方向に関する複数の位置でテスト用ウエハに転写し、そのテスト用ウエハを現像して得られるレジスト像（転写されたパターンの像）の形成状態を計測し、その形成状態と投影光学系の光軸方向に関するウエハの位置（以下、適宜「フォーカス位置」ともいう）との相関関係に基づいて最良フォーカス位置を判断する方法、例えばレジスト像のパターン線幅を上記の形成状態として計測する、いわゆるＣＤ（線幅）−フォーカス法などが知られている。

しかしながら、最良フォーカス位置の計測に用いられるテスト用ウエハは、必ずしもその表面が平坦ではないため、計測される最良フォーカス位置にウエハの表面形状に起因する誤差が含まれるおそれがあった。

そこで、投影露光装置に設けられているオートフォーカス装置等を用いて、ウエハの表面形状を計測し、その計測結果に基づいて最良フォーカス位置を補正する方法、あるいは計測点の数を多くするとともに計測点間の間隔を小さくして各計測点における最良フォーカス位置を計測し、統計処理によってウエハの表面形状の影響を小さくする方法などが用いられていた。さらに、特別に研磨してウエハ表面の平坦度を高めた、いわゆる超平坦度ウエハ（スーパーフラットウエハ）等を用いて最良フォーカス位置を計測することも行なわれていた。

しかしながら、半導体素子等が高集積化するにつれて、上述したオートフォーカス装置等を用いる方法では、必要とされる計測精度を満足することが困難となり、補正を行なっても誤差が残留（残存）する可能性が生じてきた。

また、上述した計測点の数を多くする方法では、計測に要する時間が大きく増加し、スループットを低下させるという不都合があった。

さらに、上述した超平坦度ウエハ等を用いる方法では、コストが高くなるとともに、ウエハホルダ表面あるいはウエハ裏面のゴミ等に起因してウエハ表面の平坦度が低下し、計測結果に誤差が含まれるおそれがあった。

また、将来的に、半導体素子はさらに高集積化し、これに伴い、露光装置に要求される転写精度はますます厳しくなることは確実である。そこで、将来の露光装置に許容されるトータルオーバーレイ誤差を考慮すれば、上記計測結果に含まれる誤差に起因する転写誤差も無視できなくなってきている。

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、スループットを低下させることなく、低コストで精度良く露光装置の性能を評価するための情報を計測することができる露光装置の性能情報計測方法及び性能情報計測装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、高精度な露光を実現できる露光方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、第１面上のパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して第２面上に転写する露光装置の性能を評価するための情報を計測する露光装置の性能情報計測方法であって、複数の計測用パターン（ＰＵ_i,j）が形成されたマスク（Ｒ_T）を前記第１面上に配置し、前記投影光学系の前記第２面側に配置された表面に感光層を有する物体（Ｗ_T）の位置を前記投影光学系の光軸方向に変化させ、その光軸方向の位置毎に、前記投影光学系を介して前記計測用パターンの像を前記物体上の第１の領域内の複数の部分領域にそれぞれ形成する第１工程と；前記物体の位置を前記投影光学系の光軸方向に変化させ、その光軸方向の位置毎に、前記投影光学系を介して前記計測用パターンの像を前記物体上の第２の領域内の複数の部分領域にそれぞれ形成する第２工程と；前記第１工程で形成された前記計測用パターンの像の形成状態に関する情報に基づいて前記投影光学系の第１のフォーカス情報を求める第３工程と；前記第２工程で形成された前記計測用パターンの像の形成状態に関する情報に基づいて前記投影光学系の第２のフォーカス情報を求める第４工程と；前記第１のフォーカス情報と前記第２のフォーカス情報とに基づいて、前記物体の表面形状情報を求める第５工程と；を含む露光装置の性能情報計測方法である。

本明細書において、フォーカス情報とは、最良フォーカス位置に限らず、物体の表面形状を求める基となるフォーカス情報の全てを含む。

これによれば、投影光学系の光軸方向に関する物体の位置毎に、投影光学系を介して計測用パターンの像を物体上の第１の領域内の複数の部分領域にそれぞれ形成し（第１工程）、次に、投影光学系の光軸方向に関する物体の位置毎に、投影光学系を介して計測用パターンの像を物体上の第２の領域内の複数の部分領域にそれぞれ形成する（第２工程）。この結果、第１の領域内及び第２の領域内の各部分領域には、転写時の光軸方向に関する物体の位置が異なる計測用パターンの像が形成される。

さらに、第１工程で形成された計測用パターンの像の形成状態に関する情報に基づいて投影光学系の第１のフォーカス情報を求め（第３工程）、第２工程で形成された計測用パターンの像の形成状態に関する情報に基づいて投影光学系の第２のフォーカス情報を求める（第４工程）。この結果、同一の計測用パターンに由来する２つのフォーカス情報が得られる。

そして、第１のフォーカス情報と第２のフォーカス情報とに基づいて、物体の表面形状情報を求める（第５工程）。例えば、同一の計測用パターンに由来する第１のフォーカス情報と第２のフォーカス情報との差から、投影光学系の光軸方向に関する第１の領域と第２の領域との位置の差、すなわち、物体表面の平坦度を求めることができる。さらに、露光装置の性能を評価するための情報の計測結果が物体の表面形状に依存する成分を含む場合には、ここで求められた物体の表面形状情報に基づいて物体の表面形状に依存する成分を補正することにより露光装置の性能に関する情報のみを抽出することができる。すなわち、高価な超平坦度ウエハ等を必要とせずに、しかも従来と同等の計測点数であっても、従来に比べて精度良く露光装置の性能を評価するための情報を計測することができる。

従って、請求項１に記載の発明によれば、スループットを低下させることなく、低コストで精度良く露光装置の性能を評価するための情報を計測することが可能となる。

この場合において、請求項２に記載の露光装置の性能情報計測方法の如く、前記第１のフォーカス情報と前記第２のフォーカス情報と前記表面形状情報とに基づいて、前記露光装置の性能を評価するための情報を求める第６工程を更に含むこととすることができる。

この場合において、請求項３に記載の露光装置の性能情報計測方法の如く、前記第１工程に先だって、前記投影光学系を調整する第７工程を更に含み、前記第１工程及び第２工程では、前記マスクと前記物体とを同期移動させつつ前記計測用パターンの像を前記物体上に形成することとすることができる。

この場合において、前記露光装置の性能を評価するための情報としては、種々のものが考えられるが、請求項４に記載の露光装置の性能情報計測方法の如く、前記露光装置の性能を評価するための情報は、前記投影光学系の光学特性に関する情報を含むこととしても良い。

この場合において、請求項５に記載の露光装置の性能情報計測方法の如く、前記第１工程に先だって、前記投影光学系の光学特性に関する情報に基づいて、前記投影光学系を調整する工程を更に含むこととすることができる。

上記請求項２〜５に記載の各露光装置の性能情報計測方法において、前記露光装置の性能を評価するための情報としては、種々のものが考えられるが、請求項６に記載の露光装置の性能情報計測方法の如く、前記露光装置の性能を評価するための情報は、前記物体の走査特性に関する情報を含むこととすることができる。

本明細書において、物体の走査特性に関する情報とは、走査露光時における物体の移動面の傾斜やうねり等の情報を含む。

上記請求項１〜６に記載の各露光装置の性能情報計測方法において、請求項７に記載の露光装置の性能情報計測方法の如く、前記第１工程及び第２工程では、前記物体の前記投影光学系の光軸方向の位置変化は、前記物体を傾斜させることなく行なうこととすることができる。

上記請求項１〜７に記載の各露光装置の性能情報計測方法において、請求項８に記載の露光装置の性能情報計測方法の如く、前記物体の表面形状情報は、前記第１のフォーカス情報と第２のフォーカス情報との差に基づいて算出されることとしても良い。

上記請求項１〜８に記載の各露光装置の性能情報計測方法において、請求項９に記載の露光装置の性能情報計測方法の如く、前記計測用パターンは、特定の方向に等間隔で配置されていることとすることができる。

この場合において、請求項１０に記載の露光装置の性能情報計測方法の如く、前記特定の方向に関する前記計測用パターン間の距離をＬとし、前記投影光学系の投影倍率をＭとすると、前記第１の領域と第２の領域との前記特定の方向に関する距離はＬ×Ｍであることとしても良い。

上記請求項１〜１０に記載の各露光装置の性能情報計測方法において、前記計測用パターンとしては、種々のパターンが考えられるが、請求項１１に記載の露光装置の性能情報計測方法の如く、前記計測用パターンは、ラインアンドスペースパターンを含むこととすることができる。

上記請求項１〜１１に記載の各露光装置の性能情報計測方法において、前記計測用パターンの像の形成状態に関する情報としては、種々の情報が考えられるが、請求項１２に記載の露光装置の性能情報計測方法の如く、前記計測用パターンの像の形成状態に関する情報は、前記計測用パターンの像の線幅情報を含むこととすることができる。

請求項１３に記載の発明は、マスク（Ｒ）のパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して基板ステージ（２０）に保持された基板（Ｗ）上に転写する露光装置（１００）の性能を評価するための情報を計測する性能情報計測装置であって、前記基板ステージの位置を前記投影光学系の光軸方向に変化させ、その光軸方向の位置毎に、前記投影光学系を介して計測用パターン（ＰＵ_i,j）の像を前記基板ステージに保持された表面に感光層を有する物体（Ｗ_T）上の第１の領域内の複数の部分領域にそれぞれ形成する第１の像形成装置と；前記基板ステージの位置を前記投影光学系の光軸方向に変化させ、その光軸方向の位置毎に、前記投影光学系を介して前記計測用パターンの像を前記物体上の第２の領域内の複数の部分領域にそれぞれ形成する第２の像形成装置と；前記第１の像形成装置にて形成された前記計測用パターンの像の形成状態に基づいて前記投影光学系の第１のフォーカス情報を求める第１のフォーカス情報取得装置と；前記第２の像形成装置にて形成された前記計測用パターンの像の形成状態に基づいて前記投影光学系の第２のフォーカス情報を求める第２のフォーカス情報取得装置と；前記第１のフォーカス情報と前記第２のフォーカス情報とに基づいて、前記物体の表面形状情報を求める形状情報取得装置と；前記第１のフォーカス情報と前記第２のフォーカス情報と前記表面形状情報とに基づいて、前記露光装置の性能を評価するための情報を算出する算出装置と；を含む性能情報計測装置である。

これによれば、第１の像形成装置及び第２の像形成装置では、基板ステージの位置を投影光学系の光軸方向に変化させ、その光軸方向の位置毎に、投影光学系を介して計測用パターンの像を物体上の第１の領域内及び第２の領域内の複数の部分領域にそれぞれ形成する。その結果、第１の領域と第２の領域に同一の計測用パターンに由来する転写像がそれぞれ形成される。

また、第１のフォーカス情報取得装置では、第１の像形成装置にて形成された計測用パターンの像の形成状態に基づいて投影光学系の第１のフォーカス情報を求め、第２のフォーカス情報取得装置では、第２の像形成装置にて形成された計測用パターンの像の形成状態に基づいて投影光学系の第２のフォーカス情報を求める。その結果、物体上の異なる領域で同一の計測用パターンに由来するフォーカス情報が得られる。

そして、形状情報取得装置では、第１のフォーカス情報と第２のフォーカス情報とに基づいて物体の表面形状情報を求める。例えば、同一の計測用パターンに由来する第１のフォーカス情報と第２のフォーカス情報との差から、投影光学系の光軸方向に関する第１の領域と第２の領域との位置の差、すなわち、物体表面の平坦度を求めることができる。

さらに、算出装置では、第１のフォーカス情報と第２のフォーカス情報と表面形状情報とに基づいて露光装置の性能を評価するための情報を算出する。その結果、物体の表面形状に依存する成分が補正された露光装置の性能を評価するための情報が得られる。すなわち、高価な超平坦度ウエハ等を必要とせずに、しかも従来と同等の計測点数であっても、従来に比べて精度良く露光装置の性能を評価するための情報を計測することができる。

従って、請求項１３に記載の性能情報計測装置によれば、スループットを低下させることなく、低コストで精度良く露光装置の性能を評価するための情報を計測することが可能となる。

請求項１４に記載の露光方法は、露光用のエネルギビームをマスク（Ｒ）に照射し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に転写する露光方法であって、請求項４に記載の露光装置の性能情報計測方法によって計測された前記投影光学系の光学特性に関する情報を考慮して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マスクに形成されたパターンを前記基板に転写する工程と；を含む露光方法である。

これによれば、請求項４に記載の露光装置の性能情報計測方法によって計測された投影光学系の光学特性に関する情報を考慮して最適な転写が行えるように投影光学系が調整され、その調整された投影光学系を介してマスクに形成されたパターンを基板上に転写するので、微細パターンを基板上に高精度に転写することができる。

請求項１５に記載の露光方法は、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを同期移動して、前記マスクのパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して基板上に転写する露光方法であって、請求項６に記載の露光装置の性能情報計測方法によって前記基板の走査特性に関する情報を計測する工程と；前記マスクと前記基板とを同期移動するとともに、該同期移動中に前記走査特性に関する情報の計測結果を考慮して前記基板の位置を制御しつつ、前記マスクの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工程と；を含む露光方法である。

これによれば、請求項６に記載の露光装置の性能情報計測方法によって基板の走査特性に関する情報が計測され、該計測結果を考慮してマスクと基板とを同期制御しつつ、マスクのパターンが投影光学系を介して基板上に転写される。このため、微細パターンを基板上に高精度に転写することができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１３に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る露光装置の性能情報計測方法及び露光方法の実施に好適な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１００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。

この露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、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、レチクルステージＲＳＴを駆動するレチクルステージ駆動系２９、レチクルＲに形成されたパターンの像を感光剤（フォトレジスト）が塗布された物体（及び基板）としてのウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持して２次元平面（ＸＹ平面内）を移動するＸＹステージ２０、ＸＹステージ２０を駆動するウエハステージ駆動系２２、及びこれらの制御系等を備えている。この制御系は、装置全体を統括制御する主制御装置２８を中心として構成されている。

前記照明系ＩＯＰは、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザなどから成る光源と、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ、又は回折光学素子など）を含む照度均一化光学系、照明視野絞りとしてのレチクルブラインド、リレーレンズ系及びコンデンサレンズ系等（いずれも図示省略）を含む照明光学系とから構成されている。

照明系ＩＯＰによると、光源で発生した露光用のエネルギビームとしての照明光（以下、「照明光ＩＬ」と呼ぶ）は、照度均一化光学系により照度分布がほぼ均一な光束に変換される。照度均一化光学系から射出された照明光ＩＬは、リレーレンズ系を介してレチクルブラインドに達する。このレチクルブラインドの開口を通過した光束は、リレーレンズ系、コンデンサレンズ系を通過してレチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形スリット状の照明領域ＩＡＲを均一な照度分布で照明する。

前記レチクルステージＲＳＴは、照明系ＩＯＰの図１における下方に配置されている。このレチクルステージＲＳＴ上には不図示のバキュームチャック等を介してレチクルＲが吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、Ｙ軸方向（図１における紙面左右方向）、Ｘ軸方向（図１における紙面直交方向）及びθｚ方向（ＸＹ面に直交するＺ軸回りの回転方向）に微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向（ここではＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。

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）２１からのレーザビームを反射する移動鏡１５が固定されており、レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置はレチクル干渉計２１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Ｙ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡と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、これらの移動鏡に対応してレチクルＹ干渉計とレチクルＸ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１５、レチクル干渉計２１として示されている。なお、例えば、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１５の反射面に相当）を形成しても良い。また、レチクルステージＲＳＴの走査方向（本実施形態ではＹ軸方向）の位置検出に用いられるＸ軸方向に伸びた反射面の代わりに、少なくとも１つのコーナーキューブ型ミラーを用いても良い。ここで、レチクルＹ干渉計とレチクルＸ干渉計の一方、例えばレチクルＹ干渉計は、測長軸を２軸有する２軸干渉計であり、このレチクルＹ干渉計の計測値に基づきレチクルステージＲＳＴのＹ位置に加え、θｚ方向の回転も計測できるようになっている。

前記レチクル干渉計２１からのレチクルステージＲＳＴの位置情報は主制御装置２８に送られ、主制御装置２８はこのレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動系２９を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。

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、その光軸ＡＸｐの方向がＸＹ面に直交するＺ軸方向となるように配置されている。この投影光学系ＰＬとしては、ここでは両側テレセントリックな縮小系であって、Ｚ軸方向の共通の光軸ＡＸｐを有する複数枚のレンズエレメントから成る屈折光学系が用いられている。また、前記レンズエレメントのうちの特定の複数枚は微動可能となっており、主制御装置２８からの指令に基づいて、図示しない結像特性補正コントローラによってその移動が制御され、投影光学系ＰＬの結像特性（光学特性の一部）、例えば倍率、ディストーション、コマ収差、及び像面湾曲などを調整できるようになっている。さらに結像特性補正コントローラは、光源の制御パラメータ（印加電圧など）を調整して、光源から発振される露光光ＩＬの波長を所定範囲内でシフトさせることで、投影光学系ＰＬの結像特性を調整することも可能となっている。

前記ＸＹステージ２０は、実際には不図示のベース上をＹ軸方向に移動するＹステージと、このＹステージ上をＸ軸方向に移動するＸステージとで構成されているが、図１ではこれらがＸＹステージ２０として示されている。このＸＹステージ２０上に基板ステージとしてのウエハテーブル１８が搭載され、このウエハテーブル１８上に不図示のウエハホルダを介してウエハＷが真空吸着等によって保持されている。

ＸＹステージ２０は、走査方向（Ｙ軸方向）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ＩＡＲと共役な投影光学系ＰＬの視野内の投影領域に位置させることができるように、走査方向に直交する非走査方向（Ｘ軸方向）にも移動可能に構成されている。そして、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、次ショットの露光のための走査開始位置（加速開始位置）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。

前記ウエハテーブル１８は、ウエハＷを保持するウエハホルダをＺ軸方向及びＸＹ面に対する傾斜方向に微小駆動するものである。このウエハテーブル１８の上面には、移動鏡２４が設けられており、この移動鏡２４にレーザビームを投射して、その反射光を受光することにより、ウエハテーブル１８のＸＹ面内の位置を計測するレーザ干渉計２６が移動鏡２４の反射面に対向して設けられている。なお、実際には、移動鏡はＸ軸に直交する反射面を有するＸ移動鏡と、Ｙ軸に直交する反射面を有するＹ移動鏡とが設けられ、これに対応してレーザ干渉計もＸ方向位置計測用のＸレーザ干渉計とＹ方向位置計測用のＹレーザ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表して移動鏡２４、レーザ干渉計２６として図示されている。なお、例えば、ウエハテーブル１８の端面を鏡面加工して反射面（移動鏡２４の反射面に相当）を形成しても良い。さらに、例えばボイスコイルモータなどを用いて、ウエハテーブル１８をＸ、Ｙ方向に微動可能、かつＸＹ平面内で微小回転可能に構成しても良い。また、Ｘレーザ干渉計及びＹレーザ干渉計は測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウエハテーブル１８のＸ、Ｙ位置の他、回転（ヨーイング（Ｚ軸回りの回転であるθｚ回転）、ピッチング（Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転）、ローリング（Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転））も計測可能となっている。従って、以下の説明ではレーザ干渉計２６によって、ウエハテーブル１８のＸ、Ｙ、θｚ、θｙ、θｘの５自由度方向の位置が計測されるものとする。なお、このようにして計測されるＸ座標及びＹ座標よりなる座標系（Ｘ，Ｙ）を、以下ではステージ座標系とも呼ぶ。また、多軸干渉計は４５°傾いてウエハテーブル１８に設置される反射面を介して、投影光学系ＰＬが載置される架台（不図示）に設置される反射面にレーザビームを照射し、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ軸方向）に関する相対位置情報を検出するようにしても良い。

レーザ干渉計２６の計測値は主制御装置２８に供給され、主制御装置２８はこのレーザ干渉計２６の計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動系２２を介してＸＹステージ２０を駆動することにより、ウエハテーブル１８のＸＹ面内の位置制御が行われる。

また、ウエハＷ表面のＺ軸方向の位置及び傾斜量は、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示される送光系５０ａ及び受光系５０ｂを有する斜入射方式の多点焦点位置検出系から成るフォーカスセンサＡＦＳによって計測されるようになっている。このフォーカスセンサＡＦＳの計測値も主制御装置２８に供給されており、主制御装置２８は、フォーカスセンサＡＦＳの計測値に基づいてウエハステージ駆動系２２を介してウエハテーブル１８をＺ軸方向及び傾斜方向（θｘ，θｙ方向）に移動し、投影光学系ＰＬの光軸方向に関するウエハＷの位置及び傾きを制御するようになっている。

また、ウエハテーブル１８上には、その表面がウエハＷの表面と同じ高さになるように基準板ＦＰが固定されている。この基準板ＦＰの表面には、後述するアライメント検出系のいわゆるベースライン計測等に用いられる基準マークを含む各種の基準マークが形成されている。

また、投影光学系ＰＬの鏡筒の側面には、オフ・アクシス方式のアライメント検出系ＡＳが取り付けられている。このアライメント検出系ＡＳとしては、例えば、ハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で照明し、ＣＣＤカメラなどで撮像したウエハＷ上のアライメントマーク（又は基準板ＦＰ上の基準マーク）の画像データを画像処理してマーク位置を計測するＦＩＡ（Field Image Alignment）系のオフアクシス・アライメントセンサが用いられている。なお、アライメント検出系ＡＳは画像処理方式に限られるものではなく、例えばアライメントマークを回折格子とし、コヒーレントビームの照射によって回折格子から発生する同次数の回折光を基準格子に照射し、この基準格子から発生する光を検出する方式などでも良い。

アライメント制御装置１６は、アライメント検出系ＡＳからの情報をＡ／Ｄ変換するとともに、レーザ干渉計２６の計測値を参照してマーク位置を検出する。この検出結果はアライメント制御装置１６から主制御装置２８に供給されるようになっている。

さらに、本実施形態の露光装置１００では、図示は省略されているが、レチクルＲの上方に、例えば特開平７−１７６４６８号公報等に開示される、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマーク又はレチクルステージＲＳＴ上の基準マーク（共に図示省略）と基準板ＦＰ上のマークとを同時に観察するための露光波長を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から成る一対のレチクルアライメント顕微鏡が設けられている。これらのレチクルアライメント顕微鏡の検出信号は、アライメント制御装置１６を介して主制御装置２８に供給されるようになっている。

主制御装置２８は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、各種インターフェース等からなるいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含んで構成され、露光動作が的確に行われるように、例えば、レチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を統括して制御する。また、主制御装置２８は、記憶装置２７と接続されており、記憶装置２７に対して各種データの保存や読み出しができるようになっている。

図２には、露光装置１００の性能の一つである投影光学系ＰＬの光学特性を計測するのに用いられるテスト用レチクルＲ_T（以下、「レチクルＲ_T」と略述する）の一例が示されている。このレチクルＲ_Tは、ガラス基板４２の一方の面（図１のレチクルステージＲＳＴに搭載されたときに下面となる面）の中央にパターン領域ＰＡが形成され、パターン領域ＰＡのＸ軸方向の両側には、少なくとも１対のレチクルアライメントマーク（図示省略）が形成されている。

前記パターン領域ＰＡ内には、一例として図２に示されるように、３９（１３×３）個の同一の計測用パターンとしてのテストパターンが形成されており、それらはＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向に１３個がマトリックス状に２次元配置されている。そこで、テストパターンを特定するために、配列ＰＵ_i,j（ｉ＝１〜３、ｊ＝１〜１３）という表記を用いることとする。ここで、添え字ｉはＹ軸方向に関するテストパターンの配列番号を示し、図２の紙面左側（＋Ｙ側）に向かってその値は増加するものとする。添え字ｊはＸ軸方向に関するテストパターンの配列番号を示し、紙面上側（−Ｘ側）に向かってその値は増加するものとする。なお、テストパターンＰＵ_i,jは、３９個全てが同時にレチクルＲ_T上の照明領域ＩＡＲ内に含まれるように配置されている。そして、Ｘ軸方向に関するテストパターン間の距離をＬｘ（例えば２ｍｍ）、Ｙ軸方向に関するテストパターン間の距離をＬｙ（例えば３ｍｍ）とする。さらに、以下においては、適宜、ＰＵ_1,1〜ＰＵ_1,13を「第１パターンユニット」、ＰＵ_2,1〜ＰＵ_2,13を「第２パターンユニット」、ＰＵ_3,1〜ＰＵ_3,13を「第３パターンユニット」という。また、パターン領域ＰＡ内のテストパターンＰＵ_i,jが配置されていない領域は遮光領域となっている。

テストパターンＰＵ_i,jは、一例として図３に示されるように、１０種類のラインアンドスペース（以下、「Ｌ／Ｓ」と略述する）パターンＴＰ１〜ＴＰ１０を含んでいる。Ｌ／ＳパターンＴＰ１〜ＴＰ１０のそれぞれは、５本のラインパターンが周期的に配置されている。なお、本明細書においては、ライン部の幅とスペース部の幅との比が１：１（すなわち、デューティ比が５０パーセント）のもののみでなく、ラインパターンが所定ピッチで所定方向に並んでいるマルチラインパターンの全てを、Ｌ／Ｓパターンと便宜上呼ぶものとする。

Ｌ／ＳパターンＴＰ１〜ＴＰ５では、各ラインパターンはＸ軸方向に伸びＹ軸方向を周期方向として配置されており、Ｌ／ＳパターンＴＰ６〜ＴＰ１０では、各ラインパターンはＹ軸方向に伸びＸ軸方向を周期方向として配置されている。

本実施形態では、一例として、Ｌ／ＳパターンＴＰ１及びＴＰ６では、ラインパターンの線幅は２００ｎｍであり、Ｌ／ＳパターンＴＰ２及びＴＰ７では、ラインパターンの線幅は１８０ｎｍであり、Ｌ／ＳパターンＴＰ３及びＴＰ８では、ラインパターンの線幅は１５０ｎｍであり、Ｌ／ＳパターンＴＰ４及びＴＰ９では、ラインパターンの線幅は１４０ｎｍであり、Ｌ／ＳパターンＴＰ５及びＴＰ１０では、ラインパターンの線幅は１２０ｎｍであるものとする。なお、Ｌ／ＳパターンＴＰ１〜ＴＰ１０のそれぞれは、同一のピッチを有している。従って、これらのＬ／ＳパターンＴＰ１〜ＴＰ１０は、線幅に応じたデューティ比をそれぞれ有している。また、図３に示されるように、テストパターンＰＵ_i,jのＹ軸方向の長さをＰＤｙ、Ｘ軸方向の長さをＰＤｘとする。この長さＰＤｘ，ＰＤｙにより規定される領域ＰＵ_i,jが転写パターンと言うことになるが、後述するウエハ上での転写領域ＷＵ（１つの転写パターンがウエハ上で転写される領域）をなるべく小さくするために、この長さＰＤｘ，ＰＤｙは充分に小さく設定されている。

次に、本実施形態の露光装置１００によりレチクルパターンをテスト用ウエハＷ_T（物体、以下、「ウエハＷ_T」と略述する）上に転写して投影光学系ＰＬの光学特性の１つである像面湾曲を計測するための処理動作について、図４のフローチャートを用いて説明する。図４のフローチャートは、主制御装置２８のＣＰＵによって実行される一連の処理アルゴリズムに対応している。

図４のステップ４０１では、不図示のレチクルローダを用いてレチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲ_Tをロードする。

次のステップ４０３では、不図示のウエハローダを用いてウエハＷ_Tをウエハテーブル１８上にロードする。

次のステップ４０５では、例えば、前述のレチクルアライメント顕微鏡（不図示）により投影光学系ＰＬを介して少なくとも一対のレチクルアライメントマークとこれに対応して基準板ＦＰの表面に形成されている少なくとも一対の基準マークとの相対位置を検出する。そして、そのときのレチクル干渉計２１及びレーザ干渉計２６の測定値とから、レチクル干渉計２１の測長軸によって規定されるレチクルステージ座標系と、レーザ干渉計２６の測長軸によって規定されるウエハステージ座標系との関係を求める。すなわち、このようにして、レチクルアライメントを行なう。

次のステップ４０７では、ウエハＷ_T上におけるテストパターンＰＵ_i,jの転写領域を区別するためのフラグＦに０をセットする。

次のステップ４０９では、ウエハＷ_Tのフォーカス位置の目標値を初期化する。すなわち、ウエハＷ_Tのフォーカス位置の目標値にＺ₁を設定する。なお、本実施形態では、一例としてウエハＷ_Tのフォーカス位置Ｚ_mをＺ₁からΔＺ刻みでＺ₉まで変化させる。

次のステップ４１１では、ウエハＷ_Tのフォーカス位置が目標値（この場合Ｚ₁）と一致するように、フォーカスセンサＡＦＳからの計測値をモニタしながらウエハステージ駆動系２２を介してウエハテーブル１８をＺ軸方向に微少駆動する。但し、ここでは、ウエハＷ_Tの露光面の傾きを補正するためにウエハテーブル１８をＸ軸回り及びＹ軸回りに回転する、いわゆるレベリング機能は動作させない。この理由については後述する。

次のステップ４１３では、この状態で露光を行なう。なお、ここでは、投影光学系ＰＬの像面湾曲を計測するのが目的であるために、露光中はレチクルＲ_TとウエハＷ_T、すなわちレチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０は、静止させたままである。これにより、レチクルＲ_Tのパターンが投影光学系ＰＬを介してウエハＷ_T上に縮小転写される。すなわち、本実施形態では、３９個のテストパターンＰＵ_i,jの転写像（潜像）が、ウエハＷ_T上に形成される。

次のステップ４１５では、ウエハＷ_Tのフォーカス位置の目標値がＺ₉であるか否かを判断する。ここでは、最初の目標値Ｚ₁での露光が終了しただけであるため、ステップ４１５での判断は否定されステップ４１７に移行する。

このステップ４１７では、ウエハＷ_Tのフォーカス位置の目標値にΔＺを加算する。

次のステップ４１９では、レーザ干渉計２６の計測値をモニタしつつウエハステージ駆動系２２を介してＸＹステージ２０を移動し、ウエハＷ_Tを−Ｙ方向に次の（１）式で示される距離ΔＹ１だけシフトする。そして、前記ステップ４１１に戻る。

ΔY1=2・PDy・β……（１）

上記（１）式におけるβは投影光学系ＰＬの投影倍率である。

以下、ステップ４１５での判断が肯定されるまで、ステップ４１１→４１３→４１５→４１７→４１９の処理、判断を繰り返す。

ステップ４１５では、そのとき設定されているウエハＷ_Tのフォーカス位置の目標値がＺ₉であれば、ここでの判断は肯定され、ステップ４２１に移行する。

ステップ４１５での判断が肯定されたときに、ウエハＷ_T上に形成されているテストパターンの転写領域（第１の領域）の一例が図５に示されている。なお、図５には、便宜上、第２パターンユニットの転写領域のみが示されている。ここで、フォーカス位置の目標値がＺ_mのときのテストパターンＰＵ_i,jの転写領域（部分領域）をＷＵ_f,m,i,jと表記する。添え字ｆはフラグＦの値（この場合は０）を意味している。従って、図５における紙面左下の転写領域は、ＷＵ_0,1,2,1であり、図５における紙面右上の転写領域は、ＷＵ_0,9,2,13である。すなわち、ＷＵ_0,1,2,1〜ＷＵ_0,9,2,13の１１７（＝１３×９）個の転写領域が形成されている。なお、ウエハＷ_T上には、第１パターンユニットが転写された領域ＷＵ_0,1,1,1〜ＷＵ_0,9,1,13及び第３パターンユニットが転写された領域ＷＵ_0,1,3,1〜ＷＵ_0,9,3,13（いずれも不図示）も同様に形成されている。

図４に戻り、次のステップ４２１では、フラグＦの値に応じて分岐先を判断する。ここでは、Ｆ＝０なのでステップ４２３へ分岐する。

このステップ４２３では、ウエハＷ_Tを所定の目標位置（以下、便宜上「第１の目標位置」と呼ぶ）に位置決めするため、ＸＹステージ２０をＸＹ面内で移動する。例えば、以下の手順でＸＹステージ２０を移動する。

すなわち、先ずウエハＷ_Tを最初の位置に戻すために、ウエハＷ_Tが距離（ΔＹ１×８）だけ＋Ｙ方向にシフトするようにＸＹステージ２０を移動する。次に、ウエハＷ_Tが次の（２）式で算出される距離ＷＬｘだけ＋Ｘ方向にシフトするようにＸＹステージ２０を移動する（図６参照）。なお、（２）式において、Ｌｘは、Ｘ軸方向に隣り合うテストパターン間のＸ軸方向に関する距離である（図２参照）。

WLx=β・Lx ……（２）

さらに、ウエハＷ_Tが次の（３）式で示される距離ΔＹ２だけ−Ｙ方向にシフトするようにＸＹステージ２０を移動する（図６参照）。

ΔY2=PDy・β ……（３）

この結果、ウエハは、ステップ４２３における移動開始前の位置からＸ軸方向に関して＋ＷＬｘ、Ｙ軸方向に関して（８ΔＹ１−ΔＹ２）だけシフトした第１の目標位置、すなわち、最初の位置から＋Ｘ方向にＷＬｘ、−Ｙ方向にΔＹ２だけシフトした位置に位置決めされる。勿論、上記の３段階の手順で移動する必要はなく、ステップ４２３における移動開始前の位置から上記の第１の目標位置に向かって直線的にＸＹステージ２０を移動しても良い。

次のステップ４２５では、フラグＦの値を１に変更した後、ステップ４０９に戻る。

このステップ４０９では、ウエハＷ_Tのフォーカス位置の目標値を初期化する。すなわち、目標値にＺ₁を設定する。

以下、ステップ４１５での判断が肯定されるまで、ステップ４１１→４１３→４１５→４１７→４１９の処理、判断を繰り返す。

ステップ４１５での判断が肯定されると、ステップ４２１に移行する。

ステップ４１５での判断が肯定されたときに、ウエハＷ_T上に形成されているテストパターンの転写領域の一例が図６に示されている。なお、図６には、便宜上、ウエハＷ_T上の図５と同じ場所が示されており、図６中の斜線で示される転写領域は、Ｆ＝１のときに第２パターンユニットが転写された領域（第２の領域の一部）ＷＵ_1,1,2,1〜ＷＵ_1,9,2,13である。例えば、図６における紙面左下の斜線で示される転写領域はＷＵ_1,1,2,1であり、図６における紙面右上の斜線で示される転写領域はＷＵ_1,9,2,13である。なお、図６中の白抜きで示される転写領域は、前述したＦ＝０のときの転写領域ＷＵ_0,1,2,1〜ＷＵ_0,9,2,13である。また、ウエハＷ_T上には、Ｆ＝１のときに第１パターンユニットが転写された領域（第２の領域の一部）ＷＵ_1,1,1,1〜ＷＵ_1,9,1,13及び第３パターンユニットが転写された領域（第２の領域の一部）ＷＵ_1,1,3,1〜ＷＵ_1,9,3,13（いずれも不図示）も同様に形成されている。

ステップ４２１では、Ｆ＝１であるのでステップ４２９に分岐する。

このステップ４２９では、ウエハＷ_Tを次の目標位置（以下、便宜上「第２の目標位置」と呼ぶ）に位置決めするため、ＸＹステージ２０をＸＹ面内で移動する。例えば、以下の手順でＸＹステージ２０を移動する。

すなわち、先ずウエハＷ_Tを最初の位置に戻すために、ウエハＷ_Tが距離（ΔＹ１×８＋ΔＹ２）だけ＋Ｙ方向に、距離ＷＬｘだけ−Ｘ方向にシフトするようにＸＹステージ２０を移動する。次いで、ウエハＷ_Tが次の（４）式で算出される距離ＷＬｙだけ−Ｙ方向にシフトするようにＸＹステージ２０を移動する。ここで、ＬｙはＹ軸方向に隣り合うテストパターン間のＹ軸方向に関する距離である（図２参照）。

WLy=β・Ly ……（４）

さらに、ウエハＷ_Tが次の（５）式で算出される距離ΔＸ１だけ＋Ｘ方向にシフトするようにＸＹステージ２０を移動する。

ΔX1=PDx・β ……（５）

この結果、ウエハは、ステップ４２９における移動開始前の位置からＸ軸方向に関して（−ＷＬｘ＋ΔＸ１）、Ｙ軸方向に関して（８×ΔＹ１＋ΔＹ２−ＷＬｙ）だけシフトした第２の目標位置、すなわち、最初の位置から＋Ｘ方向にΔＸ１、−Ｙ方向にＷＬｙだけシフトした位置に位置決めされる。勿論、上記の３段階の手順で移動する必要はなく、ステップ４２９における移動開始前の位置から上記の第２の目標位置に向かって直線的にＸＹステージ２０を移動しても良い。

次のステップ４３１では、フラグＦの値を２に変更した後、ステップ４０９に戻る。

このステップ４０９では、ウエハＷ_Tのフォーカス位置の目標値を初期化する。すなわち目標値にＺ₁を設定する。

以下、ステップ４１５での判断が肯定されるまで、ステップ４１１→４１３→４１５→４１７→４１９の処理、判断を繰り返す。

図４のステップ４１５での判断が肯定されると、ステップ４２１に移行する。

ステップ４１５での判断が肯定されたときに、ウエハＷ_T上に形成されているテストパターンの転写領域の一例が図７に示されている。なお、図７には、便宜上、ウエハＷ_T上の図６と同じ場所が示されており、図７中のダブルハッチングで示される領域はＦ＝２のときに第１パターンユニットが転写された領域ＷＵ_2,1,1,1〜ＷＵ_2,9,1,13である。例えば、図７における紙面左下のダブルハッチング領域はＷＵ_2,1,1,1であり、図７における紙面右上のダブルハッチング領域はＷＵ_2,9,1,13である。なお、図７中の斜線で示される転写領域は、前述したＦ＝１のときの転写領域ＷＵ_1,1,2,1〜ＷＵ_1,9,2,13であり、図７中の白抜きで示される転写領域は、前述したＦ＝０のときの転写領域ＷＵ_0,1,2,1〜ＷＵ_0,9,2,13である。また、ウエハＷ_T上には、Ｆ＝２のときに第２パターンユニットが転写された領域ＷＵ_2,1,2,1〜ＷＵ_2,9,2,13及び第３パターンユニットが転写された領域ＷＵ_3,1,3,1〜ＷＵ_3,9,3,13（いずれも不図示）も同様に形成されている。

ここで、各転写領域ＷＵ_f,m,i,jは非常に小さいので、図７に示されるように、転写領域ＷＵ_0,m,2,1及びＷＵ_2,m,1,1（ｍ＝１〜９）のＸ座標値をＸ₁、転写領域ＷＵ_0,m,2,2、ＷＵ_1,m,2,1及びＷＵ_2,m,1,2（ｍ＝１〜９）のＸ座標値をＸ₂、転写領域ＷＵ_0,m,2,3、ＷＵ_1,m,2,2及びＷＵ_2,m,1,3（ｍ＝１〜９）のＸ座標値をＸ₃、……、転写領域ＷＵ_0,m,2,13、ＷＵ_1,m,2,12及びＷＵ_2,m,1,13（ｍ＝１〜９）のＸ座標値をＸ₁₃、転写領域ＷＵ_1,m,2,13（ｍ＝１〜９）のＸ座標値をＸ₁₄とする。

また、本実施形態では、ウエハＷ_T上におけるテストパターンの転写領域は、一例として図８に示されるように、４つのグループ（ＷＰ１、ＷＰ２、ＷＰ３、ＷＰ４）に大別することができる。グループＷＰ１には、Ｆ＝０及びＦ＝１での第１パターンユニットの転写領域が含まれる。グループＷＰ２には、Ｆ＝０及びＦ＝１での第２パターンユニットの転写領域とＦ＝２での第１パターンユニットの転写領域とが含まれる（図７参照）。グループＷＰ３には、Ｆ＝０及びＦ＝１での第３パターンユニットの転写領域とＦ＝２での第２パターンユニットの転写領域とが含まれる。グループＷＰ４には、Ｆ＝２での第３パターンユニットの転写領域が含まれる。そして、グループＷＰ１の中心のＹ座標値をＹ₁、グループＷＰ２の中心のＹ座標値をＹ₂、グループＷＰ３の中心のＹ座標値をＹ₃、グループＷＰ４の中心のＹ座標値をＹ₄とする。ここで、転写領域ＷＵ_f,m,i,jは非常に小さいため、便宜上、グループＷＰ１の各転写領域のＹ座標値はすべて同一、すなわちＹ₁とみなすこととする。同様にグループＷＰ２の各転写領域のＹ座標値はすべてＹ₂、グループＷＰ３の各転写領域のＹ座標値はすべてＹ₃、グループＷＰ４の各転写領域のＹ座標値はすべてＹ₄とみなすこととする。なお、図８では、便宜上、転写領域ＷＵ_f,m,i,jの図示は省略している。

そこで、本実施形態では、座標値（Ｘ_p、Ｙ_q）（ｐ＝１〜１４、ｑ＝１〜４）で示されるウエハＷ_T上の各位置を計測点とする。

図４に戻り、次のステップ４２１では、Ｆ＝２であるのでステップ４３３に分岐する。

このステップ４３３では、不図示のウエハアンローダを介してウエハＷ_Tをウエハテーブル１８上からアンロードした後、不図示のウエハ搬送系により、ウエハＷ_Tを露光装置１００にインラインにて接続されている不図示のコータ・デベロッパに搬送する。

次のステップ４３５では、図示しないコータ・デベロッパの制御系にウエハＷ_Tの現像を指示する。これによって、コータ・デベロッパにてウエハＷ_Tの現像が行なわれる。コータ・デベロッパでの現像の終了により、ウエハＷ_T上の転写領域ＷＵ_f,m,i,j毎に、Ｌ／ＳパターンＴＰ１〜ＴＰ１０それぞれのレジスト像が形成される。

そして、ウエハＷ_Tの現像が終了したことを、不図示のコータ・デベロッパの制御系からの通知により確認すると、アライメント検出系ＡＳを用いてレジスト像の線幅計測を行なうため、ステップ４３７に移行して、不図示のウエハローダに指示し、ウエハＷ_Tをウエハテーブル１８上に再度ロードする。そして、ステップ４３９のウエハＷ_Tの表面形状情報を算出するサブルーチンに移行する。

このステップ４３９のサブルーチンでは、まず、図９のステップ５０１において、ウエハＷ_T上に形成されたレジスト像を、アライメント検出系ＡＳを用いて順次撮像し、その撮像データに基づいて所定の画像処理を行ない、転写領域ＷＵ_f,m,i,j毎に、Ｌ／ＳパターンＴＰ１〜ＴＰ１０それぞれのレジスト像の線幅を計測する。なお、ここではコマ収差の影響を除くために５本のラインパターンのうち、周期方向に関して中央部に配置されたラインパターンのレジスト像の線幅を計測する。

次のステップ５０５では、Ｙ座標値がＹ₂でのＸ軸方向に関するウエハＷ_Tの表面形状情報を算出するために、グループＷＰ２に含まれる各レジスト像の線幅値に基づいて各計測点での最良フォーカス位置を、一例として以下の手順で求める。なお、計測点（Ｘ_p、Ｙ_q）での最良フォーカス位置をＢ_f,p,qと表記する。添え字ｆはフラグＦの値を意味している。

すなわち、先ず、計測点（Ｘ₁、Ｙ₂）における最良フォーカス位置を求める。ここでは、Ｆ＝０のときにテストパターンＰＵ_2,1が転写された９個の転写領域（ＷＵ_0,1,2,1、ＷＵ_0,2,2,1、ＷＵ_0,3,2,1、・・・・・・、ＷＵ_0,9,2,1）において計測された各レジスト像の線幅値に基づいて、一例として図１０に示されるように、Ｌ／ＳパターンＴＰ１のレジスト像の線幅値とフォーカス位置Ｚとの相関関係を示す近似曲線を求め、該近似曲線の極値ＦＰ₁を求める。さらに、Ｌ／ＳパターンＴＰ２〜ＴＰ１０のレジスト像についても、それぞれ線幅値とフォーカス位置との相関関係を示す近似曲線を求め、各近似曲線の極値ＦＰ₂〜ＦＰ₁₀を求める。そして、上記の如くして得られた１０個の極値ＦＰ₁〜ＦＰ₁₀を統計処理（例えば、平均化）し、その結果を最良フォーカス位置Ｂ_0,1,2とする。

次に、計測点（Ｘ₂、Ｙ₂）における最良フォーカス位置を求める。ここでは、Ｆ＝０のときにテストパターンＰＵ_2,2が転写された９個の転写領域（ＷＵ_0,1,2,2、ＷＵ_0,2,2,2、ＷＵ_0,3,2,2、……、ＷＵ_0,9,2,2）において計測された各レジスト像の線幅値に基づいて、上記と同様にして最良フォーカス位置Ｂ_0,2,2を求める。さらに、Ｆ＝１のときにテストパターンＰＵ_2,1が転写された９個の転写領域（ＷＵ_1,1,2,1、ＷＵ_1,2,2,1、ＷＵ_1,3,2,1、……、ＷＵ_1,9,2,1）において計測された各レジスト像の線幅値に基づいて、上記と同様にして最良フォーカス位置Ｂ_1,2,2を求める。

以下、同様にして他の計測点（Ｘ_p、Ｙ₂）（ｐ＝３〜１４）における最良フォーカス位置を求める。

本実施形態では、一例として図１１（Ａ）に示されるように、計測点（Ｘ₁、Ｙ₂）〜（Ｘ₁₃、Ｙ₂）において、Ｆ＝０のときに転写されたテストパターンのレジスト像の線幅値に基づいて第１の最良フォーカス位置（第１のフォーカス情報）が得られ、一例として図１１（Ｂ）に示されるように、計測点（Ｘ₂、Ｙ₂）〜（Ｘ₁₄、Ｙ₂）において、Ｆ＝１のときに転写されたテストパターンのレジスト像の線幅値に基づいて第２の最良フォーカス位置（第２のフォーカス情報）が得られる。

従来は、各計測点での最良フォーカス位置を統計処理（例えば、最小自乗法）して像面湾曲を求めていた。しかしながら、一例として図１１（Ｃ）に示されるように、同一のテストパターンに由来する最良フォーカス位置であっても、第１の最良フォーカス位置と第２の最良フォーカス位置とは必ずしも一致していない。これは、ウエハＷ_Tの表面形状が平坦ではないことに起因している。

ここで、最良フォーカス位置の計測結果とウエハＷ_Tの表面形状との関係について考察する。

先ず、ここでウエハＷ_T上の計測点（Ｘ_p、Ｙ_q）のＺ軸方向に関する所定の基準位置からの距離（以下、便宜上「Ｚ高さ」という）をＤｚ_p,qとする。また、ウエハＷ_Tの表面が平坦であると仮定したときにテストパターンＰＵ_i,jの転写像に基づいて得られる仮想的な最良フォーカス位置をＨ_i,jとする。

そこで、例えば、計測点（Ｘ₁、Ｙ₂）に転写されたテストパターンＰＵ_2,1の転写像に基づいて得られる第１の最良フォーカス位置Ｂ_0,1,2は、次の（６）式で示されるように、仮想的な最良フォーカス位置Ｈ_2,1とＺ高さＤｚ_1,2とが加算されたものであると考えることができる。

B_0,1,2=H_2,1+Dz_1,2 ……（６）

また、例えば、計測点（Ｘ₂、Ｙ₂）に転写されたテストパターンＰＵ_2,1の転写像に基づいて得られる第２の最良フォーカス位置Ｂ_1,2,2は、次の（７）式で示されるように、仮想的な最良フォーカス位置Ｈ_2,1とＺ高さＤｚ_2,2とが加算されたものであると考えることができる。

B_1,2,2=H_2,1+Dz_2,2 ……（７）

次に、上記（７）式と（６）式の差を求めると、次の（８）式が得られる。

B_1,2,2-B_0,1,2=Dz_2,2-Dz_1,2 ……（８）

上記（８）式から明らかなように、第２の最良フォーカス位置Ｂ_1,2,2と第１の最良フォーカス位置Ｂ_0,1,2との差は、テストパターンＰＵ_2,1が転写された２つの計測点（Ｘ₂、Ｙ₂）と（Ｘ₁、Ｙ₂）のＺ高さの差を意味している。すなわち、同一のテストパターンがウエハＷ_T上の異なる計測点に転写された場合、各計測点で得られる最良フォーカス位置の差は、Ｚ高さの差を示している。

図９に戻り、ステップ５０７では、上記考察に基づき、Ｘ軸方向に関して隣り合う２つの計測点（Ｘ_p、Ｙ₂）と（Ｘ_p+1、Ｙ₂）のＺ高さの差を求めるために、同一のテストパターンに由来する２つの最良フォーカス位置、すなわち、第２の最良フォーカス位置Ｂ_1,p+1,2と第１の最良フォーカス位置Ｂ_0,p,2との差（以下、「第１のフォーカス差」という）ΔＤＸ_p,2（ｐ＝１〜１３）を、次の（９）式を用いて算出する。

ΔDX_p,2=B_1,p+1,2-B_0,p,2 ……（９）
ここで算出された第１のフォーカス差ΔＤＸ_p,2の一例が図１２（Ａ）に示されている。この図１２（Ａ）において、例えば、ΔＤＸ_5,2は、計測点（Ｘ₆、Ｙ₂）と（Ｘ₅、Ｙ₂）のＺ高さの差を示している。

図９に戻り、次のステップ５０９では、一例として計測点（Ｘ₁、Ｙ₂）におけるＺ軸方向の位置を基準位置とし、次の（１０）式に示されるように、第１のフォーカス差ΔＤＸ_p,2を順次積算して、計測点（Ｘ_p、Ｙ₂）（ｐ＝２〜１４）におけるＺ高さＤ_p,2を求める。なお、計測点（Ｘ₁、Ｙ₂）を基準位置としているため、Ｄ_1,2＝０である。

D_p,2=D_p-1,2+ΔDX_p-1,2 ……（１０）
ここで、算出されたＺ高さＤ_p,2は、一例として、図１２（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向（但し、Ｙ＝Ｙ₂）に関するウエハＷ_Tの相対的な表面形状を示している。

次のステップ５１１では、前記と同様にして、グループＷＰ１及びＷＰ３における第１の最良フォーカス位置Ｂ_0,p,1及びＢ_0,p,3（ｐ＝１〜１３）を求める。また、Ｆ＝２のときに転写されたテストパターンのレジスト像の線幅値に基づいて第３の最良フォーカス位置Ｂ_2,p,q（ｐ＝１〜１３、ｑ＝２〜４）を求める。

次のステップ５１３では、Ｙ軸方向に隣り合う２つの計測点（Ｘ_p、Ｙ_q+1）と（Ｘ_p、Ｙ_q）のＺ高さの差を求めるために、第３の最良フォーカス位置Ｂ_2,p,q+1と第１の最良フォーカス位置Ｂ_0,p,qの差（以下、「第２のフォーカス差」という）ΔＤＹ_p,q（ｐ＝１〜１３、ｑ＝１〜３）を、次の（１１）式を用いて算出する。

ΔDY_p,q=B_2,p,q+1-B_0,p,q ……（１１）

そして、次のステップ５１５では、上記の如く計測点（Ｘ_p、Ｙ₂）におけるＺ高さＤ_p,2（ｐ＝１〜１３）が、すでに求められているので、次の（１２）式に示されるように、Ｚ高さＤ_p,2から第２のフォーカス差ΔＤＹ_p,1を減算することにより、計測点（Ｘ_p、Ｙ₁）におけるＺ高さＤ_p,1（ｐ＝１〜１３）を求めることができる。

D_p,1=D_p,2-ΔDY_p,1 ……（１２）

また、同様に、次の（１３）式に示されるように、Ｚ高さＤ_p,2に第２のフォーカス差ΔＤＹ_p,2を加算することにより、計測点（Ｘ_p、Ｙ₃）におけるＺ高さＤ_p,3（ｐ＝１〜１３）を求めることができる。

D_p,3=D_p,2+ΔDY_p,2 ……（１３）

さらに、次の（１４）式に示されるように、上記（１３）式を用いて得られたＺ高さＤ_p,3に、第２のフォーカス差ΔＤＹ_p,3を加算することにより、計測点（Ｘ_p、Ｙ₄）におけるＺ高さＤ_p,4（ｐ＝１〜１３）を求める。

D_p,4=D_p,3+ΔDY_p,3 ……（１４）

以上の如くして、Ｚ高さＤ_p,q（ｐ＝１〜１３、ｑ＝１〜４）が得られると、ウエハＷ_Tの表面形状情報を算出するサブルーチン４３９の処理を終了し、図４のメインルーチンにリターンし、ステップ４４１、すなわち上記ステップ４３９で算出されたウエハＷ_Tの表面形状に基づいて、各計測点での最良フォーカス位置の補正を行なうサブルーチンに移行する。なお、Ｚ高さＤ_p,qに基づいて、例えば双３次バイスプライン曲線等を作成することにより、ウエハＷ_Tの相対的な３次元表面形状情報を求めることができる。

ステップ４４１のサブルーチンでは、まず、図１３のステップ５５１において、次の（１５）式に示されるように、第１の最良フォーカス位置Ｂ_0,p,qからＺ高さＤ_p,qを減算することにより、ウエハＷ_Tの表面形状の補正を行ない、補正後の最良フォーカス位置ＭＢ_0,p,q（ｐ＝１〜１３、ｑ＝１〜３）を求める。

MB_0,p,q=B_0,p,q-D_p,q ……（１５）

これにより、一例として図１２（Ｃ）に示されるように、ウエハＷ_Tの表面形状の影響が除去された最良フォーカス位置を得ることができる。なお、図１２（Ｃ）では、便宜上、ｑ＝２の場合についてのみ示されている。

次のステップ５５３では、次の（１６）式に示されるように、第２の最良フォーカス位置Ｂ_1,p,qからＺ高さＤ_p,qを減算することにより、ウエハＷ_Tの表面形状の補正を行ない、補正後の最良フォーカス位置ＭＢ_1,p,q（ｐ＝２〜１３、ｑ＝１〜３）を求める。

MB_1,p,q=B_1,p,q-D_p,q ……（１６）

次のステップ５５５では、次の（１７）式に示されるように、第３の最良フォーカス位置Ｂ_2,p,qからＺ高さＤ_p,qを減算することにより、ウエハＷ_Tの表面形状の補正を行ない、補正後の最良フォーカス位置ＭＢ_2,p,q（ｐ＝１〜１３、ｑ＝２〜４）を求める。

MB_2,p,q=B_2,p,q-D_p,q ……（１７）

次のステップ５５７では、テストパターン毎に補正後の最良フォーカス位置を平均化する。すなわち、次の（１８）式に示されるように、同一のテストパターンの転写像に基づく補正後の最良フォーカス位置を平均化し、新たにテストパターンＰＵ_i,jの最良フォーカス位置ＡＭＢ_i,j（ｉ＝１〜３、ｊ＝１〜１３）を求める。

AMB_i,j=(MB_0,p,q+MB_1,p+1,q+MB_2,p,q+1)/3 ……（１８）

上記（１８）式では、ｉ＝ｑ、ｊ＝ｐの関係が成立している。そこで、例えば最良フォーカス位置ＡＭＢ_2,8は、次の（１９）式を用いて算出される。

AMB_2,8=(MB_0,8,2+MB_1,9,2+MB_2,8,3)/3 ……（１９）

以上の如くして、最良フォーカス位置ＡＭＢ_i,jが得られると、ステップ４４１での最良フォーカス位置の補正を行うサブルーチンの処理を終了し、図４のメインルーチンのステップ４４３にリターンする。

このステップ４４３では、最良フォーカス位置ＡＭＢ_i,jを統計処理（例えば、最小自乗法）し、像面湾曲情報を求める。そして、得られた像面湾曲情報を記憶装置２７に保存する。なお、最良フォーカス位置ＡＭＢ_i,jに基づいて、例えば双３次バイスプライン曲線等を作成することにより３次元の像面湾曲情報を得ることができる。

このようにして求められた像面湾曲情報は、図示しないネットワーク（例えば、イントラネット）を介して、ファイル転送などにより管理者等に通知することが可能である。

次に、デバイス等の製造における、本実施形態の露光装置１００による露光動作を説明する。

前提として、上述のようにして計測された投影光学系ＰＬの像面湾曲情報が、主制御装置２８の記憶装置２７に格納されているものとする。

主制御装置２８は、露光に先立って、この像面湾曲情報に基づいて、図示しない結像特性補正コントローラに指示し、例えば投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学素子（本実施形態では、レンズエレメント）の位置（他の光学素子との間隔を含む）あるいは傾斜などを変更することにより、その像面湾曲が補正されるように投影光学系ＰＬの結像特性を可能な範囲で補正する。なお、投影光学系ＰＬの結像特性の調整に用いる光学素子は、レンズエレメントなどの屈折光学素子だけでなく、例えば凹面鏡などの反射光学素子、あるいは投影光学系ＰＬの収差（ディストーション、球面収差など）、特にその非回転対称成分を補正する収差補正板などでも良い。さらに、投影光学系ＰＬの結像特性の補正方法は光学素子の移動に限られるものではなく、例えば露光光源を制御して照明光ＩＬの中心波長を僅かにシフトさせる方法、又は投影光学系ＰＬの一部で屈折率を変化させる方法などを単独、あるいは光学素子の移動との組み合わせで採用しても良い。

そして、主制御装置２８は、不図示のレチクルローダに指示し、転写したいパターンが形成されたレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上にロードする。同様に、不図示のウエハローダにより、露光したいウエハＷをウエハテーブル１８上にロードする。

次に、主制御装置２８により、不図示のレチクルアライメント顕微鏡、ウエハテーブル１８上の基準マーク板ＦＰ、アラインメント検出系ＡＳ等を用いて、レチクルアラインメント、アラインメント検出系のベースライン計測及びＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アラインメント）等のウエハアライメント等の準備作業が所定の手順に従って行われる。

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）の露光のための加速開始位置（走査開始位置）となるように、ＸＹステージ２０が移動される。この移動は、主制御装置２８により、レーザ干渉計２６によって計測されたウエハＷのＸＹ位置情報（又は速度情報）に基づき、ウエハステージ駆動系２２を介して行われる。

さらに、レチクルＲの位置が加速開始位置（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、主制御装置２８により、レチクル干渉計２１によって計測されたレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づき、レチクルステージ駆動系２９を介して行われる。

このようにして、ウエハＷ及びレチクルＲが所定の位置に移動すると、主制御装置２８は、フォーカスセンサＡＦＳによって検出されたウエハＷのＺ軸方向の位置情報に基づき、前述した光学特性補正後の投影光学系ＰＬの像面の焦点深度の範囲内にウエハＷ表面の露光対象のショット領域が収まるように、ウエハステージ駆動系２２を介してウエハテーブル１８をＺ軸方向及び傾斜方向に駆動して露光面位置の調整を行う。

そして、主制御装置２８は、レチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０の相対走査を開始する。そして両ステージがそれぞれの目標走査速度に達し、等速同期状態に達すると、照明系ＩＯＰからの照明光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。上記の相対走査は、レーザ干渉計２６及びレチクル干渉計２１の計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動系２２及びレチクルステージ駆動系２９を制御することにより行われる。そして、レチクルＲのパターン領域の異なる領域が照明光ＩＬ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走査露光が終了する。これにより、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上のファーストショット領域に縮小転写される。

このようにしてファーストショット領域に対する露光、すなわちレチクルパターンの転写が終了すると、ウエハＷが次のショット領域の露光のための加速開始位置（走査開始位置）となるようにＸＹステージ２０がステッピングされて、前ショット領域と同様に走査露光が行われる。

以後、このようにして、ステッピングと走査露光とが順次繰り返され、ウエハＷ上に必要なショット数のパターンが転写される。

これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、主制御装置２８内のＣＰＵ及び該ＣＰＵによって実行されるソフトウェアプログラムによって、性能情報計測装置が実現されている。すなわち、ＣＰＵによって実行される図４のステップ４０７〜４２１の処理にて第１の像形成装置が実現され、図４のステップ４２３→４２５→４０９→・・・・→４２１の処理にて第２の像形成装置が実現され、図９のステップ５０５の処理にて第１のフォーカス情報取得装置及び第２のフォーカス情報取得装置とが実現され、図９のステップ５０７〜５１５の処理にて形状情報取得装置が実現され、図４のステップ４４１、４４３の処理にて算出装置が実現されている。なお、上記ソフトウェアによって実現される構成各部の少なくとも一部を、ハードウェアによって構成しても勿論構わない。

以上詳細に説明したように、本実施形態に係る露光装置の性能情報計測方法によると、ウエハＷ_T上の複数の計測点に転写されたテストパターンの像の線幅値に基づいて最良フォーカス位置が計測され、同一のテストパターンに由来する最良フォーカス位置の差に基づいてウエハＷ_Tの表面形状情報が得られ、さらに該表面形状情報に基づいて最良フォーカス位置に含まれるウエハＷ_Tの表面形状に依存する成分が補正され、その補正結果に基づいて投影光学系ＰＬの像面湾曲が求められる。すなわち、ウエハＷ_Tの表面が平坦でなくとも精度良く投影光学系ＰＬの像面湾曲を計測することができるため、高価な超平坦度ウエハ等を用いる必要がない。しかも、ウエハＷ_Tの表面形状に依存する成分を補正しているために、従来と同等の計測点数であっても、従来に比べて精度良く投影光学系ＰＬの像面湾曲を計測することができる。従って、結果的に、スループットを低下させることなく、低コストで精度良く投影光学系ＰＬの像面湾曲を計測することが可能となる。

また、本実施形態では、レチクルＲ_TにテストパターンＰＵ_i,jがＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向に１３個のマトリックス状に２次元配置されているために、複数の計測点での最良フォーカス位置を同時に求めることができる。従って、計測のスループットを向上させることができる。

さらに、本実施形態では、前述の如く、図４のステップ４２３において、Ｘ軸方向に隣り合う転写領域間の距離ＷＬｘだけ、ウエハＷ_TをＸ軸方向にシフトしているために、効率良くウエハＷ_TのＸ軸方向に関する表面形状情報を求めることができる。同様に、図４のステップ４２９において、Ｙ軸方向に隣り合う転写領域間の距離ＷＬｙだけ、ウエハＷ_TをＹ軸方向にシフトしているために、効率良くウエハＷ_TのＹ軸方向に関する表面形状情報を求めることができる。従って、計測のスループットをさらに向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、計測点（Ｘ₁、Ｙ₂）を基準位置としているために、算出されるウエハＷ_Tの表面形状は、実際の表面形状と完全には一致しない場合があるが、像面湾曲を計測する場合は、露光エリア内の相対的な最良フォーカス位置が計測できれば良いため、像面湾曲の測定精度に悪影響を及ぼすものではない。

さらに、本実施形態では、ウエハＷ_Tのフォーカス位置が目標値と一致するようにウエハテーブル１８を駆動する際（図４のステップ４１１）に、レベリング機能を動作させないようにしている。その理由について以下に説明する。

ここでは、一例として、Ｆ＝０のときはレベリング機能を動作させず、Ｆ＝１のときはレベリング機能を動作させる場合について説明する。なお、Ｆ＝１のときにレベリング機能を動作させること以外は、本実施形態と同様にしてテストパターンＰＵ_i,jがウエハＷ_T’上に転写されたものとする。

そして、前記と同様にウエハＷ_T’上の計測点（Ｘ_p、Ｙ_q）のＺ高さをＤｚ’_p,qとし、ウエハＷ_Tの表面が平坦であると仮定したときにテストパターンＰＵ_i,jを用いて得られる仮想的な最良フォーカス位置をＨ’_i,jとする。また、計測点（Ｘ_p、Ｙ_q）において計測される第１の最良フォーカス位置をＢ’_0,p,q、第２の最良フォーカス位置をＢ’_1,p,qとする。

この場合、例えば、計測点（Ｘ_p、Ｙ₂）における第１の最良フォーカス位置Ｂ’_0,p,2は、次の（１９）式で示されるように、仮想的な最良フォーカス位置Ｈ’_i,2とＺ高さＤｚ’_P,2とが加算されたものと考えることができる。一方、計測点（Ｘ_p+1、Ｙ₂）における第２の最良フォーカス位置Ｂ’_1,p+1,2は、次の（２０）式で示されるように、仮想的な最良フォーカス位置Ｈ’_i,2とＺ高さＤｚ’_p+1,2と傾斜成分とが加算されたものと考えることができる。なお、ここでは、ｉ＝ｐの関係が成立している。

B'_0,p,2=H'_i,2+Dz'_p,2 ……（１９）

B'_1,p+1,2=H'_i,2+Dz'_p+1,2+k・X_p ……（２０）
ここで、上記（２０）式の右辺第３項は、傾斜成分であり、ｋはレベリング動作時の傾斜角度に依存する係数である。

次に、上記（２０）式と（１９）式の差を求めると、次の（２１）式が得られる。

B'_1,p+1,2-B'_0,p,2=Dz'_p+1,2-Dz'_p,2+k・X_p=ΔDX'_p,2+k・X_p ……（２１）

すなわち、第２の最良フォーカス位置Ｂ’_1,p+1,2と第１の最良フォーカス位置Ｂ’_0,p,2の差は、計測点（Ｘ_p+1、Ｙ₂）と（Ｘ_p、Ｙ₂）のＺ高さの差ΔＤＸ’_p,2に、傾斜成分（ｋ・Ｘ_p）が付加されたものである。

そこで、ウエハＷ_T’の相対的な表面形状情報を求めるために、本実施形態と同様にして、計測点（Ｘ₁、Ｙ₂）におけるＺ軸方向に関する位置を基準位置とし、第２の最良フォーカス位置Ｂ’_1,p+1,2と第１の最良フォーカス位置Ｂ’_0,p,2の差を順次積算すると、計測点（Ｘ_p、Ｙ₂）（ｐ＝２〜１４）における積算値Ｓ_p,2は、次の（２２）式で示される。なお、計測点（Ｘ₁、Ｙ₂）が基準位置なので、Ｓ_1,2＝０とする。

S_p,2=S_p-1,2+ΔDX'_p-1,2+k・X_p ……（２２）

例えば、計測点（Ｘ₃、Ｙ₂）における積算値Ｓ_3,2は、次の（２３）式で示される。

S_3,2=S_2,2+ΔDX'_2,2+k・X₃=ΔDX'_1,2+ΔDX'_2,2+k・(X₂+X₃)=D'_3,2+k・(X₂+X₃)
…（２３）

上記（２３）式から明らかなように、積算値Ｓ_3,2は、計測点（Ｘ₃、Ｙ₂）におけるＺ高さＤ’_3,2にｋ・（Ｘ₂＋Ｘ₃）が付加された値である。

また、例えば、計測点（Ｘ₁₀、Ｙ₂）における積算値Ｓ_10,2は、次の（２４）式で示される。

S_10,2=D'_10,2+k・(X₂+X₃+X₄+X₅+X₆+X₇+X₈+X₉+X₁₀) ……（２４）

上記（２４）式から明らかなように、積算値Ｓ_10,1は、計測点（Ｘ₁₀、Ｙ₁）におけるＺ高さＤ’_10,2にｋ・（Ｘ₂＋Ｘ₃＋Ｘ₄＋Ｘ₅＋Ｘ₆＋Ｘ₇＋Ｘ₈＋Ｘ₉＋Ｘ₁₀）が付加された値である。

このように、積算値Ｓ_p,2は、本実施形態での積算値Ｄ_p,2と異なり、計測点の座標値に依存する傾斜成分を含むため、ウエハＷ_T’の表面形状情報を精度良く得ることが困難となる。

すなわち、ウエハＷ_T’のフォーカス位置が目標値と一致するようにウエハテーブル１８を駆動する際に、レベリング機能を動作させるとウエハＷ_T’の表面形状情報の測定精度を低下させるおそれがある。しかしながら、本実施形態では、レベリング機能は動作させないようにしているために、精度良くウエハＷ_Tの表面形状情報を求めることができる。

さらに、本実施形態では、各レジスト像の線幅計測に、露光装置１００に設けられるアライメント検出系ＡＳを利用しているために、オペレータなどが介在することなく、前述の計測結果に基づいて投影光学系ＰＬを調整することができる。すなわち、露光装置に自動調整機能を持たせることが可能となる。

また、本実施形態に係る露光方法によると、上述のようにして最適な転写が行なえるように投影光学系ＰＬの光学特性が調整され、その調整された投影光学系ＰＬを介してレチクルパターンをウエハＷ上に転写するので、微細パターンをウエハＷ上に高精度に転写することが可能となる。

なお、上記実施形態では、アライメント検出系ＡＳを用いて線幅を計測する場合について説明しているが、これに限らず、例えばＳＥＭや電気抵抗法（ＥＣＤ）等を利用した線幅計測装置により各レジスト像の線幅を求めても良い。そして、線幅計測装置等にて計測された線幅値を、図示しないネットワーク等を介して露光装置１００に通知することにより、主制御装置２８は、その線幅値に基づいて前述と同様にして投影光学系ＰＬの像面湾曲を算出しても良い。勿論、オペレータ等が図示しない入力装置を介して線幅計測装置等にて計測された線幅値を入力しても良い。特に、電気抵抗法（ＥＣＤ）を利用すると、ほぼ同時に複数の線幅を計測することができるため、計測時間を更に短縮することが可能となる。但し、この場合には、計測対象となるラインパターンに電気抵抗計測用の電極パターンを付加する必要がある。

また、上記実施形態では、いわゆるＣＤ−フォーカス法として知られている計測方法を用いて最良フォーカス位置を求める場合について説明しているが、本発明がこれに限定されるものではない。

例えば、いわゆるＳＭＰフォーカス計測法として知られている計測方法を用いても良い。この方法では、複数のフォーカス位置で、くさび形マークのレジスト像をウエハ上に形成し、フォーカス位置の違いによるレジスト像の線幅値の変化を長手方向の寸法変化に増幅させて置き換え、レジスト像の長手方向の長さを計測する。そして、フォーカス位置とレジスト像の長さとの相関関係を示す近似曲線の極大値近傍を所定のスライスレベルでスライスし、得られたフォーカス位置の範囲の中点を最良フォーカス位置と判断する。

また、いわゆるオーバー露光フォーカス計測法として知られている計測方法を用いても良い。この方法では、露光量を変更しながら、テスト用のパターンを複数のフォーカス位置でウエハ上に転写する。そして、フォーカス位置毎に、ウエハ上におけるテスト用のパターンのレジスト像の有無を判定することにより、レジスト像が消失するときの露光量を計測し、フォーカス位置と計測した露光量との相関関係を示す近似曲線の極大値を最良フォーカス位置と判断する。

さらに、レジスト像の形成状態に関する情報としては、線幅情報に限らず、例えば、レジスト像のコントラスト情報を用いても良い。

なお、上記実施形態では、Ｙ軸方向に３個、Ｘ軸方向に１３個のマトリックス状にテストパターンが配置されたレチクルＲ_Tを用いているが、本発明がこれに限定されないのは勿論である。

また、上記実施形態では、テストパターンとして、１０種類のＬ／Ｓパターンを用いる場合について説明しているが、これに限らず、例えば、いずれか１つを用いても良い。さらに、Ｌ／Ｓパターンのデューティ比やラインパターンの数等も任意に設定することができる。また、Ｌ／Ｓパターンに限らず、例えば、くさび形のパターン等であっても良い。要するに、最良フォーカス位置が計測できれば良いので、その計測手法に応じたテストパターンを用いれば良い。

さらに、上記実施形態では、異なるフォーカス位置で転写する際に、ウエハＷ_TをＹ軸方向に距離ΔＹ１だけシフトしているが、Ｘ軸方向に次の（２５）式で示される距離ΔＸ１だけシフトしても良い。

ΔX1=PDx・β ……（２５）
ここで、ＰＤｘは、テストパターンＰＵ_i,jのＸ軸方向の長さである（図３参照）。なお、転写領域が重ならなければ、シフト量はΔＹ１及びΔＸ１以外であっても良い。要するに、計測点毎に最良フォーカス位置が計測できれば良い。

また、上記投影光学系ＰＬの像面湾曲の計測を、ウエハＷ_Tの複数箇所で繰り返し行ない、得られた複数の像面湾曲情報を平均化することによりさらに精度良く投影光学系ＰＬの像面湾曲を求めることができる。さらに、複数のウエハで得られた各像面湾曲情報を平均化しても良い。

なお、上記実施形態では、ウエハＷ_Tのフォーカス位置の目標値として９種類（ｍ＝１〜９）の場合について説明しているが、勿論、本発明がこれに限定されるものではない。

さらに、上記実施形態では、Ｙ座標値がＹ₂でのＸ軸方向に隣り合う計測点間のＺ高さの差と、Ｘ座標値がＸ₁〜Ｘ₁₃でのＹ軸方向に隣り合う計測点間のＺ高さの差とに基づいてウエハＷ_Tの表面形状情報を求めているが、これに限らず、例えばＹ座標値がＹ₁〜Ｙ₃でのＸ軸方向に隣り合う計測点間のＺ高さの差と、Ｘ座標値がＸ₁でのＹ軸方向に隣り合う計測点間のＺ高さの差とに基づいてウエハＷ_Tの表面形状情報を求めても良い。すなわち、計測点（Ｘ₁、Ｙ₁）を基準位置としてＹ座標値がＹ₁でのＸ軸方向に隣り合う計測点間のＺ高さの差を求め、計測点（Ｘ₁、Ｙ₂）を基準位置としてＹ座標値がＹ₂でのＸ軸方向に隣り合う計測点間のＺ高さの差を求め、計測点（Ｘ₁、Ｙ₃）を基準位置としてＹ座標値がＹ₃でのＸ軸方向に隣り合う計測点間のＺ高さの差を求める。次に計測点（Ｘ₁、Ｙ₁）と計測点（Ｘ₁、Ｙ₂）とのＺ高さの差及び計測点（Ｘ₁、Ｙ₃）と計測点（Ｘ₁、Ｙ₂）とのＺ高さの差を求め、計測点（Ｘ₁、Ｙ₂）を基準位置とするようにＹ座標値がＹ₁でのＸ軸方向に隣り合う計測点間のＺ高さの差及びＹ座標値がＹ₃でのＸ軸方向に隣り合う計測点間のＺ高さの差を補正する。そして、補正されたＺ高さの差を用いてウエハＷ_Tの表面形状情報を求める。

なお、上記実施形態では、計測点（Ｘ₁、Ｙ₂）を基準位置としているが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの光学特性として、像面湾曲を求める場合について説明しているが、これに限らず、例えば像面傾斜であっても良い。

なお、上記実施形態では、テストパターンの転写像が形成されたウエハＷ_Tを現像した後、ウエハＷ_T上に形成されたレジスト像に対して像の線幅値を計測しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ウエハを現像することなくウエハ上に形成された潜像に対して計測を行っても良いし、レジスト像が形成されたウエハをエッチング処理して得られる像（エッチング像）などに対して計測を行っても良い。

また、本実施形態では、ウエハＷ_T上における像の形成状態を検出するための感光層がフォトレジストの場合について説明しているが、感光層はフォトレジストに限らず、光（エネルギ）の照射によって像（潜像及び顕像）が形成されるものであれば良い。例えば、光照射によって着色したり、屈折率、透過率及び反射率等が変化する感光層であっても良い。さらに、光磁気記録層などであっても良く、従って、感光層が形成される物体もウエハ又はガラスプレート等に限らない。

さらに、レチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０とを同期移動してレチクルパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写する際の、ＸＹステージ２０の移動面の傾斜及びうねり情報を求めることができる。なお、前提として、予め上記実施形態と同様にして投影光学系ＰＬの像面湾曲及び像面傾斜が計測され、前述した如く、図示しない結像特性補正コントローラ等にて投影光学系ＰＬの像面湾曲及び像面傾斜が補正されているものとする。ここでは、走査方向に複数の計測点が必要となるため、一例として図１４に示されるように、複数の計測用パターンがパターン領域ＰＡの中心を通る走査方向に等間隔で配置されたレチクルＲ_T’が用いられる。そして、露光の際にレチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０を同期移動させること以外は上記実施形態と同様にして、計測用パターンをウエハＷ’上に転写する。なお、走査露光時にはフォーカスセンサＡＦＳは動作させない。また、Ｘ軸方向に関する表面形状情報は不要なので上記実施形態におけるＦ＝１での処理は省略できる。次に、上記実施形態と同様にしてウエハＷ’のＹ軸方向に関する表面形状情報を算出し、該算出結果に基づいて、計測点毎にウエハの表面形状に依存する成分を補正した最良フォーカス位置を求める。そして、各計測点での補正後の最良フォーカス位置を比較し、ＸＹステージ２０の移動面の傾斜及びうねり情報を求める。すなわち、ウエハＷ’の表面が平坦でなくとも精度良くＸＹステージ２０の移動面の傾斜及びうねり情報を計測することができるため、高価な超平坦度ウエハ等を用いる必要がない。しかも、ウエハＷ’の表面形状に依存する成分を補正しているために、従来と同等の計測点数であっても、従来に比べて精度良くＸＹステージ２０の移動面の傾斜及びうねり情報を計測することができる。従って、結果的に、スループットを低下させることなく、低コストで精度良くＸＹステージ２０の移動面の傾斜及びうねり情報を計測することが可能となる。なお、ＸＹステージ２０の移動方向によるオフセットが存在するため、ＸＹステージ２０を＋Ｙ方向に移動する場合と、−Ｙ方向に移動する場合のそれぞれについて移動面の傾斜及びうねり情報を計測する。

そして、デバイス等の製造に際して、上記実施形態の露光装置１００では、上述の如くしてＸＹステージ２０の移動面の傾斜及びうねり情報が計測され、傾斜及びうねりが低減するようにレチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０を同期制御しながら露光が行われるため、微細パターンをウエハＷ上に高精度に転写することが可能となる。

また、上記実施形態では、本発明がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されないのは勿論である。すなわち、ステップ・アンド・リピート方式、ステップ・アンド・スティッチ方式、ミラープロジェクション・アライナー、及びフォトリピータなどにも好適に適用することができる。さらに、投影光学系ＰＬは、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれでもよいし、縮小系、等倍系、及び拡大系のいずれでも良い。

さらに、本発明が適用される露光装置の光源は、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに限らず、Ｆ₂レーザ（波長１５７ｎｍ）、あるいは他の真空紫外域のパルスレーザ光源であっても良い。この他、露光用照明光として、例えば、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、本発明は、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子、プラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気へッドの製造に用いられる、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、及びＤＮＡチップなどの製造、さらにはマスク又はレチクルの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。

以上説明したように、本発明の露光装置の性能情報計測方法及び性能情報計測装置は、露光装置の性能を評価するための各種の情報の計測に適している。また、本発明の露光方法は、微細パターンを基板上に転写するのに適している。

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。 投影光学系の像面湾曲の計測に用いられるレチクルパターンを説明するための図である。 投影光学系の像面湾曲の計測に用いられるテストパターンを説明するための図である。 投影光学系の像面湾曲の計測方法を説明するためのフローチャートである。 Ｆ＝０のときにウエハＷ_T上に形成されるテストパターンの転写領域を説明するための図である。 Ｆ＝１のときにウエハＷ_T上に形成されるテストパターンの転写領域を説明するための図である。 Ｆ＝２のときにウエハＷ_T上に形成されるテストパターンの転写領域を説明するための図である。 ウエハＷ_T上における計測点を説明するための図である。 図４のステップ４３９の詳細を説明するためのフローチャートである。 線幅値とフォーカス位置との関係を説明するための図である。 図１１（Ａ）は各計測点における第１の最良フォーカス位置を示す図であり、図１１（Ｂ）は各計測点における第２の最良フォーカス位置を示す図であり、図１１（Ｃ）は図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に基づいて最良フォーカス位置をテストパターン毎にまとめた図である。 図１２（Ａ）はＸ軸方向に隣り合う計測点間のＺ軸方向に関する位置の差を示す図であり、図１２（Ｂ）はＸ軸方向に関するウエハＷ_Tの相対的な表面形状を示す図であり、図１２（Ｃ）はウエハＷ_Tの表面形状に依存する成分が補正された最良フォーカス位置を示す図である。 図４のステップ４４１の詳細を説明するためのフローチャートである。 ＸＹステージの移動面の傾斜及びうねり情報の計測に用いられるレチクルパターンを説明するための図である。

符号の説明

１００…露光装置、ＰＬ…投影光学系、ＰＵ_i,j…テストパターン（計測用パターン）、Ｒ…レチクル（マスク）、Ｒ_T…レチクル（テスト用マスク）、Ｗ…ウエハ（基板、物体）、Ｗ_T…ウエハ（物体）。

Claims (15)

1. 第１面上のパターンを投影光学系を介して第２面上に転写する露光装置の性能を評価するための情報を計測する露光装置の性能情報計測方法であって、
   複数の計測用パターンが形成されたマスクを前記第１面上に配置し、前記投影光学系の前記第２面側に配置された表面に感光層を有する物体の位置を前記投影光学系の光軸方向に変化させ、その光軸方向の位置毎に、前記投影光学系を介して前記計測用パターンの像を前記物体上の第１の領域内の複数の部分領域にそれぞれ形成する第１工程と；
   前記物体の位置を前記投影光学系の光軸方向に変化させ、その光軸方向の位置毎に、前記投影光学系を介して前記計測用パターンの像を前記物体上の第２の領域内の複数の部分領域にそれぞれ形成する第２工程と；
   前記第１工程で形成された前記計測用パターンの像の形成状態に関する情報に基づいて前記投影光学系の第１のフォーカス情報を求める第３工程と；
   前記第２工程で形成された前記計測用パターンの像の形成状態に関する情報に基づいて前記投影光学系の第２のフォーカス情報を求める第４工程と；
   前記第１のフォーカス情報と前記第２のフォーカス情報とに基づいて、前記物体の表面形状情報を求める第５工程と；を含む露光装置の性能情報計測方法。
2. 前記第１のフォーカス情報と前記第２のフォーカス情報と前記表面形状情報とに基づいて、前記露光装置の性能を評価するための情報を求める第６工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置の性能情報計測方法。
3. 前記第１工程に先だって、前記投影光学系を調整する第７工程を更に含み、前記第１工程及び第２工程では、前記マスクと前記物体とを同期移動させつつ前記計測用パターンの像を前記物体上に形成することを特徴とする請求項２に記載の露光装置の性能情報計測方法。
4. 前記露光装置の性能を評価するための情報は、前記投影光学系の光学特性に関する情報を含むことを特徴とする請求項２に記載の露光装置の性能情報計測方法。
5. 前記第１工程に先だって、前記投影光学系の光学特性に関する情報に基づいて、前記投影光学系を調整する工程を更に含む請求項４に記載の露光装置の性能情報計測方法。
6. 前記露光装置の性能を評価するための情報は、前記物体の走査特性に関する情報を含むことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の露光装置の性能情報計測方法。
7. 前記第１工程及び第２工程では、前記物体の前記投影光学系の光軸方向の位置変化は、前記物体を傾斜させることなく行なうことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光装置の性能情報計測方法。
8. 前記物体の表面形状情報は、前記第１のフォーカス情報と第２のフォーカス情報との差に基づいて算出されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光装置の性能情報計測方法。
9. 前記計測用パターンは、特定の方向に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の露光装置の性能情報計測方法。
10. 前記特定の方向に関する前記計測用パターン間の距離をＬとし、前記投影光学系の投影倍率をＭとすると、前記第１の領域と第２の領域との前記特定の方向に関する距離はＬ×Ｍであることを特徴とする請求項９に記載の露光装置の性能情報計測方法。
11. 前記計測用パターンは、ラインアンドスペースパターンを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光装置の性能情報計測方法。
12. 前記計測用パターンの像の形成状態に関する情報は、前記計測用パターンの像の線幅情報を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の露光装置の性能情報計測方法。
13. マスクのパターンを投影光学系を介して基板ステージに保持された基板上に転写する露光装置の性能を評価するための情報を計測する性能情報計測装置であって、
    前記基板ステージの位置を前記投影光学系の光軸方向に変化させ、その光軸方向の位置毎に、前記投影光学系を介して計測用パターンの像を前記基板ステージに保持された表面に感光層を有する物体上の第１の領域内の複数の部分領域にそれぞれ形成する第１の像形成装置と；
    前記基板ステージの位置を前記投影光学系の光軸方向に変化させ、その光軸方向の位置毎に、前記投影光学系を介して前記計測用パターンの像を前記物体上の第２の領域内の複数の部分領域にそれぞれ形成する第２の像形成装置と；
    前記第１の像形成装置にて形成された前記計測用パターンの像の形成状態に基づいて前記投影光学系の第１のフォーカス情報を求める第１のフォーカス情報取得装置と；
    前記第２の像形成装置にて形成された前記計測用パターンの像の形成状態に基づいて前記投影光学系の第２のフォーカス情報を求める第２のフォーカス情報取得装置と；
    前記第１のフォーカス情報と前記第２のフォーカス情報とに基づいて、前記物体の表面形状情報を求める形状情報取得装置と；
    前記第１のフォーカス情報と前記第２のフォーカス情報と前記表面形状情報とに基づいて、前記露光装置の性能を評価するための情報を算出する算出装置と；を含む性能情報計測装置。
14. 露光用のエネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成された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４に記載の露光装置の性能情報計測方法によって計測された前記投影光学系の光学特性に関する情報を考慮して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マスクに形成されたパターンを前記基板に転写する工程と；を含む露光方法。
15. マスクと基板とを同期移動して、前記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６に記載の露光装置の性能情報計測方法によって前記基板の走査特性に関する情報を計測する工程と；
    前記マスクと前記基板とを同期移動するとともに、該同期移動中に前記走査特性に関する情報の計測結果を考慮して前記基板の位置を制御しつつ、前記マスクの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工程と；を含む露光方法。

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