JP2011049284A - 計測方法及び装置、並びに露光方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測用の光学系を大型化することなく、投影光学系の動的な光学特性を効率的にかつ高精度に計測する。
【解決手段】投影光学系ＰＬの光学特性を計測する計測装置において、物体面にＹ方向に配置される複数の位相マーク２０が形成されたテストレチクルＴＲと、像面に沿って位相マーク２０に対応して配置される複数の周期パターン３９が形成された蛍光膜３５と、位相マーク２０、投影光学系ＰＬ、及び周期パターン３９を通過した照明光ＩＬから生成される検出光ＤＬを検出するＦＯＰ３７及び撮像素子３８と、蛍光膜３５、ＦＯＰ３７、及び撮像素子３８を一体的にＹ方向に移動するウエハステージと、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、投影光学系の光学特性を計測する計測技術、この計測技術を用いるとともに投影光学系を介して物体を走査露光する露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィ工程で使用されるスキャニングステッパー等の走査露光型の露光装置（走査型露光装置）においては、走査露光時における平均的な像面の位置のような投影光学系の動的な光学特性を計測する必要がある。従来の計測方法としては、走査露光によって、テストレチクルの複数の所定の評価用マークの像をレジストが塗布された基板に転写し、現像後に得られるレジストパターンの状態から複数の位置におけるデフォーカス量を求める方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、テストプリントを行うことなく、静止状態における投影光学系の像面の位置を計測する計測方法として、投影光学系を介して形成される位相マークの像を２つの周期パターン（検出用パターン）を介してそれぞれ光電センサで検出し、これらの光電センサの検出信号の差分からその位相マークの像のデフォーカス量を検出する方法が知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２００６−１６５２１６号公報 国際公開第２００９／００１８３４号パンフレット

テストプリントを行うことなく、投影光学系の動的な光学特性を効率的に計測するために、従来の位相マークの像を検出用パターンを介して光電センサで検出する方法をそのまま適用する場合には、外乱光又は検出対象の像とは異なる像からの光が各光電センサに入射して、計測精度が計測点の位置によって異なる恐れがある。
さらに、光電センサは熱源となるため、光電センサは像面からできるだけ離して配置することが好ましい。また、受光面は露光対象の一つのショット領域の全面を覆うような広い領域にする必要がある。従って、複数の検出用パターンと複数の光電センサとの間にリレーレンズを配置するものとすると、計測装置が大型化する。

本発明はこのような事情に鑑み、計測用の光学系を大型化することなく、投影光学系の動的な光学特性を効率的にかつ高精度に計測することを目的とする。

本発明の第１の態様による計測方法は、第１面のパターンの像を第２面上に形成する投影光学系の光学特性を計測する計測方法であって、その第１面に沿って複数の第１パターンを配置し、その第２面に沿ってその複数の第１パターンの配置に対応させて複数の第２パターンを配置し、その複数の第１パターンを照明光で照明し、その複数の第１パターン、その投影光学系、及びその複数の第２パターンを通過したその照明光によって生成される検出光を、複数の光ファイバーを束ねて形成される導光部材を介して複数の画素を有する光電検出器で検出しつつ、その複数の第１パターンをその第１面に沿って所定方向に移動し、その複数の第２パターン、その導光部材、及びその光電検出器を一体的にその所定方向に対応する方向に移動し、その光電検出器の検出結果を処理してその光学特性を求めるものである。

また、本発明の第２の態様による計測装置は、第１面のパターンの像を第２面上に形成する投影光学系の光学特性を計測する計測装置であって、その第１面の所定方向に沿って配置される複数の第１パターンが形成された第１パターン形成部材と、その第２面に沿ってその複数の第１パターンの配置に対応して配置される複数の第２パターンが形成された第２パターン形成部材と、複数の光ファイバーを束ねて形成され、その第１パターン、その投影光学系、及びその第２パターンを通過した照明光によって生成される検出光を検出面に導く導光部材と、その検出面に配置される複数の画素を有し、その導光部材によって導かれるその検出光を検出する光電検出器と、その複数の第２パターン、その導光部材、及びその光電検出器を一体的に所定方向に対応する方向に移動する移動体と、その複数の第１パターンをその照明光で照明し、その複数の第１パターンの像をその複数の第２パターン上に投影しつつ、その複数の第１パターンをその所定方向に移動し、その移動体を介してその複数の第２パターンをその所定方向に対応する方向に移動したときに得られるその光電検出器の検出結果を処理してその光学特性を求める処理装置と、を備えるものである。

また、本発明の第３の態様による露光装置又は露光方法は、投影光学系を介して物体を走査露光する露光装置又は露光方法において、その投影光学系の光学特性を計測するために本発明の第１の態様による計測装置又は本発明の第２の態様による計測方法を用いる（備える）ものである。
また、本発明の第４の態様によるデバイス製造方法は、本発明の第３の態様による露光装置又は露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理することと、を含むものである。

本発明よれば、複数の第１パターンと複数の第２パターンとを対応する方向に移動しながら、複数の第１パターンの少なくとも一部の投影光学系による像が、対応する位置にある第２パターン及び導光部材を介して順次光電検出器で検出される。このように導光部材を介することによって、入射角の大きい外乱光等を排除して、第２パターンの形成面と光電検出器の受光面とを離すことができる。従って、計測用の光学系を大型化することなく、投影光学系の動的な光学特性を効率的にかつ高精度に計測できる。

第１の実施形態の露光装置を示す斜視図である。 （Ａ）は図１の投影光学系の光学特性を計測中の撮像ユニット３２を示す断面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のテストレチクルＴＲを示す平面図、（Ｃ）は図２（Ａ）の撮像ユニット３２を示す平面図である。 （Ａ）は図２（Ｂ）の位相マーク２０を示す拡大平面図、（Ｂ）は位相マーク２０を示す拡大断面図、（Ｃ）は位相マーク２０の像の光強度分布の例を示す図である。 （Ａ）は図２（Ｃ）の撮像ユニット３２の１組の周期パターン等を示す拡大平面図、（Ｂ）はフォーカス信号の一例を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ投影光学系の像面に沿って移動中の撮像ユニット３２を示す断面図、（Ｄ）はフォーカス信号の変化の一例を示す図である。 光学特性の計測動作及び露光動作の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）はフォーカス位置の平均値の分布の一例を示す図、（Ｂ）はフォーカス位置の標準偏差の分布の一例を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれチルト角を計測しながら投影光学系の像面に沿って移動中の撮像ユニット３２を示す断面図、（Ｄ）はチルト角の変化の一例を示す図である。 チルト角の平均値及び標準偏差の分布の一例を示す図である。 第２の実施形態の露光装置の要部を示す一部を切り欠いた図である。 電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態につき図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査露光型の露光装置ＥＸの概略構成を示す。図１において、露光装置ＥＸは、露光光源（不図示）と、この露光光源から射出される露光用の照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ（マスク）を照明する照明光学系ＩＬＳとを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、レチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ（基板）上に投射する投影光学系ＰＬと、ウエハＷの位置決め及び移動を行うウエハステージＷＳＴと、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系２と、その他の駆動系等とを備えている。

以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに垂直な面（ほぼ水平面）内の直交する２方向にＸ軸及びＹ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。本実施形態では、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）である。

露光光源としてはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が使用されている。露光光源として、それ以外にＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）などの紫外パルスレーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置、又は水銀ランプ等の放電ランプ等も使用することができる。
照明光学系ＩＬＳは、例えば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（フライアイレンズ、ロッドインテグレータ、回折光学素子など）等を含む照度均一化光学系、レチクルブラインド（可変視野絞り）、及びコンデンサ光学系等を含んでいる。なお、通常照明、輪帯照明、又は４極（若しくは２極）照明等の照明条件に応じて、照明光学系ＩＬＳ内の瞳面（照明瞳面）に不図示の設定機構によって対応する開口絞りを設置してもよい。

照明光学系ＩＬＳは、露光時には、レチクルＲのパターン面（下面）のパターン領域上のＸ方向（非走査方向）に細長い矩形の照明領域１８Ｒを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度分布で照明する。
レチクルＲはレチクルホルダ（不図示）を介してレチクルステージＲＳＴ上に吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴはレチクルベース１４のＸＹ平面に平行な上面にエアベアリングを介して載置され、その上面でＹ方向に一定速度で移動するとともに、Ｘ方向、Ｙ方向の位置及びθｚ方向の回転角の微調整を行う。レチクルステージＲＳＴの少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む２次元的な位置情報は、一例としてＸ軸のレーザ干渉計１６Ｘと、Ｙ軸の２軸のレーザ干渉計１６ＹＡ，１６ＹＢとを含むレチクル側干渉計によって計測され、この計測値がステージ駆動系４及び主制御系２に供給される。ステージ駆動系４は、その位置情報及び主制御系２からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介してレチクルステージＲＳＴの速度及び位置を制御する。

照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域１８Ｒ内の回路パターンは、両側テレセントリック（又はウエハ側に片側テレセントリック）の投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率（例えば１／４，１／５等の縮小倍率）で、ウエハＷ上の一つのショット領域ＳＡ上の露光領域１８Ｗ（照明領域１８Ｒと共役な領域）に投影される。ウエハＷ（基板）は、例えば直径が２００ｍｍ又は３００ｍｍ等の円板状のシリコン等の基材上にフォトレジスト（感光剤）を塗布したものである。投影光学系ＰＬは例えば屈折系であるが、反射屈折系等も使用できる。レチクルのパターン面は投影光学系ＰＬの物体面に配置され、ウエハＷの表面（露光面）は投影光学系ＰＬの像面に配置される。

また、露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬのディストーション、像面湾曲、及び球面収差等の光学特性を制御する特性制御機構を備えている。特性制御機構は、投影光学系ＰＬ中の複数のレンズＬ１，Ｌ２の周囲の３箇所に設置されたＺ方向に伸縮可能なピエゾ素子等の駆動素子１２Ａ，１２Ｂと、駆動素子１２Ａ，１２Ｂの駆動量を制御する駆動系１０と、主制御系２からの制御情報に応じて駆動系１０を介してレンズＬ１，Ｌ２の位置及び傾斜角を制御する特性制御系８とを有する。なお、駆動対象のレンズの個数及び配置は、制御対象の光学特性に応じて設定される。

一方、ウエハＷはウエハホルダＷＨを介してウエハステージＷＳＴに吸着保持されている。ウエハステージＷＳＴは、ＸＹステージ２４と、この上に設置されウエハＷを保持するウエハホルダＷＨが設けられたＺチルトステージ２２とを含んでいる。ＸＹステージ２４は、ウエハベース２６のＸＹ平面に平行な上面にエアベアリングを介して載置され、その上面をＸ方向、Ｙ方向に移動し、必要に応じてθｚ方向の回転角が補正される。Ｚチルトステージ２２は、例えばＺ方向に変位可能な３箇所のＺ駆動部を含むフォーカスレベリング機構（不図示）を有し、このフォーカスレベリング機構を駆動することで、Ｚチルトステージ２２の上面（ウエハＷ）の光軸ＡＸ方向の位置（フォーカス位置又はＺ位置）、及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角を制御可能である。

また、Ｚチルトステージ２２の上部のウエハホルダＷＨの近傍に、例えばテストレチクルＴＲに形成された複数の評価用マークの投影光学系ＰＬによる像の状態を計測するための撮像ユニット３２が固定されている。撮像ユニット３２の上部の検出用パターンが形成された面はウエハＷの表面とほぼ同じ高さに設定され、その検出用のパターンは保護膜３４で覆われている（詳細後述）。

さらに投影光学系ＰＬの側面に、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示されるものと同様の構成の、ウエハＷの表面等の被検面の複数点でのフォーカス位置（Ｚ位置）を計測する斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（不図示）が設けられている。ステージ駆動系４は、そのオートフォーカスセンサの計測結果に基づいて、被検面が投影光学系ＰＬの像面に対して所定の関係を維持するように、オートフォーカス方式でＺチルトステージ２２を駆動する。

ウエハステージＷＳＴ（Ｚチルトステージ２２）の少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む２次元的な位置情報が、一例としてＸ軸の２軸のレーザ干渉計２８ＸＰ，２８ＸＦと、Ｙ軸の２軸のレーザ干渉計２８ＹＡ，２８ＹＢとを含むウエハ側干渉計によって計測され、この計測値がステージ駆動系４及び主制御系２に供給される。ステージ駆動系４は、その位置情報及び主制御系２からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介して、ウエハステージＷＳＴのＸＹステージ２４の２次元的な位置を制御する。

また、投影光学系ＰＬの側面において、ウエハＷ上のアライメントマークの位置を計測するための、オフアクシス方式で例えば画像処理方式のウエハアライメント系３０が不図示のフレームに支持されている。また、Ｚチルトステージ２２内に、レチクルＲのアライメントマーク（不図示）等の像を検出する空間像計測系（不図示）が設置されている。空間像計測系及びウエハアライメント系３０の検出結果はアライメント制御系（不図示）に供給され、その検出結果からレチクルＲ等及びウエハＷのアライメントを行うことができる。

露光時には、レチクルＲの照明領域１８Ｒ内のパターンの投影光学系ＰＬによる像をウエハＷ上の一つのショット領域ＳＡ上に露光しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを駆動して、レチクルＲとウエハＷとをＹ方向に投影倍率を速度比として同期して移動することで、当該ショット領域にレチクルＲのパターンの像が走査露光される。その後、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作と、その走査露光動作とを繰り返すことによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が露光される。

この走査露光時における投影光学系ＰＬの像面の平均的な位置等の投影光学系ＰＬの動的な光学特性を計測するために、テストレチクルＴＲ及び撮像ユニット３２を含む計測装置が使用される。即ち、投影光学系ＰＬの動的な光学特性を計測する場合には、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲの代わりにテストレチクルＴＲがロードされる。そして、レチクルステージＲＳＴを介して、照明領域１８Ｒに対して図２（Ａ）の矢印Ａ１で示す−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）にテストレチクルＴＲを移動するのと同期して、ウエハステージＷＳＴを介して、露光領域１８Ｗに対して矢印Ａ２で示す＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に撮像ユニット３２の上面が移動される。従って、テストレチクルＴＲに形成された後述の複数の評価用マークの像と撮像ユニット３２とは実質的に相対的に静止している。なお、本実施形態では、一例として投影光学系ＰＬは倒立像を形成するものとしている。図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は図２（Ａ）のテストレチクルＴＲ及び撮像ユニット３２を示す平面図である。

図２（Ｂ）に示すように、テストレチクルＴＲのパターン領域には、Ｘ方向及びＹ方向に所定間隔で、かつＸ方向にＩ行でＹ方向にＪ列に配列されたＩ×Ｊ個の計測点が設定され、そのうちの＋Ｘ方向にｉ番目で−Ｙ方向にｊ番目の計測点がＰ（ｉ，ｊ）である（１≦ｉ≦Ｉ，１≦ｊ≦Ｊ）。整数Ｉは例えば１０〜２０程度、整数Ｊは例えば１５〜３０程度である。また、各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）に中心が来るようにそれぞれ評価用マークとしての位相マーク２０が形成されている。さらに、そのパターン領域のＹ方向の中央のＸ方向の両端部にアライメントマークＦＭ１，ＦＭ２が形成されている。

位相マーク２０は、図３（Ａ）の拡大平面図及びその図３（Ｂ）の断面図で示すように、Ｘ方向に細長い矩形の複数の凹部２０ａをＹ方向（計測方向）にピッチ（周期）Ｐ１で形成したものである。凹部２０ａのＹ方向の幅と、これらの間の凸部２０ｂのＹ方向の幅とはほぼ等しい。投影光学系ＰＬの投影倍率をβとして、投影像の段階でのピッチＰ１の値（＝β・Ｐ１）は、例えば数μｍ〜数１０μｍである。また、位相マーク２０に照射される光（照明光ＩＬ）の波長をλとしたとき、正又は負の奇数ｎを用いて、凹部２０ａを通過する光の位相と、凸部２０ｂを通過する光の位相との位相差φ（光路長差）は、ほぼ次のように設定されている。この場合、位相差φは角度ではほぼ９０°又は２７０°（−９０°）である。

φ＝ｎλ／４ …（１）
なお、本実施形態では、凹部２０ａを通過する光に対する凸部２０ｂを通過する光の位相差φは、角度でほぼ９０°（ｎ＝…，−７，−３，１，５，…）に設定されている。なお、凹部２０ａを通過する光に対する凸部２０ｂを通過する光の位相差φは、角度でほぼ２７０°（ｎ＝…，−５，−１，３，７，…）に設定されていてもよい。

この場合、図３（Ｂ）の位相マーク２０が投影光学系ＰＬの物体面に配置されているものとして、位相マーク２０の投影光学系ＰＬの像のＹ方向の光強度分布は、図３（Ｃ）のＩＡ１，ＩＡ２，ＩＡ３のようになる。図３（Ｃ）において、光強度分布ＩＡ１は、位相マーク２０の像を計測する計測面（後述の検出用パターンが配置される面）が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置にあるときの分布であり、光強度分布ＩＡ１は位相マーク２０の凹部２０ａ及び凸部２０ｂの像の中心で同じ値のピークとなる。従って、光強度分布ＩＡ１はＸ方向にピッチβ・Ｐ１／２の正弦波状である。

また、光強度分布ＩＡ２は、計測面が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対して＋Ｚ方向（上方）にずれたときの分布であり、光強度分布ＩＡ２は位相マーク２０の凸部２０ｂの像の中心のピークが小さくなる。さらに、光強度分布ＩＡ３は、計測面が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に対して−Ｚ方向にずれたときの分布であり、光強度分布ＩＡ３は、位相マーク２０の凹部２０ａの像の中心のピークが小さくなる。さらに、計測面のデフォーカス量が大きくなるほど、凹部２０ａの像のピークと凸部２０ｂの像のピークとの差は大きくなる。撮像ユニット３２は、そのようなデフォーカスの状態による光強度分布ＩＡ１〜ＩＡ３の変化に基づいて受光面のデフォーカス量（フォーカス位置）を計測する。

図２（Ａ）において、撮像ユニット３２は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳよりなる２次元の撮像素子３８と、撮像素子３８の多数の画素がＸ方向及びＹ方向に格子状に配置された検出面３８ａに設置され、多数の可視光を透過する光ファイバーを束ねて形成されたファイバーオプティックプレート（以下、ＦＯＰという。）３７と、ＦＯＰ３７の入射面（上面）に形成された波長選択膜３６と、波長選択膜３６上に形成された蛍光膜３５と、蛍光膜３５の上面（計測面）に形成された検出用パターンとしての複数の周期パターン３９と、これらの周期パターン３９を覆うように蛍光膜３５上に形成された保護膜３４とを備えている。

投影光学系ＰＬを通過した照明光ＩＬは、保護膜３４及び周期パターン３９を介して蛍光膜３５に入射する。蛍光膜３５は、紫外光である照明光ＩＬの照射によって高い変換効率で蛍光としての可視域の検出光ＤＬを発生し、検出光ＤＬ及び変換されなかった紫外光は波長選択膜３６に入射する。波長選択膜３６は検出光ＤＬをＦＯＰ３７側に透過し、変換されなかった紫外光（照明光ＩＬ）を反射する。検出光ＤＬは、ＦＯＰ３７によって入射面における光強度分布を維持した状態で撮像素子３８の多数の画素が配置された検出面３８ａに導かれ、撮像素子３８の検出信号は図１の演算装置６に供給される。演算装置６は、その検出信号を処理して投影光学系ＰＬの所定の光学特性を求める。保護膜３４は、空気や水蒸気から下層の膜を保護する。なお、撮像ユニット３２を液浸露光を行う露光装置に用いる場合には、保護膜３４は耐水性又は撥水性であることが好ましい。

撮像ユニット３２の上面の形状、ひいてはＦＯＰ３７の断面形状、及び撮像素子３８の検出面３８ａの形状は、図２（Ｃ）に示すように、ウエハの露光対象の一つのショット領域（投影光学系ＰＬの露光フィールド）よりもＸ方向及びＹ方向の幅が広く設定されている。従って、撮像ユニット３２の上面の形状は、露光領域１８ＷよりもＸ方向の幅が広く形成されている。一例としてショット領域（露光フィールド）のＸ方向の幅は２６ｍｍ、Ｙ方向の長さは３３ｍｍであり、露光領域１８ＷのＸ方向の幅は２６ｍｍ、Ｙ方向の幅（スリット幅）ＳＬＹは８ｍｍ程度であるため、撮像素子３８の検出面３８ａは例えばＸ方向の幅が３０ｍｍ程度、Ｙ方向の幅が３５ｍｍ程度でもよい。

ＦＯＰ３７は、多数の可視光を透過する外径が３〜６μｍ程度の光ファイバーを入射面と射出面とが同じ配列になるように束ね、入射面及び射出面を研磨したものである。ＦＯＰ３７の高さは例えば数ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。ＦＯＰ３７としては、浜松ホトニクス（株）又はショット社等の製品を使用可能である。撮像素子３８としては、画素サイズが１０μｍ程度又はそれより大きい撮像素子を使用可能である。蛍光膜３５及び波長選択膜３６を合わせた厚さは、横方向の分解能を高く維持するために、ＦＯＰ３７を構成する１つの光ファイバーの直径程度又はこれより薄いことが好ましい。

また、保護膜３４は、例えば二酸化ケイ素の薄膜である。蛍光膜３５は、例えばフッ化物（例えばフッ化ランタン（ＬａＦ₃)）の母材に対して遷移金属及び希土類元素から選択される賦活剤（例えばユーロピウム（Ｅｕ））をドープした材料で形成される。なお、賦活剤の濃度は、フッ化物の母材に対して例えば陽イオン比で１モル％〜１０モル％の範囲で設定され、好ましくは約５モル％である。波長選択膜３６は、例えば可視光を透過して紫外光を反射する誘電体多層膜ミラーで構成されている。

撮像ユニット３２の蛍光膜３５の上面に形成された多数の周期パターン３９の中心は、図２（Ｃ）に示すように、テストレチクルＴＲの計測点Ｐ（ｉ，ｊ）の配列を投影光学系ＰＬの投影倍率βで縮小した配列で設定されている計測点Ｑ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜Ｉ，ｊ＝１〜Ｊ）に配置されている。なお、本実施形態の投影光学系ＰＬは倒立像を形成するものとしているため、計測点Ｑ（ｉ，ｊ）の配列は計測点Ｐ（ｉ，ｊ）の配列を配列中心に関して反転したものである。投影光学系ＰＬの光学特性の計測時には、テストレチクルＴＲの各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）と投影光学系ＰＬに関してほぼ共役な位置に撮像ユニット３２の各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）が配置される。

図２（Ｃ）の計測点Ｑ（ｉ，ｊ）にある周期パターン３９は、図４（Ａ）の拡大図で示すように、遮光膜中にＸ方向に細長い幅β・Ｐ１／２の複数の開口パターン３９ＡａをＹ方向にピッチβ・Ｐ１で形成した第１周期パターン３９Ａと、遮光膜中に開口パターン３９Ａａの間に位置するように、開口パターン３９Ａａに対して位相をずらして配置され、開口パターン３９Ａａと同じ大きさの複数の開口パターン３９ＢａをＹ方向に周期β・Ｐ１で形成した第２周期パターン３９Ｂとを、Ｘ方向に近接して形成したものである。周期パターン３９のＸ方向の長さは、位相マーク２０の像２０ＰのＸ方向の長さよりも或る程度長く設定されている。投影光学系ＰＬの光学特性の計測時には、計測点Ｐ（ｉ，ｊ）の位相マーク２０の像２０Ｐの−Ｘ方向及び＋Ｘ方向のほぼ１／２の部分が、それぞれ周期パターン３９Ａ及び３９Ｂ上に重ねて形成される。さらに、位相マーク２０の像２０Ｐのうちの凹部２０ａの像２０ａＰが周期パターン３９Ａの開口パターン３９Ａａ内に形成され、凸部２０ｂの像２０ｂＰが周期パターン３９Ｂの開口パターン３９Ｂａ内に形成される。

また、図２（Ａ）の撮像素子３８のうちで、計測点Ｑ（ｉ，ｊ）上の第１周期パターン３９Ａを通過した照明光ＩＬ（実際には蛍光）を検出する複数の画素を画素群３８Ａｉｊと呼び、第２周期パターン３９Ｂを通過した照明光ＩＬ（実際には蛍光）を検出する複数の画素を画素群３８Ｂｉｊと呼ぶ。図１の演算装置６内で図４（Ａ）の画素群３８Ａｉｊ，３８Ｂｉｊの検出信号を処理する部分を演算ユニット６Ａｉｊとすると、演算ユニット６Ａｉｊは、画素群３８Ａｉｊからの検出信号の和と、画素群３８Ｂｉｊからの検出信号の和との差分を各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）に関するフォーカス信号ＳＦｉｊ（ｉ＝１〜Ｉ，ｊ＝１〜Ｊ）として出力する。なお、実際には撮像素子３８の各画素の検出信号（画像データ）は演算装置６内の画像メモリにまとめて格納され、演算処理時に必要な画素の検出信号が順次読み出される。従って、演算ユニット６Ａｉｊは、演算処理を行うソフトウェア上の機能であってもよい。

図３（Ｃ）を参照して説明したように、周期パターン３９Ａ，３９Ｂの形成面（計測面）が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置にあるときには、開口パターン３９Ａａ，３９Ｂａ内の光量が同じであり、フォーカス信号ＳＦｉｊは０になる。一方、計測面がベストフォーカス位置より上方にずれると、開口パターン３９Ｂａ内の光量が減少し、計測面がベストフォーカス位置より下方にずれると、開口パターン３９Ａａ内の光量が減少する。従って、フォーカス信号ＳＦｉｊは、図４（Ｂ）に示すように、特に計測面のベストフォーカス位置からのデフォーカス量Ｚｉｊが小さい範囲では、デフォーカス量Ｚｉｊにほぼ比例して変化する。図２（Ｃ）の全部の計測点Ｑ（ｉ，ｊ）のうち、露光領域１８Ｗを通過している複数の計測点で検出される検出信号が所定の閾値を超える値となり、露光領域１８Ｗの外にある計測点で検出される検出信号はほぼ０になる。また、全部の計測点Ｑ（ｉ，ｊ）において、それぞれ撮像ユニット３２によって所定のサンプリングレートで光量検出が行われ、検出信号は画像メモリに格納される。

各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）（対応するテストレチクルＴＲの計測点Ｐ（ｉ，ｊ）の位相マーク２０の像）が露光領域１８ＷをＹ方向に横切る間に、撮像素子３８はｍ回（ｍは２以上の整数）のサンプリングを行うものとする。その回数ｍは例えば３回以上であることが好ましい。その後の演算処理時に、各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）毎に、ｍ個のフォーカス信号ＳＦｉｊが検出される。そこで、演算装置６内のフォーカス演算部（例えばソフトウェア上の別の機能でもよい）は、全部の演算ユニット６Ａｉｊから出力されるｍ個のフォーカス信号ＳＦｉｊからそれぞれｍ個のデフォーカス量Ｚｉｊを求める。この場合の計測面をデフォーカス量Ｚｉｊだけ補正した位置が対応する計測点Ｑ（ｉ，ｊ）におけるベストフォーカス位置となる。

次に、本実施形態の露光装置ＥＸにおける投影光学系ＰＬの動的な光学特性の計測動作及び露光動作の一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御系２の制御のもとで、露光工程中に例えば定期的に実行される。先ず、図６のステップ１０２において、レチクルステージＲＳＴ上にテストレチクルＴＲをロードし、アライメントマークＦＭ１，ＦＭ２をウエハステージＷＳＴの空間像計測系（不図示）で検出することで、テストレチクルＴＲのアライメントを行う。その後、レチクルステージＲＳＴを駆動して、テストレチクルＴＲのパターン領域を照明領域１８Ｒの手前（＋Ｙ方向又は−Ｙ方向側）の走査開始位置に移動する。

次のステップ１０４において、ウエハステージＷＳＴを駆動して、テストレチクルＴＲの各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）の位相マーク２０と対応する位置、即ち位相マーク２０と投影光学系ＰＬに関してほぼ共役な位置に、撮像ユニット３２の計測点Ｑ（ｉ，ｊ）の周期パターン３９Ａ，３９Ｂを移動する。これによって、撮像ユニット３２の上面は露光領域１８Ｗの手前の走査開始位置に移動する。この後、計測点Ｐ（ｉ，ｊ）の位相マーク２０と計測点Ｑ（ｉ，ｊ）の周期パターン３９Ａ，３９Ｂとが投影光学系ＰＬに関してほぼ共役な位置関係を維持するように、テストレチクルＴＲと撮像ユニット３２とを同期して移動する。そのように同期して移動するときに、Ｚチルトステージ２２のフォーカスレベリング機構によって、撮像ユニット３２の周期パターン３９Ａ，３９Ｂの形成面（計測面）は、露光領域１８Ｗ内でそれまでの計測結果等によって投影光学系ＰＬの平均的な像面（ベストフォーカス位置）とされた面に沿って移動するように制御される。しかしながら、実際には、投影光学系ＰＬの像面の経時的な変動と、レチクルステージＲＳＴのピッチングによる像面の変動と、ウエハステージＷＳＴのピッチング並びにフォーカスレベリング機構の応答速度等による撮像ユニット３２の計測面のＺ位置及び傾斜角の変動とによって、撮像ユニット３２を介して計測される計測点Ｑ（ｉ，ｊ）の位相マーク２０の像のデフォーカス量は変化する。

次のステップ１０６において、照明光ＩＬの照射を開始し、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを駆動して、例えば図２（Ａ）に示すように、テストレチクルＴＲと撮像ユニット３２とをＹ方向に投影倍率βを速度比として同期して移動する。この同期移動時に、撮像ユニット３２の複数の計測点Ｑ（ｉ，ｊ）において、所定のサンプリングレートでそれぞれ周期パターン３９Ａ，３９Ｂを通過した照明光ＩＬによって蛍光膜３５で生成される検出光ＤＬ（蛍光）をＦＯＰ３７を介して撮像素子３８で受光し、周期パターン３９Ａ，３９Ｂを通過する光量の差分に対応するフォーカス信号ＳＦｉｊを検出する。さらに、各フォーカス信号ＳＦｉｊから対応するテストレチクルＴＲの計測点Ｐ（ｉ，ｊ）にある位相マーク２０の像のデフォーカス量Ｚｉｊを求める。この際に、露光領域１８Ｗの外に計測点Ｑ（ｉ，ｊ）があり、対応する画素群で検出される光量が少ない場合には、その計測点Ｑ（ｉ，ｊ）で検出されるフォーカス信号ＳＦｉｊは有効な計測値ではないものとする。各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）が露光領域１８Ｗを通過中に計測される有効なデフォーカス量Ｚｉｊはｍ個である。

例えば図５（Ａ）、図５（Ｂ）、及び図５（Ｃ）に誇張して示すように、位相マーク２０の像２０Ｐ及びこれを検出する撮像ユニット３２の計測点Ｑ（ｉ，ｊ）の周期パターン３９（３９Ａ，３９Ｂ）が矢印Ａ２で示す＋Ｙ方向に移動して露光領域１８Ｗを横切る際に、撮像ユニット３２（ウエハステージＷＳＴ）のＺ位置及び傾斜角が僅かに変動するものとする。この場合、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）の時点ｔ１，ｔ２，ｔ３で撮像素子３８の画像データのサンプリングを行うものとすると、計測点Ｑ（ｉ，ｊ）で検出されるデフォーカス量Ｚｉｊは図５（Ｄ）に示すように変化する。

次のステップ１０８において、演算装置６内のフォーカス演算部は、各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）で計測された有効なｍ個のデフォーカス量Ｚｉｊ（以下、Ｚ（ｉ）とする。ｉ＝１〜ｍ）の平均値Mean1 を次式（２）を用いて計算する。平均値Mean1 は、計測点Ｐ（ｉ，ｊ）にある位相マーク２０の像の走査露光時の平均的なフォーカス位置とみなすことができる。

次のステップ１１０において、そのフォーカス演算部は、有効なデフォーカス量Ｚ（ｉ）及び平均値Mean1 を用いて上記の式（３）からデフォーカス量Ｚ（ｉ）の動的な標準偏差MSD1を計算する。なお、式（３）において、平方和を割る数としては（ｍ−１）の代わりにｍを用いることも可能である。このように、テストプリントを行うことなく、かつ走査露光時と同じ条件のもとで、効率的に投影光学系ＰＬの動的な光学特性（ここでは平均値Mean1 及び標準偏差MSD1）を計測できる。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ図２（Ｃ）の各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）において計算されたデフォーカス量の平均値Mean1 及び標準偏差MSD1の分布の一例を示す。図７（Ａ）の平均値Mean1 が等しい計測点を結ぶ曲線Ｂ１〜Ｂ６においては、曲線Ｂ１から曲線Ｂ６に向かって平均値Mean1 が次第に大きくなっている。また、図７（Ｂ）の標準偏差MSD1が等しい計測点を結ぶ曲線Ｂ１１から曲線Ｂ１２に向かって標準偏差MSD1は大きくなっている。

次のステップ１１２で、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲがロードされ、このアライメントが行われる。次のステップ１１４でウエハステージＷＳＴ上に未露光のウエハ（ウエハＷとする）がロードされ、このアライメントが行われる。次のステップ１１６で、露光装置ＥＸにおいて、ウエハＷの各ショット領域ＳＡにレチクルＲのパターンの像が走査露光される。この際に、ウエハＷの表面の露光領域１８Ｗ内の領域のＺ位置が、例えば図７（Ａ）に示されるデフォーカス量の平均値Mean1 を相殺する値になるように、Ｚチルトステージ２２内のフォーカスレベリング機構が駆動される。これによって、投影光学系ＰＬの動的な像面変動の影響が抑制されるため、レチクルＲのパターンの像が高解像度でウエハＷの各ショット領域に走査露光される。

また、例えば図７（Ｂ）のデフォーカス量の標準偏差MSD1の最大値が所定の許容範囲を超えている場合には、ウエハＷの各ショット領域ＳＡ内で部分的に解像度等が低下する恐れがあるため、例えばウエハステージＷＳＴの走査速度（ひいてはレチクルステージＲＳＴの走査速度）を調整する等の対策を施してもよい。次のステップ１１８でウエハＷがアンロードされ、次のステップ１２０において露光対象のウエハがなくなるまで、ステップ１１４〜１１８の露光が繰り返される。

本実施形態の作用効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の露光装置ＥＸが備える計測装置は、物体面（第１面）のパターンの像を像面（第２面）上に形成する投影光学系ＰＬの光学特性を計測する計測装置において、物体面のＹ方向に沿った計測点Ｐ（ｉ，ｊ）に配置される複数の位相マーク２０（第１パターン）が形成されたテストレチクルＴＲと、像面に沿って複数の位相マーク２０の配置に対応した計測点Ｑ（ｉ，ｊ）に配置される複数の周期パターン３９（第２パターン）が形成された蛍光膜３５と、複数の光ファイバーを束ねて形成され、位相マーク２０、投影光学系ＰＬ、及び周期パターン３９を通過した照明光ＩＬによって生成される検出光ＤＬを検出面に導くＦＯＰ３７（導光部材）と、その検出面に配置される複数の画素を有し、ＦＯＰ３７によって導かれる検出光ＤＬを検出する撮像素子３８と、を備えている。

さらにその計測装置は、複数の周期パターン３９、ＦＯＰ３７、及び撮像素子３８を一体的にＹ方向に移動するウエハステージＷＳＴ（移動体）と、複数の位相マーク２０を照明光ＩＬで照明し、複数の位相マーク２０の像を複数の周期パターン３９上に投影しつつ、位相マーク２０を＋Ｙ方向又は−Ｙ方向に移動し、ウエハステージＷＳＴを介して周期パターン３９を−Ｙ方向又は＋Ｙ方向に移動したときに得られる撮像素子３８の検出結果を処理して投影光学系ＰＬの走査露光時の各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）毎のデフォーカス量の平均値Mean1 等（動的な光学特性）を求める演算装置６（処理装置）と、を備えている。

また、その計測装置による計測方法は、ステップ１０２〜１１０の工程によって投影光学系ＰＬの走査露光時の各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）毎のデフォーカス量の情報を求めている。
本実施形態よれば、複数の位相マーク２０と対応する複数の周期パターン３９とを対応する方向（Ｙ方向）に移動しながら、複数の位相マーク２０の少なくとも一部の投影光学系ＰＬによる像が、対応する位置にある周期パターン３９及びＦＯＰ３７を介して順次撮像素子３８で検出される。このようにＦＯＰ３７を介することによって、入射角の大きい外乱光及び離れた位置にある像からの光等を排除して、周期パターン３９を通過した光を高いＳＮ比で検出できる。さらに、周期パターン３９の形成面（計測面）と撮像素子３８の検出面３８ａとを離すことができるため、撮像素子３８の発熱の影響が軽減されている。従って、計測用の光学系を大型化することなく、撮像ユニット３２を小型な装置として構成できるとともに、１回の同期移動で、投影光学系ＰＬの露光フィールド（ウエハ上のショット領域）の全面の動的な光学特性を効率的にかつ高精度に計測できる。

（２）また、周期パターン３９は蛍光膜３５上に形成され、蛍光膜３５で発生する可視域の蛍光が波長選択膜３６を介してＦＯＰ３７に入射しているため、照明光ＩＬが紫外光であっても、可視光を伝送するＦＯＰ３７を用いて投影光学系ＰＬの光学特性を計測できる。なお、ＦＯＰ３７が紫外光を高効率に伝送できる場合には、蛍光膜３５及び波長選択膜３６を省略できる。

（３）撮像ユニット３２は１つの撮像素子３８を備えている。しかしながら、画像データのサンプリング周期を短縮して、より多くのデフォーカス量の計測データを得るために、撮像素子３８を複数の撮像素子から構成してもよい。
（４）また、本実施形態では、走査露光時の各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）の位相マーク２０の像のデフォーカス量の平均値Mean1 及び標準偏差MSD1（動的な像面情報）を求めている（ステップ１０８，１１０）。従って、実際の走査露光時に、例えばその平均値Mean1 を相殺するようにウエハＷのＺ位置を補正することによって、走査露光中にウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に高精度に合焦でき、高精度に露光を行うことができる。

なお、デフォーカス量の平均値Mean1 又は標準偏差MSD1の一方を求めるだけでもよい。
（５）また、位相マーク２０の像２０Ｐのデフォーカス量を計測するために、周期パターン３９を周期パターン３９Ａ，３９Ｂから構成し、像２０Ｐの一部分を周期パターン３９Ａを介して検出し、像２０Ｐの他の部分を周期パターン３９Ｂを介して検出している。従って、撮像ユニット３２をＺ方向に移動することなく、１回の画像のサンプリングによって像２０Ｐのデフォーカス量を計測できる。

なお、位相マーク２０及び周期パターン３９Ａ，３９Ｂの計測方向（周期方向）はＹ方向であるが、位相マーク２０及び周期パターン３９Ａ，３９Ｂの計測方向はＸ方向（非走査方向）であってもよい。さらに、デフォーカス量を計測するためには、位相マーク２０及び周期パターン３９Ａ，３９Ｂと異なるマーク及びパターンを使用してもよい。
（６）また、本実施形態の露光方法は、投影光学系ＰＬを介してウエハＷを走査露光する露光方法において、本実施形態の計測方法を用いて投影光学系ＰＬの動的な光学特性を計測している。また、本実施形態の露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬを介してウエハＷを走査露光する露光装置において、投影光学系ＰＬの光学特性を計測するために本実施形態の計測装置を備えている。

この場合、計測装置を構成する小型の撮像ユニット３２はウエハステージＷＳＴに容易に組み込むことができるため、オンボディで１回の同期走査を行うのみで、投影光学系ＰＬの露光フィールドの全面の動的な光学特性を高精度に計測できる。従って、その計測結果に応じて、ウエハＷのＺ位置及び傾斜角等を制御することで、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に高精度に走査露光できる。

なお、撮像ユニット３２は、ウエハステージＷＳＴとは独立にウエハベース２６の上面を移動する計測ステージ（不図示）等に固定してもよい。また、テストレチクルＴＲの代わりに、実露光用の回路パターンとともに複数の評価用マークが形成されたレチクル、又はレチクルステージＲＳＴ上に固定され、複数の評価用マークが形成されたレチクルマーク板等を使用してもよい。

なお、上記の実施形態では、各位相マーク２０の投影光学系ＰＬによる像のデフォーカス情報を求めている。しかしながら、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すように、Ｙ方向に配列された複数（この例では３個）の位相マーク２０の像２０Ｐのデフォーカス量から、撮像ユニット３２の対応する３個の周期パターン３９が形成された局所的な計測面のＸ軸に平行な軸の回りの傾斜角であるチルト角TiltY を求めてもよい。なお、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）において、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

この場合、図２（Ｂ）のテストレチクルＴＲのＹ方向に一列に配列される３個の計測点Ｐ（ｉ，j-1)〜Ｐ（ｉ，j+1)にある３個の位相マーク２０の像２０Ｐが、時点ｔ１において、図８（Ａ）の撮像ユニット３２の対応する３個の計測点Ｑ（ｉ，j-1)〜Ｑ（ｉ，j+1)の周期パターン３９を介して検出されて、３個のデフォーカス量が得られる。これら３個のデフォーカス量を用いて平均的に定められる直線とＹ軸との角度がチルト角TiltY である。次の時点ｔ２においては、図８（Ｂ）に示すように、３個の位相マーク２０の像２０Ｐのデフォーカス量が露光領域１８Ｗの中央付近で検出され、この検出結果からチルト角TiltY が求められる。次の時点ｔ３においては、図８（Ｃ）に示すように、３個の位相マーク２０の像２０Ｐのデフォーカス量が露光領域１８Ｗの＋Ｙ方向の端部で検出され、この検出結果からチルト角TiltY が求められる。以上のように３回計測されたチルト角TiltY の一例を図４（Ｄ）に示す。

実際には、チルト角TiltY は、テストレチクルＴＲの各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）を中心とする３個の位相マーク２０の像毎にそれぞれｍ回（ｍは２以上の整数）計測される。その後、演算装置６内のフォーカス演算部は、各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）（又はＱ（ｉ，ｊ））に関して計測された有効なｍ個のチルト角TiltY （以下、TiltY(ｉ）とする。ｉ＝１〜ｍ）の平均値Mean3 を次の式（５）を用いて計算する。

さらに、そのフォーカス演算部は、有効なチルト角TiltY(ｉ）及び平均値Mean3 を用いて次の式（７）からチルト角TiltY の標準偏差MSD３を計算する。なお、式（７）において、平方和を割る数としては（ｍ−１）の代わりにｍを用いることも可能である

図９は、Ｙ方向の各位置（ｍｍ）に配列された計測点Ｑ（ｉ，ｊ）で計測されたチルト角TiltY(μrad）の平均値Mean3 及び標準偏差MSD3 の一例を示す。

さらに、テストレチクルＴＲ上でＸ方向（非走査方向）に配列された複数の位相マーク２０の像のデフォーカス量から、撮像ユニット３２の周期パターン３９が形成された局所的な計測面のＹ軸に平行な軸の回りの傾斜角であるチルト角TiltX を計測してもよい。さらに、各計測点Ｐ（ｉ，ｊ）（Ｑ（ｉ，ｊ））毎にｍ回計測された有効なチルト角TiltX （以下、TiltX(ｉ）とする。ｉ＝１〜ｍ）の平均値Mean2 及び標準偏差MSD2を上記の式（４）及び式（６）から計算してもよい。

このように、テストプリントを行うことなく、かつ走査露光時と同じ条件のもとで、効率的に投影光学系ＰＬの動的な光学特性として、像面に対する計測面の局所的なチルト角TiltY，TiltX）の平均値Mean2,Mean3 及び標準偏差MSD2，MSD3）を計測できる。この後の走査露光時には、例えばウエハステージＷＳＴのＺチルトステージ２２及び／又は特性制御系８を含む特性制御機構による投影光学系ＰＬの光学特性の制御によって、走査露光中のウエハＷのＹ方向の位置に応じて、チルト角の平均値Mean2,Mean3 を相殺するように、ウエハＷの表面と投影光学系ＰＬの像面との相対的な傾斜角を制御することで、合焦精度が向上する。

また、そのチルト角TiltY の計測は、例えば累進焦点露光法で投影光学系ＰＬの像面に対してウエハＷの表面を所定角度だけ傾斜させた状態で、ウエハＷを走査露光する場合のその傾斜角の精度を評価するために行うようにしてもよい。

[第２の実施形態]
本発明の第２の実施形態につき図１０を参照して説明する。本実施形態は、液浸法で露光を行う露光装置に本発明を適用したものであり、図１０において図１及び図２（Ａ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１０は、本実施形態の露光装置の投影光学系ＰＬの光学特性を計測している状態を示す。図１０において、投影光学系ＰＬの物体面にテストレチクルＴＲのパターン面が配置され、投影光学系ＰＬの像面側にＺチルトステージ２２（ウエハステージＷＳＴ）に設けられた撮像ユニット３２の周期パターン３９の形成面（計測面）が配置されている。また、投影光学系ＰＬの下端部と撮像ユニット３２の上面（保護膜３４）との間の枠状のノズルヘッド４３で囲まれた液浸空間に、走査露光時と同様に、液体供給装置４１Ａから配管４２Ａ及び供給口４３ａを介して照明光ＩＬを透過する純水等の液体Ｌｑが供給されている。その液浸空間の液体Ｌｑは、フィルタ部材４５、排出口４３ｂ、及び配管４２Ｂを介して液体回収装置４１Ｂに回収される。液体供給装置４１Ａ等を含む局所液浸機構としては、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書、又は欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書等に開示されている機構を使用できる。

本実施形態において、走査露光時の投影光学系ＰＬの光学特性を計測する場合には、一例として、露光時と同様にノズルヘッド４３で囲まれた液浸空間内への液体Ｌｑの供給及び回収を行いながら、かつテストレチクルＴＲとＺチルトステージ２２とを矢印Ａ１，Ａ２で示すようにＹ方向に同期して移動しつつ、撮像ユニット３２の撮像素子３８の検出信号を記憶する。その後、計測点Ｑ（ｉ，ｊ）毎にｍ個の有効なデフォーカス量Ｚｉｊを求め、これらのデフォーカス量Ｚｉｊから例えば式（２）、式（３）の平均値Mean1 及び標準偏差MSD1を計算する。

ただし、本実施形態では、光学特性の計測時に投影光学系ＰＬと撮像ユニット３２と間の液体Ｌｑ中に微小な泡又はレジスト残滓等の異物が混入していると、それに対応する計測点Ｑ（ｉ，ｊ）における光学特性（ここではデフォーカス量Ｚｉｊ）の値が平均値から大きく外れる異常値になるため、その異常値を除外することが好ましい。そのためには、一例として各計測点Ｑ（ｉ，ｊ）（又はＰ（ｉ，ｊ））毎のｍ回の計測値（デフォーカス量Ｚｉｊ）のうちで、その平均値Mean1 からの偏差の絶対値が所定の閾値を超えた計測値を異常値とみなし、この異常値を除外して、平均値Mean1 及び標準偏差MSD1を計算してもよい。これによって、液体Ｌｑ中の異物の影響を軽減できる。

また、上記の実施形態の露光装置又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１１に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたレチクル（マスク）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置又は露光方法によりレチクルのパターンを基板（感光基板）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２２４、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。

言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置又は露光方法を用いて基板（ウエハ）上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理すること（ステップ２２４）とを含んでいる。この際に、上記の実施形態の露光装置又は露光方法によれば、投影光学系ＰＬの動的な光学特性を効率的に高精度に計測できるため、例えばその計測結果に応じた補正を行うことによって、レチクルのパターンの像を基板上に高精度に露光できる。従って、高精度に電子デバイスを製造できる。

なお、上記の実施形態の投影光学系ＰＬは縮小倍率であるが、投影光学系ＰＬの倍率は等倍又は拡大倍率であってもよい。さらに、投影光学系ＰＬは正立像を形成してもよい。
なお、上記の実施形態の撮像ユニット３２等は蛍光膜３５を備えているため、撮像ユニット３２等は、露光光として波長１００ｎｍ程度以下の極端紫外光（Extreme Ultraviolet Light:ＥＵＶ光）を用いるＥＵＶ露光装置の投影光学系（反射系）の光学特性を計測する場合にも適用可能である。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、若しくはＤＮＡチップ等の各種デバイス、又はマスク（レチクル等）自体を製造するための露光装置にも広く適用できる。

また、本発明は露光装置以外の装置で使用される投影光学系の光学特性を計測する場合も適用可能である。
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。

ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、ＴＲ…テストレチクル、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、Ｐ（ｉ，ｊ）…計測点、２…主制御系、６…演算装置、６Ａｉｊ…演算ユニット、２０…位相マーク、３２…撮像ユニット、３５…蛍光膜、３６…波長選択膜、３７…ＦＯＰ（ファイバーオプティックプレート）、３８…２次元の撮像素子、３９…周期パターン

Claims (21)

1. 第１面のパターンの像を第２面上に形成する投影光学系の光学特性を計測する計測方法において、
   前記第１面に沿って複数の第１パターンを配置し、
   前記第２面に沿って前記複数の第１パターンの配置に対応させて複数の第２パターンを配置し、
   前記複数の第１パターンを照明光で照明し、前記複数の第１パターン、前記投影光学系、及び前記複数の第２パターンを通過した前記照明光によって生成される検出光を、複数の光ファイバーを束ねて形成される導光部材を介して複数の画素を有する光電検出器で検出しつつ、前記複数の第１パターンを前記第１面に沿って所定方向に移動し、前記複数の第２パターン、前記導光部材、及び前記光電検出器を一体的に前記所定方向に対応する方向に移動し、
   前記光電検出器の検出結果を処理して前記光学特性を求める
   ことを特徴とする計測方法。
2. 前記検出光を前記導光部材を介して前記光電検出器で検出するときに、
   前記第２パターンを通過した前記照明光を蛍光膜に照射し、前記蛍光膜で発した蛍光を前記検出光とすることを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
3. 前記光学特性を求めるときに、
   前記複数の第１パターンの像のフォーカス位置の情報に基づいて前記投影光学系の動的な像面情報を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の計測方法。
4. 前記動的な像面情報は、前記複数の第１パターンの像のフォーカス位置の平均値及び標準偏差の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項３に記載の計測方法。
5. 前記動的な像面情報は、前記複数の第１パターンのうち、前記移動方向または前記移動方向に直交する方向に配置される複数の１組の前記第１パターンの像のフォーカス位置によって定められる像面の傾斜角の平均値及び標準偏差の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の計測方法。
6. 前記第１パターンは、周期的な位相パターンを含み、
   前記第２パターンは、前記位相パターンの前記投影光学系による像の異なる第１部分及び第２部分の像を形成する光を通過させる第１部分パターン及び第２部分パターンを含み、
   前記光学特性を求めるときに、前記複数の第１パターンの像のフォーカス位置を求めることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の計測方法。
7. 前記照明光の波長をλとしたとき、正又は負の奇数ｎを用いて、前記位相パターンの位相差θは、
   θ＝ｎλ／４
   であることを特徴とする請求項６に記載の計測方法。
8. 前記検出光を前記導光部材を介して前記複数の画素を有する光電検出器で検出するときに、
   前記投影光学系と前記第２パターンとの間の空間を含む液浸空間に前記照明光を透過する液体を供給し、
   前記光学特性を求めるときに、前記光学特性に基づいて前記液体中の異物の有無を判定することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の計測方法。
9. 第１面のパターンの像を第２面上に形成する投影光学系の光学特性を計測する計測装置において、
   前記第１面の所定方向に沿って配置される複数の第１パターンが形成された第１パターン形成部材と、
   前記第２面に沿って前記複数の第１パターンの配置に対応して配置される複数の第２パターンが形成された第２パターン形成部材と、
   前記第１パターン、前記投影光学系、及び前記第２パターンを通過した照明光によって生成される検出光を検出面に導き、複数の光ファイバーを束ねて形成される導光部材と、
   前記検出面に配置される複数の画素を有し、前記導光部材によって導かれる前記検出光を検出する光電検出器と、
   前記複数の第２パターン、前記導光部材、及び前記光電検出器を一体的に所定方向に対応する方向に移動する移動体と、
   前記複数の第１パターンを前記照明光で照明し、前記複数の第１パターンの像を前記複数の第２パターン上に投影しつつ、前記複数の第１パターンを前記所定方向に移動し、前記移動体を介して前記複数の第２パターンを前記所定方向に対応する方向に移動したときに得られる前記光電検出器の検出結果を処理して前記光学特性を求める処理装置と、
   を備えることを特徴とする計測装置。
10. 前記導光部材の入射面側に形成され、前記第２パターンを通過した前記照明光を入射して蛍光を発する蛍光膜と、
    前記蛍光膜と前記導光部材との間に形成され、前記蛍光を通過させる波長選択膜と、を備え、
    前記検出光は、前記波長選択膜を通過した前記蛍光であることを特徴とする請求項９に記載の計測装置。
11. 前記処理装置は、前記複数の第１パターンの像のフォーカス位置の情報に基づいて前記投影光学系の動的な像面情報を求めることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の計測装置。
12. 前記動的な像面情報は、前記複数の第１パターンの像のフォーカス位置の平均値及び標準偏差の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１１に記載の計測装置。
13. 前記動的な像面情報は、前記複数の第１パターンのうち、前記所定方向または前記所定方向に直交する方向に配置される複数の１組の前記第１パターンの像のフォーカス位置によって定められる像面の傾斜角の平均値及び標準偏差の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の計測装置。
14. 前記第１パターンは、周期的な位相パターンを含み、
    前記第２パターンは、前記位相パターンの前記投影光学系による像の異なる第１部分及び第２部分の像を形成する光を通過させる第１部分パターン及び第２部分パターンを含み、
    前記処理装置は、前記第１部分パターン及び前記第２部分パターンを通過する光量の情報から前記複数の第１パターンの像のフォーカス位置を求めることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載の計測装置。
15. 前記照明光の波長をλとしたとき、正又は負の奇数ｎを用いて、前記位相パターンの位相差θは、
    θ＝ｎλ／４
    であることを特徴とする請求項１４に記載の計測装置。
16. 前記投影光学系と前記第２パターンとの間の空間を含む液浸空間に前記照明光を透過する液体を供給する液体供給装置を備え、
    前記処理装置は、前記光学特性に基づいて前記液体中の異物の有無を判定することを特徴とする請求項９から請求項１５のいずれか一項に記載の計測装置。
17. 投影光学系を介して物体を走査露光する露光方法において、
    請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の計測方法を用いて前記投影光学系の光学特性を計測することを特徴とする露光方法。
18. 前記計測方法を用いて前記光学特性を計測するときに前記複数の第２パターンが移動する方向は、走査露光時の前記物体の走査方向に平行であることを特徴とする請求項１７に記載の露光方法。
19. 投影光学系を介して物体を走査露光する露光装置において、
    前記投影光学系の光学特性を計測するために請求項９から請求項１６のいずれか一項に記載の計測装置を備えることを特徴とする露光装置。
20. 請求項１７または請求項１８に記載の露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
    前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
21. 請求項１９に記載の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
    前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。

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