JP4683232B2 - 像面計測方法、露光方法及びデバイス製造方法、並びに露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、像面計測方法、露光方法及びデバイス製造方法、並びに露光装置に係り、更に詳しくは、所定の走査方向に移動可能なマスクステージ上に搭載されたマスクに形成されたパターンの像が投影光学系によって形成される走査像面を計測する像面計測方法、該像面計測方法を含む露光方法及び該露光方法を用いるデバイス製造方法、並びに前記露光方法の実施に好適な露光装置に関する。

半導体素子（集積回路）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するリソグラフィ工程では、従来、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）などの一括露光型の投影露光装置が主として用いられていたが、半導体素子の高集積化に伴い、近年では、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などの、走査型露光装置が、比較的に多く用いられるようになってきた。

これまでのステッパやスキャナでは、レチクルホルダ（プラテン）に吸着された際の回路パターンが形成されたマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）の変形はレチクルによらず同様であるという前提で、装置の設計が行われていた。

しかるに、この種の投影露光装置の投影光学系においては、限界に近い解像力が求められているため、その解像力を高めるべく投影光学系の開口数（ＮＡ）が大きく設定され、その結果として焦点深度（ＤＯＦ）がかなり浅くなっている。すなわち、近年の投影光学系の高ＮＡ化に伴う狭ＤＯＦ化により、レチクルの変形による結像誤差も次第に無視できなくなってきた。

すなわち、仮にレチクルのパターン面がほぼ一様に投影光学系側に撓むと、像面の平均的な位置も低下するため、投影光学系の光軸方向に関するウエハの目標位置がレチクルのパターン面が撓まないときと同じではデフォーカスが発生する。また、レチクルのパターン面が変形すると、そのパターン面上のパターンの投影光学系の光軸に垂直な方向の位置も変化することがあり、このようなパターンの横ずれはディストーション誤差の要因にもなる。このため、レチクル平坦度のより精密な管理が求められるようになってきている。

レチクルの変形としては、（ａ）自重による撓み、（ｂ）レチクルのガラス基板自体の研磨時の変形、（ｃ）レチクルをレチクルホルダ（プラテン）に強引に吸着保持する際に両者の接触面の平面度の相違により発生する変形等が考えられる。このようなレチクルの変形の状態は、レチクル毎に、更には露光装置のレチクルホルダ毎に異なってくるため、レチクルの変形量を正確に測定するには、レチクルを実際に露光装置のレチクルホルダに吸着保持した状態で測定する必要がある。

そこで、迅速にレチクルの面形状を計測するために、投影光学系の光軸方向に関するウエハの位置を検出するための斜入射方式の焦点位置検出系（ＡＦセンサ）と同様の位置センサをレチクルステージ側にも配置することが考えられる。

この場合、レチクルのパターン面は下面、すなわち投影光学系側の面であることから、その斜入射方式の位置センサは、レチクルステージと投影光学系との間の空間、又はその近傍に配置することとなるが、特に走査型露光装置では、レチクルステージは同期走査のための加減速時に応力を受けても変形しないように、十分な剛性を保つ必要がある。このため、レチクルステージは例えば投影光学系に殆ど接触する限界まで十分な厚さを備えた構成を取る場合が多い。更に、レチクルと投影光学系との間の空間が狭い方が投影光学系の設計は容易であるため、投影光学系が高精度化するにつれて、ますます投影光学系とレチクルとの間の空間は少なくなる傾向にある。従って、レチクル用の位置センサを投影光学系とレチクルとの間に配置するのは困難になっていた。

かかる点に鑑み、レチクル側のステージと投影光学系との間の空間が狭く、その空間にレチクルのパターン面の形状を計測するためのセンサを設置することが困難な場合でも、そのパターン面の形状を計測でき、ひいては良好な結像特性が得られる走査型露光方法及び走査型露光装置が、提案されている（特許文献１、２、３等参照）。

しかるに、特許文献１ないし３に記載の走査型露光方法及び走査型露光装置では、レチクル側の位置センサ（レチクルＡＦセンサ）が必須であり、投影光学系の真上ではないとは言え、投影光学系の近傍に、そのＡＦセンサを配置するための空間が必要であり、これにより投影光学系やレチクルステージの設計自由度が必ずしも十分ではないものとなっている。

特開平１１−４５８４６号公報 特開平１１−２６３４５号公報 米国特許第６，５４９，２７１号明細書

本発明は、上述した事情の下でなされたもので、第１の観点からすると、所定の走査方向に移動可能なマスクステージに搭載されたマスクのパターンの像が投影光学系によって形成される走査像面を計測する像面計測方法であって、少なくとも１つのマークを有するマーク領域が前記走査方向に沿って複数形成されたマスクを前記マスクステージに搭載し、前記マスクステージを前記走査方向に移動させる移動工程と；前記マスクを照明する照明光に対して前記マスクが前記走査方向に移動した位置毎に、前記照明光で照明された前記マーク領域の少なくとも１つのマークの空間像を前記投影光学系を介して形成し、該空間像を空間像計測装置を用いて計測する、空間像計測工程と；前記移動位置毎の前記マークの空間像の計測結果に基づいて、前記走査像面を算出する算出工程と；を含む像面計測方法である。

ここで、「走査像面」は、所定の走査方向に移動可能なマスクステージ上に搭載されたマスクに形成されたパターンの像が投影光学系によって形成される像面を意味する。従って、投影光学系自体の設計残差及び製造誤差による像面湾曲のみでなく、マスクの平坦度誤差（変形による凹凸誤差を含む）や、マスクステージの走査方向位置変化に伴うマスク上下動、並びにピッチング及びローリングにより生じる像面位置の変動をも含む。

これによれば、マスクステージを走査方向に関して移動し、マスク上の、所定のマークが形成されたマーク領域を含む領域を照明光で照明して、前記マーク領域の少なくとも１つのマークの空間像を投影光学系を介して形成し、該空間像を空間像計測装置を用いて計測する。このような空間像の計測を、マスクステージを走査方向に移動して繰り返し行う。そして、移動位置毎の各マークの空間像の計測結果に基づいて、走査像面を算出する。すなわち、マスクのパターン面ではなく、それが投影された走査像面を計測するので、マスク位置計測用のセンサが不要であると共に、マスクと投影光学系との間に、マスク位置計測用のセンサを設置するスペースを確保する必要もない。従って、投影光学系の設計自由度が増大し、高性能な投影光学系が実現可能となる。

この場合において、前記空間像計測工程は、前記マークの前記空間像の前記投影光学系の光軸方向に関する位置情報を計測する工程と、前記マークの前記空間像の前記投影光学系の光軸に垂直な面内の方向に関する位置情報を計測する工程と、を含むこととすることができる。

本発明は、第２の観点からすると、マスクが載置されたマスクステージと物体とを同期して照明光に対して移動し、前記マスクに形成されたパターンを前記物体上に転写する露光方法であって、本発明の像面計測方法により、前記マスクに形成されたパターンの像が投影光学系によって形成される走査像面を計測する工程と；前記パターンの転写時に、前記走査像面の計測結果に基づいて、前記走査像面と前記物体の表面とを近づけるように補正する工程と；を含む露光方法である。

これによれば、本発明の像面計測方法により、マスクに形成されたパターンの像が投影光学系によって形成される走査像面が計測され、マスクに形成されたパターンの転写時に、前記走査像面の計測結果に基づいて、走査像面と物体の表面とを近づけるように補正がなされる。従って、デフォーカスのない状態で前記パターンが投影光学系を介して物体上に転写される。従って、微細なパターンを物体上に精度良く転写することが可能となる。

本発明は、第３の観点からすると、マスクと物体とを所定の走査方向に同期移動し、前記マスクに形成されたパターンを前記物体上に転写する露光装置であって、少なくとも１つのマークを有するマーク領域が前記走査方向に沿って複数形成されたマスクを保持して少なくとも前記走査方向に移動可能なマスクステージと；前記マスクステージを照明光で照明する照明系と；前記マスクに形成されたパターンを投影する投影光学系と；前記投影光学系により形成される投影像を計測する空間像計測装置と；前記物体を保持して移動する物体ステージと；前記照明系からの照明光に対して前記マスクが前記走査方向に移動した位置毎に、前記照明光で照明された前記マーク領域の少なくとも１つのマークの空間像を前記投影光学系を介して形成し、該空間像を前記空間像計測装置を用いて計測する、計測制御装置と；前記移動位置毎の前記マークの空間像の計測結果に基づいて、前記マスクに形成されたパターンの像が前記投影光学系によって形成される走査像面を算出する算出装置と；を備える露光装置である。

これによれば、計測制御装置は、マスクステージを走査方向に移動し、マスク上の、所定のマークが形成されたマーク領域を含む領域を照明系からの照明光で照明して、前記マーク領域内の少なくとも１つのマークの空間像を投影光学系を介して形成し、該空間像を空間像計測装置を用いて計測する。このような空間像の計測が、計測制御装置により、マスクステージを走査方向に関して移動しながら繰り返し行われる。そして、算出装置により、移動位置毎の各マークの空間像の計測結果に基づいて、マスクに形成されたパターンの像が投影光学系によって形成される走査像面が算出される。すなわち、マスクのパターン面ではなく走査像面を計測するので、マスク位置計測用のセンサなどが不要になるとともに、マスクと投影光学系との間、及びマスクステージの近傍に、マスク位置計測用のセンサの設置スペースを確保する必要がなくなる。従って、投影光学系の設計自由度が増大し、高性能な投影光学系が実現可能となり、結果的に、高性能な投影光学系により、高精度なパターンの転写を実現することが可能となる。

また、リソグラフィ工程において、本発明の露光方法を用いて、物体上にパターンを転写することにより、より高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができる。従って、本発明は、更に別の観点からすると、本発明の露光方法を用いるデバイス製造方法であるとも言える。

本発明の一実施形態に係る露光装置１０の概略的な構成を示す図である。 図１のレチクルマーク板を示す平面図である。 図１のウエハステージ近傍を拡大し、Ｚチルトステージの駆動装置とともに示す図である。 図１の空間像計測装置の内部構成を示す図である。 空間像の計測に際してスリット板上に空間像ＰＭｙ’が形成された状態を示す図である。 上記の空間像計測の際に得られる光電変換信号（光強度信号）の一例を示す線図である。 一実施形態の露光装置でレチクルＲのパターン面の走査像面の計測動作を含む、露光動作に関する主制御装置５０内部のＣＰＵの処理アルゴリズムを示すフローチャートである。 図６のサブルーチン２１０の具体例を示すフローチャートである。 図６のサブルーチン２１２の具体例を示すフローチャートである。 レチクルＲを示す平面図である。 図９のレチクル上のマーク領域を拡大して示す図である。 一実施形態に係る走査像面の算出方法を説明するための図である。 走査像面の別の算出方法を説明するための図である。 本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。 図１３のステップ５０４の詳細を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る露光装置１０の概略的な構成が示されている。この露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる。）である。

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

前記光源１４としては、ここでは、一例として、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）又はＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）などのレーザ光をパルス発光するエキシマレーザ光源が用いられているものとする。この光源１４は、実際には、上記環境制御チャンバが設置されるクリーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルーム等に設置され、不図示の送光光学系を介して環境制御チャンバ内部の照明光学系１２に接続されている。光源１４は、ワークステーション（又はマイクロコンピュータ）から成る主制御装置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、繰り返し周波数などが制御される。

前記照明光学系１２は、ビーム整形光学系１８、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ２２、照明系開口絞り板２４、リレー光学系２８Ａ，２８Ｂ、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及びコンデンサレンズ３２等を備えている。なお、オプティカルインテグレータとしては、ロッド型（内面反射型）インテグレータや、回折光学素子などを用いることもできる。

前記ビーム整形光学系１８内には、光源１４でパルス発光されたレーザビームＬＢの断面形状を、該レーザビームＬＢの光路後方に設けられたフライアイレンズ２２に効率良く入射するように整形するための、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダ（いずれも図示省略）等が含まれている。

前記フライアイレンズ２２は、ビーム整形光学系１８から出たレーザビームＬＢの光路上に配置され、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために多数の点光源（光源像）からなる面光源、即ち２次光源を形成する。この２次光源から射出されるレーザビームＬＢを本明細書においては、「照明光ＩＬ」とも呼ぶものとする。

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、例えば通常の円形開口より成る開口絞り、輪帯照明用の開口絞り及び変形光源法用の開口絞り等が配置されている。この照明系開口絞り板２４は、主制御装置５０により制御されるモータ等の駆動装置４０により回転されるようになっており、これによりいずれかの開口絞りが照明光ＩＬの光路上に選択的に設定される。このようにして、本実施形態では、輪帯照明、変形照明等、各種照明条件を実現できる。

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、更にこの後方の光路上に、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又はその近傍に配置され、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ＩＡＲ（図１参照）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の近傍に走査露光時の走査方向（ここでは図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）及び非走査方向（Ｘ軸方向）にそれぞれ対応する方向の位置及び幅が可変な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。この可動レチクルブラインド３０Ｂは、例えば一対のＬ字型ブレードを有し、この一対のＬ字型ブレードによって前記開口が形成される。走査露光の開始時及び終了時にその可動レチクルブラインド３０Ｂを介して照明領域ＩＡＲを更に制限することによって、不要な部分の露光が防止されるようになっている。また、本実施形態では、可動レチクルブラインド３０Ｂは、後述する空間像計測の際の照明領域の設定にも用いられる。

一方、照明光学系１２内のビームスプリッタ２６で反射された照明光ＩＬの光路上には、集光レンズ４４、及び遠紫外域で感度が良く、かつ光源１４のパルス発光を検出するために高い応答周波数を有するＰＩＮ型フォトダイオード等の受光素子から成るインテグレータセンサ４６が配置されている。

このようにして構成された照明系の作用を簡単に説明すると、光源１４からパルス発光されたレーザビームＬＢは、ビーム整形光学系１８に入射し、ここで後方のフライアイレンズ２２に効率よく入射するようにその断面形状が整形された後、フライアイレンズ２２に入射する。これにより、フライアイレンズ２２の射出側焦点面（本実施形態では、照明光学系１２の瞳面にほぼ一致）に２次光源が形成される。この２次光源から射出された照明光ＩＬは、照明系開口絞り板２４上のいずれかの開口絞りを通過した後、透過率が大きく反射率が小さなビームスプリッタ２６に至る。このビームスプリッタ２６を透過した照明光ＩＬは、第１リレーレンズ２８Ａを経て固定レチクルブラインド３０Ａの矩形の開口部及び可動レチクルブラインド３０Ｂの開口を通過した後、第２リレーレンズ２８Ｂを通過してミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ３２を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上における、前述の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は、集光レンズ４４を介してインテグレータセンサ４６で受光され、インテグレータセンサ４６の光電変換信号が、不図示のホールド回路、例えばピークホールド回路及びＡ／Ｄ変換器を有する信号処理装置８０を介して主制御装置５０に供給される。

前記レチクルステージＲＳＴ上には、不図示のプラテン部が設けられ、該プラテン部にレチクルＲが、例えば真空吸着（又は静電吸着）により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系５６Ｒにより、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で２次元的に（Ｘ軸方向及びこれに直交するＹ軸方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）に）微少駆動可能であるとともに、レチクルベースＲＢＳ上をＹ軸方向に指定された走査速度で駆動可能となっている。なお、レチクルＲのプラテン部への固定に際しては、レチクルステージＲＳＴの走査に際し加わる加速度によるレチクルＲの位置ずれを防止するために、レチクルＲをレチクルステージＲＳＴに押し付ける機械的なクランプ機構を併用することも可能である。

レチクルステージＲＳＴのレチクルＲの＋Ｙ側には、下面（以下、「基準面」と呼ぶ）の平面度の良好なガラス基板よりなる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Ｘ軸方向に延設されている。このレチクルマーク板ＲＦＭは、レチクルＲと同材質のガラス素材、例えば合成石英やホタル石、フッ化リチウムその他のフッ化物結晶などから成り、レチクルステージＲＳＴに固定されている。レチクルマーク板ＲＦＭの基準面は、設計上でレチクルＲのパターン面と同じ高さに設定され、かつ前述のスリット状の照明領域ＩＡＲとほぼ同一の大きさであり、その基準面には投影光学系ＰＬのディストーション、像面湾曲等の結像特性を計測するための結像特性評価マーク（以下、単に「評価マーク」と記述する。）が形成されている。

図２は、レチクルマーク板ＲＦＭを示す平面図であり、この図２において、レチクルマーク板ＲＦＭの基準面（下面、図２における紙面奥側の面）には例えばＸ軸方向に所定間隔で２列の評価マークＦＲＭ_1,1,…，ＦＲＭ_1,5,ＦＲＭ_2,1,…，ＦＲＭ_2,5が形成されている。これらの評価マークＦＲＭ_1,1,…，ＦＲＭ_1,5,ＦＲＭ_2,1,…，ＦＲＭ_2,5のそれぞれとしては、ここでは十字マークが用いられているが、これに限らず、例えば配列方向が直交する２つのライン・アンド・スペースパターンにより形成されていても良い。また、配列についても、基準面の全体にほぼ均等に分布していれば良い。

本実施形態では、レチクルマーク板ＲＦＭを使用することによって、実露光用のレチクルＲをテストレチクルに変えることなく効率的に投影光学系ＰＬの結像特性が評価できるように構成されている。本実施形態では、更にそのレチクルマーク板ＲＦＭの基準面の投影光学系ＰＬによる投影像面を後述のレチクルＲのパターン面の走査像面の基準として使用する。

図１に戻り、レチクルステージＲＳＴには、レチクルＲ及びレチクルマーク板ＲＦＭの下方に、照明光ＩＬの通路となる開口がそれぞれ形成されている。また、レチクルベースＲＢＳの投影光学系ＰＬのほぼ真上の部分には、照明光ＩＬの通路となる、照明領域ＩＡＲより大きな長方形の開口が形成されている。

レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）５４Ｒからのレーザビームを反射する移動鏡５２Ｒが固定されており、レチクルステージＲＳＴのＸＹ面内の位置はレチクル干渉計５４Ｒによって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクルステージＲＳＴ上には走査露光時の走査方向（Ｙ軸方向）に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向（Ｘ軸方向）に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、これらの移動鏡に対応してレチクルＹ干渉計とレチクルＸ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡５２Ｒ、レチクル干渉計５４Ｒとして示されている。なお、例えば、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡５２Ｒの反射面に相当）を形成しても良い。また、レチクルステージＲＳＴの走査方向（本実施形態ではＹ軸方向）の位置検出に用いられるＸ軸方向に伸びた反射面の代わりに、少なくとも１つのコーナーキューブ型ミラー（例えばレトロリフレクタなど）を用いても良い。ここで、レチクルＸ干渉計とレチクルＹ干渉計の一方、例えばレチクルＹ干渉計は、測長軸を２軸有する２軸干渉計であり、このレチクルＹ干渉計の計測値に基づきレチクルステージＲＳＴのＹ位置に加え、Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）も計測できるようになっている。

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に送られるようになっている。ステージ制御装置７０は、主制御装置５０の指示に応じてレチクルステージ駆動系５６Ｒを介してレチクルステージＲＳＴの移動を制御する。

前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされ、ここでは両側テレセントリックな縮小系であり、光軸ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメントを含む屈折光学系が使用されている。この投影光学系ＰＬの投影倍率は、例えば１／４、１／５等となっている。このため、照明光学系１２からの照明光ＩＬによってレチクルＲ上のスリット状照明領域ＩＡＲが照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してそのスリット状照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（部分縮小像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲと共役な露光領域ＩＡに形成される。

投影光学系ＰＬの複数のレンズエレメントのうち、その一部の複数枚のレンズエレメント（以下、「可動レンズ」と呼ぶ。）は、不図示の駆動素子（例えばピエゾ素子など）によって光軸ＡＸ方向及びＸＹ面に対する傾斜方向に微小駆動可能に構成されている。各駆動素子の駆動電圧（駆動素子の駆動量）が主制御装置５０からの指令に応じて結像特性補正コントローラ７８により制御され、これによって、投影光学系ＰＬの結像特性、例えば、像面湾曲、ディストーション、倍率、球面収差、非点収差及びコマ収差などが補正されるようになっている。

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

前記ＸＹステージ４２は、ウエハベース１６の上面の上方に不図示のエアベアリングによって例えば数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持され、ウエハステージ駆動系５６Ｗを構成する不図示のリニアモータ等によって走査方向であるＹ軸方向及びこれに直交するＸ軸方向に２次元駆動可能に構成されている。このＸＹステージ４２上にＺチルトステージ３８が搭載され、該Ｚチルトステージ３８上にウエハホルダ２５が載置されている。このウエハホルダ２５によって、ウエハＷが真空吸着（又は静電吸着）などによって保持されている。

Ｚチルトステージ３８は、図３に示されように、３つのＺ位置駆動系２７（但し、紙面奥側のＺ位置駆動系２７は不図示）によってＸＹステージ４２上に３点で支持されている。各Ｚ位置駆動系２７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軸方向）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）２１と、Ｚチルトステージ３８のＺ位置駆動系２７による各支持点のアクチュエータ２１によるＺ軸方向の駆動量（基準位置からの変位）を検出するエンコーダ２３とを含んで構成されている。ここで各エンコーダ２３としては、例えば光学式又は静電容量式等のリニアエンコーダが使用されている。本実施形態では、上記３つのＺ位置駆動系２７をそれぞれ構成する３つのアクチュエータ２１によってＺチルトステージ３８を、光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）及び光軸に直交する面（ＸＹ面）に対する傾斜方向、すなわちＸ軸回りの回転方向であるθｘ方向、Ｙ軸回りの回転方向であるθｙ方向に駆動する駆動装置が構成されている。また、各エンコーダ２３で計測されるＺチルトステージ３８のそれぞれのＺ位置駆動系２７による各支持点のＺ軸方向の駆動量（基準点からの変位量）は、ステージ制御装置７０及びこれを介して主制御装置５０に供給され、主制御装置５０では、Ｚチルトステージ３８のＺ軸方向の位置及びレベリング量（θｘ回転量、θｙ回転量）を算出するようになっている。なお、図１では、ＸＹステージ４２を駆動するリニアモータ等、及び３つのＺ位置駆動系２７を含めてウエハステージ駆動系５６Ｗとして示されている。

前記Ｚチルトステージ３８上には、ウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）５４Ｗからのレーザビームを反射する移動鏡５２Ｗが固定され、外部に配置されたウエハ干渉計５４Ｗにより、Ｚチルトステージ３８（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ面内の位置が例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。

ここで、実際には、Ｚチルトステージ３８上には、走査露光時の走査方向であるＹ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向であるＸ軸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レーザ干渉計とＹレーザ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡５２Ｗ、ウエハ干渉計５４Ｗとして示されている。なお、例えば、Ｚチルトステージ３８の端面を鏡面加工して反射面（移動鏡５２Ｗの反射面に相当）を形成しても良い。また、Ｘレーザ干渉計及びＹレーザ干渉計は測長軸を複数有する多軸干渉計であり、Ｚチルトステージ３８のＸ、Ｙ位置の他、回転（ヨーイング（Ｚ軸回りの回転であるθｚ回転）、ピッチング（Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転）、ローリング（Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転））も計測可能となっている。従って、以下の説明ではウエハ干渉計５４Ｗによって、Ｚチルトステージ３８のＸ、Ｙ、θｚ、θｙ、θｘの５自由度方向の位置が計測されるものとする。また、多軸干渉計は４５°傾いてＺチルトステージ３８に設置される反射面を介して、投影光学系ＰＬが載置される架台（不図示）に設置される反射面にレーザビームを照射し、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ軸方向）に関する相対位置情報を検出するようにしても良い。

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

また、Ｚチルトステージ３８の内部には、投影光学系ＰＬの光学特性の計測に用いられる空間像計測装置５９（図１参照）の一部を構成する光学系の一部が配置されている。この空間像計測装置５９は、図４に示されるように、Ｚチルトステージ３８に設けられたステージ内構成部分、すなわちスリット板９０、レンズ８４、８６から成るリレー光学系、光路折り曲げ用のミラー８８及び送光レンズ８７と、ウエハステージＷＳＴ外部に設けられたステージ外構成部分、すなわちミラー９６、受光レンズ８９及び光センサ１２４等とを備えている。

これを更に詳述すると、スリット板９０は、図４に示されるように、ウエハステージＷＳＴの一端部上面に設けられた上部が開口した突設部５８に対し、その開口を塞ぐ状態で上方から嵌め込まれている。このスリット板９０は、平面視（上方から見て）長方形の受光ガラス８２の上面に遮光膜を兼ねる反射膜８３が形成され、その反射膜８３の一部にスリット状の開口パターン(以下、「スリット」と呼ぶ)１２２がパターンニングにより形成されている。なお、実際には、スリット板９０には、図５（Ａ）に示されるように、Ｙ軸方向に伸びる所定幅２Ｄ（２Ｄは例えば０．１５μｍ（１５０ｎｍ））のスリット１２２ｙと、Ｘ軸方向に伸びる所定幅２Ｄのスリット１２２ｘとが、その図４（Ａ）に示されるような位置関係で形成されているが、図３ではこれらのスリット１２２ｘ，１２２ｙが代表的にスリット１２２として示されている。スリット１２２ｘ、１２２ｙの長さは、ともに、例えば１６μｍ〜２５μｍ程度である。以下では、スリット１２２ｘ、１２２ｙを適宜スリット１２２と総称する。ここで、スリット板９０は、後述するアライメント系のベースライン計測に用いられる基準マークその他の基準マークが形成される基準マーク板及び後述する多点焦点位置検出系のセンサ間キャリブレーションを行うための基準反射板の少なくとも一方を兼ねても良い。勿論、スリット板９０とは、別に基準マーク板を設けても良いことは勿論である。

前記受光ガラス８２の素材としては、ここでは、ＫｒＦエキシマレーザ光、あるいはＡｒＦエキシマレーザ光の透過性の良い、合成石英、あるいはホタル石などが用いられる。

スリット１２２下方のＺチルトステージ３８内部には、スリット１２２を介して鉛直下向きに入射した照明光ＩＬの光路を水平に折り曲げるミラー８８を介在させてレンズ８４，８６から成るリレー光学系（８４、８６）が配置され、このリレー光学系（８４、８６）の光路後方のウエハステージＷＳＴの＋Ｙ側の側壁に、リレー光学系（８４、８６）によって所定光路長分だけリレーされた照明光束をウエハステージＷＳＴの外部に送光する送光レンズ８７が固定されている。

送光レンズ８７によってウエハステージＷＳＴの外部に送り出される照明光ＩＬの光路上には、Ｘ軸方向に所定長さを有するミラー９６が傾斜角４５°で斜設されている。このミラー９６によって、ウエハステージＷＳＴの外部に送り出された照明光ＩＬの光路が鉛直上方に向けて９０°折り曲げられる。この折り曲げられた光路上に送光レンズ８７に比べて大径の受光レンズ８９が配置されている。この受光レンズ８９の上方には、光センサ１２４が配置されている。これら受光レンズ８９及び光センサ１２４は、所定の位置関係を保ってケース９２内に収納され、該ケース９２は取付け部材９３を介してベース１６の上面に植設された支柱９７の上端部近傍に固定されている。

前記光センサ１２４としては、微弱な光を精度良く検出することが可能な光電変換素子（受光素子）、例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ（ＰＭＴ、光電子増倍管）などが用いられる。光センサ１２４からの光電変換信号Ｐは、図１の信号処理装置８０を介して主制御装置５０に送られるようになっている。なお、信号処理装置８０は、例えば増幅器、サンプルホルダ、Ａ／Ｄコンバータ（通常１６ビットの分解能のものが用いられる）などを含んで構成することができる。

なお、前述の如く、スリット１２２は反射膜８３に形成されているが、以下においては、便宜上スリット板９０にスリット１２２が形成されているものとして説明を行う。

上述のようにして構成された空間像計測装置５９によると、後述する、投影光学系ＰＬを介してのレチクルＲ上又はレチクルマーク板ＲＦＭ上の各種マークの投影像（空間像）の計測の際に、投影光学系ＰＬを透過してきた照明光ＩＬによって空間像計測装置５９のスリット板９０が照明されると、そのスリット板９０上のスリット１２２を透過した照明光ＩＬがレンズ８４、ミラー８８、レンズ８６及び送光レンズ８７を介してウエハステージＷＳＴの外部に導き出される。そして、そのウエハステージＷＳＴの外部に導き出された照明光ＩＬは、ミラー９６によって光路が鉛直上方に折り曲げられ、受光レンズ８９を介して光センサ１２４によって受光され、該光センサ１２４からその受光量に応じた光電変換信号（光量信号）Ｐが信号処理装置８０を介して主制御装置５０に出力される。

本実施形態の場合、評価マーク又は計測マークの投影像（空間像）の計測はスリットスキャン方式により行われるので、その際には、送光レンズ８７が、受光レンズ８９及び光センサ１２４に対して移動することになる。そこで、空間像計測装置５９では、所定の範囲内で移動する送光レンズ８７を介した光がすべて受光レンズ８９に入射するように、各レンズ、及びミラー９６の大きさが設定されている。

このように、空間像計測装置５９では、スリット板９０、レンズ８４、８６、ミラー８８、及び送光レンズ８７により、スリット１２２を介した照明光ＩＬをウエハステージＷＳＴ外に導出する光導出部が構成され、受光レンズ８９及び光センサ１２４によって、ウエハステージＷＳＴ外へ導出された光を受光する受光部が構成されている。この場合、これら光導出部と受光部とは、機械的に分離されている。そして、空間像計測に際してのみ、光導出部と受光部とは、ミラー９６を介して光学的に接続される。

すなわち、空間像計測装置５９では、光センサ１２４がウエハステージＷＳＴの外部の所定位置に設けられているため、光センサ１２４の発熱がウエハ干渉計５４Ｗの計測精度等に与える悪影響を可能な範囲で抑制するようにしている。また、ウエハステージＷＳＴの外部と内部とをライトガイド等により接続していないので、ウエハステージＷＳＴの外部と内部とがライトガイドにより接続された場合のようにウエハステージＷＳＴの駆動精度が悪影響を受けることがない。

勿論、熱の影響等を無視、あるいは排除できるような場合には、光センサ１２４をウエハステージＷＳＴの内部に設けても良い。なお、空間像計測装置５９を用いて行われる空間像計測方法などについては、後に詳述する。

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

更に、本実施形態の露光装置１０では、図１に示されるように、主制御装置５０によってオンオフが制御される光源を有し、投影光学系ＰＬの結像面に向けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射系６０ａと、それらの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する受光系６０ｂとから成る物体位置計測機構としての斜入射方式の多点焦点位置検出系が設けられている。なお、本実施形態の多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）と同様の多点焦点位置検出系の詳細な構成は、例えば特開平６−２８３４０３号公報及びこれに対応する米国特許第５，４４８，３３２号等に開示されている。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

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

さらに、図１では図示が省略されているが、本実施形態の露光装置１０では、レチクルＲの上方に、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマークとこれに対応する基準マーク板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）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Ｘ軸方向に所定距離隔てて設けられている。これらのレチクルアライメント検出系としては、例えば特開平７−１７６４６８号公報及びこれに対応する米国特許第５，６４６，４１３号などに開示されるものと同様の構成のものが用いられる。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

また、さらに、図示は省略されているが、Ｚチルトステージ３８には、例えば国際公開第２００３／０６５４２８号パンフレットなどに開示される、シャック−ハルトマン（Shack-Hartman）方式の波面収差計測器が、設置可能である。

次に、空間像計測装置５９を用いた、水平方向のスリットスキャン（以下、適宜「水平スキャン」と呼ぶ）による空間像計測について簡単に説明する。

図４には、空間像計測装置５９を用いて、レチクルＲ１に形成された計測マークＰＭｙの空間像が計測されている最中の状態が示されている。この図４におけるレチクルＲ１は、空間像計測専用のテストレチクル、デバイスの製造に用いられるデバイスレチクルであって、専用の計測マークが形成されたレチクル、あるいは、前述のレチクルマーク板ＲＦＭなどの空間像計測に用いられるマークが形成された部材を、代表的に示すものである。

ここで、レチクルＲ１には、所定の箇所に、Ｘ軸方向を長手方向とする計測マークＰＭｙと、Ｙ軸方向を長手方向とする計測マークＰＭｘとが形成されているものとする。ここで、計測マークＰＭｙ及び計測マークＰＭｘは、それぞれＸ軸方向又はＹ軸方向に周期性を有するマークであっても良く、例えばデューティ比が１：１のラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）マークであっても良い。また、計測マークＰＭｙと計測マークＰＭｘとは、近接して配置されていても良い。

例えば、計測マークＰＭｙの空間像の計測にあたり、主制御装置５０により、図１に示される可動レチクルブラインド３０Ｂが不図示のブラインド駆動装置を介して駆動され、照明光ＩＬの照明領域が計測マークＰＭｙ部分を含む所定領域に制限される（図４参照）。この状態で、主制御装置５０により光源１４の発光が開始され、照明光ＩＬが計測マークＰＭｙに照射されると、計測マークＰＭｙによって回折、散乱した光（照明光ＩＬ）は投影光学系ＰＬにより屈折され、該投影光学系ＰＬの像面に計測マークＰＭｙの空間像（投影像）が形成される。このとき、ウエハステージＷＳＴは、図５（Ａ）に示されるように、スリット板９０上のスリット１２２ｙの＋Ｙ側（又は−Ｙ側）に計測マークＰＭｙの空間像ＰＭｙ’が形成される位置に設定されているものとする。

そして、主制御装置５０の指示の下、ステージ制御装置７０により、ウエハステージＷＳＴが図５（Ａ）中に矢印Ｆｙで示されるように＋Ｙ方向に駆動されると、スリット１２２ｙが空間像ＰＭｙ’に対してＹ軸方向に走査される。この走査中に、スリット１２２ｙを通過する光（照明光ＩＬ）がウエハステージＷＳＴ内の受光光学系、ウエハステージＷＳＴ外部の反射ミラー９６及び受光レンズ８９を介して光センサ１２４で受光され、その光電変換信号Ｐが図１に示される信号処理装置８０に供給される。信号処理装置８０では、その光電変換信号に所定の処理を施して、空間像ＰＭｙ’に対応する光強度信号を主制御装置５０に供給する。なお、この際、信号処理装置８０では、光源１４からの照明光ＩＬの発光強度のばらつきによる影響を抑えるために、図１に示されるインテグレータセンサ４６の信号により光センサ１２４からの信号を、例えば除算処理により規格化した信号を主制御装置５０に供給するようになっている。主制御装置５０では、前記走査駆動中に信号処理装置８０を介して入力される光センサ１２４からの出力信号と、ステージ制御装置７０を介して入力されるＺチルトステージ３８のＹ軸方向の位置（Ｙ位置）の情報とを、所定のサンプリング間隔で、同時に取り込むことで、投影像（空間像）の強度信号（空間像プロファイル）を取得する。

図５（Ｂ）には、上記の空間像計測の際に得られる投影像（空間像）の強度信号Ｐの一例が示されている。

計測マークＰＭｘの空間像を計測する場合には、ウエハステージＷＳＴを、スリット板９０上のスリット１２２ｘの＋Ｘ側（又は−Ｘ側）に計測マークＰＭｘの空間像が形成される位置に設定して、ウエハステージＷＳＴを図５（Ａ）中に矢印Ｆｘで示されるように＋Ｘ方向に駆動して上記と同様のスリットスキャン方式による計測を行うことにより、計測マークＰＭｘの空間像に対応する強度信号を得ることができる。

次に、本実施形態の露光装置１０で上述したレチクルＲのパターン面の走査像面の計測動作を含む、露光動作の一例を、主制御装置５０内部のＣＰＵの処理アルゴリズムを示す図６のフローチャートに基づいて説明する。

前提として、多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）の各検出点における面位置情報を検出する複数のセンサ（フォトディテクタ）相互間の出力のキャリブレーションは終了しており、各センサが出力する面位置情報は、それぞれ正確であるものとする。また、Ｚチルトステージ３８には、前述のシャック−ハルトマン（Shack-Hartman）方式の波面収差計測器が設置されているものとする。

まず、図６のステップ２０２で、ＲＡＭ内の所定領域に格納されているデータに基づいて、投影光学系ＰＬの結像特性のキャリブレーション（いわゆるレンズキャリブレーション）を行うかどうか判断する。ここで、オペレータが、レンズキャリブレーションを実行する旨の命令を不図示の入力装置を介して入力していた場合には、上記のＲＡＭ内の所定の領域にレンズキャリブレーション実行命令のデータが格納されており、上記命令を入力していない場合には、そのレンズキャリブレーション実行命令のデータは格納されていない。オペレータは、通常、投影光学系ＰＬの結像特性の安定性により、必要に応じてレンズキャリブレーションの実行を指示する。

そして、このステップ２０２における判断が肯定された場合には、ステップ２０４の投影光学系の波面収差計測処理のサブルーチンに移行する。このステップ２０４のサブルーチンでは、例えば国際公開第２００３／０６５４２８号パンフレットなどに詳細に開示されるような手順で、波面収差計測用のピンホールレチクル及び前述の波面収差計測器を用いて、投影光学系ＰＬの波面収差の計測を、投影光学系ＰＬの視野内の有効領域（ここでは、照明領域ＩＡＲとほぼ対応する領域であるものとする）内の所定数の計測点（評価点）について行う。このステップ２０４の処理により、評価点毎の波面を展開したフリンジツェルニケ多項式の各項の係数（例えば第１項から第３７項までの係数）が得られる。

次のステップ２０６では、上記ステップ２０４で取得したフリンジツェルニケ多項式の各項の係数に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差が、全ての評価点で最小となるような前述の各可動レンズの各自由度方向の駆動量の指令値を算出して結像特性補正コントローラ７８に与える。これにより、結像特性補正コントローラ７８によって上記指令値に対応する各駆動素子の駆動電圧が算出され、その算出された駆動電圧で各駆動素子が駆動されることで、投影光学系の結像特性の較正（レンズキャリブレーション）が行われる。

一方、上記ステップ２０２における判断が否定された場合、又は上述のレンズキャリブレーションが終了した場合には、ステップ２０８に移行して、レチクル交換（レチクルがレチクルステージＲＳＴ上に搭載されていない場合は、レチクルを単にロード）する。ここでは、実際に回路パターンの露光に用いられるレチクル（レチクルＲとする）を図１のレチクルステージＲＳＴ上のバキュームチャックが設けられた不図示のプラテン上に吸着保持する。

ここで、レチクルＲについて説明する。図９には、このレチクルＲの平面図が示されている。このレチクルＲには、パターン領域ＰＡを区画するクロムなどの金属膜からなる矩形枠状の遮光帯ＥＳＢが形成されている。そして、遮光帯ＥＳＢの周囲全体に渡って、１００〜５００μｍ角（ウエハ上換算値で２５〜１２５μｍ角）程度のマーク領域ＭＲ₁〜ＭＲ₉、ＭＬ₁〜ＭＬ₉、ＭＵ₁〜ＭＵ₅、ＭＤ₁〜ＭＤ₅が形成されている。遮光帯ＥＳＢは、レチクル上で１〜６ｍｍ、例えば１．４ｍｍ（ウエハ上換算値で３５０μｍ）の幅を有し、該遮光帯ＥＳＢで区画されるパターン領域ＰＡのサイズは、レチクルＲの外形が１５０ｍｍ角程度である場合には、最大で１００ｍｍ×１３２ｍｍ（ウエハ上換算値で２５ｍｍ×３３ｍｍ）程度である。

また、このレチクルＲ上の中心（レチクルセンタ）を通る非走査方向の直線状のレチクルセンタに関して左右対称となる位置には、一対のレチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２がそれぞれ形成されている。

図９に示されるように、前記遮光帯ＥＳＢの走査方向（Ｙ軸方向）に平行な一対の第１の対向辺にそれぞれ沿ってかつ遮光帯ＥＳＢの外側に９対のマーク領域ＭＲ₁，ＭＬ₁、ＭＲ₂，ＭＬ₂、……、ＭＲ₉，ＭＬ₉が、前記パターン領域ＰＡの中心を通る走査方向の軸に関して対称に配置されている。各マーク領域は、パターン領域ＰＡから所定距離、例えば遮光帯の幅程度（例えばレチクル上で１〜６ｍｍ程度）以上離れていることが望ましい。これは、露光の際に、遮光帯のＹ軸方向に平行な一対の対向辺に、各ブレードのエッジが掛かるように、可動レチクルブラインド３０Ｂの開口の非走査方向の幅を調整することで、マーク領域に照明光ＩＬを照射することなく、パターン領域ＰＡに照明光ＩＬを照射できるようにするためである。

また、遮光帯ＥＳＢの非走査方向（Ｘ軸方向）に平行な一対の第２の対向辺にそれぞれ沿ってかつ遮光帯ＥＳＢの外側に５対のマーク領域ＭＤ₁，ＭＵ₁、ＭＤ₂，ＭＵ₂、……、ＭＤ₅，ＭＵ₅が、パターン領域ＰＡの中心を通る非走査方向の軸（及び走査方向の軸）に関して対称に配置されている。各マーク領域は、パターン領域ＰＡから所定距離、例えば遮光帯ＥＳＢの幅程度（例えばレチクル上で１〜６ｍｍ程度）以上離れていることが望ましい。この場合、マーク領域ＭＤ₁，ＭＵ₁、ＭＤ₂，ＭＵ₂、……、ＭＤ₅，ＭＵ₅は、レチクルＲにペリクルを取り付けたときに、そのペリクルフレームから２ｍｍ以上離れた位置に配置されるようにすることが望ましい。

前記マーク領域、ＭＲ₁〜ＭＲ₉、ＭＬ₁〜ＭＬ₉、ＭＤ₁〜ＭＤ₅、ＭＵ₁〜ＭＵ₅のそれぞれには、図１０に示されるように、Ｘ軸方向を周期方向とするフォーカス計測マークＭｘ₁及び像位置計測マークＭｘ₂、並びにＹ軸方向を周期方向とするフォーカス計測マークＭｙ₁及び像位置計測マークＭｙ₂が、それぞれ形成されている。

また、上述の各マーク領域の周辺は、計測時の迷光防止のためレチクル上で１〜６ｍｍ程度、例えば１．４ｍｍ（ウエハ上換算で３５０μｍ）の幅のクロムなどの遮光パターン（遮光膜）で囲まれていることが好ましい。

本実施形態では、各フォーカス計測マークＭｘ₁，Ｍｙ₁としては、一例として、２９ラインの線幅０．８μｍ（ウエハ上換算値で０．２μｍ）のデューティ比１：１のＬ／Ｓマークが用いられ、各像位置計測マークＭｘ₂、Ｍｙ₂としては、５ラインの線幅４．０μｍ（ウエハ上の換算値で１．０μｍ）のデューティ比１：１のＬ／Ｓマークが用いられている。本実施形態では、像位置計測マークは線幅の太いＬ／Ｓマークになっているが、フォーカス計測マークを像位置計測マークとして兼用することも可能である。

図６の説明に戻り、上記ステップ２０８のレチクル交換後、ステップ２１０の基準像面の計測処理を行うサブルーチンに移行する。

ここで、前提として評価マークＦＲＭ_1,1、ＦＲＭ_1,2、…、ＦＲＭ_1,5、ＦＲＭ_2,5、ＦＲＭ_2,4、…、ＦＲＭ_2,1の順番で、レチクルマーク板ＲＦＭ上の１０個の評価マークそれぞれの空間像計測が行われるように、予め計測順序が定められているものとする。

このサブルーチン２１０では、まず、図７のステップ３０１において、評価マークの計測の順番を示す第１カウンタのカウント値ｋを１に初期化する（ｋ←１）。

次のステップ３０２では、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を駆動し、レチクルマーク板ＲＦＭを投影光学系ＰＬの有効視野（前述した照明領域ＩＡＲとほぼ一致）内に位置決めする。

次のステップ３０４では、可動レチクルブラインド３０Ｂを不図示のブラインド駆動装置を介して駆動し、第ｋ番目の評価マーク（ここでは第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1）を含む一部領域に照明光ＩＬの照射領域を制限する。

次のステップ３０６では、スリット板９０表面の高さ位置、すなわちＺ軸方向の位置（以下、「Ｚ位置」と略述する）が所定の初期位置になるように、Ｚチルトステージ３８のＺ位置をステージ制御装置７０を介して調整する。この場合の「初期位置」としては、例えば、露光装置の立ち上げ時や、以前検出したベストフォーカス位置が装置の初期化等により消去された場合などには、デフォルト設定のＺ位置（高さ位置）、例えば前述のエンコーダ２３の中立位置（原点位置）を採用し、前回行われたベストフォーカス位置の検出結果のデータ（多点焦点位置検出系の計測値）が、消去されることなく、主制御装置５０内のメモリ等に記憶されている場合には、その検出結果のデータであるベストフォーカス位置を採用するものとする。

次のステップ３０８では、第ｋ番目の評価マーク（ここでは第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1）について、先に計測マークＰＭｘに関して説明したのと同様のＸ軸方向の水平スキャンによる空間像計測を行い、第ｋ番目の評価マーク（ここでは第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1）の投影像（空間像）の横軸をＸ位置とする強度信号（空間像プロファイル）を取得する。

次のステップ３１０では、第ｋ番目の評価マーク（ここでは第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1）について、先に計測マークＰＭｙに関して説明したのと同様のＹ軸方向の水平方向スキャンによる空間像計測を行い、第ｋ番目の評価マーク（ここでは第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1）の投影像（空間像）の横軸をＹ位置とする強度信号（空間像プロファイル）を取得する。

次のステップ３１２では、所定数（ここでは、１５とする）のステップについて、スリット板９０のＺ位置を変更して、空間像計測を行ったか否かを判断する。ここでは、スリット板９０の初期位置について空間像計測を行ったのみなので、このステップ３１２における判断は否定され、ステップ３１４に移行して、スリット板９０のＺ位置を所定の手順に従って変更した後、ステップ３０８に戻る。

ここで、上記ステップ３１４におけるスリット板９０のＺ位置の設定及び変更は、多点焦点位置検出系（６０ａ,６０ｂ）によってそのｋ番目（ここでは第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1）の像の近傍の検出点での出力に基づいて行われる。そして、スリット板９０のＺ位置の設定及び変更の順序は、任意で良い。

なお、高ＮＡの投影光学系を使用する露光装置においては、例えばウエハ上換算値で線幅０．２μｍ以下の細い線幅の評価マーク（又は計測マーク）を用いる計測に際しては、焦点深度が狭いため、上記Δｚ（ステップ・ピッチ）の値をあまり大きくとると、例えば第１回目の変更の段階で、スリット板９０（スリット１２２ｘ、１２２ｙ）のＺ位置が、焦点深度の範囲外になる（ベストフォーカス位置を通り越してしまう）ことも考えられるので、ある程度小さい値、例えば０．０１μｍ〜０．０５μｍ程度の値とすることが望ましい。

その後、ステップ３１２における判断が肯定されるまで、ステップ３０８→３１０→３１２→３１４→３０８のループの処理を繰り返す。

このようにして、ステップ３１２における判断が肯定されると、ステップ３１６に移行するが、このとき、第ｋ番目の評価マーク（ここでは第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1）について、１５ステップのＺ位置について、Ｚ位置毎に、Ｘ軸方向水平スキャンによる空間像の強度信号（空間像プロファイル）、Ｙ軸方向スキャンによる空間像の強度信号（空間像プロファイル）が得られている。

ステップ３１６では、第ｋ番目の評価マーク（ここでは第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1）についての合計３０個の空間像の強度信号に基づいて、その第ｋ番目の評価マーク（ここでは第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1）のベストフォーカス位置を、次のａ．〜ｃ．のようにして算出する。
ａ．スリット板９０のＺ位置（光軸方向位置）毎に得た１５個のＸ軸方向の水平スキャンによる強度信号のコントラスト値をそれぞれ算出し、それらのコントラスト値を最小自乗法により関数フィッティングしてコントラストカーブ（コントラストとフォーカス位置との関係）を得、そのコントラストカーブのピーク点に基づいて、第ｋ番目の評価マーク（ここでは第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1）をＸマークとして扱った場合のベストフォーカス位置Ｚ_kx（コントラストを最大とするフォーカス位置）を算出する。
ｂ．同様に、スリット板９０のＺ位置（光軸方向位置）毎に得た１５個のＹ軸方向の水平スキャンによる強度信号のコントラスト値をそれぞれ算出し、それらのコントラスト値を最小自乗法により関数フィッティングしてコントラストカーブを得、そのコントラストカーブのピーク点に基づいて、第ｋ番目の評価マーク（ここでは第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1）をＹマークとして扱った場合のベストフォーカス位置Ｚ_kyを算出する。
ｃ．次に、上記のベストフォーカス位置Ｚ_kx、Ｚ_kyの平均値（Ｚ_kx＋Ｚ_ky）／２を、第ｋ番目の評価マーク（ここでは第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1）が形成されたレチクルマーク板ＲＦＭの基準面上の点のベストフォーカス位置（最良結像面位置）Ｚbest_kとする。勿論、このＺbest_kは、その第ｋ番目の評価マーク（ここでは第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1）の像の最近傍の検出点における検出対象物表面のＺ位置を検出する多点焦点位置検出系（６０ａ,６０ｂ）のセンサの計測値（すなわち設定されている検出原点からのオフセット値）である。

ところで、Ｚ軸方向の計測位置が上記の１５位置に限られるわけではなく、他の任意の数であっても良いことは言うまでもない。

なお、露光装置が使用される露光工程によっては、長手方向がＸ軸方向及びＹ軸方向のいずれかと平行であるパターンが特に重要となる場合もある。従って、上記のベストフォーカス位置Ｚbest_kの算出のための、Ｚ_kxとＺ_kyの上記平均化処理に際しては、重要な方向のパターンにおけるベストフォーカス位置に重みを付けて平均化処理を行うこともできる。

次のステップ３１８では、全ての評価マークについて処理が終了したか否かを判断する。ここでは、第１番目の評価マークＦＲＭ_1,1についての処理が終了したのみなので、ここでの判断は否定され、ステップ３２０に移行して、第１カウンタのカウント値ｋを１インクリメント（ｋ←ｋ＋１）した後、ステップ３０４に戻り、以降、ステップ３１８における判断が肯定されるまで、上述のステップ３０４以下の処理を繰り返す。

これにより、第２番目〜第１０番目の評価マークＦＲＭ_1,2、ＦＲＭ_1,3、…、ＦＲＭ_1,5、ＦＲＭ_2,5、ＦＲＭ_2,4、…、ＦＲＭ_2,1のそれぞれについて、１５段階のＺ位置について、Ｘ軸方向の水平スキャン及びＹ軸方向の水平スキャンよる空間像の計測（投影像（空間像）の強度信号（空間像プロファイル）の取得）、並びに各評価マークが形成されたレチクルマーク板ＲＦＭの基準面上の点（評価点）のベストフォーカス位置Ｚbest₂〜Ｚbest₁₀の算出が行われる。

そして、ステップ３１８における判断が肯定されると、ステップ３２２に進んで、最小自乗法による近似曲面（又は近似平面）を算出することで、基準像面、すなわちレチクルマーク板ＲＦＭの基準面の投影光学系ＰＬによる投影像面を算出した後、このサブルーチンの処理を終了してメインルーチンのステップ２１２にリターンする。

ステップ２１２では、レチクルＲのパターンの像が投影光学系ＰＬによって形成される走査像面を計測するサブルーチンの処理を行う。ここで、走査像面とは、スキャンに伴って順次移動するレチクルパターン面内の「局所領域」が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ側に投影された像面の軌跡の如き面に相当し、レチクルＲの平坦度誤差（変形による凹凸を含む）や、レチクルステージＲＳＴの走査方向位置変化に伴うレチクルＲ上下動並びにピッチング及びローリングにより生じる像面位置の変動をも含む。

このステップ２１２のサブルーチンの一例が、図８に示されている。

ここで、前提としてマーク領域ＭＵ₃、ＭＲ₁、ＭＬ₁、ＭＬ₂、ＭＲ₂、ＭＲ₃、ＭＬ₃、……、ＭＲ₉、ＭＬ₉、ＭＤ₃の順番で、レチクルＲ上の２０個のマーク領域それぞれの計測マークの空間像計測が行われるように、予め計測順序が定められているものとする。

このサブルーチン２１２では、まず、図８のステップ４０２で、空間像計測の対象となるマーク領域の番号を示す第２カウンタのカウント値ｍを１に初期化する（ｍ←１）。

次のステップ４０４では、前述の第２カウンタのカウント値ｍに基づいて、第ｍ番目のマーク領域（ここでは第１番目のマーク領域ＭＵ₃）が、投影光学系ＰＬの視野内の走査方向の中央に位置するように、レチクルステージＲＳＴを駆動する。なお、このステップ４０４におけるレチクルステージＲＳＴの位置調整は、例えば、前述した一対のレチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２を、前述の一対のレチクルアライメント検出系を用いて、同時に検出し、この検出結果に基づいて行うこととすることができる。

次のステップ４０６では、不図示のブラインド駆動装置を介して可動レチクルブラインド３０Ｂを駆動し、その第ｍ番目のマーク領域（ここでは第１番目のマーク領域ＭＵ₃）近傍にのみ照明光ＩＬの照射領域が制限されるように、可動レチクルブラインド３０Ｂの開口を設定する。

次のステップ４０８では、前述したステップ３０６と同様にして、スリット板９０表面のＺ位置が所定の初期位置になるように、Ｚチルトステージ３８のＺ位置をステージ制御装置７０を介して調整する。

次のステップ４１０では、前述したステップ３０８と同様のＸ軸方向の水平スキャンにより、第ｍ番目のマーク領域（ここでは第１番目のマーク領域ＭＵ₃）内のフォーカス計測マークＭｘ₁、像位置計測マークＭｘ₂の空間像計測を行い、フォーカス計測マークＭｘ₁、像位置計測マークＭｘ₂の投影像（空間像）の強度信号（空間像プロファイル）を取得する。

次のステップ４１２では、前述したステップ３１０と同様のＹ軸方向の水平スキャンにより、第ｍ番目のマーク領域（ここでは第１番目のマーク領域ＭＵ₃）内のフォーカス計測マークＭｙ₁、像位置計測マークＭｙ₂の空間像計測を行い、フォーカス計測マークＭｙ₁、像位置計測マークＭｙ₂の投影像（空間像）の強度信号（空間像プロファイル）を取得する。

次のステップ４１４では、上記ステップ４１０、４１２でそれぞれ取得した像位置計測マークＭｘ₂、Ｍｙ₂の投影像（空間像）の強度信号（空間像プロファイル）に基づいて、像位置計測マークＭｘ₂の投影位置（Ｘ位置）、像位置計測マークＭｙ₂の投影位置（Ｙ位置）をそれぞれ検出する。この場合、例えば、像位置計測マークＭｘ₂の空間像プロファイル（この空間像プロファイルは、山形になる）と、所定のスライスレベルとの２交点の中点の計測方向の座標位置（Ｘ位置）を、像位置計測マークＭｘ₂の投影位置とすることができる。像位置計測マークＭｙ₂についても同様である。

次のステップ４１６では、予め定めたステップ数（ここでは、１５とする）、スリット板９０のＺ位置を変更して空間像計測を行ったか否かを判断する。ここでは、スリット板９０の初期位置について空間像計測を行ったのみなので、このステップ４１６における判断は否定され、ステップ４１８に移行して、前述したステップ３１４と同様にして、スリット板１９０のＺ位置を所定の手順に従って変更した後、ステップ４１０に戻り、以降、ステップ４１６における判断が肯定されるまで、ステップ４１０→４１２→４１４→４１６→４１８→４１０のループの処理を繰り返す。

これにより、第ｍ番目のマーク領域（ここでは第１番目のマーク領域ＭＵ₃）について、１５ステップのＺ位置について、Ｚ位置毎に、フォーカス計測マークＭｘ₁及び像位置計測マークＭｘ₂の空間像の強度信号（空間像プロファイル）、並びにフォーカス計測マークＭｙ₁及び像位置計測マークＭｙ₂の空間像の強度信号（空間像プロファイル）が得られるとともに、像位置計測マークＭｘ₂の投影位置、像位置計測マークＭｙ₂の投影位置が算出される。

一方、ステップ４１６の判断が肯定された場合には、ステップ４２０に進んで、前述のステップ３１６と同様の手順で、フォーカス計測マークＭｘ₁、Ｍｙ₁についてのベストフォーカス位置をそれぞれ算出し、その２つのベストフォーカス位置の算出結果の平均値を、そのｍ番目のマーク領域が形成されたレチクルＲのパターン面上の点のベストフォーカス位置（最良結像面位置）としてメモリに記憶する。

また、ステップ４２０において、フォーカス計測マークＭｘ₁、Ｍｙ₁それぞれのベストフォーカス位置と同一のＺ位置における像位置計測マークＭｘ₂、Ｍｙ₂の投影位置を、そのｍ番目のマーク領域内の像位置計測マークＭｘ₂、Ｍｙ₂の投影位置として、メモリに記憶する。

次のステップ４２２では、予定数（ここでは２０個）のマーク領域について処理が終了したか否か判断する。ここでは、第１番目のマーク領域ＭＵ₃の処理が終了したのみなので、このステップ４２２における判断は否定され、ステップ４２４に移行して、カウント値ｍを１インクリメント（ｍ←ｍ＋１）した後、ステップ４０４に戻り、以降ステップ４２２における判断が肯定されるまで、上記ステップ４０４以下の処理を繰り返す。

これにより、第２番目〜第２０番目のマーク領域ＭＲ₁、ＭＬ₁、ＭＬ₂、ＭＲ₂、ＭＲ₃、ＭＬ₃、……、ＭＲ₉、ＭＬ₉、ＭＤ₃それぞれの内部の、各４つの計測マークの空間像の計測が行われ、投影像（空間像）の強度信号（空間像プロファイル）が取得されるとともに、それぞれのマーク領域が形成されたレチクルＲのパターン面上の点のベストフォーカス位置（最良結像面位置）と、像位置計測マークＭｘ₂の投影位置（Ｘ位置）及び像位置計測マークＭｙ₂の投影位置（Ｙ位置）が、メモリ内に記憶される。

一方、ステップ４２２における判断が肯定されると、ステップ４２６に進み、次のようにしてレチクルＲのパターン面の走査像面を算出する（推定する）。

ステップ４２２における判断が肯定された段階では、レチクルステージＲＳＴ上に搭載されたレチクルＲに形成されたパターンの像が投影光学系ＰＬによって形成される走査像面上の２０箇所の評価点、すなわち、図１１に示される、評価点Ｕ₃、Ｌ₁〜Ｌ₉、Ｒ₁〜Ｒ₉、及びＤ₃のＺ位置情報、すなわち、マーク領域ＭＵ₃、ＭＬ₁〜ＭＬ₉、ＭＲ₁〜ＭＲ₉及びＭＤ₃に対応するパターン面上の点のベストフォーカス位置の計測結果Ｚ（Ｕ₃）、Ｚ（Ｌ₁）〜Ｚ（Ｌ₉）、Ｚ（Ｒ₁）〜Ｚ（Ｒ₉）及びＺ（Ｄ₃）がメモリ内に記憶されている。

そこで、これらの計測結果Ｚ（Ｕ₃）、Ｚ（Ｌ₁）〜Ｚ（Ｌ₉）、Ｚ（Ｒ₁）〜Ｚ（Ｒ₉）及びＺ（Ｄ₃）を用いて、以下のようにして、走査像面全体の形状を関数を用いて表す。

図１１では、Ｙ軸方向に９組の評価点（計測点）（Ｌ₁，Ｕ₃，Ｒ₁）、（Ｌ₂，Ｒ₂）、……、（Ｌ₉，Ｄ₃，Ｒ₉）がある。９組の評価点のうち、相互に対を成す評価点のＹ座標は同一であり、これらのＹ座標をＹ１〜Ｙ９とする。

第１組目のベストフォーカス位置の計測結果Ｚ（Ｌ₁）、Ｚ（Ｕ₃）、Ｚ（Ｒ₁）を通る２次曲線はＺ＝ａ₁・Ｘ²＋ｂ₁・Ｘ＋ｃ₁で表される。ここで、マーク領域ＭＵ₃は、厳密に言うと、マーク領域ＭＲ₁、ＭＬ₁とはＹ座標値は異なるが、マーク領域ＭＵ₃のベストフォーカス位置Ｚ（Ｕ₃）は、マーク領域ＭＲ₁、ＭＬ₁を結ぶ線分の中点のベストフォーカス位置とほぼ一致するとみなしても特に支障は無いと思われるので、第１組目に含めている。

第２組目のベストフォーカス位置計測結果Ｚ（Ｌ₂）、Ｚ（Ｒ₂）を通る２次曲線はＺ＝ａ₂・Ｘ²＋ｂ₂・Ｘ＋ｃ₂で表される。

同様に、第ｊ組目（ｊ＝３〜８）について、ベストフォーカス位置の計測結果Ｚ（Ｌ_j）、Ｚ（Ｒ_j）を通る２次曲線はＺ＝ａ_j・Ｘ²＋ｂ_j・Ｘ＋ｃ_jで表される。

また、第９組目のベストフォーカス位置の計測結果Ｚ（Ｌ₉）、Ｚ（Ｄ₃）、Ｚ（Ｒ₉）を通る２次曲線はＺ＝ａ₉・Ｘ²＋ｂ₉・Ｘ＋ｃ₉で表される。ここで、Ｚ（Ｄ₃）は、前述のＺ（Ｕ₃）と同様の理由により第９組目に含めている。

このように９つの２次曲線を計算する。このとき２次の係数はＹ１，Ｙ９でのみ計測可能なので、その間はＹ座標に応じた重み付けを行い、補完する。このようにすると、例えばＹ２における曲線は次式（１）で表される。

すなわち、２次の係数は補完で求めｂ₂、ｃ₂は計測値Ｚ（Ｌ₂）、Ｚ（Ｒ₂）を通ることから計算する。

さらに、計測した評価点の間のＹ座標の２次曲線はＹ座標に応じて係数ａ、ｂ、ｃを補完する。例えば、Ｙ１とＹ２の間では曲線は次式（２）のように表される。

このようにＹ座標に応じて補間曲線を計算することにより、走査像面全体の形状をレチクルＲ内のＸ，Ｙ座標位置、すなわちレチクルステージＲＳＴのＸ，Ｙ座標位置に対する関数として、表現することができる。

なお、このステップ４２６において、マーク領域マーク領域ＭＵ₃、ＭＬ₁〜ＭＬ₉、ＭＲ₁〜ＭＲ₉及びＭＤ₃それぞれの像位置計測マークＭｘ₂、Ｍｙ₂の投影位置と、各像位置計測マークの設計値とに基づいて、ディストーション分布を算出することもできる。

ステップ４２６において、上述のようにして、走査像面を算出した後、ステップ２１２のサブルーチンの処理を終了して、図６のメインルーチンのステップ２１４にリターンする。

ステップ２１４では、ステップ２１０で計測した基準像面に対するステップ２１２で求めた走査像面の差分を算出するとともに、その算出結果に基づいてレチクルＲのパターン面のレチクルマーク板ＲＦＭの基準面に対する差分に起因して生じる結像特性、例えば像面湾曲のレチクルＲのＹ軸方向位置（Ｙ座標）に応じた補正量を計算する。走査露光方式では照明領域ＩＡＲ（露光領域ＩＡ）がスリット状であるため、レチクルステージＲＳＴの走査方向の位置（Ｙ座標）に応じて補正量を変えることにより、より細かい補正が可能となる。

次のステップ２１６では、上記ステップ２１４で算出した補正量が所定の閾値より大きいか否かを判断する。このステップ２１６における判断が肯定される場合とは、結像特性を可能な限り補正しても残留誤差が大きすぎる場合（すなわちエラー状態）であり、その原因としては、異物がレチクルステージＲＳＴのプラテンとレチクルとの間に挟まれた場合やレチクルの製造誤差が大きい場合等が考えられる。従って、このステップ２１６における判断が肯定された場合には、ステップ２２４に移行して異物挟み込みなどのエラーメッセージを不図示のディスプレイの画面上に表示するとともにアラーム音を発するなどしてオペレータに警報を発した後、ステップ２２６で運転を停止する（本ルーチンの一連の処理を強制終了する）。

一方、ステップ２１６における判断が否定された場合には、レチクルＲのパターン面のレチクルマーク板ＲＦＭの基準面に対する差分に起因して生じる、走査像面を基準像面に近づける補正を含む結像特性の補正後に露光が可能なのでステップ２１８に進み、半導体素子の回路パターンをウエハ上に焼き付けるための露光動作に入る。すなわち、例えば１ロットのウエハを順次Ｚチルトステージ３８上にロードして、各ウエハのショット領域に対して走査露光を行う。この走査露光中に、上記ステップ２１４で求めておいた結像特性の補正量に基づいて、レチクルステージＲＳＴのＹ座標に応じて結像特性補正コントローラ７８を介して可動レンズを駆動して走査像面を基準像面に近づける補正を行うとともに、多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）の出力に基づいてステージ制御装置７０及びウエハステージ駆動系５６Ｗを介してＺチルトステージ３８を駆動して、その補正後の走査像面にウエハＷの表面を近づけるように、理想的には一致するように補正する（すなわち、前述のフォーカス・レベリング制御を実行する）。

なお、上述の可動レンズを駆動して走査像面を基準平面に近づける補正、例えば像面湾曲の補正は、走査露光中に常時行うことは必須ではなく、例えば走査露光に先立って行うものとすることもできる。この場合、可動レンズの駆動によりフォーカス位置が変化する場合には、主制御装置５０は、発生するフォーカス位置の変化量ΔＺ’を走査露光前に算出しておき、走査露光中は、−ΔＺ’だけ変化させたフォーカス位置の目標値に基づいて、前述のフォーカス・レベリング制御を実行することとしても良い。これによって、レチクルＲのパターン面の撓みによる像面湾曲、及びデフォーカスが補正されて、ウエハＷの表面が高精度にレチクルＲのパターン面に対する実際の像面に合わせ込まれる。

すなわち、上記ステップ２１８では、非スキャン方向（Ｘ軸方向）の像面変化の一次成分は、Ｚチルトステージ３８のローリング（Ｘ方向チルト）制御で補正され、２次以上の成分は可動レンズの駆動により補正され、スキャン方向（Ｙ軸方向）の像面変化は、Ｚチルトステージ３８のピッチング（Ｙ方向チルト）制御で補正され、像面のオフセット成分は、Ｚチルトステージ３８のＺ軸方向位置の制御（フォーカス制御）によって補正される。

そして、例えば１ロットのウエハへの露光動作が終了すると、ステップ２２０に進み、露光を継続するか否かを判断する。そして、このステップ２２０における判断が肯定された場合には、ステップ２２２に移行して、レチクルを交換するかどうか判断する。

ここで、同一レチクルで続けて露光を行う場合は、走査像面を再び測定する必要はないので、ステップ２１８に戻り、上述と同様の露光動作を行う。一方、レチクルを交換する場合は、ステップ２０２に戻り、以降、上述したステップ２０２以下の処理を繰り返す。

この一方、ステップ２２０における判断が否定された場合には、本ルーチンの一連の処理を終了する。

これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、主制御装置５０、より具体的にはＣＰＵとソフトウェアプログラムとによって、計測制御装置、算出装置、物体位置設定機構、非常時警報装置が実現されている。すなわち、ＣＰＵが行う、ステップ４０２〜４２４及びステップ３０１〜３２０の処理によって計測制御装置が実現され、ＣＰＵが行う、ステップ３２２、４２６の処理によって算出装置が実現されている。また、ＣＰＵが行う、ステップ２１８の処理によって物体位置設定機構が実現され、ＣＰＵが行う、ステップ２１６、２２４、２２６の処理によって非常時警報装置が実現されている。また、結像特性補正コントローラ７８と、主制御装置５０のＣＰＵが行うステップ２１８の処理により補正装置が実現されている。

以上説明したように、本実施形態の露光装置１０によると、計測制御装置としての主制御装置５０は、図８のステップ４０２〜４２４において、レチクルステージＲＳＴを走査方向に関して移動し、レチクルＲ上の、マーク領域を含む領域を照明系（１２，１４）からの照明光ＩＬで照明して、前記マーク領域内に存在するフォーカスマーク、像位置計測マークの空間像を投影光学系ＰＬを介して形成し、該空間像を空間像計測装置５９を用いて計測する。このような空間像の計測が、主制御装置５０により、レチクルステージＲＳＴを走査方向に関して移動しながら繰り返し行われる。そして、算出装置としての主制御装置５０によって、図８のステップ４２６において、前記移動位置毎の前記マークの空間像の計測結果に基づいて、レチクルＲに形成されたパターンの像が投影光学系ＰＬによって形成される走査像面が算出される。本実施形態の場合、レチクルのパターン面そのものではなく、上記の走査像面を検出するので、レチクル（マスク）位置計測用のセンサなどが不要である。従って、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間に、レチクル（マスク）位置計測用のセンサの設置スペースを確保する必要がなくなり、投影光学系ＰＬの設計自由度が増大し、高性能な投影光学系ＰＬが実現可能となる。結果的に、高性能な投影光学系ＰＬにより、高精度なパターンの転写が実現される。

なお、本実施形態の露光装置１０のようなスキャナの場合には、レチクルステージＲＳＴの位置に依存して生じる静的変形（レチクルステージＲＳＴの走査方向位置変化に伴うＺ位置、傾きの変動であって、動的変動ではなく、レチクルステージＲＳＴの走査方向位置に応じて決まりかつ再現される静的な変形）も、実質的に走査像面の変形となる。本実施形態では、吸着面起因のみでなく、このようなレチクルステージ起因の走査像面の変形をも補正する。

なお、上記実施形態では、説明の簡略化のため、基準像面に対する走査像面の補正、すなわち投影光学系ＰＬの光軸方向に関する結像特性の補正を行うものとし、そのような補正についてのみ説明したが、本発明がこれに限定されないことは勿論である。前述した如く、図８のステップ４２０において、フォーカス計測マークＭｘ₁、Ｍｙ₁それぞれのベストフォーカス位置と同一のＺ位置における像位置計測マークＭｘ₂、Ｍｙ₂の投影位置を、計測対象であるｍ番目のマーク領域内の像位置計測マークＭｘ₂、Ｍｙ₂の投影位置として、メモリに記憶しているので、主制御装置５０は、レチクルＲが交換される度に、その直前のレチクルＲについて計測された対応するマーク領域内の対応するマーク同士の投影位置の差に基づいて、直前に露光に用いられたレチクルと露光に用いられるレチクルとの変形状態の差などに起因するディストーション誤差及びディストーション誤差分布を求め、これを補正するようにしても良い。

この場合において、主制御装置５０は、前述した結像特性補正コントローラ７８を介して投影光学系ＰＬの一部の可動レンズを駆動することで、非スキャン方向（Ｘ軸方向）に関するディストーション成分、並びにＸ軸方向及びＹ軸方向の倍率成分を補正する。また、主制御装置５０は、スキャン同期制御時のＹ軸方向に関するレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴの相対速度の調整と、両ステージ間のヨーイングの相対角速度調整などにより、スキャン方向（Ｙ軸方向）に関するディストーション成分を補正する。

なお、上記実施形態では、結像特性補正コントローラ７８により、投影光学系ＰＬの一部の複数枚の可動レンズのＺ位置及び傾斜が調整される場合について説明したが、これに限らず、結像特性補正コントローラ７８は、一部のレンズエレメント相互間に形成される気密室内部の気体の圧力を調整する、あるいは光源１４から出力される照明光ＩＬの中心波長をシフトさせるようにしても良い。

また、上記実施形態では、走査像面を基準像面に近づける補正に加え、その補正後の走査像面にウエハＷの表面を近づける補正を行う場合について説明したが、これに限らず、主制御装置５０が、前述のステップ２１２の処理で計測した走査像面に、ウエハＷの表面を近づける補正、すなわちウエハＷのフォーカス・レベリング制御のみを行うようにしても良い。

また、上記実施形態では、投影光学系の結像特性の較正（レンズキャリブレーション）を、波面収差の計測結果に基づいて行う場合について説明したが、これに限らず、例えば特開２００２−１９８３０３号公報及びこれに対応する米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書などに開示されるように、レチクルマーク板ＲＦＭ上に複数種類の結像特性（収差）計測用のマークを形成しておき、これらのマークの空間像を空間像計測装置５９を用いて、上記公報などに開示される手法でそれぞれ計測し、この計測結果に基づいて投影光学系の結像特性の較正（レンズキャリブレーション）を行うようにしても良い。あるいは、投影光学系の結像特性の較正は、テストレチクルを用いて、ウエハ上に焼き付けを行い、その焼付け結果に基づいて行っても良い。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許出願公開明細書における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

また、上記実施形態において、図６のステップ２１０において基準像面を計測したときに、その基準像面上での多点焦点位置検出系（６０ａ,６０ｂ）の各検出点での検出オフセットを求め、これらのオフセットを考慮して、前述のウエハＷのフォーカス・レベリング制御を行っても良いし、あるいは照射系６０ａからの検出光の入射角、又は受光系６０ｂ内で再結像されるスリット像の位置をそのオフセットを相殺するようにずらしても良い。

また、上記実施形態では、基準像面が、レチクルマーク板ＲＦＭの基準面が投影光学系ＰＬによって投影される面である場合について説明したが、これに限らず、基準像面は、水平面であっても良い。かかる場合には、上述のステップ２１０は省略することができる。

なお、レチクルとして前に使用されたことがあり走査像面の計測データが記憶されているレチクルが使用される場合で、且つその露光プロセスの必要精度があまり高くないような場合には、前述のステップ２１２の走査像面の計測工程を省略してスループットを高めるようにすることも可能である。

また、上記実施形態において、評価マークや計測マークの空間像を計測してベストフォーカス位置を求める際に、複数のＺ位置での水平方向スリットスキャンを行う場合について説明したが、次のようなＺスキャンによる空間像計測を行っても良い。

すなわち、主制御装置５０は、前述の水平スキャンによりそのフォーカス計測用マーク（孤立線）の投影位置を検出し、そのマークの投影像（空間像）の投影中心と、スリット板９０のスリット１２２ｘ（又は１２２ｙ）の中心とのＸ位置（又はＹ位置）が一致するようにＺチルトステージ３８をＸＹ面内で位置決めした状態で、照明系（１２，１４）からの照明光ＩＬによりレチクルステージＲＳＴ上に載置されたレチクルＲのマーク領域を照明しつつ、ステージ制御装置７０及びウエハステージ駆動系５６Ｗを介してＺチルトステージ３８を光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に所定移動範囲内で移動（Ｚスキャン）し、そのＺスキャン中に多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）の出力に基づいて得られるＺチルトステージ３８のＺ軸方向に関する位置データ及び信号処理装置８０を介して入力される光センサ１２４の出力信号の強度データを所定のサンプリング間隔で取得する。このとき、主制御装置５０では、前述した初期位置を移動中心として、多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）の出力をモニタしつつ、前記移動中心を中心とした所定幅の範囲内で移動する。

そして、１又は複数のスライスレベルを用いたスライス法により、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を算出する。ここで、スライス法とは、Ｚスキャン中に得られるスリット透過光強度の変化曲線とスライスレベルとの２つの交点の中点を求め、その中点のＺ位置をベストフォーカス位置とする方法である。なお、例えば、複数のスライスレベルを用いる場合には、スリット透過光強度の変化曲線と各スライスレベルとの各２つの交点間の中点（各２つの交点によって定まる線分の中点）を、それぞれ算出し、その複数の中点の平均値をベストフォーカス位置とすれば良い。なお、Ｚスキャンによりベストフォーカス位置を求める場合は、上述の移動中心の近傍で、センサゲインが適切に調整されていることが必要である。

なお、上記実施形態では、走査像面を複数の２次関数を利用して表現し、その関数を用いて走査像面の形状を算出する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないことは勿論である。例えば、図１２に示されるように、走査像面を複数の１次関数を利用して表現し、その関数を用いて走査像面の形状を算出しても良い。

図１２では、Ｙ軸方向に９組（対）の計測点（Ｌ₁，Ｒ₁）〜（Ｌ₉，Ｒ₉）がある。これらのＹ座標をＹ１〜Ｙ９とする。第１組目のベストフォーカス位置の計測結果Ｚ（Ｌ₁）、Ｚ（Ｒ₁）を通る直線はＺ＝ａ₁・Ｘ＋ｂ₁で表される。第２組目のベストフォーカス位置の計測結果Ｚ（Ｌ₂）、Ｚ（Ｒ₂）を通る直線はＺ＝ａ₂・Ｘ＋ｂ₂で表される。このようにして９つの直線を計算する。その間の直線は、例えばＺ＝ａ₁・Ｘ＋ｂ₁とＺ＝ａ₂・Ｘ＋ｂ₂との間ではＹ座標に応じて係数ａ₁、ｂ₁を補完すれば良い。

すなわち、Ｙ１とＹ２の間では直線は次式（３）のように表される。

このようにＹ座標に応じて補完直線を計算することにより、走査像面全体の形状を関数で表すことができる。この方法は、レチクルＲがねじれるような変形を起こしているときなどには、好適である。

さらに、走査像面を複数の３次以上の高次の関数で表現する場合には、パターン領域ＰＡの走査方向両側に位置するマーク領域のうちの、計測対象とするマーク領域の数（計測点数）を増加させれば良い。

この他、走査像面を、所定個のパラメータを含む任意の関数ｚ＝ｆ（Ｘ，Ｙ）を想定し、上記各（Ｘ，Ｙ）位置でのＺ計測結果に基づいて、例えば最小自乗法などの統計的手法を用いて関数ｆ中の上記各パラメータをフィッティングし、走査像面形状をこの関数ｆにより表わすことも可能である。

例えば、レチクルパターン面内の吸着部分が、レチクル上のＸ軸方向の両端部に配置される場合には、レチクルパターン面自体が、レチクルのＸ軸方向の中心部に沿ってＹ軸方向の伸びる部分を鞍部とする鞍型形状に変形し易いため、関数ｆはこのような鞍型形状を表現し易い関数及びパラメータよりなるものとすることが望ましい。

レチクルパターン面内の吸着部分が、他の形状を有する部分であっても、その吸着面形状に応じた変形の生じ易い形状を表現し易い関数及びパラメータよりなるものを使用することが好ましい。

いずれにしても、走査像面の形状を決定するための関数は、例えば上記の吸着部分形状を想定して、ＦＥＭ（Finite Element Method）シミュレーションにより求めた変形形状を参考にして決定すると良い。あるいは、レチクル平坦度計測結果などを参考にして決定しても良い。

なお、上記実施形態では、基準部材としてレチクルマーク板ＲＦＭを用いる場合について説明したが、これに限らず、吸着面の平坦度が良好なテストレチクルを使用しても良い。かかる場合には、基準像面がそのテストレチクルのパターン面の走査像面となるので、吸着状態をも考慮したより適切な基準像面となる。

なお、上記実施形態において、レチクルＲ上のＸ軸方向両端に形成されたマーク領域を使用して走査像面を計測する時には、可動レチクルブラインド３０Ｂの開口の非走査方向の幅が最大となるように各ブレードを全開にしてこれらのマーク領域に照明光を照射する。一方、ウエハへの回路パターンの露光時には可動レチクルブラインド３０Ｂの開口の非走査方向の幅が遮光帯の幅とほぼ一致するように各ブレードを閉め、マーク領域（計測マーク）への照明光の照射（ウエハへの誤転写）を防止する。

なお、上記実施形態において、レチクルＲ上の計測パターン（計測マーク）は、空間周波数変調型の位相シフトパターン（位相シフトレチクル）であっても良く、ハーフトーン型又はシフター遮光型の位相シフトパターンであっても良い。

また、上記実施形態では、レチクルＲのパターン面上の中心部に回路パターン領域ＰＡが存在し、その周囲にのみ、マーク領域が存在するものとしたが、例えば、レチクル上の回路パターンが複数チップに相当するパターンからなる場合には、各チップに相当する領域の境界部分に、回路パターン以外のパターンを配置することも可能となる場合がある。その場合には、上記境界部分にも前述と同様のマーク領域を配置し、当該マーク領域内の計測マークについてもその像位置（Ｚ位置）の計測を行なうとともに、この結果をも用いて走査像面の推定を行なうこととしても良い。かかる場合には、走査像面の推定の確度を一層向上することができる。

なお、上記境界部分の幅が、前述したマーク領域の大きさ（ウエハ上で６０μｍ角）より小さい場合には、当該境界部分に配置するマーク領域については、その形状を小型化しても良い。なお、小型化の一例として、図１０に示されるマーク領域内の計測マークに代えてＸ軸方向に長手方向を有するパターンのみを有するマーク、Ｙ軸方向に長手方向を有するパターンのみを有するマークのいずれか一方のみを使用することもできる。また、このようなマークが、ウエハ上に転写されても良い場合には、すなわち半導体集積回路上の一部に形成されても良い場合には、計測マークを回路パターン中に配置し、走査像面の推定にこのマークを使用することもできることは言うまでもない。

なお、上記実施形態の露光装置における投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。

また、上記実施形態では、照明光ＩＬとしてＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光を用いる場合について説明したが、これに限らず、波長が１７０ｎｍ以下の光、例えばＦ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ₂レーザ光（波長１４６ｎｍ）等の他の真空紫外光を用いても良い。

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。

また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、近年、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲやプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置にも本発明を好適に適用できる。さらに、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレット及び国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレットなどに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満た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。この場合、投影光学系とウエハ（及び空間像計測装置のスリット板）の間に、水等の液体を満たす機能を装備する。液浸型の露光装置では、投影光学系の開口数ＮＡ（＝結像光束の開き角の正弦×液体の屈折率）が１を超える場合があるため、必要に応じて、空間像計測装置についてもその一部を液体で満たす等により、１以上のＮＡの光束を受光可能な構成とすることが望ましい。また、本発明を液浸型の露光装置に適用する場合、そのウエハ側ワーキングディスタンスが短く、斜入射方式の焦点位置検出系を配置できない場合も生じうる。この場合、焦点位置検出系として、静電容量センサや水圧感知式の位置センサを使用することもできる。

なお、上記実施形態においては、空間像計測装置５９の少なくとも一部は、ウエハＷを載置するＺチルトステージ３８に設けられるものとしたが、空間像計測装置が配置される位置はこれに限られるものではない。

例えば、ウエハＷを載置するＺチルトステージ３８及びウエハステージＷＳＴとは別にウエハベース１６上をＸＹ方向に移動可能な計測用ステージを設け、この計測用ステージに、空間像計測装置の全部又は一部を設けることもできる。この場合には、空間像計測装置５９を省くことによりウエハステージＷＳＴを小型、軽量化でき、ウエハステージＷＳＴの制御性を一層向上させることができるメリットがある。

計測用ステージは、ウエハステージＷＳＴと同様にレーザ干渉計により位置計測され、その計測結果に基づいてＸ軸方向、Ｙ軸方向に高精度に位置制御される。また、Ｚ軸方向についても多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の出力に基づいて高精度に位置制御される。従って、この場合においても、上記実施形態と同様に高精度に走査像面を計測可能であることに変わりはない。

なお、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、光学調整をするとともに、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、上記実施形態の露光装置を製造することができる。なお、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。

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。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。

《デバイス製造方法》
図１３には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートが示されている。図１３に示されるように、まず、ステップ５０１（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ５０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ５０３（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。

次に、ステップ５０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ５０１〜ステップ５０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ５０５（デバイス組立てステップ）において、ステップ５０４で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ５０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。

最後に、ステップ５０６（検査ステップ）において、ステップ５０５で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

図１４には、半導体デバイスにおける、上記ステップ５０４の詳細なフロー例が示されている。図１４において、ステップ５１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ５１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ５１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ５１４（イオン打ち込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ５１１〜ステップ５１４それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ５１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ５１６（露光ステップ）において、上で説明した露光装置及びその露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ５１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステッ５１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ５１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。

これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップ５１６）において上記実施形態の露光装置及びその露光方法が用いられるので、ウエハ上にレチクルのパターンを高精度に転写することができ、結果的に高集積度のマイクロデバイスの生産性（歩留まりを含む）を向上させることが可能となる。

本発明の像面計測方法は、所定の走査方向に移動可能なマスクステージ上に搭載されたマスクに形成されたパターンの像が投影光学系によって形成される走査像面を計測するのに適している。また、本発明の露光方法及び露光装置は物体上にパターンを転写するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。

Claims (30)

1. 所定の走査方向に移動可能なマスクステージに搭載されたマスクのパターンの像が投影光学系によって形成される走査像面を計測する像面計測方法であって、
   少なくとも１つのマークを有するマーク領域が前記走査方向に沿って複数形成されたマスクを前記マスクステージに搭載し、前記マスクステージを前記走査方向に移動させる移動工程と；
   前記マスクを照明する照明光に対して前記マスクが前記走査方向に移動した位置毎に、前記照明光で照明された前記マーク領域の少なくとも１つのマークの空間像を前記投影光学系を介して形成し、該空間像を空間像計測装置を用いて計測する、空間像計測工程と；
   前記移動位置毎の前記マークの空間像の計測結果に基づいて、前記走査像面を算出する算出工程と；を含む像面計測方法。
2. 請求項１に記載の像面計測方法において、
   前記空間像計測工程は、前記マークの前記空間像の前記投影光学系の光軸方向に関する位置情報を計測する工程と、前記マークの前記空間像の前記投影光学系の光軸に垂直な面内の方向に関する位置情報を計測する工程と、を含むことを特徴とする像面計測方法。
3. 請求項１に記載の像面計測方法において、
   前記マスクには、前記マーク領域が、前記パターンが形成されたパターン領域を区画する矩形枠状の遮光帯の内部及び外部の少なくとも一方に、複数設けられていることを特徴とする像面計測方法。
4. 請求項３に記載の像面計測方法において、
   前記マスクには、前記矩形枠状の遮光帯の前記走査方向に平行な一対の対向辺にそれぞれ沿って複数対の前記マーク領域が配置されていることを特徴とする像面計測方法。
5. 請求項４に記載の像面計測方法において、
   前記マスクには、前記矩形枠状の遮光帯の残りの一対の対向辺のそれぞれの近傍に、前記マーク領域が少なくとも各１つ配置されていることを特徴とする像面計測方法。
6. マスクが載置されたマスクステージと物体とを同期して照明光に対して移動し、前記マスクに形成されたパターンを前記物体上に転写する露光方法であって、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の像面計測方法により、前記マスクに形成されたパターンの像が投影光学系によって形成される走査像面を計測する工程と；
   前記パターンの転写時に、前記走査像面の計測結果に基づいて、前記走査像面と前記物体の表面とを近づけるように補正する工程と；を含む露光方法。
7. 請求項６に記載の露光方法において、
   前記マスクには、前記マスク上の前記物体上に転写すべきパターン領域の周囲の前記パターン領域から所定距離以上離れた複数の位置に、前記マーク領域がそれぞれ設けられることを特徴とする露光方法。
8. 請求項７に記載の露光方法において、
   前記パターン領域は、前記走査方向にほぼ平行な一対の第１の対向辺により規定されると共に、前記マーク領域が、前記一対の第１の対向辺の近傍で、かつ前記パターン領域から所定距離以上離れた複数の位置に、それぞれ設けられることを特徴とする露光方法。
9. 請求項８に記載の露光方法において、
   前記パターン領域は、さらに前記走査方向にほぼ直交するする平行な一対の第２の対向辺により規定されると共に、前記マーク領域が、さらに前記第２の対向辺の近傍であって、前記パターン領域から所定距離以上離れた少なくとも１つの位置に、設けられることを特徴とする露光方法。
10. 請求項７に記載の露光方法において、
    前記マスク上の、前記パターン領域と前記マーク領域との間の少なくとも一部に、遮光帯が設けられていることを特徴とする露光方法。
11. 請求項６に記載の露光方法において、
    前記マーク領域は、前記パターン領域中の、前記走査方向に平行な、又は直交する所定の帯状領域上に形成されていることを特徴とする露光方法。
12. 請求項６に記載の露光方法において、
    前記パターンを転写する前記物体の前記表面の位置及び形状の少なくとも一方を、前記転写時に、又は前記転写に先立って計測する物体位置計測工程を、さらに含む露光方法。
13. 請求項６に記載の露光方法において、
    前記パターンの転写時に、前記走査像面の計測結果に基づいて、前記走査像面を既知の基準像面に近づけるように前記走査像面を補正する工程を、さらに含む露光方法。
14. 請求項１３に記載の露光方法において、
    前記基準像面は、平面であることを特徴とする露光方法。
15. 請求項１３に記載の露光方法において、
    前記基準像面は、前記マスクステージ上に存在する基準部材の基準面に形成された複数のマークの前記投影光学系による投影像の形成面であることを特徴とする露光方法。
16. 請求項１５に記載の露光方法において、
    前記補正する工程に先立って、前記マスクステージ上の前記基準部材を照明光で照明して、前記基準部材上の複数のマークの空間像を前記投影光学系を介して形成し、該空間像を空間像計測装置を用いて計測し、該計測結果に基づいて前記基準像面を算出する工程を、更に含む露光方法。
17. 請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記走査像面の計測結果と前記基準像面とに基づいて、前記補正する工程の処理を行うか否かを判定する工程を更に含む露光方法。
18. 請求項６〜１６のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上に前記パターンを転写するリソグラフィ工程を、含むデバイス製造方法。
19. 請求項１７に記載の露光方法を用いて、物体上に前記パターンを転写するリソグラフィ工程を、含むデバイス製造方法。
20. マスクと物体とを所定の走査方向に同期移動し、前記マスクに形成されたパターンを前記物体上に転写する露光装置であって、
    少なくとも１つのマークを有するマーク領域が前記走査方向に沿って複数形成されたマスクを保持して少なくとも前記走査方向に移動可能なマスクステージと；
    前記マスクステージを照明光で照明する照明系と；
    前記マスクに形成されたパターンを投影する投影光学系と；
    前記投影光学系により形成される投影像を計測する空間像計測装置と；
    前記物体を保持して移動する物体ステージと；
    前記照明系からの照明光に対して前記マスクが前記走査方向に移動した位置毎に、前記照明光で照明された前記マーク領域の少なくとも１つのマークの空間像を前記投影光学系を介して形成し、該空間像を前記空間像計測装置を用いて計測する、計測制御装置と；
    前記移動位置毎の前記マークの空間像の計測結果に基づいて、前記マスクに形成されたパターンの像が前記投影光学系によって形成される走査像面を算出する算出装置と；を備える露光装置。
21. 請求項２０に記載の露光装置において、
    前記走査像面の算出は、前記マスクに形成された前記パターンの内部あるいは外部の少なくとも一方に設けられた複数かつ離散的なマークの空間像の前記計測制御装置による計測結果を、統計処理することにより行うことを特徴とする露光装置。
22. 請求項２０に記載の露光装置において、
    前記走査像面の前記算出結果に基づいて、前記走査像面と前記物体の表面とを近づけるように設定する物体位置設定機構を更に備える露光装置。
23. 請求項２０に記載の露光装置において、
    前記物体の表面の位置情報又は形状情報を計測する物体位置計測機構を更に備える露光装置。
24. 請求項２０に記載の露光装置において、
    前記計測制御装置は、前記マークの投影像の前記投影光学系の光軸方向に関する位置情報を計測する機構と、前記マークの投影像の前記光軸に垂直な面内方向に関する位置情報を計測する機構とを有すると共に、
    前記算出装置は、前記移動位置毎の前記マークの投影像の前記光軸方向に関する位置情報に基づいて像面を算出する機能と、前記移動位置毎の前記マークの投影像の前記光軸に垂直な面内方向に関する位置情報に基づいてディストーション分布を算出する機能と、を有することを特徴とする露光装置。
25. 請求項２０に記載の露光装置において、
    前記パターンの転写の際に、前記算出装置による前記走査像面の算出結果に基づいて、前記走査像面を既知の基準像面に近づけるように前記走査像面を補正する補正装置を更に備える露光装置。
26. 請求項２５に記載の露光装置において、
    前記基準像面は、平面であることを特徴とする露光装置。
27. 請求項２５に記載の露光装置において、
    前記基準像面は、前記マスクステージ上に存在する基準部材の基準面に形成された複数のマークの前記投影光学系による投影像の形成面であることを特徴とする露光装置。
28. 請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記計測制御装置は、前記補正装置による補正に先立って、前記マスクステージ上の前記基準部材を前記照明系からの前記照明光で照明して、前記複数のマークの空間像を前記投影光学系を介して形成し、該空間像を前記空間像計測装置を用いて計測し、
    前記算出装置は、前記計測結果に基づいて前記基準像面を算出することを特徴とする露光装置。
29. 請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記算出装置による前記走査像面の算出結果と前記基準像面とに基づいて、エラー状態が発生したか否かを判定し、エラー状態が発生していた場合、そのエラー状態の発生を外部に通知するとともに、装置の運転を停止する非常時警報装置を更に備える露光装置。
30. 請求項２０〜２７のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記空間像計測装置の少なくとも一部が設けられるとともに、前記物体ステージとは異なる、移動可能なステージを更に備える露光装置。