JP2007194551A - 算出方法、調整方法及び露光方法、並びに像形成状態調整システム及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の光学特性を高精度に調整する。
【解決手段】 制御装置が、エネルギビームの照射に伴う光学系の波面収差の変動情報を算出（ステップ２２２）、その算出された波面収差の変動情報と、パターンに関する情報とに基づいて、光学系の調整データを算出する（ステップ２０８〜２１６）。特に、現在の結像性能の演算に際しては、露光対象のパターン情報に応じたツェルニケ感度の情報が用いられる。これにより、像形成対象のパターンに関する情報に基づいた光学系の光学特性の調整データの算出が可能となる。従って、従来のように基準パターンについて行ったシミュレーション結果等に基づいて定められた予測演算式を用いて光学系の結像性能の照射変動の予測演算を行う場合に比べて、より精度の高い光学系の光学特性の調整データの算出、ひいては、光学系の光学特性の高精度な調整が可能になる。
【選択図】図４

Description

本発明は、算出方法、調整方法及び露光方法、並びに像形成状態調整システム及び露光装置に係り、詳しくは、エネルギビームによりパターンの像を形成する光学系の光学特性を調整する調整データを算出する算出方法、前記光学系の光学特性を調整する調整方法及び該調整方法を用いる露光方法、並びにエネルギビームにより光学系を介して形成されるパターンの像の形成状態を調整する像形成状態調整システム及び該システムを含む露光装置に関する。

半導体素子等を製造する場合には、異なる回路パターンをウエハ又はガラスプレート等の物体（以下、「ウエハ」と総称する）上に幾層にも積み重ねて形成する必要がある。この重ね合せを精度良く行うためには、その半導体素子等の製造に用いられる露光装置（いわゆるステッパやスキャニング・ステッパなど）の投影光学系の結像性能が所望の状態に調整されることが必要不可欠である。

かかる投影光学系の結像性能の調整には、例えば投影光学系を構成するレンズエレメントなどの光学素子の位置や傾きなどを調整する結像性能調整機構などが用いられる。しかるに、結像性能は、露光条件、例えば照明条件や使用するパターンなどにより変化する。

しかるに、露光中の照明光（露光光）の吸収により、投影光学系の結像性能（諸収差を含む）は、徐々に変化し、さらに長時間の露光によって、要求される仕様の範囲を超えてしまう。このため、従来においても、露光中の投影光学系の照明光の吸収による結像性能（例えばフォーカス、ディストーションなど）の変動（照射変動）の影響を軽減するため、レチクルに形成された計測マーク、例えばウエハ上での線幅（ハーフピッチ）１５０ｎｍのラインアンドスペースパターン（以下、Ｌ／Ｓパターンと記述する）の空間像を計測し、この計測結果に基づいて投影光学系の結像性能の変化量を算出して、フォーカス誤差、ディストーション誤差などを調整していた（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、上記の計測マークとは線幅が異なる実際のデバイスパターン、例えば線幅が６０ｎｍ，７０ｎｍなどのＬ／Ｓパターンの像を種々の照明条件、例えばダイポール照明条件下でウエハ上に形成する場合には、上述の調整を行った後でもフォーカス誤差、ディストーション誤差を小さくすることが困難であることが、最近になって判明した。

特開２００３−２１８０２４号公報

本発明は、上述の事情の下になされたもので、第１の観点からすると、エネルギビームによりパターンの像を形成する光学系の光学特性を調整する調整データを算出する算出方法であって、前記エネルギビームの照射に伴う前記光学系の波面収差の変動情報を算出する工程と；算出された前記波面収差の変動情報と、前記パターンに関する情報とに基づいて、前記調整データを算出する工程と；を含む算出方法である。

これによれば、エネルギビームの照射に伴う光学系の波面収差の変動情報を算出し、その算出された波面収差の変動情報と、パターンに関する情報とに基づいて、光学系の調整データを算出することから、像形成対象のパターンに関する情報に基づいた光学系の光学特性の調整データの算出が可能となる。従って、従来のように計測マークを用いて光学系の結像性能の変化を求める場合に比べて、より精度の高い光学系の光学特性の調整データの算出が可能になり、ひいては、その算出された調整データを用いて光学系の光学特性を調整することで、高精度な光学特性の調整が可能になる。

本発明は、第２の観点からすると、エネルギビームによりパターンの像を形成する光学系の光学特性を調整する調整方法であって、前記エネルギビームの照射に伴う前記光学系の波面収差の変動情報を算出する工程と；算出された前記波面収差の変動情報と、前記パターンに関する情報とに基づいて、前記光学系の光学特性を調整する工程と；を含む調整方法である。

これによれば、像形成対象のパターンに関する情報に基づいて光学系の光学特性が調整されることから、従来の計測マークを用いて光学系の結像性能の変化を求める場合に比べて、高精度な光学特性の調整が可能になる。

本発明は、第３の観点からすると、本発明の調整方法を用いて前記光学系の光学特性を調整する工程と；その光学特性が調整された光学系を介してエネルギビームにより物体を露光し、前記物体上にパターンの像を形成する工程と；を含む露光方法である。

これによれば、パターンに応じて高精度に光学特性が調整された光学系を介してエネルギビームにより物体を露光し、その物体上にパターンの像を形成するので、物体上に精度良くパターンの像を形成することが可能になる。

本発明は、第４の観点からすると、エネルギビームにより光学系を介して形成されるパターンの像の形成状態を調整する像形成状態調整システムであって、前記エネルギビームの照射に伴う前記光学系の波面収差の変動情報を算出する第１算出装置と；算出された前記波面収差の変動情報と、前記パターンに関する情報とに基づいて、前記光学系の光学特性を調整する調整データを算出する第２算出装置と；を備える像形成状態調整システムである。

これによれば、第１算出装置により、エネルギビームの照射に伴う光学系の波面収差の変動情報が算出され、算出された波面収差の変動情報と、パターンに関する情報とに基づいて、第２算出装置により、光学系の光学特性を調整する調整データが算出される。このため、像形成対象のパターンに関する情報に基づいた光学系の光学特性の調整データを算出するが可能となり、従来の計測マークを用いて光学系の結像性能の変化を求める場合に比べて、より精度の高い光学系の光学特性の調整データの算出が可能になる。従って、この算出データを用いて光学系の光学特性を調整することで、高精度な光学特性の調整が可能になる。

本発明は、第５の観点からすると、エネルギビームにより光学系を介して物体上にパターンの像を形成する露光装置であって、前記光学系の光学特性を調整する本発明の像形成状態調整システムと；前記光学系を介してエネルギビームを照射して前記物体を露光するビーム源と；を備える露光装置である。

これによれば、像形成状態調整システムにより、光学系の光学特性が高精度に調整され、その光学系を介してビーム源からエネルギビームを照射して物体が露光される。従って、物体上に精度良くパターンの像を形成することが可能になる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る露光装置１０の概略的な構成が示されている。この露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる。）である。

この露光装置１０は、光源１４及び照明光学系１２を含む照明系、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持してＸＹ平面内を自在に移動可能なウエハステージＷＳＴ、及びこれらを制御する制御系等を備えている。また、図示は省略されているが、上記各構成部分のうち、光源１４及び制御系以外の部分は、実際には、内部の温度、圧力等の環境条件が高精度に維持された不図示の環境制御チャンバ（エンバイロンメンタル・チャンバ）内に収容されている。

前記光源１４としては、ここでは、一例として、波長１９３ｎｍのレーザ光ＬＢをパルス発光するＡｒＦエキシマレーザ光源が用いられているものとする。この光源１４は、不図示の送光光学系を介して環境制御チャンバ内部の照明光学系１２に接続されている。光源１４は、主制御装置５０によってそのレーザ発光のオンオフや、中心波長、スペクトル半値幅、繰り返し周波数などが制御される。

前記照明光学系１２は、不図示のビームエキスパンダ、回折光学素子ユニット２０、オプティカルインテグータ（本実施形態ではフライアイレンズ）２２等を含む成形光学系２４、リレー光学系２８Ａ，２８Ｂ、レチクルブラインド３０、ミラーＭ及びコンデンサレンズ３２等を備えている。なお、オプティカルインテグレータとしては、ロッド型（内面反射型）インテグレータや、回折光学素子などを用いることもできる。

前記回折光学素子ユニット２０は、照明光学系１２の光軸ＩＸに平行な所定の軸線回りに回転可能なターレット基板から成り、該ターレット基板上にほぼ等角度間隔で複数、例えば６つの回折光学素子１８Ａ〜１８Ｆ（図１ではこのうちの２つの回折光学素子（１８Ａ，１８Ｄが図示されている）が配置されている。回折光学素子１８Ａは、通常照明（円形照明）の回折光学素子であり、回折光学素子１８Ｂは、輪帯照明用の回折光学素子であり、回折光学素子１８Ｃは、４極照明用の回折光学素子であり、回折光学素子１８Ｄは、Ｘ方向２極照明（ダイポールＸ照明）用の回折光学素子であり、回折光学素子１８Ｅは、Ｙ方向２極照明（ダイポールＹ照明）用の回折光学素子であり、残りの回折光学素子１８Ｆは、いわゆる小σ用の回折光学素子である。この回折光学素子ユニット２０は、主制御装置５０により制御されるモータ等の駆動装置４０により回転されるようになっており、これにより回折光学素子１８Ａ〜１８Ｆから選択された所望の回折光学素子を照明光路中に位置決めすることができる。これにより、本実施形態では、所望の照明条件を実現できる。

前記成形光学系２４の内部には、円錐アキシコン等がその内部光路中に配置された不図示のアフォーカルレンズ（リレー光学系）及びズームレンズ（変倍光学系）、並びにフライアイレンズ２２が配置されている。アフォーカルレンズは、その前側焦点位置と光軸ＩＸ上に設置された回折光学素子の位置とがほぼ一致し、その後側焦点位置がズームレンズの前側焦点位置にほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。従って、回折光学素子に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズの瞳面に設定された照明条件に応じた形状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズから射出され、ズームレンズ（変倍光学系）を介してフライアイレンズ２２に入射する。この場合、フライアイレンズ２２の入射面はズームレンズ２２の後側焦点位置の近傍に配置されている。従って、フライアイレンズ２２の入射面上には、アフォーカルレンズの瞳面と同様に、設定された照明条件に応じた形状の光強度分布の照野が形成される。ここで、照野の全体形状は、ズームレンズの焦点距離に依存して相似的に変化する。なお、ズームレンズの焦点距離の変化は、主制御装置５０によって不図示の駆動系を介して制御される。

前記フライアイレンズ２２は、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために多数の点光源（光源像）からなる面光源、即ち２次光源を形成する。この２次光源から射出されるレーザ光ＬＢを本明細書においては、「照明光ＩＬ」とも呼ぶものとする。

本実施形態では、回折光学素子、円錐アキシコン及びズームレンズにより、照明光学系１２の瞳面上での照明光の強度分布（即ち、２次光源の形状や大きさなど）を変更してレチクルＲの照明条件を任意に設定可能な光学系が構成されている。また、図１では図示が省略されているが、位相子(例えばλ／４板、λ／２板、又はオプティカルローテータ（旋光子）など)、あるいは国際公開第２００５／０３６６１９号パンフレットに開示される複数の楔状のプリズムを含み、照明条件の１つである照明光の偏光状態を任意に設定可能な光学ユニットも、前述の成形光学系の一部として、あるいはそれとは別に設けられている。

フライアイレンズ２２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３０を介在させてリレー光学系（２８Ａ，２８Ｂ）が配置されている。フライアイレンズ２２の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、第１リレーレンズ２８Ａを介して照明視野絞りとしてのレチクルブラインド３０を重畳的に照明する。

ここで、本実施形態のレチクルブラインド３０は、レチクルＲ上で照明光ＩＬが照射される照明領域ＩＡＲをＸ軸方向に細長く延びるスリット状に規定するものであり、少なくとも照明領域ＩＡＲのＹ軸方向の幅を規定する固定レチクルブラインド３０Ａと、レチクルＲのパターン面に対する共役面に配置される可動レチクルブラインド３０Ｂとを含む。この可動レチクルブラインド３０Ｂは、開口部の形状が任意の矩形状に変更可能である。この可動レチクルブラインド３０Ｂの駆動は、主制御装置５０からの指示に基づいて動作するブラインド駆動系によって行われる。走査露光の開始時及び終了時にその可動レチクルブラインド３０Ｂを駆動して照明領域ＩＡＲを更に制限することで、不要な露光が防止される。また、本実施形態では、可動レチクルブラインド３０Ｂは、後述する空間像計測の際の照明領域の設定にも用いられる。

前記レチクルブラインド３０を介した光束は、第２リレーレンズ２８Ｂを介して、ミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ３２を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上における、前述スリット状の照明領域ＩＡＲを均一な照度分布で重畳的に照明する。

一方、前記照明光学系１２内のビームスプリッタ２６で反射された照明光ＩＬの光路上には、集光レンズ４４、及び遠紫外域で感度が良く、かつ光源１４のパルス発光を検出するために高い応答周波数を有するＰＩＮ型フォトダイオード等の受光素子から成るインテグレータセンサ４６が配置されている。このため、ビームスプリッタ２６で反射された照明光ＩＬは、集光レンズ４４を介してインテグレータセンサ４６で受光され、インテグレータセンサ４６の光電変換信号が、不図示のホールド回路、例えば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。

前記レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが、例えば真空吸着（又は静電吸着）により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系５６Ｒにより、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で２次元的に（Ｘ軸方向及びこれに直交するＹ軸方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）に）微少駆動可能であるとともに、レチクルベースＲＢＳ上をＹ軸方向に指定された走査速度で駆動可能となっている。

レチクルステージＲＳＴのレチクルＲの＋Ｙ側には、基準面（本実施形態ではガラス基板の下面）を有するガラス基板よりなる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」と略述する）ＲＦＭがＸ軸方向に延設されている。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、例えば合成石英やホタル石、フッ化リチウムその他のフッ化物結晶などから成り、レチクルステージＲＳＴに固定されている。レチクルマーク板ＲＦＭの基準面は、設計上でレチクルＲのパターン面と同じ高さに設定され、かつ前述のスリット状の照明領域ＩＡＲとほぼ同一の大きさであり、その基準面には投影光学系ＰＬのディストーション、像面湾曲等の結像性能や、波面収差などを計測するためのマークが形成されている。

レチクルマーク板ＲＦＭの基準面には、図示は省略されているが、例えば波面収差計測用マークとして、例えば周期方向の異なる、複数の線幅（ハーフピッチ）のＬ／Ｓパターンを含むパターンが配置されている。

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の通路となる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は、照明光ＩＬの通路となる、照明領域ＩＡＲより大きな長方形の開口が形成されている。

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）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面内の位置（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）を含む）はレチクル干渉計５４Ｒによって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。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５２Ｒの反射面に相当）を形成しても良い。

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の指示に応じてレチクルステージ駆動系５６Ｒを介してレチクルステージＲＳＴの移動を制御する。

前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされ、ここでは両側テレセントリックな縮小系であり、光軸ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメント１３から成る屈折光学系が使用されている。この投影光学系ＰＬの投影倍率は、例えば１／４、１／５、あるいは１／８などとすることができる。

投影光学系ＰＬを構成する複数のレンズエレメントのうち、その一部の複数のレンズエレメント（以下、「可動レンズ」とも呼ぶ。）は、不図示の駆動素子（例えばピエゾ素子など）によって光軸ＡＸ方向及びＸＹ面に対する傾斜方向に微小駆動可能に構成されている。本実施形態では、レチクル側の５つのレンズエレメント１３₁，１３₂，１３₃，１３₄、１３₅が可動レンズであるものとする。各駆動素子の駆動電圧（駆動素子の駆動量）が主制御装置５０からの指令に応じて結像性能補正コントローラ７８により制御され、これによって、投影光学系ＰＬの結像性能、例えば、像面湾曲、ディストーション、倍率、球面収差、非点収差及びコマ収差などが補正されるようになっている。

前記ウエハステージＷＳＴは、ＸＹステージ４２と、該ＸＹステージ４２上に搭載されたＺチルトステージ３８とを含んで構成されている。

前記ＸＹステージ４２は、ウエハベース１６の上面の上方に不図示のエアベアリングによって浮上支持され、ウエハステージ駆動系５６Ｗを構成する不図示のリニアモータ等によって走査方向であるＹ軸方向及びこれに直交するＸ軸方向に２次元駆動可能に構成されている。このＸＹステージ４２上にＺチルトステージ３８が搭載され、該Ｚチルトステージ３８上にウエハホルダ２５が載置されている。このウエハホルダ２５によって、ウエハＷが真空吸着等により保持されている。

Ｚチルトステージ３８は、アクチュエータ（例えばボイスコイルモータなど）と、光学式又は静電容量式等のエンコーダとを、それぞれ含む、３つのＺ位置駆動部（不図示）によってＸＹステージ４２上に３点で支持されている。本実施形態では、上記３つのＺ位置駆動部のアクチュエータによってＺチルトステージ３８が、光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）及び光軸に直交する面（ＸＹ面）に対する傾斜方向（Ｘ軸回りの回転方向であるθｘ方向、Ｙ軸回りの回転方向であるθｙ方向）に駆動される。また、各エンコーダで計測されるそれぞれのアクチュエータによる各支持点のＺ軸方向の駆動量（基準点からの変位量）は、ステージ制御装置７０及びこれを介して主制御装置５０に供給され、主制御装置５０によってＺチルトステージ３８のＺ軸方向の位置及びレベリング量（θｘ回転量、θｙ回転量）が算出される。なお、図１では、ＸＹステージ４２を駆動するリニアモータ等、及び３つのＺ位置駆動部を含めてウエハステージ駆動系５６Ｗとして示されている。

前記Ｚチルトステージ３８上には、ウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）５４Ｗからのレーザビームを反射する移動鏡５２Ｗが固定され、外部に配置されたウエハ干渉計５４Ｗにより、Ｚチルトステージ３８（ウエハステージＷＳＴ）のＸ、Ｙ位置、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））が例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。なお、例えば、Ｚチルトステージ３８の端面を鏡面加工して反射面（移動鏡５２Ｗの反射面に相当）を形成しても良い。

Ｚチルトステージ３８（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に供給されるようになっている。ステージ制御装置７０は、主制御装置５０の指示に応じてウエハステージ駆動系５６Ｗを介してＺチルトステージ３８（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ面内の位置を制御する。

また、Ｚチルトステージ３８の内部には、投影光学系ＰＬの光学特性の計測に用いられる空間像計測装置５９を構成する光学系の一部が配置されている。この空間像計測装置５９は、Ｚチルトステージ３８に設けられたステージ側構成部分（すなわちスリット板９０、Ｚチルトステージ３８の内部に配置された光学系（リレー光学系、光路折り曲げ用のミラー、送光レンズなど））と、ウエハステージＷＳＴ外部に設けられたステージ外構成部分（ミラー９６及び受光ユニット９２等）とを備えている。

これを更に詳述すると、スリット板９０は、図１に示されるように、ウエハステージＷＳＴの一端部上面に設けられた上部が開口した突設部５８に対し、その開口を塞ぐ状態で上方から嵌め込まれている。このスリット板９０は、平面視（上方から見て）長方形の受光ガラス（合成石英、あるいはホタル石など）の上面に遮光膜を兼ねる反射膜が形成され、その反射膜の一部にスリット状の開口パターン(以下、「スリット」と呼ぶ)が複数パターンニングにより形成されている。

本実施形態では、９次を超える所定次数（例えば、第３７次）までのツェルニケ多項式によって表される収差を計測するものとする。このためには、空間像として、方向及びピッチの異なる種々の周期マークの空間像を計測する必要がある。そのためには、スリット板９０にも複数の方向に配列されたスリット（開口パターン）を形成しておく必要がある。

図２には、スリット板９０に形成された複数のスリットの配置が示されている。この図２において、スリット板９０上には、Ｙ軸方向に伸びるスリット幅２Ｄで長さＬのスリット１２２ｂと、このスリット１２２ｂを９０°回転した形状のＸ軸方向に伸びるスリット１２２ａとが形成されている。更に、スリット板９０上には、それぞれ幅２Ｄで長さＬ１の４個のスリット９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆが形成されている。４個のスリット９Ｂ〜９Ｆはほぼ正方形の４個の頂点の位置にあり、２本のスリット１２２ａ及び１２２ｂはほぼその正方形の隣り合う２辺を構成している。空間像計測に際し、これらのスリット１２２ａ，１２２ｂ，９Ｂ〜９Ｆを通過した照明光は、光センサで受光される。この場合、スリット１２２ａ，１２２ｂ，９Ｂ〜９Ｆを通過した照明光を個別に検出するために、例えばスリット板９０の底面にスリット選択部材としての液晶パネルを設けて、選択された一つのスリットを通過した照明光のみが光センサに入射するようにしても良い。

一例として、各スリット像のスリット幅２Ｄは１００〜１５０ｎｍ程度、スリット１２２ａ，１２２ｂの長さＬは１８μｍ、スリット９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆの長さＬ１は３μｍである。この場合、スリット１２２ａ及び１２２ｂは、ともにベストフォーカス位置のキャリブレーション及びマーク像の位置計測を行うために使用される。

また、スリット９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆは、それぞれ波面収差計測を行うために使用される。本実施形態では、スリット１２２ａ及び１２２ｂはそれぞれ波面収差計測用のスリット９Ｂ及び９Ａを兼ねている。このとき、スリット９Ａ（１２２ｂ）、スリット９Ｅ、スリット９Ｃ、スリット９Ｂ（１２２ａ）、スリット９Ｄ、及びスリット９Ｆの長手方向（配列方向）は、それぞれＸ軸に対して反時計回りに９０°、１２０°、１３５°、０°、３０°、及び４５°で交差する方向であり、これらの配列方向は互いに異なっている。本実施形態では、空間像計測に際し、各スリット９Ａ〜９Ｆは、対応する空間像に対してその長手方向に直交する方向（計測方向）に相対的に走査される。言い換えると、６個のスリット９Ａ，９Ｅ，９Ｃ，９Ｂ，９Ｄ，及び９Ｆの計測方向は、それぞれＸ軸に対して反時計回りに０°、３０°、４５°、９０°、１２０°、及び１３５°で交差している。

このように本実施形態の６個のスリット９Ａ〜９Ｆ（開口パターン）を順次対応する計測方向に相対走査することによって、周期方向がそれぞれＸ軸に対して０°、３０°、４５°、９０°、１２０°、及び１３５°で交差する６方向のＬ／Ｓパターンの空間像の光強度分布情報を計測することができる。

図１に戻り、前記送光レンズによってウエハステージＷＳＴの外部に送り出される照明光ＩＬは、ミラー９６によって、ウエハステージＷＳＴの外部に設けられた前記受光ユニット９２に導かれる。この受光ユニット９２は、送光レンズに比べて大径の受光レンズ、該受光レンズの上方に配置された光センサ（いずれも不図示）、これらを所定の位置関係を保って収納するケース９３とを備え、該ケース９３は取付け部材を介してベース１６の上面に植設された支柱９７の上端部近傍に固定されている。

前記光センサとしては、微弱な光を精度良く検出することが可能な光電変換素子（受光素子）、例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ（ＰＭＴ、光電子増倍管）などが用いられる。光センサからの光電変換信号Ｐは、図１の信号処理装置８０を介して主制御装置５０に送られるようになっている。

空間像計測装置５９と同様の空間像計測装置の詳細な構成については、例えば国際公開第２００４／０５９７１０１号パンフレットなどに開示されている。

図１に戻り、投影光学系ＰＬの側面には、ウエハＷ上のアライメントマーク（位置合わせマーク）を検出するオフアクシス・アライメント系ＡＬＧが設けられている。本実施形態では、このアライメント系ＡＬＧとして、画像処理方式のアライメントセンサ、いわゆるＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。このアライメント系ＡＬＧの検出信号は、主制御装置５０に供給されるようになっている。

更に、本実施形態の露光装置１０では、図１に示されるように、投影光学系ＰＬの結像面に向けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するための光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射系６０ａと、それらの光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する受光系６０ｂとから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系が設けられている。なお、本実施形態の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。

主制御装置５０では、走査露光時等に、受光系６０ｂからの焦点ずれ信号（デフォーカス信号）、例えばＳカーブ信号に基づいて焦点ずれが零となるように、ウエハステージ駆動部５６Ｗを介してＺチルトステージ３８のＺ軸方向への移動、及び２次元的な傾斜（すなわち、θｘ，θｙ方向の回転）を制御する、すなわち多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）の出力に基づいてステージ制御装置７０及びウエハステージ駆動系５６Ｗを介してＺチルトステージ３８を制御することにより、照明領域ＩＡＲと共役な露光領域（照明光ＩＬの照射領域）ＩＡ内で投影光学系ＰＬの結像面とウエハＷの表面とを実質的に合致させるフォーカス・レベリング制御を実行する。

前記制御系は、図１中、前記主制御装置５０を中心として、その配下にあるステージ制御装置７０等を含んで構成される。主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなるいわゆるワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等から構成され、前述した種々の制御動作を行う他、装置全体を統括して制御する。

また、主制御装置５０には、例えばハードディスクから成る記憶装置３２、キーボード，マウス等のポインティングデバイス等を含んで構成される入力装置３４，ＣＲＴディスプレイ（又は液晶ディスプレイ）等の表示装置３６、及びＣＤ（compact disc），ＤＶＤ（digital versatile disc），ＭＯ（magneto-optical disc）あるいはＦＤ（flexible disc）等の情報記録媒体のドライブ装置３７が、外付けで接続されている。

前記情報記録媒体には、任意の目標とする露光条件下におけるパターンの投影像の物体上での形成状態を最適化する最適化プログラム及び該最適化プログラムに付属する第１データベース及び第２データベースが記録されている。

前記記憶装置３２には、上記最適化プログラムがインストールされるとともに、上記第１データベース及び第２データベースがコピーされ、格納されている。

前記第１データベースは、露光装置１０が備える投影光学系ＰＬの波面収差変化表のデータベースである。ここで、波面収差変化表とは、投影光学系ＰＬと実質的に等価なモデルを用いて、シミュレーションを行い、このシミュレーション結果として得られた、パターンの投影像の物体上での形成状態を最適化するのに使用できる調整パラメータの単位調整量の変化と、投影光学系ＰＬの視野内の複数の計測点それぞれに対応する結像性能、具体的には波面のデータ、例えばツェルニケ多項式の第１項〜第３７項の係数の変動量との関係を示すデータを所定の規則に従って並べたデータ群から成る変化表である。

本実施形態では、上記の調整パラメータとしては、可動レンズ１３₁，１３₂，１３₃，１３₄、１３₅の３自由度方向の駆動量ｚ₁、θｘ₁、θｙ₁、ｚ₂、θｘ₂、θｙ₂、ｚ₃、θｘ₃、θｙ₃、ｚ₄、θｘ₄、θｙ₄、ｚ₅、θｘ₅、θｙ₅と、ウエハＷ表面（Ｚチルトステージ３８）の３自由度方向の駆動量Ｗｚ、Ｗθｘ、Ｗθｙ、及び照明光ＩＬの波長のシフト量Δλの合計１９の調整パラメータ（ＰＡＲＡ１〜ＰＡＲＡ１９）が用いられる。

本実施形態では、１つの調整パラメータＰＡＲＡ１について次式（１）に代表的に示されるような、１９個の調整パラメータ毎の波面収差変化表が、第１データベースとして、記憶装置３２の内部に格納されている。Ｐ1〜Ｐnは、ｎ点（例えば３３点）の計測点を意味する。なお、波面収差変化表の作成方法については、例えば国際公開第０３／０６５４２８号パンフレットなどに詳細に開示されているので、ここではその説明を省略する。

前記第２データベースは、それぞれ異なる露光条件、すなわち光学条件（露光波長、投影光学系の開口数Ｎ.Ａ.（最大Ｎ.Ａ.、露光時に設定されるＮ.Ａ.など）、及び照明条件（照明Ｎ.Ａ.（照明光学系の開口数Ｎ.Ａ.）又は照明σ（コヒーレンスファクタ）、回折光学素子ユニット２０の設定状態（照明光学系１２の瞳面上での照明光の光量分布、すなわち２次光源の形状））など）、評価項目（マスク種、線幅、評価量、パターンの情報など）と、これら光学条件と評価項目との組み合わせにより定まる複数の露光条件の下でそれぞれ求めた、投影光学系の結像性能、例えば諸収差（あるいはその指標値）の、ツェルニケ多項式の各項、例えば第１項〜第３７項それぞれにおける１λ当たりの変化量であるツェルニケ感度(Zernike Sensitivity)から成る表、すなわちツェルニケ感度表とを含むデータベースである。

なお、以下の説明ではツェルニケ感度をZernike SensitivityあるいはＺＳとも呼び、また、ツェルニケ感度表をＺＳファイルとも呼ぶ。

本実施形態では、各ツェルニケ感度表には、結像性能として次の１２種類の収差、すなわち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のディストーションDis_x、Dis_y、４種類のコマ収差の指標値である線幅異常値ＣＭ_V、ＣＭ_H、ＣＭ_R、ＣＭ_L、４種類の像面湾曲であるＣＦ_V、ＣＦ_H、ＣＦ_R、ＣＦ_L、２種類の球面収差であるＳＡ_V、ＳＡ_Hが、含まれている。

次に、本実施形態の露光装置１０における、露光処理動作について、主制御装置５０（内のＣＰＵ）の処理アルゴリズムを簡略化して示す、図３フローチャートに沿って、かつ適宜他の図面を参照しつつ説明する。

この図３のフローチャートがスタートするのは、レチクルステージＲＳＴ上に回路パターンが形成されたレチクルＲが、不図示のレチクルローダを介してロードされ、レチクルアライメント、ベースライン計測等の準備作業が終了したときである。また、前提として、ウエハ番号を示す不図示の第１カウンタのカウント値ｎが「１」に初期設定されているものとする。さらに、前述したレチクル基準板ＲＦＭと空間像計測装置５９とを用いて、投影光学系ＰＬの波面収差、例えばツェルニケ多項式の各項の係数、例えば第１項〜第３７項までの係数Ｚ₁〜Ｚ₃₇が、高精度に計測され、その波面収差のデータが、メモリ（ＲＡＭ）の所定領域内にテーブルデータの形式で格納されているものとする。なお、波面収差計測には、前述の国際公開第０３／０６５４２８号パンフレットなどに開示されているシャック−ハルトマン（Shack-Hartman）方式の波面収差計測器を用いても良い。

まず、ステップ１００では、現在の露光条件（最適化露光条件）に対応するＺＳファイルを第２データベースから検索し、メモリに読み込む。ここでは、現在の露光条件（最適化露光条件）に対応するＺＳファイルが第２データベースに存在するものとする。ここで、最適化露光条件とは、露光装置の現在の投影光学系のＮ．Ａ．、照明条件（照明Ｎ.Ａ.又は照明σ、開口絞りの種類など）、及び対象パターンの情報などを含む。この対象パターンの情報としては、パターンの種類、パターンの数、パターンの配列方向などを含む。パターンの種類としては、例えば抜きパターンか残しパターンかの種別、密集パターンか孤立パターンかの種別、密集線（ラインアンドスペースなど）の場合のピッチ、線幅、デューティ比、孤立線の場合の線幅、コンタクトホールの場合の縦幅、横幅、ホールパターン間の距離（ピッチなど）、位相シフトパターン（ハーフトーン型を含む）あるいは位相シフトレチクルか否か及びその種類（例えば空間周波数変調型、ハーフトーン型）などが挙げられる。

なお、そのＺＳファイルが第２データベースに存在しない場合には、所定の演算（例えば補間演算）で算出することが可能である。

次のステップ１０１では、第１データベース内の調整パラメータ毎の波面収差変化表と、ＺＳファイルとを用いて、調整パラメータ毎の結像性能変化表を作成する。これを式で示せば、次式（２）のようになる。

結像性能変化表＝波面収差変化表・ＺＳファイル ……（２）
この式（２）の演算は、波面収差変化表（３３行３７列のマトリックス）とＺＳファイル（３７行１２列のマトリックス）との掛け算であるから、得られる結像性能変化表Ｂ１は、例えば次式（３）で示される３３行１２列のマトリックスとなる。

かかる結像性能変化表を１９個の調整パラメータ毎に算出する。この結果、それぞれが３３行１２列のマトリックスから成る１９個の結像性能変化表Ｂ１〜Ｂ１９が得られる。

次にステップ１０２において、上記ステップ１０１で作成した１９個の調整パラメータ毎の結像性能変化表を２次元化する。ここで、結像性能変化表の２次元化とは、それぞれが３３行１２列のマトリックスである１９種類の結像性能変化表を、１つの調整パラメータに対する各評価点（計測点）の結像性能変化を一列化して、３９６行１９列に形式変換することを意味する。この２次元化後の結像性能変化表は例えば次式（４）で示されるＢのようになる。

次のステップ１０３では、前述したように、レチクル基準板ＲＦＭと空間像計測装置５９とを用いて、波面収差、ここでは偶関数収差（ツェルニケ多項式の所定の項の係数Ｚ₄，Ｚ₅，Ｚ₆，Ｚ₉，Ｚ₁₂，Ｚ₁₃，Ｚ₁₆，Ｚ₂₁，Ｚ₂₂，Ｚ₂₅，Ｚ₂₈，Ｚ₂₉，Ｚ₃₂，Ｚ₃₃，Ｚ₃₆，Ｚ₃₇）の計測を、次のようにして行う。

先ず、主制御装置５０は、レチクル基準板ＲＦＭと空間像計測装置５９とを用いて、周知のスリットスキャン方式により、特定のスリット（ここでは、スリット９Ｄを用いるものとする）を使用して、レチクル基準板ＲＦＭに形成された波面計測用のマーク（ここでは、Ｘ軸に対して反時計周りに３０°で交差する方向に周期的に配列されたマーク（マークｄとする）を計測するものとする）の空間像を計測し、この空間像に対応する光強度分布情報を取得する。

主制御装置５０は、この光強度分布情報をフーリエ解析することによって、波面収差計測用のマークのウエハＷ上でのピッチを基準とする所定次数の空間周波数成分（ここでは１次の基本波成分）の振幅（コントラスト情報）、その３次の高調波成分の振幅、その５次の高調波成分の振幅を求める。

そして、波面収差計測用マークｄの空間像の光強度分布を得る動作を、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ軸方向）に関して空間像計測装置５９（スリット板）の位置を所定量ずつ変化させながら繰り返して実行する。この動作によって、主制御装置５０は、その投影光学系ＰＬに対するスリット９Ｄのフォーカス位置と、空間像計測装置５９からの光源変換信号Ｐに基づく光強度分布に含まれるその所定次数の空間周波数成分のコントラスト、すなわち、１次の基本波成分のコントラスト、３次の高調波成分のコントラスト、５次の高調波成分のコントラストのそれぞれのコントラストカーブを求め、そのコントラストカーブの情報をメモリに記憶しておく。

この場合、投影光学系ＰＬに偶関数収差がある場合には、１次の基本波成分のコントラストカーブが最大となるフォーカス位置と、３次の高調波成分のコントラストカーブが最大となるフォーカス位置との間には位置ずれ、いわゆるフォーカス差が生じる。

偶関数収差の収差量とそれらのベストフォーカス位置同士のフォーカス差とは、比例関係にあり、このフォーカス差を計測すれば、そのときの偶関数収差の収差量を求めることが可能となる。なお、このようなフォーカス差と偶関数収差の収差量との関係は、投影光学系ＰＬの数学モデルを用いた空間像シミュレーションによって求められており、メモリに記憶されているものとする。

従って、主制御装置５０は、１次の基本波成分のコントラストカーブと、３次の高調波成分のコントラストカーブとを求め、そしてこれらコントラストカーブからそれぞれのベストフォーカス位置を求め、ベストフォーカス位置のフォーカス差を求めた後、そのフォーカス差に対応する偶関数収差の収差量をメモリ５１に記憶されたフォーカス差と偶関数収差の収差量との特性を参照して算出する。なお、フォーカス差は、符号付きで求められるので、この方法では、収差量の大きさとともにその極性も同時に求めることができる。

例えば、計測された偶関数収差の収差量からＺ₉までの低次の球面収差（Ｚ₉)とそれよりも高次の球面収差（Ｚ₁₆、Ｚ₂₅、Ｚ₃₆、Ｚ₃₇）とを分離するためには、ピッチの異なる複数のＬ／Ｓパターンの空間像を計測する必要がある。このため、本実施形態では、レチクルマーク板ＲＦＭ上に、周期方向が異なる、異なるピッチ（ハーフピッチ）を有する複数の周期パターン（例えばそれぞれの空間像のピッチが０．５μｍ、０．７μｍ、及び１．０μｍなどになるような複数のＬ／Ｓパターン）を含む波面収差計測用のマークが、３×１１＝３３箇所に配置されている。

そして、３３箇所のマークそれぞれについて、各Ｌ／Ｓパターン毎に前述のようにして空間像計測を行い、その計測結果に基づいて偶関数収差の収差量を算出する。

Ｌ／Ｓパターンのピッチによって、低次の球面収差と高次の球面収差とのフォーカス差に関する寄与度、即ちフォーカス差に対するツェルニケ感度（以下、「フォーカス差感度」とも言う）がそれぞれ異なる。そのため、低次の球面収差と高次の球面収差との分離が可能となる。

上述したフォーカス差感度は、投影光学系ＰＬの数学モデルを用いた空間像シミュレーションによって求めることができる。例えば、５つの球面収差Ｚ₉、Ｚ₁₆、Ｚ₂₅、Ｚ₃₆、Ｚ₃₇を分離するためには、Ｌ／Ｓパターンのピッチ及び高調波の次数の組合せであって、少なくとも５種類の組合せについての基本波成分とその所定次数（３次又は５次）の高調波成分とのフォーカス差δＦを算出し、そのフォーカス差δＦと、下の表２に示されるその組合せでのツェルニケ感度を用いて連立方程式を作成し、それを解けば良い。なお、求められたフォーカス差の数が、求める球面収差の数よりも多い場合などには、最小二乗法を用いて、各偶関数収差の各々の収差量を求めるようにしても良い。また、デューティ５０％のＬ／Ｓパターンには、基本的に偶数次の空間周波数成分が存在しないため、所定次数の空間周波数成分として、奇数次の空間周波数成分を用いるのが望ましい。

上で説明した方法を含む、空間像計測装置を用いた種々の波面収差の計測方法については、例えば国際公開第２００４／０５９７１０１号パンフレットなどに詳細に開示されている。上記の方法に代えて、上記国際公開第２００４／０５９７１０１号パンフレットに開示される他の方法を採用しても良い。

次のステップ１０４に進んで、計測結果に基づいて波面データを補正する。これにより、ツェルニケ多項式の第３７項以下の偶関数収差、すなわち0θ成分（Ｚ₄，Ｚ₉，Ｚ₁₆，Ｚ₃₆，Ｚ₃₇）、２θ成分（Ｚ₅，Ｚ₆，Ｚ₁₂，Ｚ₁₃，Ｚ₂₁，Ｚ₂₂，Ｚ₃₂，Ｚ₃₃）及び４θ成分（Ｚ₁₇，Ｚ₁₈，Ｚ₂₈，Ｚ₂₉）が更新される。但し、奇関数収差は予め計測された収差量を基準とする後述するタイマー割り込み処理時に算出され更新された値のままとなる。

次のステップ１０６では、タイマー割り込みを許可する。これと同時に、後述するフラグＦをリセットする（Ｆ←０）。これにより、この時点以後、Δｔの間隔で、波面収差の照射変動量の予測演算を含むタイマー割り込み処理が繰り返し実行される。このタイマー割り込み処理については後述する。

次のステップ１０８では、不図示のウエハローダを介して、第ｎ番目（ここでは第１番目）のウエハＷをウエハステージＷＳＴ上にロードする。次のステップ１１０では、例えば特開昭６１−４４４２９号公報などに詳細に開示されるＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）等のウエハアライメントを行い、ウエハＷ上の全てのショット領域（ここでは、Ｍ個のショット領域）の配列座標が求められる。なお、このウエハアライメントに際して、ウエハＷ上の複数のショット領域のうちの予め選択された所定の複数（少なくとも３個）のサンプルショットのウエハアライメントマークがアライメント系ＡＬＧを用いて計測される。

次のステップ１１２では、ウエハＷ上のショット番号を示す不図示の第２カウンタのカウント値ｍを「１」に初期化する（ｍ←１）。

次のステップ１１４では、上記ステップ１１０で求めたウエハＷ上の各ショット領域の配列座標、及び予め求めたベースライン量に基づいて、ウエハ干渉計５４Ｗ、レチクル干渉計５４Ｒから送られる位置情報をモニタしつつ、ウエハステージＷＳＴをウエハＷ上の第ｍ番目（ここではｍ＝１）のショット領域（ここでは、第１ショット領域）の露光のための走査開始位置（加速開始位置）に位置決めするとともに、レチクルステージＲＳＴを走査開始位置に位置決めする。

そして、次のステップ１１６では、第ｍ番目、ここでは第１ショット領域に対する走査露光を行い、レチクルＲの回路パターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の第１ショット領域に縮小転写する。

この走査露光が終了すると、次のステップ１１８に進み、ｍ≧Ｍ（Ｍ：全ショット数）となったかを判断することにより、ウエハＷ上の全ショット領域への露光が終了したか否かを判断する。ここでは、まだ第１ショット領域への露光が終了したのみであり、ｍ＝１であることからここでの判断は否定され、ステップ１２０に移行し、上記第２カウンタのカウント値ｍを１インクリメントした後、ステップ１１４に戻り、ステップ１１４→１１６→１１８→１２０のループの処理、判断を、ステップ１１８の判断が肯定されるまで繰り返す。そして、ウエハＷ上のＭ個のショット領域に対する露光が終了し、ステップ１１８における判断が肯定されると、ステップ１２２に進み、不図示のウエハアンローダを介して、第ｎ枚目（ここでは第１枚目）のウエハＷをウエハステージＷＳＴ上からアンロードする。

次のステップ１２４では、第１カウンタのカウント値ｎ＝Ｎ（Ｎ：露光予定のウエハ枚数）である、及び露光終了の指示がオペレータによりなされた、のいずれかの条件を満足するか否かを判断することにより、露光終了か否かを判断する。ここでは、まだ１枚目のウエハに対する露光が終了しただけなので、このステップ１２４における判断は否定され、ステップ１２６に移行してタイマー割り込みを禁止する。これにより、Δｔの間隔で、繰り返し実行されていたタイマー割り込み処理が行われなくなる。

次のステップ１２８では、第１カウンタのカウント値ｎを１インクリメントした後、ステップ１０３に戻り、以後ステップ１０３以降の処理、判断を繰り返す。

これにより、第２枚目以降のウエハＷに対して前述した第１枚目のウエハと同様の処理が行われ、このようにして、第Ｎ枚目のウエハ上の各ショット領域に対するステップ・アンド・スキャン方式でのレチクルＲのパターン転写が終了する、あるいはその途中で露光終了の指示がオペレータによってなされる、のいずれかの条件が満足されると、ステップ１２４における判断が肯定され、本ルーチンの一連の処理を終了する。

次に、サンプリング時間Δｔの間隔で行われる、上述のタイマー割り込み処理について説明する。図４には、この割り込み処理ルーチンのフローチャートが示されている。この場合、前述の如く、フラグＦはリセットされている（Ｆ＝０）。

この割り込み処理ルーチンでは、まず、ステップ２００において、上記のフラグＦ＝０であるか否かを判断することにより、第１回目の処理であるか否かを判断する。ここで、第１回目の処理の場合には、前述の如く、フラグＦ＝０であるから、ここでの判断は肯定され、ステップ２０２に進んでフラグＦを立てる（Ｆ←１）。その後、ステップ２０６において、前述のステップ１０４で更新された新しい波面のデータ（第１計測点〜第ｎ計測点に対応する波面を展開したツェルニケ多項式の第１項の係数Ｚ₁〜第３７項の係数Ｚ₃₇）及びそれに関連する必要情報、具体的には、その波面収差の算出時における調整量（調整パラメータ）の値、すなわち可動レンズ１３₁〜１３₅の３自由度方向の位置情報などの現在の値を取得する。

次にステップ２１０において、次式（５）に基づいて、現在の結像性能を演算する。

ｆ＝Ｗａ・ＺＳ ……（５）
ここで、ｆは、次式（６）で表される結像性能であり、ＺＳは、前述のステップ１００で取得した次式（８）で示されるＺＳファイルのデータである。また、Ｗａは前記ステップ２０６で取得した次式（７）で示される波面（波面収差）のデータである。

式（６）において、ｆ_i,1（ｉ＝１〜３３）は、ｉ番目の計測点におけるDis_x、ｆ_i,2はｉ番目の計測点におけるDis_y、ｆ_i,3はｉ番目の計測点におけるＣＭ_V、ｆ_i,4はｉ番目の計測点におけるＣＭ_H、ｆ_i,5はｉ番目の計測点におけるＣＭ_R、ｆ_i,6はｉ番目の計測点におけるＣＭ_L、ｆ_i,7はｉ番目の計測点におけるＣＦ_V、ｆ_i,8はｉ番目の計測点におけるＣＦ_H、ｆ_i,9はｉ番目の計測点におけるＣＦ_R、ｆ_i,10はｉ番目の計測点におけるＣＦ_L、ｆ_i,11はｉ番目の計測点におけるＳＡ_V、ｆ_i,12はｉ番目の計測点におけるＳＡ_Hを、それぞれ示す。

また、式（７）において、Ｚ_i,jは、ｉ番目の計測点における波面を展開したツェルニケ多項式の第ｊ項（ｊ＝１〜３７）の係数を示す。

また、式（８）において、ｂ_p,q（ｐ＝１〜３７、ｑ＝１〜１２）は、ＺＳファイルの各要素を示し、このうちｂ_p,1は波面収差を展開したツェルニケ多項式の第ｐ項の１λ当たりのDis_xの変化、ｂ_p,2は第ｐ項の１λ当たりのDis_yの変化、ｂ_p,3は第ｐ項の１λ当たりのＣＭ_Vの変化、ｂ_p,4は第ｐ項の１λ当たりのＣＭ_Hの変化、ｂ_p,5は第ｐ項の１λ当たりのＣＭ_Rの変化、ｂ_p,6は第ｐ項の１λ当たりのＣＭ_Lの変化、ｂ_p,7は第ｐ項の１λ当たりのＣＦ_Vの変化、ｂ_p,8は第ｐ項の１λ当たりのＣＦ_Hの変化、ｂ_p,9は第ｐ項の１λ当たりのＣＦ_Rの変化、ｂ_p,10は第ｐ項の１λ当たりのＣＦ_Lの変化、ｂ_p,11は第ｐ項の１λ当たりのＳＡ_Vの変化、ｂ_p,12は第ｐ項の１λ当たりのＳＡ_Hの変化をそれぞれ示す。

次のステップ２１２では、ステップ２１０で算出した結像性能ｆ及びそのターゲットｆ_tの一列化（１次元化）を行う。ターゲットｆ_tは、次式（９）のような３３行１２列のマトリックスで表される。通常、結像性能（収差）の目標値は零であることが望ましいので、この式（２０）の右辺のマトリックスの各要素は、通常は全て０である。

次のステップ２１６では、調整パラメータの変化量（調整量）を計算する。以下、このステップ２１６における処理を詳述する。前述の一列化後の結像性能のターゲットｆ_tと、一列化後の結像性能ｆと、前述の２次元化後の結像性能変化表Ｂと、調整パラメータの調整量ｄｘとの間には、次式（１０）の関係がある。

（ｆ_t−ｆ）＝Ｂ・ｄｘ ……（１０）
ここで、ｄｘは、各調整パラメータの調整量を要素とする次式（１１）で示される１９行１列のマトリックスである。また、（ｆ_t−ｆ）は、次式（１２）で示される３９６行１列のマトリックスである。

上式（１０）を最小自乗法で解くと、次式のようになる。

ｄｘ＝（Ｂ^T・Ｂ）^-1・Ｂ^T・（ｆ_t−ｆ） ……（１３）
ここで、Ｂ^Tは、前述の結像性能変化表Ｂの転置行列であり、（Ｂ^T・Ｂ）^-1は、（Ｂ^T・Ｂ）の逆行列である。

次のステップ２１８では、その求めた１９個の調整パラメータの調整量に基づいて、各調整部（可動レンズ１３₁〜１３₅及びウエハＷのＺ位置及び傾斜、並びに照明光の波長シフト量の少なくとも一つ）を制御する。これにより、露光装置が最適化され、露光の際のレチクルパターンの投影像のウエハＷ上での形成状態が最適化されることとなる。

次のステップ２２０では、インテグレータセンサ４６の出力ＤＳと、該出力ＤＳに基づいて、像面上の照明光ＩＬの照射領域（露光領域）ＩＡにおける照明光ＩＬの単位面積当たりのパルスエネルギ（露光量）、すなわち像面におけるパルスエネルギ密度[ｍＪ／ｃｍ²]を推定する相関係数αとを含む所定の演算式を用いて、投影光学系ＰＬに照射される照明光のエネルギ（照射パワー）を算出する。なお、この照射パワーの算出方法は、例えば特開平１１−２５８４９８号公報などに詳細に開示される照射量の算出方法と同様であるから、詳細説明は省略する。

次のステップ２２２では、その時点でメモリ内に記憶されている波面収差の値を基準とする、波面収差の照射変動量を算出し、メモリ内に保存する。具体的には、上記ステップ２２０で算出した照射パワーを、予めシミュレーション又は実験等によって取得した波面収差の照射変動の予測演算式に代入し、波面収差（第１計測点〜第ｎ計測点に対応する波面を展開したツェルニケ多項式の第１項の係数Ｚ₁〜第３７項の係数Ｚ₃₇）の照射変動量を算出する。ここで、上記波面収差の照射変動の予測演算式は、次のような形の式となる。

δＸ（ｔ）＝δＸ（ｔ−Δｔ）・ｅｘｐ（−Δｔ／τ）
＋Ｃ・Ｗ（ｔ）・[１−ｅｘｐ（−Δｔ／τ）] ……（１４）
ここで、上式（１４）の左辺のδＸ（ｔ）は、波面収差（ツェルニケ多項式の各項の係数）の照射変動量、右辺第１項は緩和項、右辺第２項は照射項であり、各変数の意味は以下の通りである。
τ：投影光学系の波面収差の変動の時定数であり、露光条件毎に予め求めてメモリ内にパラメータとして記憶されている定数である。ここで、露光条件とは、前述した光学条件（露光波長、投影光学系の開口数Ｎ.Ａ.（最大Ｎ.Ａ.、露光時に設定されるＮ.Ａ.など）、及び照明条件（照明Ｎ.Ａ.（照明光学系の開口数Ｎ.Ａ.）又は照明σ（コヒーレンスファクタ）、照明光学系の瞳面上での照明光の光量分布、すなわち２次光源の形状）など）を含む。
Ｃ：投影光学系の波面収差の変動率であり、露光条件毎に予め求めてメモリ内にパラメータとして記憶されている定数である。

また、式（１４）中の関数Ｗ（ｔ）は、前述した照射パワーである。

上記の波面収差の照射変動量を算出した後、本割り込み処理ルーチンの処理を終了する。

この一方、第２回目以降の処理に際しては、フラグＦ＝１となっているため、上記ステップ２００における判断が否定され、ステップ２０８に移行して、その時点でメモリ内に格納されている、波面収差の照射変動量δＸ（ｔ−Δｔ）の読み込みが行われるとともに、最新の波面のデータが算出された後、前述のステップ２１０〜２２０の処理が行われる。

以上説明したように、本実施形態に係る露光装置１０によると、主制御装置５０によって、前述の割り込み処理ルーチンの処理により、照明光ＩＬの照射に伴う投影光学系ＰＬの波面収差の変動情報（照射変動量）の算出（ステップ２２２）、及びその算出された波面収差の変動情報と現在の露光条件（最適化露光条件）に対応するＺＳファイル（パターンに関する情報）とに基づいて、照明光ＩＬによりパターンの像を形成する投影光学系ＰＬの光学特性を調整する調整データの算出（ステップ２０８〜２１６）が、時間Δｔの間隔で繰り返し実行される。これにより、ＺＳファイル（又はＺＳ）に基づいた投影光学系ＰＬの光学特性の調整データ（調整量）の算出が可能となる。従って、従来のように計測マークを用いて光学系の結像性能の変化を求める場合に比べて、より精度の高い投影光学系ＰＬの光学特性（より正確には投影光学系ＰＬを介したパターンの像の形成状態）の調整データの算出が可能になる。

また、本実施形態に係る露光装置１０によると、前述の割り込み処理ルーチンの処理により、照明光ＩＬの照射に伴う投影光学系ＰＬの波面収差の変動情報（照射変動量）の算出（ステップ２２２）、及びその算出された波面収差の変動情報と、現在の露光条件（最適化露光条件）に対応するＺＳファイル（パターンに関する情報）とに基づく投影光学系ＰＬの光学特性の調整（ステップ２０８〜２１６）が、時間Δｔの間隔で繰り返し実行される。従って、像形成対象のパターンに関する情報に基づいて投影光学系ＰＬの光学特性が調整されることから、高精度な投影光学系ＰＬの光学特性の調整が可能になる。ここで、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光学特性の調整には、結像性能補正コントローラ７８を介した可動レンズ１３₁〜１３₅の駆動による調整に加え、Ｚチルトステージ３８の駆動による調整、及び照明光ＩＬの波長のシフトによる調整を含むので、投影光学系ＰＬの光学特性の調整は、厳密には、投影光学系ＰＬにより形成されるパターン像の形成状態の調整を意味する。

また、本実施形態では、前述のステップ１０３において、偶関数収差（Ｚ₄，Ｚ₅，Ｚ₆，Ｚ₉，Ｚ₁₂，Ｚ₁₃，Ｚ₁₆，Ｚ₂₁，Ｚ₂₂，Ｚ₂₅，Ｚ₂₈，Ｚ₂₉，Ｚ₃₂，Ｚ₃₃，Ｚ₃₆，Ｚ₃₇）が計測され、ステップ１０４において更新される。そして、その後許可されるタイマー割り込み処理において、その更新後の新たな波面データが用いられるので、投影光学系ＰＬの光学特性のうち、特定の成分、この場合偶関数収差を、他の成分（奇関数収差）に比べて、より精度良く調整するための調整データが算出される。

また、本実施形態の露光装置１０によると、前述の割り込み処理ルーチンの処理により、像形成対象のパターン（レチクルＲ上のデバイスパターン）に応じて高精度に光学特性が調整された投影光学系ＰＬを介して照明光ＩＬによりウエハが露光され、そのウエハ上の各ショット領域にデバイスパターンの像が形成される（ステップ１１６参照）。従って、ウエハ上の各ショット領域に精度良くパターンの像を形成することが可能になる。

また、本実施形態では、前述の波面収差（ツェルニケ多項式の各項の係数）の照射変動量δＸ（ｔ）の予測演算式中の時定数τは、露光条件毎に予め求められているので、照明条件、例えば照明光学系の瞳面上での照明光の光量分布、すなわち２次光源の形状などが変更されても、これに応じた投影光学系ＰＬの波面収差の照射変動量を算出することができ、算出した波面収差の照射変動量と、変更後の照明条件に応じたＺＳファイルとを用いることで、照明条件の変更に影響を受けることなく、投影光学系ＰＬの光学特性（より正確には投影光学系ＰＬを介したパターンの像の形成状態）の調整データを精度良く算出することができる。

なお、上記実施形態では、パターンに関する情報として、ＺＳファイル又はＺＳを用いる場合について説明したが、これに限らず、実際の露光に用いられるレチクルＲ上に形成されたパターンの種類、パターンの数、パターンの配列方向の少なくとも1つを含む情報を、ＺＳファイル又はＺＳに代えて用いることとしても良い。かかる場合、上記実施形態と同様にして算出された波面収差の変動情報と、そのパターンに関する情報とに基づいて、投影光学系の光学特性を調整する調整データを算出することで、従来のように計測マークを用いる場合、換言すれば露光に用いられるパターン（像形成対象のパターン）を考慮しない場合に比べて、より精度の高い投影光学系の光学特性（又は投影光学系を介したパターンの像の形成状態）の調整データの算出が可能になる。

また、上記実施形態において、レチクルＲ上のパターン領域に複数種類のパターン、例えば線幅（ハーフピッチ）の異なる複数種類のＬ／Ｓパターンが形成されている場合、そのうちの１つのパターン（最適化対象パターン）の像の形成条件を、他のパターンの像の形成条件に比べてより最適化したい場合などには、その最適化対象パターンに対応したＺＳファイル又はＺＳを、前述の最適化演算（ステップ２１０〜２１６）で用いるように、予めオペレータが主制御装置５０に対して入力装置３４を介して指示できるように、処理アルゴリズム（ソフトウェアプログラム）を変更しておけば良い。このようにすることにより、前述の最適化演算の演算結果として、最適化対象パターンの像の形成条件を、他のパターンの像の形成条件に比べてより最適化できる投影光学系によるパターン像の形成状態の調整データを得ることができる。

また、上記の場合において、複数種類のパターンの像の全ての形成条件を同程度に最適化したい場合には、個々のパターンに対応したＺＳファイル又はＺＳを、前述の最適化演算（ステップ２１０〜２１６）で用いるように、予めオペレータが主制御装置５０に対して入力装置３４を介して指示できるように、処理アルゴリズム（ソフトウェアプログラム）を変更しておけば良い。

なお、上記実施形態では、ステップ１０３で、偶関数収差のみを計測し、ステップ１０４において偶関数収差のみを更新するものとしたが、これは次のような理由による。

すなわち、照射変動の影響では、像面がシフトするだけであり、結像性能には影響しないからである。また、そのため、照射変動による波面収差量が残っていても、ウエハ上の照射領域内の収差量が均一になるように、投影光学系ＰＬの光学特性の調整データを算出しており、それで十分だからである。ここで、調整データとは、波面収差量が零になっていないが、照射領域内の収差量がほぼ均一になるようなデータ、すなわち、照射変動によってシフトした像面の位置を変化させるデータを含む。

なお、上記実施形態の露光装置において、前述の最適化演算に関する条件設定として、例えば国際公開第０３／０６５４２８号パンフレットに開示されるように、投影光学系の光学特性（結像性能（収差など）を含む）の許容値、制約条件、光学特性（結像性能（収差など）を含む）のウエイトなどを設定できるようにしておいても良い。例えば、光学特性のウエイトを設定できるようにすることにより、投影光学系の光学特性のうち、特定の成分を、他の成分に比べて、より最適に調整する調整データを、前述の最適化演算で得ることができる。例えば、ディストーションDis_x、Dis_yのウエイトを１より大きく、他の１０種類の結像性能のウエイトを１とすることで、主としてディストーションを調整するための調整データを得ることができる。また、２種類の球面収差であるＳＡ_V、ＳＡ_Hのウエイトを１より大きく、他の１０種類の結像性能のウエイトを１とすることで、主として球面収差及びデフォーカスを調整するための調整データを得ることができる。

この他、前述の式（８）の右辺のマトリックスの第１行、第２行の要素ｂ_p,1とｂ_p.,2（ｐ＝１〜３７）以外の要素が全て０である、ＺＳファイルを予め用意し、このＺＳファイルを最適化演算で使用することを、オペレータが外部から指示できるようにしておくことで、主としてディストーションを調整するための調整データを得ることができる。同様に、前述の式（８）の右辺のマトリックスの第１１行、第１２行の要素ｂ_p,11とｂ_p.,12以外の要素が全て０である、ＺＳファイルを予め用意し、このＺＳファイルを最適化演算で使用することを、オペレータが外部から指示できるようにしておくことで、主として球面収差及びデフォーカスを調整するための調整データを得ることができる。

また、上記実施形態では、ステップ１０３において、空間像計測装置５９を用いて波面収差を計測する場合について説明したが、これは、計測時間を必要以上に長くしないために、このようにしたものであって、計測にある程度の時間をかけても良いのであれば、前述したシャック−ハルトマン（Shack-Hartman）方式の波面収差計測器を用いて、投影光学系の波面収差を計測しても良い。この場合、ツェルニケ多項式の第３７項以下の全ての係数（収差成分）を求め、ステップ１０４において、その計測結果に基づいて、Ｚ₁〜Ｚ₃₇の全てを更新しても良い。このようにすると、前述した実施形態に比べてもより高精度な投影光学系の光学特性の調整が可能になる。

また、上記実施形態では、各ウエハのロード直前に投影光学系の波面収差を計測して波面のデータを更新する、波面収差のキャリブレーションを行うものとしたが、これに限らず、所定枚数のウエハの露光が終了する度、あるいは所定の時間的インターバルで波面収差のキャリブレーションを行うようにしても良い。

また、ステップ１０３の計測によって、ツェルニケ多項式の第３７項以下の偶関数収差のみならず、第３７項までの奇関数収差をも求めても良いし、第３７項以下の項のうち、一部の項の係数のみを求めても良い。この他、例えば第１項〜８１項までの少なくとも一部の項の係数を求めても良いし、ツェルニケ多項式の任意のｎ項までの少なくとも一部の項の係数を求めても良い。いずれにしても、そのｎ項までに応じた計算式を用いて、投影光学系の光学特性を調整する調整データを算出することとすれば良い。

また、上記実施形態において、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、光源としては、ＡｒＦエキシマレーザ光源に限らず、波長２４８ｎｍのレーザ光を発生するＫｒＦエキシマレーザ光源や、波長１５７ｎｍのＦ₂レーザ光、波長１４６ｎｍのＫｒ₂レーザ光、波長１２６ｎｍのＡｒ₂レーザ光などの真空紫外光を発生する光源を使用しても良い。

また、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良い。投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。

なお、上記実施形態では、本発明がステップ・アンド・スキャン方式の走査型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、本発明は、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（いわゆるステッパ）あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも好適に適用することができる。

この他、例えば国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレットなどに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用しても良い。

なお、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク）を用いても良い。

また、露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。なお、露光対象となる物体はウエハに限られるものでなく、例えばガラスプレートなどでも良い。

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。

以上説明したように、本発明の算出方法及び調整方法は、光学系の光学特性を調整するのに適している。また、本発明の露光方法は、物体上にパターンの像を形成するのに適している。また、本発明の像形成状態調整システムは、パターンの像の形成状態を調整するのに適している。また、本発明の露光装置は、物体上にパターンの像を形成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。 スリット板に形成された複数のスリットの配置を示す図である。 露光処理動作についての主制御装置５０の処理アルゴリズムを簡略化して示すフローチャートである。 割り込み処理ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０…露光装置、１３₁〜１３₅…可動レンズ、３８…Ｚ・チルトステージ、１４…光源（ビーム源）、５０…主制御装置、７８…結像性能補正コントローラ、ＩＬ…照明光（エネルギビーム）、ＰＬ…投影光学系（光学系）、Ｗ…ウエハ（物体）。

Claims (17)

1. エネルギビームによりパターンの像を形成する光学系の光学特性を調整する調整データを算出する算出方法であって、
   前記エネルギビームの照射に伴う前記光学系の波面収差の変動情報を算出する工程と；
   算出された前記波面収差の変動情報と、前記パターンに関する情報とに基づいて、前記調整データを算出する工程と；を含む算出方法。
2. 前記変動情報は、前記パターンの形成時に、前記エネルギビームの照射により変動する前記光学系の波面収差の予測情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の算出方法。
3. 前記パターンに関する情報は、パターンの種類、パターンの数、パターンの配列方向の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の算出方法。
4. 前記パターンが複数種類あり、
   前記調整データは、前記複数のパターンのうち、第１パターンの像の形成条件に比べて第２パターンの像の形成条件を最適化するデータを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の算出方法。
5. 前記調整データは、前記光学系の光学特性のうち、特定の成分を調整するデータであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の算出方法。
6. 前記特定の成分は、ディストーション成分、フォーカス成分の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項５に記載の算出方法。
7. エネルギビームによりパターンの像を形成する光学系の光学特性を調整する調整方法であって、
   前記エネルギビームの照射に伴う前記光学系の波面収差の変動情報を算出する工程と；
   算出された前記波面収差の変動情報と、前記パターンに関する情報とに基づいて、前記光学系の光学特性を調整する工程と；を含む調整方法。
8. 請求項７に記載の調整方法を用いて前記光学系の光学特性を調整する工程と；
   その光学特性が調整された光学系を介してエネルギビームにより物体を露光し、前記物体上にパターンの像を形成する工程と；を含む露光方法。
9. エネルギビームにより光学系を介して形成されるパターンの像の形成状態を調整する像形成状態調整システムであって、
   前記エネルギビームの照射に伴う前記光学系の波面収差の変動情報を算出する第１算出装置と；
   算出された前記波面収差の変動情報と、前記パターンに関する情報とに基づいて、前記光学系を介して形成されるパターンの像の形成状態を調整する調整データを算出する第２算出装置と；を備える像形成状態調整システム。
10. 前記変動情報は、前記パターンの形成時に、前記エネルギビームの照射により変動する前記光学系の波面収差の予測情報を含むことを特徴とする請求項９に記載の像形成状態調整システム。
11. 前記変動情報は、前記光学系の瞳面における前記エネルギビームの強度分布の変化を含むことを特徴とする請求項９又は１０に記載の像形成状態調整システム。
12. 前記パターンに関する情報は、パターンの種類、パターンの数、パターンの配列方向の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の像形成状態調整システム。
13. 前記パターンが複数種類あり、
    前記調整データは、前記複数のパターンのうち、第１パターンの像の形成条件に比べて第２パターンの像の形成条件を最適化するデータを含むことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の像形成状態調整システム。
14. 前記調整データは、前記光学系の光学特性のうち、特定の成分を調整するデータであることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の像形成状態調整システム。
15. 前記特定の成分は、ディストーション成分、フォーカス成分の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１４に記載の像形成状態調整システム。
16. 算出された前記調整データに基づいて前記光学系の光学特性を調整する調整装置をさらに備える請求項９〜１５のいずれか一項に記載の像形成状態調整システム。
17. エネルギビームにより光学系を介して物体上にパターンの像を形成する露光装置であって、
    前記光学系の光学特性を調整する請求項９〜１６のいずれか一項に記載の像形成状態調整システムと；
    前記光学系を介してエネルギビームを照射して前記物体を露光するビーム源と；を備える露光装置。
    

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