JP4324848B2

JP4324848B2 - 走査露光特性の評価方法及び露光装置

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Publication number: JP4324848B2
Application number: JP2003203633A
Authority: JP
Inventors: 陽介白田; 伸貴馬込
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: JP2005050900A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子等の各種デバイスを製造するためのフォトリソグラフィ工程で使用される走査露光方式の露光装置における露光特性を評価するための評価技術に関し、特にいわゆる走査露光時のダイナミック・ディストーションのような動的特性を評価する際に使用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程は、感光材料の塗布工程、露光工程、及びエッチング等のパターン形成工程等を含み、その露光工程において、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンを基板としての感光材料の塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写する露光装置が使用されている。最近は、投影光学系をあまり大型化することなく、各種デバイスのチップの大面積化に対応するため、レチクルのパターンの一部を投影光学系を介してウエハ上に投影した状態で、投影光学系に対してレチクルとウエハとを同期して走査することにより露光を行う走査露光方式の露光装置（走査型露光装置）、例えばステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（スキャニング・ステッパー／スキャナー）も使用されている。
【０００３】
このような走査型露光装置においても、重ね合わせ誤差、ステッピング誤差、投影像のディストーション、及びレチクルステージとウエハステージとの同期誤差等の露光特性の評価を行う必要がある。これらの露光特性の内で、重ね合わせ誤差、ステッピング誤差、及び投影像のディストーションよりなる静的特性は、一括露光方式／静止露光方式の露光装置（例えば、ステッパー等）の場合と同様に、テストレチクルのパターンを実際にレジストが塗布されたウエハ上に露光し、現像によって形成されるレジスト像を計測することによって評価していた。また、その露光特性の内で、走査型露光装置に特有の動的特性である同期誤差については、例えばレチクルステージの位置を計測する干渉計の計測値と、ウエハステージの位置を計測する干渉計の計測値とを所定のサンプリングレートで順次取り込んで記憶し、走査終了後に記憶された一連の計測値の対の比較を行うことによって評価していた。
【０００４】
また、走査型露光装置に特有であり、且つ２つの干渉計の計測値の比較では計測困難な動的特性として、走査露光中のレチクルのパターンの実際の投影像の理想像からのずれであるダイナミック・ディストーションがある。従来は、そのダイナミック・ディストーションを計測するために、レチクルステージ上に走査方向に沿って複数の評価用マークの形成されたテストレチクルを設置し、ウエハステージ上に空間像を計測するための光電センサを配置しておき、レチクルステージとウエハステージとを同期走査した状態で、その光電センサによってそのテストレチクル上の一つの評価用マークの像を複数回撮像していた（例えば、特許文献１参照）。この場合、その撮像された像を重ね合わせて得られる像の位置及び幅から、その一つの評価用マークの投影像の走査中の位置のずれ等が分かるため、その動作を全部の評価用マークについて繰り返して行うことによって、レチクルのパターンの走査露光中の投影像のダイナミック・ディストーションを評価することができた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−５０９５５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く、従来は走査露光時の動的特性であるダイナミック・ディストーションを計測するために、テストレチクルを保持するレチクルステージと、光電センサを備えたウエハステージとを同期走査して、１回の走査中にその光電センサで対応する一つの評価用マークの像を複数回撮像していた。
【０００７】
この方式では、テストレチクル上の評価用マークの個数と同じ回数だけ、そのレチクルステージとウエハステージとの同期走査及びマーク像の撮像を繰り返して行う必要があるため、ダイナミック・ディストーションの評価に時間がかかるという不都合があった。その評価時間を短縮するためには、ウエハステージ上にその複数の評価用マークと同じ個数の光電センサを配置しておけばよいが、ウエハステージ上に１つのショット領域内で数個程度の細かいピッチで複数の光電センサを配置することは困難である。
【０００８】
また、評価用マークの個数と同じ回数だけレチクルステージとウエハマークとを同期走査して、各評価用マークの投影像の状態を計測する方法では、各回の同期走査の状態が必ずしも互いに等しくはない場合もあるため、レチクルのパターン全体でのダイナミック・ディストーションを必ずしも正確に計測できない恐れがあった。
【０００９】
なお、従来の評価方法において、ウエハステージ側に光電センサを配置して、その光電センサとレチクルステージ上の計測対象の評価用マークとをほぼ相対的に静止させた状態で、両ステージを同期走査していたのは、従来の光電センサとして使用できた通常の撮像装置（例えば通常の２次元ＣＣＤ）は、フレーム転送レートがせいぜい３０（フレーム/sec）程度と遅かったことにも依る。これに関して最近の走査型露光装置における１回の走査時間は０．１ｓｅｃ程度に短縮されており、従来の通常の光電センサで１回の同期走査時に得ることができる画像はせいぜい３画像程度である。そのため、従来は２つのステージを同期走査する際に、その光電センサと計測対象の評価用マークとをほぼ相対的に静止させておく必要があった。
【００１０】
本発明は斯かる点に鑑み、走査露光時のダイナミック・ディストーション等の動的特性を短時間に、かつ高精度に評価できる評価技術又は露光技術を提供することを目的とする。
更に本発明は、走査露光時の動的特性を短時間に、かつ高精度に評価できる機構を備えた露光装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による走査露光特性の評価方法は、第１ステージ（６）に保持された第１物体（Ｒ）及び投影光学系（ＰＬ）を介した露光ビーム（ＩＬ）で、第２ステージ（１２）に保持された第２物体（Ｗ）を露光した状態で、その第１ステージとその第２ステージとを同期して走査して、その第２物体を走査露光する際の動的特性の評価を行うための走査露光特性の評価方法であって、その第１ステージに配置され、かつ走査方向（Ｙ方向）に配列される複数の第１マーク（３６ｊ）のうち２つの第１マークと、その第２ステージに配置された第１基準マーク及び第２基準マークとを用いて、その第１ステージの座標系とその第２ステージの座標系との対応関係を求める対応工程と、その第１ステージを走査するのと同期して、その第２ステージを走査した状態で、その露光ビームと実質的に同じ波長域の照明光（ＡＬＡ）のもとで、その投影光学系に関して静止した計測位置で、その複数の第１マークと、その走査方向に配列され、かつその第１基準マーク及びその第２基準マークとは別に、その複数の第１マークに対応してその第２ステージに配置された複数の第２マークとの２次元的な位置関係をその投影光学系を介して順次計測する第１工程と、その第１工程での計測結果を用いて、その第１ステージとその第２ステージとを同期して走査する際の所定の動的特性を求める第２工程とを有するものである。
【００１２】
本発明は、最近、高速フレーム転送カメラのようにフレーム転送レートが１００（フレーム/sec）程度以上の高速の２次元の撮像装置が使用できるようになってきたことに鑑みてなされたものである。即ち、本発明によれば、その第１物体とその第２物体とを通常の露光時のように１回だけ同期走査する間に、その投影光学系に関して静止した計測位置で、例えばその複数の第１マークとその複数の第２マークの投影光学系を介した像とを走査方向に順次撮像することによって、その複数の第１マークと対応する複数の第２マークとのその投影光学系を介した位置関係を正確に計測することができる。そして、その位置関係を演算処理することにより、走査露光時の所定の動的特性を短時間に、かつ高精度に求めることができる。
【００１３】
この場合、その第１及び第２マークは、それぞれその第１及び第２ステージ上に走査方向に沿って２列で配列され、その第１工程で、その投影光学系に関して静止した２箇所の計測位置で、２列のその第１及び第２マークの２次元的な位置関係を走査方向に順次計測することが望ましい。走査方向に沿って２列の２組のマークの位置関係を計測することによって、その第１ステージとその第２ステージとのその投影光学系を介した２次元的な位置関係を１回の同期走査で計測することができる。その計測結果より、走査露光時の２次元的な動的特性を求めることができる。
【００１４】
また、一例としてその露光ビームはパルス光であり、その照明光はその露光ビームよりも発光周波数の低いパルス光である。例えばＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレーザ光などの露光ビームの周波数は１〜４ｋＨｚ程度である。そのため、撮像装置のフレーム転送レートを例えば１００フレーム／ｓｅｃとすると、その露光ビームをそのまま使用すると、１回の撮像画面中に１０〜４０個の画像が重ねて写り込んでしまい、２つのマークの位置ずれ量の計測が困難となる。また、エキシマレーザでは、発光周波数を大きく下げると、パルス毎のエネルギーのばらつきが大きくなる恐れがある。そこで、その露光ビームから変調装置等によって１０〜４０分の１程度に間引いたパルス光をマーク計測用の照明光として使用することによって、安定に、かつ高精度に２組のマークの位置ずれ量を計測できる。
【００１５】
また、一例としてその照明光はパルス光であり、その第１工程で、その第１ステージとその第２ステージとを同期して走査する時間は０．０５〜０．５ｓｅｃであり、その第１マークとその第２マークとの２次元的な位置関係を毎秒１００回以上の頻度で計測することが望ましい。
この場合、その計測はフレーム転送レートが１００フレーム／ｓｅｃ以上の２次元ＣＣＤで行うことができる。そして、１回の走査で５〜５０個の２次元画像を得ることができるため、最低でも５組のマークの位置関係を計測できる。
【００１６】
また、その第１工程で、その第１マークとその第２マークとの走査方向の位置関係と、走査方向に直交する非走査方向の位置関係とを互いに異なる１次元の撮像素子を用いて計測してもよい。１次元の撮像素子は２次元の撮像素子よりも撮像データの転送レートを高くできるため、これによって１回の走査で計測できるマーク対の個数を増やすことができる。また、同じ１対のマークの位置関係を走査方向の異なる位置で複数回計測してもよい。
【００１７】
また、その第２工程で求める動的特性の一例は、その第１ステージ及びその第２ステージの走査方向のその投影光学系を介して計測される交差角、及びその投影光学系による像のダイナミック・ディストーションの少なくとも一方を含むものである。
次に、本発明による露光装置は、第１ステージ（６）に保持された第１物体（Ｒ）及び投影光学系（ＰＬ）を介した露光ビーム（ＩＬ）で、第２ステージ（１２）に保持された第２物体（Ｗ）を露光した状態で、その第１ステージとその第２ステージとを同期して走査して、その第２物体を走査露光する露光装置において、その第１ステージに配置され、かつ走査方向に配列される複数の第１マークのうち２つの第１マークと、その第２ステージに配置された第１基準マーク及び第２基準マークとの位置ずれ量を求めるアライメント制御部（１１）と、その複数の第１マークと、走査方向に配列され、かつその第１基準マーク及びその第２基準マークとは別に、その複数の第１マークに対応してその第２ステージに配置された複数の第２マークとをその投影光学系を介してその露光ビームと実質的に同じ波長域の照明光で照明するマーク照明系（２２Ａ〜２６Ａ）と、その投影光学系に関して静止した位置で、複数のその第１マーク及び第２マークをその投影光学系を介して順次撮像する２次元の撮像装置（２８Ａ）と、その第１ステージとその第２ステージとを同期して走査している期間に、所定周期でその撮像装置からの一連の２つのマークの画像情報を逐次記憶する記憶装置（２９）と、その記憶装置に記憶されている画像情報を用いて、その第１ステージとその第２ステージとを同期して走査する際の所定の動的特性を求める演算装置（３０）とを有するものである。
【００１８】
斯かる本発明によれば、例えばその第１物体及び第２物体としてそれぞれ走査方向に複数の第１マーク及び第２マークの形成された物体を用いて、通常の露光時のように第１及び第２ステージ（６，１２）を１回だけ同期走査する間に、その撮像装置の画像情報を順次その記憶装置に取り込み、例えば走査終了後に２組のマークの位置関係を求めることによって、走査露光時の所定の動的特性を短時間に、かつ高精度に求めることができる。
【００１９】
この場合、その２次元の撮像装置を用いて、その第１ステージ上の第１物体（マスク）のアライメントを行うようにしてもよい。これによって、別途マスクアライメント用のセンサを設ける必要が無くなる。
また、その２次元の撮像装置（２８Ａ，２８Ｂ）は、走査方向に直交する非走査方向に離れた２箇所の計測位置でそれぞれ複数のその第１及び第２マークを順次撮像するために２組設けられることが望ましい。また、一例としてその露光ビームはパルス光であり、そのマーク照明系は、その露光ビームよりも発光周波数が低いパルス光をその照明光として用いる。この構成では、そのマーク照明系は、その露光ビームから間引いてその照明光を得る変調装置（３２）を備えることが望ましい。
【００２０】
その変調装置を用いることによって、その露光ビームをその照明光として兼用することができる。
また、一例としてその照明光はパルス光であり、その２次元の撮像装置は、転送フレームが１００フレーム／ｓｅｃ以上の撮像装置である。１回の走査時間が０．０５〜０．５ｓｅｃであれば、最低でも５組のマークの位置関係を計測することができる。
【００２１】
また、その撮像装置を、２つのマークの走査方向の強度分布を検出する第１の１次元の撮像素子と、その２つのマークの走査方向に直交する非走査方向の強度分布を検出する第２の１次元の撮像素子とを含んで構成してもよい。これによって、実質的に画像のサンプリング周波数を高めることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例につき図１〜図９を参照して説明する。本例は、ステップ・アンド・スキャン方式よりなる走査露光型の投影露光装置の露光特性を評価する場合に、本発明を適用したものである。
図１は本例の投影露光装置を示し、この図１において、露光光源１としてはパルス光源であるＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４７ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源としては、ＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）、Ｆ₂レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ₂レーザ光源（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ₂レーザ光源（波長１２６ｎｍ）などの紫外レーザ光源、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（ｉ線等）なども使用することができる。
【００２３】
露光時に露光光源１からパルス発光された露光ビームとしての露光光ＩＬは、光路折り曲げ用のミラー２で上方に反射されて、露光中は光路外に退避しているミラー３１の近傍を通過した後、不図示のビームマッチングユニットを経て照明光学系３に入射する。照明光学系３は、ビーム整形光学系、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）、照明系開口絞り、結像レンズ、視野絞り（ブラインド）、及びコンデンサレンズ等を備えており、照明光学系３から射出される露光光ＩＬは、マスク（第１物体）としてのレチクルＲのパターン面（下面）の照明領域を均一な照度分布で照明する。その視野絞りは、その照明領域の形状を規定する固定視野絞りと、走査露光の開始時及び終了時にその照明領域を走査方向に閉じて、必要に応じて非走査方向の幅を制限する可動視野絞りとを備えている。図１の露光本体部の斜視図である図２に示すように、レチクルＲの露光光ＩＬによる照明領域１８は、レチクルＲの走査方向ＳＤ（本例ではＹ方向と一致）を短辺方向とする長方形状の領域である。
【００２４】
図１に戻り、露光時には投影光学系ＰＬの物体面にレチクルＲのパターン面（レチクル面）が配置され、それに対応する像面に被露光基板（第２物体）としてのウエハＷの表面（ウエハ面）が配置される。そして、露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンは、両側テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは１／４，１／５等）で、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上の一つのショット領域上の長方形状の露光領域に投影される。ウエハＷは、例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の直径が２００〜３００ｍｍ程度の円板状の基板である。露光光源１と照明光学系３との間の露光光ＩＬの光路及び照明光学系３は更に気密室としての不図示のサブチャンバに覆われている。露光光ＩＬに対する透過率を高く維持するために、そのサブチャンバ内及び投影光学系ＰＬの鏡筒内には、不純物を高度に除去したドライエアー（露光光がＡｒＦエキシマレーザ光やＦ₂ レーザ光などの場合には窒素ガス、ヘリウムガス等も使用される）が供給されている。
【００２５】
また、本例の投影光学系ＰＬは屈折系であるが、露光光がＦ₂ レーザ光のような真空紫外光である場合には、投影光学系ＰＬを反射屈折系等から構成してもよい。また、投影光学系ＰＬには、像面湾曲、歪曲収差（ディストーション）、倍率誤差等の回転対称な収差を補正するための結像特性補正機構が組み込まれている。結像特性補正機構としては、例えば特開平４−１３４８１３号公報に開示されているように、投影光学系ＰＬを構成する所定の１つ又は複数の光学部材（レンズ等）の光軸方向の位置及び傾斜角を制御する機構を使用することができる。本例では、装置全体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御系１１中の結像特性制御部が、例えば露光光ＩＬの積算エネルギー及び投影光学系ＰＬの周囲の気圧や温度等に基づいて、その結像特性補正機構を介して投影光学系ＰＬの結像特性を制御する。これによって、その結像特性が所望の状態に維持される。
【００２６】
以下では、図１の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの設計上の走査方向にＹ軸を取り、その走査方向に直交する非走査方向にＸ軸を取って説明する。本例ではＸＹ平面がほぼ水平面に合致している。
先ず、レチクルＲはレチクルステージ６上に吸着保持され、レチクルステージ６はレチクルベース７上にエアーベアリングを介して非接触状態で載置され、レチクルステージ６は例えばガイドレス方式でレチクルベース７上をＹ方向に一定速度で移動すると共に、同期誤差を補正するようにＸ方向、Ｙ方向、Ｚ軸の回りの回転方向に微動して、レチクルＲの走査を行う。レチクルステージ６のＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の回りの回転角は、この上に設けられた移動鏡９及びレーザ干渉計（レチクル干渉計）８によって計測され、この計測値がレチクルステージ駆動系１０に供給されている。レチクルステージ駆動系１０は、その計測値及び主制御系１１からの制御情報に基づいて不図示のリニアモータ等の駆動機構を介してレチクルステージ６の位置及び速度を制御する。
【００２７】
図２に示すように、図１の移動鏡９は、実際にはレチクルステージ６の＋Ｙ方向の端部にＸ方向に所定間隔を隔てて設置されたＹ軸の移動鏡としての２つのレトロリフレクタ９ＹＡ，９ＹＢと、レチクルステージ６の＋Ｘ方向の端部に設置されたＸ軸の移動鏡９Ｘとから構成されている。それに対応して、図１のレチクル干渉計８は、図２に示すように、レトロリフレクタ９ＹＡ，９ＹＢにレーザビームを照射する２台のＹ軸のレチクル干渉計８ＹＡ，８ＹＢと、移動鏡９Ｘにレーザビームを照射するＸ軸のレチクル干渉計８Ｘとから構成されている。そして、例えば２台のＹ軸のレチクル干渉計８ＹＡ，８ＹＢの計測値の平均値がレチクルステージ６のＹ座標となり、それらの計測値の差分からレチクルステージ６のＺ軸の回りの回転角が計測される。この場合、露光光ＩＬの照明領域１８の中心（設計上の露光中心）は光軸ＡＸに合致しており、レチクル干渉計８ＹＡ，８ＹＢの計測軸の中心及びレチクル干渉計８Ｘの計測軸は、それぞれＹ方向及びＸ方向に光軸ＡＸを通過しているため、アッベ誤差が殆ど生じない。なお、移動鏡９Ｘを設ける代わりに、例えばレチクルステージ６の端面（側面）を鏡面加工して形成される反射面を用いてもよい。
【００２８】
また、レチクルＲの非走査方向（Ｘ方向）の周辺部の上方には、レチクルＲのアライメントを行うための１対のレチクルアライメント顕微鏡（以下、「ＲＡ顕微鏡」と言う）２１Ａ及び２１Ｂが配置されている（詳細後述）。本例では、それらのＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂを走査露光時の動的特性を計測するためのマーク検出系としても兼用する。
【００２９】
図１に戻り、ウエハＷは、ウエハホルダ（不図示）を介してウエハステージ１２上に吸着保持され、ウエハステージ１２は定盤よりなるウエハベース１３上にエアーベアリングを介して非接触状態で載置されている。ウエハステージ１２はウエハベース１３上をＹ方向に一定速度で移動すると共に、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動する。また、ウエハステージ１２には、ウエハＷのＺ方向の位置及びＸ軸、Ｙ軸の回りの傾斜角を制御するためのＺチルト機構が組み込まれている。更に、投影光学系ＰＬの下部側面には、ウエハ面に斜めに複数のスリット像を投影し、そのウエハ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、それらのスリット像の横ずれ量からウエハ面のＺ方向への変位（デフォーカス量）及び傾斜角を検出する斜入射方式のオートフォーカスセンサ（不図示）が配置されている。そのＺチルト機構は、走査露光中にそのオートフォーカスセンサからの検出信号に基づいてオートフォーカス方式でウエハ面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込む。
【００３０】
また、ウエハステージ１２のＸ方向、Ｙ方向の位置、並びにＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の回りの回転角は、その上の移動鏡１５及び外部に設置されたレーザ干渉計（ウエハ干渉計）１４によって計測され、この計測値がウエハステージ駆動系１６に供給されている。ウエハステージ駆動系１６は、その計測値及び主制御系１１からの制御情報に基づいてリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してウエハステージ１２の位置及び速度を制御する。移動鏡１５は、実際には図２に示すように、ウエハステージ１２の＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向の端部に設置されたＸ軸及びＹ軸の移動鏡１５Ｘ及び１５Ｙから構成され、ウエハ干渉計１４は、移動鏡１５Ｘ，１５Ｙに対向するように配置されて複数の計測軸を持つＸ軸及びＹ軸のウエハ干渉計１４Ｘ，１４Ｙから構成されている。ウエハ干渉計１４Ｘ，１４ＹのＸ軸及びＹ軸の計測軸もそれぞれＸ方向及びＹ方向に光軸ＡＸを通過しているため、アッベ誤差が殆ど生じない。なお、移動鏡１５Ｘ，１５Ｙを設ける代わりに、例えばウエハステージ１２の端面（側面）を鏡面加工して形成される反射面を用いてもよい。
【００３１】
また、投影光学系ＰＬの−Ｙ方向の側面には、ウエハアライメント用のオフ・アクシス方式のアライメントセンサ１７（図２参照）が配置されている。更に、図１のウエハステージ１２上のウエハＷの近傍には、所定の基準マークの形成された基準マーク部材（不図示）も固定されている。上記のＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂ、アライメントセンサ１７、及びその基準マーク部材を用いることによって、レチクルＲのパターンの投影光学系ＰＬによる像の中心（露光中心）とアライメントセンサ１７の検出中心との間隔であるベースライン量を計測することができる。そして、このベースライン量とアライメントセンサ１７によって計測されるウエハＷ上の所定のアライメントマーク（ウエハマーク）の座標とに基づいてウエハアライメントを行うことができる。
【００３２】
露光時には、照明光学系３によってレチクルＲ上の照明領域１８に露光光ＩＬを照射すると共に、投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の前述の露光領域内に露光光ＩＬを照射した状態で、レチクルステージ６及びウエハステージ１２を駆動して、レチクルＲとウエハＷ上の一つのショット領域とを投影光学系ＰＬに関する結像関係を維持してＹ方向に同期走査する動作と、ウエハステージ１２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が繰り返される。同期走査時のレチクルステージ６のＹ方向の走査速度をＶＲとすると、ウエハステージ１２のＹ方向の走査速度は−β×ＶＲとなる。但し、βは投影光学系ＰＬの投影倍率であり、本例では投影光学系ＰＬは反転投影を行うため、ウエハステージ１２の走査方向はレチクルステージ６に対して逆方向になる。上記の動作によって、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。
【００３３】
次に、レチクルアライメント時の他に、露光特性中の走査露光時の動的特性を評価する際にも使用される本例のＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂの構成につき説明する。ＲＡ顕微鏡２１Ａ及び２１Ｂは、レチクルステージ６の上方に光軸ＡＸをＸ方向（非走査方向）に挟むように対称に配置されている。
図１において、露光光源１から射出される露光光ＩＬの光路を折り曲げるミラー２の上方に退避できる状態でミラー３１が配置されている。通常の露光時にはミラー３１は退避しているが、レチクルアライメント時及び動的特性の評価時には、ミラー３１は露光光ＩＬの光路に４５°で交差するように配置される。この状態で、ミラー３１によって光路が折り曲げられた露光光ＩＬは、音響光学変調器等の光変調器３２を通過した後、ハーフミラー３３に至る。光変調器３２は、パルス光を間引いて発光周波数を下げるために使用される。この場合、露光光源１は、露光時には例えば１〜４ｋＨｚ程度の発光周波数で、かつ２０〜４０ｎｓｅｃ程度のパルス幅で使用される。即ち、投影光学系ＰＬ中の光学部材等の損傷を防止するためには、露光光ＩＬのパルスエネルギーはあまり大きくないことが望ましく、かつ露光時間を短縮して露光工程のスループットを高めるためには、露光光ＩＬの発光周波数をできるだけ大きくして、単位時間当たりの露光エネルギーを高めることが望ましい。これに対して、動的特性の評価時には、後述のように評価用マークの撮像信号のフレーム転送速度は３００フレーム／ｓｅｃ程度であるが、露光光源１の出力を安定に維持するためには、その発光周波数を大きく変化させないことが望ましい。そこで、本例では光変調器３２によって露光光ＩＬの周波数を１／３〜１／１０程度に下げて、光変調器３２から出力されるパルス光の周波数はそのフレーム転送レートとほぼ等しい値になっている。
【００３４】
ハーフミラー３３で２分割された一方の露光光ＩＬであるマーク検出用の照明光ＡＬＡは、集光レンズ３５Ａで光ファイバ束２２Ａの一端に集光される。光ファイバ束２２Ａの他端から射出された照明光ＡＬＡは、コリメータレンズ２３Ａで略平行光束にされてハーフミラー２４Ａに向かう。そして、ハーフミラー２４Ａで反射された照明光ＡＬＡは、コンデンサレンズ２５Ａ及び落射照明用のミラー２６Ａを経て−Ｚ方向（投影光学系ＰＬ側）に集光されて、投影光学系ＰＬの物体面の第１マーク（レチクルのアライメントマーク又は動的特性の評価用マーク３６ｊ）を照明する。図５（Ａ）に示すように、露光光ＩＬは１〜４ｋＨｚ程度の周波数であるが、図５（Ｂ）に示すように、照明光ＡＬＡの周波数はそれよりも下げられている。
【００３５】
照明光ＡＬＡは露光光ＩＬと同じ波長であるため、照明光ＡＬＡのもとで投影光学系ＰＬの物体面（レチクル面）と像面（ウエハ面）とは共役である。そのため、その第１マークの周囲を透過した照明光ＡＬＡは、投影光学系ＰＬを介して投影光学系ＰＬの像面の第２マーク（アライメント用の基準マーク又は動的特性の評価用マーク３９ｊ）を照明する。その第２マークで反射された照明光ＡＬＡは、投影光学系ＰＬを介してその第１マークの近傍にその第２マークの像を形成する。そして、その第１マークで上方に反射された光及びその第２マークの像からの光である照明光ＡＬＡは、ミラー２６Ａ及びコンデンサレンズ２５Ａを経てハーフミラー２４Ａに入射する。ハーフミラー２４Ａを透過した照明光ＡＬＡは、結像レンズ２７Ａを介して２次元の撮像装置としての高速フレーム転送カメラ２８Ａの撮像面にその第１及び第２マークの像を形成する。高速フレーム転送カメラ２８Ａは、最大でほぼ３００フレーム／ｓｅｃの高速転送が可能であり、その撮像素子は２次元ＣＣＤである。高速フレーム転送カメラ２８Ａとしては、例えば株式会社浜松フォトニクスのＣ７７７０カメラを使用することができる。なお、本例では照明光ＡＬＡの１パルスの光量で撮像を行うため、光量が少ない場合には、イメージインテンシファイアを設けてもよい。光ファイバ束２２Ａ（照明光源）、集光レンズ２３Ａ、ハーフミラー２４Ａ、コンデンサレンズ２５Ａ、ミラー２６Ａ、結像レンズ２７Ａ、及び高速フレーム転送カメラ２８Ａより第１のＲＡ顕微鏡２１Ａが構成され、光ファイバ束２２Ａ、集光レンズ２３Ａ、ハーフミラー２４Ａ、コンデンサレンズ２５Ａ、及びミラー２６Ａが照明光ＡＬＡの照明系を構成している。高速フレーム転送カメラ２８Ａの撮像素子からの１フレーム（１画面）毎の撮像信号は、順次フレームメモリ２９（記憶装置）に画像情報として記憶される。
【００３６】
その第１のＲＡ顕微鏡２１Ａと対称に、第２のＲＡ顕微鏡２１Ｂも、光ファイバ束２２Ｂ（照明光源）、集光レンズ２３Ｂ、ハーフミラー２４Ｂ、コンデンサレンズ２５Ｂ、ミラー２６Ｂ、結像レンズ２７Ｂ、及び高速フレーム転送カメラ２８Ｂ（２次元の撮像装置）より構成されている。そして、ハーフミラー３３で２分割された他方の露光光ＩＬであるマーク検出用の照明光ＡＬＢは、集光レンズ３５Ｂで光ファイバ束２２Ｂの一端に集光される。光ファイバ２２Ｂの他端から射出された照明光ＡＬＢは、照明光照明光ＡＬＡと同じく露光光ＩＬよりも発光周波数が低くされており（図５（Ｂ）参照）、第２のＲＡ顕微鏡２１Ｂの照明光として使用される。光ファイバ束２２Ｂ、集光レンズ２３Ｂ、ハーフミラー２４Ｂ、コンデンサレンズ２５Ｂ、及びミラー２６Ｂが照明光ＡＬＢの照明系を構成している。照明光ＡＬＢのもとで、投影光学系ＰＬの物体面の第１マーク（レチクルのアライメントマーク又は動的特性の評価用マーク３７ｊ）で上方に反射された光、及び投影光学系ＰＬの像面の第２マーク（アライメント用の基準マーク又は動的特性の評価用マーク４０ｊ）で反射されて投影光学系ＰＬを介して像を形成した光が、第２のＲＡ顕微鏡２１Ｂの高速フレーム転送カメラ２８Ｂの撮像面にその第１及び第２マークの像を形成する。高速フレーム転送カメラ２８Ｂの２次元の撮像素子からの１フレーム毎の撮像信号も、順次フレームメモリ２９に画像情報として記憶される。
【００３７】
なお、集光レンズ３５Ａ，３５Ｂによる照明光ＡＬＡ，ＡＬＢの集光点はそれぞれ光ファイバ束２２Ａ，２２Ｂの一端（入射面）からずらしておくことが好ましい。また、ＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂはそれぞれ照明系内に、その検出視野での照度均一性を高める光学部材を備えることが好ましい。
図２に示すように、ＲＡ顕微鏡２１Ａ及び２１Ｂによる検出視野（照明光ＡＬＡ及びＡＬＢの照明領域）は、光軸ＡＸに関してＸ方向（非走査方向）に対称であると共に、露光光ＩＬによる長方形の照明領域１８をＸ方向（非走査方向）に挟む領域である。なお、露光時に露光光ＩＬが落射照明用のミラー２６Ａ，２６Ｂにかからないように、ミラー２６Ａ，２６Ｂをそれぞれ−Ｘ方向及び＋Ｘ方向に退避できるように構成してもよい。このようにミラー２６Ａ，２６Ｂを退避できるように構成する場合には、ＲＡ顕微鏡２１Ａ及び２１Ｂによる検出視野を露光光ＩＬの照明領域１８のＸ方向の端部の内側に設定してもよい。この構成では、ミラー２６Ａ，２６Ｂをハーフミラーとして、照明光学系３からの露光光ＩＬをそのまま照明光ＡＬＡ，ＡＬＢとして使用してもよく、この際に露光光ＩＬの発光周波数を下げるために、露光光源１とミラー２との間に光変調器３２を配置してもよい。
【００３８】
図１に戻り、コンピュータよりなる画像処理系３０（動的特性を求める演算装置）は、必要に応じてフレームメモリ２９から１フレーム毎の画像情報を読み出して、その第１マークに対するその第２マークの像のＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量を求める。レチクルアライメント時には、画像処理系３０はそのように求めた位置ずれ量をアライメント情報として主制御系１１に供給する。動的特性の評価時には、画像処理系３０は、複数フレームに関して求めた２つのマークの位置ずれ量を用いて、後述のようにダイナミック・ディストーション等を求める。
【００３９】
次に、ＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂを用いて走査露光時の動的特性を評価するための動作の一例につき、第１工程と第２工程とに分けて説明する。
［第１工程］
その動的特性を評価する際には、レチクルステージ６上には所定の評価用マーク（第１マーク）の形成されたテストレチクル４が載置され、それに対応してウエハステージ１２上には対応する評価用マーク（第２マーク）の形成された評価用基板５が載置される。本例では、テストレチクル４及び評価用基板５がそれぞれ評価用マークが形成される第１及び第２マーク部材となる。テストレチクル４は、照明光ＡＬＡ，ＡＬＢ（及び露光光ＩＬ）を透過する例えば石英の基板に、照明光ＡＬＡ，ＡＬＢを反射する材料で複数の評価用マークを描画したものである。一方、評価用基板５は、ウエハＷと同様のシリコン基板上に例えば別の基準となる投影露光装置（倍率は本例の投影露光装置と同じ）を用いて、テストレチクル４のパターンを転写することによって形成されたものである。なお、評価用基板５の基板としては、評価用基板５の製造時と動的特性の評価時との温度の僅かの相違の影響を低減するために、インバー等の低膨張合金などを使用してもよい。
【００４０】
図３（Ａ）は図１のテストレチクル４を示す平面図であり、図３（Ａ）において、テストレチクル４の−Ｘ方向及び＋Ｘ方向の端部付近にそれぞれＹ方向に沿ってＪ個（Ｊは２以上の整数で本例ではＪ＝９）の評価用マーク３６ｊ及び３７ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）が一定のピッチで平行に形成されている。即ち、評価用マーク３６ｊ及び３７ｊはテストレチクル４のパターン面上にそれぞれＸ方向（非走査方向）に所定の間隔で配列されている。また、図２に示すように、１列の評価用マーク３６ｊは、第１のＲＡ顕微鏡２１Ａの検出視野をＹ方向に横切る位置に形成され、他の１列の評価用マーク３７ｊは、第２のＲＡ顕微鏡２１Ｂの検出視野をＹ方向に横切る位置に形成されている。評価用マーク３６ｊ，３７ｊは例えばクロムなどの高反射率の材料から形成されている。図３（Ｂ）の拡大図で示すように、評価用マーク３６ｊ，３７ｊは、それぞれＸ方向に所定ピッチで配列された３本のライン・アンド・スペースパターン（以下、「Ｌ＆Ｓパターン」と言う）と、Ｙ方向に所定ピッチで配列された３本のＬ＆Ｓパターンとを組み合わせた箱形マークである。評価用マーク３６ｊ，３７ｊを構成する各Ｌ＆Ｓパターンの線幅は、投影光学系ＰＬを介して投影した像の状態でほぼ３００μｍ程度である。評価用マーク３６ｊ，３７ｊの配列座標は予め高精度な座標計測装置によって計測されている。そして、例えば左上の評価用マーク３６１の中心を原点とした設計上の配列座標に対して、他の評価用マーク３６ｊ（ｊ＝２〜Ｊ）及び３７ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）の実際の配列座標のＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量が、レチクルの描画誤差として求められて、図１の画像処理系３０の記憶部に記憶されている。
【００４１】
図４（Ａ）は図１の評価用基板５を示す平面図であり、図４（Ａ）において、評価用基板５の上面は、露光時のウエハ面とほぼ同じ高さに設定され、その上面はＸ方向及びＹ方向にそれぞれ所定ピッチで互いに同一の大きさのＩ個（Ｉは２以上の整数で本例ではＩ＝１２）の区画領域３８ｉ（ｉ＝１〜Ｉ）に区分されている。図４（Ａ）では、区画領域３８ｉはＸ方向に４行でＹ方向に４列で配列されている。一つの区画領域３８ｉは、露光時のウエハＷ上の１つのショット領域とほぼ同じ大きさであり、本例では区画領域３８ｉのＸ方向の幅は２６ｍｍ、Ｙ方向（走査方向）の幅は３３ｍｍである。この場合、各区画領域３８ｉにはそれぞれ図３（Ａ）のテストレチクル４の２列の評価用マーク３６ｊ，３７ｊを投影光学系ＰＬと同様に反転投影して転写することによって、Ｙ方向に沿って２列の評価用マーク３９ｊ，４０ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）が平行に形成されている。即ち、投影光学系ＰＬのレチクル側からウエハ側への投影倍率を１／４とすると、図３（Ａ）のテストレチクル４の２×Ｊ個の評価用マークが形成されている領域のＸ方向及びＹ方向の幅は区画領域３８ｉの幅のほぼ４倍（即ち、投影光学系ＰＬの投影倍率の逆数倍：１／β）である。
【００４２】
また、図４（Ｂ）に拡大して示すように、評価用基板５上の区画領域３８ｉに形成されているＹ方向に２列の評価用マーク３９ｊ，４０ｊは、Ｘ方向に所定間隔で形成されている。更に、評価用マーク３９ｊ，４０ｊの形状は、図３（Ｂ）の評価用マーク３６ｊ，３７ｊと相似の箱形のマークであり、このマークを構成するＬ＆Ｓパターンの線幅は３００μｍ程度である。評価用マーク３９ｊ，４０ｊも例えばクロムなどの高反射率の材料から形成され、それ以外の区画領域３８ｉ上の領域は照明光ＡＬＡ，ＡＬＢに対する反射率が低く抑えられている。図４（Ａ）の評価用基板５上のＩ個の区画領域３８ｉ内の評価用マーク３９ｊ，４０ｊの配列座標も、それぞれ予め高精度な座標計測装置によって計測されている。そして、各区画領域３８ｉ内の例えば右下の評価用マーク３９１の中心を原点とした設計上の配列座標に対して、他の評価用マーク３９ｊ（ｊ＝２〜Ｊ）及び４０ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）の実際の配列座標のＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量が、評価用基板の製造誤差として求められて、図１の画像処理系３０の記憶部に記憶されている。
【００４３】
次に、図１において、主制御系１１の制御のもとで、ミラー３１を露光光ＩＬの光路上に設置して、露光光ＩＬを光ファイバ束２２Ａ，２２Ｂを介してＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂの照明光ＡＬＡ，ＡＬＢとして使用できる状態にしておく。そして、図２に示すように、レチクルステージ６をＹ方向に駆動して、テストレチクル４のＹ方向の中央の評価用マーク３６ｊ，３７ｊをそれぞれＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂの検出視野の中央付近に移動してから、レチクルステージ６を静止させる。この状態で、ウエハステージ１２を駆動して、ウエハステージ１２上の基準マーク部材（不図示）の第１及び第２の基準マーク（不図示）をそれぞれ評価用マーク３６ｊ，３７ｊとほぼ共役な領域に移動して、ウエハステージ１２を静止させる。この状態で、図１の露光光源１をパルス発光させて、ＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂ内の高速フレーム転送カメラ２８Ａ，２８Ｂによって、それぞれ中央の評価用マーク３６ｊ，３７ｊの像と第１及び第２の基準マークの像とを撮像する。そして、得られた画像情報を用いて、図１の画像処理系３０は、対応する基準マークの像に対する中央の評価用マーク３６ｊ，３７ｊのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量を求め、これらの位置ずれ量を主制御系１１内のアライメント制御部に供給する。
【００４４】
なお、その位置ずれ量と、ＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂによる撮像時に得られるレチクル干渉計８及びウエハ干渉計１４の計測値とに基づき、レチクル干渉計８によって規定されるレチクル座標系と、ウエハ干渉計１４によって規定されるウエハ座標系との対応付けが行われる。
次に、ウエハステージ１２上の上記の基準マーク部材（不図示）上の所定の第３の基準マーク（不図示）を図２のアライメントセンサ１７によって検出し、その検出信号を主制御系１１内のアライメント制御部に供給する。そのアライメント制御部は、その第３の基準マークの位置とアライメントセンサ１７の検出中心との位置ずれ量を求めた後、この位置ずれ量と上記の中央の評価用マーク３６ｊ，３７ｊの位置ずれ量とを用いて、テストレチクル４のパターン像の中心とアライメントセンサ１７の検出中心との位置ずれ量（ベースライン量）を求める。また、そのアライメント制御部は、前述した第１及び第２基準マークと評価用マーク３６ｊ，３７ｊとの位置ずれ量に基づいて、それらの基準マークに対するテストレチクル４の回転角を求め、この回転角を相殺するようにレチクルステージ駆動系１０を介してレチクルステージ６を回転する。
【００４５】
その後、ウエハステージ１２をＸ方向、Ｙ方向に駆動して、図４（Ａ）の評価用基板５の全面からほぼ均一な分布で選択された例えば１０個程度の評価用マーク３９ｊ（又は４０ｊ）を順次図２のアライメントセンサ１７の検出視野に移動して、その配列座標を計測する。この配列座標に基づいて主制御系１１内のアライメント制御部は、例えばエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式で評価用基板５の全部の区画領域３８ｉ（ｉ＝１〜Ｉ）の中心座標（原点座標）を求める。これによって、テストレチクル４及び評価用基板５の通常の露光時と同様のアライメントが完了したことになる。
なお、前述のベースライン計測時に、基準マーク部材の第３基準マークを用いるものとしたが、ＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂによる第１及び第２基準マークの検出後にウエハステージ１２を移動することで、第３基準マークの代わりに第１及び第２基準マークの一方をアライメントセンサ１７にて検出してもよい。
【００４６】
次に、図１の投影露光装置の走査露光特性（動的特性）を評価するために、ＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂによってテストレチクル４の評価用マーク３６ｊ，３７ｊと、評価用基板５上の各区画領域３８ｉの評価用マーク３９ｊ，４０ｊとを検出する。そこで、前述したアライメントの結果に基づき、レチクルステージ６を駆動してテストレチクル４を走査開始位置に移動すると共に、ウエハステージ１２を駆動して評価用基板５上の１番目の区画領域３８ｌを走査開始位置に移動し、図２のレチクルステージ６とウエハステージ１２との同期移動を開始する。これにより、テストレチクル４は照明領域１８に対して−Ｙ方向側に移動し、図４（Ａ）の評価用基板５の１番目の区画領域３８１は、照明領域１８と共役な露光領域に対して＋Ｙ方向側に移動する。ここで、投影光学系ＰＬの投影倍率βを１／４として、レチクルステージ６の＋Ｙ方向への走査速度ＶＲを１２００ｍｍ／ｓｅｃとすると、ウエハステージ１２の−Ｙ方向への走査速度β・ＶＲは３００ｍｍ／ｓｅｃとなる。本例では、実際の走査露光時の動的特性を評価するために、動的特性の評価時のステージ６，１２の走査速度は、走査露光時のステージ６，１２の走査速度と同一である。
【００４７】
また、本例の図４（Ａ）の区画領域３８ｉのＹ方向の幅は３３ｍｍであるが、評価用マーク３９ｊ，４０ｊの形成されている領域のＹ方向の幅はほぼ３０ｍｍであるため、テストレチクル４と評価用基板５の区画領域３８ｉ（ここではｉ＝１）とが同期走査している期間はほぼ０．１（＝３０／３００）ｓｅｃである。また、高速フレーム転送カメラ２８Ａ，２８Ｂの最大のフレーム転送レートはほぼ３００フレーム／ｓｅｃであるため、その同期走査の期間（０．１ｓｅｃ）中に最大でほぼ３０フレームの２次元画像を得ることができる。また、本例では図４（Ａ）に示すように、テストレチクル４上の評価用マーク３６ｊ，３７ｊのＹ方向の個数は９個であるため、各評価用マーク３６ｊ，３７ｊ（ｊ＝１〜９）をそれぞれ一度はＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂの検出視野の中心付近で撮像するためには、その０．１ｓｅｃの同期走査期間中の撮像の回数（即ち、フレーム転送回数）を８（評価用マークの個数よりも１だけ小さい数）のＮ倍（Ｎは１以上の整数）に１を加えた回数とすることが望ましい。なお、その０．１ｓｅｃの期間の最初と最後でそれぞれ撮像するものとしている。そこで、一例としてＮを３とすると、高速フレーム転送カメラ２８Ａ，２８Ｂのフレーム転送レートＦＲは、次のように２４０フレーム／ｓｅｃに設定され、撮像の回数は２５（＝３×８＋１）回となる。
【００４８】
ＦＲ＝８×３／０．１＝２４０（フレーム／ｓｅｃ） …（１）
この場合、図１の照明光ＡＬＡ，ＡＬＢの繰り返し周波数は、そのフレーム転送レートＦＲと同じ値に設定される。露光光ＩＬの周波数を１〜４ｋＨｚとすると、光変調器３２ではその周波数をそれぞれほぼ２４０／１０００〜２４０／４０００に下げればよい。この際に、照明光ＡＬＡ，ＡＬＢの繰り返し周波数を微調整するために、露光光源１の発光周波数を例えば数％程度の範囲内で微調整してもよい。なお、本例の高速フレーム転送カメラ２８Ａ，２８Ｂの撮像素子のＹ方向の長さには比較的余裕があるため、上記の評価用マーク３６ｊ，３７ｊをそれぞれ一度はＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂの検出視野の中心付近で撮像するという条件は必ずしも満たす必要はない。この場合には、高速フレーム転送カメラ２８Ａ，２８Ｂのフレーム転送レートは、単に最大値に設定すればよい。
【００４９】
次に、図２のテストレチクル４の評価用マーク３６ｊ，３７ｊと図４（Ａ）の評価用基板５上の１番目の区画領域３８１内の評価用マーク３９ｊ，４０ｊとが結像関係を維持されるように、レチクルステージ６を＋Ｙ方向に速度ＶＲで走査するのと同期して、ウエハステージ１２を−Ｙ方向に速度β・ＶＲで走査する。この際に、図２において、テストレチクル４の＋Ｙ方向の端部が照明領域１８（露光光ＩＬは照射されていない）にかかるときにレチクルステージ６の速度はほぼＶＲに達しており、テストレチクル４の−Ｙ方向の端部が照明領域１８を出た直後付近からレチクルステージ６は急激に減速する。また、図３（Ａ）の１番目の評価用マーク３６１，３７１の中心がそれぞれ図２のＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂの検出視野の中心にさしかかった時点で、図１の光変調器３２によって露光光ＩＬの１パルス（照明光ＡＬＡ，ＡＬＢ）を通過させて、高速フレーム転送カメラ２８Ａ，２８Ｂで１つの画像を撮像し、１フレーム分の撮像信号をフレームメモリ２９に転送する。その後、上記のフレーム転送レートＦＲと同じ周波数で照明光ＡＬＡ，ＡＬＢを照射して、高速フレーム転送カメラ２８Ａ，２８Ｂで順次そのフレーム転送レートＦＲで撮像及び撮像信号のフレームメモリ２９への転送を繰り返す。この撮像動作は、図３（Ａ）のＪ番目（Ｊ＝９）番目の評価用マーク３６Ｊ，３７Ｊの中心がそれぞれ図２のＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂの検出視野の中心付近を通過するまで繰り返される。
【００５０】
この結果、２５回の撮像及び撮像信号のフレーム転送が行われ、その内の９回の撮像は、図３（Ａ）の評価用マーク３６ｊ，３７ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）及び対応する図４（Ａ）の評価用基板５の区画領域３８１の評価用マーク３９ｊ，４０ｊの像が、ほぼ図２のＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂの検出視野の中心付近にある状態で行われる。図１の画像処理系３０は、その９回の撮像で２個の高速フレーム転送カメラ２８Ａ，２８Ｂによって得られた１８画面分の画像情報を用いて、それぞれ図３（Ａ）のテストレチクル４の評価用マーク３６ｊ，３７ｊに対する図４（Ｂ）の評価用基板５の評価用マーク３９ｊ，４０ｊの投影光学系ＰＬによる像のＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量を求める。なお、得られた全部の画像情報を使用してもよいことは明らかである。
【００５１】
図６（Ａ）は、図１の高速フレーム転送カメラ２８Ａの撮像面のテストレチクル４への共役像である検出視野２８Ａａを示し、検出視野２８Ａａのほぼ中心に評価用マーク３６ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）及び評価用マーク３９ｊの像３９ｊＲが納まっている。この状態で１回の撮像が行われて、この撮像信号（画像情報）を処理することによって、Ｘ方向、Ｙ方向への位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）が求められる。なお、照明光ＡＬＡ，ＡＬＢのパルス幅は２０〜４０ｎｓｅｃ程度で、ウエハステージ１２の走査速度は３００ｍｍ／ｓｅｃであるため、評価用マーク３６ｊ等が１パルスの発光期間に移動する距離（投影光学系ＰＬの像面での距離）はほぼ６〜１２ｎｍ程度である。これに対して、評価用マーク３６ｊ等の線幅はほぼ３００μｍであるため、その１パルスの発光期間に評価用マーク３６ｊ等が移動する距離は全く計測誤差とはならない。同様にして、図３（Ａ）の評価用マーク３７ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）に対する図４（Ｂ）の評価用マーク４０ｊの像のＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量も求められる。
【００５２】
なお、本例では１パルスの発光毎に１画面分の画像を撮像しているが、仮に１画面分の画像を撮像する間に３パルスの発光があるものとすると、図６（Ｂ）に示すように、検出視野２８Ａａの１画面分の画像中に評価用マーク３６ｊと評価用マーク３９ｊの像３９ｊＲとが重なった像が、前後の位置Ｐ１及びＰ２にも形成される。そのため、正確に評価用マーク３６ｊに対する評価用マーク３９ｊの像３９ｊＲの位置ずれ量を求めることが困難になる恐れがある。
【００５３】
同様にして、図４（Ａ）の評価用基板５上の２番目以降の区画領域３８ｉ（ｉ＝２〜Ｉ）に対しても、それぞれ同期走査を行った状態で図３（Ａ）のテストレチクル４の評価用マーク３６ｊ，３７ｊに対する評価用マーク３９ｊ，４０ｊの像のＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量が求められる。
［第２工程］
次に、画像処理系３０は、得られたＩ組（本例ではＩ＝１６）でそれぞれ２Ｊ個（本例ではＪ＝９）の位置ずれ量から走査露光時の動的特性を求める。
【００５４】
図７は、テストレチクル４の評価用マーク３６ｊ，３７ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）に対する、図４（Ｂ）の評価用基板５の区画領域３８ｉの評価用マーク３９ｊ，４０ｊの投影光学系ＰＬを介した像３９ｊＲ，４０ｊＲのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量の一例を示し、この図７において、画像処理系３０によって評価用マーク３６ｊ，３７ｊの描画誤差の補正は行われており、かつ評価用マーク３９ｊ，４０ｊの像３９ｊＲ，４０ｊＲの製造誤差による位置ずれの補正も行われているものとする。この場合、理想格子としての評価用マーク３６ｊ，３７ｊの配列に対する走査露光後の投影像としての評価用マークの像３９ｊＲ，４０ｊＲの位置ずれが、実質的に走査露光時のダイナミック・ディストーションである。なお、実際のダイナミック・ディストーションは、テストレチクル４のパターンを投影光学系ＰＬを介して評価用基板５上に投影して得られる像の理想格子からのずれであるが、これは本例のように評価用基板５のパターンを投影光学系ＰＬを介してテストレチクル４上に投影して得られる像の理想格子からのずれと等価である。なお、本例の方法で得られるダイナミック・ディストーションを、投影光学系ＰＬに対してウエハ側でのダイナミック・ディストーションに換算するには、各理想格子点での像の位置ずれ量に−β（投影倍率）を乗ずればよい。
【００５５】
また、そのダイナミック・ディストーションは、数値データ上では２Ｊ個の評価用マーク３６ｊ及び３７ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）に対する評価用マークの像３９ｊＲ，４０ｊＲのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量（ΔＸ１ｊ，ΔＹ１ｊ），（ΔＸ２ｊ，ΔＹ２ｊ）の集合で表すことができる。本例では、これらの位置ずれ量（ΔＸ１ｊ，ΔＹ１ｊ），（ΔＸ２ｊ，ΔＹ２ｊ）（ｊ＝１〜Ｊ）は、図４（Ａ）の評価用基板５上のＩ個の区画領域３８ｉ（ｉ＝１〜Ｉ）のそれぞれについて計測される位置ずれ量の平均値である。このダイナミック・ディストーションの数値データは、主制御系１１に供給される。
【００５６】
次に、更に画像処理系３０は、図７の評価用マーク３６ｊ，３７ｉ（ｉ＝１〜Ｊ）の配列方向をテストレチクル４の走査方向ＳＤ（Ｙ方向）として、例えば最小２乗法によって評価用マークの像３９ｊＲ，４０ｊＲの配列方向を評価用基板５の区画領域３８ｉの走査方向として求める。
これによって、例えば図８（Ａ）に示すように、テストレチクル４に対して区画領域３８ｉの像３８Ａが所定角度で交差していることが分かった場合には、走査露光時に図１のレチクルステージ６の走査方向とウエハステージ１２の走査方向とがその所定角度で交差していることを意味する。この場合には、その後の実際の走査露光時には、ウエハステージ１２とレチクルステージ６との少なくとも一方でその走査方向を補正してもよい。これによって、テストレチクル４に対して区画領域３８ｉの像３８Ａをほぼ完全に重ねることができ、実際の走査露光時の重ね合わせ精度が向上する。
【００５７】
また、例えば図８（Ｂ）に示すように、テストレチクル４に対して区画領域３８ｉの像３８Ｂが円弧状に歪んでいる場合には、図２のレチクルステージ６のＸ軸の移動鏡９Ｘ、又はウエハステージ１２のＸ軸の移動鏡１５Ｘが円弧状に歪んでいることが考えられる。そこで、実際の走査露光時には、例えばレチクルステージ６のＸ軸のレチクル干渉計８Ｘの計測値に、レチクルステージ６のＹ方向の位置に応じて変化するオフセットを加えることによって、重ね合わせ精度が向上する。このとき、レチクル干渉計８Ｘの代わりに、或いはそれと組み合わせてウエハ干渉計１４Ｘの計測値にオフセットを加えるようにしてもよいし、或いはレチクルステージ６とウエハステージ１２との少なくとも一方で、Ｙ方向の位置に応じてその目標位置を補正してもよい。
【００５８】
また、図７において、評価用マーク３６ｊ及び３７ｊのＸ方向（非走査方向）の間隔の平均値に対して評価用マークの像３９ｊＲ及び４０ｊＲのＸ方向の間隔の平均値がずれている場合には、投影光学系ＰＬの投影倍率βがずれていると考えられる。この場合に主制御系１１は、上記の結像特性補正機構を介してその投影倍率βを補正すればよい。一方、評価用マーク３６１及び３６ＪのＹ方向（走査方向）の間隔に対して評価用マークの像３９１Ｒ及び３９ＪＲのＹ方向の間隔がずれている場合には、レチクルステージ６の走査速度に対してウエハステージ１２の走査速度が正確にβ倍になっていない可能性がある。この場合に主制御系１１は、ステージ駆動系１０，１６を介してステージ６，１２の走査速度の比を調整すればよい。
【００５９】
次に、画像処理系３０は、図４（Ａ）の評価用基板５上の区画領域３８ｉ（ｉ＝１〜Ｉ）のそれぞれについて、図７の評価用マーク３６ｊ，３７ｊの位置の平均値に対する評価用マークの像３９ｊＲ，４０ｊＲの位置の平均値のＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量（ΔｘＲｉ，ΔｙＲｉ）を求める。次に、それらの位置ずれ量に符号付きの投影倍率（−β）を乗ずることによって、評価用基板５側でのテストレチクル４の投影像を基準にした場合の各区画領域３８ｉの位置ずれ量であるアライメント誤差（Δｘｉ，Δｙｉ）（ｉ＝１〜Ｉ）を求め、このアライメント誤差も主制御系１１に供給する。このアライメント誤差は、実際の走査露光後のアライメント誤差と等しい値である。
【００６０】
図９は、そのようにして求めたアライメント誤差の一例を示し、この図９において、評価用基板５の各区画領域３８ｉ毎に矢印でアライメント誤差（Δｘｉ，Δｙｉ）が表示されている。主制御系１１では、このアライメント誤差に基づいて例えばＥＧＡ方式でアライメントを行う場合の座標の変換パラメータの補正等を行うようにしてもよい。これによって、アライメント誤差が低減される。なお、その変換パラメータを補正する代わりに、ＥＧＡ方式にて算出されたウエハ上の各ショット領域の配列座標を補正してもよい。
【００６１】
上述のように本例によれば、実際の走査露光時と同様にテストレチクル４と評価用基板５とを同期走査して、ＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂの高速フレーム転送カメラ２８Ａ，２８Ｂによってテストレチクル４上の複数のマーク及び評価用基板５上の複数のマークの像を撮像し、撮像によって得られた画像情報を処理することによって、ダイナミック・ディストーションを含む動的特性を短時間に、かつ高精度に計測することができる。
【００６２】
なお、本例では評価用基板５上の複数の区画領域３８ｉについて、それぞれレチクルステージ６及びウエハステージ１２を同期走査して、テストレチクル４の評価用マークとの位置ずれ量を計測しているため、平均化によって誤差の低減されたダイナミック・ディストーションを求めることができる。更に、実際にテストプリント及び現像等の煩雑な処理を経ることなく、評価用マークの像の検出のみで、走査露光後のアライメント誤差も効率的に計測することができる。
【００６３】
但し、例えば実際の露光工程中で、露光光の照射エネルギーによるダイナミック・ディストーションの変化を確認したいような場合には、評価用基板５上の一つの区画領域３８ｉ（例えば３８１）のみについて同期走査を行って、図７のような評価用マークの像の位置ずれ量を計測し、この計測結果のみからダイナミック・ディストーションを求めても良い。これによって、極めて短時間にダイナミック・ディストーションを計測することができる。
【００６４】
なお、上記の実施形態では、２次元の撮像装置としてフレーム転送レートが最大で３００フレーム／ｓｅｃ程度の２次元の撮像素子が使用されているが、フレーム転送レートが１００／ｓｅｃ程度以上の２次元の撮像素子であっても使用することができる。また、テストレチクル４上の評価用マーク３６ｊ，３７ｊの走査方向の個数（評価用基板５の区画領域３８ｉ上の評価用マーク３９ｊ，４０ｊの個数も同じ）は、撮像装置の最大のフレーム転送レートに応じて例えば５〜１００個程度の範囲内で変えてもよい。
【００６５】
なお、上記の実施形態では撮像装置として２次元の撮像素子を用いていたが、その代わりに２つの１次元の撮像素子を組み合わせて用いてもよい。
図１０（Ａ）は、そのように１次元の撮像素子を組み合わせて用いる場合のＲＡ顕微鏡の要部を示し、この図１０（Ａ）は図１のＲＡ顕微鏡２１Ａにおいて高速フレーム転送カメラ２８Ａの代わりにハーフミラー５１、画素がＸ方向に対応する方向に配列された１次元のＸ軸のラインセンサ５２Ｘ、及び画素がＹ方向に対応する方向に配列された１次元のＹ軸のラインセンサ５２Ｙを配置したものである。即ち、結像レンズ２７Ａからの照明光ＡＬＡは、ハーフミラー５１で２分割され、第１の反射された光束及び第２の透過した光束はそれぞれラインセンサ５２Ｘ及び５２Ｙの撮像面に、図１の評価用マーク３６ｊ及び３９ｊの像を形成する。ラインセンサ５２Ｘ，５２Ｙからの１ライン毎の撮像信号ＳＸ，ＳＹは逐次フレームメモリ２９に画像情報として記憶される。
【００６６】
この場合、図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）は、それぞれ図１０（Ａ）のラインセンサ５２Ｙ及び５２Ｘの撮像面を図１のテストレチクル４のパターン面に投影した場合の位置関係を示している。図１０（Ｂ）に示すように、Ｙ軸のラインセンサ５２Ｙは評価用マーク３６ｊ及び評価用マークの像３９ｊＲのＹ方向に配列された３本のラインパターンの一部の像を撮像する。それによって得られる撮像信号ＳＹは、図１１に示すように、位置Ｙに沿って３対のピークを持つ信号となる。そこで、図１の画像処理系３０では、一例としてその撮像信号ＳＹを所定の閾値で２値化することによって、その３対のピークのＹ方向の位置ずれ量ΔＹ１，ΔＹ２，ΔＹ３を求め、それらの位置ずれ量の平均値をその評価用マーク３６ｊに対する評価用マークの像３９ｊＲのＹ方向への位置ずれ量とする。
【００６７】
同様に、図１０（Ｃ）に示すように、Ｘ軸のラインセンサ５２Ｘは評価用マーク３６ｊ及び評価用マークの像３９ｊＲのＸ方向に配列された３本のラインパターンの一部の像を撮像する。そこで、ラインセンサ５２Ｘから出力される撮像信号ＳＸから３対のピークのＸ方向の位置ずれ量を求め、それらの位置ずれ量を平均化することによって、評価用マーク３６ｊに対する評価用マークの像３９ｊＲのＸ方向への位置ずれ量を高精度に求めることができる。これ以降の処理は、図１の実施形態と同様である。
【００６８】
このように撮像装置として１次元の撮像素子（ラインセンサ５２Ｘ，５２Ｙ）を組み合わせて用いる場合には、１次元の撮像素子は１画面（ライン）の転送レートを２次元の撮像素子に比べて撮像素子の配列数分だけ（例えば数１００〜数１０００倍）高速化できる。従って、１回の走査露光でより多くの評価用マークの検出が可能となり、ダイナミック・ディストーション等を走査方向により細かいピッチで評価することができる。また、転送レートがほぼ露光光ＩＬの発光周波数程度に高くできるため、露光光ＩＬの周波数を間引くための光変調器３２等も不要になるという利点もある。なお、ラインセンサ５２Ｘ，５２Ｙとしては、計測方向に直交する方向に数個画素が配列されている撮像素子も含まれる。
【００６９】
なお、上記実施形態ではウエハＷの露光処理に用いるレチクルＲの走査範囲（即ち、パターン領域の走査方向の幅）と同一の範囲内でその全域に渡って複数の評価用マークをテストレチクル４に形成するものとしているが、複数の評価用マークはその走査範囲の全域ではなくその一部のみに対応するテストレチクル４上の所定範囲内に形成するだけでもよい。このことは、評価用基板５上の区画領域３８ｉに形成される評価用マークについても同様である。更に、上記実施形態では評価用基板５上の全ての区画領域で前述の位置ずれ量を計測するものとしたが、前述の位置ずれ量を計測する区画領域は評価用基板５上の一部（１個又は複数個）でもよく、その数は任意で構わない。
【００７０】
また、上記実施形態では実際に露光処理されるウエハＷ上のショット領域とサイズが同一の区画領域３８ｉを評価用基板５上に形成するものとしているが、区画領域３８ｉはそのサイズがショット領域と異なっていてもよい。更に、そのサイズを含めて評価用基板５上の区画領域３８ｉの配列（数や位置など）を、ウエハＷ上のショット領域の配列と実質的に同一としてもよい。この場合、前述の動的特性の計測精度を向上させることが可能となる。また、区画領域毎に前述の位置ずれ量を計測するとき、テストレチクル４及び評価用基板５の駆動条件を、各区画領域に対応するウエハ上のショット領域の走査露光時と同一にしてもよい。更に、前述した評価用基板のアライメント条件をウエハと同一にしてもよい。なお、ウエハ上のショット領域と区画領域の配列が実質的に同一の評価用基板を用いる場合であっても、その全ての区画領域で前述の位置ずれ量を計測しなくてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では評価用基板５上の複数の区画領域３８ｉでそれぞれテストレチクル４の評価用マークとの位置ずれ量を計測してその平均値を用いるものとしているが、その複数の区画領域を複数のグループに分け、グループ単位でその位置ずれ量の平均値から前述の動的特性を得るようにしてもよい。なお、区画領域のグルーピングは、評価用基板上での位置、或いは評価用基板の駆動条件などに応じて行ってよい。例えば、複数の区画領域を、同期移動が＋Ｙ方向である第１グループと、−Ｙ方向である第２グループとに分け、グループ毎にその位置ずれ量の平均値を求めることで、移動方向が＋Ｙ方向と−Ｙ方向とで別々に前述の動的特性を得るようにしてもよい。このとき、前述の位置ずれ量を計測する区画領域は、＋Ｙ方向と−Ｙ方向とでそれぞれ１個ずつでもよいが、平均化効果による誤差の低減を測るために複数個ずつとすることが好ましい。また、ウエハＷの走査露光では＋Ｙ方向に移動されるショット領域と−Ｙ方向に移動されるショット領域とで、前述した走査方向の補正やオフセット量などが異なることになる。更に、前述の如く評価用基板５上の区画領域とウエハＷ上のショット領域とでその配列を実質的に同一とする場合には、区画領域毎にその複数個（本例では２Ｊ個）の位置ずれ量から前述の動的特性を得ると共に、実際の走査露光ではショット単位で前述した走査方向の補正などを行うようにしてもよい。この場合、複数の区画領域でそれぞれテストレチクル４の評価用マークとの位置ずれ量を複数回ずつ計測して、区画領域毎にその複数回の計測で得られる位置ずれ量の平均値を用いて前述の動的特性を得るようにしてもよい。
【００７２】
なお、上記実施形態ではテストレチクル４の評価用マーク３６ｊ，３７ｊ及び評価用基板５の評価用マーク３９ｊ，４０ｊとして、２組のＬ＆Ｓパターンを組み合わせた２次元マークを用いるものとしたが、これに限定されるものでなくその形状などは任意で構わない。例えば、対応する２つの評価用マークとしてボックス・イン・ボックスマークなども使用できる。更に、例えば１次元のＸ軸のマークと１次元のＹ軸のマークとを、走査方向（Ｙ方向）及び非走査方向（Ｘ方向）の少なくとも一方に関して離して配置してもよい。更に、上記実施形態ではテストレチクル４と評価用基板５とで評価用マークの構成が同一であるものとしたが、その両者で評価用のマークの構成を異ならせてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態ではテストレチクル４及び評価用基板５でそれぞれ複数の評価用マークを走査方向に沿って２列に配置するものとしたが、２列に限定されるものではなく、例えば１列でも構わない。
更に、上記実施形態では評価用基板上の複数の区画領域にそれぞれ評価用マークを形成するものとしたが、評価用マークを形成する区画領域は１個でも構わない。
【００７４】
また、上記実施形態では前述の評価用マークをテストレチクル４及び評価用基板５に設けるものとしたが、投影光学系ＰＬの物体面側に配置される第１マーク部材及びその像面側に配置される第２マーク部材はそれぞれテストレチクル４及び評価用基板５に限られるものではなく、前述の評価用マークが形成されるマーク板をレチクルステージ６及びウエハステージ１２にそれぞれ取り付けてもよいし、或いは前述の評価用マークをレチクルステージ６及びウエハステージ１２にそれぞれ直接形成してもよい。前者ではその２つのマーク板が、後者ではレチクルステージ６及びウエハステージ１２がそれぞれ第１及び第２マーク部材となる。なお、レチクルステージ６及びウエハステージ１２にそれぞれ前述のマーク板を取り付ける場合には、前述した描画誤差だけでなくその取付誤差をも考慮して前述の位置ずれ量を計測することが好ましい。更に、例えば振動や熱などによって評価用マークの位置（間隔）やマーク板の取付誤差などが経時的に変動するときは、計算やシミュレーションによるその誤差情報の更新、或いはその実測を定期的に行い、その結果に基づいて前述の位置ずれ量を求めることが好ましい。
【００７５】
なお、上記実施形態では１パルスの発光毎に１画面分の画像を撮像するものとしたが、前述の撮像素子の種類や転送レートなどによっては１画面分の画像を複数のパルスの発光にて得ることとしてもよい。また、上記実施形態ではＲＡ顕微鏡２１Ａ，２１Ｂの照明光源として露光光源１を兼用するものとしたが、露光光源１とは別にＲＡ顕微鏡の照明光源を設けてもよい。更に、投影光学系ＰＬの物体面及び像面にそれぞれ配置される前述の評価用マークを検出するマーク検出系はＲＡ顕微鏡に限られるものでなく、例えば専用の検出系を設けてもよいし、或いはＲＡ顕微鏡以外のアライメント系を用いてもよい。
【００７６】
なお、上記の実施の形態の投影露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００７７】
また、上記の実施の形態の投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施の形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、エッチング等の回路パターンを形成するステップ、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。
【００７８】
なお、本発明の露光装置の用途としては半導体デバイス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、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【００７９】
また、例えば国際公開（ＷＯ）９９／４９５０４号に開示される液浸型露光装置にも本発明を適用することができる。更に、例えば国際公開（ＷＯ）９８／２４１１５号、９８／４０７９１号に開示されるように、露光動作とアライメント動作（マーク検出動作）とをほぼ並行に可能な２つのウエハステージを備える露光装置にも本発明を適用することができる。
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、走査露光時のダイナミック・ディストーション等の動的特性を短時間に、かつ高精度に評価できる。
また、露光ビームがパルス光であり、マーク計測用の照明光としてその露光ビームよりも発光周波数の低いパルス光を用いる場合には、マーク計測用の撮像装置の１回の撮像中に複数の画像が重なって写り込むことを防止できるため、動的特性を高精度に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。
【図２】図１の露光本体部の構成を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）はテストレチクル４の評価用マークの配置を示す平面図、（Ｂ）はその評価用マークを示す拡大平面図である。
【図４】（Ａ）は評価用基板５の区画領域及び評価用マークの配置を示す平面図、（Ｂ）はその区画領域内の評価用マークの配置を示す拡大平面図である。
【図５】（Ａ）は露光光ＩＬのパルス列を示す図、（Ｂ）は露光光ＩＬを間引いて得られる照明光ＡＬＡ，ＡＬＢのパルス列を示す図である。
【図６】（Ａ）は図１の高速フレーム転送カメラ２８Ａで観察される評価用マークの一例を示す図、（Ｂ）は複数パルスの照明光のもとで高速フレーム転送カメラ２８Ａで観察される評価用マークの一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態の一例で計測されるダイナミック・ディストーションの一例を示す図である。
【図８】走査露光時のレチクルステージとウエハステージとの走査方向の相違による投影パターンの状態を示す図である。
【図９】本発明の実施形態の一例で計測されるアライメント誤差の一例を示す図である。
【図１０】（Ａ）は図１の高速フレーム転送カメラ２８Ａの代わりに２つの１次元のラインセンサを用いる場合の要部の構成を示す図、（Ｂ）は図１０（Ａ）のＹ軸のラインセンサで観察される評価用マークを示す図、（Ｃ）は図１０（Ａ）のＸ軸のラインセンサで観察される評価用マークを示す図である。
【図１１】図１０（Ａ）のＹ軸のラインセンサの撮像信号ＳＹの一例を示す図である。
【符号の説明】
１…露光光源、３…照明光学系、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、４…テストレチクル、５…評価用基板、６…レチクルステージ、１２…ウエハステージ、２１Ａ，２１Ｂ…レチクルアライメント顕微鏡（ＲＡ顕微鏡）、２８Ａ，２８Ｂ…高速フレーム転送カメラ、２９…フレームメモリ、３０…画像処理系、３６ｊ，３７ｊ…評価用マーク、３８ｉ…区画領域、３９ｊ，４０ｊ…評価用マーク、５２Ｘ，５２Ｙ…ラインセンサ

Claims

第１ステージに保持された第１物体及び投影光学系を介した露光ビームで、第２ステージに保持された第２物体を露光した状態で、前記第１ステージと前記第２ステージとを同期して走査して、前記第２物体を走査露光する際の動的特性の評価を行うための走査露光特性の評価方法であって、
前記第１ステージに配置され、かつ走査方向に配列される複数の第１マークのうち２つの第１マークと、前記第２ステージに配置された第１基準マーク及び第２基準マークとを用いて、前記第１ステージの座標系と前記第２ステージの座標系との対応関係を求める第１工程と、
前記第１ステージを走査するのと同期して、前記第２ステージを走査した状態で、前記露光ビームと実質的に同じ波長域の照明光のもとで、前記投影光学系に関して静止した計測位置で、前記複数の第１マークと、前記走査方向に配列され、かつ前記第１基準マーク及び前記第２基準マークとは別に、前記複数の第１マークに対応して前記第２ステージに配置された複数の第２マークとの２次元的な位置関係を前記投影光学系を介して順次計測する第２工程と、
前記第２工程での計測結果を用いて、前記第１ステージと前記第２ステージとを同期して走査する際の所定の動的特性を求める第３工程とを有することを特徴とする走査露光特性の評価方法。
前記第１及び第２マークは、それぞれ前記第１及び第２ステージに走査方向に沿って２列で配列され、
前記第２工程で、前記投影光学系に関して静止した２箇所の計測位置で、２列の前記第１及び第２マークの２次元的な位置関係を走査方向に順次計測することを特徴とする請求項１に記載の走査露光特性の評価方法。
前記露光ビームはパルス光であり、前記照明光は前記露光ビームよりも発光周波数の低いパルス光であることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査露光特性の評価方法。
前記照明光はパルス光であり、
前記第２工程で、前記第１ステージと前記第２ステージとを同期して走査する時間は０．０５〜０．５ｓｅｃであり、前記第１マークと前記第２マークとの２次元的な位置関係を毎秒１００回以上の頻度で計測することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の走査露光特性の評価方法。
前記第２工程で、前記第１マークと前記第２マークとの走査方向の位置関係と、走査方向に直交する非走査方向の位置関係とを互いに異なる１次元の撮像素子を用いて計測することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の走査露光特性の評価方法。
前記第３工程で求める動的特性は、前記第１ステージ及び前記第２ステージの走査方向の前記投影光学系を介して計測される交差角、及び前記投影光学系による像のダイナミック・ディストーションの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の走査露光特性の評価方法。
前記第１マークは、アライメントマークと、複数の評価用マークとを含み、
前記第１工程は、前記アライメントマークと、前記第１及び第２基準マークと用いて、前記第１ステージの座標系と前記第２ステージの座標系との対応関係を求め、
前記第２工程は、複数の前記評価用マークと複数の前記第２マークとの２次元的な位置関係を前記投影光学系を介して順次計測することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の走査露光特性の評価方法。
第１ステージに保持された第１物体及び投影光学系を介した露光ビームで、第２ステージに保持された第２物体を露光した状態で、前記第１ステージと前記第２ステージとを同期して走査して、前記第２物体を走査露光する露光装置において、
前記第１ステージに配置され、かつ走査方向に配列される複数の第１マークのうち２つの第１マークと、前記第２ステージに配置された第１基準マーク及び第２基準マークとの位置ずれ量を求めるアライメント制御部と、
前記複数の第１マークと、走査方向に配列され、かつ前記第１基準マーク及び前記第２基準マークとは別に、前記複数の第１マークに対応して前記第２ステージに配置された複数の第２マークとを前記投影光学系を介して前記露光ビームと実質的に同じ波長域の照明光で照明するマーク照明系と、
前記投影光学系に関して静止した位置で、複数の前記第１及び第２マークを前記投影光学系を介して順次撮像する２次元の撮像装置と、
前記第１ステージと前記第２ステージとを同期して走査している期間に、所定周期で前記撮像装置からの一連の２つのマークの画像情報を逐次記憶する記憶装置と、
前記記憶装置に記憶されている画像情報を用いて、前記第１ステージと前記第２ステージとを同期して走査する際の所定の動的特性を求める演算装置とを有することを特徴とする露光装置。
前記撮像装置は、走査方向に直交する非走査方向に離れた２箇所の計測位置でそれぞれ複数の前記第１及び第２マークを順次撮像するために２組設けられることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
前記露光ビームはパルス光であり、前記マーク照明系は、前記露光ビームよりも発光周波数が低いパルス光を前記照明光として用いることを特徴とする請求項８又は９に記載の露光装置。
前記マーク照明系は、前記露光ビームから間引いて前記照明光を得る変調装置を含むことを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
前記照明光はパルス光であり、
前記撮像装置は、フレーム転送レートが１００フレーム／ｓｅｃ以上の撮像装置であることを特徴とする請求項８〜１１の何れか一項に記載の露光装置。
前記撮像装置は、２つのマークの走査方向の強度分布を検出する第１の１次元の撮像素子と、前記２つのマークの走査方向に直交する非走査方向の強度分布を検出する第２の１次元の撮像素子とを含むことを特徴とする請求項８〜１２の何れか一項に記載の露光装置。
複数の前記第１マークは、
前記第１及び第２基準マークとの位置ずれを求めるためのアライメントマークと、前記第１ステージと前記第２ステージとを同期して走査している間に、複数の前記第２マークとともに撮像される複数の評価用マークとを含むことを特徴とする請求項８〜１３の何れか一項に記載の露光装置。