JP2002198279A - 位置検出方法、光学特性測定方法、光学特性測定装置、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 像に含まれる複数のパターンの位置を精度良
く検出する。 【解決手段】 撮像結果から特定アルゴリズムを使用し
て初期の推定パターン像位置を算出する（ステップ１２
１）。そのときの推定パターン像位置に実際のスポット
像があるとしたときの像面における全体像を算出し（ス
テップ１２２）、算出されたその全体像から、特定アル
ゴリズムを使用して比較パターン位置を算出する（ステ
ップ１２３）。そして、初期の推定スポット像位置と比
較スポット像位置とを比較し（ステップ１２４，１２
５）、許容範囲で一致しないときには、初期の推定スポ
ット像位置と比較スポット像位置との差に応じて、推定
スポット位置を補正する（ステップ１２６）。かかる推
定スポット位置の更新を再帰的に行うことにより、スポ
ット像位置の推定精度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出方法、光
学特性測定方法、光学特性測定装置、露光装置、及びデ
バイス製造方法に係り、より詳しくは、光学系を介して
像面に形成された像における複数のパターンの位置を検
出する位置検出方法、該位置検出方法を使用して被検光
学系の光学特性を測定する光学特性測定方法及び光学特
性測定装置、並びに該光学特性測定装置を備える露光装
置、該露光装置を使用するデバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、「マスク」と総称する）に形成されたパ
ターン（以下、「レチクルパターン」とも呼ぶ）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
スプレート等の基板（以下、適宜「基板」と総称する）
上に転写する露光装置が用いられている。こうした露光
装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の露光
装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ等の走査露光
型の露光装置が主として用いられている。

【０００３】かかる露光装置においては、レチクルに形
成されたパターンを基板に、高い解像力で、忠実に投影
する必要がある。このため、投影光学系は、諸収差が十
分に抑制された良好な光学特性を有するように設計され
ている。

【０００４】しかし、完全に設計どおりに投影光学系を
製造することは困難であり、実際に製造された投影光学
系には様々な要因に起因する諸収差が残存してしまう。
このため、実際に製造された投影光学系の光学特性は、
設計上の光学特性とは異なるものとなってしまう。

【０００５】そこで、実際に製造された投影光学系のよ
うな被検光学系の収差等の光学特性を測定するための様
々な技術が提案されている。かかる様々な提案技術の中
で、ピンホールを用いて発生させた球面波を被検光学系
に入射し、被検光学系を通過した後のピンホール像を、
一旦平行光に変換して、その波面を複数に分割する。そ
して、分割された波面（以下、「分割波面」という）ご
とにスポット像を形成し、分割波面ごとのスポット像の
形成位置に基づいて被検光学系の波面収差を測定する波
面収差測定技術が注目されている。

【０００６】こうした波面収差測定装置は、例えば、入
射光の波面を分割して分割波面ごとにスポット像を形成
する波面分割素子として、平行光の理想波面と平行な２
次元平面に沿って微小なレンズが多数配列されたマイク
ロレンズアレイを採用することにより、簡単に構成する
ことができる。そして、マイクロレンズアレイが形成し
た多数のスポット像をＣＣＤ等の撮像素子によって撮像
し、撮像結果から検出された各スポット像位置の設計位
置からのズレから波面収差を求めている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなマイクロ
レンズアレイを用いた波面収差測定装置は、各分割波面
が形成する多数のスポット像を一挙に撮像することがで
きるので、迅速に波面収差を測定することができるとい
う観点からは、非常に優れたものである。

【０００８】ところで、波面収差の測定は、各分割波面
においては波面が傾いているとしても、その傾きは線形
の傾きとみなすことができることが前提となっている。
したがって、精度良く波面収差を測定するためには、な
るべく細かく波面を分割することが好ましい。

【０００９】しかし、波面の分割を細かくすると、マイ
クロレンズアレイの各マイクロレンズによって形成され
る各スポット像の配列間隔が狭くなる。この結果、撮像
対象となる多数のスポットが形成された全体像におい
て、あるマイクロレンズによるスポット像の位置には、
そのマイクロレンズの周辺のマイクロレンズによるスポ
ット像の影響が表れることになる。すなわち、各マイク
ロレンズによる各スポット像間（特に、互いに隣接する
スポット像間）では、いわゆるクロストークが無視でき
ない程度発生することになる。この結果、クロストーク
の影響により、各スポット像の形成領域に形成されるス
ポット像は、本来のスポット像の形状から変形した形状
の像が撮像されることになる。このため、各スポット像
の形成領域における撮像結果から各スポット像の位置を
求めると、求められたスポット像の位置は、各マイクロ
レンズが形成したスポット像の本来の位置から周辺のス
ポット像側へ見かけ上移動することになる。

【００１０】かかるスポット像の中心位置の見かけ上の
移動は、注目するスポット像の周辺のスポット像配列が
対称な場合には、上記の見かけ上のスポット像位置の移
動が相殺される。しかし、注目するスポット像の周辺の
スポット像配列が非対称な場合には、見かけ上のスポッ
ト像位置の移動は相殺しきれない、又は相殺されないの
で、見かけ上のスポット像位置の移動が残存することに
なる。この結果、各スポット像領域ごとにおける信号波
形に基づいてスポット像の位置を検出すると、注目する
スポット像の周辺のスポット像配列が非対称な場合に
は、その注目するスポット像の位置検出精度が低下する
ことになる。特に、瞳の周辺部に対応するスポット像を
注目するスポット像としたとき、注目するスポット像の
ある方向に関する両側の隣接スポット像のうち片方がな
い場合には、その方向に関するスポット像の配列の非対
称性が大きくなるので、そのスポット像の位置検出精度
に与える悪影響が深刻なものとなってしまう。こうした
スポット像位置の検出精度の低下は、波面収差の測定結
果における測定精度の低下を招くことになる。

【００１１】本発明は、かかる事情のもとでなされたも
のであり、その第１の目的は、像面に形成された像にお
ける複数のパターン間でクロストークがある場合であっ
ても、複数のパターンの本来の位置を精度良く検出する
ことができる位置検出方法を提供することにある。

【００１２】また、本発明の第２の目的は、被検光学系
の光学特性を精度良く測定することができる光学特性測
定方法及び光学特性測定装置を提供することにある。

【００１３】また、本発明の第３の目的は、所定のパタ
ーンを基板に精度良く転写することができる露光装置を
提供することにある。

【００１４】また、本発明の第４の目的は、微細なパタ
ーンを有する高集積度のデバイスを生産することが可能
なデバイス製造方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者が研究の結果と
して得た知見によれば、上述の波面収差計測に用いられ
るマイクロレンズアレイが採用された光学系は、ほぼ設
計通りに製造することが可能である。そして、ほぼ設計
通りに製造された光学系であれば、その光学系のモデル
に基づいて、求められた各スポット像の位置に本来のス
ポット像が形成されていたとしたときの撮像面における
全体像、すなわちそのときの多数のスポット像の合成像
を正確に求めることができる。本発明はかかる知見に基
づいてなされたものである。

【００１６】すなわち、本発明の位置検出方法は、所定
の光学系（９４）を介して像面に形成された像における
複数のパターンの位置を検出する位置検出方法であっ
て、前記像面に形成された像に基づいて、特定のアルゴ
リズムを使用して前記複数のパターンに関する初期の推
定パターン位置を算出する第１工程と；前記所定の光学
系のモデルを使用して、そのときの前記推定パターン位
置それぞれに前記パターンが形成されているときの前記
像面における像情報を算出する第２工程と；前記像情報
に基づいて、前記特定のアルゴリズムを使用して比較パ
ターン位置を算出する第３工程と；前記初期の推定パタ
ーン位置と前記比較パターン位置との差に応じて前記推
定パターン位置を補正して、前記推定パターン位置を更
新する第４工程と；を含み、前記初期の推定パターン位
置と前記比較パターン位置との差が許容値以下となるま
で、前記第２工程、前記第３工程、及び前記第４工程を
繰り返す位置検出方法である。

【００１７】これによれば、第１工程で特定アルゴリズ
ムを用いて算出された初期の推定パターン位置から、第
２工程において、所定の光学系のモデルを使用して、そ
のときの推定パターン位置（以下、「現在推定パターン
位置」という）それぞれにパターン像が形成されている
としたときの像面における像情報を求める。そして、第
３工程において、第２工程で求められた像情報に応じた
像が像面に形成されているときに、特定アルゴリズムを
使用して求められる比較パターン位置を求める。

【００１８】このとき、初期の推定パターン位置と比較
パターン位置との差は、現在推定パターン位置と本来の
パターン位置との差の近似値となっている。そこで、初
期の推定パターン位置と比較パターン位置との差が許容
値以下であったときには、現在推定パターン位置を本来
のパターン位置として求める。

【００１９】一方、初期の推定パターン位置と比較パタ
ーン位置との差が許容値より大きい場合には、第４工程
において、その差に応じた補正を現在推定パターン位置
を補正し、そのときの現在推定パターン位置を新たな現
在推定パターン位置に更新する。以後、初期の推定パタ
ーン位置と比較パターン位置との差が許容値以下となる
まで、すなわち、現在の推定パターン位置と本来のパタ
ーン位置との差が許容値となるまで、第２〜４工程を繰
り返す。そして、比較パターン位置と初期の推定パター
ン位置との差が許容値以下となったとき、そのときの現
在推定パターン位置を本来のパターン位置として求め
る。

【００２０】したがって、本発明の位置検出方法によれ
ば、像面に形成された像における複数のパターン間でク
ロストークがある場合であっても、複数のパターンの本
来の位置を精度良く検出することができる。

【００２１】なお、本発明の位置検出方法では、前記パ
ターンをスポットとすることができる。

【００２２】本発明の光学特性測定方法は、被検光学系
（ＰＬ）の光学特性を測定する光学特性測定方法であっ
て、前記被検光学系を介した光を所定の光学系により波
面分割し、複数のパターンを有する像を形成する像形成
工程と；前記複数のパターンを有する像を撮像する撮像
工程と；前記撮像された像における前記複数のパターン
それぞれの位置を、請求項１又は２に記載の位置検出方
法を使用して検出する位置検出工程と；前記検出された
複数のパターンの位置に基づいて、前記被検光学系の光
学特性を算出する光学特性算出工程と；を含む光学特性
測定方法である。

【００２３】これによれば、像形成工程で像面に形成さ
れ、撮像工程で撮像された像における複数のパターンそ
れぞれの位置が、位置検出工程において、本発明の位置
検出方法により精度良く検出される。こうして検出され
た複数のパターンの位置に基づいて、光学特性算出工程
において、被検光学系の光学特性が算出される。したが
って、被検光学系の光学特性を精度良く測定することが
できる。

【００２４】なお、本発明の光学測定方法では、前記光
学特性を波面収差とすることができる。

【００２５】本発明の光学特性測定装置は、被検光学系
（ＰＬ）の光学特性を測定する光学特性測定装置であっ
て、前記被検光学系を介した光を波面分割し、複数のパ
ターンを有する像を形成する波面分割素子（９４）と；
前記複数のパターンを有する像を撮像する撮像装置（９
５）と；前記複数のパターンそれぞれの位置を、前記波
面分割素子を所定の光学系とする本発明の位置検出方法
を使用して検出する位置検出装置（３２）と；前記検出
された複数のパターンの位置に基づいて、前記被検光学
系の光学特性を算出する光学特性算出装置（３３）と；
を備える光学特性測定装置である。

【００２６】これによれば、波面分割素子によって形成
され、複数のパターンを有する像が、撮像装置によって
撮像される。引き続き、複数のパターンの位置が、撮像
結果から、本発明の位置検出方法を使用する位置検出装
置により精度良く検出される。そして、光学特性算出装
置が、検出された複数のパターンの位置に基づいて、被
検光学系の光学特性を算出する。すなわち、本発明の光
学特性測定装置は、本発明の光学特性測定方法によっ
て、被検光学系の光学特性を測定する。したがって、被
検光学系の光学特性を精度良く測定することができる。

【００２７】本発明の光学特性測定装置では、前記波面
分割素子を、レンズ要素（９４ａ）がマトリクス状に配
列されたマイクロレンズアレイ（９４）とする構成とす
ることができる。

【００２８】本発明の露光装置は、露光光を基板（Ｗ）
に照射することにより、所定のパターンを前記基板に転
写する露光装置であって、露光光の光路上に配置された
投影光学系（ＰＬ）を有する露光装置本体（６０）と；
前記投影光学系を被検光学系とする本発明の光学特性測
定装置と；を備える露光装置である。

【００２９】これによれば、本発明の光学特性測定装置
により精度良く光学特性が測定され、光学特性が良好に
調整されていることが保証された投影光学系を使用し
て、所定のパターンを基板に転写することができる。し
たがって、所定のパターンを基板に精度良く転写するこ
とができる。

【００３０】本発明の露光装置では、前記光学特性測定
装置を前記露光装置本体に対して着脱可能に構成するこ
とができる。

【００３１】本発明のデバイス製造方法は、リソグラフ
ィ工程を含むデバイス製造方法において、前記リソグラ
フィ工程で、本発明の露光装置を使用して露光を行うこ
とを特徴とするデバイス製造方法である。これによれ
ば、本発明の露光装置を使用して露光を行うことによ
り、所定のパターンを精度良く区画領域に転写すること
ができるので、微細な回路パターンを有する高集積度の
デバイスの生産性を向上することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
１〜図１２を参照して説明する。

【００３３】図１には、本発明の一実施形態に係る露光
装置１００の概略構成が示されている。この露光装置１
００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、光学特性測定装置としての波面収差測定装置７０と
を備えている。

【００３４】前記露光装置本体６０は、照明系１０、レ
チクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、被検光学
系としての投影光学系ＰＬ、基板（物体）としてのウエ
ハＷが搭載されるステージ装置としてのウエハステージ
ＷＳＴ、アライメント顕微鏡ＡＳ、レチクルステージＲ
ＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制御す
るステージ制御系１９、並びに装置全体を統括制御する
主制御系２０等を備えている。

【００３５】前記照明系１０は、光源、フライアイレン
ズ等からなる照度均一化光学系、リレーレンズ、可変Ｎ
Ｄフィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイック
ミラー等（いずれも不図示）を含んで構成されている。
こうした照明系の構成は、例えば、特開平１０−１１２
４３３号公報に開示されている。この照明系１０では、
回路パターン等が描かれたレチクルＲ上のレチクルブラ
インドで規定されたスリット状の照明領域部分を照明光
ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。

【００３６】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、磁気浮上型の２次元リ
ニアアクチュエータから成る不図示のレチクルステージ
駆動部によって、レチクルＲの位置決めのため、照明系
１０の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一
致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能であるととも
に、所定の走査方向（ここではＹ方向とする）に指定さ
れた走査速度で駆動可能となっている。さらに、本実施
形態では上記磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータ
はＸ駆動用コイル、Ｙ駆動用コイルの他にＺ駆動用コイ
ルを含んでいるため、Ｚ方向にも微小駆動可能となって
いる。

【００３７】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）はステージ制御系１９を介して主
制御系２０に送られ、主制御系２０は、この位置情報
（又は速度情報）に基づき、ステージ制御系１９及びレ
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を駆動する。

【００３８】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として
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Ｐ
Ｌとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／
６などのものが使用されている。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。

【００３９】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。かかるレンズエレメントの移動
は、特定レンズエレメントを支持するレンズ支持部材を
支持し、鏡筒部と連結する、特定レンズごとに設けられ
た３個のピエゾ素子等の駆動素子によって行われるよう
になっている。すなわち、特定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。そして、これらの駆動素子に与えられる駆
動指示信号が、主制御系２０からの指令ＭＣＤに基づい
て結像特性補正コントローラ５１によって制御され、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。

【００４０】こうして構成された投影光学系ＰＬでは、
主制御系２０による結像特性補正コントローラ５１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
の光学特性が調整可能となっている。

【００４１】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、このウエハステージＷＳＴ上には、ウエハホルダ２
５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
ホルダ２５は不図示の駆動部により、投影光学系ＰＬの
光軸直交面に対し、任意方向に傾斜可能で、かつ投影光
学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）にも微動可能に構成
されている。また、このウエハホルダ２５は光軸ＡＸ回
りの微小回転動作も可能になっている。

【００４２】また、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ方向側
には、後述する波面センサ９０を着脱可能とするための
ブラケット構造が形成されている。

【００４３】ウエハステージＷＳＴは走査方向（Ｙ方
向）の移動のみならず、ウエハＷ上の複数のショット領
域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させることが
できるように、走査方向に垂直な方向（Ｘ方向）にも移
動可能に構成されており、ウエハＷ上の各ショット領域
を走査（スキャン）露光する動作と、次のショットの露
光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・スキャン動作を行う。このウエハステージＷＳＴ
はモータ等を含むウエハステージ駆動部２４によりＸＹ
２次元方向に駆動される。

【００４４】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）はステージ制
御系１９を介して主制御系２０に送られ、主制御系２０
は、この位置情報（又は速度情報）に基づき、ステージ
制御系１９及び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。

【００４５】前記アライメント顕微鏡ＡＳは、投影光学
系ＰＬの側面に配置され、本実施形態では、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）を観測する結像アライメン
トセンサから成るオフ・アクシス方式の顕微鏡が用いら
れている。このアライメント顕微鏡ＡＳの詳細な構成
は、例えば特開平９−２１９３５４号公報に開示されて
いる。アライメント顕微鏡ＡＳによる観測結果は、主制
御系２０に供給される。

【００４６】更に、図１の装置には、ウエハＷ表面の露
光領域内部及びその近傍の領域のＺ方向（光軸ＡＸ方
向）の位置を検出するための斜入射光式のフォーカス検
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）は、光ファイバ束、集
光レンズ、パターン形成板、レンズ、ミラー、及び照射
対物レンズ（いずれも不図示）から成る照射光学系２１
と、集光対物レンズ、回転方向振動板、結像レンズ、受
光用スリット板、及び多数のフォトセンサを有する受光
器（いずれも不図示）から成る受光光学系２２とから構
成されている。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６−２
８３４０３号公報に開示されている。多点フォーカス位
置検出系（２１，２２）による検出結果は、ステージ制
御系１９に供給される。

【００４７】前記波面収差測定装置７０は、波面センサ
９０と、波面データ処理装置８０とから構成されてい
る。

【００４８】前記波面センサ９０は、図２に示されるよ
うに、標示板９１、コリメータレンズ９２、レンズ９３
ａ及びレンズ９３ｂから成るリレーレンズ系９３、波面
分割素子としてのマイクロレンズアレイ９４、並びに撮
像装置としてのＣＣＤ９５を備えており、この順序で光
軸ＡＸ１上に配置されている。また、波面センサ９０
は、波面センサ９０に入射した光の光路を設定するミラ
ー９６ａ，９６ｂ，９６ｃ、並びにコリメータレンズ９
２、リレーレンズ系９３、マイクロレンズアレイ９４、
ＣＣＤ９５、及びミラー９６ａ，９６ｂ，９６ｃを収納
する収納部材９７を更に備えている。

【００４９】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、図３に示されるように、その中央部に開口
９１ａが形成されている。また、標示板９１の表面にお
ける開口９１ａの周辺には、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、Ｘ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、Ｙ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，９１
ｄは、上述のアライメント顕微鏡ＡＳによって観察可能
となっている。また、開口９１ａ及び２次元位置検出用
マーク９１ｂを除く標示板９１の表面は反射面加工がな
されている。かかる反射面加工は、例えば、ガラス基板
にクロム（Ｃｒ）を蒸着することによって行われてい
る。

【００５０】図２に戻り、前記コリメータレンズ９２
は、開口９１ａを通って入射した球面波を平面波に変換
する。

【００５１】前記マイクロレンズアレイ９４は、図４に
示されるように、マトリクス状に正の屈折力を有する正
方形状の多数のマイクロレンズ９４ａが稠密に配列され
たものである。ここで、各マイクロアレイレンズ９４ａ
の光軸は互いにほぼ平行となっている。なお、図４にお
いては、マイクロレンズ９４ａが７×７のマトリクス状
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は、リレーレンズ系９３を介した光を入
射したマイクロレンズ９４ａごとに、開口９１ａの像を
それぞれ異なる位置に結像する。

【００５２】なお、コリメータレンズ９２、リレーレン
ズ系９３、マイクロレンズアレイ９４、及びミラー９６
ａ，９６ｂ，９６ｃから成る光学系を、以下では「波面
収差測定光学系」というものとする。

【００５３】前記ＣＣＤ９５は、マイクロレンズアレイ
９４の各マイクロレンズ９４ａによって開口９１ａの像
が結像される結像面、すなわち、波面収差測定光学系に
おける開口９１ａの形成面の共役面に受光面を有し、そ
の受光面に結像された多数の開口９１ａの像を撮像す
る。この撮像結果は、撮像データＩＭＤとして波面デー
タ処理装置８０に供給される。

【００５４】前記収納部材９７は、その内部に、コリメ
ータレンズ９２、リレーレンズ系９３、マイクロレンズ
アレイ９４、及びＣＣＤ９５をそれぞれ支持する不図示
の支持部材を有している。なお、ミラー９６ａ，９６
ｂ，９６ｃは、収納部材９７の内面に取り付けられてい
る。また、前記収納部材９７の外形は、上述したウエハ
ステージＷＳＴのブラケット構造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。

【００５５】前記波面データ処理装置８０は、図５に示
されるように、主制御装置３０と記憶装置４０とを備え
ている。主制御装置３０は、（ａ）波面データ処理装置
８０の動作全体を制御するとともに、波面測定結果デー
タＷＦＡを主制御系２０へ供給する制御装置３９と、
（ｂ）波面センサ９０からの撮像データＩＭＤを収集す
る撮像データ収集装置３１と、（ｃ）像データに基づい
てパターン像としてのスポット像の位置を検出する位置
検出装置３２と、（ｄ）位置検出装置３２により検出さ
れたスポット像位置に基づいて、投影光学系ＰＬの波面
収差を算出する波面収差算出装置３３とを含んでいる。

【００５６】ここで、前記位置検出装置３２は、（ｉ）
像データに基づいて、重心法や相関法等の特定アルゴリ
ズムに基づいて、後述する推定スポット像位置や比較ス
ポット像位置を算出するスポット像位置算出装置３４
と、（ii）波面収差測定光学系のモデルに基づいて、推
定スポット像位置にスポット像が形成されているしたと
きの像データを算出する像情報算出装置３５と、（ii
i）初期の推定スポット像位置と比較スポット像位置と
の差に基づいて、推定スポット像位置をスポット像位置
として採用してよいか否かを判定し、否定的な判定がな
されたときには、推定スポット像位置を更新する判定更
新装置３６とを有している。

【００５７】また、記憶装置４０は、（ａ）撮像データ
を格納する撮像データ格納領域４１と、（ｂ）推定スポ
ット像位置データ及び比較スポット像位置データを格納
する位置データ格納領域４２と、（ｃ）算出された像情
報を格納する算出像データ格納領域４３と、（ｄ）波面
収差データを格納する波面収差データ格納領域４４とを
有している。

【００５８】本実施形態では、主制御装置３０を上記の
ように、各種の装置を組み合わせて構成したが、主制御
装置３０を計算機システムとして構成し、主制御装置３
０を構成する上記の各装置の機能を主制御装置３０に内
蔵されたプログラムによって実現することも可能であ
る。

【００５９】以下、本実施形態の露光装置１００による
露光動作を、図６に示される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。

【００６０】なお、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、ま
た、波面データ処理装置８０と主制御系２０とが接続さ
れているものとする。

【００６１】また、ウエハステージに装着された波面セ
ンサ９０の標示板９１の開口９１ａとウエハステージＷ
ＳＴとの位置関係は、２次元位置マーク９１ｂをアライ
メント顕微鏡ＡＳで観察することにより、正確に求めら
れているものとする。すなわち、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９１
ａのＸＹ位置が正確に検出でき、かつ、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
位置決めできるものとする。なお、本実施形態では、開
口９１ａとウエハステージＷＳＴとの位置関係は、アラ
イメント顕微鏡ＡＳによる４つの２次元位置マーク９１
ｂの位置の検出結果に基づいて、特開昭６１−４４４２
９号公報等に開示されているいわゆるエンハンストグロ
ーバルアライメント（以下、「ＥＧＡ」という）等の統
計的な手法を用いて正確に検出される。

【００６２】図６に示される処理では、まず、サブルー
チン１０１において、投影光学系ＰＬの波面収差が測定
される。この波面収差の測定では、図７に示されるよう
に、まず、ステップ１１１において、不図示のレチクル
ローダにより、図８に示される波面収差測定用の測定用
レチクルＲＴがレチクルステージＲＳＴにロードされ
る。測定用レチクルＲＴには、図８に示されるように、
複数個（図８では、９個）のピンホールパターンＰＨ₁
〜ＰＨ_N（図８では、Ｎ＝９）がＸ方向及びＹ方向に沿
ってマトリクス状に形成されている。なお、ピンホール
パターンＰＨ₁〜ＰＨ_N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。

【００６３】引き続き、ウエハステージＷＳＴ上に配置
された不図示の基準マーク板を使用したレチクルアライ
メントや、更にアライメント顕微鏡ＡＳを使用したベー
スライン量の測定等が行われる。そして、収差測定が行
われる最初のピンホールパターンＰＨ₁が投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸ上に位置するように、レチクルステージＲ
ＳＴを移動させる。かかる移動は、主制御系２０が、レ
チクル干渉計１６が検出したレチクルステージＲＳＴの
位置情報（速度情報）に基づいて、ステージ制御系１９
を介してレチクル駆動部を制御することにより行われ
る。

【００６４】図７に戻り、次に、ステップ１１２におい
て、波面センサ９０の標示板９１の開口９１ａが、ピン
ホールパターンＰＨ₁の投影光学系ＰＬに関する共役位
置（ピンホールパターンＰＨ₁の場合には、光軸ＡＸ
上）にウエハステージＷＳＴを移動させる。かかる移動
は、主制御系２０が、ウエハ干渉計１８が検出したウエ
ハステージＷＳＴの位置情報（速度情報）に基づいて、
ステージ制御系１９を介し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。この際、主制御系２０
は、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）の検出結
果に基づいて、ピンホールパターンＰＨ₁のピンホール
像が結像される像面に波面センサ９０の標示板９１の上
面を一致させるべく、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軸方向に微少駆動する。

【００６５】以上のようにして、最初のピンホールパタ
ーンＰＨ₁からの球面波に関する投影光学系ＰＬの波面
収差測定のための光学的な各装置の配置が終了する。こ
うした、光学的配置について、波面センサ９０の光軸Ａ
Ｘ１及び投影光学系ＰＬの光軸に沿って展開したもの
が、図９に示されている。

【００６６】こうした光学配置において、照明系１０か
ら照明光ＩＬが射出されると、測定用レチクルＲＴの最
初のピンホールパターンＰＨ₁に到達した光が、球面波
となってピンホールパターンＰＨから出射する。そし
て、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、最初のピンホ
ールパターンＰＨ₁以外のピンホールパターンＰＨ₂〜Ｐ
Ｈ_Nを通過した光は、開口パターン９１ａには到達しな
い。こうして開口９１ａに集光された光の波面は、ほぼ
球面ではあるが、投影光学系ＰＬの波面収差を含んだも
のとなっている。

【００６７】開口９１ａを通過した光は、コリメータレ
ンズ９２により平面波化され、さらにリレーレンズ系９
３を介した後、マイクロレンズアレイ９４に入射する。
ここで、マイクロレンズアレイ９４に入射する光の波面
は、投影光学系ＰＬの波面収差を反映したものとなって
いる。すなわち、投影光学系ＰＬに波面収差が無い場合
には、図９において点線で示されるように、その波面Ｗ
Ｆが光軸ＡＸ１と直交する平面となるが、投影光学系Ｐ
Ｌに波面収差が有る場合には、図９において二点鎖線で
示されるように、その波面ＷＦ’は位置に応じた角度で
傾くことになる。

【００６８】マイクロレンズアレイ９４は、各マイクロ
レンズ９４ａごとに、開口９１ａの像を、標示板９１の
共役面すなわちＣＣＤ９５の撮像面に結像される。マイ
クロレンズ９４ａに入射した光の波面が光軸ＡＸ１と直
交する場合には、そのマイクロレンズ９４ａの光軸と撮
像面の交点を中心とするスポット像が、撮像面に結像さ
れる。また、マイクロレンズ９４ａに入射した光の波面
が傾いている場合には、その傾き量に応じた距離だけ、
そのマイクロレンズ９４ａ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撮像面に結像される。

【００６９】こうして、結像された多数のスポット像の
形成位置の一例が、図１０に示されている。なお、図１
０においては、二点鎖線によって投影光学系ＰＬの瞳に
応じた領域（以下、単に「瞳領域」ともいう）が示され
ている。また、図１０では、●によって実際に撮像面に
結像されたスポット像位置が表わされ、また、○によっ
て、光を入射しなかったのでスポット像を形成しなかっ
たマイクロレンズ９４ａの光軸と撮像面との交点位置が
表されている。

【００７０】図７に戻り、次いで、ステップ１１３にお
いて、ＣＣＤ９５により、その撮像面に形成された像の
撮像を行う。この撮像により得られた撮像データＩＭＤ
は、波面データ処理装置８０に供給される。波面データ
処理装置８０では、撮像データ収集装置３１が撮像デー
タＩＭＤを収集し、撮像データ格納領域４１に収集した
撮像データを格納する。

【００７１】次に、サブルーチン１１４において、撮像
結果に基づいて、各スポット像の位置を検出する。

【００７２】ここで、以下で行うスポット像位置検出の
原理の概要をについて、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）
を参照して説明する。なお、説明の簡単のために、スポ
ット像が１次元（Ｘ方向）で分布している場合を例とし
て、このスポット像位置検出の原理の概要を説明する。

【００７３】上述のようにして、スポット像形成が行わ
れると、図１１（Ａ）において実線で示されるような、
互いにほぼ同形状の光の強度分布Ｉ_j（Ｘ）（＝|Ａ
_j（Ｘ）| ²；Ａ_j（Ｘ）は複素振幅；ｊ＝１，２，…）の
スポット像ＳＰ_jが、各マイクロレンズ９４ａによっ
て、ほぼ等間隔で結像される。ここで、スポット像ＳＰ
₁は、瞳領域の−Ｘ方向側の辺縁部にあり、スポット像
ＳＰ₁の−Ｘ方向側にはスポット像が存在しないものと
する。一方、スポットＳＰ₂像は、−Ｘ方向側にスポッ
ト像ＳＰ₁が存在し、かつ、＋Ｘ方向側にスポット像Ｓ
Ｐ₃が存在するものとする。さらに、不図示ではある
が、スポット像ＳＰ₃の＋Ｘ方向側にスポット像ＳＰ₄が
存在するものとする。

【００７４】ところで、撮像の際には、スポット像ＳＰ
_jの全てが形成されている。したがって、撮像によって
得られる像面における光の強度分布（以下、単に「強度
分布」という）Ｊ（Ｘ）は、 Ｊ（Ｘ）＝|Ａ₁（Ｘ）＋Ａ₂（Ｘ）＋…|² …（１） であり、図１１（Ａ）において、点線で表される形状と
なる。また、各強度分布Ｉ_j（Ｘ）は、ＳＹＮＣ関数に
よって近似される形状をしており、比較的長く尾を引く
ものとなっている。

【００７５】したがって、あるスポット像ＳＰ_jの位置
Ｘ_j（以下、「スポット像位置Ｘ_j」という）周辺におけ
る強度分布Ｊ（Ｘ）は、本来のスポット像ＳＰ_jの強度
分布Ｉ_j（Ｘ）（＝|Ａ_j（Ｘ）|²）が、他のスポット像
の照度分布による影響（すなわち、クロストーク）を受
けた形状となっている。かかる影響はスポット像間距離
が短いほど大きく、その殆どは、隣接するスポット像Ｓ
Ｐ_j-1及びスポット像ＳＰ_j+1によるものである。そし
て、互いに隣接する２つのスポット像ＳＰ_j，ＳＰ_j+1を
考えた場合、強度分布Ｊ（Ｘ）においては、あたかも引
き合っているかのような波形の変形、すなわちピーク位
置や重心位置の変化が起きているように見える。かかる
ピーク位置や重心位置の変化量を、以下では「クロスト
ーク量」と呼ぶものとする。

【００７６】こうした場合、スポット像ＳＰ₂やスポッ
ト像ＳＰ₃のような両隣に対称的にスポット像が存在す
るときには、強度分布Ｊ（Ｘ）において、そのスポット
像が両隣のスポット像それぞれから受けるクロクトーク
それぞれは、互いに相殺し合う。したがって、強度分布
Ｊ（Ｘ）から、重心法や相関法のような局所的な照度分
布に基づいてスポット像位置を検出するアルゴリズムを
推定しても、精度の良いスポット像位置の推定となって
いる。

【００７７】一方、スポット像ＳＰ₁のように片側にし
か隣接するスポット像が存在しないときには、その隣接
するスポット像からクロストーク量はそのまま残るの
で、強度分布Ｊ（Ｘ）から、局所的な強度分布に基づい
てスポット像位置を検出するアルゴリズムを使用してス
ポット像位置を推定すると、隣接するスポット像側へず
れた位置をスポット像位置として推定することになる。
こうしたクロストーク量の残存によるスポット像位置の
推定誤差の発生は、比較的大きな波面収差が存在する場
合や、隣接するスポット像の１つが瞳領域内に部分的に
しか入らなかった場合等、隣接するスポット像が対称的
に存在しない場合には、誤差量の多少はあるが必ず発生
する。

【００７８】ところで、図１１（Ａ）に示されるよう
に、スポット像ＳＰ₁が隣接するスポット像ＳＰ₂側にず
れたときの推定スポット像位置をＸ₁’とし、次に図１
１（Ｂ）に示されるように、この推定スポット像位置Ｘ
₁’が本来のスポット像位置であるとしたときの強度分
布Ｊ’（Ｘ）を計算により求める。そして、その強度分
布Ｊ’（Ｘ）に基づいて推定スポット像位置Ｘ₁’を求
める際に使用したアルゴリズム（以下、「特定アルゴリ
ズム」という）により求めたスポット像位置（以下、
「比較スポット像位置」という）ＣＸ₁’を求めると、
推定スポット像位置Ｘ₁’と比較スポット像位置ＣＸ₁’
との差δ’（＝ＣＸ₁’−Ｘ₁’）は、真のスポット像位
置Ｘ₁と推定スポット像位置Ｘ₁’との差δ（＝Ｘ₁’−
Ｘ₁）の近似値となっている。これは、スポット像位置
Ｘ₁とスポット像位置Ｘ₂との差に比べて、差δがかなり
小さく、スポット像ＳＰ₁が隣接するスポット像ＳＰ₂か
ら受けるクロストーク量と、スポット像ＳＰ₁’が隣接
するスポット像ＳＰ₂から受けるクロストーク量とは、
同程度であると考えられるためである。

【００７９】したがって、新たな推定スポット像位置Ｘ
₁”を、 Ｘ₁”＝Ｘ₁’−δ …（２） とすると、新たな推定スポット像位置Ｘ₁”は、真のス
ポット像位置Ｘ₁について、先の推定スポット像位置
Ｘ₁’よりも良い推定値となっている。

【００８０】こうした近似方法は、隣接するスポット像
が対称的に存在しない場合について、一般的に適用する
ことができるものである。

【００８１】新たな推定スポット像位置Ｘ₁”が算出さ
れると、本来のスポット像位置であるとしたときの強度
分布を計算により求め、その強度分布に基づいて特定ア
ルゴリズムにより新たな比較スポット像位置を算出す
る。そして、新たな推定スポット像位置Ｘ₁”を、新た
な推定スポット像位置Ｘ₁”と新たな比較スポット像位
置との差だけ比較スポット像位置とは反対側に補正する
ことにより、更に新たな推定スポット像位置を算出す
る。以後、真のスポット像位置Ｘ₁の推定精度が所望の
推定精度となるまで、以上の推定スポット位置の算出を
再帰的に繰り返す。

【００８２】以上説明したスポット像位置の検出原理に
基づいて、サブルーチン１１４では、撮像結果に基づい
て各スポット像の位置を検出する。

【００８３】サブルーチン１１４では、図１２に示され
るように、ステップ１２１において、スポット像位置算
出装置３４が、撮像データ格納領域４１から撮像データ
Ｊ^{(0 )}（Ｘ，Ｙ）（図１１（Ａ）における強度分布Ｊ
（Ｘ）に対応）を読み出して、予め定められた重心法や
相関法等の特定アルゴリズムを使用して、初期の推定ス
ポット像位置Ｐ_k ⁽⁰⁾［Ｘ_k ⁽⁰⁾，Ｙ_k ⁽⁰⁾］（ｋ＝１，２，
…）（図１１（Ａ）における推定スポット像位置Ｘ₁’
に対応）を算出する。そして、算出された初期の推定ス
ポット像位置Ｐ_k ⁽⁰⁾［Ｘ_k ⁽⁰⁾，Ｙ_k ⁽⁰⁾］を、位置データ
格納領域４２に格納する。

【００８４】なお、以下では、特定アルゴリズムをＧで
表し、像データＪからの推定スポットＰの算出を、 Ｐ＝Ｇ［Ｊ］ …（３） と表現することにする。この表現に従うと、上記の撮像
データＪ⁽⁰⁾（Ｘ，Ｙ）から、特定アルゴリズムを使用
して、初期の推定スポット像位置Ｐ_k ⁽⁰⁾［Ｘ_k ⁽⁰⁾，Ｙ_k
⁽⁰⁾］を求めることは、 Ｐ_k ⁽⁰⁾［Ｘ_k ⁽⁰⁾，Ｙ_k ⁽⁰⁾］＝Ｇ［Ｊ⁽⁰⁾（Ｘ，Ｙ）］ …（４） と表される。

【００８５】次に、ステップ１２２において、像情報算
出装置３５が、推定スポット像位置Ｐ_k ⁽⁰⁾［Ｘ_k ⁽⁰⁾，Ｙ
_k ⁽⁰⁾］に本来のスポット像が形成されているとしたとき
に得られるであろう像データＪ⁽¹⁾（Ｘ，Ｙ）（図１１
（Ｂ）における強度分布Ｊ’（Ｘ）に対応）を、予め求
められているマイクロレンズアレイ９４等の光学モデル
に基づいて算出する。そして、算出された像データＪ
⁽¹⁾（Ｘ，Ｙ）を、算出像データ格納領域４３に格納す
る。

【００８６】なお、以下では、推定スポット像位置Ｐか
ら像データＪを算出するアルゴリズムをＦで表し、推定
スポット像位置Ｐからの像データＪの算出を、 Ｊ＝Ｆ［Ｐ］ …（５） と表現することにする。この表現に従うと、上記の推定
スポット像位置Ｐ_k ⁽⁰⁾［Ｘ_k ⁽⁰⁾，Ｙ_k ⁽⁰⁾］から、アルゴ
リズムＦを使用して、像データＪ⁽¹⁾（Ｘ，Ｙ）を求め
ることは、 Ｊ⁽¹⁾（Ｘ，Ｙ）＝Ｆ［Ｐ_k ⁽⁰⁾［Ｘ_k ⁽⁰⁾，Ｙ_k ⁽⁰⁾］］ …（６） と表される。

【００８７】引き続き、ステップ１２３において、スポ
ット像位置算出装置３４が、算出像データ格納領域４３
から像データＪ⁽¹⁾（Ｘ，Ｙ）を読み出して、比較スポ
ット像位置ＣＰ_k ⁽¹⁾［ＣＸ_k ⁽¹⁾，ＣＹ_k ⁽¹⁾］（図１１
（Ｂ）における比較スポット像位置ＣＸ₁’に対応）
を、 ＣＰ_k ⁽¹⁾［ＣＸ_k ⁽¹⁾，ＣＹ_k ⁽¹⁾］＝Ｇ［Ｊ⁽¹⁾（Ｘ，Ｙ）］ …（７） により算出する。そして、算出された比較スポット像位
置ＣＰ_k ⁽¹⁾［Ｘ_k ⁽¹⁾，Ｙ _k ⁽¹⁾］を、位置データ格納領域
４２に格納する。

【００８８】次に、ステップ１２４において、判定更新
装置３６が、初期の推定スポット像位置Ｐ
_k ⁽⁰⁾［Ｘ_k ⁽⁰⁾，Ｙ_k ⁽⁰⁾］と、比較スポット像位置ＣＰ_k
⁽¹⁾［ＣＸ_k ⁽¹⁾，ＣＹ_k ⁽¹⁾］とを読み出し、対応するス
ポット像位置同士の差ΔＸ_k ⁽¹⁾，ΔＹ_k ⁽¹⁾を、 ΔＸ_k ⁽¹⁾＝ＣＸ_k ⁽¹⁾−Ｘ_k ⁽⁰⁾ …（８） ΔＹ_k ⁽¹⁾＝ＣＹ_k ⁽¹⁾−Ｙ_k ⁽⁰⁾ …（９） を算出して求める。

【００８９】引き続き、ステップ１２５において、判定
更新装置３６が、所望の波面収差測定誤差から求められ
る許容値をεとして、差ΔＸ_k ⁽¹⁾，ΔＹ_k ⁽¹⁾の絶対値の
全てが許容値ε以下であるか否かを判定する。ここで、
肯定的な判断がなされたときには、処理がステップ１２
７に移行する。一方、否定的な判断がなされたときに
は、処理がステップ１２６に移行する。この段階では、
否定的な判断がなされ、処理がステップ１２６に移行し
たとして、以下の説明を行う。

【００９０】ステップ１２６では、判定更新装置３６
が、現在の推定スポット像位置Ｐ_k ⁽⁰⁾［Ｘ_k ⁽⁰⁾，
Ｙ_k ⁽⁰⁾］と差ΔＸ_k ⁽¹⁾，ΔＹ_k ⁽¹⁾とを用いて、新たな推
定スポット像位置Ｐ_k ⁽¹⁾［Ｘ_k ⁽¹⁾，Ｙ_k ⁽¹⁾］（図１１
（Ｂ）における推定スポット像位置Ｘ₁”に対応）を、 Ｘ_k ⁽¹⁾＝Ｘ_k ⁽⁰⁾−ΔＸ_k ⁽¹⁾ …（１０） Ｙ_k ⁽¹⁾＝Ｙ_k ⁽⁰⁾−ΔＹ_k ⁽¹⁾ …（１１） を算出して求める。そして、新たな推定スポット像位置
Ｐ_k ⁽¹⁾［Ｘ_k ⁽¹⁾，Ｙ_k ⁽¹⁾］を、推定スポット像位置とし
て位置データ格納領域４２に格納し、推定スポット像位
置を更新する。

【００９１】以下、ステップ１２５において肯定的な判
定がなされるまで、ステップ１２２〜１２６を繰り返し
て実行する。すなわち、以下のａ．からｅ．までの処理
を、ステップ１２５において肯定的な判定がなされるま
で実行する。

【００９２】ａ．像情報算出装置３５が、そのときの推
定スポット像位置Ｐ_k ^(j)［Ｘ_k ^(j)，Ｙ_k ^(j)］（ｊ＝１，
２，…）に本来のスポット像が形成されているとしたと
きに得られるであろう像データＪ^(j+1)（Ｘ，Ｙ）を、 Ｊ^(j+1)（Ｘ，Ｙ）＝Ｆ［Ｐ_k ^(j)［Ｘ_k ^(j)，Ｙ_k ^(j)］］ …（１２） により算出する（ステップ１２２）。

【００９３】ｂ．スポット像位置算出装置３４が、像デ
ータＪ^(j+1)（Ｘ，Ｙ）から、比較スポット像位置ＣＰ_k
^(j+1)［Ｘ_k ^(j+1)，Ｙ_k ^(j+1)］を、 ＣＰ_k ⁽¹⁺¹⁾［ＣＸ_k ⁽¹⁺¹⁾，ＣＹ_k ⁽¹⁺¹⁾］＝Ｇ［Ｊ⁽¹⁺¹⁾（Ｘ，Ｙ）］ …（ １３） により算出する（ステップ１２３）。

【００９４】ｃ．判定更新装置３６が、初期の推定スポ
ット像位置Ｐ_k ⁽⁰⁾［Ｘ_k ⁽⁰⁾，Ｙ_k ⁽⁰⁾］と、比較スポット
像位置ＣＰ_k ^(j+1)［ＣＸ_k ^(j+1)，ＣＹ_k ^(j+1)］との差Δ
Ｘ_k ^{( j+1)}，ΔＹ_k ^(j+1)を、 ΔＸ_k ^(j+1)＝ＣＸ_k ^(j+1)−Ｘ_k ⁽⁰⁾ …（１４） ΔＹ_k ^(j+1)＝ＣＹ_k ^(j+1)−Ｙ_k ⁽⁰⁾ …（１５） により算出する（ステップ１２４）。

【００９５】ｄ．判定更新装置３６が、差ΔＸ_k ^(j+1)，
ΔＹ_k ^(j+1)の絶対値の全てが許容値以下であるかを判定
する（ステップ１２５）。

【００９６】ｅ．判定更新装置３６が、新たな推定スポ
ット像位置Ｐ_k ^(j+1)［Ｘ_k ^(j+1)，Ｙ _k ^(j+1)］を、 Ｘ_k ^(j+1)＝Ｘ_k ^(j)−ΔＸ_k ^(j+1) …（１６） Ｙ_k ^(j+1)＝Ｙ_k ^(j)−ΔＹ_k ^(j+1) …（１７） により算出し、推定スポット像位置を更新する（ステッ
プ１２６）。

【００９７】そして、ステップ１２５において肯定的な
判断がなされると、ステップ１２７において、判定更新
装置３６は、そのときの推定スポット像位置をスポット
像位置の検出結果として、位置データ格納領域４２に格
納する。

【００９８】こうしてスポット像位置が検出されると、
サブルーチン１１４の処理を終了し、処理が図７のステ
ップ１１５に移行する。

【００９９】ステップ１１５では、波面収差算出装置３
３が、位置データ格納領域４２からスポット像位置の検
出結果を読み出して、測定用レチクルＲＴにおける最初
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の波面収差を算出する。かかる波面収差の算出
は、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置
と、検出されたスポット像位置の差から、ツェルニケ多
項式の係数を求めることにより行われる。こうして、算
出された波面収差は、ピンホールパターンＰＨ ₁の位置
とともに、波面収差データ格納領域４４に格納される。

【０１００】次に、ステップ１１６において、全てのピ
ンホールパターンに関して投影光学系ＰＬの波面収差を
算出したか否かが判定される。この段階では、最初のピ
ンホールパターンＰＨ₁についてのみ投影光学系ＰＬの
波面収差を測定しただけなので、否定的な判定がなさ
れ、処理はステップ１１７に移行する。

【０１０１】ステップ１１７では、波面センサ９０の標
示板９１の開口９１ａが、次のピンホールパターンＰＨ
₂の投影光学系ＰＬに関する共役位置にウエハステージ
ＷＳＴを移動させる。かかる移動は、主制御系２０が、
ウエハ干渉計１８が検出したウエハステージＷＳＴの位
置情報（速度情報）に基づいて、ステージ制御系１９を
介し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。なお、このときも、主制御系２０が、多点フ
ォーカス位置検出系（２１，２２）の検出結果に基づい
て、ピンホールパターンＰＨ₂のピンホール像が結像さ
れる像面に波面センサ９０の標示板９１の上面を一致さ
せるべく、必要に応じて、ウエハステージ駆動部２４を
介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に微少駆動す
る。

【０１０２】そして、上記のピンホールパターンＰＨ₁
の場合と同様にして、投影光学系ＰＬの波面収差が測定
される。そして、波面収差の測定結果は、ピンホールパ
ターンＰＨ₂の位置とともに、波面収差データ格納領域
４４に格納される。

【０１０３】以後、上記と同様にして、全てのピンホー
ルパターンに関する投影光学系ＰＬの波面収差を順次測
定され、開口パターンごとの測定結果が開口パターンの
位置とともに、波面収差データ格納領域４４に格納され
る。こうして全てのピンホールパターンに関する投影光
学系ＰＬの波面収差が測定されると、ステップ１１７に
おいて肯定的な判定がなされる。そして、制御装置３９
が、波面収差データ格納領域４４から波面収差の測定結
果を読み出し、波面測定結果データＷＦＡとして主制御
系２０へ供給する。この後、処理が図６のステップ１０
２に移行する。

【０１０４】ステップ１０２では、主制御系２０が、制
御装置３９から供給された波面測定結果データＷＦＡに
基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差の測定が許容値以
下であるか否かを判定する。この判定が肯定的である場
合には、処理がステップ１０４に移行する。一方、判定
が否定的である場合には、処理はステップ１０３に移行
する。この段階では、判定が否定的であり、処理がステ
ップ１０３に移行したとして、以下の説明を行う。

【０１０５】ステップ１０３では、主制御系２０が、投
影光学系ＰＬの波面収差の測定結果に基づき、現在発生
している波面収差を低減させるように、投影光学系ＰＬ
の波面収差の調整を行う。かかる波面収差の調整は、制
御装置３９が、結像特性補正コントローラ５１を介して
レンズエレメントの移動制御を行うことや、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
とによりなされる。

【０１０６】引き続き、サブルーチン１０１において、
調整された投影光学系ＰＬに関する波面収差が上記と同
様にして測定される。以後、ステップ１０２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１０３）と、波面収差の測定（ステッ
プ１０１）が繰り返される。そして、ステップ１０２に
おいて肯定的な判断がなされると処理は、ステップ１０
４に移行する。

【０１０７】ステップ１０４では、波面センサ９０をウ
エハステージＷＳＴから取り外し、波面データ処理装置
８０と主制御系２０との接続を切断した後、主制御系２
０の制御のもとで、不図示のレチクルローダにより、転
写したいパターンが形成されたレチクルＲがレチクルス
テージＲＳＴにロードされる。また、不図示のウエハロ
ーダにより、露光したいウエハＷがウエハステージＷＳ
Ｔにロードされる。

【０１０８】次に、ステップ１０５において、主制御系
２０の制御のもとで、露光準備用計測が行われる。すな
わち、ウエハステージＷＳＴ上に配置された不図示の基
準マーク板を使用したレチクルアライメントや、更にア
ライメント顕微鏡ＡＳを使用したベースライン量の測定
等の準備作業が行われる。また、ウエハＷに対する露光
が第２層目以降の露光であるときには、既に形成されて
いる回路パターンと重ね合わせ精度良く回路パターンを
形成するため、アライメン顕微鏡ＡＳを使用した上述の
ＥＧＡ計測により、ウエハＷ上におけるショット領域の
配列座標が高精度で検出される。

【０１０９】次いで、ステップ１０６において、露光が
行われる。この露光動作にあたって、まず、ウエハＷの
ＸＹ位置が、ウエハＷ上の最初のショット領域（ファー
スト・ショット）の露光のための走査開始位置となるよ
うに、ウエハステージＷＳＴが移動される。ウエハ干渉
計１８からの位置情報（速度情報）等（第２層目以降の
露光の場合には、基準座標系と配列座標系との位置関係
の検出結果、ウエハ干渉計１８からの位置情報（速度情
報）等）に基づき、主制御系２０によりステージ制御系
１９及びウエハステージ駆動部２４等を介して行われ
る。同時に、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置と
なるように、レチクルステージＲＳＴが移動される。こ
の移動は、主制御系２０によりステージ制御系１９及び
不図示のレチクル駆動部等を介して行われる。

【０１１０】次に、ステージ制御系１９が、主制御系２
０からの指示に応じて、多点フォーカス位置検出系（２
１，２２）によって検出されたウエハのＺ位置情報、レ
チクル干渉計１６によって計測されたレチクルＲのＸＹ
位置情報、ウエハ干渉計１８によって計測されたウエハ
ＷのＸＹ位置情報に基づき、不図示のレチクル駆動部及
びウエハステージ駆動部２４を介して、ウエハＷの面位
置の調整を行いつつ、レチクルＲとウエハＷとを相対移
動させて走査露光を行う。

【０１１１】こうして、最初のショット領域の露光が終
了すると、次のショット領域の露光のための走査開始位
置となるように、ウエハステージＷＳＴが移動されると
ともに、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置となる
ように、レチクルステージＲＳＴが移動される。そし
て、当該ショット領域に関する走査露光が、上述の最初
のショット領域と同様にして行われる。以後、同様にし
て各ショット領域について走査露光が行われ、露光が完
了する。

【０１１２】そして、ステップ１０７において、不図示
のアンローダにより、露光が完了したウエハＷがウエハ
ホルダ２５からアンロードされる。こうして、１枚のウ
エハＷの露光処理が終了する。

【０１１３】以後のウエハの露光においては、ステップ
１０１〜１０３の投影光学系ＰＬに関する波面収差の測
定及び調整が必要に応じて行われながら、ステップ１０
４〜１０７のウエハ露光作業が行われる。

【０１１４】以上のように、本実施形態によれば、撮像
結果から特定アルゴリズムを使用して算出される推定ス
ポット像位置と許容誤差内で一致する位置（比較スポッ
ト像位置）が特定アルゴリズムを使用して算出されるス
ポット像位置を、撮像結果から算出される推定スポット
像位置を初期の推定スポット像位置として、現在推定ス
ポット像位置に実際のスポット像位置があるとしたとき
の像面における全体像を算出する。そして、特定アルゴ
リズムを使用して、算出された全体像から比較スポット
像位置を算出し、初期の推定スポット像位置と比較スポ
ット像位置との差だけ推定スポット像位置を補正して新
たな推定スポット像位置に更新することにより、本来の
スポット像位置の近似精度を逐次向上させる。したがっ
て、本来のスポット像位置を精度良く検出することがで
きる。

【０１１５】また、精度良く求められたスポット像位置
を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を算出するので、投
影光学系ＰＬの波面収差を精度良く求めることができ
る。

【０１１６】また、精度良く求められた投影光学系ＰＬ
の波面収差に基づいて、投影光学系ＰＬの収差を調整
し、十分に諸収差が低減された投影光学系ＰＬによりレ
チクルＲに形成された所定のパターンがウエハＷ表面に
投影されるので、所定のパターンをウエハＷに精度良く
転写することができる。

【０１１７】なお、上記の実施形態では、測定用レチク
ルＲＴにおける開口パターンを９つとしたが、所望の波
面収差の測定精度に応じて、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９４aの配列数や配列態様も、所望の波面収差
の測定精度に応じて変更することが可能である。

【０１１８】また、上記の実施形態では、初期の推定ス
ポット像位置と比較スポット像位置との差が許容値以下
であることを、差ΔＸ_k ^(j+1)，ΔＹ_k ^(j+1)の絶対値の全
てが許容値以下であることにより判定したが、値｛（Δ
Ｘ_k ^(j+1)）²＋（ΔＹ_k ^(j+1)）²｝や値｛（ΔＸ_k ^(j+1)）
²＋（ΔＹ_k ^(j+1)）²｝^1/2が、別途定められた許容値以
下であることにより判定することも可能である。

【０１１９】なお、本実施形態で、さらに測定精度を向
上させるために、以下の方法を取り入れることも可能で
ある。

【０１２０】すなわち、ＣＣＤ９５のサンプリング誤差
を低減するために、波面センサ９０をステッピングさせ
る。例えば、ＣＣＤ９５のセルサイズをＰＴとしたと
き、所定方向に（ＰＴ／Ｎ）ずつＮ回ステッピングさせ
る。そして、ステッピングの度に得られるデータに基づ
いて補間処理をして強度分布を求めることにより、通常
の静止させた場合に得られるデータのみを使用して得ら
れる強度分布と比べ、当該所定方向に沿ってＮ倍の位置
分解能で強度分布を得ることができる。なお、２次元的
に位置分解能を向上させる場合には、波面センサ９０を
２次元的にステッピングさせればよい。

【０１２１】このステッピングさせる方法としては、波
面センサ９０全体を波面収差測定光学系の光軸に対して
直交する方向にシフトさせる方法、あるいは波面センサ
９０の開口９１ａを中心としてチルトさせる方法があ
る。また、波面センサ９０全体を移動させるだけに限ら
ず、波面センサ９０を構成する他の要素の位置は固定し
たままで、波面センサ９０を構成するマイクロレンズア
レイ９４を波面収差測定光学系の光軸と直交する方向に
シフトさせたり、ＣＣＤ９５を波面収差測定光学系の光
軸と直交する方向にシフトさせればよい。

【０１２２】また、上記の実施形態では、位置検出の対
象像をスポット像としたが、他の形状のパターンの像で
あってもよい。

【０１２３】また、上記の実施形態では、露光にあたっ
ては波面収差計測装置７０を露光装置本体６０から切り
離したが、波面収差計測装置７０を露光装置本体６０に
装着したままで露光してもよいことは勿論である。

【０１２４】また、上記の実施形態では、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。

【０１２５】また、上記実施形態では、露光装置におけ
る投影光学系の収差計測に本発明を適用したが、露光装
置に限らず、他の種類の装置における結像光学系の諸収
差の計測にも本発明を適用することができる。

【０１２６】さらに、光学系の収差計測以外であって
も、例えば反射鏡の形状等の様々な光学系の光学特性の
測定にも本発明を適用することができる。

【０１２７】《デバイスの製造》次に、上記の実施形態
の露光装置を使用したデバイスの製造について説明す
る。

【０１２８】図１３には、本実施形態におけるデバイス
（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の生産のフロ
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２０１（設計ステップ）において、デバ
イスの機能設計（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２０２（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２０３（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。

【０１２９】次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステッ
プ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３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２０５（デバイス組立ステップ）
において、ステップ２０４において処理されたウエハを
用いてチップ化する。このステップ２０５には、アッセ
ンブリ工程（ダイシング、ボンディング）パッケージン
グ工程（チップ封入）等の工程が含まれる。

【０１３０】最後に、ステップ２０６（検査ステップ）
において、ステップ２０５で作製されたデバイスの動作
確認テスト、耐久性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。

【０１３１】図１４には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ２０４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２１１（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２１２
（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２１３（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２
１４（イオン打込みステップ）においてはウエハにイオ
ンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４
それぞれは、ウエハプロセス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。

【０１３２】ウエハプロセスの各段階において、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２１５
（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を
塗布し、引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）に
おいて、上記で説明した実施形態の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焼付露光す
る。次に、ステップ２１７（現像ステップ）においては
露光されたウエハを現像し、引き続き、ステップ２１８
（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２１９（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。

【０１３３】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。

【０１３４】以上のようにして、精度良く微細なパター
ンが形成されたデバイスが製造される。

【０１３５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の位
置検出方法によれば、撮像結果から特定アルゴリズムを
使用して算出される推定パターン像位置と、許容誤差内
で一致する比較スポット像位置が特定アルゴリズムを使
用して算出されるパターン像位置を、特定アルゴリズム
及び関連する光学系のモデルを用いて逐次近似して求め
るので、本来のスポット像位置を精度良く検出すること
ができる。

【０１３６】また、本発明の光学特性測定方法によれ
ば、被検光学系の光学特性を反映した複数のパターンの
形成位置を本発明の位置検出方法により検出し、検出さ
れた複数のパターンの位置に基づいて被検光学系の光学
特性を測定するので、被検光学系の光学特特性を精度良
く検出することができる。

【０１３７】また、本発明の光学特性測定装置によれ
ば、本発明の光学特性測定方法を使用して被検光学系の
光学特特性を測定するので、被検光学系の光学特特性を
精度良く検出することができる。

【０１３８】また、本発明の露光装置によれば、投影光
学系の光学特性を測定する本発明の光学特性測定装置を
備えるので、本発明の光学特性測定装置により精度良く
光学特性が測定され、光学特性が良好に調整されている
ことが保証された投影光学系を使用して、所定のパター
ンを基板に転写することができる。

【０１３９】また、本発明のデバイス製造方法によれ
ば、リソグラフィ工程において、本発明の露光方法を使
用して、所定のパターンを基板に転写するので、精度良
く微細なパターンが形成されたデバイスを製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の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２】図１の波面センサの構成を概略的に示す図であ
る。

【図３】図２の標示板の表面状態を説明するための図で
ある。

【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、図２のマイクロ
レンズアレイの構成を示す図である。

【図５】図１の主制御系の構成を示すブロック図であ
る。

【図６】図１の装置による露光動作における処理を説明
するためのフローチャートである。

【図７】図６の収差測定サブルーチンにおける処理を説
明するためのフローチャートである。

【図８】測定用レチクルに形成された測定用パターンの
例を示す図である。

【図９】波面収差測定時における光学配置を説明するた
めの図である。

【図１０】図９のＣＣＤの撮像面に形成される像を説明
するための図である。

【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、スポット
像位置の検出の原理を説明するための図である。

【図１２】図７のスポット像位置検出サブルーチンにお
ける処理を説明するためのフローチャートである。

【図１３】図１の露光装置を用いた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１４】図１３のウエハ処理ステップにおける処理の
フローチャートである。

【符号の説明】

３２…位置検出装置、３３…波面収差算出装置（光学特
性算出装置）、６０…露光装置本体、９０…波面収差測
定装置（光学特性測定装置）、９４…マイクロレンズア
レイ（波面分割素子）、９４ａ…マイクロレンズ（レン
ズ要素）、９５…ＣＣＤ（撮像装置）、ＰＬ…投影光学
系（被検光学系）、Ｗ…ウエハ（基板）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０２Ｇ ５１５Ｄ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の光学系を介して像面に形成された
   像における複数のパターンの位置を検出する位置検出方
   法であって、 前記像面に形成された像に基づいて、特定のアルゴリズ
   ムを使用して前記複数のパターンに関する初期の推定パ
   ターン位置を算出する第１工程と；前記所定の光学系の
   モデルを使用して、そのときの前記推定パターン位置そ
   れぞれに前記パターンが形成されているときの前記像面
   における像情報を算出する第２工程と；前記像情報に基
   づいて、前記特定のアルゴリズムを使用して比較パター
   ン位置を算出する第３工程と；前記初期の推定パターン
   位置と前記比較パターン位置との差に応じて前記推定パ
   ターン位置を補正して、前記推定パターン位置を更新す
   る第４工程と；を含み、 前記初期の推定パターン位置と前記比較パターン位置と
   の差が許容値以下となるまで、前記第２工程、前記第３
   工程、及び前記第４工程を繰り返す位置検出方法。
2. 【請求項２】 前記パターンはスポットであることを特
   徴とする請求項１に記載の位置検出方法。
3. 【請求項３】 被検光学系の光学特性を測定する光学特
   性測定方法であって、 前記被検光学系を介した光を所定の光学系により波面分
   割し、複数のパターンを有する像を形成する像形成工程
   と；前記複数のパターンを有する像を撮像する撮像工程
   と；前記撮像された像における前記複数のパターンそれ
   ぞれの位置を、請求項１又は２に記載の位置検出方法を
   使用して検出する位置検出工程と；前記検出された複数
   のパターンの位置に基づいて、前記被検光学系の光学特
   性を算出する光学特性算出工程と；を含む光学特性測定
   方法。
4. 【請求項４】 前記光学特性は波面収差であることを特
   徴とする請求項３に記載の光学特性測定方法。
5. 【請求項５】 被検光学系の光学特性を測定する光学特
   性測定装置であって、 前記被検光学系を介した光を波面分割し、複数のパター
   ンを有する像を形成する波面分割素子と；前記複数のパ
   ターンを有する像を撮像する撮像装置と；前記撮像され
   た像における前記複数のパターンそれぞれの位置を、前
   記波面分割素子を所定の光学系とする請求項１又は２に
   記載の位置検出方法を使用して検出する位置検出装置
   と；前記検出された複数のパターンの位置に基づいて、
   前記被検光学系の光学特性を算出する光学特性算出装置
   と；を備える光学特性測定装置。
6. 【請求項６】 前記波面分割素子は、レンズ要素がマト
   リクス状に配列されたマイクロレンズアレイであること
   を特徴とする請求項５に記載の光学特性測定装置。
7. 【請求項７】 露光光を基板に照射することにより、所
   定のパターンを前記基板に転写する露光装置であって、 露光光の光路上に配置された投影光学系を有する露光装
   置本体と；前記投影光学系を被検光学系とする請求項５
   又は６に記載の光学特性測定装置と；を備える露光装
   置。
8. 【請求項８】 前記光学特性測定装置は、前記露光装置
   本体に対して着脱可能であることを特徴とする請求項７
   に記載の露光装置。
9. 【請求項９】 リソグラフィ工程を含むデバイス製造方
   法において、 前記リソグラフィ工程で、請求項７又は８に記載の露光
   装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造
   方法。