JP2009206274A - 光学特性調整方法、露光方法、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予め正確な予測モデルを求めて記憶しておくことなく、実際に使用される条件のもとで光学特性の変動量を正確に予測する。
【解決手段】露光光を用いて所定のパターンの像を投影光学系を介してウエハ上に形成する際の結像特性の調整方法であって、投影光学系の波面収差を計測するステップ１０１と、その波面収差を調整するステップ１０２と、投影光学系を用いてウエハ上に露光を行った後、波面収差のうちの所定の結像特性を計測するステップ１０４と、その投影光学系における露光光の照射量に対するその所定の結像特性の変動量を予測するためのパラメータ情報を求めるステップ１０５と、を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、光学系の結像特性等の光学特性を調整するための光学特性調整技術、並びにこの光学特性調整技術を用いる露光技術及びデバイス製造技術に関する。

例えば半導体デバイス又は液晶表示素子等のデバイス（電子デバイス、マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィ工程中で、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンを投影光学系を介してレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために、ステッパ等の一括露光型の投影露光装置又はスキャニングステッパ等の走査露光型の投影露光装置等の露光装置が使用されている。これらの露光装置においては、露光光の照射エネルギー及び大気圧の変動等によって投影光学系の結像特性（収差特性）が次第に変動する。

そこで、例えば投影光学系を構成する光学部材の位置及び傾斜角を調整することによって結像特性を調整する結像特性制御機構を備えた露光装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この露光装置においては、予め例えば露光光の照射量及び大気圧の変動に伴う結像特性の変動量を予測するための予測モデルを記憶しておき、露光工程中では、露光光の照射量及び大気圧の変動量に応じて結像特性の変動量を予測していた。そして、この予測された結像特性の変動量を補正するように結像特性制御機構を駆動して、常に所定の結像特性で高精度にレチクルのパターンを投影光学系を介してウエハ上に転写できるようにしていた。
特開平４−１３４８１３号公報

従来の露光装置においては、予め種々の露光条件（照明条件等）のもとでテストプリント等によって、露光光の照射量及び大気圧の変動に伴う結像特性の変動量を予測するための予測モデルを求めていた。しかしながら、最近は照明条件だけでも、２極照明、４極照明、輪帯照明、小さいコヒーレンスファクタの小σ照明など、露光装置のユーザによって多様な条件が設定されるようになっている。そのため、予め考え得るほぼ全部の露光条件について予測モデルを正確に求めておくのは困難である。

本発明はこのような事情に鑑み、予め様々な条件のもとで被検光学系の結像特性等の光学特性の変動量の正確な予測モデルを求めて記憶しておくことなく、実際に使用される条件のもとで光学特性の変動量を正確に予測できる光学特性調整技術を提供することを目的とする。
また、本発明は、その光学特性調整技術を用いて光学特性の変動量を高精度に調整できる露光技術及びデバイス製造技術を提供することをも目的とする。

本発明による光学特性調整方法は、露光光を用いて所定のパターンの像を物体上に形成する光学系（ＰＬ）の光学特性の調整方法であって、その光学系の複数の光学特性を計測する第１計測工程（ステップ１０１）と、その第１計測工程の計測結果に基づいて、その複数の光学特性を調整する第１調整工程（ステップ１０２）と、その複数の光学特性が調整されたその光学系を介して、その所定のパターンの像をその物体上に形成した後、その複数の光学特性のうち、第１組の光学特性を計測する第２計測工程（ステップ１０４）と、その光学系におけるその露光光の照射量に関する情報に基づいて、その第１組の光学特性の変動量を予測するための第１のパラメータ情報を求める算出工程（ステップ１０５）と、を有するものである。

本発明によれば、第１調整工程において、複数の光学特性を所定状態に調整した後、第２計測工程において、例えば光学特性に大きい影響を与える第１組の光学特性を計測し、算出工程において、その第１組の光学特性の変動量を予測するための第１のパラメータ情報（予測モデル）を求めている。
従って、予め様々な条件のもとで光学系の光学特性の変動量の正確な予測モデルを求めて記憶しておくことなく、実際に使用される様々な条件のもとで光学特性の変動量を正確に予測できる。

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る露光装置１００の概略構成を示す。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（走査型露光装置）としてのいわゆるスキャニングステッパである。図１において、露光装置１００は、照明系１０、該照明系１０からの露光光（露光用の照明光）ＩＬにより照明されるレチクルＲ（マスク）を保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された露光光ＩＬをウエハＷ（物体）上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴを有するステージ装置、並びに装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御装置２０（図４参照）等を備えている。ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハＷが載置されている。以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに垂直な面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向（図１の紙面に平行な方向）にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向（図１の紙面に垂直な方向）にＸ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の周りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

図１において、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号明細書）などに開示されるように、光源と、照明光学系とを含む。照明光学系は、オプティカルインテグレータ（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）、又は回折光学素子など）等を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する。照明系１０は、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを露光光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。

露光光ＩＬとしては、一例としてパルス光であるＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、露光光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、Ｆ₂ レーザ光（波長１５７ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。
また、図１の照明系１０の照明光学系内には、露光光ＩＬの光路から一部の照明光を分岐するビームスプリッタ３と、分岐した照明光を受光する光電検出器よりなるインテグレータセンサ４とが設置され、インテグレータセンサ４の検出信号が図４の露光量制御系３６に供給されている。露光量制御系３６には、計測ステージＭＳＴ上で露光光ＩＬの照度（パルスエネルギーと周波数との積）を計測する光電検出器よりなる照射量モニタ３５（図２参照）の検出信号も供給されている。露光量制御系３６は、予め露光前にインテグレータセンサ４の検出信号と照射量モニタ３５の検出信号との比の値を記憶しており、露光中には、その比の値とインテグレータセンサ４の検出信号とを用いて間接的にウエハＷ上での露光光ＩＬの照度を計測する。そして、この計測値及び主制御装置２０からの制御情報（露光光ＩＬのパルスエネルギー及び発振周波数）に基づいて、露光光ＩＬの光源の発光動作を制御する。

図１において、レチクルステージＲＳＴ上には、回路パターンなどがそのパターン面（下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により保持され、レチクルＲに対してＹ方向にずれた位置に、複数の評価用マークＰＭ（図３（Ｂ）参照）が形成された計測用基準板ＲＦＭが固定されている。レチクルステージＲＳＴには、レチクルステージＲＳＴのレチクルＲ及び計測用基準板ＲＦＭを通過した露光光ＩＬをそれぞれ通すための開口が形成されている。レチクルステージＲＳＴは、図２のレチクルベースＲＢＳ上で例えばリニアモータ等を含む図４のレチクルステージ駆動系１１によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能である。

レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置情報、及びθｚ方向の回転情報を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１６Ｒによって、移動鏡１５（ステージの端面を鏡面加工した反射面でもよい）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１６Ｒの計測値は、図４の主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、レチクル干渉計１６Ｒの計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴの少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθｚ方向の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動系１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。

図１において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影光学系ＰＬとしては、例えば光軸ＡＸに沿って配列される複数のレンズエレメントを含む屈折光学系が用いられている。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β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰ（図３（Ａ）参照）には、可変開口絞りＡＳが配置されている。照明系１０からの露光光ＩＬによってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した露光光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域上の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲに共役な領域）に形成される。本例のウエハＷは、例えば直径が２００ｍｍから３００ｍｍ程度の円板状の半導体ウエハの表面に感光剤（感光層）であるレジスト（フォトレジスト）を所定の厚さ（例えば２００ｎｍ程度）で塗布したものを含む。

なお、露光装置１００では、液浸法を適用した露光が行われる。この場合に、投影光学系の大型化を避けるために、投影光学系ＰＬとしてミラーとレンズとを含む反射屈折系を用いても良い。露光装置１００は、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ１９１を保持する鏡筒（不図示）の下端部周囲を取り囲むように、液浸装置８の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。

図１において、ノズルユニット３２は、露光用の液体Ｌｑ（例えば純水（水）又はデカリン等）を供給可能な供給口と、液体Ｌｑを回収可能な回収口とを有する。その供給口は、ノズルユニット３２内の供給流路及び供給管３１Ａを介して液体供給装置５（図４参照）に接続されている。その回収口は、ノズルユニット３２内の回収流路及び回収管３１Ｂを介して液体回収装置６（図４参照）に接続されている。

図４の液体供給装置５及び液体回収装置６の動作は主制御装置２０によって制御される。図４の液体供給装置５から送出された露光用の液体Ｌｑは、図１の供給管３１Ａ及びノズルユニット３２の供給流路を流れた後、その供給口より露光光ＩＬの光路空間に供給される。また、図４の液体回収装置６を駆動することにより図１のノズルユニット３２の回収口から回収された液体Ｌｑは、回収管３１Ｂを介して液体回収装置６に回収される。これによって、図１の先端レンズ１９１とウエハＷとの間のうち、露光光ＩＬの光路空間を含む液浸領域（液浸空間）が局所的に液体Ｌｑで満たされる。

露光用の液体Ｌｑが純水（水）であるとすると、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する水の屈折率ｎはほぼ１．４４である。従って、液体Ｌｑ中での露光光ＩＬの波長は、１９３ｎｍ×１／ｎ＝約１３４ｎｍに短波長化されるため、解像度が向上する。なお、液浸装置８の一部、例えば少なくともノズルユニット３２は、投影光学系ＰＬを保持する不図示のメインフレームに吊り下げ支持されても良いし、メインフレームとは別のフレーム部材に設けても良い。

なお、図１の投影光学系ＰＬ下方に計測ステージＭＳＴが位置する場合にも、上記と同様に計測ステージＭＳＴ上の計測テーブルＭＴＢと先端レンズ１９１との間に水を満たすことが可能である。なお、液浸装置８としては、国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレットに開示されている液浸機構、あるいは欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書に開示されている液浸機構なども適用することができる。また、以下の図２及び図３（Ａ）等では、説明の便宜上、液浸装置８の図示を省略している。

図１に戻り、ステージ装置は、ベース盤１２の上方に配置されたウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置を計測するウエハ干渉計１６Ｗ、計測ステージＭＳＴの位置を計測する計測ステージ干渉計１８、並びにウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴを駆動するリニアモータ等を含むステージ駆動系４３（図４参照）などを備えている。ステージＷＳＴ及びＭＳＴそれぞれの底面は、ベース盤１２上に不図示の空気軸受のエアパッドによって、数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。

また、ウエハステージＷＳＴは、ベース盤１２上でＸ方向、Ｙ方向に移動するＸＹステージ及びＺレベリングステージを含む本体部９１と、本体部９１上に固定されてウエハＷを真空吸着等で保持するウエハテーブルＷＴＢとを備えている。ウエハテーブルＷＴＢ上にはウエハＷを囲むように、撥液加工が施されたプレート部２８が固定されている。計測ステージＭＳＴは、ベース盤１２上でＸ方向、Ｙ方向に移動するＸＹステージ及びＺレベリングステージを含む本体部９２と、本体部９２上に固定されてスリット及び開口等が形成された計測テーブルＭＴＢとを備えている。

レーザ干渉計よりなるウエハ干渉計１６Ｗ及び計測ステージ干渉計１８は、それぞれウエハステージＷＳＴのウエハテーブルＷＴＢ及び計測ステージＭＳＴの計測テーブルＭＴＢの側面の直交するミラー面（移動鏡でもよい）にレーザビームを照射することによって、それらのミラー面の位置を例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出する。この検出結果は図４の主制御装置２０に供給され、主制御装置２０は、その検出結果よりウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）及び計測テーブルＭＴＢの少なくともＸ方向、Ｙ方向、θｚ方向の位置を計測する。この計測値及び主制御装置２０の制御情報に基づいて、図４のステージ駆動系４３がウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴのＸ方向、Ｙ方向、θｚ方向の位置及び速度を互いに独立に制御する。

図２は、図１の投影光学系ＰＬ及び計測ステージＭＳＴの一部の構成を示す。図２において、照射系１９ａ及び受光系１９ｂから成る、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点の焦点位置検出系（以下、ＡＦ系と略述する）１９が設けられている。受光系１９ｂの検出信号を図４のＡＦ信号処理部１９ｃで処理することによって、投影光学系ＰＬの露光領域を含む被検面内の複数の計測点におけるフォーカス位置（Ｚ方向の位置）のベストフォーカス位置からのずれ量（デフォーカス量）が求められ、これらのデフォーカス量が主制御装置２０に供給される。

図１のウエハステージＷＳＴが投影光学系ＰＬの下面に位置している場合には、ＡＦ系１９の計測結果に基づいてウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させるように、図４のステージ駆動系４３がウエハステージＷＳＴの本体部９１のＺレベリングステージを駆動して、ウエハテーブルＷＴＢのＺ方向、θｘ方向、θｙ方向の位置を制御する。一方、図２に示すように、投影光学系ＰＬの下方に計測ステージＭＳＴが位置している場合には、ＡＦ系１９の計測結果に基づいて、例えば計測ステージＭＳＴの上面を投影光学系ＰＬの像面（それまでの計測結果に基づいて定められている像面）に対する位置関係が所定の関係（例えば合焦状態、又は次第にデフォーカス量が所定の値だけ変化する状態等）に設定されるように、図４のステージ駆動系４３が計測ステージＭＳＴの本体部９２（図１参照）のＺレベリングステージを駆動する。

また、図２に示すように、投影光学系ＰＬの側面に例えば非露光光を被検マークに照射して、その被検マークの像を撮像するアライメント系ＡＬＧが設置されている。アライメント系ＡＬＧの検出信号を図４の第１信号処理部５１で画像処理することによって被検マークの位置が求められ、この位置の情報が主制御装置２０に供給される。さらに、図１のウエハステージＷＳＴのウエハテーブルＷＴＢ上には、アライメント系ＡＬＧ用の基準マーク及び指標マークが形成された基準部材（不図示）が固定されている。その基準部材の底面の本体部９１内に、レチクルＲのレチクルマークの位置を検出して、レチクルＲのアライメントを行うために、そのレチクルマークの投影光学系ＰＬを介した像をその指標マークとともに撮像する空間像計測系が設置され、この空間像計測系の検出信号が図４の第１信号処理部５１に供給されている。なお、例えばウエハステージＷＳＴＷＳＴと計測ステージＭＳＴとに連結及び分離が可能な送光系を設け、計測ステージＭＳＴ内にその送光系に連結される空間像計測系を設けてもよい。この構成では、レチクルＲのアライメントを行う場合には、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとをその送光系が連結されるように連結すればよい。

また、本実施形態の投影光学系ＰＬには結像特性制御機構が組み込まれている。即ち、図２において、投影光学系ＰＬの鏡筒（不図示）内の多数のレンズエレメントのうちのレンズエレメント１３₁〜１３₈が代表的に示されている。なお、図１の局所液浸装置８は図示省略されている。そして、一例として、レチクルＲ側の複数のレンズエレメント１３₁，１３₂等が例えばそれぞれ３個のＺ方向に伸縮可能なピエゾ素子等からなる駆動素子１４Ａ，１４Ｂ等を介して、Ｚ方向、θｘ方向、θｙ方向に変位可能に鏡筒に支持されている。同様に、例えば投影光学系ＰＬの瞳面の近傍の複数のレンズエレメント１３₄，１３₆等も駆動素子（不図示）を介してＺ方向、θｘ方向、θｙ方向に変位可能に鏡筒に支持されている。

さらに、例えば投影光学系ＰＬの瞳面の近傍のレンズエレメント１３₅ に対して、ウエハＷのレジストを感光させない非露光光ＬＢを照射するための光ガイド４２Ａ，４２Ｂと、光ガイド４２Ａ，４２Ｂに非露光光ＬＢを供給する光源部４１とが備えられている。実際には、光ガイド４２Ａ，４２Ｂは、レンズエレメント１３₅ の光軸をＸ方向及びＹ方向に挟むように４箇所等に設置されている。非露光光ＬＢとしては、例えば炭酸ガス（ＣＯ₂)レーザから発生する波長１０．６μｍの赤外光、又は発光ダイオードから発生する赤外光等を使用できる。光ガイド４２Ａ，４２Ｂから非露光光ＬＢを照射することによって、投影光学系ＰＬの回転非対称な収差（例えば２極照明時に発生する非点収差等）を補正することができる。なお、投影光学系ＰＬのレンズエレメントに非露光光を照射する結像特性制御機構のより詳細な構成は、例えば国際公開第２００５／０２２６１４号パンフレットに開示されている。さらに、投影光学系ＰＬが例えば反射屈折系である場合には、瞳面付近のレンズエレメントに非露光光を照射する機構の代わりに、又はその機構とともに、瞳面付近の反射鏡を回転非対称に僅かに変形させる機構を使用することも可能である。

本実施形態では、図４の主制御装置２０に接続された結像特性予測部５６が予測する結像特性の変動量（収差）を抑制するように、結像特性制御系７８を介して図２のレンズエレメント１３₁，１３₂，１３₄，１３₆等の駆動、及び非露光光ＬＢの照射が行われる。また、結像特性制御系７８の動作によってデフォーカスが残存する場合には、そのデフォーカスを補正するように、図１のウエハステージＷＳＴ又は計測ステージＭＳＴ側のＺレベリングステージによって、ウエハテーブルＷＴＢ又は計測テーブルＭＴＢのＺ方向、θｘ方向、θｙ方向の位置が補正される。なお、そのデフォーカスを補正するために、レチクルステージＲＳＴ側でレチクルＲのＺ位置等を補正するようにしてもよい。

一例として、投影光学系ＰＬによってウエハＷ上に投影される像の補正対象の結像特性をｐ個（ｐは３以上の整数）の収差Ｂ１〜Ｂｐで表す。本実施形態の収差Ｂｊ（ｊ＝１〜ｐ）は、一例として、球面収差、コマ収差、ディストーション（倍率を含む）、フォーカス（ベストフォーカス位置のずれ量）、及び非点収差を含んでいる。また、図２の結像特性制御系７８の制御による結像特性制御機構の駆動量、即ちレンズエレメント１３₁〜１３₆等の駆動量、及び光ガイド４２Ａ，４２Ｂ等からの非露光光ＬＢの照射エネルギーの量をｍ個（一例としてｐと同じ整数とする）の駆動量Ｄ１〜Ｄｍで表す。このとき、収差Ｂ１〜Ｂｐを補正するための駆動量Ｄ１〜Ｄｍは次のようになる。

この式は、収差Ｂｊ（ｊ＝１〜ｐ）のベクトルをＢ、感度行列をＫ、駆動量Ｄｉ（ｉ＝１〜ｍ）のベクトルをＤとすると、次のようになる。
Ｂ＝Ｋ・Ｄ …（２）
従って、行列Ｋの逆行列をＫ^-1とすると、駆動量のベクトルＤは次のように求めることができる。なお、駆動量Ｄｉの個数ｍを収差Ｂｊの個数ｐよりも多くすることも可能であり、この場合には、逆行列Ｋ^-1は例えば最小自乗法によって求めることができる。

Ｄ＝Ｋ^-1・Ｂ …（３）
結像特性制御系７８内には、予め逆行列Ｋ^-1の情報が記憶されており、これに結像特性予測部５６から供給される収差のベクトルＢを乗ずることによって、結像特性制御機構の各駆動量Ｄｉ（ベクトルＤ）を求めることができる。このようにして結像特性制御機構を駆動することによって、露光光ＩＬの照射量及び大気圧の変動によって投影光学系ＰＬの結像特性（収差Ｂ１〜Ｂｐ）が変動しても、その変動量が相殺されて、レチクルＲのパターンの像を高精度にウエハＷ上に露光できる。

このように結像特性制御系７８を駆動するためには、例えば定期的に投影光学系ＰＬの補正対象の収差Ｂ１〜Ｂｐを含む結像特性を高精度に計測するとともに、それらの結像特性の露光光ＩＬの照射量（照度と時間との積）及び大気圧の変動に伴う変動量を予測するためのパラメータである照射パラメータを求めておく必要がある。なお、大気圧の変動に伴う結像特性の変動については、露光光ＩＬの照射量に伴う変動と同様に扱うことが可能であるため、以下の実施形態ではその説明を省略する。その結像特性の計測装置として、本実施形態の計測ステージＭＳＴに図２の波面収差計測装置２１及び空間像計測系４５が備えられている。

先ず、上記の球面収差及びディストーション等の収差Ｂｊは、波面収差によって統一的に表すことができるため、本実施形態では、例えば新たな露光条件で複数ロットのウエハに露光を行う場合、又は例えば定期的なメンテナンス時等に、図２の波面収差計測装置２１を用いて投影光学系ＰＬの像の波面収差を計測する。
図２は、投影光学系ＰＬの波面収差を計測するために、レチクルステージＲＳＴ上に収差計測用のレチクル２７をロードした状態を示す。図２において、計測ステージＭＳＴの波面収差計測装置２１の入射面が投影光学系ＰＬの露光領域に移動している。レチクル２７には、遮光膜中に収差計測用の円形状の開口部（ピンホール）２７ａがＸ方向及びＹ方向に沿って複数個（図２ではそのうちの中央の１個のみを示す）マトリックス状に形成されている。その中央の開口部２７ａは、ほぼ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置決めされている。レチクル２７には、開口部２７ａに対して所定の関係で位置決め用のアライメントマークも形成されている。なお、レチクル２７の開口部２７ａを計測用基準板ＲＦＭに形成しておくことも可能である。

また、波面収差計測装置２１は、計測ステージＭＳＴ上に設けられたガラス基板からなる標示板２２を備えている。波面収差計測時において、この標示板２２は、投影光学系ＰＬの像面（それまでに計測されている像面）とほぼ同じ高さ位置（Ｚ位置）に位置決めされる。標示板２２は、後述の空間像計測系４５と共通に使用されている。標示板２２の表面の反射膜２６には、キャリブレーション用の開口部（光透過部）２６ａが形成されている。また、開口部２６ａに対して所定の位置関係でアライメントマーク（不図示）も形成されている。開口部２６ａは、投影光学系ＰＬを介して形成されるレチクル２７の開口部２７ａの像よりも大きく設定されている。

更に、波面収差計測装置２１において、投影光学系ＰＬを介してその像面に形成されたレチクル２７の開口部２７ａの像（一次像）からの光が、開口部２６ａ及びコリメートレンズ２３を介して、マイクロフライアイ２４に入射する。マイクロフライアイ２４は、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ稠密に配列された正方形状の正屈折力を有する多数の微小レンズからなる光学素子である。

従って、マイクロフライアイ２４（波面分割素子）に入射した光束は多数の微小レンズにより２次元的に分割され、各微小レンズの後側焦点面の近傍にはそれぞれ１つの開口部２７ａの像（二次像）が形成される。こうして形成された多数の二次像は、ＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型の２次元の撮像素子２５によって検出される。撮像素子２５の多数の画素から読み出される検出信号が図４の第２信号処理部５２に供給される。第２信号処理部５２では、その検出信号をデジタルデータに変換して、所定の演算処理によってその多数の二次像の位置ずれ量を求めることによって投影光学系ＰＬの波面収差を求める。求められた波面収差は、主制御装置２０に供給される。このような波面収差の検出原理は、例えば特開２００２−７１５１４号公報に詳細に開示されている。

この際に、レチクル２７には複数個の開口部２７ａが設けられているため、計測ステージＭＳＴをＸ方向、Ｙ方向に駆動して波面収差計測装置２１の開口部２６ａを順次、その複数個の開口部２７ａの像の位置に移動してそれぞれ波面収差を計測することもできる。
本実施形態では、標示板２２、コリメートレンズ２３、マイクロフライアイ２４及び撮像素子２５を含んで波面収差計測装置２１が構成され、波面収差計測装置２１は筐体２１ａに配置されて計測ステージＭＳＴの本体９２（図１参照）内に設置されている。なお、波面収差計測装置２１は着脱方式としてもよい。なお、特開２００２−７１５１４号公報に開示されているように、図２のコリメートレンズ２３とマイクロフライアイ２４との間にリレー光学系を配置して、計測光の光路の途中に光路折り曲げ用の複数のミラーを配置してもよい。

また、図２に示すように投影光学系ＰＬの物体側開口数ＮＡｐ以上の開口数で開口部２７ａを照明（インコヒーレント照明）するために、図１の照明系１０とレチクル２７との間の光路中に挿脱自在に配置されて光束を拡散するための擦りガラス等の拡散板３８を備えている。なお、拡散板３８の代わりに、入射光を種々の方向に回折する回折光学素子、又はレモンスキン板を用いてもよい。

また、本実施形態では、例えば特開２００６−２７９０２８号公報に開示されているように、波面収差を示す収差関数を、１次から３７次までのツェルニケ多項式(Zernike's Polynomial)で級数展開し、ｋ次（ｋ＝１〜３７）のツェルニケ多項式の係数Ｚｋで収差を表すものとする。係数Ｚｋで表される収差をＺｋとすると、波面収差計測装置２１で計測される３７個の収差Ｚｋは、上記の結像特性制御機構によって補正される全部の結像特性であるｐ個（ｐ＜３７）の収差Ｂｊを含んでいる。

具体的に、フォーカス（デフォーカス量）は収差Ｚ４、低次及び中次の球面収差はＺ９，Ｚ16、低次及び中次のコマ収差は収差Ｚ７，Ｚ８，Ｚ14，Ｚ15、ディストーション（ここでは倍率を含む）は収差Ｚ２，Ｚ３、並びに低次の非点収差は収差Ｚ５，Ｚ６で表される。このように低次及び中次の収差のみを問題にする場合には、波面収差を１次から１６次までの係数Ｚｋで表してもよい。

次に、上記の波面収差計測装置２１で波面収差を高精度に計測するには、図２に示すようにレチクルステージＲＳＴ上に拡散板３８を設置するなどの工程が必要になり、計測に時間を要する。そこで、例えば１ロットのウエハの露光中のウエハ交換中等に短時間に上記のｐ個の収差Ｂｊ中の特定の結像特性を計測するために、図３（Ａ）に示すように、計測ステージＭＳＴ内に空間像計測系４５が収納されている。

図３（Ａ）において、空間像計測系４５は、標示板２２上の反射膜２６中に形成されたＸ方向に細長いスリット２６ｂ及びＹ方向に細長いスリット（不図示）を透過した露光光ＩＬを集光する集光レンズ４６と、集光された露光光ＩＬを受光するフォトダイオード又は光電子増倍管等の光電検出器４７とを含んで構成されている。空間像計測系４５の筐体４５ａは計測ステージＭＳＴの本体９２内に収納されている。光電検出器４７（空間像計測系４５）の検出信号は図４の第３信号処理部５３に供給され、第３信号処理部５３は、例えば計測用基準板ＲＦＭに形成された評価用マークＰＭの投影光学系ＰＬによる像をスリット２６ｂによってＹ方向に走査したとき（又はＹ方向に細長いスリットによってＸ方向に走査したとき）に得られる検出信号を処理して、評価用マークＰＭの像の位置及びコントラスト等を求める。

計測用基準板ＲＦＭ上には、図３（Ｂ）に示すように露光光ＩＬの照明領域ＩＡＲと同じ大きさの領域内において、Ｘ方向、Ｙ方向に所定間隔の位置Ｐ（ｉ，ｊ）（ｉ＝−Ｉ〜＋Ｉ，ｊ＝−Ｊ〜＋Ｊ：図３（Ｂ）ではＩ，Ｊは２以上の整数）にそれぞれ評価用マークＰＭが形成されている。評価用マークＰＭは、例えば図３（Ｃ）に示すように、Ｘ方向に所定ピッチのライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという）３３Ｘ及びＹ方向に所定ピッチのＬ＆Ｓパターン３３Ｙを含んでいる。Ｌ＆Ｓパターン３３Ｘ及び３３Ｙの像のベストフォーカス位置の平均値が投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置となり、それらのベストフォーカス位置の差が非点収差となる。なお、実際には、評価用マークＰＭは、Ｌ＆Ｓパターン３３Ｘ，３３Ｙとは線幅及び／又はピッチが異なる複数のＸ方向及びＹ方向のＬ＆Ｓパターンを含んでいる。

この場合、計測用基準板ＲＦＭの中心の位置Ｐ（０，０）を投影光学系ＰＬの光軸に合わせた状態で、計測ステージＭＳＴの上面のＺ方向の位置を変えながら、位置Ｐ（ｉ，ｊ）の評価用マークＰＭの像を空間像計測系４５のスリット２６ｂ等で走査したときに得られる検出信号のコントラストから、その位置での投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置（像面）、非点収差、及び球面収差を計測できる。また、空間像計測系４５によって計測される複数の位置Ｐ（ｉ，ｊ）の評価用マークＰＭの像のＸ方向、Ｙ方向の位置から、コマ収差、ディストーション（倍率を含む）等を計測できる。

次に、露光光ＩＬの照射量から上記の補正対象の結像特性（収差Ｂ１〜Ｂｐ）の変動量を予測するための照射パラメータにつき、結像特性としてディストーションＤｉ（収差Ｚ₂，Ｚ₃）を例に取って説明する。
図１のレチクルＲを介して投影光学系ＰＬに入射する露光光ＩＬの照射量をＥとした場合、一般に露光中の露光光ＩＬのウエハＷの上面（ウエハ面）での照度は一定であるため、その照射量Ｅを露光開始からの時間ｔにほぼ比例するものとして扱うことが可能である。この場合、投影光学系ＰＬに入射する露光光ＩＬの単位照度当たりの飽和ディストーションをＳｄｉuni 、照度をＰ、ディストーションの変動の時定数をＴｄｉとすると、図５（Ａ）の点線の曲線６０に示すように、時間ｔにおけるディストーションＤｉは以下のように変化する。なお、Ｓｄｉuni×Ｐ＝Ｓｄｉとしている。

Ｄｉ＝Ｓｄｉuni×Ｐ×［１−exp(-ｔ／Ｔｄｉ)］ …（４）
この場合、照射量Ｅ（照度Ｐ及び経過時間ｔ）からディストーションＤｉの変動量を予測するための照射パラメータ（初期値）が、飽和ディストーションＳｄｉuni 及び時定数Ｔｄｉである。ただし、これらの照射パラメータの初期値（Ｓｄｉuni,Ｔｄｉ）は、例えばレチクルＲとして所定の標準的なパターンが形成されている所定の透過率のレチクルを使用して、所定の照明条件を用いた場合について理論的に計算される値である。

しかしながら、実際には、レチクルＲのパターンによって透過率及び光量分布は変化し、照明条件を含む露光条件もユーザによって様々に設定される。そのために、実際にはディストーションＤｉは、図５（Ａ）の実線の曲線６０Ｒのように変化して、照射パラメータである飽和ディストーションＳｄｍuni(＝Ｓｄｍ／Ｐ）及び時定数Ｔｄｍは初期値とは異なっている。

さらに、実際には、ウエハの交換中（時間ΔＴ）には露光光ＩＬは照射されないため、ディストーションＤｉは緩和効果によって、図５（Ｂ）の曲線６０Ｆで示すように、増減を繰り返しながら変化する。図５（Ｂ）の横軸（時間ｔ）において、１枚のウエハの露光が終了する時点をそれぞれｔ１，ｔ２，ｔ３，…で表している。このような緩和効果を考慮する場合の式（４）に対応する計算式は、例えば国際公開第２００５／０２２６１４号パンフレットに開示されている。

上記の補正対象の全部の収差Ｂｉ（ｉ＝１〜ｐ）について、対応する照射パラメータの初期値が予め求められて図４の照射パラメータ記憶部５４に記憶されている。さらに、本実施形態では、露光中に例えば図５（Ａ）の実際の変動を示す曲線６０Ｒに合わせて、図４の照射パラメータ演算部５５が、実際の照射パラメータの値を計算する。そして、計算された照射パラメータの値がそれまでの値（初期値等）に比べて許容範囲を超えて変化しているときには、計算された照射パラメータの値でそれまでの値を更新する。このように各照射パラメータは実デバイス用のレチクルのパターンをそれぞれの露光条件で露光する工程中で次第に更新される。その照射パラメータ記憶部５４に記憶されている照射パラメータ及び照射量Ｅの情報を用いて、例えば式（４）と同様の式に基づいて図４の結像特性予測部５６が変動後の収差Ｂｉを計算する。これに対応して、結像特性制御系７８が式（３）によって求められる駆動量Ｄｉ（ｉ＝１〜ｍ）で図２の結像特性制御機構を駆動することで、収差Ｂｉはそれぞれ０になるように補正される。

従って、露光工程中で図２の結像特性制御機構が動作している状態では、上記の波面収差計測装置２１又は空間像計測系４５で計測される収差Ｂｉは、例えば図５（Ｃ）にディストーションＤｉに例を取った実線６１Ｆで示すように、図５（Ａ）の変動中のディストーションＤｉから結像特性制御機構によって補正された変動分を差し引いた残差ΔＤｉとなる。また、露光中に実際の収差の変動量に合わせて照射パラメータを更新することによって、残差ΔＤｉは、図５（Ｃ）の点線の曲線６１Ｍで示すように減少する。

また、例えばレチクルＲのパターンが図６（Ａ）に示すＸ方向に微細ピッチのＬ＆Ｓパターン６３Ｘを含む場合には、一例として照明条件がＸ方向の２極照明に設定され、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰにおける光量分布は、図６（Ｂ）に示すように、光軸ＡＸをＸ方向に挟む領域６４Ａ，６４Ｂで大きい分布となる。その結果、露光開始後の時間ｔに応じて、Ｘ方向及びＹ方向のＬ＆Ｓパターンの像のベストフォーカス位置はそれぞれ図６（Ｃ）の曲線６５Ｖ及び６５Ｈで示すように変化して、その平均的なベストフォーカス位置は点線の曲線６５Ａで示すように変化する。

言い換えると、このような場合には、補正対象の収差Ｂｉのうちでフォーカス（ベストフォーカス位置）が大きい影響を持つことになる。この場合には、特にフォーカスの計測に重点を置き、図２の光ガイド４２Ａ，４２Ｂ等からレンズエレメントに非露光光を照射する結像特性調整を行うことによって、図６（Ｄ）の点線の曲線６６Ａに示すように、フォーカスの残差ΔＦを小さくできる。

以下、本実施形態の図１の露光装置１００において例えばそれまでに使用したことのないレチクルＲを用いて、対応する露光条件（照明条件、投影光学系ＰＬの開口数、照射量）で、数ロットのウエハに露光を行う場合の動作の一例につき図７（Ａ）のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図７（Ａ）のステップ１０１において、図２に示すようにレチクルステージＲＳＴ上に計測用のレチクル２７をロードし、その上方に拡散板３８を設置して、計測ステージＭＳＴの波面収差計測装置２１を用いて、投影光学系ＰＬの像の収差（ツェルニケ多項式の係数）Ｚ１〜Ｚ37で表される波面収差を計測し、計測結果を図４の主制御装置２０及び結像特性予測部５６を介して結像特性制御系７８に供給する。この計測時に、図１のウエハステージＷＳＴはローディング位置に移動して、図７（Ａ）のステップ１１１において、ウエハステージＷＳＴ上にウエハＷ（ここでは１枚目のウエハ）がロードされる。このウエハＷには、不図示のレジストのコータ・デベロッパにおいてレジストが塗布されている（ステップ１２１）。

ステップ１０１に続くステップ１０２において、結像特性制御系７８によって図２の結像特性制御機構を用いて、投影光学系ＰＬの波面収差中の補正対象の全部の結像特性、即ち式（１）の収差Ｂｊ（ｊ＝１〜ｐ）が全部０になるように補正する。これとほぼ同時に、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲをロードし、拡散板３８を退避させた後、レチクルＲのアライメントを行う。そして、ステップ１０２及びステップ１１１に続くステップ１０３において、図１に示すように、投影光学系ＰＬの下方にウエハステージＷＳＴが移動して、図２のアライメント系ＡＬＧを用いてウエハＷのアライメントが行われる。次に、図１のインテグレータセンサ４によって露光光ＩＬの照射量を計測しながら、１枚のウエハの露光を行う。具体的に、図１のウエハステージＷＳＴをＸ方向、Ｙ方向に駆動して、ウエハＷが走査開始位置にステップ移動される。続いて、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間への液体Ｌｑの供給を開始し、露光光ＩＬの照射を開始して、レチクルステージＲＳＴを介してＹ方向にレチクルＲを走査するのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介して投影光学系ＰＬの露光領域に対してウエハＷ上の一つのショット領域を対応する方向に投影倍率を速度比として走査する走査露光が行われる。そのステップ移動と走査露光とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作によって、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンの像が転写される。

また、この１枚のウエハＷの露光中に、インテグレータセンサ４で計測される露光光ＩＬの照射量、及び図４の照射パラメータ記憶部５４に記憶されている照射パラメータを用いて例えば式（４）等から結像特性予測部５６が収差Ｂｊ（ｊ＝１〜ｐ）の変動量を所定の計算周期で予測する。そして、予測される収差Ｂｊの変動量をそれぞれ０にする（補正する）ように結像特性制御系７８によって結像特性制御機構が駆動される。

その後、ウエハステージＷＳＴの動作はステップ１１２に移行してウエハのアンローＤが行われた後、ステップ１０８に移行する。一方、計測ステージＭＳＴは、ステップ１０３に続くステップ１０４において、投影光学系ＰＬの下方に移動する。そして、図３（Ａ）に示すように、レチクルステージＲＳＴを駆動して計測用基準板ＲＦＭを露光光ＩＬの照明領域に移動した後、計測ステージＭＳＴの空間像計測系４５を用いて計測用基準板ＲＦＭの所定の位置の所定の評価用マークＰＭの像を計測する。そして、上記の収差Ｂｊの一部である、投影光学系ＰＬの球面収差、ディストーション、フォーカス、及び倍率（ディストーションの一部）の結像特性を計測し、計測結果及び照射量の情報を図４の照射パラメータ演算部５５に供給する。照射パラメータ演算部５５には、結像特性予測部５６から現在の収差Ｂｊの予測値（即ち、結像特性制御機構による補正量）の情報も供給されている。なお、ステップ１０４で計測される結像特性は、レチクルＲ及び露光条件によって変化する。具体的に、レチクルＲのパターンの像に大きい影響を与えると予想される結像特性が計測される。また、ステップ１０４〜１０８の動作は、例えばウエハが所定の複数枚露光される毎に行うようにしてもよい。

次のステップ１０５において、照射パラメータ演算部５５は、空間像計測系４５によって計測された結像特性に適合するように対応する球面収差、ディストーション、フォーカス、及び倍率の照射パラメータの値を計算する。ディストーションＤｉの場合には、計測値は図５の点線の曲線６１Ｍの残差ΔＤｉであり、計算される照射パラメータは、図５（Ａ）の実線の曲線６０Ｒの飽和ディストーション（Ｓｄｍ／照度）及び時定数Ｔｄｍである。なお、このステップ１０５の照射パラメータの計算は、ステップ１０４の結像特性の計測を所定の複数回行う毎に、例えばその計測結果の平均値に基づいて行うようにしてもよい。

次のステップ１０６において、照射パラメータ演算部５５は、計算された照射パラメータの値と照射パラメータ記憶部５４に記憶されている照射パラメータの値とを比較して、計算された照射パラメータの変化量が許容範囲を超えたかどうかを判定する。そして、その変化量が許容範囲を超えた照射パラメータがある場合には、ステップ１０７に移行して、変化量が許容範囲を超えた照射パラメータについては、照射パラメータ記憶部５４内に記憶されている値を更新し、変化量が許容範囲を超えていない照射パラメータについては更新を行わない。次にステップ１０８に移行する。一方、ステップ１０６で、変化量が許容範囲を超えた照射パラメータがない場合には、そのままステップ１０８に移行する。

そして、露光すべきウエハが残っている場合には、ウエハステージＷＳＴはステップ１１１に移行して次のウエハのロードを行う。また、計測ステージＭＳＴはステップ１０３に移行して、投影光学系ＰＬの下方から退避する。その後、ステップ１０３〜１０８のウエハの露光（更新された照射パラメータを用いて予測される収差の補正が行われる）、所定の結像特性の照射パラメータの計測及び必要に応じた更新が繰り返される。

そして、例えば１ロットのウエハが終了した後には、ステップ１０４の代わりに、図７（Ｂ）のステップ１０４Ａにおいて、更に計測対象の結像特性を減少させて、図３（Ａ）の空間像計測系４５を用いてフォーカス、倍率のみを計測してもよい。この場合には、それに続くステップ１０５においては、ステップ１０４Ａで計測されたフォーカス、倍率のみの照射パラメータの値が計算される。これは、１ロットの露光中の計測によって、その他の結像特性（ここでは球面収差、ディストーション（倍率を除く））については、照射パラメータがほぼ正確に求められたとみなされるからである。従って、レチクルＲのパターン及び／又は露光条件によっては、ステップ１０４Ａにおいても、球面収差等の計測を行ってもよい。

そして、ステップ１０８において、露光対象のウエハが尽きたときに露光工程が終了する。また、ステップ１１２でアンロードされた露光済みのウエハＷは、露光装置１００からコータ・デベロッパ（不図示）に搬送され、ステップ１２２においてウエハのレジストの現像が行われる。次のステップ１２３において、現像したウエハの加熱（キュア）、エッチング工程などを含む基板処理が行われる。そして、次のステップ１２４において、必要に応じてリソグラフィ工程及び基板処理工程を繰り返した後、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）、及び検査ステップ等を経て半導体デバイス等のデバイスが製造される。この際に、本実施形態のウエハ上には、必要な結像特性が必要な精度内に維持されて露光が行われるため、予め図４の照射パラメータ記憶部５４に各種の照射パラメータの値を記憶しておくことなく、高精度にデバイスを製造できる。

また、露光工程の最後に計算された照射パラメータの値は、レチクルＲのパターン及び露光条件に対応して露光データとして記憶される。そして、次に同じレチクルＲを同じ露光条件で露光する場合には、照射パラメータとしてその記憶してある値が使用される。そして、図７（Ａ）のステップ１０４においては、始めから図７（Ｂ）のステップ１０４Ａと同様に、計測対象の結像特性を必要最小限にすることで、露光精度を低下させることなく、露光工程のスループットを向上できる。

本実施形態の作用効果等は以下の通りである。
（１）上記の実施形態の露光装置１００の結像特性（光学特性）調整方法は、露光光を用いてレチクルＲのパターン（所定のパターン）の像を投影光学系ＰＬ（光学系）を介してウエハＷ上に形成する際の投影光学系ＰＬの結像特性（光学特性）の調整方法であって、投影光学系ＰＬの複数の収差Ｂｊ（ｊ＝１〜ｐ）を含む複数の結像特性（収差Ｚ１〜Ｚ37で表される波面収差）を計測するステップ１０１（第１計測工程）と、ステップ１０１の計測結果に基づいて、複数の収差Ｂｊを調整するステップ１０２（第１調整工程）とを有する。さらにその調整方法は、その複数の収差Ｂｊが調整された投影光学系ＰＬを介して、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に形成した後、その複数の収差Ｂｊのうちの球面収差、ディストーション（倍率を含む）、及びフォーカス（第１組の結像特性）を計測するステップ１０４（第２計測工程）と、その投影光学系ＰＬによる露光光ＩＬの照射量の情報及びそのステップ１０４の計測結果を用いて、その第１組の結像特性の変動量を予測するための照射パラメータ（第１のパラメータ情報）を求めるステップ１０５（算出工程）とを有する。

従って、予め様々な条件のもとで投影光学系ＰＬの結像特性の変動量の正確な予測モデルを求めて記憶しておくことなく、実際に使用される条件のもとで投影光学系ＰＬの結像特性の変動量を正確に予測できる。また、始めに複数の収差Ｂｊの補正を行っておくことによって、計測対象以外の結像特性が像に与える影響を小さくできる。
（２）また、ステップ１０２の後に、露光光ＩＬの照射量を考慮して複数の収差Ｂｊのの変動量を予測するための照射パラメータの初期値又は更新前の値（第２のパラメータ情報）と、露光光ＩＬの照射量の計測情報とに基づいて、複数の収差Ｂｊを調整するステップ１０３（第２調整工程）を有する。従って、露光中に照射量に応じて変動する結像特性を補正できる。

（３）また、ステップ１０５では、露光光ＩＬの照射量の計測値と、ステップ１０３で用いられた照射パラメータの初期値（又は更新前の値）から予測される結像特性の調整量を計測される結像特性から差し引いて照射パラメータを求めている。従って、結像特性制御機構によって結像特性の補正を行いつつ、変動後の結像特性の照射パラメータを高精度に求めることができる。

（４）また、ステップ１０３でその第１組の結像特性が調整された投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に形成した後、第１組の結像特性のうち、フォーカス、倍率（第２組の結像特性）を計測するステップ１０４Ａ（第３計測工程）を有し、そのステップ１０５では、投影光学系ＰＬにおける露光光ＩＬの照射量の計測値に基づいて、その第２組の結像特性の変動量を予測するための照射パラメータ（第３のパラメータ情報）を求める。これによって、照射パラメータが高精度に求められている結像特性については、その計測を省略してスループットを向上できる。

（５）また、そのステップ１０４で計測される第１組の結像特性は、一例として、露光光の照射による変動量が、その複数の収差Ｂｊの中の他の結像特性の変動量よりも大きいものであることが好ましい。
（６）また、その第１組の結像特性は、別の例として、露光光の照射による変動によってレチクルＲのパターンの像の形成誤差に与える影響が、その複数の収差Ｂｊ中の他の結像特性が与える影響よりも大きいものであることが好ましい。

これによって、計測対象の結像特性を減少させながら、高精度に露光を行うことができる。
（７）また、図７（Ａ）のステップ１０１においては、投影光学系ＰＬの収差Ｚ１〜Ｚ３７で表される投影光学系ＰＬの波面収差を計測している。そして、ステップ１０４で計測する第１組の結像特性は、その波面収差中の、球面収差、コマ収差、ディストーション、倍率誤差、及びフォーカス（デフォーカス）のうちの少なくとも２つを含むことが好ましい。これによって、計測効率を高めることができる。

（８）また、計測対象の波面収差は収差Ｚ１〜Ｚ３７で表されるため、例えば高次の収差の補正も可能である。なお、例えば低次及び中次の収差のみを補正する場合には、収差Ｚ１〜Ｚ１６で表される波面収差のみを計測してもよい。さらに、波面収差中で、実際に補正されるｐ個の収差Ｂｊ（ｊ＝１〜ｐ）に対応する収差のみを計測してもよい。
（９）また、図２の結像特性制御機構は、投影光学系ＰＬのレンズエレメントの姿勢の制御、及び所定のレンズエレメントの加熱を行っている。しかしながら、その結像特性制御機構は、例えばステップ１０２で投影光学系ＰＬの複数の収差Ｂｊを調整する際に、投影光学系ＰＬを構成する光学部材の姿勢制御、投影光学系ＰＬの光軸方向におけるウエハＷ又はレチクルＲの位置制御、レチクルＲの加熱、投影光学系ＰＬを構成する光学部材の加熱、及び投影光学系ＰＬを構成する光学部材の変形のうちの少なくとも一つを実行するのみでもよい。なお、結像特性制御機構による駆動の自由度は、補正対象の結像特性の個数以上に設定されることが好ましい。

（１０）また、上記の実施形態の露光装置１００による露光方法は、露光光ＩＬを用いてレチクルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に形成する露光方法において、上記の結像特性調整方法を用いて求められた照射パラメータの情報と、ウエハＷ上における露光光ＩＬの照射量とに基づいて、投影光学系ＰＬのその第１組の結像特性を調整しながら、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に形成するステップ１０３（形成工程）を有する。

従って、その第１組の結像特性を所定の許容範囲内に高精度に追い込むことができ、レチクルＲのパターンを高精度にウエハＷ上に露光できる。
（１１）また、上記の実施形態のデバイス製造方法は、その露光方法を用いて投影光学系ＰＬの像面上に設置されるウエハＷ（基板）を露光すること（ステップ１０３）と、露光されたウエハＷを処理すること（ステップ１２２、１２３）とを含むものである。これによって、種々のパターンをそれぞれ高精度に基板上に露光できるため、種々のパターンが複数層に形成されるデバイスを高精度に製造できる。

なお、上記の実施形態では、投影光学系ＰＬを光学系とみなしている。しかしながら、図８（Ａ）に示すように、透過率η_R のレチクルＲ及び透過率η_PLの投影光学系ＰＬを全体として一つの光学系とみなすことも可能である。レチクルＲの透過率η_R は、例えばレチクルＲの無い場合と有る場合とで、図２の照射量モニタ３５によって露光光ＩＬの照度を計測することによって求めることができ、投影光学系ＰＬの透過率η_PLは、例えばレチクルＲが無いときの図１のインテグレータセンサ４の計測値、照射量モニタ３５の計測値、及び照明光学系の既知の透過率から求めることができる。

この場合には、例えばディストーションＤｉを例に取ると、式（４）の代わりに例えば次の式からディストーションＤｉを計算できる。
Ｄｉ＝Ｓｄｉuni×Ｐ_PL×［１−exp(-ｔ／Ｔｄｉ)］
＋ＳｄＲuni×Ｐ_R×［１−exp(-ｔ／ＴｄＲ)］ …（５）
この式において、Ｐ_PL及びＰ_R は、図８（Ａ）の投影光学系ＰＬの像面（ウエハ面）及びレチクルＲの底面での照度であり、ＳｄＲuni はレチクルＲにおける単位照度当たりの飽和ディストーション、ＴｄＲはレチクルＲにおける時定数である。照射パラメータは、Ｓｄｉuni、ＳｄＲuni、Ｔｄｉ、ＴｄＲの４つとなる。

この場合、レチクルＲの露光光ＩＬの吸収量ΔＥＲと、投影光学系ＰＬの露光光ＩＬの吸収量ΔＥＰＬとの比は次のようになる。
ΔＥＲ：ΔＥＰＬ＝（１−η_R）：η_R（１−η_PL） …（６）
従って、結像特性の変動に与えるレチクルＲの影響ＥＦＲの割合は、次のようになる。
ＥＦＲ＝ΔＥＲ／（ΔＥＲ＋ΔＥＰＬ） …（７）
この影響ＥＦＲは、レチクルＲの透過率η_R に対して図８（Ｂ）のようにほぼ反比例して変化する。従って、レチクルＲの透過率η_R が小さい場合には、レチクルＲの影響ＥＦＲが大きくなるため、式（５）のようにレチクルＲの寄与を考慮することが特に有効となる。

なお、本発明は、上記の波面収差計測装置２１及び／又は空間像計測系４５がウエハステージＷＳＴ内に装着されている露光装置で露光する場合にも適用可能である。また、本発明は、上述のステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置（スキャナ）の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ等）で露光する場合にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外の、ドライ露光型の露光装置で露光する場合にも同様に適用することができる。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

本発明の実施形態の一例で使用される露光装置の概略構成を示す図である。 図１中の投影光学系ＰＬに対する波面収差計測用の装置構成を示す一部を切り欠いた図である。 （Ａ）は図１中の空間像計測系４５を用いて評価用マークの像を計測する状態を示す一部を切り欠いた図、（Ｂ）は図３（Ａ）の計測用基準板ＲＦＭのマーク配置を示す図、（Ｃ）は図３（Ｂ）の評価用マークＰＭを示す拡大図である。 図１の露光装置１００の制御系等の構成を示す図である。 （Ａ）は時間又は照射量に応じたディストーションの変化の一例を示す図、（Ｂ）は露光光の照射が断続される場合のディストーションの変化の一例を示す図、（Ｃ）は結像特性の補正を行う場合のディストーションの変化の一例を示す図である。 （Ａ）はレチクルのパターンの一例を示す拡大図、（Ｂ）は図６（Ａ）のパターンを露光する際の露光光の光量分布の一例を示す図、（Ｃ）は図６（Ｂ）の露光光の光量分布に対応するフォーカスの変化の一例を示す図、（Ｄ）は図６（Ｃ）の場合にフォーカスの補正を行う動作を併用したときのフォーカスの変化の一例を示す図である。 （Ａ）は図１の露光装置１００の露光動作の一例を示すフローチャート、（Ｂ）は図７（Ａ）のステップ１０４に代わる動作を示す図である。 （Ａ）はレチクルＲのパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に露光する状態を示す図、（Ｂ）は結像特性に対するレチクルＲの影響の割合の一例を示す図である。

符号の説明

１０…照明系、Ｒ…レチクル、ＲＦＭ…計測用基準板、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＭＳＴ…計測ステージ、１４Ａ，１４Ｂ…駆動素子、１９…ＡＦ系、２０…主制御装置、２１…波面収差計測装置、２２…標示板、４２Ａ，４２Ｂ…光ガイド、４５…空間像計測系、７８…結像特性制御系

Claims (11)

1. 露光光を用いて所定のパターンの像を物体上に形成する光学系の光学特性の調整方法であって、
   前記光学系の複数の光学特性を計測する第１計測工程と；
   前記第１計測工程の計測結果に基づいて、前記複数の光学特性を調整する第１調整工程と；
   前記複数の光学特性が調整された前記光学系を介して、前記所定のパターンの像を前記物体上に形成した後、前記複数の光学特性のうち、第１組の光学特性を計測する第２計測工程と；
   前記光学系における前記露光光の照射量に関する情報に基づいて、前記第１組の光学特性の変動量を予測するための第１のパラメータ情報を求める算出工程と；
   を有することを特徴とする光学特性調整方法。
2. 前記第１調整工程後、前記露光光の照射量を考慮して前記複数の光学特性の変動量を予測するための第２のパラメータ情報と、前記露光光の照射量の計測情報とに基づいて、前記複数の光学特性を調整する第２調整工程を有することを特徴とする請求項１に記載の光学特性調整方法。
3. 前記算出工程は、前記露光光の照射量に関する情報と、前記第２調整工程で用いられた前記第２のパラメータ情報とに基づいて、前記第１のパラメータ情報を求めることを特徴とする請求項２に記載の光学特性調整方法。
4. 前記第１組の光学特性が調整された前記光学系を介して、前記所定のパターンの像を物体上に形成した後、前記第１組の光学特性のうち、第２組の光学特性を計測する第３計測工程を有し、
   前記算出工程は、前記光学系における前記露光光の照射量に関する情報に基づいて、前記第２組の光学特性の変動量を予測するための第３のパラメータ情報を求めることを特徴とする請求項１に記載の光学特性調整方法。
5. 前記第１組の光学特性は、前記露光光の照射による変動量が、前記複数の光学特性の中の他の光学特性の変動量よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学特性調整方法。
6. 前記第１組の光学特性は、前記露光光の照射による変動によって前記パターンの像の形成誤差に与える影響が、前記複数の光学特性の中の他の光学特性が与える影響よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学特性調整方法。
7. 前記第１計測工程で計測する前記複数の光学特性は、前記光学系の波面収差を含み、
   前記第２計測工程で計測する前記第１組の光学特性は、前記光学系の球面収差、コマ収差、ディストーション、倍率誤差、及びデフォーカスのうちの少なくとも２つを含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光学特性調整方法。
8. 前記波面収差は１次〜３７次、又は１次〜１６次のツェルニケ多項式の係数で表されることを特徴とする請求項７に記載の光学特性調整方法。
9. 前記第１調整工程で前記複数の光学特性を調整する際に、前記光学系を構成する光学部材の姿勢制御、前記光学系の光軸方向における前記物体又は前記パターンの位置制御、前記パターンが形成されている部材の加熱、前記光学系を構成する光学部材の加熱、及び前記光学系を構成する光学部材の変形のうちの少なくとも一つを実行することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の結像特性調整方法。
10. 露光光を用いて所定のパターンの像を光学系を介して物体上に形成する露光方法において、
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の光学特性調整方法を用いて求められた前記第１のパラメータ情報と、前記物体上における前記露光光の照射量とに基づいて、前記光学系の前記第１組の光学特性を調整しながら、前記所定のパターンの像を前記物体上に形成する形成工程を有することを特徴とする露光方法。
11. 請求項１０に記載の露光方法を用いて前記投影光学系の像面上に設置される基板を露光することと、
    前記露光された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。

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