JP6380412B2 - 露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、特に電子デバイスを製造するリソグラフィ工程で用いられる露光装置及び露光方法、並びに前記露光装置又は露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。

従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、主として、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などの逐次移動型の投影露光装置が用いられている。

この種の露光装置では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパターンが、投影光学系を介して、感応剤（レジスト）が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の物体（以下、「ウエハ」と総称する）上の複数のショット領域にそれぞれ転写される。

この種の投影露光装置は、マイクロデバイスの製造に用いられるものであることから、最終製品であるデバイスに所望の性能を発揮させるためには、レチクル上に形成されたパターン（露光用パターンと称する）の投影光学系の投影倍率に応じた縮小像をウエハ上の各ショット領域に実際に形成されているパターン（下地パターンと称する）に正確に重ね合わせて形成できること、すなわち重ね合わせ精度が重要である。

しかるに、実際の露光シーケンスにおいては、ウエハ上に各ショット領域と所定の位置関係で形成されたウエハアライメントマーク、及びレチクル上に露光パターンと所定の位置関係で形成されたレチクルアライメントマークを媒介として、それらのアライメントマークがパターンの位置を代表しているものとして扱い、露光動作を行う（例えば、特許文献１参照）。このように、アライメントマークの位置から、実パターンの位置を間接的に推測している。

上記の推測が成り立っているのは以下のような理由による。例えば、レチクル側を取り上げると、レチクルアライメントマークと露光用パターンは同じガラス基板（レチクルブランクス）の上に同時に電子線露光装置で描画されているので、レチクルアライメントマークと露光用パターンとの位置関係は、電子線露光装置の描画誤差のレベルで保障されている。従って、レチクルアライメントマークの位置を検出（計測）すれば、そのレチクルアライメントマークとの位置関係が既知の露光用パターンの位置は良好に推定できる。

しかし、上記の推測は、露光用パターン及びレチクルアライメントマークの位置が不変であることを前提としているので、実際には、成り立たたない場合がある。最も典型的な例としては、露光光の照射によるレチクルの熱変形（熱膨張など）に伴い、露光用パターンに変動（歪み）が生ずる場合が挙げられる。通常、レチクルアライメント（レチクルの位置合わせ又はそのための位置計測）は、レチクルの周囲４点に存在するレチクルアライメントマークを用いて行われるが、このレチクルアライメントでは、露光用パターンの面内（例えばＸＹ平面内）の位置情報に加えて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の倍率変化、並びに直交度及び回転などの線形成分だけが求められる。すなわち、レチクルの熱の吸収による非線形な形状変化（例えば、いわゆる銀行マークのような形状、あるいはビール樽のような形状への変化）などの情報は得られない。

レチクルブランクス上の露光用パターンの周囲のより多くの箇所にレチクルアライメントマークを描画し、それらをレチクルアライメント時に計測すれば露光用パターンの外周形状が分かるため、より正確な近似が可能なる。しかし、この場合、計測に時間を要し、スループットが大幅に低下する上、露光用パターンのパターン領域外周の歪み方（変形状態）とパターン領域内部の実パターンの歪み方とが比例関係にない場合、推測に誤差が生じる。例えば、ショットサイズがフルフィールドでなく、幅や全長が小さいショットの場合や、レチクルパターンエリア内での透過率分布に偏りがある場合などに特に影響が大きい。

米国特許第５，６４６，４１３号明細書

本発明の第１の態様によれば、エネルギビームをマスクに照射して前記マスクのパターン面に形成されたパターンを物体に転写する露光装置であって、前記マスクを保持して移動するマスクステージと、前記マスクステージに保持された前記マスクの所定面に対して計測光を照射し、前記所定面からのスペックルに関する情報を得るセンサと、前記センサによって取得された前記スペックルに関する情報に基づいて、少なくとも前記パターンの一部を含む前記所定面の第１領域の経時的な変動量を求める制御装置と、を備え、前記マスクステージには、基準パターンが形成された基準部材が設けられ、前記制御装置は、前記センサにより検出された前記基準部材からのスペックルに関する情報に基づいて、前記センサのドリフトに起因する前記変動量の計測誤差を算出する露光装置が、提供される。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係る露光装置を用いて基板を露光することと、露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。

本発明の第３の態様によれば、エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクのパターン面に形成されたパターンを物体に転写する露光方法であって、第１時点において前記マスクの所定面に計測光を照射して前記所定面の第１領域の第１情報を検出して保持することと、前記第１時点から所定時間経過した後に、前記第１領域に前記計測光を照射して前記第１領域の第２情報を検出することと、検出した前記第１領域の前記第２情報と、保持した前記第１情報とに基づいて、前記マスクへの前記エネルギビームの照射に起因する前記第１領域の変動情報を求めることと、を含み、前記第１情報および前記第２情報は、前記計測光が前記所定面に照射されて生じるスペックルに関する情報を含み、前記第１領域で検出される情報は、前記マスクの所定面に前記エネルギビームとは異なるコヒーレントなビームを照射し前記所定面の検出領域からのスペックルに関する情報を得るセンサの情報であり、前記マスクは、基準パターンが形成された基準部材を有するマスクステージに保持され、前記基準部材からのスペックルに関する情報に基づいて、前記センサのドリフトに起因する前記変動情報の計測誤差を算出する露光方法が、提供される。

これによれば、マスクへのエネルギビームの照射に起因する所定面の第１領域の変動情報が求められる。

本発明の第４の態様によれば、第３の態様に係る露光方法により基板を露光することと、露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が提供される。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図２（Ａ）は、図１のレチクルステージを上方（＋Ｚ方向）から見た図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿って断面したレチクルステージ近傍部分の断面図である。 一実施形態の露光装置の制御系を中心的に構成する主制御装置の入出力関係を示すブロック図である。 図４（Ａ）は、初期計測動作について説明するための図、図４（Ｂ）は、スペックルセンサ３０_Ｌ１から得られるスペックルの情報を示す図である。 図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は、レチクルアライメントに際して行われる、スペックルセンサ３０_Ｌ１を用いた計測について説明するための図である。 センサ出力のドリフト成分の除去について説明するための図である。 図７（Ａ）は、５つのスペックルセンサそれぞれを用いて得られたターゲットの各部のＸ変位を概念的に示す図、図７（Ｂ）は、５つのスペックルセンサそれぞれを用いて得られたターゲットの各部のＹ変位を概念的に示す図、図７（Ｃ）は、求められたパターン領域ＰＡの２次元的な歪形状の一例を示す図である。 変形例に係る露光装置を説明するための図である。

以下、一実施形態について、図１〜図７に基づいて説明する。

図１には、一実施形態に係る露光装置１００の概略的な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、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では投影光学系ＰＬが設けられており、以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される走査方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像を感応剤（レジスト）が塗布されたウエハＷ上に投影する投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持してＸＹ平面内を移動するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。

照明系ＩＯＰは、光源、及び光源に送光光学系を介して接続された照明光学系を含み、レチクルブラインド（マスキングシステム）で設定（制限）されたレチクル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、照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。照明系ＩＯＰの構成は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されている。ここで、照明光ＩＬとして、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。

レチクルステージＲＳＴは、照明系ＩＯＰの図１における下方に配置されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図３参照）によって、レチクルステージ定盤２３上を、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定ストローク範囲で駆動可能となっている。レチクルステージ定盤２３には、照明光ＩＬの通路となるＺ軸方向に貫通した所定形状の開口２３ａが、その中央部に形成されている（図２（Ｂ）参照）。

レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが載置されている。レチクルＲは、図２（Ａ）に示されるように、ほぼ正方形のガラス板から成り、その−Ｚ側の面の中央にＹ軸方向に長い矩形のパターン領域ＰＡが形成されている。以下では、パターン領域ＰＡが形成されたレチクルＲの−Ｚ側の面をパターン面と呼ぶ。パターン面には、パターン領域ＰＡのＹ軸方向の両側に近接して、パターン領域ＰＡのＸ軸方向の両端の位置にレチクルアライメントマーク（以下、レチクルマークと略記する）ＲＡが各一対（合計４つ）形成されている。この４つのレチクルマークＲＡは、電子線露光装置により、パターン領域ＰＡのパターン（露光用パターン）と同時にパターン面に描画されたものである。本実施形態では、４つのレチクルマークとパターン領域ＰＡとの位置関係は、設計値通りである、すなわち、パターン領域ＰＡのパターン（露光用パターン）とレチクルマークＲＡとを描画する電子線露光装置の描画誤差は零（あるいは無視出来るほど小さいもの）とする。

レチクルステージＲＳＴは、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、Ｙ軸方向に長い矩形の板部材から成り、その上面には、Ｙ軸方向の寸法がレチクルＲのＹ軸方向の長さより大きく、かつＸ軸方向の寸法がレチクルＲのＸ軸方向の長さより僅かに大きい矩形の凹部１０が形成され、該凹部１０には、そのＸ軸方向の中央部に、Ｚ軸方向に貫通した開口１０ａがＹ軸方向の全体に渡って形成されている。

レチクルＲは、パターン領域ＰＡが開口１０ａ内に位置する状態で、凹部１０内の−Ｙ側の端部近傍に配置されている。レチクルＲは、開口１０ａのＸ軸方向両側の段部の上面に設けられた不図示の吸着部に例えば真空吸着されている。

凹部１０内部の＋Ｙ側端部近傍には、レチクルＲから＋Ｙ側に所定の間隔を隔てて、Ｘ軸方向に伸びるレチクルフィデュシャル板（以下、フィデュシャル板と略記する）ＲＦＭが、開口１０ａのＸ軸方向両側の段部上面間に架設されている。フィデュシャル板ＲＦＭは、その長手方向の両端部が、開口１０ａのＸ軸方向両側の段部上面に固定されている。フィデュシャル板ＲＦＭは、低熱膨張率のガラス、例えばショット社のゼロデュア（商品名）などから成り、その下面（−Ｚ側の面）には、一対のアライメントマークＦＡが、Ｘ軸方向に関してレチクルＲ上の一対のレチクルマークＲＡと同じ間隔で形成されている。アライメントマークＦＡは、レチクルマークＲＡと同じマークであるが、ここでは識別のため、異なる符号を用いている。また、図３のように、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上にロードされた状態では、一対のレチクルマークＲＡのそれぞれと、一対のアライメントマークＦＡとは、ほぼ同一のＸ位置に位置している。フィデュシャル板ＲＦＭの下面（−Ｚ側の面）には、一対のアライメントマークＦＡに長手方向の一端部と他端部とが近接する状態で、種々のマーク（例えば、空間像計測に用いられる各種計測マークをそれぞれ含む複数のＡＩＳマークブロックなど）が形成されたマーク領域ＭＡが形成されている。マーク領域ＭＡとパターン領域ＰＡとは、ほぼ同一高さとなるように設定されている。

図１に戻り、レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１４によって、移動鏡１２（又はレチクルステージＲＳＴの端面に形成された反射面）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。レチクル干渉計１４の計測情報は、主制御装置２０（図１では不図示、図３参照）に供給される。なお、上述したレチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報は、レチクル干渉計１４に代えて、エンコーダにより計測を行っても良い。

さらに、図１、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、レチクルステージ定盤２３の内部には、レチクルＲのパターンの経時的な変動の計測に用いられるパターン計測装置３０が、複数（例えば５つ）、一例としてＸ軸方向に所定間隔で設けられている。なお、パターン計測装置３０については後述する。

投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、鏡筒４０内に保持された投影光学系ＰＬとを含む。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、１／５倍又は１／８倍など）を有する。このため、照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬによってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領域ＩＡＲ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、投影光学系ＰＬの第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡに形成される。そして、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。

投影光学系ＰＬとしては、一例としてＺ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数枚、例えば１０〜２０枚程度の屈折光学素子（レンズ素子）のみから成る屈折系が用いられている。この投影光学系ＰＬを構成する複数枚のレンズ素子のうち、物体面側（レチクルＲ側）の複数枚のレンズ素子は、不図示の駆動素子、例えばピエゾ素子などによって、Ｚ軸方向（投影光学系ＰＬの光軸方向）にシフト駆動、及びＸＹ面に対する傾斜方向（すなわちθｘ方向及びθｙ方向）に駆動可能な可動レンズとなっている。そして、結像特性補正コントローラ４８（図１では不図示、図３参照）が、主制御装置２０からの指示に基づき、各駆動素子に対する印加電圧を独立して調整することにより、各可動レンズが個別に駆動され、投影光学系ＰＬの種々の結像特性（倍率、歪曲収差、非点収差、コマ収差、像面湾曲など）が調整されるようになっている。なお、可動レンズの移動に代えて、あるいはこれに加えて、鏡筒４０の内部の隣接する特定のレンズ素子間に気密室を設け、該気密室内の気体の圧力を結像特性補正コントローラ４８が制御する構成にしても良いし、照明光ＩＬの中心波長を結像特性補正コントローラ４８がシフトできる構成を採用しても良い。これらの構成によっても、投影光学系ＰＬの結像特性の調整が可能である。

ウエハステージＷＳＴは、リニアモータ又は平面モータ等を含むステージ駆動系２４（図１では、便宜上ブロックにて示されている）によって、ウエハステージ定盤２２上をＸ軸方向、Ｙ軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向に微小駆動される。ウエハステージＷＳＴ上に、ウエハＷが、ウエハホルダ（不図示）を介して真空吸着等によって保持されている。なお、ウエハステージＷＳＴに代えて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に移動する第１ステージと、該第１ステージ上でＺ軸方向、θｘ方向及びθｙ方向に微動する第２ステージとを備える、ステージ装置を用いることもできる。

ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（回転情報（ヨーイング量（θｚ方向の回転量θｚ）、ピッチング量（θｘ方向の回転量θｘ）、ローリング量（θｙ方向の回転量θｙ））を含む）は、レーザ干渉計システム(以下、干渉計システムと略記する)１８によって、移動鏡１６（又はウエハステージＷＳＴの端面に形成された反射面）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。なお、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報は、干渉計システム１８に代えて、エンコーダにより計測を行っても良い。

干渉計システム１８の計測情報は、主制御装置２０に供給される（図３参照）。主制御装置２０は、干渉計システム１８の計測情報に基づいて、ステージ駆動系２４を介してウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転を含む）を制御する。

また、図１では図示が省略されているが、ウエハＷの表面のＺ軸方向の位置及び傾斜量は、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示される斜入射方式の多点焦点位置検出系から成るフォーカスセンサＡＦＳ（図３参照）によって計測される。このフォーカスセンサＡＦＳの計測情報も主制御装置２０に供給される（図３参照）。

また、ウエハステージＷＳＴ上には、その表面がウエハＷの表面と同じ高さである基準板ＦＰが固定されている。この基準板ＦＰの表面には、次に説明するアライメント検出系ＡＳのベースライン計測等に用いられる第１基準マーク、及び後述するレチクルアライメント検出系で検出される一対の第２基準マークなどが形成されている。

投影ユニットＰＵの鏡筒４０の側面には、ウエハＷに形成されたアライメントマーク又は第１基準マークを検出するアライメント検出系ＡＳが設けられている。アライメント検出系ＡＳとして、一例としてハロゲンランプ等のブロードバンド（広帯域）光でマークを照明し、このマークの画像を画像処理することによってマーク位置を計測する画像処理方式の結像式アライメントセンサの一種であるＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。

露光装置１００では、さらに、レチクルステージＲＳＴの上方に、レチクルステージＲＳＴに載置されたレチクルＲ上の同一Ｙ位置にある一対のレチクルマークＲＡを同時に検出可能な一対のレチクルアライメント検出系１３（図１では不図示、図３参照）がＸ軸方向に所定距離隔てて設けられている。各レチクルアライメント検出系１３は、ＣＣＤカメラなどの撮像素子で撮像したアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＶＲＡ（Visual Reticle Alignment）方式の検出系であり、それぞれ、照明光ＩＬと同じ波長の照明光をアライメントマークに照射するための落射照明系と、そのアライメントマークの像を撮像するための検出系（いずれも不図示）とを含んで構成されている。検出系による撮像結果（すなわちレチクルアライメント検出系１３によるマークの検出結果）は、主制御装置２０に供給されている。各レチクルアライメント検出系１３は、照明光ＩＬの光路上に挿脱自在のミラーを有し、該ミラーが、照明光ＩＬの光路上に挿入されると、落射照明系（不図示）から射出された照明光をレチクルＲ上に導き、且つその照明によりレチクルＲ→投影光学系ＰＬ→ウエハステージＷＳＴ上の物体（例えば基準板ＦＰ）→投影光学系ＰＬ→レチクルＲという経路を経た検出光をレチクルアライメント検出系１３の検出系に導く。なお、上記ミラーは、露光シーケンスが開始されると、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡのパターン（露光用パターン）をウエハＷ上に転写するための照明光ＩＬの照射の前に、主制御装置２０からの指令に基づいて不図示の駆動装置により、照明光ＩＬの光路外に退避される。

次に、５つのパターン計測装置３０について説明する。５つのパターン計測装置３０は、図２（Ａ）に示されるように、Ｘ軸方向に離間して配置されている。５つのパターン計測装置３０のＹ位置は、図２（Ｂ）に示されるように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸから＋Ｙ側に幾分オフセットした位置に配置されている。各パターン計測装置３０は、後述するように、ターゲットからのスペックルに関する情報を取得するものであるから、以下では、スペックルセンサ３０と呼び、各センサの識別のため、＋Ｘ側から順にスペックルセンサ３０_Ｒ２、スペックルセンサ３０_Ｒ１、スペックルセンサ３０_Ｃ、スペックルセンサ３０_Ｌ１及びスペックルセンサ３０_Ｌ２と称する。ここで、「スペックルに関する情報」とは、計測光（例えばコヒーレントなレーザー光）がターゲット（物体としてのレチクルなど）の表面で散乱した反射光が互いに干渉して生成された明暗の斑点模様に関する情報であり、具体例としてはスペックル、スペックルノイズ、あるいはスペックルパターンなどが含まれる。

Ｘ軸方向の両端部に位置するスペックルセンサ３０_Ｒ２及びスペックルセンサ３０_Ｌ２は、平面視においてレチクルＲ上の一対のレチクルマークＲＡと重なり得る位置に設けられている。

５つのスペックルセンサ３０は、配置が異なる点を除き同じ構成から成るので、以下ではスペックルセンサ３０_Ｒ２を代表的に取り上げて、その構成等について説明する。

スペックルセンサ３０_Ｒ２は、エンコーダの一種であり、例えば米国特許出願公開第２００４／０２１８１８１号明細書に開示されているスペックル画像ベースの光学式位置トランスデューサと同様に構成されている。すなわち、スペックルセンサ３０_Ｒ２は、レチクルステージ定盤２３の内部に設けられ、筐体３１、光源、レンズ３２、ピンホールを有するピンホール板、及び光検出器、並びに信号生成処理回路などを備えている（図２（Ｂ）などでは、筐体３１、レンズ３２のみ図示）。

光源は、筐体３１内部に収納され、筐体３１に設けられた光透過部を介してターゲットとなる光学拡散粗面（図２（Ｂ）の場合、レチクルＲのパターン面のパターン領域ＰＡ部分）にその法線方向（Ｚ軸方向）に対して傾斜した方向からレーザビーム（あるいは他のコヒーレントな光ビーム）ＬＢを照射する。コヒーレントな光ビームの光源としては、レーザビームを放射する光源が一般的である。しかし、レーザビームの代わりに、コヒーレントな光ビームを放射する可能性があるどのような他の既知又は今後開発されるコヒーレント光源でも使用可能である。なお、コヒーレントな光ビームの光源を用いるのは、白色光などに比べてスペックルの高精度な計測が可能だからである。

レンズ３２は、筐体３１の上壁（＋Ｚ側の壁面）に形成された開口内に配置され、その光軸がＺ軸方向に一致する状態で筐体３１に固定されている。レンズ３２が配置された筐体３１の上壁の上面は、レチクルステージ定盤２３の上面とほぼ一致している。

ピンホール板（不図示）は、そのピンホールの中心が、レンズ３２の光軸とほぼ一致する状態で、レンズ３２の−Ｚ側の後側焦点面に配置されている。ピンホール板から−Ｚ側に離れて光検出器（不図示）が配置されている。この場合、レンズ３２及びピンホール板を含む光学系は、テレセントリックな光学系である。

光検出器としては、例えばチャージ・カップルド・デバイス（ＣＣＤ）、ＣＭＯＳ光感応要素の配列などが用いられる。

信号生成処理回路は、光源及び光検出器に接続され、例えば米国特許出願公開第２００４／０２１８１８１号明細書に開示される信号生成処理回路と同様に構成されている。

ここで、スペックルセンサ３０_Ｒ２によるスペックルの検出原理について、簡単に説明する。図２（Ｂ）に示されるように、スペックルセンサ３０_Ｒ２内部の光源からＺ軸に対して斜めに射出されたレーザビームＬＢがターゲットとなる光学拡散粗面（図２（Ｂ）の場合、レチクルＲのパターン面のパターン領域ＰＡ）の一部の領域、すなわち、パターンの一部を含むパターン面における領域に照射され、その領域から散乱光、回折光、あるいは回折光同士の干渉光などが発生する。そして、これらの光がレンズ３２によって集光され、ピンホール板上のピンホールを含む領域に投影される。そして、この光は、ピンホールを通過してレンズ３２の光軸に沿って光検出器の受光面上に投影される。これにより、光検出器の検出情報が、信号生成処理回路に送られ、該信号生成処理回路によって、例えば米国特許出願公開第２００４／０２１８１８１号明細書に開示されている手法により、スペックルが検出される。
なお、光学拡散粗面としては、レチクルＲのパターン面に限られずレチクルＲの所定面でも良い。レチクルＲの所定面としては、レチクルＲのパターン面の他に、例えばレチクルＲの上面（パターン面と反対側の面）やレチクルＲの側面などを所定面としても良い。

この場合、前述の如く、テレセントリック光学系が採用されているので、スペックルセンサ３０_Ｒ２は、パターン面とレチクルステージ定盤２３の上面との間のギャップの変化に敏感ではない。さらに、ピンホール板が用いられているので、スペックル（画像）のサイズはピンホールの寸法のみに依存し、特にレンズ３２の如何なるレンズパラメータに対しても独立である。

その他のスペックルセンサ３０_Ｒ１、３０_Ｃ、３０_Ｌ１及び３０_Ｌ２は、上記スペックルセンサ３０_Ｒ２と同様に構成されている。５つのスペックルセンサ３０_Ｒ２、３０_Ｒ１、３０_Ｃ、３０_Ｌ１及び３０_Ｌ２の信号生成処理回路からのスペックルの情報は、主制御装置２０に供給されるようになっている（図３参照）。５つのスペックルセンサ３０_Ｒ２、３０_Ｒ１、３０_Ｃ、３０_Ｌ１及び３０_Ｌ２それぞれの検出領域は、それぞれの光源からのレーザビームＬＢのパターン面上における照射領域（それぞれのレンズ３２の＋Ｚ側の領域）であり、これらの照射領域は、スペックルセンサ３０_Ｒ２、３０_Ｒ１、３０_Ｃ、３０_Ｌ１及び３０_Ｌ２の配置に応じてパターン面上でＸ軸方向に離間して配置されている（図２（Ａ）中の５つのレンズ３２の配置参照）。

図３には、露光装置１００の制御系を中心的に構成する主制御装置２０の入出力関係がブロック図にて示されている。主制御装置２０は、マイクロコンピュータ（あるいはワークステーション）などを含み、露光装置１００の全体を統括制御する。

次に、本実施形態に係る露光装置１００で行われる、レチクルＲのパターン領域ＰＡ内のパターンの光軸ＡＸに交差する、例えば直交するＸＹ平面と平行なパターン面内の変動量（歪み量）の計測方法について説明する。

まず、計測の原理について簡単に説明する。

最初、その露光用パターン（レチクルＲ）が初めて使われる際に一度だけレチクルステージＲＳＴを介してレチクルＲを所定位置に位置決めしてスペックルセンサ３０を用いてレチクルＲのパターン領域ＰＡの少なくとも一部の領域、すなわちパターンの一部を含むパターン面の一部の領域のスペックルの検出を行い、その検出結果を基準状態（原点状態）におけるスペックルの情報として記憶しておく。なお、上述したスペックルの検出はパターンの全部を含むパターン面（例えばパターン領域ＰＡの全域）に対して行っても良い。

上記の基準状態におけるスペックルの検出が行われた時点から所定時間が経過した後には、例えばその所定時間の間に照明光ＩＬの照射が行われる場合には、レチクルの熱変形（熱膨張など）により、レチクルＲのパターン領域ＰＡ（の各部）がパターン面内で数ｎｍレベル変動（変位）する。従って、このとき、上述したレチクルＲのパターン領域ＰＡの一部の領域を検出して得られるスペックルは、その検出時にレチクルＲを上記所定位置に位置決めしていたとすると、上記の数ｎｍレベルの変動に応じて変化している。

そこで、上記所定位置にレチクルＲを位置決めしてスペックルセンサ３０を用いてレチクルＲのパターン領域ＰＡの一部の領域のスペックルの検出を行い、予め検出し記憶しておいた基準状態におけるスペックルの情報と、後に検出したスペックルの情報との差分を用いて所定の演算を行い、その差分をパターン領域ＰＡの変動量（ΔＸ、ΔＹ）に換算する。ここでは、レチクルＲを所定の位置に位置決めして、２つの時点で、パターン面の同一領域についてスペックルの検出を行う場合について説明したが、レチクルＲを移動しながら、検出を行う場合にも、上記と同様に、後の検出時に検出したスペックルの情報と基準状態で予め検出して記憶しておいたスペックルの情報との差分に基づいて、パターン領域ＰＡの一部の領域の変動量（ΔＸ、ΔＹ）を求めることができる。レチクルＲの位置情報は、レチクル干渉計１４によって、０．２５ｎｍの分解能で、正確に計測できるので、後のスペックルの検出時と基準状態におけるスペックルの検出時と、で、レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）を同じように動かす限り、同一座標位置にあるパターンからのスペックル同士の比較（差分）が可能になる。

次に、５つのスペックルセンサを用いる、レチクルＲのパターン領域ＰＡのパターン（露光用パターン）の変動量の計測方法の具体例について説明する。

まず、ある特定のレチクルＲが初めてレチクルステージＲＳＴ上にロードされた時、そのレチクルＲの露光用パターンが作り出すスペックルを計測（検出）する動作（後述の初期計測動作）が行われ、その計測結果が、主制御装置２０が備える記憶装置（不図示）に記憶される。レチクルＲ（パターン）が異なれば、そこから得られるスペックルも固有のものとなるため、初期計測動作はレチクル毎に必ず１回だけ行う必要がある。本実施形態では、使用される可能性のあるレチクルについては、次に説明する初期計測動作が行われ、その計測結果が、主制御装置２０が備える記憶装置に記憶されているものとする。本実施形態では、使用される可能性のあるいずれのレチクルにおいても、４つのレチクルマークＲＡとパターン領域ＰＡとの位置関係は、設計値通りであるものとする。

初期計測動作は、この計測対象のレチクルＲに照明光ＩＬが未だ照射されていない基準状態、すなわちレチクルＲが加熱されておらず、伸縮もしておらず、今後の露光動作の基準とすることが出来る状態で行われることが望ましい。

具体的には、主制御装置２０は、図４（Ａ）に示されるように、例えば走査露光時と同様にレチクルステージＲＳＴを同図中に白抜き矢印で示される走査方向（スキャン方向）に等速移動させることで、レチクルステージＲＳＴ上に固定されたフィデュシャル板ＲＦＭと計測対象のレチクルＲとを、走査方向（スキャン方向）に走査しながら、５つのスペックルセンサ３０_Ｒ２、３０_Ｒ１、３０_Ｃ、３０_Ｌ１及び３０_Ｌ２の信号生成処理回路からのスペックルの検出信号（スペックル信号）を、連続的に取得する。

上記のスペックル信号の取得は、レチクル干渉計１４による計測信号の取り込みのタイミングに同期して行われる。すなわち、レチクル干渉計１４の計測値とスペックル信号とが、相互に対応付けられた情報が、主制御装置に２０によって、記憶装置内に蓄積される。この時点で得られるスペックル信号は、レチクルＲの露光用パターン由来のランダムなスペックルの情報であり、利用できる位置情報は何も得られていない。あくまで、基準とすべき信号波形が得られただけの状態である。

図４（Ｂ）には、一例としてこのときスペックルセンサ３０_Ｌ１から得られるスペックルの情報が概念図として示されている。図４（Ｂ）において、横軸は、ステージ座標系上におけるレチクルステージＲＳＴのＹ座標を示し、縦軸は、スペックル信号を示す。なお、図４（Ｂ）では、図示の便宜上から概念図としてスペックル信号がスカラー量として示されているが、実際には、スカラー量でない多次元の情報である。また、符号Ｓｆ_０で示される信号波形は、フィデュシャル板ＲＦＭの一部の領域から得られるスペックル信号の波形を示し、符号Ｓｐ_０で示される信号波形は、レチクルＲのパターン領域ＰＡの一部の領域から得られるスペックル信号の波形を示す。

一方、各ロットのウエハの露光開始直前、すなわちロット先頭に行われる、レチクルアライメント時には、主制御装置２０は、通常のスキャナと同様に、一対のレチクルアライメント検出系１３及びウエハステージＷＳＴ上の基準板ＦＰの一対の第２基準マーク、並びに４つのレチクルマークＲＡを用いてレチクルアライメント動作を行う。これに加え、主制御装置２０は、前述した初期計測動作時と同様にして、レチクルステージＲＳＴを走査方向（スキャン方向）に等速移動させて、レチクルステージＲＳＴ上に固定されたフィデュシャル板ＲＦＭとレチクルＲとを、走査方向（スキャン方向）に走査させながら、５つのスペックルセンサ３０_Ｒ２、３０_Ｒ１、３０_Ｃ、３０_Ｌ１及び３０_Ｌ２の信号生成処理回路からのスペックル信号を、レチクル干渉計１４による計測信号の取り込みのタイミングに同期して連続的に取得し、記憶装置内に蓄積する。

次いで、主制御装置２０は、このレチクルアライメント時の計測によって得られたスペックルと、予め取得済みのそのレチクルＲの基準状態におけるスペックルとを比較することで、計測時にレチクルＲのパターン領域ＰＡの各部が基準状態に対してどれだけ変位しているかを演算により求める。

一例として、スペックルセンサ３０_Ｌ１を用いた計測について説明すると、例えば、図５（Ｂ）に概念図として示される計測時に得られたスペックルの情報（信号波形Ｓ_ｆ、Ｓ_ｐ参照）と、図５（Ａ）に概念図として示される基準状態におけるスペックルの情報（信号波形Ｓｆ_０、Ｓｐ_０参照）との差分から、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）にそれぞれ概念図として示される、基準状態に対するターゲットの各部の変動量（Ｘ変位ΔＸ、及びＹ変位ΔＹ）が求められる。ターゲットとしては、パターン領域ＰＡの一部の他、フィデュシャル板ＲＦＭの一部（及びレチクルＲ上のレチクルマークＲＡ）が含まれる。

上記と同様の基準状態に対するターゲットの各部の変動量（Ｘ変位ΔＸ、及びＹ変位ΔＹ）が、残り４つのスペックルセンサ３０_Ｌ２、３０_Ｃ、３０_Ｒ２、３０_Ｒ１のそれぞれを用いた計測結果として、求められる。

しかるに、各スペックルセンサ３０の筐体３１の取り付け位置あるいは取り付け状態は、長時間の間には変動すると考えられ、これにより各スペックルセンサ３０の出力にドリフトが生じ、このドリフトに起因して前述の変動量に計測誤差が生じる。本実施形態では、このスペックルセンサの出力の経時的なドリフトに起因する前述の変動量の計測誤差を除去するため、フィデュシャル板ＲＦＭが用いられる。すなわち、フィデュシャル板ＲＦＭは、レチクルＲとは異なり、露光開始後長時間経過しても、熱変形などが生じる恐れがないので、フィデュシャル板ＲＦＭから得られるスペックルは、計測時においても基準状態から変化しない筈である。従って、例えば図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）などでフィデュシャル板ＲＦＭについて、得られているＸ変位ΔＸ、及びＹ変位ΔＹは、対応するスペックルセンサ（この場合、スペックルセンサ３０_Ｌ１）の出力の経時的なドリフトによる変動成分（ドリフト成分とも称する）であると考えることができる。そこで、主制御装置２０は、計測時に同一のスペックルセンサの計測結果から得られた、レチクルパターン領域ＰＡ部分のＸ変位ΔＸ及びＹ変位ΔＹから、フィデュシャル板ＲＦＭ部分のＸ変位ΔＸ、Ｙ変位ΔＹを差し引くことで、上記のスペックルセンサの出力の経時的なドリフトに起因する前述の変動量の計測誤差を除去する。

例えば、図６（Ａ）に点線で示されるようなスペックルのＹ変位ΔＹが、フィデュシャル板ＲＦＭ部分及びレチクルパターン領域ＰＡ部分から得られた場合、同図中に実線で示される位置まで、それらをＹ軸方向にシフトすることで、スペックルセンサの出力の経時的なドリフトに起因する計測誤差（ドリフト成分）を除去したパターン領域ＰＡ部分のＹ変位ΔＹを得ることができる。Ｘ変位ΔＸについても同様である。

そこで、主制御装置２０は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に一例が示される、５つのスペックルセンサ３０_Ｌ２、３０_Ｌ１、３０_Ｃ、３０_Ｒ２、３０_Ｒ１それぞれで得られたターゲット各部のＸ変位ΔＸ及びＹ変位ΔＹを前述のようにして求めた（各スペックル信号を変位情報に変換した後）、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）中の左側に示される各スペックルセンサの出力のドリフト成分を、右側に示される対応するパターン領域ＰＡ部分のＸ変位ΔＸ及びＹ変位ΔＹから除去する。

しかる後、主制御装置２０は、ドリフト成分が除去された５つのスペックルセンサ３０_Ｌ２、３０_Ｌ１、３０_Ｃ、３０_Ｒ２、３０_Ｒ１それぞれで得られたパターン領域ＰＡの変動情報（ΔＸ及びΔＹ）と、レチクルＲのパターン領域ＰＡの各部の位置情報（４つのレチクルマークＲＡの位置を基準とする位置情報）とに基づいて、パターン領域ＰＡの２次元的な歪形状（すなわちレチクルパターン領域ＰＡ内各部のＸＹ平面内の変動情報（変位情報））をレチクルマークＲＡの位置を基準として求めることができる（図７（Ｃ）参照）。ここで、パターン領域ＰＡの歪形状をレチクルマークＲＡの位置を基準として求めることができるのは、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）等には図示されていないが、実際には、スペックルセンサ３０_Ｌ２、３０_Ｒ２により、各２つのレチクルマークＲＡからのスペックルが計測され、結果的にそれらのレチクルマークＲＡの位置情報がスペックルの計測結果に含まれているからである。また、これまでは特に説明しなかったが、本実施形態では、レチクルアライメント後は、レチクルＲの位置情報は、レチクルステージＲＳＴの位置情報を計測するレチクル干渉計１４で計測され、また、各スペックルセンサ３０の設置位置、ひいてはその検出領域（レーザビームＬＢのパターン面上での照射領域）のステージ座標系上での位置座標は、既知である。従って、主制御装置２０は、レチクル干渉計１４で計測した位置情報、例えばレチクルステージＲＳＴのＹ座標値（Ｙ）がわかれば、レチクルＲのＹ位置、及び対応するレチクルＲ上でのレーザビームＬＢの照射位置を算出することができる。従って、スペックルセンサ３０_Ｌ２、３０_Ｒ２で計測されたスペックルの情報のうち、どの部分がレチクルマークＲＡで発生したスペックルの情報であるかを、容易に判別できる。

本実施形態に係る露光装置１００では、例えばロット先頭のウエハの処理に際しては、最初に、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上にロードされ、主制御装置２０によって一対のレチクルアライメント検出系１３、アライメント検出系ＡＳ、並びに基準板ＦＰ（一対の第２基準マーク及び第１基準マーク）を用いて、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに開示される手順に従ってレチクルアライメント及びアライメント検出系ＡＳのベースライン計測が行われる。また、レチクルアライメントに際して、上で詳述した手順に従って、主制御装置２０によって、パターン領域ＰＡの２次元的な歪形状がレチクルマークＲＡの位置を基準として求められる。

次いで、ウエハＷのウエハステージＷＳＴ上へのロード（又はウエハ交換）が行われた後、主制御装置２０により、アライメント検出系ＡＳを用いて、ウエハＷ上の複数のアライメントマークを検出するアライメント計測（例えばＥＧＡ）が実行される。これにより、ウエハＷ上の複数のショット領域の配列座標が求められる。なお、アライメント計測（ＥＧＡ）の詳細は、例えば、米国特許第４，７８０，６１７号明細書等に開示されている。

次いで、主制御装置２０により、アライメント計測の結果に基づいて、ウエハＷ上の複数のショット領域の露光のための加速開始位置にウエハＷを移動するショット間ステッピング動作と、前述の走査露光動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われ、ウエハＷ上の全ショット領域に、順次、レチクルＲのパターンが転写される。

その露光に際して、主制御装置２０は、レチクルアライメント時に求めた、レチクルＲのパターン領域ＰＡの２次元的な歪の情報に基づいて、レチクルステージ駆動系１１、ステージ駆動系２４及び結像特性補正コントローラ４８の少なくとも１つを制御することで、レチクルＲのパターン領域ＰＡ（露光用パターン）とウエハＷ上に既に形成されている複数のショット領域（下地パターン）との重ね合わせをより高精度に行う。この点を除き、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作は、従来と異なる点はないので、詳細説明は省略する。

露光が終了すると、露光済みのウエハＷが、ウエハステージＷＳＴ上からアンロードされる。その後、上述したウエハＷのロード以降の動作が、繰り返し行われて、ロット内の複数のウエハが順次処理される。ロットの処理の終了後、同様の処理（レチクルアライメント及びこのレチクルアライメントに伴う前述のパターン領域ＰＡの２次元的な歪形状の計測を含む）が次のロットのウエハに対して繰り返し行われる。なお、次のロットの処理に際しては、レチクル交換が行われ、異なるレチクルが用いられる場合もあるが、本実施形態では、その交換後のレチクルについても、前述したように、初期計測動作が行われ、その計測結果、すなわち基準状態におけるそのレチクルのパターン領域ＰＡのスペックルの情報が、記憶装置に記憶されているので、前述と同様に、レチクルアライメントに際して、パターン領域ＰＡの２次元的な歪形状の計測が行われる。

以上詳細に説明したように、本実施形態に係る露光装置１００によると、レチクルアライメントが行われる度に、主制御装置２０により、スペックルセンサ３０_Ｌ１、３０_Ｌ２、３０_Ｃ、３０_Ｒ１、３０_Ｒ２を用いた前述の計測が行われ、レチクル干渉計１４で計測されたレチクルステージＲＳＴの位置情報と、スペックルセンサ３０_Ｌ１、３０_Ｌ２、３０_Ｃ、３０_Ｒ１、３０_Ｒ２で検出されたスペックルの情報とに基いて、レチクルＲのパターン面に形成されたパターン領域ＰＡのＸＹ平面内の変動量（パターン領域ＰＡの２次元的な歪み）が求められる。このため、照明光ＩＬの照射によるレチクルＲの熱変形により、投影光学系ＰＬの光軸と交差する方向（例えばパターン領域ＰＡにＸＹ平面に平行な面内）での変位が生じていても、その変位を検出することが可能になる。特に、スペックル検出を利用するターゲットの変動量の検出は、ＦＩＡ系と同様の画像処理方式の結像式センサによる画像の検出結果を利用するターゲットの変動量の検出に比べても精度の良い検出が可能である。従って、パターン領域ＰＡのパターン面内の変動（形状変化）が非線形な変動（形状変化）であっても、その変動量を精度良く、検出することができる。

また、露光装置１００によると、ウエハアライメント（ＥＧＡ）後に行われる、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作における走査露光時に、レチクルＲの露光用パターンとウエハＷ上の下地パターンとの重ね合わせのため、上述のパターン領域ＰＡのＸＹ平面内の変動量（パターン領域ＰＡの２次元的な歪み）の情報に基づいて、主制御装置２０によって、レチクルステージ駆動系１１、ステージ駆動系２４及び結像特性補正コントローラ４８の少なくとも１つが制御される。従って、レチクルＲの熱変形などに起因するパターン領域ＰＡ（露光用パターン）の歪みを伴う場合であっても、レチクルＲの露光用パターンとウエハＷ上の下地パターンとの重ね合わせ精度の向上が可能になる。

なお、上記実施形態では、スペックルセンサ（パターン計測装置）３０が、５つ設けられ、かつ照明領域ＩＡＲの＋Ｙ側に所定量ずれた位置に、Ｘ軸方向に沿って所定間隔で配置された場合について説明した。しかしながら、スペックルセンサは、１つ、２つ、３つ４つ、あるいは６つ以上設けられていても良く、２つ以上設けられる場合には、それぞれの検出領域がパターン面（あるいはこの近傍の面）内で互いに異なる位置に配置されていることが望ましい。スペックルセンサは、２つ以上設けられる場合、それぞれの検出領域がＸ軸方向に限らず、Ｙ軸に交差する方向に並んで配置されていても良い。ただし、スペックルセンサ（パターン計測装置）３０は、レチクルステージＲＳＴの移動範囲内で、レチクルＲのパターン領域、及びフィデュシャル板ＲＦＭからのスペックルを検出可能な位置に配置されている必要はある。また、スペックルセンサが２つ以上設けられる場合には、Ｘ軸方向に沿って所定間隔で一列に配置される例に限られず、互いのセンサが少なくともＸ方向に関して離間していれば一列に配列しておらずとも良い。

また、上記実施形態では、ロット先頭毎に行われるレチクルアライメントに付随して、スペックルの計測を伴う前述のレチクルＲのパターン領域ＰＡの２次元的な歪みの計測を行う場合について説明した。しかしながら、これに限らず、原理的には上述のパターン領域ＰＡの２次元的な歪みの計測は、レチクルステージＲＳＴの動作中、例えば走査露光中などに、常時リアルタイムで実施することも考えられる。スペックルの検出によるパターンの変動量の計測は、空間像計測のような光強度の計測と異なり、レチクルステージＲＳＴが高速で移動中でも、高精度な計測が可能である。

ただし、上記実施形態のように、複数のスペックルセンサの検出領域（計測点）が、光軸に対してスキャン方向にオフセットしている場合には、リアルタイム計測を行うと、その一部の計測動作はレチクルステージＲＳＴの加減速中に行われることになる。この場合、加減速に伴う加速度によるレチクルの変形の影響を取り除くため、レチクルが加熱されていない状態でスキャン動作時に得られる信号をリファレンスとし、そこからの変化分で同様の処理を行えば良い。リアルタイム計測を行うことで、レチクルアライメント実施間隔内でのパターン領域各部の位置の変化も捉えることが可能になるので、重ね合せ精度の更なる向上が期待できる。

なお、上記実施形態では、レチクルステージＲＳＴの走査方向の連続移動中に、５つのスペックルセンサによる計測（検出）を行う場合について説明したが、かかる連続計測では、記憶装置内に蓄積されるデータの量が膨大になることが考えられる。そこで、データ量の低減を目的として、レチクルステージＲＳＴを走査方向の複数点（例えば５点）でステップ移動して、各ステップ位置でスペックルセンサによる計測（検出）を行う離散・静止計測を採用しても良い。連続計測とするか、離散・静止計測とするかは、例えば必要な計測精度との兼ね合いで決めても良い。

また、上記実施形態では、主制御装置２０は、上記の連続計測に際し、レチクル干渉計１４の計測情報と、スペックルセンサの計測情報とに基づいて、パターン領域の２次元的な歪み（パターン領域の各部の２次元平面内の変位）を計測する場合について説明した。しかしながら、これに限らず、レチクル干渉計１４の計測情報と、スペックルセンサの計測情報とに基づいて、パターン領域の２次元的な歪みに加えてパターン領域のＺ軸方向の変位をも計測することとしても良い。前述のスペックルセンサ３０として、例えば特開２００６−１８４０９１号公報などに開示される三角測量の原理で測定対象面の高さ方向位置を検出するようにした、画像相関変位計を採用することで、パターン領域ＰＡの少なくとも一部の領域の２次元的な歪みに加えてその少なくとも一部の領域のＺ軸方向の変位をも計測することが可能になる。

また、上記実施形態では、一例として複数（５つ）のスペックルセンサの検出領域が、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対してスキャン方向にオフセットして配置された構成について説明したが、これに限らず、複数のセンサの少なくとも１つの検出領域は、照明光ＩＬが通過する照明領域ＩＡＲの一部の領域に設定されていても良い。例えば図８に示される変形例の露光装置のように、斜入射光学系を採用することで、スキャン方向に関して光軸ＡＸ上に複数のスペックルセンサ（パターン計測装置）の検出領域を配置する構成とすることも考えられる。本変形例の露光装置では、複数（５つ）のスペックルセンサ３０’のそれぞれが、照射ユニット３０Ａと、受光ユニット３０Ｂとによって構成されている。照射ユニット３０Ａは、筐体と該筐体に内蔵されたコヒーレント光源とを含み、受光ユニット３０Ｂは、筐体と該筐体に内蔵されたレンズ、ピンホール板、及び検出器を含む。

本変形例の露光装置では、その他の部分の構成は、前述した実施形態に係る露光装置と同様になっている。

本変形例に係る露光装置によると、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作中でもレチクルＲのパターン領域ＰＡのスペックルの前述した連続計測が可能となる。このため、レチクルアライメントの際に、スペックルの計測シーケンスを追加する必要がなくなり、その分上記実施形態に比べてスループットの向上が可能になる。また、露光用パターンそのものの位置を直接計測しているため、この計測結果に基づいて、露光用パターンとウエハ上の下地パターンとの重ね合わせのためにレチクルステージ駆動系１１を制御することは、レチクルステージＲＳＴの位置決めを露光用パターンそのもので行っていることに相当する。従って、本変形例の露光装置によると、処理が簡便になるとともに、露光用パターンとウエハ上の下地パターンとの重ね合わせ精度も向上する。この場合、レチクルステージの位置情報を、格子部をターゲットとするヘッドを含むエンコーダシステムを用いて計測する場合などと異なり、格子部の変動などに起因するステージ座標系の変動の影響を受けなくなるため、重ね精度を確保する上で極めて有利である。ただし、この場合も、スペックルセンサ３０’の出力のドリフトは生じ得るので、上記実施形態と同様にしてこのドリフト成分は取り除く必要がある。また、計測精度をより向上させるため、上述したレチクル干渉計１４あるいはエンコーダシステムを併用してレチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置情報を計測しても良い。

なお、上記実施形態又は変形例（以下、上記実施形態等と称する）では、パターン領域の歪み（各部の変位）を検出するためのセンサとして、スペックルセンサを用いる場合について説明した。しかしながら、前述したように、露光開始前のレチクル（マスク）が基準状態にあるときに、レチクルの移動を伴う所定動作中に、レチクルの位置情報とパターン計測装置（センサ）によるパターン領域のパターンの検出情報とに基いて、パターンの第１情報を求め、露光開始後所定時間経過後に、前記所定動作中に、レチクルの位置情報と前記パターン計測装置（センサ）によるパターンの検出情報とに基いて、前記パターンの第２情報を求め、レチクルの同一の位置に対応する前記第２情報と前記第１情報との差分に基いて、前記パターンのＸＹ平面内（及びＺ軸方向）の変動情報を求める手法を採用する場合には、センサは、スペックルセンサで無くても良い。この場合のセンサとしては、例えば、パターン領域を撮像してその画像を取得する前述のＦＩＡ系と同様の画像処理方式の結像式の画像センサなどを使用することが考えられる。

また、上記実施形態等では、レチクルＲにはパターン等の描画誤差がない（又は無視出来る程小さい）ものとしたが、前述したスペックル計測を利用することで、パターンの描画誤差、例えば変形などを検出することも可能となる。具体的には、予め電子線露光装置を用いて描画された描画誤差（変形など）のないパターンを有する基準レチクルＡを用意し、この基準レチクルに対して前述の初期計測動作と同様の計測動作を行い、計測されたスペックルの情報を基準情報として記憶装置に保存する。また、パターンの描画誤差のある別のレチクルＢに対して、前述の初期計測動作と同様の計測動作を行い、計測されたスペックルの情報を、そのレチクルＢの基準状態におけるスペックルの情報として記憶装置に保存する。そして、レチクルＢの基準状態におけるスペックルの情報と基準情報とを比較し、これらの間に差があると、レチクルＢにパターンの描画誤差があると判定することができ、その差は、描画誤差に対応していると考えることができる。例えば、ライン・アンド・スペースパターンの一部が描画誤差により変形していた場合、この描画誤差を含むライン・アンド・スペースパターンのスペックルは、基準情報として保持したスペックルと異なることになるので、上記方法により、そのライン・アンド・スペースパターンの一部の変形を検出することができる。

なお、上記実施形態等では、露光装置が、液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプの露光装置である場合について説明したが、これに限らず、例えば、欧州特許出願公開第１,４２０,２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置にも上記実施形態等を適用することができる。

また、上記実施形態等では、露光装置が、スキャニング・ステッパである場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に上記実施形態等を適用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、投影光学系を用いないプロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも上記実施形態等を適用することができる。

また、上記実施形態等は、ツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば米国特許第６，３４１，００７号、米国特許第６，４００，４４１号、米国特許第６，５４９，２６９号、米国特許第６，５９０，６３４号、米国特許第５，９６９，４４１号、および米国特許第６，２０８，４０７号などに開示されている。

また、上記実施形態等の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍及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、この投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。また、前述の照明領域及び露光領域の形状は矩形に限らず、例えば円弧、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。

また、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの紫外光や、Ｆ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、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（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

また、上記実施形態等では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長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、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を用いるＥＵＶ露光装置に本発明を適用することができる。その他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、上記実施形態等は適用できる。

さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも上記実施形態を適用することができる。

なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。

また、レチクルステージ、ウエハステージの位置情報の計測には、レーザ干渉計に替えてエンコーダを用いるようにしても良い。

露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも上記実施形態等を適用できる。

半導体素子などの電子デバイスは、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（パターン形成装置）及びその露光方法によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、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エッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、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。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態等の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

なお、これまでの説明で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開、欧州特許出願公開明細書、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

１４…レチクル干渉計、２０…主制御装置、３０_Ｌ１、３０_Ｌ２、３０_Ｃ、３０_Ｒ１、３０_Ｒ２…スペックルセンサ、４８…結像特性補正コントローラ、１００…露光装置、ＩＬ…照明光、ＰＡ…パターン領域、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル、ＲＡ…レチクルアライメントマーク、ＲＦＭ…レチクルフィデュシャルマーク板、ＲＳＴ…レチクルステージ、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ。

Claims (34)

1. エネルギビームをマスクに照射して前記マスクのパターン面に形成されたパターンを物体に転写する露光装置であって、
   前記マスクを保持して移動するマスクステージと、
   前記マスクステージに保持された前記マスクの所定面に対して計測光を照射し、前記所定面からのスペックルに関する情報を得るセンサと、
   前記センサによって取得された前記スペックルに関する情報に基づいて、少なくとも前記パターンの一部を含む前記所定面の第１領域の経時的な変動量を求める制御装置と、を備え、
   前記マスクステージには、基準パターンが形成された基準部材が設けられ、
   前記制御装置は、前記センサにより検出された前記基準部材からのスペックルに関する情報に基づいて、前記センサのドリフトに起因する前記変動量の計測誤差を算出する露光装置。
2. 前記所定面は前記マスクの前記パターン面を含み、
   前記センサは、前記パターン面からの前記スペックルに関する情報を得る請求項１に記載の露光装置。
3. 前記スペックルに関する情報は、前記計測光を前記所定面に照射して得られるスペックルを含む請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記制御装置は、前記スペックルに関する情報に基づいて、前記第１領域を含む前記マスクの経時的な変動量を求める請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置。
5. 前記制御装置は、第１時点において計測された前記所定面からのスペックルに関する情報と、前記第１時点とは時間的に異なる第２時点における前記所定面からのスペックルに関する情報とに基づいて、前記エネルギビームの照射に起因する前記経時的な変動量を求める請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置。
6. 前記第１時点は、前記マスクにエネルギビームが未だ照射されていない基準状態の時を含む請求項５に記載の露光装置。
7. 前記第２時点は、前記マスクに対して前記エネルギビームが照射されて所定時間が経過した時を含む請求項５又は６に記載の露光装置。
8. 投影光学系を介して前記パターンが前記物体に転写され、
   前記変動量は、前記所定面の少なくとも前記投影光学系の光軸と交差する方向における変動量を含む請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光装置。
9. 投影光学系を介して前記パターンが前記物体に転写され、
   前記センサは、前記投影光学系の光軸と平行な方向の位置情報も検出可能であり、
   前記制御装置は、前記センサの検出情報に基づいて、前記所定面の前記投影光学系の光軸と平行な方向の変動量を求める請求項１〜８のいずれか一項に記載の露光装置。
10. 前記投影光学系の少なくとも歪曲収差を含む結像特性を調整する結像特性調整装置と、
    前記物体を保持して移動する物体ステージと、をさらに備え、
    前記制御装置は、前記求められた前記パターンの変動量に基づいて、前記マスクステージ、前記物体ステージ、及び前記結像特性調整装置の少なくとも１つを制御する請求項８
    又は９に記載の露光装置。
11. 前記マスクステージと前記物体ステージとを同期して前記エネルギビームに対して相対移動する走査露光時に、前記パターンの変動量に基づく前記制御が行われる請求項１０に記載の露光装置。
12. 求めた前記計測誤差と前記所定面からのスペックルに関する情報とに基づいて、前記所定面の経時的な変動量が求められる請求項１〜１１のいずれか一項に記載の露光装置。
13. 前記マスクステージの位置情報を計測する位置計測装置をさらに備え、
    前記制御装置は、前記位置計測装置で計測した計測情報と前記センサの検出情報とに基づいて、前記マスクの所定面に照射される前記計測光の照射位置を算出する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の露光装置。
14. 前記センサは複数設けられ、それぞれの検出領域が前記パターン面内で互いに異なる位置に配置されている請求項１〜１３のいずれか一項に記載の露光装置。
15. 前記複数のセンサのうちの少なくとも１つは、前記マスクに形成されたマスクアライメントマークからのスペックルを検出可能な位置にその検出領域が配置されている請求項１４に記載の露光装置。
16. 前記マスクと前記物体とが同期して相対移動しつつ前記物体に前記パターンが転写され、
    前記複数のセンサは、それぞれの検出領域が、前記パターン面内で前記相対移動する方向と交差する方向に並んで配置されている請求項１４又は１５に記載の露光装置。
17. 前記複数のセンサの検出領域は、前記パターン面内で、前記投影光学系の光軸を通る前記相対移動する方向に直交する方向の軸に沿って並んで配置されている請求項１６に記載の露光装置。
18. 前記複数のセンサのうちの第１センサにより前記第１検出領域における前記経時的な変動量が求められ、
    前記第１センサと異なる第２センサにより前記パターン面内で前記第１領域と異なる第２領域における経時的な変動量が求められる請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の露光装置。
19. 前記複数のセンサの少なくとも１つの検出領域は、前記エネルギビームが通過する領域を含む請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の露光装置。
20. 前記制御装置は、前記物体上の複数の区画領域に前記パターンを順次転写するのと並行して、前記センサにより前記所定面からの前記スペックルに関する情報を得る請求項１〜１９のいずれか一項に記載の露光装置。
21. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板を露光することと、
    露光された前記基板を現像することと、
    を含むデバイス製造方法。
22. エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクのパターン面に形成されたパターンを物体に転写する露光方法であって、
    第１時点において前記マスクの所定面に計測光を照射して前記所定面の第１領域の第１情報を検出して保持することと、
    前記第１時点から所定時間経過した後に、前記第１領域に前記計測光を照射して前記第１領域の第２情報を検出することと、
    検出した前記第１領域の前記第２情報と、保持した前記第１情報とに基づいて、前記マスクへの前記エネルギビームの照射に起因する前記第１領域の変動情報を求めることと、を含み、
    前記第１情報および前記第２情報は、前記計測光が前記所定面に照射されて生じるスペックルに関する情報を含み、
    前記第１領域で検出される情報は、前記マスクの所定面に前記エネルギビームとは異なるコヒーレントなビームを照射し前記所定面の検出領域からのスペックルに関する情報を得るセンサの情報であり、
    前記マスクは、基準パターンが形成された基準部材を有するマスクステージに保持され、
    前記基準部材からのスペックルに関する情報に基づいて、前記センサのドリフトに起因する前記変動情報の計測誤差を算出する露光方法。
23. 前記所定面は、前記マスクの前記パターン面を含む請求項２２に記載の露光方法。
24. 前記第１時点は、前記物体への前記パターンの転写が開始される前を含む請求項２２又は２３に記載の露光方法。
25. 前記マスクと前記物体とを同期して前記エネルギビームに対して相対移動しつつ投影光学系を介して前記物体を露光する走査露光時に、前記求められた前記第１領域の変動情報に基づいて、前記マスクの移動、前記物体の移動、及び前記投影光学系の結像特性の少なくとも１つを制御することをさらに含む請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の露光方法。
26. 前記スペックルに関する情報は、前記計測光を前記所定面に照射して得られるスペックルを含む請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の露光方法。
27. 前記センサは、複数設けられ、該複数のセンサによって、前記所定面上の異なる位置に配置された複数の検出領域のそれぞれで前記所定面からのスペックルに関する情報が取得される請求項２２〜２６のいずれか一項に記載の露光方法。
28. 前記複数のセンサのうちの少なくとも１つは、前記マスクに形成されたマスクアライメントマークからの前記スペックルに関する情報をその検出領域で取得可能である請求項２７に記載の露光方法。
29. 前記マスクと前記物体とが同期して前記エネルギビームに対して相対移動されつつ投影光学系を介して前記物体が露光され、
    前記複数のセンサは、前記所定面内で前記相対移動の方向に交差する方向に関して互いに離間して配置されたそれぞれの検出領域内で、前記マスクの所定面からのスペックルを検出可能である請求項２７又は２８に記載の露光方法。
30. 前記複数の検出領域は、前記所定面内で、前記投影光学系の光軸を通る前記相対移動の方向と交差する方向の軸に沿って並んで配置されている請求項２９に記載の露光方法。
31. 前記第１領域の変動情報は、前記パターン面と平行な平面方向における前記第１領域の変動を含む請求項２２〜３０のいずれか一項に記載の露光方法。
32. 前記第１領域の変動情報は、前記パターン面と交差する方向における前記第１領域の変動を含む請求項２２〜３１のいずれか一項に記載の露光方法。
33. 前記第２情報は、前記物体に前記エネルギビームが照射されることと並行して検出される請求項２２〜３２のいずれか一項に記載の露光方法。
34. 請求項２２〜３３のいずれか一項に記載の露光方法により基板を露光することと、
    露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
    

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