JP2006060152A - 光学特性測定装置、ステージ装置及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】テーブルの位置制御性の低下を防止すると共に、周囲の部材への熱の影響を抑制する光学特性測定装置を提供する。
【解決手段】光学特性測定装置２８は、テーブルＷＴＢに設けられ、被検光学系を介した光が入射する対物光学系９４を含む第１部分２８Ａと、テーブルＷＴＢに相対移動可能に接続された移動体３０に設けられ、対物光学系を介した光を検出する検出装置９５を含む第２部分と、を備えている。このため、第１部分が設けられたテーブルの重量化を招くことがないとともに、比較的重量な第２部分が設けられた移動体に対して、テーブルを駆動可能である。また、第２部分は、被検光学系から離して第２の移動体に設けることができるので、第２部分の発熱が被検光学系の周囲の雰囲気の空気揺らぎの要因になるのを抑制することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は光学特性測定装置、ステージ装置及び露光装置に係り、更に詳しくは、投影光学系などの被検光学系の光学特性を測定する光学特性測定装置、該光学特性測定装置を備えるステージ装置及び該ステージ装置を備える露光装置に関する。

従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程では、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、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる。）などの露光装置が用いられている。

近年、これらの露光装置では、半導体素子等の高集積化に応じて回路パターンが微細化し、必然的に解像力の向上が要請されるようになったのに伴い、使用される投影光学系に対し、その収差を極限まで抑えることが要求されてきている。かかる要求に応えるため、従来においても、投影光学系単体での調整工程において、投影光学系を専用の波面計測機（例えば、干渉計などを用いて、投影光学系の波面収差を計測する大型の計測機）に搭載して、その波面収差を計測し、その計測結果に基づいて厳密に収差を調整することがなされていた。

しかしながら、その後の半導体素子の更なる高集積化に伴い、最近では、投影光学系単体での状態と露光装置本体に組み込んだ状態との環境の変化や、露光装置本体に組み込む際の不慮の事故、あるいは出荷直前に計測することによる品質保証の観点から、投影光学系を露光装置本体に組み込んだ後に、その露光装置本体に組み込まれた状態（いわゆるオン・ボディ）で投影光学系の波面収差を計測する必要が生じてきた。

オン・ボディで投影光学系の波面収差を計測する波面計測装置としては、基板（ウエハ）が載置される基板ステージ（ウエハステージ）に着脱自在に取り付けるポータブルタイプのシャック−ハルトマン（Shack-Hartmann）方式の波面収差計測器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上記のポータブルタイプの波面収差計測器の場合、その波面収差計測器をウエハステージに取り付ける工程と、波面収差の計測後にウエハステージから波面収差計測器を取り外す工程とが、必須となり、波面収差の計測のための装置のダウンタイムが必然的に長くなるという不都合がある。また、取付け時の位置の再現性も必ずしも十分とは言えない。

このような理由により、ウエハステージに常設するタイプの波面収差計測装置が、最近になって注目されるに至っている。しかるに、例えばシャック−ハルトマン方式の波面収差計測装置をウエハステージに常設する場合、その波面収差計測装置を構成するＣＣＤの存在により、その波面収差計測装置が設けられるウエハステージの構成部分が重くなる。波面収差の計測に際し、投影光学系の最良結像面に波面収差計測装置の標示板を位置させる必要から、波面収差計測装置はウエハが載置されるウエハテーブル部分に設ける必要がある。

しかしながら、特にスキャニング・ステッパなどの走査型露光装置においては、そのテーブル部分は、走査露光時に照明光の照射領域におけるウエハＷの表面を投影光学系の焦点深度範囲内に一致させる必要があるため、高速で駆動する必要がある。従って、そのウエハテーブル部分の重量化は望ましくなく、制御性の向上のためには、軽量化することがむしろ望ましい。

また、ウエハステージに波面収差計測装置を常設する場合、ＣＣＤ自身あるいはＣＣＤの駆動回路、例えば電荷転送制御回路等の発熱が、周辺の機器に与える影響が問題となる。波面収差計測装置が常設されるウエハステージの近傍には、ウエハステージの位置を計測するレーザ干渉計や、ウエハ表面の光軸方向の位置を検出するフォーカスセンサなどの光学的な位置計測装置が設けられているが、上述のＣＣＤ等の発熱により、それらの位置計測装置の検出ビームの光路空間にいわゆる空気揺らぎ（空気の温度の揺らぎ）が発生し、前記位置計測装置の計測精度が低下するおそれがあった。また、レーザ干渉計やフォーカスセンサなどは、通常波面収差計測装置の位置計測に用いられるので、結果的に波面収差の計測精度をも低下させてしまうおそれがあった。

国際公開第９９／６０３６１号パンフレット

発明者等は、露光装置のウエハステージに常設でき、しかも上述したウエハテーブルの重量化及び受光素子の発熱による悪影響の問題を回避できる波面収差計測装置を実現するために、鋭意研究を重ねた結果、おそらく計測精度の低下を考慮してのことであろうが、これまで全く検討の対象にもなっていなかった「波面収差計測装置を複数に分割する」という新規なアイデアを思いつくに至った。そして、一例として、シャック−ハルトマン方式の波面収差計測装置を、対物光学系を含む第１部分とＣＣＤ等の検出装置を含む第２部分とに分割し、それぞれの部分を、露光装置のウエハテーブルとウエハステージとにそれぞれ取り付けるとの仮定の下、種々の実験、シミュレーションなどを繰り返し行った結果、上記のように波面収差計測装置を２分割しても、その波面収差計測装置により実用上十分な精度で波面収差を計測できるとの結論を得るに至った。また、結果として、マイクロレンズアレイは、第１部分、第２部分のいずれに含めても精度上は問題がないことも確認できた。ウエハステージに常設される光学特性測定装置であれば、上記シャック−ハルトマン方式の波面収差計測装置と同様に、光学系と受光素子等とを分割することで同様の問題が改善されものと予想される。

本発明は、上述した事情の下になされたものであり、第１の観点からすると、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、第１の移動体（ＷＴＢ）に設けられ、前記被検光学系を介した光が入射する対物光学系（９４）を含む第１部分（２８Ａ）と；前記第１の移動体に相対移動可能に接続された第２の移動体（３１）に設けられ、かつ前記第１部分とは物理的に分離され、前記対物光学系を介した光を検出する検出装置（９５）を少なくとも含む第２部分（２８Ｂ）と；を備える光学特性測定装置である。

これによれば、被検光学系を介した光が入射する対物光学系を含む第１部分が、第１の移動体に設けられ、前記対物光学系を介した光を検出する検出装置（例えばＣＣＤなどを含む）を少なくとも含み、第１部分と物理的に分離した第２部分が、第１の移動体に相対移動可能に接続された第２の移動体に設けられている。このため、第１部分が設けられた第１の移動体の重量化を招くことがないとともに、比較的重量な第２部分が設けられた第２の移動体に対して、第１の移動体を駆動することが可能になる。従って、第１部分と第２部分とを含む光学特性測定装置を、第１、第２の移動体に常設することができる一方、第１の移動体は対物光学系などの軽量の部材から成る第１部分のみが設けられるので、重量化を招くことがない。また、第２部分は、被検光学系から離して第２の移動体に設けることができるので、第２部分の発熱が被検光学系の周囲の雰囲気の空気揺らぎの要因になるのを抑制することができる。

本発明は、第２の観点からすると、二次元面内を移動するステージ（３１）と、前記ステージ上で少なくとも前記二次元面に直交する方向に移動可能とされたテーブル（ＷＴＢ）とを含む移動体（ＷＳＴ）と；該移動体を駆動する駆動系（２７）と；前記テーブルに前記第１部分（２８Ａ）が設けられ、前記ステージに前記第２部分（２８Ｂ）が設けられた本発明の光学特性測定装置（２８）と；を備えるステージ装置である。

これによれば、二次元面内を移動するステージと、該ステージ上で少なくとも前記二次元面に直交する方向に移動可能とされたテーブルとを含む移動体と、該移動体を駆動する駆動系とを備えている。そして、被検光学系を介した光が入射する対物光学系を含む第１部分と、前記対物光学系を介した光を検出する検出装置を少なくとも含む第２部分とに物理的に分離された、本発明の光学特性測定装置の第１部分がテーブルに設けられ、第２部分が前記ステージに設けられている。すなわち、比較的軽量な第１部分が、駆動時の高応答性や高い位置制御性が要求されるテーブルに設けられ、比較的重量の大きい検出装置を少なくとも含む第２部分が、テーブルに比べて駆動時の高応答性や高い位置制御性が要求されないステージに設けられている。従って、光学特性測定装置を移動体に常設することができるとともに、その移動体を構成するステージ及びテーブルそれぞれに要求される応答性や位置制御性を十分に満足することができる。また、第２部分は、被検光学系から離してステージに設けることができるので、第２部分の発熱が被検光学系の周囲の雰囲気の空気揺らぎの要因になるのを抑制することができる。

この場合において、前記ステージに設けられ、前記第２部分を含む前記ステージの少なくとも一部を冷却する冷却機構を更に備えることとすることができる。かかる場合には、冷却機構により第２部分を含む前記ステージの少なくとも一部を冷却することができるので、前記第２部分に含まれる検出装置の発熱が、その第２部分の周囲の部材及び雰囲気などに与える影響を抑制することができる。

本発明は、第３の観点からすると、投影光学系（ＰＬ）を介した露光光（ＩＬ）により物体（Ｗ）を露光して、所定のパターンを物体上に転写する露光装置であって、前記物体が前記テーブル上に載置され、前記投影光学系を前記光学特性測定装置の前記被検光学系とする本発明のステージ装置を備える露光装置である。

これによれば、物体がテーブル上に載置され、投影光学系を光学特性測定装置の被検光学系とするステージ装置を備えているので、その光学特性測定装置により投影光学系の光学特性を十分な精度で測定することができ、その測定結果に基づいて、投影光学系の調整を行うことが可能になる。そして、この調整後の投影光学系を用いて上述の露光を行うことで、パターンを物体上に精度良く転写することが可能になる。また、物体が載置されたテーブルは駆動時の高応答性や高い位置制御性を有しているので、走査露光時に露光光の照射領域における物体表面を投影光学系の焦点深度範囲内に一致させることが可能となる。この点においても、高精度な露光を実現することが可能である。

《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態について、図１〜図９に基づいて説明する。

図１には、本発明の一実施形態の露光装置１００の概略構成が示されている。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（スキャニング・ステッパ（スキャナ）とも呼ばれる）である。

この露光装置１００は、光源及び照明光学系を含み、露光光としての照明光ＩＬによりレチクルＲを照明する照明系１０、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、投影ユニットＰＵ、物体としてのウエハＷが載置される移動体としてのウエハステージＷＳＴ、前記レチクルステージＲＳＴ及び前記投影ユニットＰＵなどが搭載されたボディＢＤ、及びこれらの制御系等を備えている。

前記照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号公報）などに開示されるように、光源、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含んで構成されている。この照明系１０では、レチクルブラインドで規定されレチクルＲ上でＸ軸方向に細長く伸びるスリット状の照明領域を照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。また、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）あるいは回折光学素子などを用いることができる。

前記レチクルステージＲＳＴは、後述する第２コラム３４の天板を構成するレチクルベース３６上に、その底面に設けられた不図示のエアベアリングなどによって例えば数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持されている。このレチクルステージ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部１２（図１では図示せず、図６参照）により、水平面（ＸＹ平面）内で２次元的に（Ｘ軸方向、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３６上を所定の走査方向（ここでは、図１における紙面直交方向であるＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。

レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置は、そのレチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡１５に測長ビームを照射する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、投影ユニットＰＵの鏡筒４０側面に固定された固定鏡（参照鏡）１４を基準として、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、移動鏡は、Ｙ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡とＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ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干渉計もレチクルＹ干渉計とレチクルＸ干渉計とが設けられ、更に、これらに対応して、Ｘ方向位置計測用の固定鏡と、Ｙ方向位置計測用の固定鏡が設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１５、レチクル干渉計１６、固定鏡１４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１５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）を用いても良い。ここで、レチクルＹ干渉計とレチクルＸ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、θｚ方向の回転も計測できるようになっている。

レチクル干渉計１６の計測値は、図６に示される主制御装置５０に送られ、主制御装置５０では、このレチクル干渉計１６の計測値に基づいてレチクルステージ駆動部１２を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。

前記投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方で、フランジＦＬＧを介して、ボディＢＤを構成する鏡筒定盤３８に保持されている。

ボディＢＤは、クリーンルームの床面Ｆ上に設置されたフレームキャスタＦＣ上に設置された第１コラム３２と、この第１コラム３２の上に固定された第２コラム３４とを備えている。

前記フレームキャスタＦＣは、ベースプレートＢＳと、該ベースプレートＢＳ上に設けられた複数本、例えば３本（又は４本）の脚部３９（但し、図１における紙面奥側の脚部は図示省略）と、各脚部３９の上端に固定された複数、例えば３つの第１防振機構５６とを備えている。各第１防振機構５６は、脚部３９の上部に直列に接続された内圧が調整可能なエアマウント６０と鏡筒定盤３８を重力方向（Ｚ軸方向）に高応答で微小駆動可能なボイスコイルモータ６２とを含んで構成されている（図６参照）。この第１防振機構５６の構成各部は、主制御装置５０により制御される（図６参照）。

前記第１コラム３２は、脚部３９及び第１防振機構５６によってほぼ水平に支持された前述の鏡筒定盤（メインフレーム）３８を備えている。

前記鏡筒定盤３８の上面には、投影ユニットＰＵを取り囲む位置に、複数本、例えば３本の脚４１（但し、図１における紙面奥側の脚は図示省略）の一端（下端）が固定されている。これらの脚４１それぞれの他端（上端）面は、ほぼ同一の水平面上にあり、これらの脚４１それぞれの上端面に前述のレチクルベース３６の下面が固定されている。このようにして、複数本の脚４１によってレチクルベース３６が水平に支持されている。すなわち、レチクルベース３６とこれを支持する３本の脚４１とによって第２コラム３４が構成されている。レチクルベース３６には、その中央部に照明光ＩＬの通路となる開口３６ａが形成されている。

前記投影ユニットＰＵは、円筒状でその外周部の下端部近傍にフランジＦＬＧが設けられた鏡筒４０と、該鏡筒４０に保持された複数の光学素子から成る被検光学系としての投影光学系ＰＬとを備えている。投影光学系ＰＬとしては、例えばＺ軸方向の共通の光軸ＡＸを有する複数のレンズ（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。この投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率（例えば１／４倍又は１／５倍）を有する。このため、照明系からの照明光ＩＬによってレチクルＲ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を介して前記照明領域内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上に形成される。

本実施形態では、上記複数のレンズエレメントのうち、レチクルＲに最も近いレンズエレメントを含む複数のレンズエレメント（以下、「可動レンズ」と呼ぶ）が独立に駆動可能となっている。本実施形態の場合、主制御装置５０からの指令に基づいて結像特性補正コントローラ７６（図６参照）によって、可動レンズを駆動する不図示の駆動素子の印加電圧が制御され、これによって、投影光学系ＰＬの光学特性（例えば、ディストーション（倍率を含む）、非点収差、コマ収差、球面収差、像面湾曲（フォーカス））などが調整される。

前記ウエハステージＷＳＴは、投影ユニットＰＵの下方に水平に配置されたステージベース７１の上面に、その底面に設けられたエアベアリングなどを介して非接触で浮上支持されている。このウエハステージＷＳＴ上に、不図示のウエハホルダを介してウエハＷが真空吸着（又は静電吸着）によって保持されている。

前記ステージベース７１は、ベースプレートＢＳ上の複数箇所（例えば３箇所）にそれぞれ設けられた複数（例えば３つ）の支持部材７３と、該各支持部材７３の上面にそれぞれ固定された複数（例えば３つ）の第２防振機構６６とによって、ほぼ水平に支持されている。各第２防振機構６６は、図６に示されるように、上述の第１防振機構５６と同様にエアマウント６８とボイスコイルモータ７２とを含んで構成され、これらエアマウント６８、ボイスコイルモータ７２が、主制御装置５０により制御されるようになっている。

前記ステージベース７１の＋Ｚ側の面（上面）は、その平坦度が非常に高くなるように加工されており、ウエハステージＷＳＴの移動基準面（ガイド面）とされている。本実施系形態の露光装置１００では、上記のステージベース７１の上面（ウエハステージＷＳＴのガイド面）の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交する面（ＸＹ面）に対する傾斜及び光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に関する位置の情報を計測する計測機構が設けられている。この計測機構は、図１に示されるように、鏡筒定盤３８の同一直線状にない３箇所にそれぞれ設けられた３つのＺ干渉計１０２ａ〜１０２ｃ（ただし、図１では紙面奥側のＺ干渉計１０２ｃについては不図示、図６参照）によって構成されている。Ｚ干渉計１０２ａ〜１０２ｃのそれぞれは、ステージベース７１の上面のそれぞれの計測点でのＺ軸方向に関する位置情報を、鏡筒定盤３８を基準として検出する。Ｚ干渉計１０２ａ〜１０２ｃの出力は、図６の主制御装置５０に供給されている。主制御装置５０は、Ｚ干渉計１０２ａ〜１０２ｃの計測値の平均値に基づいて、ステージベース７１の上面のＺ位置を算出し、Ｚ干渉計１０２ａ〜１０２ｃの計測値に基づいてステージベース７１の上面のＸＹ面に対する傾斜（θｘ回転、θｙ回転）を算出する。

前記ウエハステージＷＳＴは、投影ユニットＰＵの図１における下方に配置され、後述するウエハステージ駆動部２７（図６参照）によって駆動され、上記ガイド面に沿ってＸＹ面内で移動する。

これを更に詳述すると、ウエハステージＷＳＴは、図２の斜視図に、取り出して示されるように、第２の移動体としてのステージ３１と、該ステージ３１上にＺ・チルト駆動機構ＶＺ₁〜ＶＺ₃（図２では不図示、図５等参照）を介して搭載された、第１の移動体としてのテーブルＷＴＢとを備えている。Ｚ・チルト駆動機構ＶＺ₁〜ＶＺ₃は、実際には、ステージ３１上でテーブルＷＴＢを３点で支持する３つのアクチュエータ（例えば、ボイスコイルモータ又はＥＩコア）等を含んで構成され、テーブルＷＴＢをＺ軸方向、θｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向）、θｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向）の３自由度方向に微小駆動する。

前記ステージ３１は、天板３０と該天板３０の下面に固定されたＹ可動子１３２Ｙとを備えている。ステージ３１の下面（Ｙ可動子１３２Ｙの下面）には、不図示のエアベアリングが複数設けられ、これらのエアベアリングを介してウエハステージＷＳＴが前述のガイド面の上方に数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で浮上支持されている。

前記Ｙ可動子１３２Ｙは、図２に示されるように、断面矩形枠状でＹ軸方向に伸びる可動子ヨーク（マグネットプレート）１３８と、該可動子ヨーク１３８の内面側の上下対向面に相互に対向してかつＹ軸方向に沿って所定間隔で交互に配列されたＮ極永久磁石，Ｓ極永久磁石から成る複数の界磁石１３７とを備えている。この場合、相互に隣接する界磁石同士の極性は相互に逆極性であるとともに、相互に対向する界磁石同士の極性も相互に逆極性となっている。このため、可動子ヨーク１３８の内部空間には、Ｙ軸方向に沿って交番磁界が形成されている。

上記Ｙ可動子１３２Ｙの可動子ヨーク１３８の内部空間に、Ｙ軸方向を長手方向とするＹ軸固定子１３４Ｙが挿入されている。このＹ軸固定子１３４Ｙは、ここではＹ軸方向に沿って配列された複数の電機子コイルを有する電機子ユニットによって構成されている。

この場合、Ｙ可動子１３２ＹとＹ軸固定子１３４Ｙとによって、ウエハステージＷＳＴを走査方向（Ｙ軸方向）に駆動するムービングマグネット型の電磁力駆動方式のＹ軸リニアモータ１３６Ｙが構成されている（図３参照）。

前記Ｙ軸固定子１３４Ｙの長手方向の一側（−Ｙ側）、他側（＋Ｙ側）の端部には、図３に示されるように、Ｘ可動子１３２Ｘ₁、１３２Ｘ₂が、それぞれ固定されている。＋Ｙ側のＸ可動子１３２Ｘ₂は、図２に示されるように、ＹＺ断面Ｔ字状の形状を有しており、その内部（又は外部）には不図示の電機子コイルがＸ軸方向に沿って所定間隔で配設されている。すなわち、Ｘ可動子１３２Ｘ₂は、電機子ユニットによって構成されている。

−Ｙ側のＸ可動子１３２Ｘ₁は、Ｘ可動子１３２Ｘ₂と、左右対称ではあるが、同様に構成されている。

一方のＸ可動子１３２Ｘ₁は、図３の平面図に示されるように、ステージベース７１の−Ｙ側に配設されＸ軸方向に伸びるＸ軸固定子１３４Ｘ₁とともに、ムービングコイル型の電磁力駆動方式のリニアモータから成るＸ軸リニアモータ１３６Ｘ₁を構成している。すなわち、Ｘ軸固定子１３４Ｘ₁は、ＹＺ断面Ｕ字状の形状を有し、床面Ｆ上に固定された２本の支持部材１６４によってその長手方向の一側と他側の端部近傍をそれぞれ支持されている。Ｘ軸固定子１３４Ｘ₁は、その内側の上下の対向面には前述のＹ可動子１３２Ｙと同様に、複数の界磁石がＸ軸方向に沿って所定間隔で配列され、その内部空間にＸ軸方向に沿って交番磁界が形成されている。そして、この交番磁界の内部にＸ可動子１３２Ｘ₁が挿入されている。

他方のＸ可動子１３２Ｘ₂は、上記Ｘ軸固定子１３４Ｘ₁と左右対称に構成され、２本の支持部材１６６によって床面Ｆ上に支持されたＸ軸固定子１３４Ｘ₂とともに、ムービングコイル型の電磁力駆動方式のリニアモータから成るＸ軸リニアモータ１３６Ｘ₂を構成している。

本実施形態では、Ｘ軸リニアモータ１３６Ｘ₁、１３６Ｘ₂によって、Ｙ軸リニアモータ１３６Ｙとともに、ウエハステージＷＳＴがＸ軸方向に沿って駆動される。また、Ｘ軸リニアモータ１３６Ｘ₁、１３６Ｘ₂がそれぞれ発生するＸ軸方向の電磁力（駆動力）を僅かに異ならせることにより、ウエハステージＷＳＴをθｚ方向に回転させることもできる。

すなわち、本実施形態ではウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に駆動するＹ軸リニアモータ１３６Ｙと、一対のＸ軸リニアモータ１３６Ｘ₁、１３６Ｘ₂とによって、ウエハステージＷＳＴをＸＹ２次元面内で自在に駆動するＸＹ駆動部が構成されている。また、このＸＹ駆動部と前述したＺ・チルト駆動機構ＶＺ₁〜ＶＺ₃とによって、ステージ３１をＸ軸及びＹ軸方向に所定ストロークで駆動するとともに、テーブルＷＴＢをＺ軸方向、θｘ方向、θｙ方向及びθｚ方向に微小駆動する駆動系としてのウエハステージ駆動部２７（図６参照）が構成されている。ウエハステージ駆動部２７の構成各部は、主制御装置５０により制御される（図６参照）。

前記テーブルＷＴＢの上面に、不図示のウエハホルダを介してウエハＷが真空吸着（又は静電吸着）等により吸着保持されている。

図１に戻り、ウエハステージＷＳＴのＸＹ面内の位置情報は、当該ウエハステージＷＳＴ（より正確にはテーブルＷＴＢ）に固定された移動鏡１７に測長ビームを照射する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、投影ユニットＰＵの鏡筒４０の側面に固定された固定鏡２９の反射面を基準として、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハ干渉計１８は、前述の鏡筒定盤３８の下面に吊り下げ支持状態で固定されている。

ここで、ウエハステージＷＳＴ（より正確にはテーブルＷＴＢ）上には、実際には、図２（及び図３）に示されるように、走査方向であるＹ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡１７Ｙ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Ｘ移動鏡１７Ｘとが設けられ、これに対応してＸレーザ干渉計１８ＸとＹレーザ干渉計１８Ｙとが設けられ（図３参照）、さらに固定鏡も、Ｘ軸方向位置計測用とＹ軸方向位置計測用のものがそれぞれ設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１７、ウエハ干渉計１８、固定鏡２９として図示されている。

なお、例えば、テーブルＷＴＢの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１７Ｘ，１７Ｙの反射面に相当）を形成しても良い。また、Ｘレーザ干渉計１８Ｘ及びＹレーザ干渉計１８Ｙは測長軸を複数有する多軸干渉計であり、テーブルＷＴＢのＸ、Ｙ位置の他、回転（ヨーイング（θｚ方向の回転）、ピッチング（θｘ方向の回転）、ローリング（θｙ方向の回転））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１８によって、テーブルＷＴＢのＸ、Ｙ、θｚ、θｙ、θｘの５自由度方向の位置情報が計測されるものとする。

テーブルＷＴＢの位置情報（又は速度情報）は、図６の主制御装置５０に送られ、主制御装置５０では前記位置情報（又は速度情報）に基づいてウエハステージ駆動部２７（より正確には、前述したＸＹ駆動部）を介してウエハステージＷＳＴのＸＹ面内の位置を制御する。ここで、テーブルＷＴＢの位置情報に基づいて、ウエハステージＷＳＴを制御するとしているのは、ウエハ干渉計１８からは、テーブルＷＴＢのＸ、Ｙ、θｚ、θｙ、θｘの５自由度方向の位置情報が主制御装置５０に供給されるが、Ｘ軸、Ｙ軸及びθｚ方向以外のθｙ及びθｘ方向の位置情報は、テーブルＷＴＢの傾きに起因するＸ軸、Ｙ軸方向に関する位置計測誤差（一種のアッベ誤差）の算出に用いられ、この算出結果に基づいてウエハステージＷＳＴのＸＹ面内の位置が補正されるからである。すなわち、θｙ及びθｘ方向の位置情報は、直接的にテーブルＷＴＢの傾きの調整に用いられるものでない。

前記テーブルＷＴＢ及び天板３０の＋Ｘ側端部かつ−Ｙ側端部のコーナー部分には、図２に示されるように、相互に物理的に分離された第１部分２８Ａと第２部分２８Ｂとを有する光学特性測定装置としての波面計測器２８が取り付けられている。この波面計測器２８を構成する第１部分２８ＡはテーブルＷＴＢ側に設けられ、第２部分２８Ｂは天板３０に設けられている。

波面計測器２８を構成する前記第１部分２８Ａは、図４に示されるように、テーブルＷＴＢの＋Ｘ側端部かつ−Ｙ側端部のコーナー部分に形成された切り欠き部に固定され、テーブルＷＴＢと一体で見かけ上ほぼ矩形の板を構成する第１筐体８６と、該第１筐体８６の内部に配置され不図示の保持部材を介して保持された対物光学系９４とを備えている。

前記第２部分２８Ｂは、天板３０の＋Ｘ側端部かつ−Ｙ側端部のコーナー部分に形成された切り欠き部に固定され、天板３０と一体で見かけ上ほぼ矩形の板を構成する第２筐体８７と、該第２筐体８７内部の所定位置に設けられた波面分割光学素子としてのマイクロレンズアレイＭＬＡと、マイクロレンズアレイＭＬＡの下方（−Ｚ側）に設けられた検出装置９５とを備えている。

前記第１筐体８６は、上壁（＋Ｚ側の壁）、底壁（−Ｚ側の壁）に円形開口８６ａ、８６ｂがそれぞれ形成された中空箱型の部材から成る。この第１筐体８６の上端部には、開口８６ａを閉塞する状態で、標示板８８が設けられている。標示板８８はガラス基板を基材とし、その表面が、ウエハホルダに固定されたウエハＷの表面とほぼ同じ高さとされている。標示板８８の上面には、クロム等の金属の蒸着により中央部に円形の開口８８ａを有する遮光膜が形成され、該遮光膜によって被検光学系としての投影光学系ＰＬの波面収差の計測の際に周囲からの不要な光が第１筐体８６内部の対物光学系９４に入射するのが遮られている。標示板８８の表面における開口８８ａの周辺には、３組以上の２次元位置検出用マークが形成されている。また、標示板８８の表面には、上方から光が照射された場合に、ほぼ理想な点光源となって球面波を発生する所定の直径、例えば１０μｍ程度の自己収差測定用のピンホールパターンが形成されている。

前記第２筐体８７は、その上壁（＋Ｚ側の壁）に円形開口８７ａが形成された中空箱型の部材から成る。前記マイクロレンズアレイＭＬＡは、図９に示されるように光軸ＡＸに直交する面内にアレイ状に配置された複数の小さなレンズエレメントを有している。ここでは、マイクロレンズアレイＭＬＡを構成する各凸レンズエレメントとして、例えば図１０（Ａ）に示されるレンズエレメントＬＳが用いられているものとする。

前記検出装置９５は、２次元ＣＣＤ等から成る受光素子９２と、該受光素子９２を駆動する電気回路９０とを含み、前記第２筐体８７の内部底面に固定されている。受光素子９２は、対物光学系９４に入射し、マイクロレンズアレイＭＬＡ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の受光面を有している。また、前記電気回路９０は、その機能上、受光素子９２の近傍に配置せざるを得ない回路、例えば電荷転送制御回路等の電気回路である。受光素子９２から物理的に切り離すことが可能な電気回路は、ウエハステージＷＳＴから離れた位置に配置され、電気回路９０と不図示のフラットケーブルにて接続されている。なお、検出装置９５による計測データは主制御装置５０に出力されるようになっている（図６参照）。

ところで、本実施形態においては、上述したようにウエハステージＷＳＴをリニアモータやボイスコイルモータ等を用いて駆動するため、これらのモータの発熱が周辺雰囲気に影響を与え、ひいては露光精度に影響を与えることを極力抑制するため、天板３０に冷却機構１５０（図５参照）が設けられている。

図５は、冷却機構１５０の構成を示すために、ウエハステージＷＳＴからテーブルＷＴＢを取り外した状態を示す平面図である。この図５に示されるように、ステージ３１の天板３０の上面には、図示のように所定形状に折り曲げられた第１配管１７７が設けられている。この第１配管１７７の一端部（−Ｙ側端部）には、コネクタ１７６を介して供給管１７５の一端が接続されている。この供給管１７５の他端側には、流体供給装置１３１ａ（図６参照）が接続されている。また、第１配管１７７の他端部（＋Ｙ側端部）には、コネクタ１７８を介して第２配管１７９の一端部が接続されている。第２配管１７９は、天板３０の底面の全面に渡って敷設されている。また、この第２配管１７８は波面計測器２８の第２部分２８Ｂの底面にもその一部が敷設されている。第２配管１７９の他端にはコネクタ１８１を介して排出管１８２の一端が接続されており、この排出管１８２の他端側は流体回収装置１３１ｂ（図６参照）に接続されている。

前記流体供給装置１３１ａから水又はハイドロフロロエーテル（ＨＦＥ）などの温度制御された冷媒が、供給管１７５及びコネクタ１７６を介して第１配管１７７に供給される。そして、この冷媒は、コネクタ１７８を介して第２配管１７９内部を経由して、コネクタ１８１及び排出管１８２を介して流体回収装置１３１ｂに回収される。

本実施形態では、上記配管１７５、１７７、１７９、１８２と、コネクタ１７６、１７８、１８１と、流体供給装置１３１ａと、流体回収装置１３１ｂとによって、冷却機構１５０が構成されている。

このようにして構成された冷却機構により、ステージ３１を構成する天板３０、ひいてはＺ・チルト駆動機構ＶＺ₁〜ＶＺ₃を構成するアクチュエータやＹリニアモータが冷却されるとともに、波面計測器２８の第２部分２８Ｂ内部の検出装置９５が冷却されるようになっている。

本実施形態では、ステージ３１と、該ステージ３１上でＺ軸、θｘ、θｙ方向に移動可能とされたテーブルＷＴＢとを含むウエハステージＷＳＴと、該ウエハステージＷＳＴを駆動するウエハステージ駆動部２７と、前記波面計測器２８とを含んでステージ装置が構成されている。

本実施形態の露光装置１００は、図１に示されるように、投影ユニットＰＵが保持された前述の鏡筒定盤３８の下方に吊り下げ状態で固定された照射系６０ａと、受光系６０ｂとから成り、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応米国特許第５，４４８，３３２号）等に開示されるものと同様に構成された斜入射方式の多点焦点位置検出系が設けられている。この場合、照射系６０ａ及び受光系６０ｂと、投影ユニットＰＵとが、同一の部材（鏡筒定盤３８）に取り付けられており、両者の位置関係が一定に維持されている。

この多点焦点位置検出系の照射系６０ａ内部の光源は、主制御装置５０によってオン・オフが制御され、受光系６０ｂからの出力信号（焦点ずれ信号（デフォーカス信号））は、主制御装置５０に供給されている（図６参照）。主制御装置５０は、走査露光時などに、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ウエハＷ表面のＺ位置、θｘ方向の回転，θｙ方向回転を算出し、その算出結果に基づいて、ウエハステージ駆動部２７（より正確には、Ｚ・チルト駆動機構）を介してテーブルＷＴＢのＺ軸方向への移動、及び２次元方向の傾斜（すなわち、θｘ，θｙ方向の回転）を制御することで、照明光ＩＬの照射領域（前述の照明領域と共役な照明光ＩＬの照射領域）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オートフォーカス（自動焦点合わせ）及びオートレベリングを実行する。

なお、図示は省略されているが、本実施形態の露光装置１００では、投影ユニットＰＵの近傍に、テーブルＷＴＢ上の不図示の基準マークや、ウエハ上のアライメントマークのＸ、Ｙ２次元方向の位置情報を検出するオフアクシス方式のアライメント系が設けられている。このアライメント系としては、例えば、ウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標の像とを撮像素子（ＣＣＤ）等を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系のアライメントセンサが用いられている。本実施形態では、このアライメント系は、前述の標示板８８上の２次元位置検出用マークの検出にも用いられる。

図６には、露光装置１００における制御系の主要な構成が、簡略化してブロック図にて示されている。この制御系は、主制御装置５０を中心として構成されている。主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含んで構成され、装置全体を統括して制御する。

次に、上述のようにして構成された本実施形態の露光装置１００において行われる、オン・ボディでの投影光学系ＰＬの波面収差の計測動作について、図７のフローチャートに沿って、かつ適宜他の図面を参照しつつ説明する。

前提として、波面計測器２８の標示板８８の開口８８ａ及び不図示の自己収差測定用のピンホールパターンとウエハステージＷＳＴ（テーブルＷＴＢ）との位置関係は、標示板８８上の２次元位置マークをアライメント系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、主制御装置５０が、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、標示板８８の開口８８ａ及び自己収差測定用のピンホールパターンのＸＹ位置を正確に検出でき、かつ、ウエハステージ駆動部２７を介してウエハステージＷＳＴを駆動制御することで、標示板８８の開口８８ａ及び自己収差測定用のピンホールパターンを所望のＸＹ位置に精度良く位置決めできるものとする。また、ステージ３１とテーブルＷＴＢとが所定の位置関係になるように、Ｚチルト駆動機構ＶＺ₁〜ＶＺ₃を制御する。

まず、ステップ１１０において、主制御装置５０からの指示に基づき、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）の所定の直径、例えば２６μｍのピンホールパターンＰＨ₁〜ＰＨ_NがＸ軸方向及びＹ軸方向に沿ってマトリクス状の配置で形成されている。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おり、この領域の近傍には、平面視（上から見て）矩形の開口ＯＰが形成されている。この開口ＯＰは、後述する較正（キャリブレーション）に用いられるので、以下においては「較正用開口ＯＰ」と呼ぶものとする。

次のステップ１１２では、主制御装置５０は、波面計測器２８を構成する対物光学系９４のキャリブレーションを、以下ａ．〜ｅ．の手順で行う。

ａ． まず、主制御装置５０は、計測用レチクルＲＴに形成された矩形の較正用開口ＯＰが投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置するように、レチクルステージ駆動部１２を介してレチクルステージＲＳＴを移動する。これとともに、主制御装置５０は、波面計測器２８の開口８８ａが光軸ＡＸ上に位置するように、ウエハステージ駆動部２７を介してウエハステージＷＳＴを移動する。

ｂ． 次いで、主制御装置５０は、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の検出結果に基づいて、投影光学系ＰＬの像面に波面計測器２８の標示板８８に形成された自己収差測定用ピンホールパターンを一致させるべく、ウエハステージ駆動部２７を構成するボイスコイルモータＶＺ₁〜ＶＺ₃を介してテーブルＷＴＢをＺ軸方向に微少駆動する。このとき、主制御装置５０は、必要に応じて、テーブルＷＴＢをθｘ、θｙ方向に微小駆動して、標示板８８の傾斜をも調整しても良い。この調整後波面収差の計測が終了するまでの間、主制御装置５０は、ボイスコイルモータＶＺ₁〜ＶＺ₃を一定目標値でサーボ制御するとともに、Ｚ干渉計１０２ａ〜１０２ｃの計測値（すなわち、ステージ定盤７１のガイド面の高さ位置及び傾斜）に基づいて、第１、第２の防振機構５６，６６のボイスコイルモータをサーボ制御することで、投影光学系ＰＬとステージ定盤との位置関係、すなわち投影光学系ＰＬとテーブルＷＴＢ及びステージ３１（天板３０）との位置関係を一定に維持する。

ｃ． そして、主制御装置５０では、照明系１０内の光源からのレーザ光の発光を開始する。このレーザビームの発光開始により、照明系１０から照明光ＩＬが投影光学系ＰＬを介してピンホールパターンに照射される。較正用開口ＯＰは、充分に大きい開口面積を有しているので、このとき、投影光学系ＰＬは単にピンホールパターンを照明するための光学系として機能する。この照明光ＩＬの照射により、ピンホールパターンのピンホールから球面波が発生する。そして、この球面波が対物光学系９４を介して平行光束となって、マイクロレンズアレイＭＬＡを照射する。そして、このマイクロレンズアレイＭＬＡの各レンズエレメント（マイクロレンズ）によってそれぞれ光が受光素子９２の受光面に集光され、該受光面にピンホールパターンのピンホールの像がそれぞれ結像される。

このとき、受光素子９２に至る光路の途中に配置された対物光学系９４が、波面収差の無い理想的な光学系であるならば、マイクロレンズアレイＭＬＡに入射する平行光束は平面波であり、その波面は理想的な波面となる筈である。この場合、マイクロレンズアレイＭＬＡを構成する各レンズエレメントの光軸上の位置にスポット像（以下、適宜「スポット」とも呼ぶ）が結像する。

しかるに、対物光学系９４には、通常、波面収差が存在するため、マイクロレンズアレイＭＬＡに入射する平行光束の波面は理想的な波面（ここでは平面）からずれ、そのずれ、すなわち波面の理想波面に対する傾きに応じて、各スポットの結像位置がマイクロレンズアレイＭＬＡの各レンズエレメントの光軸上の位置からずれることとなる。この場合、各スポットの基準点（各レンズエレメントの光軸上の位置）からの位置のずれは、波面の傾きに対応している。受光素子９２上の各集光点に入射した光（スポット像の光束）が受光素子９２でそれぞれ光電変換され、該光電変換信号が主制御装置５０に送られる。

ｄ． 主制御装置５０では、送られてきた光電変換信号に基づいて各スポットの結像位置を算出し、さらに、その算出結果と既知の基準点の位置データとを用いて、位置ずれ（Δｘ，Δｙ）を算出して内部のメモリに格納する。これにより、波面計測器２８のキャリブレーションが終了する。

本実施形態では、波面計測器２８が第１部分２８Ａと第２部分２８Ｂとに分離されているため、投影光学系ＰＬの波面収差測定時に、第１部分２８Ａと第２部分２８Ｂとの相対的な位置ずれ量が問題になるが、上述した波面計測器２８のキャリブレーションの際、各スポットの基準点からの位置ずれに、第１部分２８Ａと第２部分２８Ｂとの相対的な位置ずれも含まれるため、第１部分２８Ａと第２部分２８Ｂとの位置ずれは問題にならない。

なお、第１部分２８Ａが備える第１筐体８６と、第２部分２８Ｂが備える第２筐体８７との相対的な位置ずれを検出する位置ずれセンサを第１筐体８６と第２筐体８７との間に配置し、位置ずれセンサの検出結果に基づいて、Ｚ・チルト駆動機構ＶＺ₁〜ＶＺ₃を駆動させても良い。すなわち、Ｚ・チルト駆動機構ＶＺ₁〜ＶＺ₃は、第１筐体８６と第２筐体８７との相対的な位置ずれがなくなるまで、テーブルＷＴＢを微小駆動すれば良い。

上述のキャリブレーションが終了すると、次のステップ１１３において、主制御装置５０は、投影光学系の波面収差測定を行うための最初のピンホールパターンＰＨ₁が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置するように、レチクル干渉計１６の計測値をモニタしつつ、レチクルステージ駆動部１２を制御してレチクルステージＲＳＴを移動させる。このとき、ウエハステージＷＳＴは、第１筐体８６と第２筐体８７との相対位置関係を保ったまま、ＸＹ面内を移動し、波面計測器２８の標示板８８の開口８８ａをピンホールパターンＰＨ₁の投影光学系ＰＬに関する共役位置である投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置決めする。

上述のようにして、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各部の光学的な配置が終了する。このときの各部の光学的な配置が、図９に模式的に示されている。この図９に示されるように、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ＰＨ₁から射出される。そして、投影光学系ＰＬを介した後、波面計測器２８の標示板８８の開口８８ａ内部に集光される。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〜ＰＨ_Nを通過した光は、開口８８ａには到達しない。こうして開口８８ａ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。

開口８８ａを通過した光は、対物光学系９４により平行光に変換され、マイクロレンズアレイＭＬＡに入射する。ここで、マイクロレンズアレイＭＬＡ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において破線で示されるように、その波面ＷＦが光軸ＡＸ１と直交する平面となるが、投影光学系ＰＬ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なうねりのある波面ＷＦ’のようになる。

マイクロレンズアレイＭＬＡは、レンズエレメント毎に、ピンホールパターンＰＨ₁の像（スポット像）を、標示板８８の光学的な共役面すなわち受光素子９２の撮像面に結像する。レンズエレメント（マイクロレンズ）に入射した光の波面が光軸と直交する場合には、そのマイクロレンズ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、レンズエレメント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。

図７に戻り、次いで、ステップ１１６において、受光素子９２により、それら撮像面に形成された像の撮像が行われる。この撮像により得られた撮像データは電気回路を介して主制御装置５０に送られる。

次に、ステップ１１８において、主制御装置５０は、撮像結果に基づいて、各スポット像の位置情報を算出する。すなわち、主制御装置５０は、マイクロレンズアレイＭＬＡにより受光素子９２の撮像面に形成された各スポット像の光強度分布の重心をその中心位置として算出し、算出された各スポット像の中心位置を、マイクロレンズアレイＭＬＡにより受光素子９２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。

次いで、ステップ１２０において、主制御装置５０は、メモリからマイクロレンズアレイＭＬＡにより受光素子９２の撮像面に形成された各スポット像の位置情報を読み出して、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。この場合、上記ステップ１１２におけるキャリブレーション結果のデータを考慮して、前述の波面収差の算出が行われる。主制御装置５０は、こうして求められたツェルニケ多項式の係数を、ピンホールパターンＰＨ₁の位置とともに、メモリに格納する。

次に、ステップ１２２において、主制御装置５０は、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を判断する。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、ここでの判断は否定され、処理はステップ１２４に移行する。

ステップ１２４において、主制御装置５０は、波面計測器２８の標示板８８の開口９１ａが、次のピンホールパターンＰＨ₂の投影光学系ＰＬに関する共役位置に位置するように、ウエハ干渉計１８の計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動部２７を介してウエハステージＷＳＴを移動させた後、ステップ１１６に戻る。なお、ステップ１２４においても、主制御装置５０は、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の検出結果に基づいて、波面計測器２８の標示板８８のＺ方向の変位をモニタする。Ｚ方向に変位した場合は、第１筐体８６と第２筐体８７との相対位置関係を保ったまま、第１、第２の防振機構５６，６６のボイスコイルモータをサーボ制御すれば良い。

そして、以降ステップ→１１８→１２０→１２２→１２４→１１６のループの処理が、ステップ１２２における判断が肯定されるまで、繰り返し行われる。これにより、第２番目から第Ｎ番目のピンホールパターンＰＨ₂〜ＰＨ_Nのスポット像の撮像、その結像位置の算出、及び投影光学系ＰＬの波面収差の算出が順次行われ、ツェルニケ多項式の係数が、ピンホールパターンＰＨ₁の位置とともに、メモリに格納される。

そして、全てのピンホールパターンについて投影光学系ＰＬの波面収差が測定されると、ステップ１２２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。

その後、主制御装置５０は、上記の波面測定結果データに基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差が許容値以下であるか否かを判定し、この判定の結果、投影光学系ＰＬの波面収差が許容値を超える場合には、主制御装置５０は、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の調整を行う。かかる調整は、結像特性補正コントローラ７８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。

そして、上記の調整後、前述のフローチャートに沿った処理を行って、投影光学系ＰＬの波面収差を再度測定する。このようにして、投影光学系ＰＬの波面収差が許容値以下になるまで、投影光学系ＰＬの波面収差の測定、投影光学系の調整を繰り返す。

このような処理を、露光処理の開始に先立って、行っておく。そして、その後、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で、レチクル交換、レチクルアライメント及びアライメント系のベースライン計測、ウエハ交換、並びにウエハアライメント（ＥＧＡなど）の準備作業が行われた後、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、上記のレチクル交換、ウエハ交換、レチクルアライメント及びアライメント系のベースライン計測、並びにウエハアライメント（ＥＧＡなど）、並びに露光動作などは、通常のスキャニング・ステッパにおける動作と異なるところはないので、詳細説明は省略する。

ここで、上記のステップ・アンド・スキャン方式の露光に際し、波面収差が許容値以下に調整された投影光学系ＰＬを用いて、その露光が行われるので、レチクルＲのパターンがウエハＷ上の各ショット領域に精度良く転写される。

そして、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、こうして、１枚のウエハＷの露光処理が終了する。

その後、ウエハ交換、ウエハアライメント（ＥＧＡなど）の準備作業、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が、順次繰り返し行われる。

以上詳細に説明したように、本実施形態によると、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＬ）を介した光が入射する対物光学系９４を含む、波面計測器２８の第１部分２８ＡがテーブルＷＴＢに設けられ、対物光学系９４を介した光を検出する検出装置９５を少なくとも含み、第１部分２８Ａとは物理的に分離した第２部分２８Ｂが、テーブルＷＴＢに相対移動可能に接続されたステージ３１（天板３０）に設けられている。このため、第１部分２８Ａが設けられたテーブルＷＴＢの重量化を招くことがないとともに、比較的重量な第２部分２８Ｂが設けられたステージ３１に対して、テーブルＷＴＢを駆動することが可能になる。従って、第１部分と第２部分とを含む光学特性測定装置を、第１、第２の移動体に常設することができる一方、テーブルＷＴＢは対物光学系などの軽量の部材から成る第１部分のみが設けられるので、重量化を招くことがない。また、第２部分は、被検光学系としての投影光学系ＰＬから離してステージ３１に設けることができるので、第２部分２８Ｂの発熱が投影光学系ＰＬの周囲の雰囲気の空気揺らぎの要因になるのを抑制することができる。従って、ウエハ干渉計１８、Ｚ干渉計１０２ａ〜１０２ｃ及び多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）などを用いてテーブルＷＴＢとステージ３１との位置を制御しつつ、波面計測器２８を用いて、投影光学系ＰＬの波面収差を高精度に計測することが可能になる。

また、本実施形態に係るステージ装置によると、比較的軽量な第１部分２８Ａが、駆動時の高応答性や高い位置制御性が要求されるテーブルＷＴＢに設けられ、比較的重量の大きい検出装置９５を含む第２部分２８Ｂが、テーブルＷＴＢに比べて駆動時の高応答性や高い位置制御性が要求されないステージ３１に設けられている。従って、波面計測器２８をウエハステージＷＳＴに常設することができるとともに、そのウエハステージＷＳＴを構成するステージ３１及びテーブルＷＴＢそれぞれに要求される応答性や位置制御性を十分に満足することができる。

また、冷却機構１５０により第２部分２８Ｂを含むステージ３１の一部を冷却することができるので、第２部分２８Ｂに含まれる検出装置９５の発熱が、その第２部分２８Ｂの周囲の部材及び雰囲気などに与える影響を抑制することができる。

また、本実施形態の露光装置１００によると、波面計測器２８により投影光学系ＰＬの光学特性を十分な精度で測定することができ、その測定結果に基づいて、投影光学系ＰＬの調整を行うことが可能になる。そして、この調整後の投影光学系ＰＬを用いて上述の露光を行うことで、レチクルＲのパターンをウエハＷ上に精度良く転写することが可能になる。また、ウエハＷが載置されたテーブルＷＴＢは駆動時の高応答性や高い位置制御性を有しているので、走査露光時に露光光の照射領域におけるウエハＷ表面を投影光学系の焦点深度範囲内に一致させることが可能となる。

なお、上記実施形態においては、図１０（Ａ）のようなマイクロレンズＬＳが多数配列されたマイクロレンズアレイＭＬＡを用いるものとしたが、本発明がこれに限定されるもではない。すなわち、図１０（Ｂ）に示されるような、平凸レンズＬＳ₁と平凹レンズＬＳ₂との組み合わせを、前述のマイクロレンズＬＳの代わりにレンズエレメントとして有する、マイクロレンズアレイを、マイクロレンズアレイＭＬＡに代えて用いても良い。かかる場合には、焦点距離、すなわちスポット移動量比例係数（実質的な焦点距離）は図１０（Ａ）と同一の値ｆのまま、マイクロレンズアレイと受光素子９２との間の距離（設置距離）をＬ０からＬ１に短縮することが可能となる。かかる場合には、波面計測器の第２部分２８Ｂを小型化することができる。この他、図１０（Ｃ）に示されるように、光が入射する側の面を凸面とし、光が射出する側の面を凹面とするマイクロレンズＬＳ₃を、前述のマイクロレンズＬＳの代わりにレンズエレメントして有する、マイクロレンズアレイを用いても良い。この場合も、スポット移動量比例係数は同じｆのまま設置距離をＬ２に短縮することが可能となる。この場合も、第２部分２８Ｂを小型化することが可能となる。

なお、上記実施形態では、マイクロレンズアレイＭＬＡが第２部分２８Ｂ側に設けられた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、第１部分２８Ａ内にマイクロレンズアレイが設けられていても良い。

《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態について図１１に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の部分については、同一の符号を用いるとともにその説明を簡略にし、若しくは省略するものとする。この第２の実施形態の露光装置では、波面計測器の構成が異なるのみで、その他の部分の構成は、同様になっている。従って、以下では重複説明を避ける観点から相違点を中心として説明する。

図１１には、第２の実施形態に係る波面計測器２８’の内部構成が示されている。この波面計測器２８’は、テーブルＷＴＢの側面に設けられた第１の実施形態と同様の第１部分２８Ａと、ステージ３１を構成する天板３０に形成された段つき凹部に取り付けられ、見かけ上、矩形板状のステージ３１の構成部分を構成する第２部分２８Ｂ’とを備えている。

前記第２部分２８Ｂ’は、図１１に示されるように、筐体８７’と、この筐体８７’内部に設けられた光学ユニット２７７と、検出装置９５とを備えている。前記光学ユニット２７７は、レボルバ（回転装置）７７と、該レボルバ７７の回転部７９に取り付けられたマイクロレンズアレイＭＬＡ１、ＭＬＡ２とを備えている。レボルバ７７は、マイクロレンズアレイＭＬＡ１、ＭＬＡ２が取り付けられた回転部７９と、該回転部７７を回転駆動する駆動機構７８とを備えている。駆動機構７８が回転部７９を回転することで、２つのマイクロレンズアレイＭＬＡ１，ＭＬＡ２が対物光学系９４を介した光の光路上（波面計測中の光の光路上）に挿脱できるように構成されている。

前記マイクロレンズアレイＭＬＡ１，ＭＬＡ２は、一例として、同一厚さの平行平面ガラス板にエッチング処理を施すことにより形成されている。これらマイクロレンズアレイＭＬＡ１，ＭＬＡ２は、ほぼ同じ面積の中央部の正方形の領域にエッチング処理が施されて、各レンズエレメントが形成されている。この場合、マイクロレンズアレイＭＬＡ１の分割数が、マイクロレンズアレイＭＬＡ２の分割数よりも少ない。すなわち、マイクロレンズアレイＭＬＡ１の各レンズエレメントの方がマイクロレンズアレイＭＬＡ２を構成する各レンズエレメントより大きく、その焦点距離が長くなっている。かかる焦点距離の相違を考慮して、マイクロレンズアレイＭＬＡ２は、マイクロレンズアレイＭＬＡ１より、下方に位置する状態で回転部７９に設けられている。このため、光路上に挿入された状態では、マイクロレンズアレイＭＬＡ１の方がマイクロレンズアレイＭＬＡ２よりも受光素子９２に近い位置となる。なお、駆動機構７８は、主制御装置５０によって制御される。

本第２の実施形態において、各レンズエレメントの大きさの異なる（分割数の異なる）２つのマイクロレンズアレイＭＬＡ１、ＭＬＡ２を設けた理由は以下の通りである。

すなわち、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの大きさの違いすなわち波面分割における分割数が異なると、精度良く検出可能な波面形状の空間周波数成分すなわち波面収差成分が互いに異なる。より具体的には、マイクロレンズの大きさ（分割波面の大きさ）が大きい場合には、スポット像間隔が大きく、１つのスポット像あたりの画素数が多いので、精度の良いスポット像位置検出ができるが、スポット像形成における分割波面内における波面傾斜の平均化効果により、分割波面内における波面形状の空間周波数が高い成分についての測定精度が低下してしまう。

これに対して、マイクロレンズの大きさが小さい場合には、スポット像間隔が小さく、１つのスポット像あたりの画素数が少なく、精度の良いスポット像位置の検出ができないため、隣り合う分割波面間における傾きの差が小さな、空間周波数の低い成分に関する測定精度が低下してしまうが、スポット像間隔が小さく、１つのスポット像あたりの画素数が少なくなっても、空間周波数の高い成分では、隣り合う分割波面間における傾きの差が大きく、理想スポット位置からのズレが大きくなることから、スポット像位置の検出精度が低下しても、ズレ量に着目する波面形状の測定精度はそれほど低下せず、精度の良い測定が可能である。

従って、マイクロレンズアレイＭＬＡ１を用いた投影光学系ＰＬの波面収差計測と、マイクロレンズアレイＭＬＡ２を用いた投影光学系ＰＬの波面収差計測とを実行することにより、単一の分割数による波面分割によってはできなかった、広い空間周波数範囲における波面形状の精度の良い測定結果を得ることができる。これにより、投影光学系ＰＬの波面収差を精度良く測定することができる。

その他の部分の構成は、前述した第１の実施形態と同様になっている。

以上のようにして構成された本第２の実施形態の露光装置によると、前述した第１の実施形態と同等の効果を得ることができる他、第１の実施形態に比べてより精度良く投影光学系ＰＬの波面収差を測定することができる。そして、その精度良く測定された投影光学系ＰＬの波面収差の計測データに基づいて投影光学系ＰＬを調整することで、投影光学系ＰＬをより精度良く調整することができ、ひいてはより高精度な露光を実現することが可能となる。

なお、上記第２の実施形態では、回転部７９に２種類のマイクロレンズアレイを設けることとしたが、これに限らず、３種類以上のマイクロレンズアレイを設けることとしても良い。また、マイクロレンズアレイに代えて、あるいはマイクロレンズアレイとともに、照明光の偏光状態を検出するための偏光光学素子を回転部７９に設けることとしても良い。

なお、上記各実施形態では、Ｚ干渉計１０２ａ〜１０２ｃを備え、波面収差計測時に、焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）とＺ干渉計１０２ａ〜１０２ｃとを併せて用いる場合について説明したが、焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）のみで、投影光学系ＰＬとテーブルＷＴＢとの位置関係の調整は可能なので、Ｚ干渉計は必ずしも設けられていなくても良い。

また、上記各実施形態では、波面計測器２８の各部がテーブルＷＴＢ、ステージ３１の端部に設けられる場合について説明したが、これに限らず、テーブルＷＴＢ、ステージ３１の端部以外の場所に埋め込まれた状態で設けられていても良い。

なお、上記各実施形態では、本発明が、スキャニング・ステッパに適用された場合について例示したが、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではなく、本発明は、マスクと基板とを静止した状態で露光を行うステッパ等の静止型の露光装置にも好適に適用できるものである。また、ステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも本発明は好適に適用できる。
また、上記各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、露光装置の露光対象である物体は、上記の実施形態のように半導体製造用のウエハに限定されることなく、例えば、液晶表示素子、プラズマディスプレイや有機ＥＬなどのディスプレイ装置の製造用の角型のガラスプレートや、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤなど）、マスク又はレチクルなどを製造するための基板であっても良い。

また、上記各実施形態では、露光用照明光としてＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）を用いる場合について説明したが、これに限らずＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）、Ｆ₂レーザ光（１５７ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、Ａｒ₂レーザ光（１２６ｎｍ）、銅蒸気レーザ、ＹＡＧレーザの高長波等を露光用照明光として用いることができる。また、例えば、真空紫外光として、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（Ｅｒ）（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）の両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

また、上記各実施形態では、本発明が半導体製造用の露光装置に適用された場合について説明したが、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）、有機ＥＬ、マイクロマシン、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。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などにも本発明を適用することができる。

また、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置に組み込み光学調整をするとともに、多数の部品からなるレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴ等を露光装置のボディに取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより上記実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。

以上説明したように、本発明の光学特性測定装置及びステージ装置は、被検光学系の光学特性を測定するのに適している。また、本発明の露光装置は、投影光学系を介した露光光により物体を露光して、所定のパターンを物体上に転写するのに適している。

本発明の第１の実施形態に係る露光装置を示す概略図である。 ウエハステージを示す斜視図である。 ウエハステージ近傍を示す平面図である。 第１の実施形態に係る波面計測器の内部構成を示す断面図である。 冷却機構を示す図である。 第１の実施形態の制御系を示す図である。 第１の実施形態の露光装置において行われる、オン・ボディでの投影光学系の波面収差の計測動作を説明するためのフローチャートである。 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。 第１の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説明するための図である。 図１０（Ａ）は、第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズ（レンズエレメント）を示す図であり、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）は、変形例に係るレンズエレメントを示す図である。 第２の実施形態に係る波面計測器の内部構成を示す断面図である。

符号の説明

２７…ウエハステージ駆動部（駆動系）、２８…波面計測器（光学特性測定装置）、２８Ａ…第１部分、２８Ｂ…第２部分、３１…ステージ（第２の移動体）、５０…主制御装置（制御装置）、７１…ステージ定盤、９４…対物光学系、９５…検出装置、１００…露光装置、１０２ａ〜１０２ｃ…Ｚ干渉計（計測機構）、１５０…冷却機構、２７７…光学ユニット、ＭＬＡ…マイクロレンズアレイ（波面分割光学素子）、ＰＬ…投影光学系（被検光学系）、Ｗ…ウエハ（物体）、ＷＳＴ…ウエハステージ（移動体）、ＷＴＢ…テーブル（第１の移動体）。

Claims (12)

1. 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、
   第１の移動体に設けられ、前記被検光学系を介した光が入射する対物光学系を含む第１部分と；
   前記第１の移動体に相対移動可能に接続された第２の移動体に設けられ、かつ前記第１部分とは物理的に分離され、前記対物光学系を介した光を検出する検出装置を少なくとも含む第２部分と；を備える光学特性測定装置。
2. 前記第１部分及び前記第２部分の一方は、前記対物光学系と前記検出装置との間に配置された、前記対物光学系を介した光の波面を分割する波面分割光学素子、及び偏光光学素子の少なくとも一方を有する光学ユニットを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学特性測定装置。
3. 前記光学ユニットは、前記第２部分に含まれることを特徴とする請求項２に記載の光学特性測定装置。
4. 前記波面分割光学素子及び前記偏光光学素子の少なくとも一方は、前記光の光路上への挿脱が自在とされていることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学特性測定装置。
5. 前記光学ユニットは、レボルバを有し、
   前記波面分割光学素子及び前記偏光光学素子の少なくとも一方は、前記レボルバに設けられていることを特徴とする請求項４に記載の光学特性測定装置。
6. 前記光学ユニットは波面分割光学素子を複数有し、
   前記複数の波面分割光学素子は、互いに異なる分割数を有す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. 前記波面分割光学素子を構成する複数の分割素子のそれぞれは、前記光が入射する側の面が凸面であり、前記光が射出する側の面が凹面とされていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の光学特性測定装置。
8. 前記波面分割光学素子を構成する複数の分割素子のそれぞれは、平凸レンズ及び平凹レンズの組み合わせにより構成されていることを特徴とする請求項７に記載の光学特性測定装置。
9. 二次元面内を移動するステージと、前記ステージ上で少なくとも前記二次元面に直交する方向に移動可能とされたテーブルとを含む移動体と；
   該移動体を駆動する駆動系と；
   前記テーブルに前記第１部分が設けられ、前記ステージに前記第２部分が設けられた請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学特性測定装置と；を備えるステージ装置。
10. 前記ステージに設けられ、前記第２部分を含む前記ステージの少なくとも一部を冷却する冷却機構を更に備える請求項９に記載のステージ装置。
11. 投影光学系を介した露光光により物体を露光して、所定のパターンを物体上に転写する露光装置であって、
    前記物体が前記テーブル上に載置され、前記投影光学系を前記光学特性測定装置の前記被検光学系とする請求項９又は１０に記載のステージ装置を備える露光装置。
12. 前記ステージの移動基準面が形成されたステージ定盤と；
    前記移動基準面の前記投影光学系の光軸に直交する面に対する傾斜及び光軸方向に関する位置の情報を計測する計測機構と；
    前記光学特性測定装置による前記投影光学系の光学特性測定の際に、前記計測機構の計測結果に基づいて、前記投影光学系と前記ステージ定盤との位置関係を調整する制御装置と；を更に備える請求項１１に記載の露光装置。
    

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