JP4539877B2 - 計測方法及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は計測方法及び露光方法に係り、更に詳しくは、投影光学系のフレアに関する情報を計測する計測方法及び該計測方法を用いる露光方法、並びに該露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。

半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイスの微細パターンの形成に際しては、形成すべきパターンを４〜５倍程度に比例拡大して形成したマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターンを、投影露光装置を用いて、ウエハ等の被露光物体上に縮小転写する方法が用いられている。

投影露光装置は、半導体素子（集積回路）の高集積化に伴う回路パターンの微細化に対応するために、その露光波長をより短波長側にシフトしてきた。現在、その波長はＫｒＦエキシマレーザの２４８ｎｍ及び、より短波長のＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍが主流となっている。

投影露光装置では、露光波長の短波長化に伴い、投影光学系を構成する光学部材（レンズ、ミラーなど）の表面に残存する微小な研磨残痕や傷によるフレアの光量、及びレンズ材料の不均一性に起因して発生するフレアの光量が問題になっている。このフレアには、像面上で遮光パターンの像のエッジの近傍に現れるローカルフレアと、このローカルフレアの外側に広がるグローバルフレアとがある。

特に、ローカルフレアは、注目しているパターンの粗密によってその近傍のフレア量が異なり、ＯＰＥ（光近接効果）特性が影響を受ける。

投影露光装置の投影光学系におけるフレア計測は、現状では、計測用のレチクル上に形成されたフレア計測用のパターンをその投影光学系を介してウエハ上のレジスト層に実際に転写する「焼付け法」と呼ばれる方法によって行われている（例えば、特許文献１参照）。

焼付け法においては、例えば図１７に示されるような一辺がｄの正方形の遮光マークをフレア計測マークとして用い、このフレア計測マークをウエハ上のレジスト層に転写して得られるレジスト像（ウエハを現像後にそのウエハ表面のレジスト層に形成されるマークの像）が所定のサイズとなる最適露光量Ｅ_thと、そのレジスト像が完全に消失する過剰露光量Ｅ₀との比（Ｅ_th／Ｅ₀）を、フレアの指標とする、Ｅ_th／Ｅ₀方式が知られている。なお、以下では、この焼付け法による比（Ｅ_th／Ｅ₀）をコントラスト値Ｃと呼ぶものとする。

この焼付け法によるＥ_th／Ｅ₀方式では、特許文献１にも開示されているように、ラインパターンを用いても良い。この他、焼付け法による、フレア計測の方法として、所定の計測用マーク（例えば、ラインアンドスペースマークなど）のレジスト像の線幅を、フレアの指標とする線幅計測方式も知られている。

しかるに、上述の焼付け法によるフレア計測では、ウエハ等の被露光物体の現像工程等を経る必要があるため、その計測に多大な時間を要し、フレア計測が投影露光装置における一連の処理のスループット低下の一因となっている。また、レジスト像の計測工程を含むため、レジストの塗布工程や現像工程等での環境などのバラツキがあると、それがレジスト像の計測値に影響を与え、高精度なフレア計測が困難となるおそれもある。

特開２００３-３１８０９５号公報

本発明は、上述した事情の下になされたもので、第１の観点からすると、投影光学系のフレアに関する情報を計測する計測方法であって、前記投影光学系の物体面側に配置された遮光パターンを含む領域に光を照射し、前記投影光学系の像面側に前記遮光パターンの像を形成する第１工程と；前記投影光学系の像面側に形成された前記遮光パターンの像に対して、所定の計測用パターンを有する計測器を走査させつつ、前記計測用パターンを介した光の強度分布を検出する第２工程と；前記第２工程で検出された前記光の強度分布から前記投影光学系のフレアに関する情報を算出する第３工程と；を含む計測方法である。

これによれば、前述の焼付け法とは異なり、基板の現像工程等が不要となるため、焼付け法に比べて短時間でフレアに関する情報の計測を行うことが可能となる。また、前述のレジストの影響を排除することができるので、高精度なフレアに関する情報の計測が可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の計測方法により前記投影光学系のフレアに関する情報を計測する工程と；前記計測されたフレアに関する情報を考慮して、マスクに形成されたパターンを基板に転写する工程と；を含む第１の露光方法である。

これによれば、本発明の計測方法により投影光学系のフレアに関する情報が、短時間にかつ高精度に計測され、その計測されたフレアに関する情報を考慮して、マスクに形成されたパターンが基板に転写される。このため、フレアの影響を低減した状態で基板にパターンを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、本発明の計測方法により前記投影光学系のフレアに関する情報を計測する工程と；前記計測されたフレアに関する情報を考慮してマスクに形成するパターンを決定し、該パターンをマスクに形成する工程と；前記マスクに形成されたパターンを基板に転写する工程と；を含む第２の露光方法である。

これによれば、本発明の計測方法により投影光学系のフレアに関する情報が、短時間にかつ高精度に計測され、その計測されたフレアに関する情報を考慮して、マスクに形成するパターンが決定され、その決定されたパターンがマスクに形成される。そして、このマスクに形成されたパターンが基板に転写される。これにより、所望のサイズのパターンの転写像を基板上に形成することが可能となる。

また、リソグラフィ工程において、本発明の第１、第２の露光方法を用いてマスクに形成されたパターンを基板に転写することにより、高集積度のマイクロデバイスの生産性を向上することが可能である。したがって、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。

一実施形態に係る露光装置を示す概略図である。 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。 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。 フレア計測に用いる計測用レチクルを示す図である。 フレア計測マーク群の１つを拡大して示す図である。 図５（Ｂ）のフレア計測マークの１つを拡大して示す図である。 発明者が行った実験の結果の一例である、空間像強度（空間像に対応する光強度）を示す図である。 図７（Ａ）の実験に用いられた遮光パターンを示す図である。 フレア計測マークを用いたフレア計測を説明するための図であって、フレア計測マークとスリットの寸法を説明するための図である。 一実施形態の露光装置で実行される、投影光学系のフレア計測の際の、主制御装置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９のサブルーチン１１０の例を示すフローチャートである。 図９のサブルーチン１１４の例を示すフローチャートである。 フレア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。 レチクル設計システムによる製造対象のワーキングレチクル上に形成すべきレチクルパターンデータの作成処理アルゴリズムを示すフローチャートである。 遮光パターンとスリットの変形例を示す図（その１）である。 遮光パターンとスリットの変形例を示す図（その２）である。 遮光パターンとスリットの変形例を示す図（その３）である。 従来の技術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を説明するためのフローチャートである。 図１８のステップ５０４の具体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１２に基づいて説明する。

図１には、本発明の計測方法及び露光方法が適用される、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を保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハ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）を出力するエキシマレーザ光源が用いられるものとする。光源１４は、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（ホモジナイザー）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、ロッド型（内面反射型）インテグレータ、あるいは回折光学素子等を用いても良い。

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（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（例えばSHRINCとも呼ばれる四極照明用の開口絞り）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。

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が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、固定レチクルブラインド３０Ａ及び可動レチクルブラインド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）及びこれに直交する非走査方向（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、且つ光源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に入射して、ここで後方のフライアイレンズ２２に効率良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（照明光学系１２の瞳面）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、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機構５６Ｒにより、後述する投影光学系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。

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機構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から成る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（又は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を構成する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とを含む。

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機構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が真空吸着等により保持されている。

Ｚチルトステージ３８は、不図示ではあるが、３つのＺ位置駆動機構によってＸＹステージ４２上に３点で支持されている。本実施形態では、上記３つのＺ位置駆動機構によって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。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位置駆動機構を含めてウエハステージ駆動機構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機構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を構成する光学系の一部が配置されている。ここで、この空間像計測装置５９の構成について詳述する。この空間像計測装置５９は、図２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側構成部分、すなわちパターン板としてのスリット板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、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、光電変換素子から成る光センサ９４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２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)２９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３に示されるように、Ｘ軸方向に伸びる所定幅Ｄ（Ｄは例えば１００ｎｍ）のスリット２９ｙと、Ｙ軸方向に伸びる所定幅Ｄのスリット２９ｘとが、その図３に示されるような位置関係（Ｘ軸方向及びＹ軸方向にＬ（Ｌは例えば２０μｍ）離れた位置関係）で形成されているが、図２ではこれらのスリット２９ｘ，２９ｙが代表的にスリット２９として示されている。スリット２９ｘ、２９ｙの長さは、ともにＬである。以下では、スリット２９ｘ、２９ｙを適宜スリット２９と総称する。なお、本実施形態において、上述のようなスリットの配置、寸法を採用した理由については更に後述する。

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。また、スリット板９０とは別に、基準マーク板などを設けても良いことは勿論である。なお、本実施形態では、反射膜８３の表面には、例えば、酸化クロムなどによって反射防止コートが施され、その反射率はレジストの反射率と同程度に設定されている。

スリット２９下方のＺチルトステージ３８内部には、スリット２９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ＩＬ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°折り曲げられるようになっている。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９４が配置されている。これら受光レンズ８９及び光センサ９４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を介してウエハベース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９４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９４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）などを含むことができる。

なお、前述の如く、スリット２９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２９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上の計測マークの投影像（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を構成するスリット板９０が照明されると、そのスリット板９０上のスリット２９を透過した照明光ＩＬがレンズ８４、ミラー８８及びレンズ８６、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９４によって受光され、該光センサ９４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、計測マーク等の投影像（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９４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２９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９４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９４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９４の発熱に起因するウエハレーザ干渉計５４Ｗの計測精度等に及ぼす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９４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号公報等に開示されている。

主制御装置５０では、後述する走査露光時等に、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機構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機構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。

前記制御系は、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を中心として、該主制御装置５０の制御下にあるステージ制御装置７０などを含む。

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説明する。

図２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２におけるレチクルＲ１としては、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などが用いられる。これらのレチクルの代わりに、レチクルステージＲＳＴにレチクルと同材質のガラス素材から成る固定のマーク板であって、計測マークが形成されたレチクルフィデューシャルマーク板を用いても良い。

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２参照）。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３に示されるように、スリット板９０上のスリット２９ｙ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３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２９ｙ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２９ｙ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９４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９４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９４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４には、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）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２９ｘ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４中に矢印Ｆｘで示されるようにＸ軸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光電変換信号（光強度信号）を得ることができる。

次に、本実施形態の露光装置１０における投影光学系ＰＬのフレア計測方法について説明するが、それに先立って、そのフレア計測に用いられる計測用レチクルＲＴの一例について図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に基づいて説明する。なお、投影光学系で発生するフレアには大きく分けて、投影光学系を構成する光学部材（レンズ等）の表面や、その表面のコーティング膜で小さい角度範囲に発生する前方散乱光に起因するフレア、すなわち、光学部材表面の散乱光に起因するローカルフレア（local flare）と、光学部材のコーティング膜における反射に起因するフレア、すなわち光学部材表面の反射に起因するグローバルフレアとがある。なお、ローカルフレアは、像面上で遮光パターンの像のエッジの近傍（例えば数μｍ〜１００μｍの範囲）に現れ、グローバルフレアは、ローカルフレアの外側（１００μｍから像面全体）に広がる。

図５（Ａ）には、フレア計測に用いられる計測用レチクルＲＴの一例が示されている。この図５（Ａ）は、計測用レチクルＲＴをパターン面側（図１における下面側）から見た平面図である。この図５（Ａ）に示されるように、計測用レチクルＲＴは、矩形のガラス基板７０から成り、その中央にパターン領域ＰＡが形成されている。パターン領域ＰＡの内部には、２つの計測マークの形成領域が設けられている。

すなわち、パターン領域ＰＡの内部には、その中央部に位置する前述の照明領域ＩＡＲとほぼ同じ大きさの矩形の第１のマーク形成領域（点線で囲まれる領域）と、Ｙ軸方向一側の端部近傍に位置する前述の照明領域ＩＡＲとほぼ同じ大きさの矩形の第２のマーク形成領域とが設けられている。第１のマーク形成領域の内部には、クロム等から成る複数のフレア計測マーク群ＭＰ_n（ＭＰ₁〜ＭＰ_N）がｉ行ｊ列（図５（Ａ）では２行５列の場合が示されている。）のマトリクス状に配置されている。

フレア計測マーク群ＭＰ₁〜ＭＰ_Nのそれぞれは、図５（Ｂ）にフレア計測マーク群ＭＰ₁が代表的に取り出して示されるように、複数（ここでは３つ）の略Ｌ字状のフレア計測マークＭＰ_n,1、ＭＰ_n,2、ＭＰ_n,3（ここでは、ＭＰ_1,1、ＭＰ_1,2、ＭＰ_1,3）から構成されている。このうち、フレア計測マークＭＰ_n,1は、図６に示されるように、Ｘ軸方向に伸びる所定長さＭ（Ｍは、像面上に換算して３Ｌ、すなわち、３×２０μｍ＝６０μｍ）の第１の線幅ｄのライン状の遮光パターンから成る第１部分ｍｐｘと、該第１部分ｍｐｘの長手方向の一端の角部にその長手方向の一端の角部が点接触する状態で配置され、Ｙ軸方向に伸びる長さＭの第１の線幅ｄのライン状の遮光パターンから成る第２部分ｍｐｙとを有している。

また、フレア計測マークＭＰ_n,2、ＭＰ_n,3のそれぞれは、フレア計測マークＭＰ_n,1と同様に、第１部分ｍｐｘと第２部分ｍｐｙとから成るが、各部分の線幅が、第２の線幅、第３の線幅となっている。ここで、第１の線幅、第２の線幅、第３の線幅は、相互に異なる線幅とされている。

なお、フレア計測マークＭＰ_n,1、ＭＰ_n,2、ＭＰ_n,3は、隣り合う計測マーク同士が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に、例えば像面上換算値で１００μｍの間隔をあけた状態で配置されている（図５（Ｂ）参照）。ここで、間隔を１００μｍにしているのは、ローカルフレアの広がり範囲が最大でもパターンエッジから１００μｍ程度であると言われていることを考慮した結果である。

ここで、前述のスリット２９ｘ，２９ｙとフレア計測マーク群ＭＰ₁〜ＭＰ_nの各マークとを、上述したような寸法とした理由について簡単に説明する。

図７（Ａ）には、発明者が行った実験の結果の一例として、図７（Ｂ）に示されるような横方向の長さがＦの矩形の遮光パターンの空間像を空間像計測装置５９を用いて、前述の水平スキャンにより計測した際に得られる、空間像強度（空間像に対応する光強度）が、横軸を水平スキャン方向のスリット中心の位置として示されている。この図７（Ａ）に示されるように、像のエッジ部分Ｅから約２０μｍの領域まではローカルフレアの影響により、空間像強度が一定にならないこと、すなわち、エッジ部分から２０μｍまでは、エッジの外側方向からのフレアの影響を受けることがわかる。

一方、本実施形態では、フレアの計測に際しては、図８中の矢印で示されるように、スリット２９ｘ，２９ｙが、例えばフレア計測マークＭＰ_n,1の像ＭＰ_n,1’に対して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して交差する方向（本実施形態では、例えば４５°を成す方向）に相対走査されるような、水平スキャンによる空間像計測が用いられる。従って、この計測の際に、図８に示されるようにフレア計測マークＭＰ_n,1の第１部分ｍｐｘの像ｍｐｘ’、第２部分ｍｐｙの像ｍｐｙ’それぞれの長手方向のエッジから２０μｍ離れた位置を、スリット２９ｘ，２９ｙがそれぞれ通過するようにするために、前述のスリット２９ｘ，２９ｙとフレア計測マーク群ＭＰ₁〜ＭＰ_nの各マークとが、上述したような寸法に設定されているのである。

従って、本実施形態では、スリット２９ｘを透過した照明光ＩＬの光強度に基づき、Ｙ軸方向、すなわちフレア計測マークｍｐｘの長手方向の端部からのローカルフレアの影響を受けることなく、各フレア計測マークの（第１部分ｍｐｘにおける）Ｘ軸方向のローカルフレアの計測を精度良く行うことが可能となっている。同様に、スリット２９ｙを透過した照明光ＩＬの光強度に基づき、Ｘ軸方向、すなわちフレア計測マークｍｐｙの長手方向の端部からのローカルフレアの影響を受けることなく、各フレア計測マークの（第２部分ｍｐｙにおける）Ｙ軸方向のローカルフレアの計測を精度良く行うことが可能となっている。

レチクルＲＴのパターン領域ＰＡ内部の第２のパターン形成領域には、フレア計測マーク群ＭＰ_nに対応する配置で、フォーカス評価マーク（以下、評価マークとも呼ぶ）ＦＲＭが形成されている。図５（Ａ）では、２行５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、計測用レチクルＲＴ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、図５（Ａ）に示されるように、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。

次に、本実施形態の露光装置１０で実行される、投影光学系ＰＬのフレア計測について、主制御装置５０内のＣＰＵの処理アルゴリズムを簡略化して示す図９のフローチャートに沿って、かつ適宜他の図面を用いて説明する。

この場合、前述の照明系開口絞り板２４の切り換えにより設定可能なＭ種類（本実施形態ではＭ＝４）の照明条件、すなわち通常絞りにより設定される通常照明条件（第１番目の照明条件）、小σ絞りにより設定される小σ照明条件（第２番目の照明条件）、輪帯絞りにより設定される輪帯照明条件（第３番目の照明条件）、SHRINCにより設定される四極照明条件（第４番目の照明条件）のそれぞれの下で、フレア計測を行うものとする。

前提として、多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）を構成する、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、上記の４つの照明条件の番号を示す第１カウンタのカウント値ｍは１に初期化されているものとする。

まず、図９のステップ１０２において、不図示のレチクルローダを介してレチクルステージＲＳＴ上に計測用レチクルＲＴをロードする。

次のステップ１０４では、計測用レチクルＲＴの投影光学系ＰＬに対する位置合わせ、レチクルブラインドの設定などの所定の準備作業を行う。具体的には、まずウエハステージＷＳＴ上に設けられた不図示の基準マーク板の表面に形成されている一対の基準マークの中点が投影光学系ＰＬの光軸とほぼ一致するように、ウエハ干渉計５４Ｗの計測結果をモニタしつつ、ステージ制御装置７０及びウエハステージ駆動機構５６Ｗを介してウエハステージＷＳＴを駆動する。次いで、レチクル干渉計５４Ｒの計測値に基づいて、計測用レチクルＲＴの中心（レチクルセンタ）が投影光学系ＰＬの光軸とほぼ一致する位置までステージ制御装置７０及びレチクルステージ駆動機構５６Ｒを介してレチクルステージＲＳＴを移動させ、前述のレチクルアライメント検出系（不図示）により投影光学系ＰＬを介してレチクルアライメントマークＲＭ１、ＲＭ２とこれらに個別に対応する前記一対の基準マークとの位置ずれをそれぞれ検出する。これにより、結果的に、レチクルステージＲＳＴ上の計測用レチクルＲＴの投影光学系ＰＬに対する位置を、ウエハ干渉計５４Ｗの測長軸で規定されるウエハステージ座標系上で検出することができる。なお、レチクル干渉計５４Ｒの測長軸で規定されるレチクルステージ座標系とウエハステージ座標系との関係は既知であるものとする。その２つの座標系間の関係を用いれば、レチクル干渉計５４Ｒの出力に基づいて、レチクルステージＲＳＴを駆動することで、レチクルＲを投影光学系ＰＬの視野内の有効領域（スタティック・フィールド）に計測用レチクルＲＴの任意の領域を位置決めすることが可能になる。また、例えば照明光ＩＬの照明領域が計測用レチクルＲＴのパターン領域ＰＡにほぼ一致するように、可動レチクルブラインド３０Ｂの非走査方向の開口幅を調整する。

なお、上記の２つの座標系間の関係は、例えば露光の際に、デバイス用レチクルのレチクルアライメントを行った結果として得ることができる。

次のステップ１０６では、前述の第１カウンタのカウント値ｍを参照して、第ｍ番目の照明条件（この場合、第１番目の照明条件である通常照明条件）を前述の照明系開口絞り板２４を介して設定する。

次のステップ１０８では、レチクル干渉計５４Ｒの計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴを駆動し、計測用レチクルＲＴ上の第２のマーク形成領域を投影光学系ＰＬの視野内の有効領域（前述した照明領域ＩＡＲに対応する領域）に位置決めする。

次のステップ１１０では、投影光学系ＰＬの視野内の有効領域内部のＮ個（例えば１０個）の評価点についてベストフォーカス位置を計測するサブルーチンに移行する。

このステップ１１０のサブルーチンでは、まず、図１０のステップ２０２で投影光学系ＰＬの視野内の有効領域内部の評価点の番号を示す第２カウンタのカウント値ｎを１に初期化する（ｎ←１）。

次のステップ２０４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、メモリ５１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こととすることができる。

次のステップ２０６では、第ｎ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）の空間像（投影像）を、先に計測マークＰＭｘに関して説明したのと同様のＸ軸方向水平スキャンにより空間像計測装置５９を用いて計測する。これにより、その第ｎ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）のプロファイル（横軸をＸ位置とする強度信号波形）のデータを取得する。

次のステップ２０８では、第ｎ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）の空間像（投影像）を、先に計測マークＰＭｙに関して説明したのと同様のＹ軸方向の水平スキャンにより空間像計測装置５９を用いて計測する。これにより、その第ｎ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）のプロファイル（横軸をＹ位置とする強度信号波形）のデータを取得する。

次のステップ２１０では、所定数（例えば、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２１０における判断は否定され、ステップ２１２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２０６に戻る。

ここで、上記ステップ２１２におけるスリット板９０のＺ位置の設定及び変更は、その第ｎ番目の評価点（すなわち、第ｎ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））の像の結像点の近傍の多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の検出点における面位置情報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。

その後、ステップ２１０における判断が肯定されるまで、ステップ２０６→２０８→２１０→２１２→２０６のループの処理を繰り返す。

このようにして、ステップ２１０における判断が肯定されると、ステップ２１４に移行するが、このとき、第ｎ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）に関し、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２１４では、第ｎ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ｎ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ｎ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_nx（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ｎ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_nyを算出する。
ｃ．次に、上記のベストフォーカス位置Ｚ_nx、Ｚ_nyの平均値（Ｚ_nx＋Ｚ_ny）／２を、計測用レチクルＲＴ上の第ｎ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）に対応する第ｎ番目の評価点におけるベストフォーカス位置（最良結像面位置）Ｚbest_nとする。勿論、このＺbest_nは、その第ｎ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。

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_nの算出のための、Ｚ_nxとＺ_ny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２１４では、前述の第２カウンタのカウント値ｎが評価点の総数Ｎ（本実施形態では、一例としてＮ＝１０に設定されている）以上であるか否かを判断することで、投影光学系の視野内のＮ個の評価点（対応するＮ個の評価マーク）について、ベストフォーカス位置の検出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２１８に移行して、第２カウンタのカウント値ｎを１インクリメント（ｎ←ｎ＋１）した後、ステップ２０４に戻り、以降、ステップ２１６における判断が肯定されるまで、上述のステップ２０４以下の処理を繰り返す。

これにより、第２番目〜第１０番目（第Ｎ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に対応する投影光学系ＰＬの視野内の第２番目〜第１０番目（第Ｎ番目）の評価点における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２１６における判断が肯定されると、このベストフォーカス位置を計測するサブルーチンの処理を終了して図９のメインルーチンのステップ１１２にリターンする。

なお、ベストフォーカス位置の計測方法としては、上記のような方法に限らず、照明光ＩＬにより評価マークを照明しつつ、投影光学系ＰＬによる評価マークの投影像（空間像）に対してスリット板９０をＸ軸（又はＹ軸）方向に走査して、該走査中にスリット２９を介して照明光を受光することにより、評価マークの投影像のＸ軸（又はＹ軸）方向の位置情報を検出するとともに、該検出結果に基づいて、スリット板９０をＸＹ面内で位置決めした状態で、照明光ＩＬにより評価マークを照明しつつ、スリット板９０をＺ軸方向へ走査して、位置データ及びスリットを透過した照明光の強度データを所定のサンプリング間隔で取得し、これらのデータから投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を算出することとしても良い。

ステップ１１２では、レチクル干渉計５４Ｒの計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴを移動させ、計測用レチクルＲＴ上の第１のマーク形成領域を投影光学系ＰＬの視野内の有効領域（前述した照明領域ＩＡＲに対応する領域）に位置決めする。このステップ１１２におけるレチクルステージＲＳＴの移動に際して、計測用レチクルＲＴの投影光学系ＰＬの光軸方向に関する変位は無視できる程度に小さいものとする。従って、移動開始の前後における、投影光学系ＰＬの視野内の同一の評価点に対応する計測用レチクルＲＴのパターン面上の点のＺ位置は相互に等しい、すなわち移動開始前の状態における第１番目〜第１０番目（第Ｎ番目）の評価マークＦＲＭ_1,1、ＦＲＭ_1,2、……、ＦＲＭ_1,5、ＦＲＭ_2,5、ＦＲＭ_2,4、……、ＦＲＭ_2,1それぞれのＺ位置と、移動後の状態におけるＭＰ₁、ＭＰ₂、……ＭＰ₅、ＭＰ₁₀（ＭＰ_N）、ＭＰ₉、……ＭＰ₆それぞれのＺ位置とは、それぞれほぼ一致している。

次のステップ１１４では、投影光学系ＰＬの視野内の有効領域内部のＮ個（例えば１０個）の評価点についてローカルフレアを計測するサブルーチンに移行する。

このサブルーチン１１４では、まず、図１１のステップ３０２において、前述した第２カウンタのカウント値ｎを１に初期化する（ｎ←１）。

次のステップ３０４では、先にステップ１１０で計測した投影光学系ＰＬの視野内の有効領域内部の第ｎ番目（ここでは、第１番目）の評価点のベストフォーカス位置に一致するように、スリット板９０のＺ位置を調整する。

次のステップ３０６では、上記の第ｎ番目（ここでは、第１番目）の評価点に位置する第ｎ番目のフレア計測マーク群ＭＰ_n（ここでは、ＭＰ₁）近傍にのみ照明光ＩＬが照射されるようにすべく、可動レチクルブラインド３０Ｂを駆動して照明領域を制限する。

次のステップ３０８では、その第ｎ番目（ここでは、第１番目）のフレア計測マーク群ＭＰ_n（＝ＭＰ₁）の各マーク（ＭＰ_1,1、ＭＰ_1,2、ＭＰ_1,3）の少なくとも１つについて、空間像計測法によるフレアの計測を実行する。

例えば、第ｎ番目（ここでは、第１番目）のフレア計測マーク群ＭＰ_n（＝ＭＰ₁）の、最も幅広なフレア計測マークＭＰ_n,1（ここでは、ｎ＝１であるので、フレア計測マークＭＰ_1,1）について、フレア計測を行う場合には、次のＡ．〜Ｃ．のようにする。
Ａ． まず、主制御装置５０は、ウエハ干渉計５４Ｗの計測値に基づいて、ステージ制御装置７０及びウエハステージ駆動機構５６Ｗを介してウエハステージＷＳＴを駆動し、そのフレア計測マークＭＰ_n,1の計測開始位置（図８に点線で示される位置にスリット２９ｘ，２９ｙが位置する位置）に、ウエハステージＷＳＴを移動する。

Ｂ． この状態から、主制御装置５０は、計測用レチクルＲＴ上のフレア計測マークＭＰ_n,1近傍を照明光ＩＬで照明した状態で、ウエハステージＷＳＴをＸ軸及びＹ軸に対して４５°傾斜する方向に走査しながら、空間像計測装置５９を用いて、図８に示されるように、フレア計測マークＭＰ_n,1の投影光学系ＰＬによる投影像ＭＰ_n,1を水平スキャン方式で計測する。これにより、光センサ９４によって投影光学系ＰＬを介した照明光ＩＬが受光され、主制御装置５０は、図１２に示されるような光強度分布を得る。図１２において、横軸は、計測方向（像ｍｐｘ’又はｍｐｙ’の長手方向に直交する方向）に関するスリット２９ｘ、２９ｙの位置であり、縦軸は光センサ９４によって計測される光強度である。

ここで、図８からもわかるように、本実施形態では、像ｍｐｘ’に対するスリット２９ｘのＸ軸方向水平スキャンによる第１の空間像計測（光強度信号の取り込み）と、像ｍｐｙ’に対するスリット２９ｙのＹ軸方向水平スキャンによる第２の空間像計測（光強度信号の取り込み）とを同時に行う場合と等価な計測が、フレア計測マークＭＰ_n,1についてのフレア計測として実行され、この計測結果として像ｍｐｘ’の光強度信号と像ｍｐｙ’の光強度信号とを加算した光強度信号が得られる。従って、第１の空間像計測又は第２の空間像計測を行う場合に比べて、Ｓ／Ｎ比の良好な光強度信号を得ることができるようになっている。
Ｃ． 次に、主制御装置５０は、得られた光強度信号に基づいて、次式（１）を用いてフレアの指標としてコントラスト値Ｃ１を算出する。

Ｃ１＝Ｉ０／Ｉ１ …（１）
ここで、Ｉ１は検出された光強度の最大値（基準値）、Ｉ０はフレア量を得たい点の光強度の値である。例えば、線幅ｄの部分のフレアの代表的な指標値（前述したコントラスト値Ｃに対応する値）は、上式（１）のＩ０に、検出された光強度の最小値Ｉ３を代入して、Ｃ１＝Ｉ３／Ｉ１を算出すれば良い。

ここで算出されるコントラスト値Ｃ１は、一次元方向のフレアに関するコントラスト値であるから、例えば、この値を２倍することにより、二次元方向のフレアの指標値であるコントラスト値を算出しても良い。

このコントラスト値２×Ｃ１は、図１７に示されるような一辺がｄの所定のマークをウエハに転写する場合の、前述の焼き付け法によるコントラスト値Ｃにほぼ一致するものと考えることができる。

なお、上の説明では、単にコントラスト値Ｃ１を２倍することで、焼き付け法によるコントラスト値Ｃに換算できるものとしたが、例えば、一辺の長さｄが異なる種々の正方形パターンについて、予め前述した焼付け法を用いてコントラスト値Ｃをそれぞれ求め、同様に線幅ｄが異なる種々のフレア計測マークについて、コントラスト値Ｃ１を求め、同一のｄに対応するコントラスト値Ｃとコントラスト値Ｃ１との関係から、コントラスト値Ｃ１を、焼付け法によるコントラスト値に換算する次式（２）で示される換算式を算出しておいても良い。

焼付け法によるコントラスト値＝ｆ（Ｃ１） ……（２）
そして、コントラスト値Ｃ１を求めた際に、上式（２）を用いて、焼付け法によるコントラスト値を算出しても良い。

本実施形態では、フレア計測マーク群ＭＰ_nが、Ｘ，Ｙ軸に関して４５°傾斜した方向に配列された複数のフレア計測マークＭＰ_n,1、ＭＰ_n,2、ＭＰ_n,3により構成されているので、１度の水平スキャン動作で、フレア計測マークＭＰ_n,1、ＭＰ_n,2、ＭＰ_n,3について、フレア計測をおこなうことができ、各フレア計測マークＭＰ_n,1、ＭＰ_n,2、ＭＰ_n,3についてのコントラスト値Ｃ１（又はその換算値）を得ることができるようになっている。

図１１に戻り、次のステップ３１０では、第２カウンタのカウント値ｎがフレア計測マーク群（評価点）の総数Ｎ以上であるか否かを判断することで、全てのフレア計測マーク群について、フレア計測が終了したか否かを判断する。この場合、ｎ＝１であり、最初のフレア計測マーク群ＭＰ₁についてのみフレア計測が終了したにすぎないので、ここでの判断は否定され、ステップ３１２に移行して、第２カウンタのカウント値ｎを１インクリメント（ｎ←ｎ＋１）した後、ステップ３０４に戻る。以降、ステップ３１０における判断が肯定されるまで、ステップ３０４→３０６→３０８→３１０→３１２→３０４のループの処理を繰り返し行う。これにより、第２番目〜第Ｎ番目（第１０番目）の評価点について、そのベストフォーカス位置にスリット板が設定された状態で、第２番目〜第Ｎ番目（第１０番目）のフレア計測マーク群ＭＰ₂〜ＭＰ_Nについて上述の水平スキャンによる空間像計測の手法によるフレア計測が行われ、コントラスト値Ｃ１（又はその換算値）が算出される。

そして、第Ｎ番目（第１０番目）のフレア計測マーク群ＭＰ_Nについてのフレア計測及びコントラスト値Ｃ１（又はその換算値）の算出が終了し、ステップ３１０における判断が肯定されると、このサブルーチン１１４の処理を終了し、図９のメインルーチンのステップ１１６にリターンする。

ステップ１１６では、前述の第１カウンタのカウント値ｍが設定可能な照明条件の総数Ｍ（ここでは４）以上であるか否かを判断することで、全ての照明条件下においてフレア計測が終了したか否かを判断する。この場合、最初の照明条件、すなわち通常照明条件下においてのみ、フレア計測が終了したにすぎないので、ここでの判断は否定され、ステップ１１８に移行し、第１カウンタのカウント値ｍを１インクリメントし（ｍ←ｍ＋１）た後、ステップ１１６における判断が肯定されるまで、前述のステップ１０６以下の処理を繰り返す。これにより、第２番目の照明条件（小σ絞りにより設定される小σ照明条件）、第３番目の照明条件（輪帯絞りにより設定される輪帯照明条件）、第４番目の照明条件、（SHRINCにより設定される四極照明条件）のそれぞれの下で、フレア計測が順次行われる。

このようにして、第Ｍ番目の照明条件下において、フレア計測が終了すると、ステップ１１６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。

なお、以下においては、上述のフレア計測によって得られたコントラスト値Ｃ１（又はその換算値）を「フレア情報」と呼ぶものとする。

次に、上記フレア情報を考慮した、レチクルパターンデータ中の線幅情報の補正を含む、ワーキングレチクル（露光装置１０で用いられるレチクルＲ）上に形成すべきレチクルパターンデータの作成処理について、不図示のレチクル設計システムを構成するコンピュータ（内部のＣＰＵ）の処理アルゴリズムを示す、図１３のフローチャートに沿って説明する。

ここでは、説明の便宜上から、レチクル設計システムがＬＡＮ又はインターネットなど（以下、「ＬＡＮ等」と記述する）を介して露光装置１０の主制御装置５０に接続されているものとする。

この図１３の処理アルゴリズムがスタートするのは、レチクル設計システムを構成するコンピュータに、製造対象のワーキングレチクルに形成すべきパターンの部分的な設計データを含む情報が、不図示の複数台の設計用端末からＬＡＮ等を介して上記コンピュータにそれぞれ入力された時である。

まず、ステップ４０２において、これらの情報の入力に応答して、コンピュータは、全部の部分的な設計データを統合した１つのレチクルパターンの基本的な設計データを作成する。

次のステップ４０４では、作成したワーキングレチクルのパターンの基本的な設計データを、ＬＡＮ等を介して露光装置１０の主制御装置５０に送り、露光装置１０の露光条件（目標照明条件、目標露光量（レジスト感度に応じた適正露光量）、投影光学系の使用ＮＡなどの情報を含む）の情報、及び投影光学系の有効視野内の多数の評価点における前述のフレア情報（前述の複数の照明条件下における線幅の異なるフレア計測マークのそれぞれについてのフレア情報）などを含む必要な情報を問い合わせ、取得する。このとき、対象号機（露光装置）１０では、事前に、投影光学系ＰＬの有効視野内の多数の評価点におけるフレア情報が、予め計測され、その計測結果が主制御装置５０に接続されたメモリ５１内に格納されているものとする。

これにより、対象号機の露光条件（目標照明条件、目標露光量や、投影光学系の使用ＮＡなどの情報を含む）の情報とともに、多数の計測点におけるフレア情報が主制御装置５０からレチクル設計システムのコンピュータに送られる。

そして、次のステップ４０６以降で、取得したフレア情報と、上記ステップ４０２で作成した設計データから得られるパターンの分布形状（明暗分布の形状）データ、すなわち透過率分布関数とに基づいて、レチクルパターンを構成する各パターン要素の線幅の補正値を算出する。

具体的には、ステップ４０６でレチクルパターンの設計データにおける透過率分布関数と、フレア情報とを用いて、所定の演算処理（例えばフレア情報に基づくフレア込みの点像強度分布関数の算出処理、並びにその点像強度分布関数と前記透過率分布関数との２次元コンボリューション演算処理など）を行って、投影光学系ＰＬの像面に形成されるフレア込みの光学像における像強度分布（以下、「光学像」と呼ぶ）を算出する。

次のステップ４０８では、上記ステップ４０６で算出した光学像を所定のスライスレベルでスライスして、各パターン要素の転写像の線幅を算出する。

次のステップ４１０では、上記ステップ４０８で算出した各パターン要素の転写像の線幅の、設計上の線幅に対する誤差（以下、「線幅誤差」という）が、全てのパターン要素で許容範囲内にあるか否かを判断する。そして、このステップ４１０における判断が肯定された場合、すなわち全てのパターン要素の転写像の線幅誤差が許容範囲内にある場合には、ステップ４１４に進んで、そのとき設定されているパターンデータを、最終的なレチクルパターンデータとして決定し、メモリ内に記憶した後、本ルーチンの一連の処理を終了する。

この一方、上記ステップ４１０における判断が否定された場合、すなわち少なくとも１つのパターン要素で線幅誤差が許容範囲外であった場合には、ステップ４１２に移行し、その許容範囲外であった各パターン要素の転写線幅が所望の線幅、すなわち設計線幅に近づくように、パターンデータを補正（又は変更）する。

このステップ４１２におけるパターンデータの補正処理に際しては、ステップ４０８で算出された補正対象のパターン要素の転写像の線幅から対応する設計線幅を減じ、この差の値が正の場合には、そのパターン要素の設計上の線幅を細くし、反対に上記差の値が負の場合には、そのパターン要素の設計上の線幅を太くする。いずれの場合も、線幅の補正（変更）は、例えばレチクルパターンの設計データ上のパターンエッジ（データ上の透過部と遮光部の境界）を、そのエッジと垂直な方向に所定量（所定グリッド）ずらすことにより行われる。

上記のパターンデータの補正（又は変更）後、ステップ４０６に戻り、以後ステップ４０６→４０８→４１０→４１２のループの処理を、ステップ４１０における判断が肯定されるまで、繰り返す。これにより、補正後のパターンデータの形状（透過率分布関数）に対するフレア込みの光学像の算出、その光学像に対応する各パターン要素の転写像の線幅算出が、少なくとも１回繰り返し行われて、全てのパターン要素の転写線幅が許容範囲内となった場合に、ステップ４１４に進んで、そのとき設定されているパターンデータが、最終的なレチクルパターンデータとして決定され、メモリ内に記憶されることとなる。

その後は、上述のようにして、作成されたレチクルパターンデータが、パターン設計システムのコンピュータからＬＡＮ等を介して不図示のパターン形成システムのコンピュータに送られる。そして、パターン形成システムのコンピュータは、その送られてきた、レチクルパターンの設計データの情報に基づき、不図示のＥＢ描画装置を用いて、その電子線レジストが塗布されたレチクルブランクス上にそのレチクルパターンを描画する。

このようにして、レチクルパターンが描画されたレチクルブランクスが、Ｃ／Ｄによってそれぞれ現像され、例えば電子線レジストがポジ型である場合には、電子線の照射されない領域のレジストパターンが、原版パターンとして残される。

その後、その現像後の基板（レチクルブランクス）は不図示のエッチング部に搬送され、残されたレジストパターンをマスクとしてエッチングが行われる。更に、レジスト剥離などの処理を行うことでワーキングレチクルの製造が完了する。

そして、上述のようにして製造されたワーキングレチクル（以下、単に「レチクルＲ」と呼ぶ）が、露光装置１０のレチクルステージＲＳＴ上にローディングされ、その後、そのレチクルＲに応じた照明条件などの露光条件の設定、ウエハ交換、レチクルアライメント及びアライメント系ＡＬＧのべースラインの計測、ＥＧＡなどのウエハアライメントなどが順次行われた後、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われ、レチクルＲのパターンがウエハＷ上の複数のショット領域にそれぞれ転写される。なお、上記の一連の露光工程の処理は、通常のスキャニング・ステッパと特に異なる点はないので、詳細説明は省略する。

本実施形態では、上述のように、フレア計測により計測されたフレア情報を考慮して線幅が最適化されたパターン要素から成るレチクルパターンデータを用いて製造されたレチクルＲが、レチクルステージＲＳＴ上に搭載されて露光が行われるので、投影光学系ＰＬのフレアの如何によらず、レチクルＲ上のパターンをウエハＷ上の各ショット領域に精度良く転写することが可能になる。

以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１０で行われる投影光学系（ＰＬ）のフレアに関する情報を計測する計測方法によると、投影光学系ＰＬの物体面側に位置するレチクルステージＲＳＴ上に搭載された計測用レチクルＲＴに形成されたフレア計測マーク群ＭＰ₁〜ＭＰ_Nに照明光ＩＬを照射し、投影光学系ＰＬの像面側に配置されたスリット板９０（空間像計測装置５９の一部）を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な面内で移動しつつ、投影光学系ＰＬ及びスリット板９０に形成されたスリット２９を介した照明光ＩＬの光強度分布を検出し、該光強度分布から投影光学系ＰＬのフレアに関する情報を算出する。このため、前述の焼付け法とは異なり、ウエハの現像工程等が不要となるため、焼付け法に比べて短時間でフレアに関する情報の計測を行うことが可能となる。また、レジストの影響を排除することができるので、高精度なフレアに関する情報の計測が可能となる。

また、本実施形態によると、上述した計測方法により投影光学系ＰＬのフレアに関する情報が、短時間にかつ高精度に計測され、その計測されたフレアに関する情報を考慮して、レチクルＲに形成するパターンが前述のようにして決定され、その決定されたパターンがレチクル（ワーキングレチクル）Ｒに形成される。そして、このレチクルＲに形成されたパターンがウエハＷに転写される。従って、投影光学系ＰＬのフレアの如何に関わらず、所望のサイズのパターンの転写像をウエハＷ上に形成することが可能となる。

なお、上記実施形態では、フレア計測により得られたフレア情報を用いてレチクルパターンを構成する各パターン要素の線幅の補正をする場合について説明したが、本発明がこれに限られるものではなく、この補正に代えて、又はこの補正とともに、例えば、結像特性補正コントローラ７８を介して投影光学系ＰＬを構成するレンズエレメントを移動、又は光軸ＡＸに対して傾斜させるなど、ウエハＷの露光条件の調整を行っても良い。あるいは、上記のフレア計測に際して、投影光学系ＰＬの視野内の有効領域（スタティック・フィールド）に対応する像面内のグローバルフレアの面内分布を計測しておき、この計測結果に基づいて、照明光学系の光学素子（オプティカルインテグレータなど）の位置を調整するなどしてフレアを低減するなどの処理を、露光に先立って行っても良い。要は、計測されたフレアに関する情報を考慮して、レチクルＲに形成されたパターンの転写が行われれば良い。

なお、上記実施形態で計測された各評価点におけるコントラストＣ１（又はその換算値）から、レチクルとウエハとの間に生じるフレア量（フレア光量）を以下のようにして求めることができる。

すなわち、例えば、投影光学系ＰＬを介したウエハＷ上における光透過部に対応する部分の露光量がＥｍである場合、フレア量Ｅｆは、次式（３）に基づいて求めることができる。

Ｅｆ＝Ｅｍ×コントラスト値Ｃ１（又はその換算値） …（３）

また、主制御装置５０は、フレア計測の結果を蓄積し、フレアの変動量が閾値を超えた段階で、オペレータに対して、その旨を通知するようにしても良い。かかる場合には、オペレータは、その通知を受け、例えば投影光学系ＰＬを構成する最も像面側のレンズの曇り（レジストからの脱ガスや、酸の飛び散りなどによる曇り）の有無をチェックし、そのレンズが曇っていることを確認した場合には、レンズの曇り除去などのため清掃作業を行うようにしても良い。また、主制御装置５０は、フレア計測の結果から、グローバルフレアの変動量及びローカルフレアの変動量の少なくとも一方が閾値を超えた段階で、オペレータに対して、その旨を通知しても良い。この場合、グローバルフレアの変動量と、ローカルフレアの変動量とのそれぞれに対して、異なる閾値が設定されていても良い。

このように、フレアの変動量が閾値を超えた後、フレア計測用のパターンを投影光学系を介してウエハ上のレジスト層に転写し、実際にレジスト層に対するフレアの影響の確認を行っても良い。

なお、上記実施形態で説明した計測用レチクルＲＴ上のパターン配置は、一例であって、本発明がこれに限定されないことは勿論である。例えば、計測用レチクルＲＴのパターン領域内には、第１のマーク形成領域と同様の領域のみを設け、該領域内に、前述のＮ個のフレア計測マーク群とともに、遮光部の内部に開口パターンが形成されたフォーカス計測マークを、１又は２以上配置する、例えば各フレア計測マーク群それぞれの近傍にフォーカス計測マークを配置しても良い。

また、フォーカス計測マークとして、上記実施形態のフォーカス計測マークに代えて、次の(1)〜(3)のようなマークを用いても良い。
(1) フォーカス計測マークとして、例えば、図１４に示されるような１辺の長さが像面上換算値でｄである正方形の遮光パターンＭＰ’を用いる。この場合、スリット２９ｘ，２９ｙが形成されたパターン板９０に代えて、図１４に示されるようなピンホール開口２９が形成されたパターン板を備えた空間像計測装置を用いて、フレア計測を行うことが望ましい。かかる場合には、直接的に２次元方向のフレアを計測できるので、前述したコントラスト値Ｃ１の換算が不要となる。
(2) フォーカス計測マークとして、図１５に示されるような、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を長手方向とする遮光パターンからそれぞれ成る第１部分と第２部分がそれぞれの一端部近傍で交差した遮光パターンＭＰ”を用いても良い。この場合においても、上記実施形態と同様に、一次元方向に関するフレアを高精度に計測することが可能である。これは、特に空間像計測装置の設計上、スリット２９ｘ，２９ｙを近接して設けなければならない場合に有効である。なお、図１５中の各部のサイズは、像面上換算値である。
(3) フォーカス計測マークとして、図１６に示されるような、Ｌ字状の形状を有する遮光パターンＭＰ'”を採用することとしても良い。この図１６中の各部のサイズも、像面上換算値である。

なお、上記(2)、(3)の場合に計測されるフレア量は、上記実施形態で採用したフレア計測マーク群ＭＰ_nの各マークを用いて計測されるフレア量に誤差が乗った状態となっているため、予め、その誤差について計測しておき、フレア計測により得られたコントラスト値を補正しても良い。

さらに、上記実施形態では、スリット２９ｘ、スリット２９ｙをそれぞれ透過した照明光ＩＬが、単一の光センサ９４によって受光されるものとしたが、これに限らず、スリット２９ｘを透過した照明光ＩＬと、スリット２９ｙを透過した照明光ＩＬとを、別々の光センサで受光するようにしても良い。この場合、フレア計測に際しては、上記実施形態のように、スリット板９０を斜め方向（Ｘ軸及びＹ軸に対して４５°傾斜する方向）に走査しても良いし、スリット２９ｘ又は２９ｙの長手方向に直交する方向にスリット板を走査することとしても良い。後者の場合には、Ｘ軸方向の計測とＹ軸方向の計測とを時間的に前後して行うこととなる。

また、上記実施形態では、空間像計測装置を使用して、投影光学系を介して投影された計測マークの空間像に対応する光強度信号を検出していたが、この構成に限定されるものではない。例えば、空間像計測装置の代わりに、計測マークの空間像の全体を撮像可能な撮像素子を使用して、光強度信号を検出しても良い。この場合には、ウエハステージＷＳＴとレチクルステージＲＳＴとを静止した状態で検出することができる。

なお、上記実施形態では、空間像計測装置のパターン板に設けられた計測用パターンが開口パターン（スリット）２９である場合について説明したが、計測用パターンは、反射パターンであっても良い。

また、本実施形態では、投影光学系ＰＬの像面側に１つのウエハステージＷＳＴを配置し、このウエハステージＷＳＴに空間像計測装置５９を構成する光学系の一部を配置する構成について説明したが、この構成に限られるものではない。例えば、ウエハステージＷＳＴの他に、もう１つのステージを配置し、このステージに空間像計測装置５９を構成する光学系の一部あるいは全てを配置しても良い。

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、露光用照明光としてＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）などを用いる場合について説明したが、これに限らず、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、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。

なお、上記実施形態では、本発明がステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを基板に転写するとともに、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置、あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置などにも本発明は適用することができる。

また、本発明が適用される露光装置では、照明光ＩＬとして波長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。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ＷＯ９９／４９５０４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、本発明を好適に適用できる。液浸露光装置は、反射屈折型の投影光学系を用いる走査露光方式でも良いし、あるいは投影倍率が１／８の投影光学系を用いる静止露光方式でも良い。後者の液浸型露光装置では、ウエハなどの物体上に大きなパターンを形成するために、前述のステップ・アンド・スティッチ方式を採用することが好ましい。

また、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》
次に上述した露光方法をリソグラフィ工程で使用するデバイスの製造方法の実施形態について説明する。

図１８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１８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。このステップ５０１において、本発明の計測方法を用いることができる。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１９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１９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、ステップ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、設計ステップ（ステップ５０１）において上記実施形態の計測方法が用いられ、露光工程（ステップ５１６）において上記実施形態の露光方法が用いられるので、高精度な露光を実現することができる。従って、微細パターンが形成された高集積度のマイクロデバイスの生産性を向上することができる。

以上説明したように、本発明の計測方法は、投影光学系のフレアに関する情報を計測するのに適している。また、本発明の露光方法は、マスクに形成されたパターンを基板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生産に適している。

Claims (18)

1. 投影光学系のフレアに関する情報を計測する計測方法であって、
   前記投影光学系の物体面側に配置された遮光パターンを含む領域に光を照射し、前記投影光学系の像面側に前記遮光パターンの像を形成する第１工程と；
   前記投影光学系の像面側に形成された前記遮光パターンの像に対して、所定の計測用パターンを有する計測器を走査させつつ、前記計測用パターンを介した光の強度分布を検出する第２工程と；
   前記第２工程で検出された前記光の強度分布から前記投影光学系のフレアに関する情報を算出する第３工程と；を含む計測方法。
2. 請求項１に記載の計測方法において、
   前記第２工程は、前記投影光学系の像面側に配置された前記計測器を前記投影光学系の光軸に垂直な面内で移動させることを特徴とする計測方法。
3. 請求項１に記載の計測方法において、
   前記遮光パターンは、前記投影光学系の光軸に直交する面内の第１方向に延びる第１部分を有することを特徴とする計測方法。
4. 請求項３に記載の計測方法において、
   前記遮光パターンは、前記投影光学系の光軸に直交する面内で前記第１方向に直交する第２方向に延びる第２部分を更に有することを特徴とする計測方法。
5. 請求項４に記載の計測方法において、
   前記遮光パターンは、前記第１部分と前記第２部分の一部が交差して、前記第１部分と前記第２部分のいずれにも属する共通部分が形成されていることを特徴とする計測方法。
6. 請求項４に記載の計測方法において、
   前記計測器は、前記第１、第２部分に対応して２つの計測用パターンを有することを特徴とする計測方法。
7. 請求項４に記載の計測方法において、
   前記計測器の計測用パターンを前記第１、第２方向のそれぞれに対して交差する方向に移動しつつ、前記光強度分布を検出することを特徴とする計測方法。
8. 請求項７に記載の計測方法において、
   前記計測器は、２つの計測用パターンに対応して、２つのセンサを有することを特徴とする計測方法。
9. 請求項８に記載の計測方法において、
   前記計測用パターンは、前記遮光パターンの長手方向両端側からのフレアの影響を受けない寸法を有することを特徴とする計測方法。
10. 請求項３に記載の計測方法において、
    前記第３工程では、前記算出されたフレアに関する情報を２倍することにより換算することを特徴とする計測方法。
11. 請求項１に記載の計測方法において、
    前記第３工程では、焼付け法により計測されるフレアに関する情報と、前記計測器により計測される光強度分布から算出されるフレアに関する情報との間の関係に基づいて、算出されたフレアに関する情報を換算することを特徴とする計測方法。
12. 請求項１に記載の計測方法において、
    前記遮光パターンは、略正方形の形状を有し、
    前記計測器は、ピンホール状の計測用パターンを有し、
    前記ピンホール状の計測用パターンの形状は、前記投影光学系を介した前記遮光パターンの像の形状に比べて小さいことを特徴とする計測方法。
13. 請求項１に記載の計測方法において、
    前記第１工程に先立って、遮光パターンを照射する照射条件を変更し、該変更された照射条件下でのベストフォーカス位置を検出する第４工程を更に含む計測方法。
14. 請求項１３に記載の計測方法において、
    前記遮光パターンは、計測用マスクに形成され、
    該計測用マスクには、前記ベストフォーカス位置を検出するのに用いられる評価マークが形成されていることを特徴とする計測方法。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の計測方法により前記投影光学系のフレアに関する情報を計測する工程と；
    前記計測されたフレアに関する情報を考慮して、マスクに形成されたパターンを基板に転写する工程と；を含む露光方法。
16. 請求項１５に記載の露光方法において、
    前記転写する工程では、前記計測されたフレアに関する情報に基づいて前記投影光学系を調整し、前記マスクに形成されたパターンを基板に転写することを特徴とする露光方法。
17. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の計測方法により前記投影光学系のフレアに関する情報を計測する工程と；
    前記計測されたフレアに関する情報を考慮してマスクに形成するパターンを決定し、該パターンをマスクに形成する工程と；
    前記マスクに形成されたパターンを基板に転写する工程と；を含む露光方法。
18. 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１５〜１７のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、マスクに形成されたパターンを基板に転写することを特徴とするデバイス製造方法。

Images