JP2007317880A - 露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投影光学系の結像特性を所望の状態に維持するために、投影光学系の光学部材の位置等を制御した際に、その光学部材の横シフトの影響を抑制する。
【解決手段】照明光でパターンを照明し、その照明光でそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光する露光方法において、投影光学系ＰＬのレンズエレメント１３₁〜１３₆の光軸ＡＸ方向の位置及び光軸ＡＸに垂直な面内の２軸の回りの傾斜角を制御する工程と、レンズエレメント１３₁〜１３₆の光軸ＡＸに垂直な面内での横シフト量を計測する工程と、その計測結果に基づいてそのパターンの像とウエハＷとの相対位置関係を補正する工程とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、及び液晶表示素子等のデバイス（マイクロデバイス、電子デバイス）を製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクパターンを投影光学系を介して基板上に転写する際に使用できる露光技術及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

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、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）上に転写する一括露光型の投影露光装置（ステッパー等）、及び走査露光型の投影露光装置（スキャニングステッパー等）等の露光装置が使用されている。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、露光装置の投影光学系に要求される諸収差等の結像特性の精度も高くなってきている。

投影光学系の収差の外乱要因としては、露光光の照射によるレンズのヒート（加熱）、大気圧変動による周囲の気体の屈折率変化、露光光がエキシマレーザ等のレーザ光である場合のレーザ波長の変化、及び露光光の照射によるレチクルの膨張などがあり、これらの要因に応じて投影光学系の様々な収差が変動する。また、露光装置には、投影光学系を構成する一部のレンズの位置及び傾斜角（姿勢）を制御することによって、球面収差及び歪曲収差等の所定の結像特性を所定の状態に制御するための結像特性制御機構が備えられている。

従来は、それらの収差変動のうちのレンズのヒートによる収差変動については、例えばテストレチクルに形成された所定の計測用マークの空間像（投影像）の位置等を計測してベストフォーカス位置及び倍率等の所定の結像特性を計測し、露光光の照射量を変えながらその結像特性の変化量を計測することで、予めその照射量と結像特性の変化量との関係を求めていた（例えば、特許文献１参照）。同様に、大気圧変動についても、予め種々の大気圧のもとでその所定の結像特性の変化量を計測することで、大気圧と結像特性の変化量との関係を求めていた。そして、実際のデバイス用のレチクルのパターンを露光する際には、露光光の照射量及び大気圧に応じてその結像特性の変化量を打ち消すようにその結像特性制御機構を制御していた。
特開平１０−１７０３９９号公報

上記の如く従来の露光装置においては、結像特性制御機構を用いることによって、レンズのヒート等による投影光学系の所定の結像特性の変動を抑制していた。しかしながら、その結像特性制御機構を用いて例えば投影光学系中の所定のレンズの光軸方向の位置等を制御する際に、極めて微小量ではあるが、そのレンズが光軸に垂直な平面内で横方向にシフトする恐れがある。このような横シフトが発生すると、それに応じて投影像の位置もシフトして重ね合わせ精度が低下する恐れがある。現状ではそのレンズの想定される横シフト量は極めて僅かであり、それが重ね合わせ精度に与える影響も許容範囲内であるが、今後半導体素子等の集積度がさらに進んだ場合を想定すると、そのレンズの僅かな横シフトについても何らかの対策を講じておくことが望ましい。

本発明は、このような事情に鑑み、例えば投影光学系の結像特性を制御するために、投影光学系中の所定の光学部材の位置等を制御する場合に、その光学部材の横シフトの影響を抑制できる露光技術及びデバイス製造技術を提供することを目的とする。

本発明による露光方法は、露光ビームでパターン（Ｒ）を照明し、その露光ビームでそのパターン及び投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）を露光する露光方法において、その投影光学系の所定の光学部材（１３₁)のその投影光学系の光軸（ＡＸ）方向の位置及びその光軸に垂直な面内の直交する２軸の周りの傾斜角のうち少なくとも一つを制御する第１工程と、その光学部材のその光軸に垂直な面内での横シフト量を計測する第２工程と、その第２工程の計測結果に基づいてそのパターンとその基板とのその投影光学系を介しての相対位置関係を補正する第３工程とを有するものである。

また、本発明による露光装置は、露光ビームでパターン（Ｒ）を照明し、その露光ビームでそのパターン及び投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）を露光する露光装置において、その投影光学系の所定の光学部材（１３₁)のその投影光学系の光軸（ＡＸ）方向の位置及びその光軸に垂直な面内の直交する２軸の周りの傾斜角のうち少なくとも一つを制御する結像特性制御機構（２０，７８）と、その光学部材のその光軸に垂直な面内での横シフト量を計測する計測装置（６４，７４）と、その計測装置の計測結果に基づいてそのパターンとその基板とのその投影光学系を介しての相対位置関係を補正する制御装置（５０，７６）とを備えたものである。

これらの本発明によれば、例えばその投影光学系の結像特性を所定の状態に制御するために、その光学部材の位置等を制御した際に、その光学部材の横シフト量を計測する。そして、この計測結果に基づいて例えばその横シフト量に応じて発生するそのパターンの像の横シフト量を相殺するように、そのパターンとその基板とのその投影光学系を介しての相対位置関係を補正することによって、その光学部材の横シフトの影響を抑制できる。

また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光方法又は露光装置を用いるものである。
なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。

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、本例のスキャニングステッパーよりなる走査露光型の投影露光装置（露光装置）１０の構成を示し、図１において、投影露光装置１０は、レーザビームＬＢ（露光ビーム）を発生する光源１４、照明光学系１２、レチクルＲ（マスク）を保持して移動するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウエハＷ（基板）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括制御するコンピュータよりなる主制御装置５０によってそのレーザ発光のオン・オフや、中心波長、スペクトル半値幅（及び／又は９５％エネルギ純度幅）、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）、固体レーザ（ＹＡＧレーザ若しくは半導体レーザ等）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。フライアイレンズ２２を構成する多数の微小レンズは、それぞれビーム整形光学系１８からのレーザビームＬＢを射出側の焦点面に集光し、その焦点面に２次光源（面光源）が形成される。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、露光用の照明光（露光光）ＩＬと呼ぶ。

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、例えば通常照明用の円形開口より成る開口絞り、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタ（σ値）を小さくするための開口絞り（小σ絞り）、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り、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。主制御装置５０が駆動装置４０によりその照明系開口絞り板２４を回転することにより、選択された照明条件に対応する開口絞りが照明光ＩＬの光路上に設定される。

なお、照明系開口絞り板２４の代わりに、例えば、交換可能な回折光学素子と、少なくとも一方が可動の一対のプリズム（例えば円錐アキシコン系等）と、ズームレンズ系とを組み合わせた光学系を用いることも可能である。
また、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、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。

そして、ビームスプリッタ２６を透過した照明光ＩＬの光路上に、レチクルブラインド３０Ａ，３０Ｂを介在させてリレー光学系（２８Ａ，２８Ｂ）が配置されている。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。

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。
一方、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。ビームスプリッタ２６、集光レンズ４４、及びインテグレータセンサ４６を含んで照明光ＩＬの積算光量計測系が構成されている。主制御装置５０は、インテグレータセンサ４６の出力に基づいて照明光ＩＬの照射量を所定の時間間隔で計測し、その計測結果（積算値等）を照射履歴としてメモリ５１（記憶装置）内に記憶させる。本例では、インテグレータセンサ４６の計測値から求められる照明光ＩＬの照射量は、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用いられる。また、投影光学系ＰＬの側面に配置された環境センサ８１で計測される投影光学系ＰＬの周囲の大気圧及び気温の情報も主制御装置５０に供給されている。その照明光ＩＬの照射量及び大気圧の情報は結像特性補正コントローラ７８に供給される。結像特性補正コントローラ７８（結像特性演算系）は、一例としてその照射量及び大気圧の情報に基づいて、投影光学系ＰＬの照明光吸収及び大気圧による結像特性の変化量の算出を行う。

その照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域ＩＡＲ内の回路パターンの、両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、フォトレジスト（感光材料）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と光学的に共役であり、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。

また、本例の投影光学系ＰＬには、その所定の結像特性を制御（補正）するための結像特性制御機構が備えられている。
図２は、図１中の投影光学系ＰＬの結像特性制御機構を示す一部を断面とした図であり、この図２において、説明の便宜上、投影光学系ＰＬを構成するように光軸ＡＸに沿って配置された多数のレンズエレメント（光学部材）のうちの８枚のレンズエレメント１３₁，１３₂，…，１３₈ のみを図示している。レンズエレメント１３₁〜１３₈はそれぞれ軸対称であり、各レンズエレメント１３₁〜１３₈の光軸は本来は投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに合致している。この場合、レンズエレメント１３₁，１３₂，…，１３₈ のうち、その一部、例えば６枚のレンズエレメント１３₁，１３₂，１３₃，１３₄，１３₅，１３₆は、それぞれ複数（本例では３個）の駆動素子（例えばピエゾ素子などの圧電素子又は磁歪素子等）２０によって光軸ＡＸ方向、及びその光軸ＡＸに垂直な平面内の直交する２軸（例えばＸ軸、Ｙ軸に平行な軸）の回りの傾斜方向に微小駆動可能に構成されている。

即ち、その８枚のレンズエレメント１３₁〜１３₈はそれぞれリング状のレンズホルダ６２₁〜６２₈内に保持され、その内の２つのレンズホルダ６２₇及び６２₈はそれぞれ直接にその外側のリング状の外筒６１₇及び６１₈の内面に形成された突部上に固定されている。これに対して、駆動対象の６枚のレンズエレメント１３₁〜１３₆を保持するレンズホルダ６２₁〜６２₆は、それぞれ複数の駆動素子２０を介して外側のリング状の外筒６１₁〜６１₆の内面に形成された突部上に固定されている。この場合、例えば最下段の２つの外筒６１₇及び６１₈で示すように、隣接する２つの外筒６１_i及び６１_i+1（ｉ＝１〜７）はそれぞれフランジ部において多数のボルト６３によって連結されており、このように連結された外筒６１₁〜６１₈が全体として鏡筒部を構成し、この鏡筒部が不図示のコラム機構に支持されている。

図４は、図２の投影光学系ＰＬ中の最上段のレンズエレメント１３₁の駆動機構及び計測装置を示す平面図であり、この図４において、レンズエレメント１３₁を保持するレンズホルダ６２₁は、外筒６１₁の内面の突部上に、等角度間隔で３箇所に配置されたＺ方向に伸縮自在の駆動素子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを介して支持されている。一例として、駆動素子２０Ａは、光軸ＡＸを通りＹ軸に平行な軸の近傍に配置され、他の２つの駆動素子２０Ｂ及び２０Ｃは、その光軸ＡＸを通りＹ軸に平行な軸に関してほぼ対称な位置に配置されている。それら３個の駆動素子２０Ａ〜２０Ｃが図２では駆動素子２０として表されている。また、駆動素子２０Ａ〜２０Ｃは、図２の結像特性補正コントローラ７８によって互いに独立にその伸縮量（駆動電圧）が制御される。これによって、外筒６１₁を基準として、レンズエレメント１３₁のＺ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸に平行な軸の回りの傾斜角を制御することができる。

図２の他のレンズエレメント１３₂〜１３₆を保持するレンズホルダ６２₂〜６２₆を駆動する駆動素子２０も、それぞれ互いに独立に結像特性補正コントローラ７８によって駆動される３個の駆動素子から構成されている。これによって、原理的には投影光学系ＰＬの１８（＝３×６）個の結像特性を補正することができる。言い換えると、投影光学系ＰＬの補正対象の結像特性の種類をＮ個（Ｎは１以上の整数）とした場合、投影光学系ＰＬ中の駆動対象のレンズエレメントの全体としての駆動の自由度をＮ以上とすればよい。従って、補正対象の結像特性が例えば３種類程度であれば、駆動対象のレンズエレメントの個数は１枚でもよい場合がある。

なお、投影光学系ＰＬの補正対象の複数の結像特性は、一例として球面収差、歪曲収差（倍率誤差を含む）、及び非点収差等の複数の収差で表すことができる。ただし、その補正対象の複数の結像特性を、例えば互いに異なるツェルニケ多項式によって表される複数の波面収差で表してもよい。
本例では、上述のように結像特性補正コントローラ７８は、図１のインテグレータセンサ４６を介して計測される照明光ＩＬの照射量及び大気圧の情報に基づいて、投影光学系ＰＬの複数の結像特性の変化量の算出を行い、その結像特性の変化量の情報を内部の記憶部に記憶させる。その記憶部には、予め補正対象の複数の結像特性をそれぞれ単位量だけ変化させるための図２の各レンズエレメント１３₁〜１３₆の３自由度の駆動量の係数（＝駆動量／結像特性の変化量）が行列の形式で記憶されている。そして、結像特性補正コントローラ７８では、上記のように算出された複数の結像特性の変化量（例えばベクトル量で表される）をその記憶されている係数に乗ずる（例えば行列とベクトルとの乗算となる）ことによって、その複数の結像特性の変化量を相殺するための各レンズエレメント１３₁〜１３₆の駆動量を算出し、この駆動量分だけレンズエレメント１３₁〜１３₆の各駆動素子２０を駆動する。

これによって、投影光学系ＰＬの複数の結像特性がそれぞれ常に目標とする状態に安定に維持されるため、常に高精度にレチクルＲのパターンの像をウエハＷ上の各ショット領域に露光できる。本例では、レンズエレメント１３₁〜１３₆の各駆動素子２０及び結像特性補正コントローラ７８を含んで結像特性制御機構が構成されている。なお、このように投影光学系ＰＬ中の光学部材を駆動して所定の結像特性を制御する技術については、例えば特開平４−１３４８１３号公報等に開示されている。

また、そのようにレンズエレメント１３₁〜１３₆をＺ方向及びＸ軸、Ｙ軸に平行な軸の回りに駆動する際に、僅かではあっても、レンズエレメント１３₁〜１３₆の光軸が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対してＸ方向、Ｙ方向に（横方向に）シフトする恐れがある。そこで、図２において、外筒６１₁〜６１₆ひいては光軸ＡＸを基準としてそれぞれレンズエレメント１３₁〜１３₆のＸ方向、Ｙ方向へのシフト量を計測するために、６個の外筒６１₁〜６１₆とレンズエレメント１３₁〜１３₆を保持する６個のレンズホルダ６２₁〜６２₆との間に、それぞれ非接触で半径方向の間隔を計測する静電容量センサ６４（それぞれＸ軸及びＹ軸の静電容量センサを含んでいる。）が配置されている。なお、静電容量センサ６４の代わりに、磁気式又は光学式等の他のセンサを用いてもよい。

図２の外筒６１₁とレンズホルダ６２₁との間に配置された静電容量センサ６４は、図４に示すように、外筒６１₁とレンズエレメント１３₁を保持するレンズホルダ６２₁とのＸ方向及びＹ方向の間隔をそれぞれ計測するＸ軸の静電容量センサ６４Ｘ及びＹ軸の静電容量センサ６４Ｙから構成されている。そして、Ｘ軸の静電容量センサ６４Ｘは、外筒６１₁の−Ｘ方向の内面に固定されたセンサ部６４Ｘａとこれに対向するようにレンズホルダ６２₁の外面に固定された電極板６４Ｘｂとから構成され、Ｙ軸の静電容量センサ６４Ｙは、外筒６１₁の−Ｙ方向の内面に固定されたセンサ部６４Ｙａとこれに対向するようにレンズホルダ６２₁の外面に固定された電極板６４Ｙｂとから構成されている。静電容量センサ６４Ｘ及び６４Ｙの検出信号は図２の変位信号処理装置７４に供給され、変位信号処理装置７４では、その検出信号を処理することによって一例として、図４において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対するレンズエレメント１３₁の光軸のＸ方向へのシフト量ΔＸＬ１及びＹ方向へのシフト量ΔＹＬ１を求める。このように本例では、静電容量センサ６４Ｘ及び６４ＹをそれぞれＸ軸及びＹ軸に平行にかつ互いに直交するように配置しているため、レンズエレメント１３₁のＸ方向及びＹ方向へのシフト量ΔＸＬ１及びΔＹＬ１（横シフト量）を直接計測することができる。

なお、本例ではレンズホルダ６２₁の底面にほぼ１２０°間隔で３つの駆動素子２０Ａ〜２０Ｃが配置されており、Ｙ軸の静電容量センサ６４Ｙは、２つの駆動素子２０Ｂ及び２０Ｃの中間位置に配置されている。そこで、図４において、３つの駆動素子２０Ａ〜２０Ｃと静電容量センサ６４Ｘ，６４Ｙとの機械的な干渉をできるだけ避けるために、Ｘ軸の静電容量センサ６４Ｘの代わりに、２点鎖線で示すように、２つの駆動素子２０Ａ及び２０Ｂの中間位置に配置されて外筒６１₁とレンズホルダ６２₁との半径方向の間隔を計測する静電容量センサ６４Ｒを用いてもよい。ただし、この場合には、Ｙ軸の静電容量センサ６４Ｙの間隔の変化量の計測値をｓｙ、静電容量センサ６４Ｒの間隔の変化量の計測値をｓｒとすると、図２の変位信号処理装置７４では、それらの計測値ｓｙ，ｓｒから次の演算によってレンズエレメント１３₁の横シフト量（ΔＸＬ１，ΔＹＬ１）を求める必要がある。

ΔＸＬ１＝（−ｓｙ−２ｓｒ）／３^1/2 …（１Ａ）
ΔＹＬ１＝ｓｙ …（１Ｂ）
図２の他のレンズエレメント１３₂〜１３₆（レンズホルダ６２₂〜６２₆）の横シフト量を計測するための静電容量センサ６４も、それぞれ図４のＸ軸の静電容量センサ６４Ｘ（又は静電容量センサ６４Ｒ）及びＹ軸の静電容量センサ６４Ｙから構成されており、これらの検出信号も変位信号処理装置７４に供給されている。変位信号処理装置７４では、対応する静電容量センサ６４の検出信号を処理することによって、６個のレンズエレメント１３_i（ｉ＝１〜６）のそれぞれについて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対するＸ方向、Ｙ方向への横シフト量（ΔＸＬｉ，ΔＹＬｉ）を求め、求めた横シフト量（ΔＸＬｉ，ΔＹＬｉ）の情報を像シフト量演算装置７６に供給する。

像シフト量演算装置７６の記憶部には、予め各レンズエレメント１３_i（ｉ＝１〜６）の横シフト量（ΔＸＬｉ，ΔＹＬｉ）から投影光学系ＰＬによる投影像のＸ方向、Ｙ方向の横シフト量（ΔＸｉ，ΔＹｉ）をそれぞれ求めるための係数（ｋｘｉ，ｋｙｉ）が記憶されている。係数（ｋｘｉ，ｋｙｉ）は近似的には投影光学系ＰＬの投影倍率に依存してレンズエレメント１３_i毎に異なる定数であるが、係数（ｋｘｉ，ｋｙｉ）は横シフト量（ΔＸＬｉ，ΔＹＬｉ）に応じて変化する関数でもよい。そして、像シフト量演算装置７６では、その係数（ｋｘｉ，ｋｙｉ）を横シフト量（ΔＸＬｉ，ΔＹＬｉ）に乗じて、各レンズエレメント１３_i（ｉ＝１〜６）の横シフト量に起因する投影像の横シフト量（ΔＸｉ，ΔＹｉ）を算出した後、一例として、それらの横シフト量（ΔＸｉ，ΔＹｉ）の和として投影像の全体としての横シフト量（ΔＸＴ，ΔＹＴ）を求める。

なお、このような線形近似を用いるのではなく、各レンズエレメント１３_i（ｉ＝１〜６）の横シフト量（ΔＸＬｉ，ΔＹＬｉ）を用いて光学的に正確に投影光学系ＰＬの投影像の横シフト量（ΔＸＴ，ΔＹＴ）を計算してもよい。像シフト量演算装置７６では、このようにして求めた投影像の横シフト量（ΔＸＴ，ΔＹＴ）の情報を図１の主制御装置５０に供給する。主制御装置５０内の制御部では、その投影像の横シフト量（ΔＸＴ，ΔＹＴ）を用いてウエハＷの各ショット領域の配列座標のオフセット補正を行う（詳細後述）。

図１に戻り、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、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、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、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計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、０．１ｎｍ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、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、移動鏡５２Ｒは平面鏡のみでなくコーナーキューブ（レトロリフレクタ）を含むものとしてもよいし、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、空間像計測用の複数の基準マークが形成された基準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略述する）ＲＦＭが、レチクルＲと並ぶように固定されている。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（光軸ＡＸを中心とする部分）にも、照明光ＩＬの通路となる、少なくとも照明領域ＩＡＲより大きな長方形状の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上の後述する基準マーク板（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（以下、ＲＡ検出系と呼ぶ）（不図示）が設けられている。これらのＲＡ検出系の検出信号は、主制御装置５０内のアライメント制御部に供給される。なお、そのＲＡ検出系と同等の構成は、例えば特開平７−１７６４６８号公報等に開示されている。

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の上面の上方に不図示のエアベアリングによって例えば数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持されている。更に、ＸＹステージ４２は、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、図２に示すように、３つのＺ位置駆動部２７Ａ，２７Ｂ，２７ＣによってＸＹステージ４２上に３点で支持されている。これらのＺ位置駆動部２７Ａ〜２７Ｃは、Ｚチルトステージ３８下面のそれぞれの支持点を投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）に独立して駆動する３つのアクチュエータ（例えばボイスコイルモータなど）２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと、Ｚチルトステージ３８のＺ位置駆動部２７Ａ〜２７Ｃによる各支持点のアクチュエータ２１Ａ〜２１ＣによるＺ方向の駆動量（基準位置からの変位）を検出するエンコーダ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃとを含んで構成されている。

本例では、アクチュエータ２１Ａ〜２１Ｃによって、Ｚチルトステージ３８（ウエハＷ）の光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）の位置、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。図１のステージ制御装置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、Ｚチルトステージ３８のＺ方向の位置及びレベリング量（回転角θｘ，θｙ）を算出し、この算出結果を用いてアクチュエータ２１Ａ〜２１Ｃを駆動する。なお、図１では、ＸＹステージ４２を駆動するリニアモータ等、及び図２のＺ位置駆動部２７Ａ〜２７Ｃがまとめてウエハステージ駆動系５６Ｗとして示されている。

図１において、Ｚチルトステージ３８上には、レーザ干渉計よりなるウエハ干渉計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、０．１ｎｍ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、本例の投影露光装置のＺチルトステージ３８上には、レチクルマーク板ＲＦＭの複数の基準マークの投影光学系ＰＬによる像をＸ方向及びＹ方向に走査するためのＹ方向及びＸ方向に細長い２つのスリットが形成されたスリット板９０が固定され、スリット板９０の底面のＺチルトステージ３８の内部に、それらのスリットを通過した照明光ＩＬを受光する光電検出器が配置されている。そのスリット板９０及び光電検出器を含んで空間像計測系が構成され、その光電検出器の検出信号が信号処理装置８０を介して主制御装置５０内の結像特性演算部に供給されている。本例では、例えば定期的に、そのレチクルマーク板ＲＦＭ上の複数の基準マークの空間像の位置及び／又はコントラストをスリット板９０を介して計測することによって、歪曲収差及び非点収差等を求めることができる。この計測結果は、一例として、結像特性補正コントローラ７８による結像特性の変化量の予測を補正するために使用することができる。

図１において、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、信号処理装置８０を介して主制御装置５０内のアライメント制御部に供給される。アライメント制御部では、その撮像信号及びウエハ干渉計５４Ｗの計測値から被検マークのウエハステージＷＳＴの座標系上での配列座標を求める。そして、そのアライメント制御部では、一例として、ウエハＷ上の所定の複数のショット領域に付設されたアライメントマークの配列座標に基づいて、例えば特公平４−４７９６８号公報で開示されているエンハンスド・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）法によって、ウエハＷ上の全部のショット領域の配列座標を算出する。露光時には、そのようにして算出された配列座標に基づいて、レチクルＲのパターンの像がウエハＷ上の各ショット領域に高精度に重ね合わせられる。

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の表面又はスリット板９０の表面である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し、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、露光中又は空間像計測中に主制御装置５０からの指令に基づいて、ステージ制御装置７０は、ウエハステージ駆動系５６Ｗを介してウエハＷの表面又はスリット板９０の表面を投影光学系ＰＬの像面に対してＺ方向に指示された量だけデフォーカスさせることもできる。

次に、本例の投影露光装置１０における露光動作について説明する。先ず、主制御装置５０は、レチクルＲ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のステップ移動によって、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ＩＡＲ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ＩＡに対してウエハＷ上の一つのショット領域が対応する方向に速度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、ショット露光間のステップ移動とショット毎の同期走査露光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。

このようにして多数のウエハに順次露光を行う過程で、上述のようにインテグレータセンサ４６を介して計測される照明光ＩＬの照射量及び環境センサ８１によって計測される大気圧の情報に基づいて、結像特性補正コントローラ７８が図２の駆動素子２０を介してレンズエレメント１３₁〜１３₆をＺ方向及びＸ軸、Ｙ軸に平行な軸の回りに駆動することで、投影光学系ＰＬの所定の複数の結像特性が目標とする状態に維持される。なお、そのような結像特性補正コントローラ７８によるレンズエレメント１３₁〜１３₆の駆動は、例えばウエハＷに対するショット露光間のウエハＷのステップ移動時に行われる。このようにレンズエレメント１３₁〜１３₆を駆動する際に、レンズエレメント１３₁〜１３₆の光軸が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸからＸ方向、Ｙ方向（光軸ＡＸに対して横方向）に僅かにシフトする恐れがある。

そのようにレンズエレメント１３₁〜１３₆中の１つ又は複数のレンズエレメントの横方向へのシフトが生じると、図３に示すように、投影光学系ＰＬの露光領域ＩＡ（レチクルＲのパターンの投影像）がＸ方向、Ｙ方向にそれぞれ位置ＩＡ１までΔＸＴ及びΔＹＴ（横シフト量）だけシフトする。現状では横シフト量ΔＸＴ，ΔＹＴは極めて僅かな量であるが、この横シフト量は、ウエハＷ上のショット領域ＳＡとレチクルＲのパターンの像との重ね合わせ誤差の要因となる。

そのため本例では、そのウエハＷのステップ移動中の結像特性補正コントローラ７８によるレンズエレメント１３₁〜１３₆の駆動（結像特性の制御工程）の直後に、図１の主制御装置５０の制御のもとで、図２の変位信号処理装置７４が静電容量センサ６４を介して投影光学系ＰＬ中のレンズエレメント１３_i（ｉ＝１〜６）の横シフト量（ΔＸＬｉ，ΔＹＬｉ）を計測し（光学部材の横シフト量の計測工程）、計測結果を像シフト量演算装置７６に供給する。続いて、像シフト量演算装置７６では、その横シフト量（ΔＸＬｉ，ΔＹＬｉ）を用いて上述のように投影光学系ＰＬの投影像の横シフト量（ΔＸＴ，ΔＹＴ）を計算し、計算結果を図１の主制御装置５０に供給する。

主制御装置５０の制御部では、上述のようにアライメント系ＡＬＧの計測結果に基づいて算出されるウエハＷ上の全部のショット領域の配列座標から、その投影像の横シフト量（ΔＸＴ，ΔＹＴ）をオフセットとして差し引くこととする。これによって、レチクルＲのパターンとウエハＷ上のこれ以降に露光されるショット領域との投影光学系ＰＬを介した相対位置関係が補正される（相対位置関係の補正工程）。この場合には、図１のウエハステージＷＳＴがその相対位置関係の補正機構として作用する。従って、ウエハＷのステップ移動が終わって、ウエハＷ上の次のショット領域にレチクルＲのパターン像の走査露光が行われる際には、そのショット領域の位置は、図３に２点鎖線で示すように、露光領域ＩＡ（投影像）のシフト量（ΔＸＴ，ΔＹＴ）と同じ量だけ位置ＳＡ１までシフトして、投影光学系ＰＬ中のレンズエレメント１３₁〜１３₆の横方向へのシフトによる投影像の横シフト量が相殺されるため、重ね合わせ誤差は発生しない。

本実施形態の動作等をまとめると以下の通りである。
Ａ１）上述のように、投影光学系ＰＬの結像特性を所望の状態に維持するためにレンズエレメント１３₁〜１３₆を駆動した場合に、レンズエレメント１３₁〜１３₆の横方向へのシフトの影響が抑制されて、重ね合わせ精度が高く維持される。
なお、本例ではウエハＷのショット露光間のステップ移動時に、結像特性補正コントローラ７８による投影光学系ＰＬの結像特性の制御、及びレンズエレメント１３₁〜１３₆の横方向へのシフトによる投影像の横シフト量の相殺を行っているが、例えば結像特性の変化が緩やかである場合には、その投影光学系ＰＬの結像特性の制御及び投影像の横シフト量の相殺を、例えばウエハの交換時等に行ってもよい。また、そのレンズエレメント１３₁〜１３₆の横方向へのシフトによる投影像の横シフト量の相殺は、例えば結像特性補正コントローラ７８によるレンズエレメント１３₁〜１３₆の駆動量が大きい場合にのみ行うようにしてもよい。

また、レチクルＲのパターンの像とウエハＷ上のショット領域との相対位置関係を補正するために、本例ではウエハステージＷＳＴを駆動しているが、その代わりに、又はそれと並行してレチクルステージＲＳＴを駆動してもよい。
Ａ２）投影光学系ＰＬ中の駆動対象のレンズエレメント１３₁〜１３₆は、図４に示すようにそれぞれ各レンズエレメントの光軸の周りに配置された３箇所の駆動素子２０Ａ〜２０Ｃをその光軸方向に駆動しているため、各レンズエレメント毎に光軸方向の位置、及び光軸に垂直な平面内の直交する２軸の回りの角度を制御できる。

ただし、各レンズエレメントについてそれぞれ３自由度で駆動する必要はなく、例えばＺ方向のみに駆動されるレンズエレメントと、Ｘ軸及びＹ軸の回りのみに（又はＸ軸若しくはＹ軸の回りにのみ）駆動されるレンズエレメントとを設けてもよい。
また、本例では、レンズエレメント１３₁〜１３₆のそれぞれの周縁部の２箇所の位置で静電容量センサ６４によって半径方向の変位を計測しているため、各レンズエレメント１３₁〜１３₆について、各レンズエレメントの光軸（より正確には投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ）に垂直な面内の直交する２軸の方向であるＸ方向、Ｙ方向の横シフト量を求めることができる。これによって、各レンズエレメントの横シフトに対応して、レチクルＲのパターンの像とウエハＷ上のショット領域とのＸ方向、Ｙ方向の相対位置関係を補正できる。

なお、レンズエレメント１３₁〜１３₆のそれぞれの周縁部の３箇所以上の位置で半径方向の変位を計測してもよい。この計測結果を平均化することで、各レンズエレメントの変位をより高精度に計測できる。
なお、駆動対象のレンズエレメントの全部について、センサによる横シフト量の計測を行う必要はない。すなわち、例えば駆動方式又は駆動量によって横シフト量が極めて小さいことが分かっているレンズエレメントについては、横シフト量の計測を省略してもよい。

Ａ３）また、本例では、レンズエレメント１３₁〜１３₆の横シフト量の計測結果に基づいて、図２の像シフト量演算装置７６が投影光学系ＰＬの投影像の横シフト量を求めている。従って、レンズエレメント１３₁〜１３₆の横シフトの影響を容易に抑制できる。
なお、そのように像シフト量演算装置７６によって投影像の横シフト量を求めることなく、例えばレンズエレメント１３₁〜１３₆の横シフト量の計測結果に所定の係数を乗じて和を求めることによって、直接レチクルＲのパターンの像とウエハＷ上のショット領域との相対位置関係の補正量を求めるようにしてもよい。

Ａ５）また、本例では、インテグレータセンサ４６を介して計測される照明光ＩＬの照射量（積算光量）及び環境センサ８１によって計測される大気圧に基づいて、結像特性補正コントローラ７８によって投影光学系ＰＬの結像特性を制御している。しかしながら、例えば本例の投影露光装置１０が気圧が安定化されたチャンバ内に設置されているような場合には、その大気圧の計測値は考慮しないようにしてもよい。

さらに、その照明光ＩＬの照射量の他に、照明条件（２極照明又は通常照明等）の違い、照明光ＩＬ（レーザビームＬＢ）の波長、及び／又は照明光ＩＬのスペクトル幅等をも考慮して、投影光学系ＰＬの結像特性を制御してもよい。
なお、上記の実施形態では、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、上記実施形態では、ウエハＷ上のショット領域とレチクルパターンの投影像との相対位置関係を補正するために、その投影像の横シフト量（ΔＸＴ，ΔＹＴ）に基づいて前述のＥＧＡ法によって決定されるショット領域の配列座標を補正するものとしたが、これに限らず、例えば投影光学系ＰＬによるレチクルパターンの投影像の位置とアライメント系ＡＬＧの検出位置との間隔（いわゆるベースライン量）を、その投影像の横シフト量（ΔＸＴ，ΔＹＴ）に基づいて補正することとしてもよい。さらに、上記実施形態では、結像特性補正コントローラ７８によるレンズエレメント１３₁〜１３₆の駆動を、ショット領域間のウエハＷのステップ移動時に行うものとしたが、これに限らず、例えばショット領域中に行うこととしてもよい。

なお、上記実施形態では干渉計システム（５４Ｒ，５４Ｗ）を用いてレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの各位置情報を計測するものとしたが、これに限らず、例えば各ステージに設けられるスケール（回折格子）を検出するエンコーダシステムを用いてもよい。この場合、干渉計システムとエンコーダシステムの両方を備えるハイブリッドシステムとし、干渉計システムの計測結果を用いてエンコーダシステムの計測結果の較正（キャリブレーション）を行うことが好ましい。また、干渉計システムとエンコーダシステムとを切り替えて用いる、あるいはその両方を用いて、ステージの位置制御を行うようにしてもよい。

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基板（ウエハ等）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ、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）、並びに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、レチクルとウエハとを静止した状態でレチクルのパターンをウエハ上に転写するステッパー等の静止露光型（一括露光型）の投影露光装置で露光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、国際公開第２００４／０１９１２８号パンフレット等に開示されている液浸型露光装置で露光を行う場合にも適用することができる。

また、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（及び対応する米国特許第６，６１１，３１６号明細書）に開示されているように、２つのレチクルのパターンを投影光学系を介して基板上で合成し、１回の走査露光によって基板上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。さらに、本発明は、波長数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光ビームとして用いる投影露光装置で露光を行う場合にも適用できる。

なお、上述の実施形態においては、転写用のパターンが形成されたレチクル（マスク）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書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または反射パターンを形成する電子マスクを用いてもよい。この電子マスクは、可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ(Digital Micro-mirror Device)などを含むものである。

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スウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及び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、光露光装置及びＥＵＶ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。

本発明によれば、露光装置の投影光学系の所定の光学部材の位置等を制御した際に、その光学部材の横シフトの影響を抑制できるため、例えば投影光学系の結像特性を所望の状態に維持した状態で、重ね合わせ精度を向上できる。従って、各種デバイスを高精度に製造できる。

本発明の実施形態の一例で使用される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の投影光学系ＰＬの結像特性制御機構及びウエハステージＷＳＴのＺチルトステージを示す一部を切り欠いた図である。 投影光学系ＰＬによる露光領域ＩＡとウエハ上のショット領域ＳＡとの位置関係の一例を示す平面図である。 図２のレンズエレメント１３₁ の駆動機構及び計測装置を示す平面図である。

符号の説明

１２…照明光学系、１３₁〜１３₆…レンズエレメント、１４…光源、２０…駆動素子、５０…主制御装置、６１₁〜６１₆…外筒、６２₁〜６２₆…レンズホルダ、６４…静電容量センサ、７４…変位信号処理装置、７６…像シフト量演算装置、７８…結像特性補正コントローラ、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ

Claims (12)

1. 露光ビームでパターンを照明し、前記露光ビームで前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、
   前記投影光学系の所定の光学部材の前記投影光学系の光軸方向の位置及び前記光軸に垂直な面内の直交する２軸の周りの傾斜角のうち少なくとも一つを制御する第１工程と、
   前記光学部材の前記光軸に垂直な面内での横シフト量を計測する第２工程と、
   前記第２工程の計測結果に基づいて前記パターンと前記基板との前記投影光学系を介しての相対位置関係を補正する第３工程とを有することを特徴とする露光方法。
2. 前記第１工程は、前記光学部材の前記光軸の周りに配置された３箇所の駆動点を前記光軸方向に駆動する工程を含み、
   前記第２工程は、前記光学部材の周縁部の複数の位置でそれぞれ前記光学部材の半径方向の変位を計測する工程と、該工程の計測結果に基づいて前記光学部材の前記光軸に垂直な面内の直交する２軸の方向の横シフト量を求める工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記第３工程は、前記第２工程の計測結果に基づいて前記パターンの前記投影光学系による像の横シフト量を求める工程と、該工程で求められた横シフト量を相殺するように前記相対位置関係を補正する工程とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
4. 前記第１工程及び第２工程は、前記投影光学系の所定の複数の光学部材について実行されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の露光方法。
5. 前記第１工程における前記光学部材の制御は、前記投影光学系に対する前記露光ビームの積算光量に基づいて行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の露光方法。
6. 露光ビームでパターンを照明し、前記露光ビームで前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
   前記投影光学系の所定の光学部材の前記投影光学系の光軸方向の位置及び前記光軸に垂直な面内の直交する２軸の周りの傾斜角のうち少なくとも一つを制御する結像特性制御機構と、
   前記光学部材の前記光軸に垂直な面内での横シフト量を計測する計測装置と、
   前記計測装置の計測結果に基づいて前記パターンと前記基板との前記投影光学系を介しての相対位置関係を補正する制御装置とを備えたことを特徴とする露光装置。
7. 前記結像特性制御機構は、前記光学部材の前記光軸の周りに配置された３箇所の駆動点を前記光軸方向に駆動する駆動機構を有し、
   前記計測装置は、前記光学部材の周縁部の複数の位置でそれぞれ前記光学部材の半径方向の変位を計測するセンサと、該センサの計測結果に基づいて前記光学部材の前記光軸に垂直な面内の直交する２軸の方向の横シフト量を求める演算装置とを有することを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 前記制御装置は、前記計測装置の計測結果に基づいて前記パターンの前記投影光学系による像の横シフト量を求め、該横シフト量を相殺するように前記相対位置関係を補正することを特徴とする請求項６又は７に記載の露光装置。
9. 前記制御装置は、前記相対位置関係を補正するために、前記基板を保持して移動するステージ又は前記パターンの位置を補正することを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の露光装置。
10. 前記結像特性制御機構は、前記投影光学系の所定の複数の光学部材を駆動することを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の露光装置。
11. 前記投影光学系に対する前記露光ビームの積算光量を求める積算光量計測装置を備え、
    前記結像特性制御機構は、前記積算光量計測装置の計測結果に基づいて前記投影光学系の結像特性の変化量を求める結像特性演算系を備え、
    前記結像特性演算系は、前記結像特性の変化量を相殺するように前記投影光学系の前記光学部材を駆動することを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の露光装置。
12. 請求項１から５のいずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
    

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