JP2006013266A

JP2006013266A - 計測方法、露光方法、及び露光装置

Info

Publication number: JP2006013266A
Application number: JP2004190571A
Authority: JP
Inventors: Tsuneyuki Hagiwara; 恒幸萩原; Takeyuki Hashimoto; 豪之橋本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】ステージ又は空間像の動的な位置情報を高い応答速度で計測する。
【解決手段】レチクルステージＲＳＴ上のレチクルを照明光ＩＬで照明し、照明光ＩＬでレチクル及び投影光学系ＰＬを介してウエハステージＷＳＴ上のウエハＷを露光する露光装置において、レチクルステージＲＳＴ上に評価用パターン９４の形成されたテストレチクルＲ１をロードして、評価用パターン９４のエッジ部の空間像とウエハステージＷＳＴ上のスリット９２Ｘとを相対的に走査して、スリット９２Ｘを介して検出される光量に応じた検出信号Ｓに基づいて、レチクルステージＲＳＴ又はウエハステージＷＳＴの位置情報を求める。
【選択図】図２

Description

本発明は、物体を駆動するステージの位置情報を計測する計測技術に関し、例えば半導体素子及び液晶表示素子等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクパターンを基板上に転写するために使用される露光装置において、ステージの位置又はそのステージ上のパターンの投影像の位置を計測して、ステージ性能等の評価や問題解析等を行う場合に使用して好適なものである。また、本発明はその計測技術を用いる露光技術に関する。

従来より、半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンを投影光学系を介して基板としての感光材料が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために、ステッパー等の一括露光型の投影露光装置が使用されている。最近は、投影光学系自体をあまり大型化することなく、大面積の回路パターンをウエハ上に転写するために、スキャニングステッパー等の走査露光型の投影露光装置（走査型露光装置）も使用されている。半導体素子等の集積度及び微細度が益々向上するのに応じて、投影露光装置の解像度や重ね合わせ精度等の露光精度の向上も求められている。

その露光精度に大きな影響を与える要素の一つが、レチクルステージやウエハステージの位置決め精度や、レチクルステージとウエハステージとの投影光学系を介しての相対的な位置精度（例えば走査型露光装置における同期精度）等のステージ性能である。そのステージ性能の評価方法として最も簡単な方法は、実際に例えばレチクルステージ及びウエハステージを移動しながら、フォトレジストの塗布されたウエハ上に評価用パターンの像を複数回露光して、そのウエハの現像後に得られるレジスト像の位置を計測する方法である。しかしながら、このようにテストプリントを行う方法は、現像プロセスに起因する様々な計測誤差が混入する恐れがある。

そこで、例えば走査型露光装置において、走査露光中のレチクルパターンの像の位置を計測するために、ウエハステージ内に設けた撮像装置でその像を撮像する方法（以下、「空間像計測法」と言う）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この従来の空間像計測法では、一例として、レチクルステージに設けたマークの像を投影光学系を介して投影した状態で、レチクルステージとウエハステージとを同期移動して、その撮像装置でそのマークの像を所定のサンプリングレートで撮像していた。
特開平９−５０９５５号公報

上述の如く空間像計測法を用いることによって、現像プロセスに起因する計測誤差の問題を解消することができる。しかしながら、従来の空間像計測法は、撮像装置を用いて空間像を撮像していたため、応答速度をあまり高くできないという不都合があった。
そのため従来は、例えば走査型露光装置において、レチクルステージを高速走査した状態で、そのレチクルステージに保持されたレチクルのパターンの像位置を高精度に計測することや、ウエハステージを高速走査した状態で、そのウエハステージの投影光学系側から見た位置の変化を高精度に計測すること等が困難であった。そのため、走査露光時の同期誤差の要因を解析するような場合に、レチクルステージ及びウエハステージの単体での位置の変化等を評価することが困難であった。

また、ステージ性能に影響を与える要因として、外乱や別のステージを駆動する際の反力による振動がある。そのため、ステージ性能を向上するためには、ステージの振動を計測して、その振動の要因を解析して、その振動を抑制する対策を施すことが望ましい。しかしながら、従来の計測方法では、ステージの高周波数の振動は計測が困難であるという不都合があった。

本発明は斯かる点に鑑み、ステージの動的な位置情報を高い応答速度で計測できる計測技術を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、ステージや空間像の動的な位置情報を高い応答速度で計測できる露光技術を提供することを第２の目的とする。

本発明による第１の計測方法は、第１ステージ（ＲＳＴ）上の第１物体（Ｒ）を露光ビームで照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（ＰＬ）を介して第２ステージ（ＷＳＴ）上の第２物体（Ｗ）を露光するに際して、その第１ステージの位置情報を計測する計測方法であって、その第１ステージに第１方向（Ｙ方向）に伸びたエッジ部（９４Ｅ）を有するパターン（９４）を設けておき、そのパターンにその露光ビームを照射した状態で、その第１ステージをその第１方向に移動しながら、そのエッジ部を通過したその露光ビームをその投影光学系を介して受光する第１工程を有するものである。

本発明によれば、そのパターンのエッジ部を通過した露光ビームの光量は高い応答速度で検出できる。また、その第１ステージがその第１方向に直交する第２方向に変位すると、そのパターンの位置も変位して、そのエッジ部を通過する露光ビームの光量も変化するため、その検出される光量にはその第１ステージのその第２方向における動的な位置情報が含まれている。
本発明において、一例として、その第１工程で得られる情報からその第１ステージのその第１方向と直交する第２方向（Ｘ方向）の位置情報を求める第２工程をさらに有してもよい。そのエッジ部を有することにより、その第１ステージのその第２方向への変位を高精度に検出できる。また、その第１ステージのその第２方向の振動等を含む位置情報を求めることで、その第１ステージの性能評価を行うことができる。さらに、例えばその位置情報の周波数解析（フーリエ解析）を行うことで、その位置情報の要因解析等も行うことができる。

この場合、その第２工程で求められる位置情報の一例は、その第１ステージをその第１方向に移動するときのその第１ステージのその第２方向の振動の情報を含むものである。本発明によれば、高周波数の振動も検出できる。
また、本発明による第２の計測方法は、第１ステージ（ＲＳＴ）上の第１物体（Ｒ）を露光ビームで照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（ＰＬ）を介して第２ステージ（ＷＳＴ）上の第２物体（Ｗ）を露光するに際して、その第２ステージの位置情報を計測する計測方法であって、その露光ビームで第１方向（Ｙ方向）に伸びたエッジ部（９４Ｅ，９９Ｘ）を有するパターン（９４，９８）を照明し、そのパターンの像をその投影光学系を介して投影した状態で、その第２ステージをその第１方向に移動しながら、そのエッジ部の像をその第２ステージを介して受光する第１工程を有するものである。

本発明によれば、そのエッジ部を通過した露光ビームの光量は高い応答速度で検出できる。また、その第２ステージがその第１方向に直交する第２方向に変位すると、検出される露光ビームの光量も変化するため、その検出される光量にはその第２ステージのその第２方向における動的な位置情報が含まれている。
本発明において、一例として、その第１工程で得られる情報からその第２ステージのその第１方向と直交する第２方向（Ｘ方向）の位置情報を求める第２工程をさらに有してもよい。そのエッジ部を有するパターンを基準としてその第２ステージのその第２方向への変位を高精度に検出でき、その第２ステージの性能評価を高精度に行うことができる。

この場合、その第２工程で求められる位置情報の一例は、その第２ステージをその第１方向に移動するときのその第２ステージのその第２方向の振動の情報を含むものである。本発明によれば高周波数の振動も検出できる。
また、他の例として、そのパターンは、その第１方向に伸びたエッジ部（９９Ｘ）を有してその第１ステージに設けられた第１パターン（９８Ｘ）を含み、その第１工程は、その第２ステージに同期してその第１ステージをその第１方向に移動する工程を含み、その第１工程で得られる情報からその第１ステージとその第２ステージとのその第２方向の同期誤差の情報を求める第２工程をさらに有してもよい。

これは、本発明を走査露光方式で露光を行う場合に適用したものであり、走査露光時の両ステージの走査方向がその第１方向に対応し、その走査方向に実質的に直交する非走査方向がその第２方向に対応する。そして、その第１パターンを通過した露光ビームの光量を検出すると、その光量は両ステージの非走査方向（第２方向）の位置ずれ量に対応しているため、その光量の情報から実質的にリアルタイムで両ステージの非走査方向の同期誤差の情報が得られる。

また、そのパターンは、その第２方向に伸びたエッジ部（９９Ｙ）を有してその第１ステージに設けられた第２パターン（９８Ｙ）を含み、その第１工程は、その２ステージに同期してその第１ステージをその第１方向に移動する工程を含み、その第１工程で得られる情報からその第１ステージとその第２ステージとのその第１方向の同期誤差の情報を求める第２工程をさらに有してもよい。このとき、その第２パターンを通過した露光ビームの光量はその第１ステージとその第２ステージとの走査方向（第１方向）の位置ずれ量に対応しているため、その光量の情報から実質的にリアルタイムで両ステージの走査方向の同期誤差の情報が得られる。

また、本発明において、その第１工程は、そのパターンのエッジ部の像の少なくとも一部を含むように配置された開口（９２Ｘ，９２Ｙ，９２Ｐ）を介してその露光ビームを受光する工程を含んでもよい。その開口を介して受光することによって、不要な光を遮光できるため、その第１ステージ又は第２ステージの変位に対応するそのエッジ部の像の変位を高いＳＮ比で高精度に検出できる。

このとき、その開口の例は、スリット（９２Ｘ，９２Ｙ）、ピンホール（９２Ｐ）、又は一端がナイフエッジとされた開口である。その開口がスリットであるときには、そのスリットの長手方向を検出対象のエッジ部の像に平行にすることによって、検出感度（＝信号変化／空間像の変位）が高くなるとともに受光量を多くできる。一方、その開口がピンホールであるときには、そのエッジ部の方向に関係なくそのエッジ部の位置情報を検出できる。

次に、本発明による露光方法は、第１ステージ（ＲＳＴ）上の第１物体（Ｒ）を露光ビームで照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（ＰＬ）を介して第２ステージ（ＷＳＴ）上の第２物体（Ｗ）を露光する露光方法において、本発明のいずれかの計測方法を用いてその第１ステージ及びその第２ステージの少なくとも一方のその第１方向と直交する第２方向の位置情報を求める計測工程と、その計測工程で求められた位置情報に基づいてその第１ステージ又はその第２ステージの位置を補正しながらその第１及び第２ステージを駆動してその第２物体を露光する露光工程とを有するものである。

本発明によれば、例えばその計測工程でその第１及び第２ステージの同期誤差等の位置ずれが計測された場合には、その露光工程でその位置ずれを補正することによって、重ね合わせ精度等の露光精度が向上する。
また、本発明による露光装置は、第１ステージ（ＲＳＴ）上の第１物体（Ｒ）を露光ビームで照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（ＰＬ）を介して第２ステージ（ＷＳＴ）上の第２物体（Ｗ）を露光する露光装置において、その第１ステージに設けられるとともに第１方向（Ｙ方向）に伸びたエッジ部（９４Ｅ，９９Ｘ）を有するパターン（９４，９８）と、その第１ステージ及びその第２ステージの少なくとも一方をその第１方向に駆動する駆動機構（５６Ｒ，５６Ｗ）と、その第２ステージに少なくとも一部が設けられてその投影光学系を介したその露光ビームを受光する光電センサ（８８）と、その露光ビームのもとでそのパターンの像をその投影光学系を介して投影した状態で、その駆動機構によってその第１ステージ及びその第２ステージの少なくとも一方をその第１方向に移動しながら、そのエッジ部の像をその光電センサで受光する制御装置（５０）とを有するものである。

本発明によれば、そのエッジ部を通過した露光ビームの光量はその光電センサを介して高い応答速度で検出できる。また、その第１ステージがその第１方向に直交する第２方向に変位すると、そのパターンも変位して、そのパターンを通過する露光ビームの光量も変化するため、その検出される光量にはその第１ステージ又はそのパターンの空間像のその第２方向における動的な位置情報が含まれている。

本発明において、一例として、その光電センサは、そのパターンのエッジ部の像の少なくとも一部を含む大きさの開口（９２Ｘ）が形成されてその第２ステージに設けられた開口部材（９０）と、その開口を通過したその露光ビームを受光する光電検出器（８５）とを含み、その制御装置は、その光電センサで受光して得られる情報から、その第１ステージ及びその第２ステージの少なくとも一方のその第１方向に直交する第２方向（Ｘ方向）の位置情報を求めるものである。

そのパターンを用いることによって、その少なくとも一方のステージのその第２方向の位置情報を高精度に求めることができる。これによってそのステージの性能評価を行うことができる。
また、別の例として、その駆動機構は、その第１ステージとその第２ステージとをその第２方向に同期して駆動する機構（７０）を含み、そのパターンは、その第１方向に伸びたエッジ部（９９Ｘ）を有する第１パターン（９８Ｘ）と、その第２方向に伸びたエッジ部（９９Ｙ）を有する第２パターン（９８Ｙ）とを含み、その開口は、その第１パターンのエッジ部の少なくとも一部の像を含む大きさの第１開口（９２Ｘ）と、その第２パターンのエッジ部の少なくとも一部の像を含む大きさの第２開口（９２Ｙ）とを含み、その制御装置は、その光電センサで受光して得られる情報から、その第１ステージとその第２ステージとを同期して駆動する際のその第２方向及びその第１方向の同期誤差の情報を求めてもよい。

これは、本発明を走査型露光装置に適用したものであり、走査露光時のその第１及び第２ステージの走査方向がその第１方向に対応し、その走査方向に実質的に直交する非走査方向がその第２方向に対応する。本発明によれば、それらのステージを走査露光時と同様に高速に走査した状態で、実質的にリアルタイムで走査方向及び非走査方向の同期誤差の情報を高精度に求めることができる。

本発明の計測方法によれば、所定のパターンのエッジ部を通過した露光ビームを検出しているため、第１ステージ若しくは第２ステージ、又はそのパターンの空間像の動的な位置情報を高い応答速度で計測することができる。
また、本発明の露光装置によれば、２つのステージの少なくとも一方を第１方向に移動しながら、所定のパターンのエッジ部の少なくとも一部の像を光電センサで受光することによって、それらのステージやそのパターンの空間像の動的な位置情報を高い応答速度で計測することができる。そして、その位置情報を用いて例えばステージ性能を評価できる。

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。
図１は、本例の投影露光装置１０の概略構成を示す。本発明の露光装置に対応する投影露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置、即ちスキャニングステッパーである。
図１において、投影露光装置１０は、レーザビームＬＢを発生する光源１４（露光光源）、照明光学系１２（照明ユニット）、マスクとしてのレチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板（又は感光体）としてのウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴ、及びこれらを制御する制御系等を備えている。そして、光源１４及び制御系以外の部分は、実際には、内部の温度等の環境条件が高精度に制御され一定に維持されている不図示の環境チャンバ内に収容されている。

本例では、光源１４として、ＡｒＦエキシマレーザ光源（発振波長１９３ｎｍ）が用いられている。光源１４は、装置全体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御装置５０（制御装置）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。なお、露光光源として、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ｆ₂ レーザ（波長１５７ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波発生装置、固体レーザ（半導体レーザ等）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）等も使用できる。

照明光学系１２は、光源１４から供給されるレーザビームＬＢの断面形状を整形するビーム整形光学系１８、オプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ又はホモジナイザ）としてのフライアイレンズ２２、照明系開口絞り板２４、第１リレーレンズ２８Ａ及び第２リレーレンズ２８Ｂから成るリレー光学系、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、並びにコンデンサレンズ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、内面反射型インテグレータ（例えばロッドインテグレータ）又は回折光学素子等を用いてもよい。以下では、フライアイレンズ２２によって形成される２次光源から射出されるレーザビームＬＢを、露光ビーム（露光光）としての「照明光ＩＬ」と呼ぶ。

光源１４及び照明光学系１２は、後述の空間像計測時の照明系としても使用される。照明光学系１２において、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、ほぼ等角度間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り（通常絞り）、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための開口絞り（小σ絞り）、輪帯照明用の開口絞り（輪帯絞り）、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り（例えば２極照明又は４極照明用の開口絞り）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、この回転動作により、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。

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及び３０Ｂを介在させてリレー光学系（２８Ａ，２８Ｂ）が配置されている。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ており、その固定レチクルブラインド３０Ａには、レチクルＲ上での照明領域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の近傍には、走査露光時の走査方向、及びこれに直交する非走査方向に光学的にそれぞれ対応して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が配置されている。走査露光の開始時及び終了時において、主制御装置５０からの指示により、固定レチクルブラインド３０Ａによって規定されている照明領域ＩＡＲが、可動レチクルブラインド３０Ｂによって更に制限されることによって、不要な部分（レチクルＲ上の回路パターン等の転写すべき部分以外の部分）の露光が防止されるようになっている。また、本例では、可動レチクルブラインド３０Ｂは、必要に応じて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。

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。ビームスプリッタ２６で反射された照明光ＩＬの一部は、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、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５０に供給される。本例では、インテグレータセンサ４６の計測値は、ウエハＷに対する露光量制御に用いられる他、投影光学系ＰＬに対する照射量の計算にも用いられる。

そして、露光時に光源１４から射出されたレーザビームＬＢは、照明光学系１２内で照明光ＩＬとなり、照明光ＩＬは、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Ｒのパターン面（下面）の非走査方向に細長いスリット状の照明領域ＩＡＲを均一な照度分布で照明する。その照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域ＩＡＲ内のパターンの、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックの投影光学系ＰＬによって形成された像は、感光材料としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷの一つのショット領域上の露光領域ＩＡに投影される。露光領域ＩＡは照明領域ＩＡＲと共役であり、投影光学系ＰＬは、レチクルＲ（第１物体）のパターン面（第１面）のパターンの像をウエハＷ（第２物体）の上面（第２面）に形成している。投影光学系ＰＬの投影倍率は、例えば１／４又は１／５等の縮小倍率である。本例の投影光学系ＰＬは屈折系であるが、投影光学系ＰＬとしては、反射屈折系なども使用できる。

以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に垂直な方向にＸ軸を、図１の紙面に平行な方向にＹ軸を取って説明する。本例では、走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向は、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）であり、レチクルＲ上の照明領域ＩＡＲ、及びウエハＷ上の露光領域ＩＡはそれぞれ非走査方向（Ｘ方向）に細長い領域である。本例の投影光学系ＰＬには、そのディストーション等の結像特性を制御（補正）するために、投影光学系ＰＬ内の光学部材を駆動するための駆動素子、及びこの駆動素子の動作を制御する結像特性コントローラ７８を含む結像特性制御機構が備えられている。また、投影光学系ＰＬの近傍には、結像特性の変化の一因となる大気圧や温度等の環境条件を計測するための環境センサ８１が配置され、環境センサ８１の計測値、及び投影光学系ＰＬ内を通過する照明光ＩＬの光量等に基づいて、主制御装置５０が結像特性コントローラ７８を介して投影光学系ＰＬの結像特性を制御する。

そして、レチクルステージＲＳＴ（第１ステージ）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、リニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系５６Ｒ（駆動機構）により、レチクルベースＲＢＳ上のＸＹ平面内で２次元的に（Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向（回転角θｚ）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方向に指定された走査速度で移動可能となっている。

また、レチクルステージＲＳＴ上には、レーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）５４Ｒ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平面内の位置はレチクル干渉計５４Ｒによって、例えば０．１〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。即ち、実際には、移動鏡５２Ｒは、Ｙ方向の位置を２箇所で計測するための２つのＹ軸の移動鏡と、Ｘ軸の移動鏡とから構成され、レーザ干渉計５４Ｒもそれに対応して３軸のレーザ干渉計から構成されている。

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、ステージ制御装置７０（同期駆動機構の一部）、及びこれを介して主制御装置５０に送られる。ステージ制御装置７０は、主制御装置５０の指示により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。なお、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して前述の移動鏡５２Ｒの反射面を形成しても良い。

また、レチクルステージＲＳＴの−Ｙ方向の端部近傍には、例えば投影光学系ＰＬの結像特性を評価する際に使用できる空間像計測用マーク（計測用パターン）ＰＭ（図２参照）が形成されたマーク形成部材としてのレチクルフィデューシャルマーク板（以下、「レチクルマーク板」と言う）ＲＦＭが、レチクルＲと並ぶように固定されている。このレチクルマーク板ＲＦＭは、レチクルＲと同材質のガラス素材、例えば合成石英や蛍石、フッ化リチウムその他のフッ化物結晶などから構成されており、レチクルステージＲＳＴに固定されている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの全面とレチクルマーク板ＲＦＭの全面と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程度のＹ方向の移動ストロークを有している。また、レチクルステージＲＳＴには、レチクルＲ及びレチクルマーク板ＲＦＭの下方に、照明光ＩＬを通すための開口がそれぞれ形成されている。また、レチクルベースＲＢＳの投影光学系ＰＬのほぼ真上の部分にも、照明光ＩＬの通路となる開口が形成されている。

また、レチクルＲの上方には、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上又はレチクルマーク板ＲＦＭ上のマークと、ウエハステージＷＳＴ上の基準マーク板（不図示）上の基準マークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle)方式の一対のレチクルアライメント顕微鏡（不図示）が設けられている。
図１において、ウエハステージＷＳＴは、ＸＹステージ４２と、このＸＹステージ４２上に搭載されたＺチルトステージ３８とを含んで構成されている。ＸＹステージ４２は、ウエハベース１６の上面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ている。更に、ＸＹステージ４２は、ウエハステージ駆動系５６Ｗ（駆動機構）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方向及びこれに直交するＸ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、Ｚチルトステージ３８上にウエハホルダ２５が固定されている。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。

Ｚチルトステージ３８は、内部にＺ方向に変位可能な３個のアクチュエータ（不図示）を備えており、これらのアクチュエータを駆動することによって、その上面のウエハＷの光軸ＡＸ方向の位置（フォーカス位置）、Ｘ軸回りの回転角θｘ、及びＹ軸回りの回転角θｙを制御する。ステージ制御装置７０は、露光中にはウエハＷの上面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、オートフォーカス方式でＺチルトステージ３８内のアクチュエータを駆動する。

図１において、Ｚチルトステージ３８上には、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が固定されている。ウエハ干渉計５４Ｗによって、Ｚチルトステージ３８（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ平面内の位置が、例えば０．１〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されるようになっている。実際には、Ｚチルトステージ３８上には、走査方向（Ｙ方向）に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向（Ｘ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方向、Ｙ方向にそれぞれ複数軸設けられ、Ｚチルトステージ３８の５自由度方向の位置（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及び回転角θｘ、θｙ、θｚ）が計測可能となっている。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５０に供給される。ステージ制御装置７０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平面内の位置を制御する。なお、Ｚチルトステージ３８の端面を鏡面加工して前述の移動鏡５２Ｗの反射面を形成するようにしてもよい。

また、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又は所定の基準マークを検出するマーク検出系としてのオフアクシス方式のアライメント系ＡＬＧが設けられている。本例では、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系、いわゆるＦＩＡ（Field Image Alignment)系が用いられている。このアライメント系ＡＬＧからの撮像信号が、不図示のアライメント制御装置に供給されて、そのアライメントマーク又は基準マークの座標位置が算出される。その算出された座標位置に基づいて、主制御装置５０は、ウエハＷ上の各ショット領域の配列座標の算出等を行う。

更に、本例の投影露光装置１０では、図１に示すように、照射系６０ａ及び受光系６０ｂから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）が設けられている。照射系６０ａは、ウエハＷの表面等の被検面に複数のスリット像を光軸ＡＸに対して斜めに投影し、受光系６０ｂは、被検面からの反射光を受光してそれらのスリット像を再結像する。そして、受光系６０ｂは、それらの再結像された複数のスリット像の横ずれ量に対応する検出信号をステージ制御装置７０に供給する。ステージ制御装置７０では、一例としてそれらの検出信号をデフォーカス量に換算し、複数のデフォーカス量から、その被検面の投影光学系ＰＬの像面に対するＺ方向へのデフォーカス量と、Ｘ軸及びＹ軸の回りの傾斜角とを求める。なお、この多点焦点位置検出系（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６−２８３４０３号公報等に開示されているため、その構成についての詳細な説明を省略する。

通常の露光時には、ステージ制御装置７０は、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の検出結果を用いて、ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、オートフォーカス方式でウエハステージ駆動系５６Ｗを介してＺチルトステージ３８のＺ方向の位置及び傾斜角を制御する。また、主制御装置５０に接続された磁気記憶装置等のメモリ５１内には、例えば露光データの情報及び後述の空間像計測によって得られる検出信号の情報などが記憶される。

次に、本例の投影露光装置１０における走査露光動作について簡単に説明する。先ず、主制御装置５０は、レチクルＲを用いた露光に最適な照明条件をオペレータの指示に基づいて設定する。次に、上記のレチクルアライメント顕微鏡、及びウエハ側のアライメント系ＡＬＧを用いて、レチクルＲのアライメント及びウエハＷのアライメントが行われる。その後、ウエハステージＷＳＴのステッピングによって、ウエハＷ上で次に露光されるショット領域が光軸ＡＸの手前側に位置決めされる。そして、照明光ＩＬの照射が開始されて、レチクルステージＲＳＴを介して照明領域に対してレチクルＲをＹ方向に速度Ｖｒで移動するのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介して露光領域に対してウエハＷ上の一つのショット領域がＹ方向に速度β・Ｖｒ（βは投影光学系ＰＬの投影倍率）で移動する。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毎の同期走査動作とが繰り返されて、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のパターン像が転写される。

上述の走査露光動作において、レチクルＲのパターンを投影光学系ＰＬを介して高い解像度で高精度にウエハＷ上に転写するためには、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを駆動する際の振動及び同期誤差等を抑制して、ステージ性能を高める必要がある。そのためには、実際の走査露光時に近い条件（ステージの走査速度等）のもとでそのステージ性能を高精度に評価（計測）する必要がある。以下では、そのステージ性能の評価のための装置構成、及びその評価方法の一例につき説明する。

ステージ性能の評価時には、本例のレチクルステージＲＳＴ上には、デバイスパターン露光用のレチクルＲの代わりに、図２に示すように評価用パターンの形成されたテストレチクルＲ１がロードされる。なお、その評価用パターンは、露光用のレチクルＲのパターン領域の一部に形成しておいてもよく、レチクルマーク板ＲＦＭの空間像計測用マークＰＭの一部に形成しておいてもよい。

図４は、そのテストレチクルＲ１の評価用パターンの一例を示し、この図４において、テストレチクルＲ１のパターン領域の＋Ｘ方向及び−Ｘ方向の端部にそれぞれ遮光膜よりなるステージ単体の位置計測用の評価用パターン９４及び９５が形成され、そのパターン領域の中央部に遮光膜よりなる同期誤差計測用の評価用パターン９８が形成されており、そのパターン領域のその他の部分は光透過部とされている。評価用パターン９４，９５，９８はそれぞれ例えばクロム（Ｃｒ）等からなる金属の薄膜より形成されている。前者の＋Ｘ方向の評価用パターン９４は、実質的にＹ軸に平行な直線状のエッジ部９４Ｅを有し、エッジ部９４ＥにはＹ方向に所定間隔で光透過部よりなる位置基準としてのバーニアマーク部９４Ｖが形成されている。そして、−Ｘ方向の評価用パターン９５は、評価用パターン９４と対称に実質的にＹ軸に平行で所定間隔でバーニアマーク部９５Ｖが形成された直線状のエッジ部９５Ｅを有している。一例として、バーニアマーク部９４Ｖ，９５ＶのＹ方向の幅は数ｍｍで、それらのＹ方向の間隔は数１０ｍｍである。なお、評価用パターン９４及び９５は、そのうちのどちらか又は両方を用いることも可能であるが、以下では一方の評価用パターン９４を用いるものとする。

一方、後者の同期誤差計測用の評価用パターン９８は、実質的にＹ軸に平行な直線状のエッジ部９９Ｘを持つ遮光膜よりなる第１パターン９８Ｘと、実質的にＸ軸に平行な直線状のエッジ部９９Ｙを持つ遮光膜よりなる第２パターン９８Ｙとから構成されている。エッジ部９９Ｘ及び９９Ｙの長さは、一例としてそれぞれ数１００μｍ程度である。なお、不図示であるが、テストレチクルＲ１のパターン領域内にはＸ方向に離れた１組のアライメントマークも形成されている。この１組のアライメントマークの位置を上記のレチクルアライメント顕微鏡で検出することによって、図１の主制御装置５０はテストレチクルＲ１上での評価用パターン９４，９８のそれぞれのエッジ部の位置を認識できる。

また、その１組のアライメントマークの検出結果に基づいて、評価用パターン９４のエッジ部９４Ｅ（及び第１パターン９８Ｘのエッジ部９９Ｘ）が実質的にＹ軸に平行になるように、図２においてテストレチクルＲ１がレチクルステージＲＳＴ上に保持されている。なお、図１の投影光学系ＰＬが例えば反転投影を行うときには、テストレチクルＲ１のパターンはウエハステージＷＳＴ上に反転像として投影される。しかしながら、分かり易くするために、図４及び以下の説明では、評価用パターン９４，９５，９８の形状及び配置は投影光学系ＰＬによって投影された状態で表すものとする。

本例では、上記のテストレチクルＲ１に形成された評価用パターン９４，９８のうちのいずれかの像を、図２の状態で投影光学系ＰＬを介してウエハステージＷＳＴ上に投影して、その空間像のエッジ部の位置を計測する。本例の投影露光装置のウエハステージＷＳＴのＺチルトステージ３８内には、その空間像のエッジ部を検出してステージ性能の評価を行うための空間像計測装置８８（光電センサ）が備えられている。即ち、Ｚチルトステージ３８の上面のウエハホルダ２５の近傍には、表面に複数の開口が形成されたスリット板９０（開口部材）が固定されている。スリット板９０は空間像計測装置８８の一部であり、スリット板９０はその上面がウエハＷの表面と同じ高さになるように固定されている。また、例えばスリット板９０の中心を投影光学系ＰＬの下方の一つの焦点位置の計測点の近傍に移動して、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）を用いてスリット板９０の表面のフォーカス位置を計測し、この計測結果を用いてスリット板９０の表面が投影光学系ＰＬの像面に合致するようにＺチルトステージ３８を駆動した後、Ｚチルトステージ３８の姿勢を固定することで、スリット板９０の表面を投影光学系ＰＬの像面に合致させた状態でステージ性能を評価することも可能である。

図１において、空間像計測装置８８からの検出信号Ｓが信号処理装置８０に供給されている。信号処理装置８０には、ステージ制御装置７０を介してレチクル干渉計５４Ｒによって計測されるレチクルステージＲＳＴの座標（Ｘ座標、Ｙ座標）、及びウエハ干渉計５４Ｗによって計測されるウエハステージＷＳＴの座標（Ｘ座標、Ｙ座標）も所定のサンプリングレートで供給されている。信号処理装置８０ではその検出信号Ｓに所定処理を施して、レチクルステージＲＳＴの座標又はウエハステージＷＳＴの座標に対応させてメモリ５１に格納する。主制御装置５０（制御装置）内の演算部は、その座標に対応した検出信号の情報に基づいてレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置情報（詳細後述）を求める。なお、空間像計測装置８８は、投影光学系ＰＬの結像特性（光学特性）を計測する際にも使用できる。

図２は、Ｚチルトステージ３８内に設けられた空間像計測装置８８及び信号処理装置８０を示す一部を切り欠いた図であり、この図２において、空間像計測装置８８（光電センサ）は、Ｚチルトステージ３８の上面に設けられたスリット板９０と、スリット板９０の開口を通過した照明光ＩＬを集光するコンデンサレンズ８４と、その集光された照明光ＩＬを光電検出する光電検出器としての受光素子８５とを備えている。受光素子８５としては、フォトダイオード又はフォト・マルチプライア・チューブ（ＰＭＴ：光電子増倍管）等を使用できる。なお、例えば受光素子８５がフォト・マルチプライア・チューブである場合には、受光素子８５をＺチルトステージ３８の側面等に外付けしてもよい。これによって、受光素子８５の発熱等による計測精度の低下が防止できる。

スリット板９０は、Ｚチルトステージ３８の端部上面に設けられて上部に開口が形成された突設部５８に対し、その開口を覆う状態で上方から嵌め込まれている。このスリット板９０は、ＸＹ平面に平行な円形の平板状のガラス基板８２の上面に金属（例えばクロム）の薄膜等の遮光膜８３を形成して構成され、その遮光膜８３の一部に所定形状の複数の開口が形成されている。ガラス基板８２の素材としては、露光ビームとしてのＡｒＦエキシマレーザ光に対して透過性の良い、合成石英又は蛍石などが用いられる。

図３は、スリット板９０（開口部材）の開口の配置を示し、この図３において、スリット板９０の上面の遮光膜中にはＹ方向（走査方向）に伸びた細長い長方形の開口よりなるＸ方向用のスリット９２Ｘ（第１開口）と、Ｘ方向（非走査方向）に伸びた細長い長方形の開口よりなるＹ方向用のスリット９２Ｙ（第２開口）と、小さい円形開口よりなるピンホール９２Ｐとが形成されている。スリット９２Ｘ及び９２Ｙはそれぞれ幅ｄ１が１５０〜１００ｎｍ程度で、長さＬ１が１μｍ程度以上で数１０μｍ程度以下である。また、ピンホール９２Ｐの直径はスリット９２Ｘ，９２Ｙの幅ｄ１の２倍程度、即ち３００〜２００ｎｍ程度である。この場合、Ｘ方向用のスリット９２Ｘは、図１のレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴのＸ方向の位置情報を計測するために、図４のテストレチクルＲ１の評価用パターン９４又は第１パターン９８Ｘのエッジ部の空間像を検出する際に使用される。そして、Ｙ方向用のスリット９２Ｙは、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴのＹ方向の位置情報を計測するために、図４の第２パターン９８Ｙのエッジ部の空間像を検出する際に使用される。

また、ピンホール９２Ｐは、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴのＸ方向及びＹ方向を含む全方向の位置情報を計測する際に、即ち図４の全方向の評価用パターン９４，９８のエッジ部の空間像を検出する際に使用することができる。なお、図３のスリット板９０上のスリット９２Ｘ，９２Ｙの代わりに、それぞれＹ軸及びＸ軸に平行なナイフエッジ部を持つ開口パターンを使用することも可能である。

本例では、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを個別に、又は同期してＹ方向に走査する機構が備えられている。そこで、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴのＸ方向の位置情報を計測するために、図４のテストレチクルＲ１の評価用パターン９４又は第１パターン９８Ｘの空間像を検出する際には、その空間像とスリット板９０のスリット９２Ｘとを相対的にＹ方向に走査して、スリット９２Ｘを通過した照明光ＩＬ（露光ビーム）を図２の受光素子８５で受光する。そして、実質的にその照明光ＩＬの強度に比例する光電変換信号が検出信号Ｓとして出力され、その検出信号Ｓの情報が対応するステージの座標とともにメモリ５１に記憶される。言い換えると、そのステージの計測方向の位置情報を含む空間像の強度に対応する検出信号の情報が、そのステージの非計測方向の座標とともにメモリ５１に記憶される。この場合の計測方向（第２方向に対応する）は、スリット９２Ｘの幅方向（短辺方向）であるＸ方向（非走査方向）であり、計測方向に直交する非計測方向（第１方向に対応する）はスリット９２Ｘの長手方向であるＹ方向（走査方向）である。

そのように計測可能な空間像としては、計測方向以外に変化する部分（模様）を有していない一次元的に変化する空間像、即ち非計測方向に伸びたエッジ部を持つ空間像が望ましい。また、ステージの計測方向の変位を高い感度（＝信号変化／変位）で検出するには、スリット９２Ｘの計測方向の幅ｄ１は狭い方がよい。ただし、その幅ｄ１は計測対象のステージの予想される変位の幅（ストローク）よりも広くしておく必要がある。また、スリット９２Ｘの非計測方向の長さＬ１が広い方が受光される光量が多くなり、受光素子８５からの検出信号のＳＮ比が高くなる。そこで、図４の評価用パターン９４はＹ方向に長く伸びたエッジ部９４Ｅを持つ形状とされ、図３のスリット９２Ｘは計測方向に狭く、非計測方向に長い長方形とされている。なお、図４の第１パターン９８Ｘは、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの走査露光時の同期誤差を計測する際に使用され、走査露光時にレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとは投影光学系ＰＬを介して相対的にほぼ静止状態（このときの位置ずれ量が同期誤差となる）であるため、第１パターン９８ＸのＹ方向（非計測方向）の長さはその投影像の長さが図３のスリット９２Ｘの長さＬ１よりも十分に長ければよい。

同様に、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴのＹ方向の位置情報を計測するために、図４の第２パターン９８Ｙの空間像を検出する際には、その空間像と図３のスリット９２ＹとをＸ方向に相対的に走査することも可能である。この場合には、スリット９２Ｙにとっての計測方向はＹ方向であり、非計測方向はＸ方向となる。ただし、例えば走査露光時の同期誤差を計測するために、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴのＹ方向の位置情報（位置ずれ量）を計測する際には、図４の第２パターン９８Ｙの空間像とスリット９２ＹとをＸ方向に相対的に走査する必要はなく、単に第２パターン９８Ｙのエッジ部９９Ｙの像とスリット９２ＹとのＹ方向への相対的な位置ずれ量を検出するだけでよい。そのため、第２パターン９８ＹのＸ方向の長さは、その投影像の長さがスリット９２Ｙの長さＬ１よりも十分に長ければよい。このように同期誤差を計測する際には、スリット９２Ｘの非計測方向（Ｙ方向）がスリット９２Ｙの計測方向となる。

スリット９２Ｙについても、Ｙ方向の検出感度を高くして、かつ受光量を大きくするために、計測方向であるＹ方向に狭く、非計測方向であるＸ方向に長い長方形とされている。また、スリット９２Ｙを通過した照明光ＩＬも図２の受光素子８５で受光され、その受光素子８５からの検出信号Ｓが信号処理装置８０に供給される。同様に、図３のピンホール９２Ｐを用いて評価用パターンのエッジ部の空間像を検出する際にも、ピンホール９２Ｐを通過した照明光ＩＬが図２の受光素子８５で受光され、その受光素子８５からの検出信号Ｓが信号処理装置８０に供給される。そこで、受光素子８５に不要なノイズ光が入射するのを防止するため、図３において、スリット板９０の底面に例えば液晶シャッタを設けておき、スリット９２Ｘ、スリット９２Ｙ、及びピンホール９２Ｐのうちで使用中の開口以外の２つの開口の底面を遮光してもよい。

図２において、受光素子８５の検出信号Ｓは信号処理装置８０内で、不図示の増幅器及びピークホールド回路（パルス光のピーク光量を検出するための回路）を経た後、ローパスフィルタ回路８６の入力部及びスイッチ回路８７の入力部ａに検出信号ＳＡとして供給される。また、ローパスフィルタ回路８６を通過した低周波数成分よりなる検出信号ＳＢは、スイッチ回路８７の入力部ｂに供給される。スイッチ回路８７は、図１の主制御装置５０からの指示に応じて入力部ａ又はｂの検出信号ＳＡ又はＳＢを信号処理部８０ａに供給する。信号処理部８０ａでは、供給された検出信号ＳＡ（又はＳＢ）を例えばＡ／Ｄコンバータによって一連のデジタルデータに変換して、変換されたデータを図１のレチクルステージＲＳＴの座標（Ｘ座標又はＹ座標）、又はウエハステージＷＳＴの座標（Ｘ座標又はＹ座標）に対応させて図１のメモリ５１に格納する。なお、例えばレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを静止させた状態で一方のステージの振動を計測するような場合には、その検出信号ＳＡ（又はＳＢ）を経過時間に対応させてメモリ５１に格納してもよい。

ここで、図３のＸ方向用のスリット９２Ｘを用いる場合の計測可能範囲（計測ストローク）について実測した結果を示す。この場合、露光波長λは１９３ｎｍであり、図１の投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．８２、照明光学系のコヒーレンスファクタ（σ値）を０．８５として、スリット９２Ｘの計測方向の幅ｄ１を１５０ｎｍとした。この露光条件は以下のステージ性能の評価時にも共通である。

次に、図２に示すようにテストレチクルＲ１をレチクルステージＲＳＴ上にロードして、図４のテストレチクルＲ１の評価用パターン９４のエッジ部９４Ｅの一部に照明光ＩＬを照射した状態で、ウエハステージＷＳＴを駆動することによって、そのエッジ部９４Ｅの像に対してＸ方向に近接するようにスリット板９０のスリット９２Ｘを移動する。そして、スリット９２Ｘを通過した光を図２の空間像計測装置８８で受光して得られる検出信号ＳＡを信号処理装置８０において取り込みながら、図５に示すように、そのエッジ部９４Ｅの像９４ＥＷを横切るようにスリット９２Ｘを計測方向（Ｘ方向）に移動した。なお、スリット９２ＸをＸ方向に移動する代わりに、図２のテストレチクルＲ１をＸ方向に移動してもよい。

図６の曲線は、そのようにエッジ部の像９４ＥＷを横切るようにスリット９２ＸをＸ方向に移動した場合に計測された検出信号ＳＡの変化の一例を示し、この図６において、横軸はスリット９２Ｘの計測方向の位置Ｘ（即ち、図１のウエハ干渉計５４Ｗによって計測されるウエハステージＷＳＴのＸ座標）［μｍ］であり、縦軸はその位置Ｘに対応する検出信号ＳＡ（相対値）である。図６において、検出信号ＳＡは位置Ｘの変化に対して幅ｄ２の範囲内でほぼ線形に大きく変化している。幅ｄ２はほぼ１６０ｎｍ（±８０ｎｍ）であり、スリット９２Ｘの実際の幅ｄ１とほぼ等しい。従って、スリット９２Ｘを用いることによって、エッジ部の像９４ＥＷ（空間像）の計測方向の位置Ｘの変化をほぼその幅ｄ１内で、検出信号ＳＡの一次関数として高精度に計測することができる。即ち、ほぼその幅ｄ１の範囲内で、エッジ部の像９４ＥＷ（空間像）の検出信号ＳＡ（強度）と位置Ｘとが比例関係にあると見なすことができ、検出信号ＳＡから位置Ｘを高精度に求めることができる。この際に、例えば検出信号ＳＡが最小値と最大値との中央のレベルにあるときの位置Ｘを０として、検出信号ＳＡが上下に変化したときにその変化量の関数として位置Ｘを計算してもよい。

なお、その位置Ｘを検出信号ＳＡの２次以上の関数、又は検出信号ＳＡの指数関数等で表して、ほぼ線形の範囲を超えて計測を行うことによって、計測方向の計測可能範囲を拡大することもできる。また、図２において、検出信号Ｓの低周波数成分である検出信号ＳＢを用いる場合にも、その検出信号ＳＢからエッジ部の像とスリット９２ＸとのＸ方向の相対的な位置を高精度に計測できる。同様に、図３のＹ方向用のスリット９２Ｙを用いる場合にも、図２の検出信号ＳＡ（又はＳＢ）から、評価用パターンのエッジ部の像とスリット９２ＹとのＹ方向の相対的な位置をほぼ幅ｄ１の範囲内で高精度に計測できる。

本例のような走査型露光装置においては、露光精度に大きな影響を与えるのは、走査露光中のレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期誤差である。従って、走査露光中と同じ走査速度のもとで、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとをＹ方向に走査しながら所定の空間像を検出して、両ステージのＸ方向、Ｙ方向の同期誤差を計測することは重要である。しかしながら、その同期誤差の要因を解析するためには、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴをそれぞれ単体で走査しながら所定の空間像を検出して、各ステージの位置の変化を計測する必要がある。また、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴのそれぞれの振動量を計測する場合にも、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴをそれぞれ単体で移動して、又は静止状態で所定の空間像の検出を行う必要がある。

そこで、本例の投影露光装置のステージ性能の評価方法の一例につき主に以下の３つの場合に分けて説明する。
［レチクルステージＲＳＴ単体の位置計測］
ここでは、図２のレチクルステージＲＳＴ単体の位置計測動作を次の第１工程及び第２工程に分けて説明する。

［第１工程］
図４に示すようにテストレチクルＲ１の評価用パターン９４のエッジ部９４Ｅが実質的にＹ軸に平行になるように、そのテストレチクルＲ１をレチクルステージＲＳＴ上にロードする。次に、レチクルステージＲＳＴをＹ方向に駆動して、図４に示すように、照明光ＩＬの照明領域ＩＡＲに対してＹ方向の手前側にテストレチクルＲ１の評価用パターン９４を移動する。また、ウエハステージＷＳＴを駆動して、スリット板９０上のスリット９２Ｘを露光領域ＩＡ内で、かつ評価用パターン９４のエッジ部の像のほぼ延長線上に移動する。

図３のスリット板９０のレチクル側への共役像を図４の像９０Ｒとして、スリット９２Ｘ及び９２Ｙのレチクル側への共役像を図４の像９２ＸＲ及び９２ＹＲとすると（ただし、分かり易くするために、像９０Ｒ，９２ＸＲ，９２ＹＲの方向は図３と同じにしてある）、図４に示すように、スリット９２Ｘの像９２ＸＲはエッジ部９４Ｅのほぼ延長線上に位置している。

この状態で、照明光ＩＬの照射を開始して、レチクルステージＲＳＴを走査露光時の通常の走査速度で、即ちウエハ上での速さに換算して３００ｍｍ／ｓｅｃで＋Ｙ方向に走査しながら、図２の信号処理装置８０において、レチクルステージＲＳＴの次第に変化するＹ座標に対応させて、スリット９２Ｘを通過した光を空間像計測装置８８で受光して得られる検出信号ＳＡを取り込み、取り込まれたデータをメモリ５１に格納する。この際に、図７に示すように、スリット９２Ｘ上を評価用パターンの像９４Ｗのうちのエッジ部の像９４ＥＷがＹ方向に移動して行く。そのメモリ５１に格納されるデータは、レチクルステージＲＳＴの所定間隔毎の一連のＹ座標（位置Ｙ）と、その一連の位置Ｙにおけるそれぞれの検出信号ＳＡのデジタルデータとの集合である。このとき、図４の評価用パターン９４のバーニアマーク部９４Ｖ以外の区間が有効計測区間である評価ウィンドウとなる。

実際には、図４の評価用パターン９４には描画誤差があるため、そのエッジ部９４Ｅは完全な直線ではなく微小なランダムの凹凸が含まれている。その描画誤差等の系統誤差は、レチクルステージＲＳＴを低速で移動して評価用パターン９４のエッジ部９４Ｅの像の位置を計測することで検出可能である。そこで、本例では系統誤差を独立に計測するために、レチクルステージＲＳＴを再び図４のように−Ｙ方向に移動する。そして、照明光ＩＬの照射を開始して、レチクルステージＲＳＴを通常の走査速度に対して１／１０から１／５０程度に遅い走査速度で、即ち例えばウエハ上での速さに換算して１５ｍｍ／ｓｅｃで＋Ｙ方向に走査しながら、図２の信号処理装置８０において、レチクルステージＲＳＴの一連のＹ座標（位置Ｙ）に対応させて、スリット９２Ｘを通過したエッジ部の像９４ＥＷの光を空間像計測装置８８で受光して得られる検出信号ＳＢを取り込む。そして、取り込まれた一連の座標及び対応する検出信号ＳＢのデジタルデータをメモリ５１に格納する。ここで取り込む検出信号ＳＢは、ローパスフィルタ回路８６に通して得られる低周波数成分である。このように検出信号ＳＢを取り込むのは、光電変換信号中の本来のレチクル製造誤差以外の機械的振動成分である高周波数のノイズ成分（短い空間周波数成分）を除去するためである。従って、機械的な振動が少ない場合には、この段階でも原信号である検出信号ＳＡを検出してもよい。

図８（Ａ）は上述の１回目のレチクルステージＲＳＴの走査で検出される評価用パターン９４のエッジ部の像の検出信号ＳＡ（エッジ部の空間像の振動）の変化の一例を示し、図８（Ｂ）は上述の２回目のレチクルステージＲＳＴの走査で検出される検出信号ＳＢ（その空間像の振動中の描画誤差等の系統誤差）の変化の一例を示している。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）において、横軸はレチクルステージＲＳＴの位置Ｙをウエハ上での値に換算した位置であり、図８（Ａ）の検出信号ＳＡ中で高いピークとなっている部分９６は、図４のバーニアマーク部９４Ｖに対応している。従って、後述の図８（Ｃ）に示すように、その部分９６以外の部分が評価ウィンドウＥＹ１，ＥＹ２，ＥＹ３，ＥＹ４，ＥＹ５となっている。なお、この他に図１のレチクル干渉計５４Ｒによって計測されているレチクルステージＲＳＴのＸ座標をウエハ上での値に換算した値と、ウエハ干渉計５４Ｗによって計測されているウエハステージＷＳＴのＸ座標との差分である干渉計で計測される位置誤差も、位置Ｙに対応させて記録されている。

［第２工程］
図１の主制御装置５０の演算部は、メモリ５１内に格納されている図８（Ａ）の検出信号ＳＡ及び図８（Ｂ）の検出信号ＳＢを用いて、図８（Ｃ）に示すように、位置Ｙ毎に差分ＳＣ（＝ＳＡ−ＳＢ）を計算する。この差分ＳＣ（ステージの計測方向の位置情報）の評価ウィンドウＥＹ１〜ＥＹ５での値が、図４の評価用パターン９４のエッジ部の空間像の系統誤差を除いた実質的な位置、即ちレチクルステージＲＳＴの投影光学系ＰＬを介した位置の計測方向（Ｘ方向）への変位又は振動を表している。本例によれば、図３のスリット９２Ｘを通過した光を受光しており、例えば撮像素子でマーク像を撮像する場合に比べて応答速度が高いため、レチクルステージＲＳＴを走査露光時と同様に高速に走査した場合の変位又は振動も高精度に検出することができる。

この場合、図８（Ｃ）の差分ＳＣで検出されて、上記の干渉計で検出されない成分は、投影光学系ＰＬなどに起因する空間像の振動が主な成分と考えられる。逆に干渉計で検出されて図８（Ｃ）の差分ＳＣで検出されない成分としては、可能性としては低いが干渉計の固定鏡、移動鏡の高周波振動がありえる。この場合の高周波数とは、レチクルステージＲＳＴが制御的に追従できない程度の周波数を指す。

また、図８（Ｃ）の差分ＳＣの要因解析を行うために、差分ＳＣを周波数解析（フーリエ解析）してもよい。この場合、位置Ｙを時間ｔに換算して周波数解析をして、そのフーリエスペクトルがピーク値を取るときの周波数を求めることによって、差分ＳＣに影響を与えている要因（工場内の特定の振動源など）を特定できる場合がある。要因が特定できた場合には、その要因を除去すればよい。

なお、この実施形態ではレチクルステージＲＳＴを走査しているときのレチクルステージＲＳＴの計測方向の位置の変化を計測したが、レチクルステージＲＳＴを静止させた状態で、レチクルステージＲＳＴの計測方向の位置の変化を検出信号ＳＡから計測してもよい。この計測結果はレチクルステージＲＳＴの主に振動を表しており、その計測結果を周波数解析することで、振動源などをより的確に特定できる場合がある。

［ウエハステージＷＳＴ単体の位置計測］
ここでは、図２のウエハステージＷＳＴ単体の位置計測動作を次の第１工程及び第２工程に分けて説明する。
［第１工程］
図４に示すようにテストレチクルＲ１の評価用パターン９４のエッジ部９４Ｅが実質的にＹ軸に平行になるように、そのテストレチクルＲ１をレチクルステージＲＳＴ上にロードする。次に、図４の状態からレチクルステージＲＳＴを＋Ｙ方向に駆動して、照明光ＩＬの照明領域ＩＡＲ内に評価用パターン９４のエッジ部９４Ｅの一部が入るようにして、レチクルステージＲＳＴを静止させる。

図９は、そのときのウエハステージＷＳＴ上の露光領域ＩＡを示し、この図９において、評価用パターンの像９４Ｗのうちのエッジ部の像９４ＥＷがスリット板９０上のＸ方向用のスリット９２Ｘ内を通過している。本例ではウエハステージＷＳＴを走査露光時と同じ走査速度でＹ方向に移動するが、エッジ部の像９４ＥＷを検出してウエハステージＷＳＴのＸ方向（計測方向）への変位又は振動を検出できるのは、スリット９２ＸがＹ方向の幅ＬＹ（例えば８ｍｍ程度）の露光領域ＩＡを通過している期間のみである。

即ち、本例では図９においてスリット９２Ｘを露光領域ＩＡに対して−Ｙ方向の手前側に移動して、照明光ＩＬの照射を開始した後、ウエハステージＷＳＴを走査露光時の通常の走査速度で、即ち３００ｍｍ／ｓｅｃで＋Ｙ方向に走査しながら、図２の信号処理装置８０において、ウエハステージＷＳＴの次第に変化するＹ座標（位置Ｙ）に対応させて、スリット９２Ｘを通過した光を空間像計測装置８８で受光して得られる検出信号ＳＡを取り込み、取り込まれたデータを位置Ｙとともにメモリ５１に格納する。

この場合にも、図４の評価用パターン９４の描画誤差等の系統誤差を独立に計測するために、ウエハステージＷＳＴを再び−Ｙ方向に移動して、図９において露光領域ＩＡの−Ｙ方向の手前にスリット９２Ｘを移動する。そして、照明光ＩＬの照射を開始して、ウエハステージＷＳＴを通常の走査速度に対して１／１０から１／５０程度に遅い走査速度で、即ち例えば１５ｍｍ／ｓｅｃで＋Ｙ方向に走査しながら、図２の信号処理装置８０において、ウエハステージＷＳＴの一連のＹ座標（位置Ｙ）に対応させて、スリット９２Ｘを通過したエッジ部の像９４ＥＷの光を空間像計測装置８８で受光して得られる検出信号ＳＢを取り込み、取り込まれた一連の座標及び対応する検出信号ＳＢのデジタルデータをメモリ５１に格納する。ここで取り込む検出信号ＳＢは、ローパスフィルタ回路８６を経て機械的振動成分の除去された低周波数成分である。なお、機械的な振動が少ない場合には、この段階でも原信号である検出信号ＳＡを検出してもよい。

図１０（Ａ）の曲線Ａ１は上述の１回目のウエハステージＷＳＴの走査で検出される評価用パターン９４のエッジ部の像の検出信号ＳＡ（ウエハステージＷＳＴのＸ方向の振動）の変化の一例を示し、曲線Ｂ１は上述の２回目のウエハステージＷＳＴの走査で検出される検出信号ＳＢ（そのウエハステージＷＳＴの振動中の描画誤差等の系統誤差）の変化の一例を示している。図１０（Ａ）において、横軸はウエハステージＷＳＴの位置Ｙ（ウエハ位置）［ｍｍ］であり、図１０（Ａ）の検出信号ＳＡ，ＳＢ中で高いピークとなっている部分は、図４のバーニアマーク部９４Ｖに対応している。従って、露光領域ＩＡの幅内でそのピークとなる部分以外が評価ウィンドウＥＹ６，ＥＹ７，ＥＹ８となっている。また、図１０（Ａ）の縦軸は検出信号ＳＡ，ＳＢをＸ方向の変位［μｍ］に換算した値であり、見やすくするために、曲線Ａ１，Ｂ１及び後述の曲線Ｃ１，Ｄ１の平均値をずらして表示してる。

この例では、図１のレチクル干渉計５４Ｒによって計測されているレチクルステージＲＳＴのＸ座標をウエハ上での値に換算した値と、ウエハ干渉計５４Ｗによって計測されているウエハステージＷＳＴのＸ座標との差分である干渉計で計測される位置誤差ＳＤ［μｍ］も、位置Ｙに対応させて曲線Ｄ１として記録されている。
［第２工程］
図１の主制御装置５０の演算部は、メモリ５１内に格納されている図１０（Ａ）の検出信号ＳＡ及びＳＢを用いて、図１０（Ａ）の曲線Ｃ１に示すように、ウエハ位置毎に差分ＳＣ（＝ＳＡ−ＳＢ）を計算する。この差分ＳＣ（ステージの計測方向の位置情報）の評価ウィンドウＥＹ６〜ＥＹ８での値が、図４の評価用パターン９４のエッジ部の空間像の系統誤差を除いた実質的な位置、即ちウエハステージＷＳＴの計測方向（Ｘ方向）への振動を表している。本例によれば、図３のスリット９２Ｘを通過した光を受光しており、例えば撮像素子でマーク像を撮像する場合に比べて応答速度が高いため、ウエハステージＲＳＴを走査露光時と同様に高速に走査した場合の変位又は振動も高精度に検出することができる。

この場合、図１０（Ａ）の差分ＳＣで検出されて、上記の干渉計の位置誤差ＳＤで検出されない成分は、ウエハステージＷＳＴの振動が主な成分と考えられる。逆に干渉計で検出されて図１０（Ａ）の差分ＳＣで検出されない成分としては、可能性としては低いが干渉計の固定鏡、移動鏡の高周波振動がありえる。この場合の高周波とは、ウエハステージＷＳＴが制御的に追従できない程度の周波数を指す。

また、図１の主制御装置５０の演算部は、図１０（Ａ）の差分ＳＣ（ステージ振動成分）及び干渉計の位置誤差ＳＤを位置Ｙを時間ｔに換算して周波数解析することによって、図１０（Ｂ）の曲線Ｅ１及びＦ１でそれぞれ示すように、評価ウィンドウＥＹ６〜ＥＹ８内の差分ＳＣ及び位置誤差ＳＤのパワースペクトラム密度ＰＳＣ及びＰＳＤを求める。図１０（Ｂ）において、横軸は周波数ｆ［Ｈｚ］であり、縦軸はパワースペクトラム密度ＰＳＣ及びＰＳＤ［μｍ² ／Ｈｚ］であり、縦軸の１目盛りは、１×１０^-6［μｍ² ／Ｈｚ］である。

この場合、差分ＳＣから求めたパワースペクトラム密度ＰＳＣ（曲線Ｅ１）のピークレベルは、干渉計の位置誤差ＳＤから求めたパワースペクトラム密度ＰＳＤ（曲線Ｆ１）のピークレベルよりもかなり大きいため、本例の空間像計測によれば、ステージの振動をより高感度に計測できることが分かる。また、例えば図１０（Ｂ）の差分ＳＣ（ステージ振動成分）に対応するパワースペクトラム密度ＰＳＣがピークとなる周波数から、差分ＳＣに影響を与えている要因（工場内の特定の振動源など）を特定できる場合がある。要因が特定できた場合には、その要因を除去すればよい。また、ウエハステージＷＳＴを静止させた状態で上記の検出信号ＳＡを検出することによって、ウエハステージＷＳＴの静止状態での振動の状態も計測することができる。

［レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期誤差の計測］
ここでは、走査露光時と同様に図２のレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを同期走査するときの、レチクルステージＲＳＴの座標をウエハ上での値に換算して得られる座標とウエハステージＷＳＴの座標との目標値からのずれであるＸ方向及びＹ方向の同期誤差を計測する動作について、次の第１工程及び第２工程に分けて説明する。

走査型露光装置における一つのステージ性能は、通常、図１の露光領域ＩＡのＹ方向の幅（以下、「露光スリット幅」と言う）内の同期誤差の平均値であるＭＡ（Moving Average)と、露光スリット幅内の同期誤差の標準偏差であるＭＳＤ（Moving Standard Deviation)とによって評価される。また、同期誤差は通常はレチクル干渉計５４Ｒで計測されるレチクルステージＲＳＴの座標と、ウエハ干渉計５４Ｗで計測されるウエハステージＷＳＴの座標とを用いて計測されている。同期誤差のＭＡ成分は、ウエハＷ上のフォトレジストに感光される像の位置を変化させて、ＭＳＤ成分は、フォトレジストに感光される像のコントラストを変化させる。しかしながら、レチクル干渉計５４Ｒ及びウエハ干渉計５４Ｗの計測値には投影光学系ＰＬの結像特性の影響が含まれていない。そこで、本例では、その結像特性の影響を含めた実質的な同期誤差を次のようにして計測する。

［第１工程］
本例では、評価用パターンとして、図４のテストレチクルＲ１のエッジ部９９Ｘを持つ第１パターン９８Ｘとエッジ部９９Ｙを持つ第２パターン９８Ｙとを有する評価用パターン９８を用いる。そして、第１パターン９８Ｘのエッジ部９９Ｘが実質的にＹ軸に平行になるように、そのテストレチクルＲ１をレチクルステージＲＳＴ上にロードする。次に、図４の状態からレチクルステージＲＳＴを＋Ｙ方向に駆動して、照明光ＩＬの照明領域ＩＡＲ内に第１パターン９８Ｘのエッジ部９９Ｘ及び第２パターン９８Ｙのエッジ部９９Ｙが入るようにして、レチクルステージＲＳＴを静止させる。次に、ウエハステージＷＳＴを駆動して、図３のスリット板９０のスリット９２Ｘ及び９２Ｙがそれぞれエッジ部９９Ｘ及び９９Ｙの像を含むように位置決めを行う。

図１１は、そのときのウエハステージＷＳＴ上の露光領域ＩＡを示し、この図１１において、第１パターンの像９８ＸＷのエッジ部の像９９ＸＷがスリット９２Ｘ内にあり、第２パターンの像９８ＹＷのエッジ部の像９９ＹＷがスリット９２Ｙ内にある。本例ではレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを走査露光時と同じ走査速度でＹ方向に同期して移動するが、エッジ部の像９９ＸＷ及び９９ＹＷを検出してレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとのＸ方向（計測方向）及びＹ方向（スリット９２Ｘの非計測方向）への相対的な位置ずれ量又は振動を検出できるのは、スリット９２Ｘ，９２Ｙが幅ＬＹの露光領域ＩＡを通過している期間のみである。

なお、例えばＸ方向用のスリット９２Ｘを通過した光を受光する場合にはスリット９２Ｙを通過した光はノイズ光となるため、スリット９２Ｙの底面を液晶シャッタで覆うか、又は図１１においてスリット９２Ｙを第２パターンの像９８ＹＷ中に入れてもよい。逆に、Ｙ方向用のスリット９２Ｙを通過した光を受光する場合には、スリット９２Ｘの底面を液晶シャッタで覆うか、又は図１１においてスリット９２Ｘを第１パターンの像９８ＸＷの中に入れてもよい。

そして、本例ではレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの投影光学系ＰＬを介しての位置関係を維持した状態で、図１１においてスリット板９０を露光領域ＩＡに対して−Ｙ方向の手前側に移動して、照明光ＩＬの照射を開始した後、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを走査露光時の通常の走査速度で、即ちウエハ上に換算した速さで３００ｍｍ／ｓｅｃで＋Ｙ方向（レチクルステージＲＳＴは実際には逆方向に移動している）に同期して走査する。この際に、図１１において、第１及び第２パターンの像９８ＸＷ及び９８ＹＷと、スリット板９０とはそれぞれ矢印Ａ１及びＡ２で示すように＋Ｙ方向に同期して移動する。この動作と並行して、図２の信号処理装置８０において、ウエハステージＷＳＴの次第に変化するＹ座標（位置Ｙ）に対応させて、Ｘ方向用のスリット９２Ｘを通過した光を空間像計測装置８８で受光して得られる検出信号ＳＡを取り込み、取り込まれたデータを位置Ｙとともにメモリ５１に格納する。また、この動作がＹ方向用のスリット９２Ｙを通過した光を取り込む状態で繰り返される。

この場合にも、図４の評価用パターン９８の描画誤差等の系統誤差を独立に計測するために、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの位置関係を維持した状態で、ウエハステージＷＳＴを再び−Ｙ方向に移動して、図１１において露光領域ＩＡの−Ｙ方向の手前にスリット板９０を移動する。そして、照明光ＩＬの照射を開始して、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを通常の走査速度に対して１／１０から１／５０程度に遅い走査速度で、即ち例えばウエハ上に換算した速さで１５ｍｍ／ｓｅｃで＋Ｙ方向に同期して走査しながら、図２の信号処理装置８０において、ウエハステージＷＳＴの一連のＹ座標（位置Ｙ）に対応させて、スリット９２Ｘを通過したエッジ部の像９４ＥＷの光を空間像計測装置８８で受光して得られる検出信号ＳＢを取り込み、取り込まれた一連の座標及び対応する検出信号ＳＢのデジタルデータをメモリ５１に格納する。ここで取り込む検出信号ＳＢは、ローパスフィルタ回路８６を経て機械的振動成分の除去された低周波数成分である。なお、機械的な振動が少ない場合には、この段階でも原信号である検出信号ＳＡを検出してもよい。また、この動作がＹ方向用のスリット９２Ｙを通過した光を取り込む状態で繰り返される。

図１２（Ａ）の曲線Ａ２は上述の１回目のレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの同期走査時に第１パターン９８のエッジ部の像をスリット９２Ｘを介して検出して得られる検出信号ＳＡ（両ステージのＸ方向の相対位置）の変化の一例を示し、曲線Ｂ２は上述の２回目の同期走査で検出される検出信号ＳＢ（その両ステージの相対位置中の描画誤差等の系統誤差）の変化の一例を示している。図１２（Ａ）において、横軸はウエハステージＷＳＴの位置Ｙ（ウエハ位置）［ｍｍ］であり、図１２（Ａ）の検出信号ＳＡ，ＳＢ中でレベルの高い部分が評価ウィンドウＥＹ９内の部分である。また、図１２（Ａ）の縦軸も検出信号ＳＡ，ＳＢをＸ方向の変位［μｍ］に換算した値であり、見やすくするために、曲線Ａ２，Ｂ２及び後述の曲線Ｃ２，Ｄ２の平均値をずらして表示してる。

また、この例でも、図１のレチクル干渉計５４Ｒによって計測されているレチクルステージＲＳＴのＸ座標をウエハ上での値に換算した値と、ウエハ干渉計５４Ｗによって計測されているウエハステージＷＳＴのＸ座標との差分である干渉計で計測されるＸ方向の位置誤差ＳＤ［μｍ］も、位置Ｙに対応させて曲線Ｄ２として記録されている。
また、図１２（Ａ）に対応させて、不図示であるが、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの同期走査時に第２パターン９８のエッジ部の像をスリット９２Ｙを介して検出したときに得られる検出信号ＳＡ，ＳＢ（両ステージのＸ方向の相対位置）の変化も記憶されている。

［第２工程］
図１の主制御装置５０の演算部は、メモリ５１内に格納されている図１２（Ａ）の検出信号ＳＡ及びＳＢを用いて、図１２（Ａ）の曲線Ｃ２に示すように、ウエハ位置毎に差分ＳＣ（＝ＳＡ−ＳＢ）を計算する。この差分ＳＣ（ステージの計測方向の位置情報）の評価ウィンドウＥＹ９での値が、図４の第１パターン９８Ｘのエッジ部の空間像の系統誤差を除いた実質的な位置、即ちレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの計測方向（Ｘ方向）への相対的な位置ずれ（空間像から求めた同期誤差）を表している。本例によれば、図３のスリット９２Ｘを通過した光を受光しており、例えば撮像素子でマーク像を撮像する場合に比べて応答速度が高いため、その相対的な位置ずれをウエハ位置に関してより細かい分解能で高精度に検出することができる。

この場合、図１２（Ａ）の差分ＳＣで検出されて、上記の干渉計の位置誤差ＳＤで検出されない成分は、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの振動が主な成分と考えられる。逆に干渉計で検出されて図１２（Ａ）の差分ＳＣで検出されない成分としては、可能性としては低いが干渉計の固定鏡、移動鏡の高周波振動がありえる。この場合の高周波数とは、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴが制御的に追従できない程度の周波数を指す。

また、差分ＳＣは、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの同期走査時に第２パターン９８のエッジ部の像をスリット９２Ｙを介して検出したときに得られる検出信号ＳＡ，ＳＢ（両ステージのＸ方向の相対位置）に関しても求められる。
また、図１の主制御装置５０の演算部は、図１２（Ａ）の差分ＳＣ（両ステージの振動成分）及び干渉計の位置誤差ＳＤを位置Ｙを時間ｔに換算して周波数解析することによって、図１２（Ｂ）の曲線Ｅ２及びＦ２でそれぞれ示すように、評価ウィンドウＥＹ９内の差分ＳＣ及び位置誤差ＳＤのパワースペクトラム密度ＰＳＣ及びＰＳＤを求める。図１２（Ｂ）において、横軸は周波数ｆ［Ｈｚ］であり、縦軸はパワースペクトラム密度ＰＳＣ及びＰＳＤ［μｍ² ／Ｈｚ］であり、縦軸の１目盛りは、１×１０^-6［μｍ² ／Ｈｚ］である。

この場合、差分ＳＣから求めたパワースペクトラム密度ＰＳＣ（曲線Ｅ２）のピークレベルは、干渉計の位置誤差ＳＤから求めたパワースペクトラム密度ＰＳＤ（曲線Ｆ２）のピークレベルよりもかなり大きいため、本例の空間像計測によれば、ステージの振動をより高感度に計測できることが分かる。また、例えば図１２（Ｂ）の差分ＳＣ（ステージ振動成分）に対応するパワースペクトラム密度ＰＳＣがピークとなる周波数から、差分ＳＣに影響を与えている要因（工場内の特定の振動源など）を特定できる場合がある。要因が特定できた場合には、その要因を除去すればよい。

以上がステージ性能の計測工程である。その後に図１の投影露光装置のレチクルステージＲＳＴ上に露光用のレチクルＲをロードして走査露光を行う場合には、例えば図１２（Ａ）の曲線Ｃ２で示される差分ＳＣ（レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの相対的な位置ずれ量）が所定の目標値となるように、レチクルステージＲＳＴ又はウエハステージＷＳＴの位置を補正すればよい。これによって、重ね合わせ精度等の露光精度が向上する。

上述のように本例によれば、干渉計で計測されるステージの座標からは計測困難な空間像（又はステージ）の変位又は振動を直接計測でき、空間像の動的な位置測定を高精度に行うことができる。このように高精度に空間像の変位又は振動をモニタできるため、例えばそのモニタ結果の周波数解析等により振動の要因の特定などを効率良く行うことができる。また、定期的に投影露光装置のステージ性能等を確認することも容易に行うことができる。

また、上記各実施形態では、投影光学系として縮小系を用いる場合について説明したが、これに限らず、投影光学系として等倍あるいは拡大系を用いても良いし、投影光学系は屈折系、反射屈折系、又は反射系のいずれであっても良い。
また、例えば半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいてレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の投影露光装置（露光装置）によりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、及び検査ステップ等を経て製造される。

また、上記各実施形態では、本発明が走査露光型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、マスクとウエハとを静止した状態でマスクのパターンをウエハに転写するステッパー等の静止露光型（一括露光型）の投影露光装置でステージ性能の評価等を行う場合にも本発明を適用することができる。また、本発明は、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレットに開示されている液浸型露光装置でステージ性能の評価等を行う場合にも適用することができる。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子や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、薄膜磁気ヘ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、及び撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＤＮＡチップなど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。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。

本発明の露光装置によれば、ステージ又は所定のパターンの空間像の動的な位置情報を高い応答速度で計測することができる。また、その位置情報の計測結果の周波数解析等を行うことによって、その計測結果の要因の特定などを効率的に行うことができる。

本発明の実施形態の一例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。図１の投影露光装置に備えられた空間像計測装置８８及び信号処理装置８０を示す一部を切り欠いた図である。図２のスリット板９０上の複数の開口の配置の一例を示す平面図である。テストレチクルＲ１に形成されている評価用パターンの一例を示す平面図である。評価用パターンのエッジ部の像に対してスリット９２ＸをＸ方向に移動する様子を示す拡大平面図である。図５のスリット９２Ｘの移動の際に図２の空間像計測装置８８で検出される検出信号ＳＡの一例を示す図である。スリット９２Ｘに対して評価用パターンの像９４ＷをＹ方向に移動する様子を示す拡大平面図である。（Ａ）は図７の状態でスリット９２Ｘを介して受光した光に対応する検出信号ＳＡを示す図、（Ｂ）は図７の状態でスリット９２Ｘを介して受光した光に対応する検出信号ＳＢを示す図、（Ｃ）は検出信号ＳＡとＳＢとの差分ＳＣを示す図である。評価用パターンの像９４Ｗに対してスリット９２ＸをＹ方向に移動する様子を示す拡大平面図である。（Ａ）は図９の状態でスリット９２Ｘを介して受光した光に対応する検出信号ＳＡ等の一例を示す図、（Ｂ）は図１０（Ａ）の差分ＳＣ及び位置誤差ＳＤを周波数解析して得られるパワースペクトラム密度を示す図である。第１パターンの像９８ＸＷ（第２パターンの像９８ＹＷ）とスリット９２Ｘ（スリット９２Ｙ）とをＹ方向に同期して移動する様子を示す拡大平面図である。（Ａ）は図１１の状態でスリット９２Ｘを介して受光した光に対応する検出信号ＳＡ等の一例を示す図、（Ｂ）は図１２（Ａ）の差分ＳＣ及び位置誤差ＳＤを周波数解析して得られるパワースペクトラム密度を示す図である。

符号の説明

１２…照明光学系、１４…光源、５０…主制御装置、５１…メモリ、８０…信号処理装置、８５…受光素子、８８…空間像計測装置、９０…スリット板、９２Ｘ，９２Ｙ…スリット、９２Ｐ…ピンホール、９４，９５…評価用パターン、９８Ｘ…第１パターン、９８Ｙ…第２パターン、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル、ＲＳＴ…レチクルステージ、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ

Claims

第１ステージ上の第１物体を露光ビームで照明し、前記露光ビームで前記第１物体及び投影光学系を介して第２ステージ上の第２物体を露光するに際して、前記第１ステージの位置情報を計測する計測方法であって、
前記第１ステージに第１方向に伸びたエッジ部を有するパターンを設けておき、前記パターンに前記露光ビームを照射した状態で、前記第１ステージを前記第１方向に移動しながら、前記エッジ部を通過した前記露光ビームを前記投影光学系を介して受光する第１工程を有することを特徴とする計測方法。
前記第１工程で得られる情報から前記第１ステージの前記第１方向と直交する第２方向の位置情報を求める第２工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
前記第２工程で求められる位置情報は、前記第１ステージを前記第１方向に移動するときの前記第１ステージの前記第２方向の振動の情報を含むことを特徴とする請求項２に記載の計測方法。
第１ステージ上の第１物体を露光ビームで照明し、前記露光ビームで前記第１物体及び投影光学系を介して第２ステージ上の第２物体を露光するに際して、前記第２ステージの位置情報を計測する計測方法であって、
前記露光ビームで第１方向に伸びたエッジ部を有するパターンを照明し、前記パターンの像を前記投影光学系を介して投影した状態で、前記第２ステージを前記第１方向に移動しながら、前記エッジ部の像を前記第２ステージを介して受光する第１工程を有することを特徴とする計測方法。
前記第１工程で得られる情報から前記第２ステージの前記第１方向と直交する第２方向の位置情報を求める第２工程をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の計測方法。
前記第２工程で求められる位置情報は、前記第２ステージを前記第１方向に移動するときの前記第２ステージの前記第２方向の振動の情報を含むことを特徴とする請求項５に記載の計測方法。
前記パターンは、前記第１方向に伸びたエッジ部を有して前記第１ステージに設けられた第１パターンを含み、
前記第１工程は、前記第２ステージに同期して前記第１ステージを前記第１方向に移動する工程を含み、
前記第１工程で得られる情報から前記第１ステージと前記第２ステージとの前記第２方向の同期誤差の情報を求める第２工程をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の計測方法。
前記パターンは、前記第２方向に伸びたエッジ部を有して前記第１ステージに設けられた第２パターンを含み、
前記第１工程は、前記２ステージに同期して前記第１ステージを前記第１方向に移動する工程を含み、
前記第１工程で得られる情報から前記第１ステージと前記第２ステージとの前記第１方向の同期誤差の情報を求める第２工程をさらに有することを特徴とする請求項４又は７に記載の計測方法。
前記第１工程は、前記パターンのエッジ部の像の少なくとも一部を含むように配置された開口を介して前記露光ビームを受光する工程を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の計測方法。
前記開口は、スリット、ピンホール、又は一端がナイフエッジとされた開口であることを特徴とする請求項９に記載の計測方法。
第１ステージ上の第１物体を露光ビームで照明し、前記露光ビームで前記第１物体及び投影光学系を介して第２ステージ上の第２物体を露光する露光方法において、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の計測方法を用いて前記第１ステージ及び前記第２ステージの少なくとも一方の前記第１方向に直交する第２方向の位置情報を求める計測工程と、
前記計測工程で求められた位置情報に基づいて前記第１ステージ又は前記第２ステージの位置を補正しながら前記第１及び第２ステージを駆動して前記第２物体を露光する露光工程とを有することを特徴とする露光方法。
第１ステージ上の第１物体を露光ビームで照明し、前記露光ビームで前記第１物体及び投影光学系を介して第２ステージ上の第２物体を露光する露光装置において、
前記第１ステージに設けられるとともに第１方向に伸びたエッジ部を有するパターンと、
前記第１ステージ及び前記第２ステージの少なくとも一方を前記第１方向に駆動する駆動機構と、
前記第２ステージに少なくとも一部が設けられて前記投影光学系を介した前記露光ビームを受光する光電センサと、
前記露光ビームのもとで前記パターンの像を前記投影光学系を介して投影した状態で、前記駆動機構によって前記第１ステージ及び前記第２ステージの少なくとも一方を前記第１方向に移動しながら、前記エッジ部の像を前記光電センサで受光する制御装置とを有することを特徴とする露光装置。
前記光電センサは、前記パターンのエッジ部の像の少なくとも一部を含む大きさの開口が形成されて前記第２ステージに設けられた開口部材と、前記開口を通過した前記露光ビームを受光する光電検出器とを含み、
前記制御装置は、前記光電センサで受光して得られる情報から、前記第１ステージ及び前記第２ステージの少なくとも一方の前記第１方向に直交する第２方向の位置情報を求めることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
前記駆動機構は、前記第１ステージと前記第２ステージとを前記第２方向に同期して駆動する機構を含み、
前記パターンは、前記第１方向に伸びたエッジ部を有する第１パターンと、前記第２方向に伸びたエッジ部を有する第２パターンとを含み、
前記開口は、前記第１パターンのエッジ部の少なくとも一部の像を含む大きさの第１開口と、前記第２パターンのエッジ部の少なくとも一部の像を含む大きさの第２開口とを含み、
前記制御装置は、前記光電センサで受光して得られる情報から、前記第１ステージと前記第２ステージとを同期して駆動する際の前記第２方向及び前記第１方向の同期誤差の情報を求めることを特徴とする請求項１３に記載の露光装置。