JP2009002706A - 計測方法及びパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射面の表面形状を高精度に求める。
【解決手段】 ステージＷＳＴを反射面２４Ｘの延設方向にほぼ一致するＹ軸方向に沿って所定ステップ間隔でステップ移動し、Ｘ軸方向に関するステージの位置を計測するためにＹ軸方向に所定間隔隔てた２つの測長軸ＷＸＭ，ＷＸＢを有する第１レーザ干渉計２６Ｘ₁を用い、ステップ移動位置（図２のＰ₁〜Ｐ_M）毎に、少なくともＸ軸方向に関する位置が異なる複数点で第１レーザ干渉計２６Ｘ₁の各測長軸位置での測定データを求める。そして、ステップ移動位置毎に、複数点における第１レーザ干渉計の各測長軸位置での測定データの平均値の差分、又は該測定データの差分の平均値を算出することで、反射面の測長軸間隔毎の離散的な形状誤差を計測する。そして、この形状誤差に基づいて、反射面の形状を求める。
【選択図】図２

Description

本発明は、計測方法及びパターン形成方法に係り、更に詳しくは所定の平面内を移動可能な移動体上又は該移動体に対向して設けられた反射面の表面形状を計測する計測方法及び該計測方法を用いたパターン形成方法に関する。

従来、例えば、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ：Very Large Scale Integrated circuit ）のパターンの形成に用いられる各種露光装置（ステッパ等）、転写マスクの描画装置、マスクパターンの位置座標測定装置、あるいはその他の位置決め装置では、対象物を保持して直交する２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）方向に精密に移動するＸＹステージが用いられている。このＸＹステージの座標位置の計測には、通常、波長６３３ｎｍで連続発振するＨｅ−Ｎｅの周波数安定化レーザを光源とした光波干渉計（レーザ干渉計）が使われている。

レーザ干渉計は、その性質上、一次元の計測しかできないため、２次元の座標計測、例えばＸＹ座標の計測を行う場合にはレーザ干渉計を２つ用意する必要がある。そして、ＸＹステージに設けられた互いに直交する２つの反射面それぞれに対して２つのレーザ干渉計から垂直に測長ビームを照射し、各反射面の測長ビームの方向の基準点からの距離の変化を計測することで、ＸＹステージの２次元の座標位置が求められる。

通常、ＸＹステージに固定されたＸ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれ延びる平面鏡（移動鏡とも呼ばれる）の反射面が上記の反射面として用いられる。これらの平面鏡は、ウエハステージの必要移動ストロークに対応して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に長さが必要であり、ウエハステージの位置計測に用いられるものであることから、極めて高い平面度が要求される。

しかるに、上記の平面鏡の反射面の平坦度を良好に確保するためには、精度の高い表面加工（鏡面加工）が必要不可欠であり、製作コストが非常に高くなっていた。また、仮に、平坦度の良好な平面鏡を製作しても、これをＸＹステージに固定するときに歪みが発生したり、固定後の経時変化により歪みが発生したりすることがあった。さらに、露光装置に要求される露光精度が高くなるにつれ、従来問題とならなかった程度の反射面の表面形状の凹凸が無視できなくなり、近年の露光装置に要求される重ね合わせ精度、アライメント精度などを考慮した場合に、その要求精度を満足するレベルの平坦度を有する平面鏡を製作することは極めて困難となっていた。

そこで、平面鏡の反射面の形状を計測し、その計測結果を用いて平面鏡の反射面形状に起因するレーザ干渉計の計測誤差を補正しようとの観点から、出願人は、４軸干渉計によって移動鏡の局所的な傾きを測定し、それを積算して移動鏡の反射面の形状を求める方法を先に提案した（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記特許文献１に記載される方法などでは、ＸＹステージを一方向に所定間隔でステップ移動して移動位置（計測ポイント）毎に、反射面の表面形状を算出するためのデータを得るという計測方法を採用していたことから、計測再現性を十分に確保できず、結果的に反射面の一端部近傍において、計測誤差が相当大きくなる場合があることが判明した。半導体素子等の実用最小線幅は、ムーアの法則に従い次第に小さくなるので、この反射面の表面形状の計測における誤差は、今や無視できなくなっている。

特許第３２９５８４６号公報

発明者らは、半導体露光装置のウエハステージに固定された移動鏡の反射面の表面形状を、従来の手法で繰り返し計測し、計測により得られた計測データを分析した。その結果、表面形状の計測の際に得られるデータには、干渉計の測長ビームの波長λに応じた周期的な誤差が生じ、この周期的な誤差が、計測再現性を悪化させる一要因であることが判明した。

本発明は、上述の事情の下でなされたもので、第１の観点からすると、所定の平面内を移動可能な移動体上又は該移動体に対向して設けられた反射面の表面形状を計測する計測方法であって、前記移動体を前記反射面の延設方向にほぼ一致する第１軸方向に沿って所定ステップ間隔でステップ移動し、前記平面内の前記第１軸方向に直交する第２軸方向に関する前記移動体の位置を計測するために前記第１軸方向に所定間隔隔てた２つの測長軸を有する第１レーザ干渉計を用い、前記ステップ移動位置毎に、少なくとも前記第２軸方向に関する位置が異なる複数点で前記第１レーザ干渉計の各測長軸位置での測定データを求める第１工程と；前記ステップ移動位置毎に、前記複数点における前記第１レーザ干渉計の各測長軸位置での測定データの平均値の差分、又は該測定データの差分の平均値を算出することで、前記反射面の測長軸間隔毎の離散的な形状誤差を計測する第２工程と；計測された離散的な形状誤差のデータに基づいて、前記反射面の形状を求める第３工程と；を含む計測方法である。

これによれば、移動体を反射面の延設方向にほぼ一致する第１軸方向に沿って所定ステップ間隔でステップ移動し、第１軸方向に直交する第２軸方向に関する移動体の位置を計測するために第１軸方向に所定間隔隔てた２つの測長軸を有する第１レーザ干渉計を用い、ステップ移動位置毎に、少なくとも第２軸方向に関する位置が異なる複数点で第１レーザ干渉計の各測長軸位置での測定データを求める。そして、ステップ移動位置毎に、複数点における第１レーザ干渉計の各測長軸位置での測定データの平均値の差分、又は該測定データの差分の平均値を算出することで、反射面の測長軸間隔毎の離散的な形状誤差を計測する。すなわち、各ステップ位置におけるデータとして、第２軸方向に関する位置が異なる複数点における第１レーザ干渉計の各測長軸位置での測定データの平均値の差分、又は該測定データの差分の平均値が用いられるので、各ステップ位置におけるデータは、平均化効果により、前述の周期誤差が低減された高精度なデータとなり、このデータを用いて算出される反射面の測長軸間隔毎の離散的な形状誤差は精度の高い形状誤差となる。そして、この精度の高い形状誤差に基づいて、反射面の形状を求めるので、結果的に反射面の表面形状を高精度に求めることが可能になる。この場合、表面形状を求めるために、移動体の位置計測に用いられる、第１レーザ干渉計を用いることが出来るので、その表面形状を求めるための専用の工具などは不要である。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の計測方法を用いて前記反射面の形状を計測する工程と；前記計測された反射面の形状と、前記反射面を用いて前記移動体の位置を計測する干渉計システムの計測結果とに基づいて前記移動体を移動して、前記移動体上に載置された物体にパターンを形成する工程と；を含むパターン形成方法である。

これによれば、移動体上に載置された物体にパターンを形成する際に、本発明の計測方法を用いて精度良く計測された反射面の形状（データ）と、干渉計システムの計測結果とに基づいて移動体が移動されるので、その移動の際に、反射面の形状誤差を補正しつつ干渉計システムの計測結果に基づいて移動体を移動させることが可能になり、これにより、物体上に精度良くパターン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７に基づいて説明する。

図１には、本発明の計測方法及びパターン形成方法を実施するのに好適な一実施形態に係る露光装置１００の概略的な構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置（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１００は、照明系ＩＯＰ、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像を感光剤（レジスト）が塗布されたウエハＷ上に投影する投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持してＸＹ平面内を移動するウエハステージＷＳＴ、ウエハステージＷＳＴを駆動する駆動系２２、及びこれらの制御系等を備えている。制御系は装置全体を統括制御するマイクロコンピュータ（あるいはワークステーション）などを含む主制御装置２８を中心として構成されている。

照明系ＩＯＰは、例えばＡｒＦエキシマレーザ（出力波長１９３ｎｍ）（又はＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）など）から成る光源、及び該光源に送光光学系を介して接続された照明光学系を含む。照明光学系としては、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書）などに開示されるように、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含み、光源から射出されたレーザビームを整形し、この整形されたレーザビーム（以下、照明光ともいう）ＩＬにより、レチクルＲ上でＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に細長く伸びるスリット状の照明領域をほぼ均一な照度で照明する。

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。レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲが載置されている。レチクルＲは、不図示のバキュームチャック等を介してレチクルステージＲＳＴに吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、不図示のレチクルステージ駆動系によって、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（ここでは図１の紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に所定ストローク範囲で走査される。レチクルステージＲＳＴの位置情報は、その端部に固定された移動鏡１２を介して外部のレーザ干渉計１４によって計測され、このレーザ干渉計１４の計測値が主制御装置２８に供給されている。なお、移動鏡１２に代えて、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１２の反射面に相当）を形成しても良い。

投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、該鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を含む投影光学系ＰＬとを含む。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、光軸ＡＸｐと平行な方向（Ｚ軸方向）に配列された複数枚のレンズエレメント（図示省略）を含む屈折光学系が用いられている。

投影光学系ＰＬの投影倍率は、一例として１／４とされている。このため、前述の如く照明光ＩＬによりレチクルＲが均一な照度で照明されると、その照明領域内のレチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬにより縮小されて、レジストが塗布されたウエハＷ上に投影され、ウエハＷ上の被露光領域（ショット領域）の一部にパターンの縮小像が形成される。このとき、投影光学系ＰＬはその視野内の一部（すなわち、露光エリアであって、投影光学系ＰＬに関して照明領域と共役な矩形領域）にその縮小像を形成する。

ウエハステージＷＳＴは、リニアモータ等を含む駆動系２２によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｚ軸方向、Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）、Ｙ軸回りの回転方向（θｙ方向）、及びＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）に微小駆動される。ウエハステージＷＳＴ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。ウエハステージＷＳＴの上面には、移動鏡２４が設けられており、移動鏡２４にレーザ干渉計システム(以下、「干渉計システム」と略述する)２６からのレーザビーム（測長ビーム）が投射され、その移動鏡２４からの反射光に基づいてウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（回転情報（ヨーイング量（θｚ方向の回転量θｚ）、ピッチング量（θｘ方向の回転量θｘ）、ローリング量（θｙ方向の回転量θｙ））を含む）が計測される。なお、ウエハステージＷＳＴ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。また、ウエハステージＷＳＴに代えて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に移動する第１ステージと、該第１ステージ上でＺ軸方向、θｘ方向及びθｙ方向に微動する第２ステージとを備える、ステージを用いても良い。なお、干渉計システム２６の構成、作用等については後述する。

干渉計システム２６の計測値は主制御装置２８に供給され、主制御装置２８は干渉計システム２６の計測値に基づいて駆動系２２を介してウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転を含む）を制御する。

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。このフォーカスセンサＡＦＳの計測値も主制御装置２８に供給されている。

また、ウエハステージＷＳＴ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な基準板ＦＰが固定されている。この基準板ＦＰの表面には、アライメント検出系ＡＳ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などが形成されている。

投影ユニットＰＵの鏡筒４０の側面に、ウエハＷに形成されたアライメントマーク及び上記基準マークを検出するアライメント検出系ＡＳが設けられている。このアライメント検出系ＡＳとしては、一例としてハロゲンランプ等のブロードバンド（広帯域）光でマークを照明し、このマーク画像を画像処理することによってマーク位置を計測する画像処理方式の結像式アライメントセンサの一種であるＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。

アライメント検出系ＡＳの検出信号ＤＳは、アライメント制御装置１６に供給され、アライメント制御装置１６は、その検出信号ＤＳをＡ／Ｄ変換し、このデジタル化された波形信号を演算処理してマーク位置を検出する。この結果は、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。

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、露光波長の光を用いた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検出系が設けられ、該レチクルアライメント検出系の検出信号は、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。

図２には、ウエハステージＷＳＴとともに、干渉計システム２６を構成する各干渉計ユニットが、平面図にて示されている。図２に示されるように、ウエハステージＷＳＴの−Ｘ側端部には、Ｙ軸方向に延びる反射面２４Ｘａを有するＸ移動鏡２４Ｘが固定されている。また、ウエハステージＷＳＴの−Ｙ側の端部には、Ｘ軸方向に延びる反射面２４Ｙａを有するＹ移動鏡２４Ｙが固定されている。

反射面２４Ｘａには、Ｘ干渉計ユニット（以下、適宜、干渉計ユニットとも記述する）２６Ｘ₁から、Ｘ軸に平行な一対の測長ビームＷＸＭ，ＷＸＢを含む複数の測長ビームＷＸが垂直に投射されている。また、移動鏡２４Ｘの反射面には、Ｘ干渉計ユニット２６Ｘ₂から、Ｘ軸に平行な測長ビームＷＸＦを含む複数の測長ビームが垂直に投射されている。

一方、反射面２４Ｙａには、Ｙ干渉計ユニット（以下、適宜、干渉計ユニットとも記述する）２６Ｙから、Ｙ軸に平行な一対の測長ビームＷＹＲ，ＷＹＬを含む複数の測長ビームＷＹが垂直に投射されている。

このように、Ｘ移動鏡２４ＸとＹ移動鏡２４Ｙとが設けられ、これに対応してＸ干渉計ユニット２６Ｘ₁，２６Ｘ₂及びＹ干渉計ユニット２６Ｙが設けられているが、図１では、これらが代表的に、移動鏡２４、干渉計システム２６としてそれぞれ示されている。

測長ビームＷＸＭ、ＷＸＢは、同一のＸＹ平面上で、投影光学系ＰＬの光軸（ＡＸｐ）を通るＸ軸に平行な直線Ｏ_IXから、それぞれ−Ｙ方向、＋Ｙ方向に同一距離（ΔＹ／２）離れて平行に投射されている。

また、測長ビームＷＸＦは、測長ビームＷＸＭ、ＷＸＢと同一のＸＹ平面上で、アライメント検出系ＡＳの検出中心を通るＸ軸に平行な直線に沿って投射されている。

一方、測長ビームＷＹＬ，ＷＹＲは、測長ビームＷＸＭ、ＷＸＢなどと同一のＸＹ平面上で、投影光学系ＰＬの光軸（ＡＸｐ）及びアライメント検出系ＡＳの検出中心を通るＹ軸に平行な直線Ｏ_IYから、それぞれ−Ｘ方向、＋Ｘ方向に同一距離（ΔＸ／２）離れて平行に投射されている。

ここで、直線Ｏ_IXと直線Ｏ_IYは、互いに直交するとともに、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸｐとも直交する。

本実施形態では、主制御装置２８が、干渉計ユニット２６Ｙの測長ビームＷＹＲ、ＷＹＬによる計測値の平均値を算出することで、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向に関する位置情報を求める。すなわち、干渉計ユニット２６Ｙの実質的な測定軸は、直線Ｏ_IYに一致する。以下では、適宜、測定軸Ｏ_IYとも呼ぶ。本実施形態では、干渉計ユニット２６Ｘ₁、２６Ｘ₂、２６Ｙは、それぞれの内部の固定鏡（参照鏡）を基準として、反射面２４Ｘａ又は２４Ｙａの各測長ビームの照射点におけるＸ軸方向又はＹ軸方向の位置を検出している。従って、干渉計ユニット２６Ｙの測長ビームＷＹＲ、ＷＹＬによる計測値は、測長ビームＷＹＲ，ＷＹＬの干渉計ユニット２６Ｙから反射面２４Ｙａまでの長さ（ＬＹＲ、ＬＹＬとする）と等価である。

また、主制御装置２８は、露光時（パターンの形成時）などには、干渉計ユニット２６Ｘ₁の測長ビームＷＸＢ，ＷＸＭによる計測値、すなわち測長ビームＷＸＢ，ＷＸＭの干渉計ユニット２６Ｘ₁から反射面２４Ｘａまでの長さ（ＬＸＢ、ＬＸＭとする）の平均値を算出することで、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向に関する位置情報を求める。すなわち、干渉計ユニット２６Ｘ₁の実質的な測定軸は、直線Ｏ_IXに一致する。以下では、適宜測定軸Ｏ_IXとも呼ぶ。

また、主制御装置２８は、ウエハアライメント時などには、干渉計ユニット２６Ｘ₂の測長ビームＷＸＦによる計測値、すなわち測長ビームＷＸＦの干渉計ユニット２６Ｘ₂から反射面２４Ｘａまでの長さ（ＬＸＦとする）に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向に関する位置情報を求める。

従って、主制御装置２８は、露光時、ウエハアライメント時のいずれにおいても、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向及びＹ軸方向に関する位置情報を、アッベ誤差なく、精度良く求めることができる。

また、主制御装置２８は、ｔａｎ^-1［（ＬＸＭ−ＬＸＢ）／ΔＹ］を算出することで、移動鏡２４ＸのＺ軸回りの回転量θｚ^Xを求めることができる。同様に、主制御装置２８は、ｔａｎ^-1［（ＬＹＲ−ＬＹＬ）／ΔＸ］を算出することで、移動鏡２４ＹのＺ軸回りの回転量θｚ^Yが求めることができる。ここで、２つの回転量は互いに等しく（θｚ^X＝θｚ^Y）、ウエハステージＷＳＴのヨーイング量（回転量θｚ）を代表する。

次に、本実施形態における、移動鏡の反射面の表面形状の計測方法について説明するが、これに先立って、干渉計システム２６を構成する各干渉計ユニットの計測原理について説明する。本実施形態では、各干渉計ユニットとして、ヘテロダイン方式のマイケルソン干渉計が用いられている。ここでは、干渉計ユニット２６Ｘ₁を採りあげて説明を行うものとする。

図３には、干渉計ユニット２６Ｘ₁の構成が、簡略化して示されている。図３は、干渉計ユニット２６Ｘ₁を−Ｙ方向から見た図である。

干渉計ユニット２６Ｘ₁は、光源（不図示）、この光源から射出されるレーザビームＬＢ１（ＬＢ２）の光路上に配置された偏光ビームスプリッタ３０、偏光ビームスプリッタ３０の移動鏡２４Ｘ側（＋Ｘ側）及び上方（＋Ｚ側）にそれぞれ配置された１／４波長板（以下「λ／４板」と呼ぶ）３２Ａ及び３２Ｂ、ビームスプリッタ３０の下方（−Ｚ側）に配置されたコーナーキューブ３４、λ／４板３２Ｂの上方（＋Ｚ側）に配置された参照鏡（固定鏡）３６、並びにビームスプリッタ３０の−Ｘ側に配置されたレシーバ３８等を含む。図３では、説明の便宜上から上記各部材が物理的に分離して図示されているが、実際には、光源及びレシーバ３８を除く各部材は、一体化され、１つの光学ユニットを構成している。

光源としては、例えばゼーマン効果を利用した２周波レーザ（Ｈｅ−Ｎｅガスレーザ）が用いられている。この光源は、周波数安定化されたもので、ゼーマン効果を用いて２〜３ＭＨｚだけ振動数が異なり（従って波長が異なり）、かつ、偏光方向が互いに直交する２つの偏向成分を含むガウス分布の円形ビームから成るレーザビームを出力する。

光源から出力されたレーザビームは、不図示のビームスプリッタにより、分岐され、図３に示されるレーザビームＬＢ１と、該レーザビームＬＢ１の紙面奥側の平行な光路を通るレーザビームＬＢ２とに分岐される。

レーザビームＬＢ１（ＬＢ２）は、図３に示されるように、光学ユニットを構成する偏光ビームスプリッタ３０に−Ｘ側から＋Ｘ側に向かって入射する。そして、この偏光ビームスプリッタ３０に入射したレーザビームＬＢ１（ＬＢ２）は、その内部の多層膜等からなる分離面（以下、単に「分離面」と記述する）を透過して第１測定パスを＋Ｘ方向にそのまま進行するＰ偏光成分から成る測長ビームＷＸＭ（ＷＸＢ）と、上記分離面で反射され第１参照パスを−Ｚ方向から＋Ｚ方向に進行するＳ偏光成分から成る参照ビームＷＸｒ１（ＷＸｒ２）に分離される。

そして、第１測定パスを−Ｘ側から＋Ｘ側に進行中の測長ビームは、λ／４板３２Ａを透過して円偏光に変換され、移動鏡２４Ｘの反射面２４Ｘａに至る。反射面２４Ｘａで反射された測長ビームは、前とは逆向きの円偏光となって、第１測定パスを＋Ｘ側から−Ｘ側に進行してλ／４板３２Ａを再度透過して、入射時とは９０°偏光方向が異なる直線偏光（Ｓ偏光）となって、偏光ビームスプリッタ３０に戻る。そして、この測長ビームは、偏光ビームスプリッタ３０の分離面で反射されてその進行方向が−Ｚ側に折り曲げられ、コーナーキューブ３４の反射面で順次反射されて反対方向に折り返される。そして、この折り返された測長ビームは、−Ｚ方向から＋Ｚ方向に向かって進んで偏光ビームスプリッタ３０に再度入射し、分離面で反射されてその進行方向が＋Ｘ方向に折り曲げられ、前述の第１測定パスより所定距離下方に位置する第２測定パスを−Ｘ側から＋Ｘ側に進行してλ／４板３２Ａを透過して円偏光に変換され、移動鏡２４Ｘの反射面に至る。この反射面で反射された測長ビームは、前とは逆向きの円偏光となって、第２測定パスを＋Ｘ側から−Ｘ側に進行してλ／４板３２Ａを再度透過して、先にλ／４板３２Ａを−Ｘ方向から＋Ｘ方向に透過した時とは９０°偏光方向が異なる直線偏光（Ｐ偏光）となって、偏光ビームスプリッタ３０に戻る。そして、この測長ビーム（Ｐ偏光）は、第２測定パスと同軸の戻り光路に沿ってレシーバ３８に入射する。

この一方、上述の如く、第１参照パスを−Ｚ方向から＋Ｚ方向に進行している参照ビーム（Ｓ偏光成分）は、λ／４板３２Ｂを透過して円偏光となり、参照鏡３６の反射面で反射されてλ／４板３２Ｂを前と逆向きに再度透過し、先にλ／４板３２Ｂを−Ｚ方向から＋Ｚ方向に透過した入射時とは偏光方向が９０°異なる直線偏光（Ｐ偏光成分）となって第１参照パスに沿って進行し、偏光ビームスプリッタ３０の分離面を透過して、コーナーキューブ３４の反射面で順次反射されて反対方向に折り返される。そして、この折り返された参照ビームは、−Ｚ方向から＋Ｚ方向に向かって進んで偏光ビームスプリッタ３０の分離面を再度透過し、第１参照パスより所定距離−Ｘ側の第２参照パスに沿って−Ｚ方向から＋Ｚ方向に向かって進み、λ／４板３２Ｂを透過する。そして、このλ／４板３２Ｂを透過した参照ビームは、円偏光となって参照鏡３６の反射面で反射されてλ／４板３２Ｂを前と逆向きに再度透過し、先に第２参照パスに沿ってλ／４板３２Ｂを−Ｚ方向から＋Ｚ方向に透過したときとは偏光方向が９０°異なる直線偏光（Ｓ偏光成分）となって第２参照パスを前と逆向きに進んで偏光ビームスプリッタ３０の分離面で反射され、前述の測長ビームの戻り光（Ｐ偏光）と同軸に合成されて、前述の戻り光路に沿ってレシーバ３８入射する。

このようにしてレシーバ３８に入射した測長ビームＷＸＭ（ＷＸＢ）と対応する参照ビームＷＸｒ１（ＷＸｒ２）の合成光束は、レシーバ３８内の各検出ユニットの検光子を通過する。これにより、各検光子から測長ビームＷＸＭ（ＷＸＢ）と参照ビームＷＸｒ１（ＷＸｒ２）との干渉光が出力され、該干渉光が光電変換素子で受光され、干渉光に応じた干渉信号が不図示の信号処理系に送られる。信号処理系は、各検出ユニットの光電変換素子からの干渉信号に基づいて、測長ビームの位相が参照ビームの位相に対してドップラーシフトし、位相変化が生じることを利用して、その位相変化で生じた干渉信号の変化をヘテロダイン検出し、その干渉信号の変化から、測長ビームＷＸＭ、ＷＸＢがそれぞれ照射された移動鏡２４Ｘの反射面上の点における、基準位置（参照鏡３６によって規定される）からの移動鏡２４Ｘの反射面のＸ軸方向の位置情報（Ｘ位置情報）をそれぞれ算出する。そして、信号処理系は、その算出結果の情報を主制御装置２８に供給する。

本実施形態の干渉計ユニット２６Ｘ₁では、上述したヘテロダイン検出が行われるが、簡単のため、ここでは測長ビームと参照ビームの周波数ω（及び波長λ）は等しいとして、干渉計ユニット２６Ｘ₁による測長原理を説明する。ここで、参照ビームと測長ビームともに正弦波で、それぞれの振幅をＡ，Ｂ、参照ビームを基準とする測長ビームの位相シフト（位相差）をδとする。レシーバ３８内の受光位置における参照ビームと測長ビームを、次のｆｒ（ｔ）とｆｓ（ｔ）で表すことができる。

ｆｒ（ｔ）＝Ａｓｉｎ（ωｔ）
ｆｓ（ｔ）＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋δ）
重ね合わせの原理に従いｆｒとｆｓを合成すると、レシーバ３８が受光する干渉光を表すｆ（ｔ）が得られる。

ｆ（ｔ）＝ｆｒ（ｔ）＋ｆｓ（ｔ）＝Ｃｓｉｎ（ωｔ＋Δ） …（１）
Ｃ＝√（Ａ²＋Ｂ²＋２ＡＢｃｏｓδ）
Δ＝ｔａｎ^-1［Ａｓｉｎδ／（Ａ＋Ｂｃｏｓδ）］
光の強度は振幅の絶対値の自乗に比例するので、干渉光の強度は次式で表される。

Ｉ∝Ａ²＋Ｂ²＋２ＡＢｃｏｓδ …（２）
ここで、位相シフトδは、測長ビームと参照ビームの光路長の差ΔＬより、δ＝２πΔＬ／λと定まる。従って、（２）式で表される干渉光の強度は、光路長の差が零からΔＬに延びるに随い、波長λの周期でΔＬ／λ回、強弱を繰り返す。そこで、干渉光の強度の強弱の回数ｍを数えれば、測長ビームと参照ビームの光路長の差ΔＬがｍλより求まる。図３のダブルパス方式の干渉計ユニットの場合、測長ビームは干渉計ユニットと移動鏡２４Ｘの間を２往復するので、移動鏡までの距離はΔＬ／４＝ｍλ／４と算出される。なお、本実施形態で採用しているヘテロダイン方式の干渉計の場合、測長ビームと参照ビームとで波長がわずかに異なるため、干渉光の強度は（２）式より複雑な関数で表現されるが、計測原理は上述と同様である。

干渉計ユニット２６Ｙは、上述の干渉計ユニット２６Ｘ₁と同様に構成され、同じ原理に従って、各測長ビームＷＹＲ、ＷＹＬなどがそれぞれ照射された反射面２４Ｙａ上の点における、基準位置（参照鏡によって規定される）からの反射面２４ＹａのＹ軸方向の位置情報（Ｙ位置情報）をそれぞれ計測する。

また、干渉計ユニット２６Ｘ₂は、干渉計ユニット２６Ｘ₁と同様に構成され、同じ原理に従って、各測長ビームＷＸＦなどが照射された反射面２４Ｘａ上の点における、基準位置からの反射面２４ＸａのＸ位置情報を計測する。

次に、上述の干渉計システム２６を用いた移動鏡の表面形状（曲がり形状）の計測方法について説明する。移動鏡の表面形状の計測には、Ｙ軸方向又はＸ軸方向に所定間隔で平行な一対の測長ビームを対応する移動鏡に照射する、干渉計ユニット２６Ｘ₁、又は２６Ｙが用いられる。ここでは、一例として、移動鏡２４Ｘの表面形状（曲がり形状）の計測を取り上げる。

移動鏡の曲がり形状の計測に先立って、ウエハステージＷＳＴは、理想状態、すなわちＸ移動鏡２４Ｘが測定軸Ｏ_IXに直交し、かつＹ移動鏡２４Ｙが測定軸Ｏ_IYに直交する状態にセットされているものとする。

この状態で、主制御装置２８は、図２に示されるように、複数の計測基準点Ｐ_i（ｉ＝１〜Ｍ）（図２中に●で示される）を、隣り合う計測基準点の距離が測長ビームＷＸＭ，ＷＸＢの間隔ΔＹに等しくなるように、測定軸Ｏ_IYと平行なウエハステージＷＳＴ上の平行線上に定める。

次に、主制御装置２８は、測定軸Ｏ_IXと測定軸Ｏ_IYの交点Ｏ_I（光軸ＡＸｐ）に、各計測基準点が順次位置するように、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に距離ΔＹずつステップ移動させる。このとき、主制御装置２８は、干渉計ユニット２６Ｙを用いて、測長ビームＷＹＬ，ＷＹＲの反射面２４Ｙａまでの長さの差が一定値を保つように駆動系２２を介してウエハステージＷＳＴをその姿勢を制御しつつＹ軸に平行に移動させる。

これに加え、主制御装置２８は、一例として、図４に示されるように、ウエハステージＷＳＴ上に設定された各計測基準点Ｐ_iを通り、かつＸ軸に対して所定角度α（α＝ｔａｎ^-1（δＹ／δＸ））を成す、直線ＬＬ上にＸ軸方向の間隔がδＸとなる（従って、Ｙ軸方向の間隔がδＹとなる）８点の計測点Ｑ_ij（ｊ＝１〜８）を仮定し、この８点の計測点の各々を、交点Ｏ_Iに順次位置決めし、各位置決め位置毎に、干渉計ユニット２６Ｙの測定データ（ＬＹＲ、ＬＹＬ）及び干渉計ユニット２６Ｘ₁の測定データ（ＬＸＢ、ＬＸＭ）を取り込み、メモリに記憶する。ここで、δＹ＝δＸ＝λ／１６と設定すると、角度α＝４５°となり、δＹ＝δＸ≒４０ｎｍとなる。この場合、測長ビームのビーム径は約５ｍｍであるから、４０ｎｍのずれ、及び４０ｎｍ×８＝３２０ｎｍのずれは、無視できる。

そして、主制御装置２８は、計測基準点Ｐ_i毎に、測定データ（計測値）ＬＹＲ、ＬＹＬ、ＬＸＢ、ＬＸＭのそれぞれについて、８点の平均値を求め、その平均値を、各計測基準点Ｐ_iにおける測定データＬＹＲ_i、ＬＹＬ_i、ＬＸＢ_i、ＬＸＭ_iとする。

そして、主制御装置２８は、次の（３）式に基づいて、移動鏡２４Ｘの隣接する２つの測定点間における、曲がり変化量ΔＬＸ_iを算出する。

ΔＬＸ_i＝（ＬＸＭ_i―ＬＸＢ_i）−（ＬＹＲ_i―ＬＹＬ_i） …（３）
そして、主制御装置２８は、得られた計測値より、移動鏡２４Ｘの曲がり形状ΔＸ_nを次の（４）式に基づいて求める。

このようにして、本実施形態では、計測値ΔＬＸ_iの積算より移動鏡２４Ｘの曲がり形状ΔＸ_nが求められ、しかも干渉計計測値に含まれる周期誤差の影響も殆ど受けることが無い。

以下、本実施形態の計測方法について、周期誤差を軽減できる理由を含めて、さらに詳述する。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）には、移動鏡の曲がり形状の計測原理を説明するための図が示されている。このうち、図６（Ａ）には、上記のウエハステージＷＳＴのステップ移動により、ｉ番目の計測基準点（Ｐ_i）が測長軸Ｏ_IX，Ｏ_IYの交点Ｏ_I（光軸ＡＸｐ）に位置決めされたとき（このとき、ウエハステージＷＳＴにヨーイングは発生しない（θｚ＝０）ものとする）に得られる、測長ビームＷＸＢ、ＷＸＭによる計測値（測定データ）ＬＸＢ_i、ＬＸＭ_iを用いて、次の（５）式に基づいて算出される隣接する測定点間における移動鏡２４Ｘの曲がり形状データΔＬＸ_iが示されている。なお、図６（Ａ）は、ｎ番目の計測基準点Ｐ_nが交点（光軸ＡＸｐ）に位置決めされた状態を示す。

ΔＬＸ_i＝ＬＸＭ_i―ＬＸＢ_i …（５）
図６（Ｂ）は、得られた計測値を用いて、前述の（４）式に基づいて求められる、移動鏡２４Ｘの曲がり形状ΔＸ_i＝ΔＸ（Ｙ_i）を示す。ただし、Ｙ_i＝ｉΔＹである。

ただし、実際には、計測中にウエハステージＷＳＴには、ヨーイングが発生する。そこで、干渉計システム２６Ｙを用いて、測長ビームＷＹＬ，ＷＹＲの反射面２４Ｙａまでの長さＬＹＬ_i，ＬＹＲ_iも同時に計測し、（５）式の右辺にウエハステージＷＳＴの回転（ヨーイング）成分の補正を加えた前述の（３）式により、移動鏡２４Ｘの隣接する２つの測定点間における、曲がり変化量ΔＬＸ_iを求め、この変化量ΔＬＸ_iを用いて、前述の（４）式の演算を行うことで、ヨーイングの影響を排除することが可能になる。

上述の方法では、（４）式に従って、計測値ΔＬＸ_iの積算より移動鏡の曲がり形状ΔＸ_nを、ウエハステージＷＳＴのヨーイングの影響を受けることなく、求めることができる。

しかるに、各測長ビームによる計測値に誤差、例えば周期性の誤差などが存在すると、（４）式の総和によって誤差も積算される結果、計測再現性が低下してしまう。

実際、各干渉計ユニット内で迷光が発生し、それが測長ビーム及び参照ビームとともにレシーバ３８によって受光されることにより、計測値（測定データ）ＬＸＭ，ＬＸＢ，ＬＹＲ，ＬＹＬに周期性の誤差成分が含まれてしまう可能性がある。ここで、レシーバ３８が受光する干渉光は、参照ビームｆｒ（ｔ）と測長ビームｆｓ（ｔ）に加え、複数の迷光ｆ_k（ｔ）を含めた次式によって表される。

ｆ（ｔ）＝ｆｒ（ｔ）＋ｆｓ（ｔ）＋Σ_kｆ_k（ｔ） …（６）
迷光ｆ_k（ｔ）は、振幅をａ_k、位相をδ_kと表記することにより、次の一般形で表すことができる。

ｆ_k（ｔ）＝ａ_kｓｉｎ（ωｔ＋δ_k）
従って、レシーバ３８が受光する干渉光の強度は、次式で表される。

Ｉ’∝Ｃ²＋２ＣΣ_kａ_kｃｏｓ（δ_k） …（７）
ただし、｜Ｃ｜≫｜ａ_k｜を仮定した。また、位相δ_kは一般形δ_k＝２πΔＬ_k／λ＋δ_k0で表す。ここで、δ_k0は定数である。迷光ｆ_k（ｔ）に対する光路差ΔＬ_kは、その発生場所によって決まる。発生場所は、干渉計ユニット内の光源や光学素子など複数考えられるが、いずれのケースにおいても、干渉計ユニットと反射面の間を少なくとも１往復するので、ΔＬ_k＝２ｘｋと与えることができる。ただし、ｘは測長ビームの長さ、次数ｋは正の整数である。従って、干渉計ユニットの計測値には、周期性誤差が発生しうる。

図５には、干渉計ユニットの干渉光の光量（強度）の計測データの一例が示されている。図５の横軸は測長ビームの長さの変化量Ｘを波長λで除した値（Ｘ／λ）である。干渉光の光量は、理論上、λ／４周期で強弱を繰り返す。しかし、図５の計測データの波形は、理想的な正弦波から大きく歪んでいることが確認できる。この計測データより、λ／２、λ／４、λ／８周期の誤差波形が重なっていることが予想される。そこで、次のフィッティング公式を用いて計測データを解析すると、図５中に実線で表したように、計測データを首尾よく再現することができる。

Ｉ_fit（ｘ）＝Σ_k=1,2,4ｂ_kｓｉｎ［２πｘ／（λ／２ｋ）＋δ_k0］
ここで、残差は小さく、その周期性はほとんど確認できない。これにより、図５の計測データには、それぞれλ／２，λ／４，λ／８周期の１，２，４次の誤差成分が正弦的に現れていることがわかる。

上述のような周期誤差成分を除去するには、図７（Ａ）に示されるように、計測基準点Ｐの近傍で、半周期の距離を隔てた２点Ｑ₁、Ｑ₂について計測を行い、それらの平均値を計測基準点Ｐにおける計測値とすれば良い。２点Ｑ₁、Ｑ₂での周期誤差成分の振幅は、絶対値が等しく逆符号であるため、平均をとることによって相殺することができる。もちろん、図７（Ｂ）に示されるように、２つの計測点（例えばＱ'₁、Ｑ’₂）の中心を基準点Ｐからシフトすることも可能である。また、２点に限らず４点Ｑ’₁、Ｑ’₂、Ｑ”₁、Ｑ”₂、あるいはそれ以上の偶数点を定めることも可能である。

上述のように、誤差成分の周期性を利用して平均化計測を行うことにより、干渉計の計測再現性を改善することができる。

ここで、図５の計測データの解析において現れた１，２，４次の周期誤差成分の除去を考える。計測基準点近傍で半周期の距離、すなわち１，２，４次成分に対しそれぞれ距離λ／４，λ／８，λ／１６隔てて２つの計測点を定めればよい。ただし、３つの成分すべてを除去するには、１つの計測点に対し、距離λ／４，λ／８，λ／１６隔てた位置に別の計測点が定められていなければならない。この条件を満たすために、図７（Ｃ）に示されるように、計測基準点Ｐ_i近傍で、隣り合う計測点の距離がδｘ＝λ／１６となる８点（図７（Ｃ）中に◆で示される点）を計測点として定める。そして、定められた８点において計測を行い、８つの計測値の平均を取ることによって、３つの周期誤差成分が除去される。その平均値には、図５中の残差のように、周期性のほとんどない微小誤差が含まれるのみである。従って、この平均値を計測基準点Ｐ_iにおける計測値とすることで、周期誤差を相殺することができる。

なお、図７（Ｃ）では、干渉計ユニット２６Ｘ₁を用いた移動鏡２４Ｘの曲がり変化量ΔＬＸ_iの計測において、周期誤差成分を除去するために、計測基準点Ｐ_iの近傍に８つの計測点（◆）をＸ軸に平行に配列して定めた。しかし、本実施形態では、（３）式において曲がり変化量のウエハテーブル回転成分を補正するため、及びウエハステージＷＳＴのＹ軸移動を制御するために、Ｙ干渉計ユニット２６Ｙを用いている。そのため、Ｘ干渉計ユニット２６Ｘ₁に対してだけでなく、Ｙ干渉計ユニット２６Ｙに対しても、同時に周期誤差成分の補正を行わなければならない。

ここで、干渉計ユニット２６Ｘ₁、２６Ｙの計測値に対する、前述と同様の１，２，４次の周期誤差成分の平均化補正を考える。図４に示されるように、ＸＹ平面上で８×８＝６４の計測点を格子状に定める。ここで、格子点のＸ並びは測定軸Ｏ_IXに、Ｙ並びは測定軸Ｏ_IYに平行で、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向で隣り合う格子点の間隔がそれぞれδＸ＝λ／１６，δＹ＝λ／１６となるように、定められている。干渉計ユニット２６Ｘ₁、２６Ｙの計測値の周期誤差補正を行うために、必ずしも全６４点において計測を行う必要はない。要は、干渉計ユニット２６Ｘ₁の計測値の周期誤差補正のためにＸ座標の異なる８計測点、干渉計ユニット２６Ｙの計測値の周期誤差補正のためにＹ座標の異なる８計測点を選べばよい。そこで、本実施形態では、前述の如く、例えば図４に示されるように測定軸Ｏ_IX、Ｏ_IYに対して４５°（＝ｔａｎ^-1（δＹ／δＸ））をなし、各計測基準点Ｐ_iを通る直線ＬＬ上に並ぶ８点Ｑ_ij（ｊ＝１〜８）について計測を行い、全計測値の平均値を求め、この平均値を、各計測基準点Ｐ_iにおける測定データ（計測値）としたのである。

なお、計測点の設定方法は、図４中の直線ＬＬ上に並ぶ８点（◆）に限定されるものではない。要は、干渉計ユニット２６Ｘ₁の計測値の周期誤差補正のためにＸ座標の異なる少なくとも８以上の計測点、及び干渉計ユニット２６Ｙの計測値の周期誤差補正のためにＹ座標の異なる少なくとも８以上の計測点を設定すれば良い。従って、例えば図４中に★（星印）で示されるような並びの８点でも、あるいは直線ＬＬに直交する直線上に並ぶ８点でも、直線ＬＬ及びこれに直交する直線上の各８点（合計１６点）を設定しても良い。

なお、上述の例では、１，２，４次の３つの周期誤差成分を平均化するために、１つの計測基準点に対し、８つの計測点を定めた。しかし、（７）式の下で議論したように、３次や、より高次（≧５）の誤差成分も発生し得る。従って、任意の次数の周期誤差成分を平均化する必要が生じ得る。その場合、平均化したい周期誤差成分の次数をｋ₁，ｋ₂，…とすると、各計測基準点近傍に、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向の間隔がλ／［４・ｌｃｍ（ｋ₁，ｋ₂，…）］となる２・ｌｃｍ（ｋ₁，ｋ₂，…）／ｇｃｄ（ｋ₁，ｋ₂，…）個の計測点を定めれば良い。ただし、ｌｃｍ（ｋ₁，ｋ₂，…）はｋ₁，ｋ₂，…の最小公倍数、ｇｃｄ（ｋ₁，ｋ₂，…）はｋ₁，ｋ₂，…の最大公約数である。例えば、上述の例（ｋ₁＝１，ｋ₂＝２，ｋ₃＝４）にあてはめると、ｌｃｍ（ｋ₁，ｋ₂，ｋ₃）＝４、ｇｃｄ（ｋ₁，ｋ₂，ｋ₃）＝１なので、間隔はλ／１６、計測点の数は８と与えられる。また、平均化したい誤差成分がｋ₁＝２，ｋ₂＝４の２つの場合、ｌｃｍ（ｋ₁，ｋ₂）＝４、ｇｃｄ（ｋ₁，ｋ₂）＝２なので、間隔はλ／１６、計測点の数は４と与えられる。また、平均化したい誤差成分がｋ₁＝３，ｋ₂＝４の２つの場合、ｌｃｍ（ｋ₁，ｋ₂）＝１２、ｇｃｄ（ｋ₁，ｋ₂）＝１なので、間隔はλ／４８、計測点の数は２４と与えられる。

また、Ｙ移動鏡２４Ｙの反射面２４Ｙａの表面形状を計測する場合は、上述の場合とＸとＹが丁度逆になり、上述したＸ移動鏡２４Ｘの反射面の表面形状を測定する動作と同様に行えるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、装置の立ち上げ時に、上述のようにして移動鏡２４Ｘ，２４Ｙの反射面２４Ｘａ，２４Ｙａの表面形状が計測され、その計測データが不図示のメモリ内に格納されている。

本実施形態の露光装置１００によると、通常のスキャニング・ステッパと同様に、レチクルアライメント及び前述したアライメント検出系ＡＳのベースライン計測、並びにＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式等のウエハアライメントなどの所定の準備作業の後、レチクル干渉計１４及び干渉計システム２６（２６Ｘ₁，２６Ｙ）の計測値に基づいて、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを移動しつつ、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行なわれ、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルＲの回路パターンが転写される。

そして、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷに対する露光が終了した段階で、不図示のウエハ交換機構によりウエハステージＷＳＴ上で露光済みのウエハと次の露光対象であるウエハとの交換が行われる。このようにして、ウエハ交換→前述のウエハアライメントなど→ステップ・アンド・スキャン方式の露光が順次繰り返し行われることにより、多数枚のウエハに対する露光処理が行われる。

本実施形態の露光装置１００では、所定枚数、例えば１ロット（１ロットは例えば２５枚又は５０枚など）おきのウエハの交換の度に、すなわち１ロットの最終のウエハに対する露光が終了し、そのウエハと次のロットの先頭のウエハとの交換を行う際に、主制御装置２８は、ウエハステージＷＳＴ上の移動鏡２４Ｘ、２４Ｙの反射面２４Ｘａ、２４Ｙａの表面形状の計測を、前述の手順に従って行い、反射面２４Ｘａ、２４Ｙａの表面形状の計測結果を逐次更新する。

そして、あるロットのウエハに対する露光処理動作中は、ウエハアライメント及び露光動作等のウエハステージＷＳＴの移動に際し、主制御装置２８は、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向の位置に応じて、干渉計ユニット２６Ｙの計測値を、そのロットの先頭で計測した（又は更新した）表面形状のデータを用いて補正する。また、主制御装置２８は、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置に応じて、干渉計ユニット２６Ｘ₂又は２６Ｘ₁の計測値を、そのロットの先頭で計測した（又は更新した）表面形状のデータを用いて補正する。

以上詳細に説明したように、本実施形態によると、主制御装置２８は、ウエハステージＷＳＴを移動鏡２４Ｘの反射面２４ａの延設方向にほぼ一致するＹ軸方向に沿って所定ステップ間隔でステップ移動し、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に関するウエハステージＷＳＴの位置を計測するためにＹ軸方向に所定間隔ΔＹ隔てた２つの測長軸（測長ビームＷＸＢ、ＷＸＭの光軸）を有する干渉計ユニット２６Ｘ₁を用い、ステップ移動位置毎に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関する位置が異なる複数点で干渉計ユニット２６Ｘ₁の各測長軸位置での測定データＬＸＭ、ＬＸＢを求める。これと同時に、主制御装置２８は、ステップ移動位置毎に、上記複数点で干渉計ユニット２６Ｙの各測長軸位置での測定データＬＹＲ、ＬＹＬを求める。

そして、主制御装置２８は、ステップ移動位置毎に、測定データ（計測値）ＬＹＲ、ＬＹＬ、ＬＸＢ、ＬＸＭのそれぞれについて、複数点の平均値ＬＹＲ_i、ＬＹＬ_i、ＬＸＢ_i、ＬＸＭ_iを求め、（３）式に基づいて得られる曲がり変化量ΔＬＸ_iを算出し、この算出結果に基づいて、（４）式の演算を行うことで、反射面の測長軸間隔毎の離散的な形状誤差を計測する。すなわち、各ステップ位置におけるデータとして、上記複数点における干渉計ユニット２６Ｘ₁、２６Ｙの各測長軸位置での測定データの平均値に基づいて得られる変化量ΔＬＸ_iが用いられる。すなわち、各ステップ位置におけるデータは、平均化効果により、前述の周期誤差が低減された高精度なデータであり、このデータを算出することで計測される、反射面の測長軸間隔毎の離散的な形状誤差は精度の高い形状誤差となる。そして、主制御装置２８は、この精度の高い形状誤差に基づいて、反射面の形状を求めるので、結果的に反射面の表面形状を高精度に求めることが可能になる。移動鏡２４Ｙの反射面２４Ｙａの表面形状の計測は、主制御装置２８によって、Ｘ軸とＹ軸とを入れ換えて、上記と同様にして行われる。このように、移動鏡の表面形状を求めるために、ウエハステージＷＳＴの位置計測に用いられる、干渉計ユニット２６Ｘ₁、２６Ｙを用いることが出来るので、その表面形状を求めるための専用の工具などは不要である。

また、本実施形態の露光装置１００によると、前述の如くして高精度な移動鏡２４Ｘ、２４Ｙの反射面２４Ｘａ、２４Ｙａの表面形状の計測が行われ、その計測された反射面の表面形状と、反射面を用いてウエハステージＷＳＴの位置を計測する干渉計ユニット２６Ｘ₁、２６Ｙの計測結果とに基づいて、ウエハステージＷＳＴの位置を制御しつつ、ウエハステージＷＳＴ上に載置されたウエハＷ上の各ショット領域に対してレチクルＲのパターンがステップ・アンド・スキャン方式で転写される。従って、理想的な（フラットな）反射面を用いた場合と同様の精度が得られ、ウエハステージＷＳＴの高精度な位置制御が実現される。これにより、ウエハＷ上で重ね合わせ精度の良好なパターン形成を行うことが可能となり、最終製品であるデバイスの生産性を向上させることが可能となる。

この場合において、露光時のみでなく、それに先立って行われるウエハアライメント時には、上記の反射面の表面形状の計測結果に基づく、干渉計ユニット２６Ｘ₂、２６Ｙの計測結果の補正が行われるので、ウエハアライメント精度の向上も可能である。

また、本実施形態の露光装置１００では、主制御装置２８により、上記の移動鏡の表面形状の計測が、ロット先頭のウエハ交換の際に行われ、その表面形状の算出結果（計測結果）に基づいて表面形状が逐次更新されるので、長期にわたり、ウエハステージＷＳＴの位置制御性を精度良く保つことができる。

なお、上記実施形態では、移動鏡２４Ｘの反射面２４Ｘａの表面形状の計測に際し、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向にステップ移動させる際に、ウエハステージＷＳＴにヨーイングが生じるとの前提の下に、前述の（３）式を用いて、移動鏡２４Ｘの隣接する２つの測定点間における、曲がり変化量ΔＬＸ_iを算出するものとしたが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向にステップ移動させる際に、ウエハステージＷＳＴにヨーイングが生じない場合には、ステップ位置毎に、Ｘ軸方向に関して位置が異なる複数の計測点で測定データＬＸＢ、ＬＸＭのみを取得し、測定データＬＸＢ、ＬＸＭのそれぞれについて、複数点の平均値ＬＸＢ_i、ＬＸＭ_iを求め、これらを前述した（５）式に代入することで、移動鏡２４Ｘの隣接する２つの測定点間における、曲がり変化量ΔＬＸ_nを算出することとしても良い。あるいは、測定データ（計測値）ＬＸＢ、ＬＸＭの差（ＬＸＭ−ＬＸＢ）を求め、この差の複数点の平均値に基づいて、移動鏡２４Ｘの隣接する２つの測定点間における、曲がり変化量を算出することとしても良い。例えば、ウエハステージＷＳＴのＸ軸方向に関する位置計測を干渉計を用いて行い、Ｙ軸方向に関する位置計測を干渉計に比べて計測の短期安定性に優れるエンコーダを用いて行う場合などには、このような方法を採用しても良い。

また、上記と同様、ウエハステージＷＳＴに生じるヨーイングを考慮する場合であっても、ステップ移動位置毎に、複数点における干渉計ユニット２６Ｘ₁の各測長軸位置での測定データＬＸＭ、ＬＸＢの差分の平均値と、各測定データに対応する干渉計ユニット２６Ｙの各測長軸における測定データのＬＹＲ、ＬＹＬの平均値の差分、又は該測定データの差分の平均値から求まるウエハステージＷＳＴのθｚ方向の変化量成分とに基づいて、反射面の測長軸間隔毎の離散的な形状誤差を算出することとしても良い。あるいは、ステップ移動位置毎に、複数点における干渉計ユニット２６Ｘ₁の各測長軸位置での測定データＬＸＭ、ＬＸＢの平均値の差分と、各測定データに対応する干渉計ユニット２６Ｙの各測長軸における測定データの差分の平均値から求まるウエハステージＷＳＴの回転方向（θｚ方向）の変化量成分とに基づいて、反射面の測長軸間隔毎の離散的な形状誤差を算出することとしても良い。従って、前述の（５）式、又は（３）式と同様の演算を、計測値ＬＸＢ、ＬＸＭ、ＬＹＲ、ＬＹＲの複数の計測点における平均値を用いて行っても良いし、複数の計測点のそれぞれについて、前述の（５）式、又は（３）式と同様の演算を行い、その演算結果を用いて平均演算を行っても良い。

なお、移動鏡の曲がり形状は、図２に示されるΔＹ間隔の計測基準点に対する離散データとして得られる。そこで、上記実施形態において、計測基準点を半ピッチずらして同様の曲がり形状計測を行う、すなわち測定軸Ｏ_IXが隣り合う計測基準点の中心に一致する点での曲がり形状計測を行うこととしても良い。このようにすると、移動鏡の表面形状を求める際の、補間精度の向上を図ることが可能となる。

なお、上記実施形態において、各ステップ位置で、複数点の計測データＬＸＭ、ＬＸＢ（及びＬＹＲ、ＬＹＬ）の平均値を求めるに当たり、その複数の計測点の配列方向（例えば、図４中の直線ＬＬの方向、又は図７（Ｃ）のＸ軸方向）の一側から他側にウエハステージＷＳＴを微小間隔（Ｘ軸方向に関する移動距離がδＸとなる微小間隔）でステップ移動して、複数点のそれぞれで、干渉計ユニット２６Ｘ₁（及び２６Ｙ）の各測長軸位置での測定データ（行きの測定データ）を計測するとともに、その複数の計測点の配列方向の他側から一側にウエハステージＷＳＴを微小間隔でステップ移動して、複数点のそれぞれで、干渉計ユニット２６Ｘ₁（及び２６Ｙ）の各測長軸位置での測定データ（帰りの測定データ）を計測し、行きの測定データと帰りの測定データの平均値を、複数点それぞれでの計測データＬＸＭ、ＬＸＢ（及びＬＹＲ、ＬＹＬ）としても良い。

また、上記実施形態において、移動鏡２４Ｘの表面形状を計測するに当たり、Ｙ軸方向の一側から他側へウエハステージＷＳＴをステップ移動しつつ、ステップ移動位置毎に、少なくともＸ軸方向に関する位置が異なる複数点で干渉計ユニット２６Ｘ₁の各測長軸位置での第１測定データを求めるとともに、Ｙ軸方向の他側から一側へウエハステージＷＳＴをステップ移動しつつ、ステップ移動位置毎に、少なくともＸ軸方向に関する位置が異なる複数点で干渉計ユニット２６Ｘ₁の各測長軸位置での第２測定データを求める。そして、ステップ移動位置毎に、複数点における干渉計ユニット２６Ｘ₁の各測長軸位置での測定データの平均値の差分、又は前記測定データの差分の平均値を算出するに当たり、複数点における第１測定データと第２測定データとの平均値を、対応する各測定データとして用いることとしても良い。このようにすると、移動鏡の曲がり形状を算出する際に行われた前述の積算（（４）式）に伴う誤差が全体として平均化される結果として誤差の影響が緩和され、より高精度な反射面の表面形状の算出を行うことが可能となり、反射面の表面形状の計測能力を精度面でさらに向上させることができる。

また、上記実施形態において、移動鏡の表面形状の計測に当たり、干渉計ユニット２６Ｘ₁及び２６Ｙの各測長軸の測定データの取得のみを先に行い、これらのデータを用いた各種演算は、測定データの取得後にまとめて行っても良いし、あるいは、測定データの取得の都度、可能な演算を行うようにしても良い。

また、上記実施形態では、前ロットの最終ウエハの露光終了後、次ロットの先頭のウエハに交換する際に、移動鏡の反射面の表面形状の計測を行うこととしたが、これに限らず、ロットの途中のウエハ交換の際に、あるいは定期的に移動鏡の反射面の表面形状の計測を行うこととしても良い。

なお、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴ上に移動鏡が設けられた場合について、説明したが、本発明がこれに限られるものではなく、移動鏡の反射面に代えて、ウエハステージＷＳＴの端面を鏡面加工して、反射面を形成しても良い。この場合であっても、反射面の表面形状を完全に平坦に加工するのが難しい場合には、上記実施形態で説明した反射面の表面形状の計測方法を採用することが精度の面から好ましい。

なお、レーザ干渉計システムには、ビームスプリッタを含む光学部材をステージ等の移動体に取り付け、そのビームスプリッタで分離された測長ビームを、移動体に対向して配置された固定のミラーの反射面に垂直に照射し、該反射面からの測長ビームの戻り光と、ビームスプリッタで分離され、参照鏡（固定鏡）で反射された参照ビームの戻り光との干渉光をディテクタで受光することで、所定の計測方向に関する移動体の位置を計測するタイプもあるが、かかるタイプのレーザ干渉計システムであっても、同様に、ミラーの反射面の表面形状を、本発明の計測方法を用いることで、正確に計測することが可能である。

また、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴの移動鏡の反射面の表面形状の計測に本発明の計測方法を採用した場合について説明したが、レチクルステージの計測に、ウエハステージＷＳＴ側と同様の計測装置を用いる場合には、レチクルステージの移動鏡の反射面の計測に本発明の計測方法を採用することが可能である。

なお、上記実施形態ではウエハステージを１つのみ有するシングルステージタイプの露光装置について説明したが、これに限らず、例えば、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報及びこれらに対応する米国特許６，４００，４４１号明細書と、特表２０００−５０５９５８号公報及びこれに対応する米国特許５，９６９，４４１号明細書及び米国特許６，２６２，７９６号明細書に記載されているツインステージ型の露光装置に、本発明の計測方法及びパターン形成方法を適用することもできる。

また、本発明は、特開平１１−１３５４００号に開示されているように、ウエハ等の被処理基板を保持して移動可能な露光ステージと、各種の計測部材やセンサを有する計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。

また、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴが互いに直交する２つの反射面を備えているものとしたが、これに限らず、反射面を１つ又は３つ以上備えることとしても良い。例えば、ウエハテーブルに３つの反射面をコの字（Ｕの字）状に設けても良いし、あるいは所定方向に延設される反射面が複数に分割されていても良い。

なお、上記実施形態では、光源として、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）などの紫外光源、ＡｒＦエキシマレーザ等の真空紫外域のパルスレーザ光源などを用いるものとしたが、これに限らず、水銀ランプは勿論、Ｆ₂レーザ、あるいはＡｒ₂レーザ（出力波長１２６ｎｍ）などの他の真空紫外光源を用いても良い。また、例えば、真空紫外光として上記各光源から出力されるレーザ光に限らず、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（Ｅｒ）（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）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。

更に、照明光ＩＬとしてＥＵＶ光、Ｘ線、あるいは電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置、投影光学系を用いない、例えばプロキシミティ方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナー、及び例えば国際公開ＷＯ９９／４９５０４号などに開示される、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。

また、上述の各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、あるいは光反射性の基板上に所定の反射パターンを形成した光反射型マスクを用いたが、それらに限定されるものではない。例えば、そのようなマスクに代えて、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（光学系の一種とする）を用いるようにしても良い。このような電子マスクは、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されている。なお、上述の電子マスクとは、非発光型画像表示素子と自発光型画像表示素子との双方を含む概念である。

また、例えば、２光束干渉露光と呼ばれているような、複数の光束の干渉によって生じる干渉縞を基板に露光するような露光装置にも適用することができる。そのような露光方法及び露光装置は、例えば、国際公開第０１／３５１６８号パンフレットに開示されている。

なお、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステップ・アンド・リピート方式又はステップ・アンド・スティッチ方式の投影露光装置にも本発明は好適に適用できる。

なお、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子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）、マイクロマシン、有機ＥＬ、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。

さらに、上記実施形態では、本発明の計測方法が露光装置にて実行される場合について説明したが、露光装置以外の検査装置、加工装置などの装置であっても、本発明の計測方法は、好適に適用できるものである。

なお、これまでは、基板上にパターンを形成する露光装置について説明したが、スキャン動作により、基板上にパターンを形成する方法は、露光装置に限らず、例えば、特開２００４−１３０３１２号公報などに開示される，インクジェットヘッド群と同様のインクジェット式の機能性液体付与装置を備えた素子製造装置を用いても実現可能である。

上記公開公報に開示されるインクジェットヘッド群は、所定の機能性液体（金属含有液体、感光材料など）をノズル（吐出口）から吐出して基板（例えばＰＥＴ、ガラス、シリコン、紙など）に付与するインクジェットヘッドを複数有している。このインクジェットヘッド群のような機能性液体付与装置を用意して、パターンの生成に用いることとすれば良い。この機能性液体付与装置を備えた素子製造装置では、基板を固定して、機能性液体付与装置を走査方向にスキャンしても良いし、基板と機能性液体付与装置とを相互に逆向きに走査しても良い。

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た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）、検査ステップ等を経て製造される。従って、その半導体デバイスを生産性良く製造することが可能となる。

以上説明したように、本発明の計測方法は、干渉計からの測長ビームが照射される反射面の表面形状を計測するのに適している。また、本発明のパターン形成方法は、物体上にパターン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。 干渉計システムを構成する各干渉計ユニットを、ウエハテーブルとともに示す平面図である。 干渉計ユニットの構成を説明するための図である。 移動鏡の反射面の曲がり形状計測における、計測基準点ごとの計測点の設定の一例を示す図である。 干渉計ユニットの干渉光の光量（強度）の計測データの一例を示す図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、移動鏡の反射面の曲がり形状の計測原理を説明するための図である。 図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、移動鏡の反射面の曲がり形状計測における周期誤差の軽減について説明するための図である。

符号の説明

２４Ｘ，２４Ｙ…移動鏡、２６Ｘ₁，２６Ｙ…干渉計ユニット、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＸＭ，ＷＸＢ…測長ビーム（測長軸）、ＷＹＬ，ＷＹＬ…測長ビーム（測長軸）、Ｗ…ウエハ。

Claims (7)

1. 所定の平面内を移動可能な移動体上又は該移動体に対向して設けられた反射面の表面形状を計測する計測方法であって、
   前記移動体を前記反射面の延設方向にほぼ一致する第１軸方向に沿って所定ステップ間隔でステップ移動し、前記平面内の前記第１軸方向に直交する第２軸方向に関する前記移動体の位置を計測するために前記第１軸方向に所定間隔隔てた２つの測長軸を有する第１レーザ干渉計を用い、前記ステップ移動位置毎に、少なくとも前記第２軸方向に関する位置が異なる複数点で前記第１レーザ干渉計の各測長軸位置での測定データを求める第１工程と；
   前記ステップ移動位置毎に、前記複数点における前記第１レーザ干渉計の各測長軸位置での測定データの平均値の差分、又は前記測定データの差分の平均値を算出することで、前記反射面の測長軸間隔毎の離散的な形状誤差を計測する第２工程と；
   計測された離散的な形状誤差のデータに基づいて、前記反射面の形状を求める第３工程と；を含む計測方法。
2. 前記複数点は、隣接する点同士の前記第２軸方向に関する間隔が、前記第１レーザ干渉計の測長ビームの波長の１／（４Ｎ）（Ｎは自然数）となる、所定方向に並んだ２個以上の点を含む請求項１に記載の計測方法。
3. 前記第１工程では、前記移動体を移動させる際に、前記ステップ移動位置毎に、前記第１軸方向及び第２軸方向に関する位置が異なる複数点で前記第１干渉計の各測長軸位置での測定データを求めるとともに、前記第２軸方向に所定間隔隔てた２つの測長軸を有する第２レーザ干渉計を用い、該第２レーザ干渉計の各測長軸における測定データを求め、
   前記第２工程では、前記ステップ移動位置毎に、前記複数点における前記第１レーザ干渉計の各測長軸位置での測定データの平均値の差分、又は該測定データの差分の平均値と、前記各測定データに対応する前記第２レーザ干渉計の各測長軸における測定データの平均値の差分、又は該測定データの差分の平均値から求まる前記移動体の回転方向の変化量成分とに基づいて、前記反射面の測長軸間隔毎の離散的な形状誤差を算出する請求項１又は２に記載の計測方法。
4. 前記複数点は、隣接する点同士の前記第２軸方向に関する間隔が、前記第１レーザ干渉計の測長ビームの波長の１／（４Ｎ）（Ｎは自然数）で、かつ隣接する点同士の前記第１軸方向に関する間隔が、前記第２レーザ干渉計の測長ビームの波長の１／（４Ｎ）となる、前記所定方向に並んだ２個以上の点を含む請求項３に記載の計測方法。
5. 前記第１工程は、前記ステップ位置毎に、
   前記所定方向の一側から他側に前記移動体を微小間隔でステップ移動して、前記複数点のそれぞれで、前記第１レーザ干渉計の各測長軸位置での測定データを計測する第１計測工程と；
   前記所定方向の他側から一側に前記移動体を微小間隔でステップ移動して、前記複数点のそれぞれで、前記第１レーザ干渉計の各測長軸位置での測定データを計測する第２計測工程と；
   前記第１計測工程で得られた測定データと前記第２計測工程で得られた測定データとに基づいて、前記複数点で前記第１レーザ干渉計の各測長軸位置での測定データを求める算出工程と；を含む請求項２又は４に記載の計測方法。
6. 第１工程は、
   前記第１軸方向の一側から他側へ前記移動体をステップ移動しつつ、前記ステップ移動位置毎に、少なくとも前記第２軸方向に関する位置が異なる複数点で前記第１レーザ干渉計の各測長軸位置での第１測定データを求める工程と；
   前記第１軸方向の他側から一側へ前記移動体をステップ移動しつつ、前記ステップ移動位置毎に、少なくとも前記第２軸方向に関する位置が異なる複数点で前記第１レーザ干渉計の各測長軸位置での第２測定データを求める工程と；を含み、
   前記第２工程では、前記ステップ移動位置毎に、前記複数点における前記第１レーザ干渉計の各測長軸位置での測定データの平均値の差分、又は前記測定データの差分の平均値を算出するに当たり、前記複数点における前記第１測定データと前記第２測定データとの平均値を、対応する各測定データとして用いる請求項１〜５のいずれか一項に記載の計測方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の計測方法を用いて前記反射面の形状を計測する工程と；
   前記計測された反射面の形状と、前記反射面を用いて前記移動体の位置を計測する干渉計システムの計測結果とに基づいて前記移動体を移動させて、前記移動体上に載置された物体にパターンを形成する工程と；を含むパターン形成方法。

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