JPWO2005038885A1 - 光学特性計測装置及び光学特性計測方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

挿脱機構（６６、７６、７８、８８）により、被検光学系を経由した光の光路に対して波面分割光学素子（９４）が挿入され、あるいはその挿入された波面分割光学素子（９４）が光路から離脱される。このため、ハーフミラーを用いることなく、被検光学系を経由した光を波面分割光学素子（９４）を介して検出器（９５）で受光させ、あるいは被検光学系を経由した光を波面分割光学素子を介することなく、検出器（９５）で受光させることが可能となる。従って、検出器からの検出信号に基づいて求められる光学特性は、ハーフミラーに存在する偏光特性によって計測精度が悪化することがあり得ない。従って、被検光学系の光学特性を高精度に計測することが可能である。

Description

本発明は、光学特性計測装置及び光学特性計測方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、被検光学系を経由した光を検出器で受光して被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置及び光学特性計測方法、前記光学特性計測装置を備える露光装置及び前記光学特性計測方法を利用する露光方法、並びに前記露光装置、露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。

従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の物体（以下、適宜「ウエハ」という）上に転写する露光装置が用いられている。この種の装置としては、近年では、スループットを重視する観点から、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」）や、このステッパを改良したステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置などの逐次移動型の投影露光装置が主として用いられている。

この種の露光装置では、レチクルのパターンの縮小像をウエハ上に既に形成されたショット領域に正確に重ね合わせて転写することが重要であり、そのためには投影光学系による像の形成状態が所望の状態となるように投影光学系や照明光学系の光学特性を調整する必要がある。

しかるに、上記の光学特性の調整のためには、投影光学系などの光学系の光学特性を精度良く計測することが前提となる。例えば、投影光学系の結像特性としては、従来は、ザイデルの５収差として知られている低次の収差を、計測用パターンの像の焼付け結果又は計測用パターンの空間像の計測結果に基づいて計測することがなされていたが、近年では半導体素子の高集積化に伴うデバイスパターンの微細化に対応すべく、投影光学系の結像特性として、総合的な収差である波面収差を計測することが比較的多く行われるようになってきた。

ところで、投影光学系の波面収差は、投影光学系を露光装置のボディに搭載する前と後では、微妙に変化することから、いわゆるオン・ボディ（すなわち、露光装置のボディに搭載した状態）にて投影光学系の波面収差を計測する種々の計測装置が用いられている。この種の計測装置の１つとして、マイクロレンズアレイを用いたシャック−ハルトマン（Shack-Hartmann）方式の波面収差計測器が知られている。

この波面収差計測器を用いた波面収差の計測原理は次の通りである。すなわち、レチクルに形成されたピンホールから発生した球面波を投影光学系に入射させ、その投影光学系を介した光を、ウエハステージに固定された波面収差計測器に入射させる。そして、投影光学系の瞳面の共役面近傍に配置されたマイクロレンズアレイで投影光学系の瞳面における光の波面を分割し、そのマイクロレンズアレイを構成する各レンズエレメントにより前記ピンホールの像（スポット像）をＣＣＤの撮像面上に結像させる。この場合、各スポット像の基準点からの位置のずれに基づいて、所定の演算を行うことにより、投影光学系の波面収差を算出することができる。

上記各スポット像の基準点からの位置のずれを正確に求めるためには、投影光学系の瞳面の位置や形状を計測する必要があり、波面収差計測器の内部にハーフミラーを配置して、波面収差計測器に入射した光をそのハーフミラーで分岐し、一方の分岐光束をマイクロレンズアレイを介してＣＣＤに入射させるとともに、他方の分岐光束をマイクロレンズアレイを経由することなく別のＣＣＤ（瞳計測用ＣＣＤ）に入射させる構成の波面収差計測器も知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、ハーフミラーには、次のような偏光特性が存在する。すなわち、ハーフミラーで反射する光は、Ｓ偏光の強度が強くなり、Ｐ偏光の強度が弱くなる一方、ハーフミラーを透過した光は、Ｓ偏光の強度が弱くなり、Ｐ偏光の強度が強くなる。勿論、ハーフミラーで用いられる半透過膜（透過率が零でない反射膜）の素材によって偏光特性に多少の差はあるが、偏光特性の全くない半透過膜の製造は困難である。

一方、投影露光装置では、投影光学系（投影レンズ）が偏光方向によって収差が異なる場合があり得るし、あるいは照明光が偏光している場合もあり得る。

従って、上述の特許文献１に記載の波面収差計測器では、上記のハーフミラーに存在する偏光特性によって計測精度が悪化するおそれがあった。

上記のシャック−ハルトマン方式の波面収差計測器の他、投影光学系の波面収差を計測するものとして、各種の干渉計（トワイマングリーン干渉計、シェアリング干渉計、ポイントディフラクション干渉計など）も知られているが、これらの多くは、ハーフミラーを有しているので、同様に、そのハーフミラーに存在する偏光特性によって計測精度が悪化するおそれがあった。

特開２００３−２６２９４８号公報

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、被検光学系の光学特性を高精度に計測することが可能な光学特性計測装置及び光学特性計測方法を提供することにある。

本発明の第２の目的は、マスクに形成されたパターンを感光物体上に精度良く転写することが可能な露光装置及び露光方法を提供することにある。

本発明の第３の目的は、マイクロデバイスの生産性の向上を図ることが可能なデバイス製造方法を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、被検光学系を介した光の光路に対して挿入及び離脱可能で、その挿入時には前記被検光学系を経由した前記光の波面を分割する波面分割光学素子を含む光学系と；前記波面分割光学素子を、前記光路に挿入及び離脱する挿脱機構と；前記光学系を介した前記光を受光し、前記被検光学系の光学特性に関する情報を含む検出信号を出力する検出器と；を備える光学特性計測装置である。

これによれば、挿脱機構により、被検光学系を介した光の光路に対して波面分割光学素子が挿入され、あるいはその挿入された波面分割光学素子が光路から離脱される。そして、波面分割光学素子が上記光路に挿入された状態では、被検光学系を介した光が波面分割光学素子を介して検出器で受光され、その検出器から被検光学系の光学特性に関する情報を含む検出信号が出力される。この場合、波面分割光学素子により被検光学系を経由した光の波面が分割されているので、検出器からは分割された各波面に関連する被検光学系の光学特性に関する情報を含む検出信号が出力される。

この一方、波面分割光学素子が上記光路から離脱された状態では、被検光学系を介した光が波面分割光学素子を介することなく検出器で受光され、その検出器から被検光学系の光学特性に関する情報を含む検出信号が出力される。この場合、検出器からは被検光学系の瞳面の形状、位置などに関連する被検光学系の光学特性に関する情報を含む検出信号が出力される。

いずれにしても、被検光学系を介した光がハーフミラーを経由することなく、検出器で受光されるので、検出器からの検出信号に基づいて求められる光学特性は、ハーフミラーに存在する偏光特性によって計測精度が悪化することがあり得ない。従って、被検光学系の光学特性を高精度に計測することが可能である。

この場合において、前記波面分割光学素子は、前記被検光学系の瞳共役面の近傍位置に配置されることとすることができる。かかる場合には、波面分割光学素子は、被検光学系の瞳共役面の近傍位置で前記光路に挿入されることになる。

本発明の光学特性計測装置では、前記波面分割光学素子は、マイクロレンズアレイであることとすることができる。

本発明の光学特性計測装置では、前記検出器からの検出信号に基づいて、所定の演算を行って前記被検光学系の光学特性を算出する処理装置を更に備えることとすることができる。

この場合において、前記処理装置は、前記挿脱機構により前記波面分割光学素子が前記光路に挿入されている状態では、前記検出器からの検出信号に基づいて、前記被検光学系の第１の光学特性を算出することとすることができる。

この場合において、前記第１の光学特性は、前記被検光学系の波面収差であることとすることができる。

本発明の光学特性測定装置では、前記処理装置は、前記挿脱機構により前記波面分割光学素子が前記光路から離脱されている状態では、前記検出器からの検出信号に基づいて、前記被検光学系の第２の光学特性を算出することとすることができる。

この場合において、前記第２の光学特性は、前記被検光学系の瞳面又はその共役面における光源像の位置及び形状の少なくとも一方の情報に関連する光学特性であることとすることができる。

この場合において、前記第２の光学特性は、前記被検光学系を構成する照明光学系の開口数及びコヒーレンスファクタの一方である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、マスクに形成されたパターンを感光物体上に転写する露光装置であって、前記マスクを照明光で照明する照明光学系と；前記マスクから射出される前記照明光を前記感光物体上に投射する投影光学系と；前記感光物体を保持して２次元移動する物体ステージと；前記投影光学系が前記被検光学系となるように前記物体ステージに装着された本発明の光学特性計測装置と；を備える露光装置である。

これによれば、照明光学系からの照明光でマスクが照明され、そのマスクから射出される照明光が投影光学系によって感光物体上（すなわち、感光物体が配置される面上）に投射する。感光物体は、これを保持して２次元移動する物体ステージ上に載置されている。そして、この物体ステージに、投影光学系が被検光学系となるように、本発明の光学特性計測装置が装着されている。このため、照明光学系からの照明光を、マスクを介してあるいはマスクを介さないで、投影光学系を介して光学特性計測装置で受光することで、例えば投影光学系及び照明光学系から成る被検光学系の少なくとも一部の光学特性をいわゆるオン・ボディにて高精度に計測することができる。従って、その計測結果に基づいて投影光学系などの調整を行った後に、露光を行うことで、マスクに形成されたパターンを感光物体上に精度良く転写することが可能となる。

この場合において、光学特性計測装置は、常時物体ステージに固定されていることとすることもできるが、例えば前記光学特性計測装置は、その少なくとも一部が前記物体ステージに着脱自在に装着されていることとすることもできる。

本発明は、第３の観点からすると、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法であって、前記被検光学系を介した光の光路に波面分割光学素子を挿入した第１の状態で、前記被検光学系及び前記波面分割光学素子を介した光に基づいて第１の情報を検出する第１検出工程と；前記光路から前記波面分割光学素子を退避させた第２の状態で、前記被検光学系を介した光に基づいて第２の情報を検出する第２検出工程と；前記第１の情報及び前記第２の情報に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する算出工程と；を含む光学特性計測方法である。

これによれば、第１の状態、第２の状態のいずれにおいても、被検光学系を介した光がハーフミラーを経由することなく、検出器で受光され、第１の情報、第２の情報が検出される。従って、この第１の情報及び第２の情報にづいて求められる光学特性は、ハーフミラーに存在する偏光特性によって計測精度が悪化することがあり得ない。従って、被検光学系の光学特性を高精度に計測することが可能である。

本発明は、第４の観点からすると、本発明の光学特性計測方法を実行する工程と；前記光学特性計測方法が実行された前記投影光学系を用いて、パターンを感光物体上に転写する工程と；を含む露光方法である。

これによれば、投影光学系の光学特性が高精度に計測される。このため、その計測結果に基づき、例えば投影光学系の光学特性を調整する等が可能であり、この投影光学系を用いてパターンを感光物体上に転写することで、精度良くパターンを転写することが可能になる。

また、リソグラフィ工程において、本発明の露光装置を用いて露光を行うことにより、感光物体上にパターンを精度良く形成することができ、これにより、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。同様に、リソグラフィ工程において、本発明の露光方法を用いて露光を行うことにより、感光物体上にパターンを精度良く形成することができ、これにより、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、更に別の観点からは、本発明の露光装置、又は露光方法を用いるデバイス製造方法であるとも言える。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図１の波面センサの構成を概略的に示す図である。 図２の標示板の表面状態を説明するための図である。 −Ｙ側から＋Ｙ側に見た波面分割ユニットの正面図である。 図４（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図１の露光装置における露光動作に際しての主制御装置２０の処理アルゴリズムを簡略化して示すフローチャートである。 図５のステップ１０２の処理を示すフローチャート（その１）である。 図５のステップ１０２の処理を示すフローチャート（その２）である。 計測用レチクルの一例を示す平面図である。 一実施形態におけるスポット像の撮像時における光学配置を示す図である。 一実施形態における瞳像の撮像時における光学配置を示す図である。 デバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１０のステップ３１６の詳細例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９（Ｂ）に基づいて説明する。

図１には、一実施形態の露光装置１００の全体構成が概略的に示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。この露光装置１００は、露光装置本体６０と、波面センサ９０とを備えている。

前記露光装置本体６０は、光源６及び照明光学系１２を含む照明系、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、感光物体としてのウエハＷが載置される物体ステージとしてのウエハステージＷＳＴ、オフアクシス方式のアライメント検出系ＡＳ、及びワークステーションなどのコンピュータから成り、装置全体を統括制御する主制御装置２０等を備えている。

前記光源６としては、ここでは、ＡｒＦエキシマレーザ（出力波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、光源６として、Ｆ₂レーザ（出力波長１５７ｎｍ）等の真空紫外域のパルス光を出力する光源や、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）などの近紫外域のパルス光を出力する光源などを用いても良い。

前記光源６は、実際には、照明光学系１２、レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、及びウエハステージＷＳＴ等から成る露光装置本体６０が収納されたチャンバ（不図示）が設置された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に設置されており、そのチャンバにビームマッチングユニット（ＢＭＵ）と呼ばれる光軸調整用光学系を少なくとも一部に含む不図示の送光光学系を介して接続されている。この光源６は、主制御装置２０からの制御情報ＴＳに基づいて、内部のコントローラにより、レーザ光ＬＢの出力のオン・オフ、レーザ光ＬＢの１パルスあたりのエネルギ、発振周波数（繰り返し周波数）、中心波長及びスペクトル半値幅などが制御されるようになっている。

前記照明光学系１２は、シリンダレンズ、ビームエキスパンダ及びズーム光学系（いずれも不図示）、並びにオプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）２２２を含むビーム整形・照度均一化光学系２２０、照明系開口絞り板２２４、第１リレーレンズ２２８Ａ、第２リレーレンズ２２８Ｂ、固定レチクルブラインド２３０Ａ、可動レチクルブラインド２３０Ｂ、光路折り曲げ用のミラーＭ及びコンデンサレンズ２３２等を備えている。ここで、オプティカルインテグレータ２２２としては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ）あるいは回折光学素子などを用いることができるが、本実施形態では、フライアイレンズが用いられているので、以下では、「フライアイレンズ２２２」とも記述する。

前記ビーム整形・照度均一化光学系２２０は、光透過窓２１７を介して不図示の送光光学系に接続されている。このビーム整形・照度均一化光学系２２０は、光源６でパルス発光され、光透過窓２１７を介して入射したレーザビームＬＢの断面形状を、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダを用いて整形する。そして、ビーム整形・照度均一化光学系２２０内部の射出端側に位置するフライアイレンズ２２２は、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために、前記断面形状が整形されたレーザビームの入射により、その射出側焦点面（照明光学系１２の瞳面とほぼ一致）に多数の点光源（光源像）から成る面光源（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を以下においては、「照明光ＩＬ」と呼ぶものとする。

フライアイレンズ２２２の射出側焦点面の近傍に、円板状部材から成る照明系開口絞り板２２４が配置されている。この照明系開口絞り板２２４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（通常絞り）、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための開口絞り（小σ絞り）、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り（輪帯絞り）、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り（図１ではこのうちの２種類の開口絞りのみが図示されている）等が配置されている。

この照明系開口絞り板２２４は、主制御装置２０からの制御信号ＭＬＣにより制御されるモータ等の駆動装置２４０の駆動で回転され、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、これにより瞳面における２次光源の形状や大きさ（照明光の光量分布）が、輪帯、小円形、大円形、あるいは四つ目等に制限される。なお、本実施形態では、開口絞り板２２４を用いて、照明光学系１２の瞳面上での照明光の光量分布（２次光源の形状や大きさ）、すなわちレチクルＲの照明条件を変更するものとしたが、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）２２２の入射面上での照明光の強度分布あるいは照明光の入射角度範囲を可変として、前述の照明条件の変更に伴う光量損失を最小限に抑えることが好ましい。このために、開口絞り板２２４の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系１２の光路上に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光学系１２の光軸に沿って移動可能な少なくとも１つのプリズム（円錐プリズムや多面体プリズムなど）、及びズーム光学系の少なくとも１つを含む光学ユニットを光源６とオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）２２２との間に配置する構成を採用することができる。

照明系開口絞り板２２４から出た照明光ＩＬの光路上に、固定レチクルブラインド２３０Ａ、可動レチクルブラインド２３０Ｂを介在させて第１リレーレンズ２２８Ａ及び第２リレーレンズ２２８Ｂから成るリレー光学系が配置されている。

固定レチクルブラインド２３０Ａは、レチクルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置され、レチクルＲ上の照明領域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２３０Ａの近傍（レチクルＲのパターン面に対する共役面）に走査方向（ここでは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の開口部を有する可動レチクルブラインド２３０Ｂが配置されている。走査露光の開始時及び終了時には、主制御装置２０の制御により、その可動レチクルブラインド２３０Ｂを介してレチクルＲ上の照明領域をさら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。

リレー光学系を構成する第２リレーレンズ２２８Ｂ後方の照明光ＩＬの光路上には、当該第２リレーレンズ２２８Ｂを通過した照明光ＩＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラーＭが配置され、このミラーＭ後方の照明光ＩＬの光路上にコンデンサレンズ２３２が配置されている。

以上の構成において、フライアイレンズ２２２の入射面、可動レチクルブラインド２３０Ｂの配置面、及びレチクルＲのパターン面は、光学的に互いに共役に設定され、フライアイレンズ２２２の射出側焦点面（照明光学系１２の瞳面）、投影光学系ＰＬの瞳面は光学的に互いに共役となるように設定されている。

このようにして構成された照明光学系１２の作用を簡単に説明すると、光源６からパルス発光されたレーザビームＬＢは、ビーム整形・照度均一化光学系２２０に入射して断面形状が整形され、フライアイレンズ２２２に入射する。これにより、フライアイレンズ２２２の射出側焦点面に前述した２次光源が形成される。

上記の２次光源から射出された照明光ＩＬは、照明系開口絞り板２２４上のいずれかの開口絞りを通過し、第１リレーレンズ２２８Ａを経て固定レチクルブラインド２３０Ａ、可動レチクルブラインド２３０Ｂの矩形開口を通過する。そして、第２リレーレンズ２２８Ｂ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、コンデンサレンズ２３２を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域を均一な照度分布で照明する。

前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リニアモータ等から成る不図示のレチクルステージ駆動部によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向（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。

レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報（又は速度情報）は、主制御装置２０に送られ、主制御装置２０ではその位置情報（又は速度情報）に基づいてレチクルステージ駆動部（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを移動させる。

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軸方向とされている。投影光学系ＰＬは、例えば、両側テレセントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する不図示の複数のレンズエレメントから構成されている。また、この投影光学系ＰＬの投影倍率βは、例えば１／４、１／５、１／６などである。このため、上述のようにして、照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域が照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小された像（部分倒立像）が、表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域に投影され転写される。

なお、本実施形態では、上記の複数のレンズエレメントのうち、特定のレンズエレメント（例えば、所定の５つのレンズエレメント）がそれぞれ独立に移動可能となっている。かかる特定のレンズエレメントの移動は、特定のレンズエレメント毎に設けられた３個のピエゾ素子等の駆動素子によって行われる。すなわち、これらの駆動素子を個別に駆動することにより、特定のレンズエレメントを、それぞれ独立に、各駆動素子の変位量に応じて光軸ＡＸに沿って平行移動させることもできるし、光軸ＡＸと垂直な平面に対して所望の傾斜を与えることもできるようになっている。本実施形態では、上記の駆動素子を駆動するための駆動指示信号は、主制御装置２０からの指令ＭＣＤに基づいて結像特性補正コントローラ２５１によって出力され、これによって各駆動素子の変位量が制御されるようになっている。

こうして構成された投影光学系ＰＬでは、主制御装置２０による結像特性補正コントローラ２５１を介したレンズエレメントの移動制御により、ディストーション、像面湾曲、非点収差、コマ収差、又は球面収差等の諸収差（光学特性の一種）が調整可能となっている。

前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置され、その上面にウエハホルダ２５が載置されている。このウエハホルダ２５上にウエハＷが例えば真空吸着等によって固定されている。

ウエハステージＷＳＴは、モータ等を含むウエハステージ駆動部２４により走査方向（Ｙ軸方向）及び走査方向に垂直な非走査方向（Ｘ軸方向）に駆動される。そして、このウエハステージＷＳＴによって、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光するためにウエハＷをレチクルＲに対して相対走査する動作と、次のショットの露光のための走査開始位置（加速開始位置）まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作が実行される。

ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は、ウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１８によって、移動鏡１７を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は、主制御装置２０に送られ、主制御装置２０ではその位置情報（又は速度情報）に基づきウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴの駆動制御を行う。

また、ウエハステージＷＳＴは、ウエハステージ駆動部２４によりＺ軸方向、θｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向：ピッチング方向）、θｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向：ローリング方向）及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向：ヨーイング方向）にも微小駆動される。

また、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ側には、後述する波面センサ９０が嵌合可能な形状のセンサ取付部が形成されている。

前記アライメント検出系ＡＳは、投影光学系ＰＬの側面に配置されている。本実施形態では、一例としてウエハＷ上に形成されたストリートラインや位置検出用マーク（ファインアライメントマーク）を検出する結像式アライメントセンサがアライメント検出系ＡＳとして用いられている。このアライメント検出系ＡＳと同様のアライメントセンサの詳細な構成は、例えば、特開平９−２１９３５４号公報及びこれに対応する米国特許第５，８５９，７０７号などに開示されている。アライメント検出系ＡＳによる検出結果は、主制御装置２０に供給される。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、上記公報及び対応する米国特許の内容を援用して本明細書の記載の一部とする。

更に、図１の装置１００には、ウエハＷ表面の露光領域内部及びその近傍の領域のＺ軸方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出するための斜入射方式のフォーカス検出系（焦点検出系）の一つである、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）が設けられている。この多点フォーカス位置検出系（２１，２２）の詳細な構成等については、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号などに開示されている。多点フォーカス位置検出系（２１，２２）による検出結果は、主制御装置２０に供給される。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。

前記波面センサ９０としては、受光光学系内にマイクロレンズアレイを用いたシャック−ハルトマン（Shack-Hartmann）方式の波面センサが用いられている。この波面センサ９０は、図２に示されるように、ＹＺ断面が概略Ｌ字状の内部空間を有する筐体９７と、該筐体９７の内部に所定の位置関係で配置された複数の光学素子から成る光学系としての受光光学系と、筐体９７の内部の＋Ｙ側端部に配置された検出器９５とを備えている。

前記筐体９７は、ＹＺ断面Ｌ字状で内部に空間が形成され、その最上部（＋Ｚ側端面）が開口した部材から成る。この筐体９７の最上部の平面視円形の開口９７ａが、標示板９１によって閉塞されている。

前記標示板９１は、例えばガラス基板を基材とし、ウエハホルダ２５に固定されたウエハＷの表面と同じ高さ位置（Ｚ軸方向位置）に、光軸ＡＸ１と直交するように配置されている（図１参照）。この標示板９１の表面には、クロム等の金属の蒸着により反射膜を兼ねる遮光膜が形成されている。この遮光膜の中央部に、図３に示されるように、円形の開口９１ａが形成されている。この場合、遮光膜によって投影光学系ＰＬの波面収差の計測の際に周囲からの不要な光が受光光学系に入射するのが遮られている。また、遮光膜の開口９１ａの周辺には、該開口９１ａとの位置関係が設計上既知の３組以上（図３では、４組）の２次元位置検出用マーク９１ｂが形成されている。この２次元位置検出用マーク９１ｂとしては、本実施形態では、Ｙ軸方向に沿って形成されたラインアンドスペースマーク９１ｃと、Ｘ軸方向に沿って形成されたラインアンドスペースマーク９１ｄとの組合せが採用されている。なお、ラインアンドスペースマーク９１ｃ、９１ｄは、上述のアライメント検出系ＡＳによって検出可能となっている。

前記受光光学系は、筐体９７内部の標示板９１の下方に、上から下に順次配置された、対物レンズとしてのコリメータレンズ９２，折り曲げミラー９６と、該折り曲げミラー９６の＋Ｙ側に順次配置されたレンズ９３ａ及びレンズ９３ｂから成るリレーレンズ系９３、並びに波面分割光学素子としてのマイクロレンズアレイ９４とから構成されている。折り曲げミラー９６は、筐体９７に４５°で斜設される状態で取り付けられており、該折り曲げミラー９６によって、上方から指標板９１の開口９１ａを介して鉛直下向きにコリメータレンズ９２に対して入射した光の光路がリレーレンズ系９３に向けて折り曲げられるようになっている。なお、受光光学系を構成するコリメータレンズ９２、レンズ９３ａ及びレンズ９３ｂなどは、筐体９７の壁の内側に不図示の保持部材を介してそれぞれ固定されている。

この場合、コリメータレンズ９２に入射した光は、コリメータレンズ９２によって平行光に変換された後、折り曲げミラー９６、リレーレンズ系９３を介してマイクロレンズアレイ９４に入射する。

前記マイクロレンズアレイ９４は、図４（Ａ）に示されるように、正方形枠状の保持部材８２に保持され、これらマイクロレンズアレイ９４及び保持部材８２によって、波面分割ユニット８４が構成されている（図２参照）。

ここで、図４（Ａ）には、−Ｙ側から＋Ｙ側に見た波面分割ユニット８４の正面図が示され、図４（Ｂ）には、図４（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図が示されている。これら図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を総合するとわかるように、保持部材８２は、断面Ｌ字状の正方形枠状部材から成り、その内周側の端面によって正方形開口８２ａが形成されている。この保持部材８２の上端（＋Ｚ側端）にピストンロッド８６の一端が固定されている。このピストンロッド８６の他端には、不図示のピストンが設けられており、該ピストンが図２に示されるエアシリンダ８８の内部に収納されている。

前記エアシリンダ８８には、一端部（上端部）近傍及び他端部（下端部）近傍のそれぞれに、エア配管７２、７４の一端がそれぞれ接続されている。この場合、エアシリンダ８８の内部は、ピストンの一側（上側）と他側（下側）にピストンとエアシリンダ８８の内壁とで区画された空間がそれぞれ形成されている。一方のエア配管７２内部の通気路がピストンの一側の空間に連通され、他方のエア配管７４内部の通気路がピストンの他側の空間に連通されている。

前記一方のエア配管７２の他端は、四方弁から成る流路切替え弁７６のポートＡに接続され、前記他方のエア配管７４の他端は、流路切替え弁７６のポートＢに接続されている。流路切替え弁７６のポートＣには、一端が真空ポンプ７８に接続された配管６２の他端が接続され、流路切替え弁７６のポートＤには、一端がコンプレッサを内蔵するエア供給機構６６に接続された配管６４の他端が接続されている。流路切替え弁７６は、主制御装置２０に制御され、ポートＡとポートＣが接続され、かつポートＢとポートＤとが接続される第１の状態と、ポートＡとポートＤが接続され、かつポートＢとポートＣとが接続される第２の状態との切り替えを行う。前記真空ポンプ７８のオン・オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）及びエア供給機構６６のオン・オフも主制御装置２０によって制御される。

例えば、主制御装置２０が、流路切り替え弁７６を第２の状態に切り替え、真空ポンプ７８及びエア供給機構６６をともにオン（ＯＮ）にすることにより、エア供給機構６６から送り込まれる空気の圧力及び真空ポンプ７８で発生する負圧によるエアシリンダ８８内部の２つの空間の間の圧力差によりエアシリンダ８８内部のピストンが押し下げられ、これにより波面分割ユニット８４が、前述の光路上から退避している第１位置（例えば上側移動限界位置）から図２に示される第２位置（下側移動限界位置）に移動する。この第２位置は、波面分割ユニット８４を構成するマイクロレンズアレイ９４の中心が、光軸ＡＸ１上にほぼ一致する位置として予め設定されている。波面分割ユニット８４が第２位置に移動した後、この状態を維持する場合には、真空ポンプ７８及びエア供給機構６６をオンにし続けても良いが、真空ポンプ７８及びエア供給機構６６のいずれかを、オフ（ＯＦＦ）にしても良い。

この一方、図２に示される第２位置に波面分割ユニット８４があるとき、主制御装置２０が、流路切り替え弁７６を第１の状態に切り替え、さらに真空ポンプ７８及びエア供給機構６６をオンにする（真空ポンプ７８及びエア供給機構６６の一方のみがオフの場合には、そのオフになっている方のみをオンにする）ことにより、エア供給機構６６から送り込まれる空気の圧力及び真空ポンプ７８で発生する負圧によるエアシリンダ８８内部の２つの空間の間の圧力差によりエアシリンダ８８内部のピストンが押し上げられ、波面分割ユニット８４が、第２位置から前述の第１位置（上側移動限界位置）へ移動して光路上から退避する。

このように、本実施形態では、エアシリンダ８８、流路切替え弁７６、真空ポンプ７８及びエア供給機構６６によって、波面分割光学素子としてのマイクロレンズアレイ９４を、前記光路上に挿入及び離脱する挿脱機構が構成されている。なお、上記の波面分割ユニット８４の上下方向の移動をより円滑かつ確実に行うために、保持部材８２を案内するガイドを設けても良い。

前記マイクロレンズアレイ９４は、複数の小さなレンズ（マイクロレンズ）が光路に対して直交する面内にアレイ状に配置されて構成されている。これを更に詳述すると、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に総合的に示されるように、マイクロレンズアレイ９４は、一辺の長さがＤ₁である正方形状の多数のマイクロレンズ９８がマトリクス状に稠密に配列されたものである。なお、マイクロレンズ９８は、正の屈折力を有するレンズである。ここで、各マイクロレンズ９８の光軸は互いにほぼ平行になっている。なお、図４（Ａ）においては、マイクロレンズ９８が、７×７マトリクス状に配列されたものが、一例として示されている。こうしたマイクロレンズアレイ９４は、平行平面ガラス板にエッチング処理を施すことにより作成される。マイクロレンズアレイ９４では、各マイクロレンズ９８毎に、標示板９１の開口９１ａに形成された後述するピンホールパターンを介した像の結像光束を射出する。

前記検出器９５は、２次元ＣＣＤ等から成る受光素子（以下、「ＣＣＤ」と呼ぶ）９５ａと、例えば電荷転送制御回路等の電気回路９５ｂ等から構成されている。ＣＣＤ９５ａは、コリメータレンズ９２に入射し、マイクロレンズアレイ９４から出射される光束のすべてを受光するのに十分な面積を有している。また、ＣＣＤ９５ａは、開口９１ａに形成される後述するピンホールパターンの像がマイクロレンズアレイ９４の各マイクロレンズ９８によって再結像される結像面であって、開口９１ａの形成面の光学的な共役面に受光面を有している。また、この受光面は、マイクロレンズアレイ９４が、上記の光路上から退避している状態では、投影光学系ＰＬの瞳面の共役面から少しだけずれた面に位置する。

検出器９５では、マイクロレンズアレイ９４が前述の第２位置にあるときに、各マイクロレンズ９８によって再結像される上記ピンホールパターンの像の撮像結果を、撮像データＩＭＤ１として主制御装置２０に送信する。また、検出器９５では、マイクロレンズアレイ９４が前述の第１位置にあるときには、その受光面に結像された像の撮像結果を撮像データＩＭＤ２として主制御装置２０に送信する。

前記筐体９７の外形は、上述したウエハステージＷＳＴのセンサ取付部と嵌合する形状となっており、ウエハステージＷＳＴに対して着脱自在となっている。

さらに、本実施形態の露光装置１００では、図示は省略されているが、レチクルＲの上方に、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基準マーク板のマークとを同時に観察するための露光波長を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント光学系から成る一対のレチクルアライメント系が設けられている。これらのレチクルアライメント系としては、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号に開示されるものと同様の構成のものが用いられている。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、上記公報及び対応する上記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。

次に、本実施形態の露光装置１００による露光動作を、主制御装置２０の処理アルゴリズムを簡略化して示す図５のフローチャートに沿って、適宜他の図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、ウエハＷ上への１層目の露光がすでに終了しており、２層目以降の露光を行うものとして説明する。また、以下の動作の前提として、波面センサ９０は、ウエハステージＷＳＴに装着されており、その波面センサ９０と主制御装置２０とが接続されているものとする（図１の端点ｃ、ｄ参照）。

また、露光装置１００では、投影光学系ＰＬの波面収差及び瞳像の計測モードとして、第１モードと第２モードとが選択可能になっており、オペレータによりキーボード等の入力装置を介していずれかのモードが選択されているものとする。

ここで、瞳像とは、後述するピンホールパターンを介して投影光学系ＰＬに入射する光によって投影光学系ＰＬの瞳面に形成される光源像を指し、この瞳像は、波面センサ９０に入射される光の光軸のずれなどの影響を受ける。従って、瞳像の計測は、投影光学系ＰＬの光学特性の計測の一種である。勿論、波面収差は、投影光学系ＰＬの光学特性の一種である。

さらに、波面センサ９０内部の受光光学系の収差は、無視できるレベルであるものとする。

まず、図５のステップ１０２の投影光学系ＰＬの波面収差計測のサブルーチンの処理を行う。

このサブルーチン１０２では、まず、図６のステップ１２２において、不図示のレチクルローダを用いて、図８に示される計測用レチクルＲＴをレチクルステージＲＳＴにロードするとともに、所定の準備作業を行う。

計測用レチクルＲＴには、図８に示されるように、複数個（図８では、３×１１＝３３個のピンホールパターンＰＨ_n（ｎ＝１〜３３））がレチクルステージＲＳＴにロードされた状態で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向をそれぞれ行方向及び列方向とするマトリクス状の配列で形成されている。なお、ピンホールパターンＰＨ₁〜ＰＨ₃₃は、図８において点線で示されるスリット状の照明領域の大きさの領域内に形成されている。

ここで、上記の所定の準備作業としては、計測用レチクルＲの投影光学系ＰＬに対する相対位置の検出、アライメント検出系ＡＳのベースラインの計測などが行われる。すなわち、前述したレチクルアライメント系を用いて、ウエハステージＷＳＴ上の不図示の基準マーク板上に形成された一対の第１基準マークと、これに対応する計測用レチクルＲＴ上のレチクルアライメントマークの投影光学系ＰＬを介した像との位置関係の検出を行う。この位置関係の検出は、計測用レチクルＲＴ上の図８中に点線で示される領域が、前述した照明領域とほぼ一致する位置に、レチクルステージＲＳＴを移動した状態で行われる。次いで、ウエハステージＷＳＴを所定量ＸＹ面内で駆動して、アライメント検出系ＡＳを用いて基準マーク板上に形成された第２基準マークのアライメント検出系ＡＳの検出中心に対する位置関係を検出し、上記２つの位置関係とそれぞれの位置関係検出時の干渉計の計測値とに基づいてアライメント検出系ＡＳのベースラインを算出する。

次のステップ１２４では、流路切り替え弁７６、真空ポンプ７８及びエア供給機構６６を用いて前述したようにして、波面分割ユニット８４を波面センサ９０内部の光路（光軸ＡＸ１）上に挿入する。

次のステップ１２５では、ウエハステージＷＳＴに装着された波面センサ９０とウエハステージＷＳＴとの位置関係の計測を行う。具体的には、ウエハステージＷＳＴを順次移動してアライメント検出系ＡＳを用いて波面センサ９０の標示板９１上の少なくとも２つの２次元位置マーク９１ｂそれぞれのウエハステージ座標系上における位置の検出を行い、その位置の検出結果に基づいて、例えば最小自乗法などの所定の統計演算により波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａとウエハステージＷＳＴとの位置関係を正確に求める。

この結果、ウエハ干渉計１８から出力される位置情報（速度情報）に基づいて、開口９１ａのＸＹ位置を正確に検出することができ、かつ、このＸＹ位置の検出結果と先に計測したベースラインとに基づいて、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴを移動制御することにより、開口９１ａを所望のＸＹ位置に精度良く位置決めできるようになる。

次のステップ１２６では、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）を用いて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交する面（ＸＹ平面）に対する標示板９１の傾斜を計測する。

次のステップ１２８では、上記の傾斜の計測結果に基づいてウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴの傾斜を調整することで、標示板９１の上面の傾斜を投影光学系ＰＬの像面（又は像面の近時平面）の傾斜と一致させる。

次のステップ１３０では、投影光学系ＰＬの視野内の基準計測点、例えば視野中心の計測点、すなわち図９に示されるピンホールパターンＰＨ₁₇の投影光学系ＰＬに関する共役位置（光軸ＡＸ上）の計測点に波面サンサ９０の標示板９１の開口９１ａが一致するようにウエハステージＷＳＴを移動する。

次のステップ１３２では、マイクロレンズアレイ９４を構成する各マイクロレンズ９８によってＣＣＤ９５ａの受光面上に再結像されるピンホールパターンＰＨ₁₇の像の撮像結果である撮像データＩＭＤ１に基づいてウエハステージＷＳＴの最適Ｚ位置（ベストフォーカス位置）をサーチする。具体的には、次の通りである。

この最適Ｚ位置のサーチが行われる際の光学配置を、波面センサ９０の光軸ＡＸ１及び投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿って展開したものが、図９（Ａ）に示されている。こうした光学配置において、主制御装置２０が光源６からレーザ光ＬＢを発振させ、照明光学系１２から照明光ＩＬが射出されると、計測用レチクルＲＴのピンホールパターンＰＨ₁₇に到達した光（照明光ＩＬ）が、球面波となってピンホールパターンＰＨ₁₇から射出される。そして、その光は、投影光学系ＰＬを介した後、波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａに集光される。なお、ピンホールパターンＰＨ₁₇以外のピンホールパターンＰＨ₁〜ＰＨ₁₆、ＰＨ₁₈〜ＰＨ₃₃を通過した光は、開口９１ａには到達しないようになっている。こうして開口９１ａに集光された光（標示板９１表面の開口９１ａの内部に結像されたピンホールパターンＰＨ₁₇の像光束）の波面は、投影光学系ＰＬの波面収差を含んだ略球面となる。

開口９１ａを通過した光は、コリメータレンズ９２により平行光に変換され、さらにリレーレンズ系９３を介した後、マイクロレンズアレイ９４に入射する。マイクロレンズアレイ９４は、マイクロレンズ９８（図４参照）ごとに、標示板９１表面の開口９１ａの内部に結像されたピンホールパターンＰＨ₁₇の像を、標示板９１の光学的な共役面すなわちＣＣＤ９５ａの撮像面（受光面）に結像させる。従って、ＣＣＤ９５ａの撮像面には、マイクロレンズアレイ９４を構成するマイクロレンズ９８に対応する数のスポット像（ピンホールパターンＰＨ₁₇の像）が形成される。ＣＣＤ９５ａにより、それら撮像面（受光面）に形成されたスポット像の撮像が行われる。ＣＣＤ９５ａの撮像により得られた撮像データＩＭＤ１は、主制御装置２０に送信される。

そこで、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向にステップ移動しつつ、上記撮像データＩＭＤ１の取り込みを行い、その取り込んだ撮像データＩＭＤ１に基づいて、例えばコントラストが最大となるＺ軸方向の位置を見つけることにより、ウエハステージＷＳＴの最適Ｚ位置をサーチする。

次のステップ１３４では、波面収差計測時の最適露光量を決定する。具体的には、上記の最適Ｚ位置にウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置を調整した状態で、例えば光源６の発振周波数（繰り返し周波数）を変更しながら、上記の撮像データＩＭＤ１の取り込みを繰り返し、その取り込んだ撮像データＩＭＤ１に基づいて、ＣＣＤ９５ａでの電化蓄積時間に対するパルス数が最適となる撮像データＩＭＤ１に対応する繰り返し周波数を求めることで、最適露光量を決定する。

次のステップ１３６では、流路切り替え弁７６、真空ポンプ７８及びエア供給機構６６を用いて前述したようにして、波面分割ユニット８４を波面センサ９０内部の光路（光軸ＡＸ１）上から退避（離脱）する。

次のステップ１３８では、瞳像計測時の最適露光量を決定する。具体的には、次の通りである。

この瞳像計測時の最適露光量の決定が行われる際の光学配置を、波面センサ９０の光軸ＡＸ１及び投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿って展開したものが、図９（Ｂ）に示されている。こうした光学配置において、光源６からレーザ光ＬＢを発振させると、前述と同様に、計測用レチクルＲＴのピンホールパターンＰＨ₁₇に到達した光（照明光ＩＬ）が、球面波となってピンホールパターンＰＨ₁₇から射出され、投影光学系ＰＬを介した後、波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａに集光され、開口９１ａを通過した光は、コリメータレンズ９２により平行光に変換され、さらにリレーレンズ系９３を介した後、ＣＣＤ９５ａで受光される。これにより、ＣＣＤ９５ａの受光面には、投影光学系ＰＬの瞳面における光源像が投影される。ＣＣＤ９５ａにより、撮像面（受光面）に投影された像の撮像が行われ、この撮像により得られた撮像データＩＭＤ２は、主制御装置２０に送信される。

そこで、例えば光源６の発振周波数（繰り返し周波数）を変更しながら、上記の撮像データＩＭＤ２の取り込みを繰り返し、その取り込んだ撮像データＩＭＤ２に基づいて、ＣＣＤ９５ａでの電化蓄積時間に対するパルス数が最適となる撮像データＩＭＤ２に対応する繰り返し周波数を求めることで、瞳像計測時の最適露光量を決定する。

次のステップ１４２（図７）では、計測点の番号を示すカウンタｎを１に初期化し（ｎ←１）、その後ステップ１４４に移行して、投影光学系ＰＬの波面収差及び瞳像の計測モードとして第１モードが設定されているか否かを判断する。そして、この判断が肯定された場合、すなわち、計測モードとして第１モードが設定されていた場合には、ステップ１４６に移行する。

ステップ１４６では、波面センサ９０をｎ番目（ここでは１番目）の計測点に移動する。すなわち、ｎ番目のピンホールパターンＰＨ_nの投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点に波面サンサ９０の標示板９１の開口９１ａが一致するようにウエハステージＷＳＴを移動する。

次のステップ１４８では、先にステップ１３８で決定した最適露光量の下で瞳像計測を行う。具体的には、前述のステップ１３８と同様にして、瞳像の撮像データＩＭＤ２を取り込み、その撮像データＩＭＤ２に基づいて光源像のデータ（中心位置や大きさなどの光源像の位置情報）の抽出を実行し、その結果をメモリに記憶する。

次のステップ１５０では、カウンタｎの値が計測点の総数Ｎ（ここではＮ＝３３）以上であるか否かを判断することで、全ての計測点において瞳像計測が終了したか否かを判断する。ここでは、最初の計測点について瞳像計測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１５２に移行して、カウンタｎを１インクリメントした後、ステップ１４６に戻る。

以後、ステップ１５０における判断が肯定されるまで、ステップ１４６→１４８→１５０→１５２のループの処理を繰り返す。これにより、投影光学系ＰＬの視野内の２〜３３番目の計測点、すなわちピンホールパターンＰＨ₂〜ＰＨ₃₃の投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点について、瞳像計測が行われ、ピンホールパターンＰＨ₂〜ＰＨ₃₃それぞれを介した光源像のデータ（中心位置や大きさなどの光源像の位置情報）が抽出され、メモリ内に記憶される。

そして、全ての計測点についての瞳像計測が終了すると、ステップ１５４に進んで、カウンタｎを１に初期化する。

次のステップ１５６では、波面分割ユニット８４を再度光路上に挿入した後、ステップ１５８では、波面センサ９０をｎ番目（ここでは１番目）の計測点に移動する。すなわち、ｎ番目のピンホールパターンＰＨ_nの投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点に波面サンサ９０の標示板９１の開口９１ａが一致するようにウエハステージＷＳＴを移動する。

次のステップ１６０〜１６４では、そのｎ番目の計測点における波面収差計測を実行する。すなわち、まず、ステップ１６０では、前述のステップ１３４において決定された最適露光量の下で、マイクロレンズアレイ９４によりＣＣＤ９５ａの受光面上に形成される全てのスポット像の撮像を行い、その撮像データＩＭＤ１を取り込む。

次のステップ１６２において、撮像データＩＭＤ１に基づいて、マイクロレンズアレイ９４によりＣＣＤ９５ａの撮像面に形成された各スポット像の位置を検出する。具体的には、各スポット像の光強度分布の重心を算出することにより、各スポット像の中心位置を算出し、こうして求められた各スポット像の中心位置を、マイクロレンズアレイ９４によりＣＣＤ９５ａの撮像面に形成された各スポット像の位置情報としてメモリに記憶する。

次のステップ１６４において、メモリから各スポット像の位置情報を読み出して、計測用レチクルＲＴにおけるｎ番目（ここでは１番目）のピンホールパターンＰＨ₁を介した光に関する投影光学系ＰＬの波面収差を後述するようにして算出する。

ところで、スポット像の位置情報から波面収差を計測できる理由は、上記のスポット像の撮像に際し、マイクロレンズアレイ９４に入射する光の波面が、投影光学系ＰＬの波面収差を反映したものとなっているからである。

すなわち、投影光学系ＰＬに波面収差が無い場合には、図９（Ａ）において点線（破線）で示されるように、その波面ＷＦは光軸ＡＸ１と直交する平面となり、この場合、マイクロレンズ９８に入射した光の波面が光軸と直交し、そのマイクロレンズ９８の光軸とＣＣＤ９５ａの撮像面の交点を中心とするスポット像が、ＣＣＤ９５ａの撮像面に結像される。これに対し、投影光学系ＰＬに波面収差が有る場合には、図９（Ａ）において二点鎖線で示されるように、その波面ＷＦ’は光軸ＡＸ１と直交する平面とはならず、その平面上の位置に応じた角度の傾きを有する面となる。この場合、マイクロレンズ９８に入射した光の波面は傾いており、その傾き量に応じた距離だけ、そのマイクロレンズ９８の光軸と撮像面の交点からずれた点を中心とするスポット像がＣＣＤ９５ａの撮像面に結像される。

従って、このステップ１６４では、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置（上記のマイクロレンズ９８の光軸とＣＣＤ９５ａの撮像面の交点）と検出された各スポット像位置との差（位置誤差）から、ツェルニケ多項式の係数を求めることで、計測用レチクルＲＴにおけるｎ番目のピンホールパターンＰＨ_nを介した光に関する投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。

但し、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置が、上記のマイクロレンズ９８の光軸とＣＣＤ９５ａの撮像面の交点と一致するのは、入射する光の光軸にずれがなく、光軸ＡＸ１とＣＣＤ９５ａとが正確に直交する理想的な場合のみである。そこで、本実施形態では、上記の位置誤差を算出するに際し、メモリ内に記憶されている、対応する計測点における光源像のデータ（中心位置や大きさなどの光源像の位置情報）に基づいて、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置（各スポット像のずれ量を算出するための基準位置）をそれぞれ補正し、検出された各スポット像位置と補正後の各基準位置との差を算出している。これにより、波面センサ９０に入射される光の光軸のずれに起因する、波面収差が無いときの各スポット像の基準位置の誤差をキャンセルすることができ、より高精度に波面収差を求めることができる。

なお、厳密に言うと、マイクロレンズアレイ９４の前記光路上への挿入及び光路上からの退避（光路上に対する出し入れ）によってマイクロレンズアレイ９４（各マイクロレンズ９８）の位置誤差が生じ、この位置誤差の影響でスポット像の位置ずれが生じ得る。この場合、スポット像のずれ量（位置誤差）の実測値には、ａ．収差に起因する誤差成分、ｂ．上記の光軸のずれに起因する誤差成分及びｃ．マイクロレンズアレイ９４の光路上に対する出し入れに起因する誤差成分が含まれることになる。

従って、より正確にスポット像のずれ量を求めるためには、短時間の間に、マイクロレンズアレイ９４の光路上へ出し入れを複数回繰り返し、その際ほぼ光軸上に位置するマイクロレンズ９８によってＣＣＤ９５ａの撮像面上に形成されるスポット像の結像位置の分布を示す分布関数を求め、この分布関数が最大となる位置のＣＣＤ９５ａの撮像面の中心からのずれ量（Δとする）を求めておく。このずれ量Δには、上記のｂ．及びｃ．の誤差成分が含まれているが、本実施形態では、ｂ．の成分を対応する光源像のデータに基づいて容易に求めることができるので、このｂ．の成分をずれ量Δから差し引くことで、マイクロレンズアレイ９４の光路上に対する出し入れに起因する誤差成分を求めることができる。そこで、実際の波面収差の計測の際には、この誤差成分をオフセットとして用いることで、マイクロレンズアレイ９４の光路上に対する出し入れに起因する誤差成分をキャンセルすることができ、結果的にマイクロレンズアレイ９４の光路上に対する出し入れの際の位置再現性を良好に確保した場合と同様の高精度な波面収差計測が可能となる。

図７の説明に戻り、次のステップ１６６では、カウンタｎの値が計測点の総数Ｎ（ここではＮ＝３３）以上であるか否かを判断することで、全ての計測点において波面収差の計測が終了したか否かを判断する。ここでは、最初の計測点について波面収差の計測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１６８に移行して、カウンタｎを１インクリメントした後、ステップ１５８に戻る。

以後、ステップ１６６における判断が肯定されるまで、ステップ１５８→１６０→１６２→１６４→１６６→１６８のループの処理を繰り返す。これにより、投影光学系ＰＬの視野内の２〜３３番目の計測点、すなわちピンホールパターンＰＨ₂〜ＰＨ₃₃の投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点について、波面収差計測が行われ、ピンホールパターンＰＨ₂〜ＰＨ₃₃それぞれを介した光に関する波面収差が算出され、メモリ内に記憶される。

そして、全ての計測点についての波面収差計測が終了し、ステップ１６６における判断が肯定されると、図５のメインルーチンのステップ１０４にリターンする。

この一方、前述したステップ１４４における判断が否定された場合、すなわち計測モードとして第２モードが設定されていた場合には、ステップ１７０に移行し、波面センサ９０をｎ番目（ここでは１番目）の計測点に移動する。すなわち、ｎ番目のピンホールパターンＰＨ_nの投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点に波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａが一致するようにウエハステージＷＳＴを移動する。

次のステップ１７２では、前述のステップ１４８と同様にしてｎ番目（ここでは１番目）の計測点における瞳像計測を行い、撮像データＩＭＤ２に基づいて抽出した光源像のデータ（中心位置や大きさなどの光源像の位置情報）をメモリに記憶する。

次のステップ１７４では、波面分割ユニット８４を光路上に挿入した後、これに続くステップ１７６〜１８０で、前述のステップ１６０〜１６４と同様にして、ｎ番目（ここでは１番目）の計測点における波面収差の計測、すなわち計測用レチクルＲＴにおけるｎ番目のピンホールパターンＰＨ_nを介した光に関する投影光学系ＰＬの波面収差の計測を行う。

次のステップ１８２では、カウンタｎの値が計測点の総数Ｎ（ここではＮ＝３３）以上であるか否かを判断することで、全ての計測点において波面収差の計測が終了したか否かを判断する。ここでは、最初の計測点について波面収差の計測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１８４に移行して、カウンタｎを１インクリメントした後、さらにステップ１８６で波面分割ユニット８４を光路上から退避した後、ステップ１７０に戻る。

以後、ステップ１８２における判断が肯定されるまで、ステップ１７０→１７２→１７４→１７６→１７８→１８０→１８２→１８４→１８６のループの処理を繰り返す。これにより、投影光学系ＰＬの視野内の２〜３３番目の計測点、すなわちピンホールパターンＰＨ₂〜ＰＨ₃₃の投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点について、瞳像計測及びこの結果を考慮した波面収差計測が行われ、ピンホールパターンＰＨ₂〜ＰＨ₃₃それぞれを介した光に関する波面収差が算出され、メモリ内に記憶される。

そして、全ての計測点についての波面収差計測が終了し、ステップ１８２における判断が肯定されると、図５のメインルーチンのステップ１０４にリターンする。

ステップ１０４では、上で求めた投影光学系ＰＬの視野内のＮ個（ここでは３３個）の計測点における波面収差のデータに基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差が全ての計測点で許容値以下であるか否かを判断する。そして、この判断が否定された場合には、ステップ１０６に移行して、投影光学系ＰＬの波面収差の計測結果に基づき、現在発生している波面収差を低減させるように、結像特性補正コントローラ２５１を介してレンズエレメントを駆動して投影光学系ＰＬの波面収差の調整を行う。なお、場合によっては、人手により投影光学系ＰＬのレンズエレメントのＸＹ平面内での移動やレンズエレメントの交換を行うこととしても良い。

その後、ステップ１０２のサブルーチンの処理を行い、調整された投影光学系ＰＬに関する波面収差を上記と同様にして計測する。以後、ステップ１０４において肯定的な判断がなされるまで、投影光学系ＰＬの波面収差の調整（ステップ１０６）と、波面収差の計測（ステップ１０２）とを繰り返し実行する。そして、ステップ１０４において肯定的な判断がなされると、ステップ１０８に移行する。

ステップ１０８では、不図示の入出力装置を介してアラーム音を発するとともにディスプレイ画面上に「波面収差計測終了」を表示するなどして、オペレータに波面収差を計測した旨を通知する。

次のステップ１１０では、波面センサ９０がウエハステージＷＳＴから取り外されるのを待ち、波面センサ９０がウエハステージＷＳＴから取り外されたことを例えば不図示のセンサの出力又はオペレータからの通知などにより確認すると、ステップ１１２に移行する。

ステップ１１２では、不図示のレチクルローダを介してレチクルステージＲＳＴ上にロードされている計測用レチクルＲＴをアンロードするとともに、転写したいパターンが形成されたレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上にロードする。

次のステップ１１３では、前述のレチクルアライメント系及び不図示の基準マーク板を用いたレチクルアライメント、アライメント検出系ＡＳ及び基準マーク板を用いたベースライン計測を、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で行う。

次のステップ１１４では、不図示のウエハローダを介してウエハステージＷＳＴ上のウエハ交換を行う（但し、ウエハステージＷＳＴ上にウエハがロードされていない場合は、ウエハを単にロードする）。

次のステップ１１６では、ウエハＷに対するアライメント（例えばＥＧＡ方式のウエハアライメントなど）を行う。このウエハアライメントの結果、ウエハＷ上の複数のショット領域の配列座標が精度良く求められる。なお、ＥＧＡ方式のウエハアライメントについては、特開昭６１−４４４２９号公報及びこれに対応する米国特許第４，７８０，６１７号等に詳細に開示されており、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、上記公報及び対応する上記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。

次のステップ１１８では、上記のウエハアライメントの結果に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のために走査開始位置（加速開始位置）にウエハステージＷＳＴを移動させる動作と、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを同期してＹ軸方向に相対走査しつつレチクルＲを照明光ＩＬで照明してレチクルＲのパターンをウエハＷ上のショット領域に転写する動作とを繰り返す、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う。

なお、上記の相対走査中、特に走査露光中には、レチクル干渉計１６によって検出されるレチクルステージＲＳＴのＸＹ位置の情報、ウエハ干渉計１８によって検出されるウエハステージＷＳＴの位置情報、及び多点フォーカス位置検出系（２１，２２）によって検出されるウエハＷのＺ位置及びレベリング情報などに基づいて、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの位置関係が適切に保たれるよう、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置制御が行われる。

次のステップ１２０では、予定枚数（例えば１ロット）のウエハに対する露光が終了したか否かを判断し、この判断が否定されると、ステップ１１４に戻り、以後、ステップ１２０における判断が肯定されるまで、ステップ１１４→１１６→１１８→１２０のループの処理を繰り返し行う。

そして、予定枚数のウエハに対する露光が終了すると、ステップ１２０における判断が肯定され、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、波面センサ９０を構成する検出器９５からの検出信号に基づいて、所定の演算を行って被検光学系、例えば投影光学系ＰＬの光学特性を算出する処理装置が、主制御装置２０によって構成され、波面センサ９０と主制御装置２０とによって、光学特性計測装置が構成されている。

以上説明したように、本実施形態の露光装置１００が備える光学特性計測装置によると、挿脱機構（エアシリンダ８８、流路切替え弁７６、真空ポンプ７８及びエア供給機構６６）により、前述の筐体９７内部の受光光学系を構成するコリメータレンズ９２を経由した光の光路に対して投影光学系ＰＬ（及び照明光学系）の瞳共役面の近傍位置でマイクロレンズアレイ９４（波面分割ユニット８４）が挿入され、あるいはその挿入されたマイクロレンズアレイ９４（波面分割ユニット８４）が光路上から離脱される。そして、マイクロレンズアレイ９４が上記光路上に挿入された状態では、投影光学系ＰＬを介した光がコリメータレンズ９２を経由し、マイクロレンズアレイ９４を介して検出器９５で受光され、その検出器９５から投影光学系ＰＬに関する情報を含む検出信号（例えば前述の撮像データＩＭＤ１）が出力される。この場合、マイクロレンズアレイ９４により投影光学系ＰＬの瞳面における波面が分割されているので、検出器９５からは分割された各波面に関連する投影光学系ＰＬの光学特性に関する情報を含む検出信号（例えば前述の撮像データＩＭＤ１）が出力される。

この一方、マイクロレンズアレイ９４が上記光路上から離脱された状態では、投影光学系ＰＬを介した光がコリメータレンズ９２を経由し、マイクロレンズアレイ９４を介することなく検出器９５で受光され、その検出器９５から投影光学系ＰＬの光学特性に関する情報を含む検出信号（例えば前述の撮像データＩＭＤ２）が出力される。この場合、検出器９５からは瞳面の形状、位置などに関連する投影光学系ＰＬの光学特性に関する情報を含む検出信号（例えば前述の撮像データＩＭＤ２）が出力される。

いずれにしても、投影光学系ＰＬを介した光がハーフミラーを経由することなく、検出器９５で受光されるので、検出器９５からの検出信号（例えば撮像データＩＭＤ１、ＩＭＤ２）に基づいて求められる光学特性（上記の例では波面収差）は、ハーフミラーに存在する偏光特性によって計測精度が悪化することがあり得ない。従って、投影光学系ＰＬの光学特性（例えば波面収差）を高精度に計測することが可能である。

また、本実施形態では、投影光学系ＰＬの波面収差の計測に際して、処理装置として機能する主制御装置２０は、前述の挿脱機構によりマイクロレンズアレイ９４が前記光路上に挿入されている状態では、検出器９５からの検出信号に基づいて、投影光学系ＰＬ（被検光学系）の第１の光学特性として波面収差を算出する。より正確には、投影光学系ＰＬの波面収差を計測に際して、計測用レチクルＲＴのピンホールパターンＰＨ_nに照明光ＩＬを照射することによって形成される波面をマイクロレンズアレイ９４によって分割し、マイクロレンズアレイ９４のマイクロレンズ９８毎に得られるスポット像と基準位置とのずれを検出し、例えばツェルニケの多項式等を用いて投影光学系ＰＬ（被検光学系）の第１の光学特性として波面収差を求めている。

また、主制御装置２０は、前述の挿脱機構によりマイクロレンズアレイ９４が前記光路上から離脱されている状態では、検出器９５からの検出信号に基づいて、前述の瞳像（光源像）のデータ（中心位置や大きさなどの光源像の位置情報）を投影光学系ＰＬの第２の光学特性として算出する。これは、ツェルニケの多項式を用いて波面収差を精度良く求めるためには、投影光学系ＰＬの瞳位置や大きさに基づいて波面収差を求めるための基準位置のずれを補正することが望ましいからである。すなわち、前述のように、検出器９５によって撮像された光源像を検出対象として、その光源像の位置が精度良く検出され、その検出された光源像の位置や大きさに基づいて、基準位置のずれが補正される。したがって、本実施形態では、波面収差を精度良く計測することができる。

また、本実施形態の露光装置１００では、光学特性計測装置により上述のように投影光学系ＰＬの光学特性として、総合的な収差である波面収差をオン・ボディにて精度良く計測することができる。そして、この投影光学系ＰＬの波面収差に基づいて、投影光学系ＰＬを調整した後、十分に諸収差が低減された投影光学系ＰＬを用いて露光が行われるので、レチクルＲに形成されたパターンをウエハＷ上に精度良く転写することが可能となる。

なお、上記実施形態では、複数のピンホールパターンが形成された計測用レチクルＲＴをレチクルステージＲＳＴ上にロードし、計測用レチクルＲＴを照明光ＩＬで照明し、その計測用レチクルＲＴに形成されたピンホールパターンで発生した球面波を投影光学系ＰＬに入射させて、波面センサ９０を用いて、瞳像計測又はピンホールパターンの像の計測を行う場合について説明したが、本発明の光学特性計測装置の計測対象がこれらに限定されないことは勿論である。

すなわち、光学特性計測装置は、光学系の収差計測以外の様々な光学系の光学特性の計測にも適用することができる。例えば、この光学特性計測装置（９０、２０）を用いて、照明光学系１２の開口数（照明Ｎ．Ａ．）又はコヒーレンスファクタσ値の計測も実行することができる。例えば、レチクルＲをレチクルステージＲＳＴに保持しない状態、あるいはレチクルステージＲＳＴ上に照射される光を遮蔽しないガラスレチクルを保持した状態とし、波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａが光軸ＡＸ上に位置するように、ウエハステージＷＳＴを移動させる。かかる移動は、前述と同様に、主制御装置２０が、ウエハ干渉計１８によって検出されたウエハステージＷＳＴの位置情報（速度情報）に基づいて、ウエハステージ駆動部２４を制御することにより行われる。このとき、波面センサ９０の波面分割ユニット８４は、光路上から退避した状態となっている。

こうした光学配置において、照明系から射出された照明光ＩＬが、投影光学系ＰＬを介した後、波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａに到達するようになる。開口９１ａを通過した光は、コリメータレンズ９２により平行光に変換され、さらにリレーレンズ系９３を介した後、ＣＣＤ９５ａに入射する。このとき、ＣＣＤ９５ａにより、それら撮像面（受光面）に形成された光源像の撮像が行われる。

その撮像データＩＭＤ２は、主制御装置２０に送られ、前述の瞳像計測と同様に、主制御装置２０により光源像に対応する各画素が抽出され、その光源像の位置や大きさが検出される。

コヒーレンスファクタσ値（照明σ）は、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面における光源像の大きさと、その入射瞳の大きさとの比で定義される。入射瞳の大きさが既知であり、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面の位置及びその入射瞳面の概略共役面である波面センサ９０のＣＣＤ９５ａの撮像面の位置が既知であり、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面における光源像に対するＣＣＤ９５ａの撮像面における光源像の倍率も既知であるとすると、主制御装置２０において、ＣＣＤ９５ａによって撮像された光源像の大きさからコヒーレンスファクタσ値（照明σ）を求めることができる。

また、照明Ｎ．Ａ．は、上述のように求めたコヒーレンスファクタσと、既知の投影光学系ＰＬのＮ．Ａ．とから計算により求めることもできるが、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面の位置及びその入射瞳面の概略共役面である波面センサ９０のＣＣＤ９５ａの撮像面の位置が既知であり、投影光学系ＰＬにおける入射瞳面における光源像に対するＣＣＤ９５ａの撮像面における光源像の倍率も既知であるとすると、主制御装置２０において、ＣＣＤ９５ａによって撮像された光源像の大きさから照明Ｎ．Ａ．を簡単な計算で求めることができる。

このように、照明σ又は照明Ｎ．Ａ．を求める際にも、マイクロレンズアレイ９４が光路上から退避した状態でＣＣＤ９５ａによって撮像された光源像の大きさを主制御装置２０が精度良く検出することができるため、被検光学系の第２の光学特性として照明σ又は照明Ｎ．Ａ．を高精度に計測することができる。

なお、照明σが計測される照明条件は、通常照明に限られるものではなく、輪帯照明や４極照明等でもよい。すなわち、照明光学系の瞳面上で照明光が分布する領域は、円形や楕円形等に限られるものではなく、輪帯、あるいは照明光学系の光軸からほぼ等距離に分布する複数の局所領域等であってもよい。

なお、上記実施形態では、計測用レチクルＲＴにおける開口パターンの数を１１×３＝３３としたが、所望の波面収差の計測精度に応じて、数を増減することが可能である。また、マイクロレンズアレイ９４におけるマイクロレンズ９８の配列数や配列態様も、所望の波面収差の計測精度に応じて変更することが可能である。

また、上記実施形態では、エアシリンダ８８、流路切替え弁７６、真空ポンプ７８及びエア供給機構６６によって構成され、主制御装置２０によって制御される挿脱機構により、波面分割光学素子としてのマイクロレンズアレイ９４が、コリメータレンズ９２に入射した光の光路上に挿入及び離脱される場合について説明したが、これに限らず、マイクロレンズの前記光路上への挿脱を手動にて行う挿脱機構を採用しても良い。このような挿脱機構は、例えば波面分割ユニット８４を上下方向に案内するガイドを含んで構成することができる。

また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの波面収差の計測に際し、レチクルステージＲＳＴ上に計測用レチクルＲＴをロードするものとしたが、計測用レチクルと同様のピンホールパターンが形成されたパターン板をレチクルステージＲＳＴに常設しておき、このパターン板を投影光学系ＰＬの視野に対して位置合わせして、投影光学系ＰＬの波面収差の計測を行うようにしても良い。

また、上記実施形態では、波面センサ９０内部の受光光学系の収差は、無視できる程小さいものとしたが、さらに高い精度の波面収差計測を行う場合などには、波面収差を算出するまでのいずれかの時点で、受光光学系単独の波面収差を計測しておいても良い。かかる受光光学系単独の波面収差の計測は、投影光学系ＰＬを介した照明光ＩＬの照射により球面波を発生する程度の大きさのピンホールパターンが形成されたパターン板を、標示板９１あるいはその近傍に設け、このパターン板のピンホールパターンで開口９１ａを更に制限した状態で、投影光学系ＰＬから射出される照明光ＩＬをパターン板に照射して、上述と同様の波面収差の計測を行うことで実現できる。そして、投影光学系ＰＬの波面収差の算出の際に、上記の受光光学系単独の波面収差を補正値として用いることとしても良い。

また、同様に、波面収差を精度良く求めるために、波面収差を算出するまでのいずれかの時点で、ＣＣＤ９５ａの暗電流を計測しておき、各画素の値（輝度値）を求める際に、この暗電流に起因するオフセットを補正しても良い。かかるオフセット補正は、前述した瞳像計測などの場合に行うと良い。

また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの波面収差計測及び波面収差調整を、露光装置が組み立てられた後の定期メンテナンス時等に行い、その後のウエハの露光に備える場合について説明したが、露光装置の製造における投影光学系ＰＬの調整時に、上記の実施形態と同様にして、波面収差の調整を行っても良い。なお、露光装置の製造時における投影光学系ＰＬの調整にあたっては、上記の実施形態において行われる投影光学系ＰＬを構成する一部のレンズエレメントの位置調整に加えて、他のレンズエレメントの位置調整、レンズエレメントの再加工、レンズエレメントの交換等を行うことが可能である。

また、上記実施形態では、波面センサ９０がウエハステージＷＳＴに対して着脱自在になっている場合について説明したが、これに限らず、波面センサ９０はウエハステージＷＳＴに常設されても良い。

また、上記実施形態では、オプティカルインテグレータ２２２としてフライアイレンズが用いられるとしたが、その代わりに、マイクロフライアレイレンズが用いられても良い。この場合には、フライアイレンズ２２２が用いられたときよりも光源像の強度分布がより均一となるので、光源像に対応する各画素の抽出がより容易となる。また、オプティカルインテグレータとして内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）を用いることもできるが、この場合には、光源像としてその虚像を検出することになる。

なお、上記実施形態では、シャック−ハルトマン方式の波面センサ９０を含む光学特性計測装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、その内部に波面分割光学素子を有し、波面分割光学素子を受光光路上に挿入又は受光光路上から離脱することで、目的とする光学特性の計測ができる装置であれば、本発明を適用することは可能である。

また、上記実施形態の露光装置の光源６としては、Ｆ₂レーザ光源、ＡｒＦエキシマレーザ光源、ＫｒＦエキシマレーザ光源などの紫外パルス光源に限らず、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプを用いることも可能である。また、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（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）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、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。

また、上記実施形態では、走査型露光装置の場合を説明したが、本発明は、投影光学系を備える露光装置であれば、ステップ・アンド・リピート機、ステップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・スティッチング機を問わず適用することができる。

露光装置の用途としては半導体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液晶標示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。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。

《デバイス製造方法》
次に上述した露光装置をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。

図１０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１０に示されるように、まず、ステップ３０１（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３０２（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３０３（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３０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ３０１〜ステップ３０３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３０５（デバイス組立てステップ）において、ステップ３０４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３０５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３０６（検査ステップ）において、ステップ３０５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１１には、半導体デバイスにおける、上記ステップ３０４の詳細なフロー例が示されている。図１１において、ステップ３１１（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３１２（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３１３（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３１４（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３１１〜ステップ３１４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３１５（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３１６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び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３１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステップ３１８（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３１９（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３１６）において上記実施形態の露光装置が用いられるので、精度良くレチクルのパターンをウエハ上に転写することができる。この結果、高集積度のデバイスの生産性（歩留まりを含む）を向上させることが可能になる。

本発明の光学特性計測装置及び光学特性計測方法は、被検光学系の光学特性を計測するのに適している。また、本発明の露光装置及び露光方法は、マスクに形成されたパターンを感光物体上に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 (22)

1. 被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、
   被検光学系を介した光の光路に対して挿入及び離脱可能で、前記光の光路に挿入された時には前記被検光学系を経由した前記光の波面を分割する波面分割光学素子を含む光学系と；
   前記波面分割光学素子を、前記光路に挿入及び離脱する挿脱機構と；
   前記光学系を介した前記光を受光し、前記被検光学系の光学特性に関する情報を含む検出信号を出力する検出器と；を備える光学特性計測装置。
2. 請求項１に記載の光学特性計測装置において、
   前記波面分割光学素子は、前記被検光学系の瞳共役面の近傍位置に配置されることを特徴とする光学特性計測装置。
3. 請求項１に記載の光学特性計測装置において、
   前記波面分割光学素子は、マイクロレンズアレイであることを特徴とする光学特性計測装置。
4. 請求項１に記載の光学特性計測装置において、
   前記検出器からの検出信号に基づいて、所定の演算を行って前記被検光学系の光学特性を算出する処理装置を更に備える光学特性計測装置。
5. 請求項４に記載の光学特性計測装置において、
   前記処理装置は、前記挿脱機構により前記波面分割光学素子が前記光路に挿入されている状態では、前記検出器からの検出信号に基づいて、前記被検光学系の第１の光学特性を算出することを特徴とする光学特性計測装置。
6. 請求項５に記載の光学特性計測装置において、
   前記第１の光学特性は、前記被検光学系の波面収差であることを特徴とする光学特性計測装置。
7. 請求項４に記載の光学特性計測装置において、
   前記処理装置は、前記挿脱機構により前記波面分割光学素子が前記光路から離脱されている状態では、前記検出器からの検出信号に基づいて、前記被検光学系の第２の光学特性を算出することを特徴とする光学特性計測装置。
8. 請求項７に記載の光学特性計測装置において、
   前記第２の光学特性は、前記被検光学系の瞳面又はその共役面における光源像の位置及び形状の少なくとも一方の情報に関連する光学特性であることを特徴とする光学特性計測装置。
9. 請求項８に記載の光学特性計測装置において、
   前記第２の光学特性は、前記被検光学系を構成する照明光学系の開口数及びコヒーレンスファクタの一方であることを特徴とする光学特性計測装置。
10. マスクに形成されたパターンを感光物体上に転写する露光装置であって、
    前記マスクを照明光で照明する照明光学系と；
    前記マスクから射出される前記照明光を前記感光物体上に投射する投影光学系と；
    前記感光物体を保持して２次元移動する物体ステージと；
    前記投影光学系が前記被検光学系となるように前記物体ステージに装着された請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学特性計測装置と；を備える露光装置。
11. 請求項１０に記載の露光装置において、
    前記光学特性計測装置は、その少なくとも一部が、前記物体ステージに着脱自在に装着されていることを特徴とする露光装置。
12. リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
    前記リソグラフィ工程では、請求項１０に記載の露光装置を用いて感光物体上にパターンを転写するデバイス製造方法。
13. 被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法であって、
    前記被検光学系を介した光の光路に波面分割光学素子を挿入した第１の状態で、前記被検光学系及び前記波面分割光学素子を介した光に基づいて第１の情報を検出する第１検出工程と；
    前記光路から前記波面分割光学素子を退避させた第２の状態で、前記被検光学系を介した光に基づいて第２の情報を検出する第２検出工程と；
    前記第１の情報及び前記第２の情報に基づいて、前記被検光学系の光学特性を算出する算出工程と；を含む光学特性計測方法。
14. 請求項１３に記載の光学特性計測方法において、
    前記算出工程では、前記被検光学系の光学特性のうち第１の光学特性を算出することを特徴とする光学特性計測方法。
15. 請求項１４に記載の光学特性計測方法において、
    前記波面分割光学素子の前記光路に対する出し入れに起因する誤差成分を計測する誤差計測工程をさらに含む光学特性計測方法。
16. 請求項１５に記載の光学特性計測方法において、
    前記誤差計測工程では、前記波面分割光学素子の前記光路に対する出し入れを複数回繰り返し、その際前記波面分割光学素子の結像面上に形成される所定のスポット像の結像位置の分布を示す分布関数を求め、この分布関数が最大となる位置の前記結像面の中心からのずれ量を求め、該ずれ量から前記波面分割光学素子に入射する光の光軸のずれに起因する誤差成分を差し引くことで、前記出し入れに起因する誤差成分を算出することを特徴とする光学特性計測方法。
17. 請求項１３に記載の光学特性計測方法において、
    前記被検光学系は、パターンを投影する投影光学系を含むことを特徴とする光学特性計測方法。
18. 請求項１３に記載の光学特性計測方法において、
    前記算出工程では、前記被検光学系の光学特性のうち、前記第１の光学特性及び第２の光学特性を算出することを特徴とする光学特性計測方法。
19. 請求項１８に記載の光学特性計測方法において、
    前記第１の光学特性は、前記投影光学系の波面収差であり、前記第２の光学特性は前記投影光学系の瞳面に形成される光源像であることを特徴とする光学特性計測方法。
20. 請求項１３に記載の光学特性計測方法において、
    前記算出工程で算出された前記投影光学系の第１の光学特性が所定の許容値以下であるか否かを判断し、許容値を超えていた場合に、前記第１の光学特性が前記許容値以下となるまで、前記投影光学系の第１の光学特性の調整と、前記第１の光学特性の計測とを繰り返すことを特徴とする光学特性計測方法。
21. 投影光学系を前記被検光学系として請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の光学特性計測方法を実行する工程と；
    前記光学特性計測方法が実行された前記投影光学系を用いて、パターンを感光物体上に転写する工程と；を含む露光方法。
22. 請求項２１に記載の露光方法を用いるリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。

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