JPH11274048A - パターン形成状態検出装置及びそれを備えた露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスク上に特別なパターンを設けることな
く、投影光学系の高精度な結像位置検出を可能にするパ
ターン形成状態検出装置及び露光装置を提供する。 【解決手段】 ウェハＷ上に形成されたパターンを照明
光学系２８により照明すると、そのパターンの形成状態
に応じて散乱光、回折光を含む反射光が発生する。その
反射光を集光対物レンズ２９を介してその集光対物レン
ズ２８の瞳位置に配置された撮像素子３０で検出する。
主制御系４４において、前記反射光の検出信号から反射
光の光強度分布に関する信号波形を算出する。そして、
前記散乱光の強度に応じて変化する前記信号波形のピー
ク幅からパターンのデフォーカス状態を、複数の次数の
回折光に基づく各ピーク間の距離からパターンピッチ
を、それぞれ求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、半導体
集積回路等の製造過程のフォトリソグラフィ工程におい
て、基板上に形成されたパターンの形成状態を検出する
ためのパターン形成状態検出装置及びマスク上に形成さ
れたパターンを前記基板上に転写露光するための露光装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気
ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程にお
いては、フォトマスク、レチクル等のマスク上の微細な
線幅の回路パターンをフォトレジスト等の感光材料が塗
布されたウェハ、ガラスプレート等の基板上に投影転写
する露光工程が介在される。この露光工程での露光動作
により、前記基板上にパターンが形成する。

【０００３】以下、レチクル上の回路パターンをウェハ
上の投影転写する場合を例として説明する。この種の露
光を行う装置として、従来からウェハが載置されたウェ
ハステージを歩進（ステッピング）させて、レチクルに
形成された回路パターンを、高解像度の投影光学系を介
して、ウェハ上の各ショット領域に順次露光する露光装
置が知られている。この露光装置は、いわゆる「ステッ
プ・アンド・リピート方式」の「ステッパ」と呼ばれる
ものである。

【０００４】このステッパにおいては、近年における半
導体装置の高集積化の流れの中で、一層の高解像度化要
求が高まっている。この高解像度化要求に対応して、投
影光学系のレンズの開口数（Ｎ．Ａ．）が大きくなる傾
向にある。このように開口数が大きくなると、前記投影
光学系の焦点深度が浅くなるため、露光時における前記
ウェハの結像位置への合わせ込み管理をより厳密に行う
必要が生じている。

【０００５】また、半導体装置の高集積化のために、１
枚のウェハ上に複数の回路パターンが重畳形成されるよ
うになってきている。この場合、各層のパターンを正確
に位置合わせする必要があるとともに、各層の転写露光
時においてレチクル上の回路パターンの投影像をウェハ
上に正確に形成する必要がある。ところで、前記ステッ
パにおいて、何らかの原因、例えば環境温度の微妙な変
動等のために、投影光学系の内部状態が変動して、その
ディストーションやベストフォーカスの変化が生じ、前
記投影像及びパターンプロファイル変化の伸び縮みや歪
み等が発生することがある。

【０００６】これらのため、露光装置の始動時または露
光条件の変更時等には、実際に製品の製造に供されるデ
バイスパターンまたはテストレチクルパターンを用いて
試し露光が行われる。その試し露光により形成されたウ
ェハ上のパターンを、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）等を用いて観察し、前記パターンの形成状態の検出
が行われている。そして、この検出結果に基づいて、前
記露光装置の結像位置への合わせ込み管理が正常に作動
しているかどうか、また正確な投影像の形成されている
かどうかが検査される。

【０００７】このパターンの形成状態の検出方法につい
て、さらに詳述すれば、まず複数の前記ショット領域毎
に、仮想的な結像位置を中心としてウェハを前記投影光
学系に対し段階的に近接又は離隔させて露光を行う。こ
の露光により、複数の合わせ込み位置毎のパターンを形
成する。次に、オペレータが前記各パターン毎の線幅を
ＳＥＭで観察しながら計測し、その計測結果から線幅の
変化に関する放物線状の近似曲線を求める。そして、線
幅の目標値に対して、所定のずれを持った位置で前記近
似曲線をスライスし、前記近似曲線とスライスした直線
との２つの交点の間の中点に対応する合わせ込み位置を
結像位置としている。

【０００８】また、前記形成されたパターン内の周期性
のあるライン・アンド・スペース・パターン（以下、
「Ｌ／Ｓパターン」とする）部分について、ＳＥＭ等を
用いて各ラインのピッチの計測を行う。その計測結果に
基づいて、パターンが設計通りに形成されているかどう
かが評価される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年、若干
デフォーカス状態で露光が行われても、パターンの断面
形状は変化するものの、線幅自体の変化が小さなフォト
レジストが開発されてきている。このようなフォトレジ
ストの塗布された基板では、パターンの形成状態の検出
を、前記のように形成されたパターンの線幅の変化から
精度よく行うことが困難になるおそれがある。言い換え
ると、前記パターンの線幅の変化に基づいて、最適な合
わせ込み位置を精度よく求めることが困難になるおそれ
がある。そして、ひいては、前記露光装置の合わせ込み
管理の評価が困難となるという問題点があった。

【００１０】また、前記従来のパターンの形成状態の検
出方法においては、結像位置の検出あるいは周期性のあ
るパターンの各ラインのピッチ計測のいずれであって
も、ＳＥＭ観察により行っていた。このため、ＳＥＭ観
察に先立って現像されたパターン上に、例えば蒸着等に
より金属等の導電性物質の被膜を形成する必要があり、
その処理が煩わしいという問題点があった。しかも、オ
ペレータが複数のパターンにつき順次観察し、その線幅
あるいは各ラインの間隔を計測する必要があり、パター
ンの形成状態の検出が非常に煩雑であるという問題点が
あった。

【００１１】一方、例えば特開平２−３０１１２号公報
には、次のような露光装置の結像位置の検出方法に関す
る発明が開示されている。すなわち、レチクル上に形成
された２つのＬ／Ｓパターンを、互いに所定の角度で交
差するようにウェハ上に二重露光し、ひし形状のマーク
を形成する。このひし形状のマークの形成は、ウェハを
その各ショット領域毎に仮想的な結像位置を中心として
前記投影光学系に対し段階的に近接又は離隔させて行
う。そして、各ひし形状のマークの長さを露光装置に装
備されているアライメントセンサ等を用いて計測する。
この従来構成では、前記ひし形状のマークの長さが合わ
せ込み位置の変化に対して敏感に変化し、その長さが最
も長くなったときのウェハの前記投影光学系に対する位
置を最適な合わせ込み位置とするものである。

【００１２】ところが、前記公報に記載の従来構成を採
用しようとする場合には、前述のようにレチクル上に所
定の角度をなすように配置された２つのＬ／Ｓパターン
を設けておく必要がある。言い換えると、レチクル上に
前述のような特別のパターンが存在しない限り、前記従
来構成により露光装置の合わせ込み管理ができず、その
適用範囲が限定されるという問題があった。

【００１３】また、前記ひし形マークは、前記の２つの
Ｌ／Ｓパターンを二重露光することにより形成されるも
のである。このため、前記ひし形マークを形成するため
に、各ショット領域毎に、２つのＬ／Ｓパターンの位置
合わせと２回の露光動作とが必要となり、焦点検出のた
めの所要時間が長くなるという問題があった。

【００１４】さらに、前記従来構成の検出方法において
は、大きくデフォーカスしたショット領域には、前記ひ
し形状のマークが非常に小さくなってかつ孤立した状態
で形成される。このため、前記ひし形状のマークがウェ
ハ表面からはがれて、ゴミとなりやすくなり、その後の
ウェハの露光時に不都合を生じせしめるおそれがあると
いう問題があった。

【００１５】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものである。その目的と
しては、マスク上に特別なパターンを設けることなく、
投影光学系の高精度な結像位置検出を可能にするパター
ン形成状態検出装置を提供することにある。また、投影
光学系の結像位置の検出を精度よく行うことのできる露
光装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、パターン形成状態検出装置に係る本願請求項１の発
明は、基板（Ｗ）上に所定の条件で形成されたパターン
（４９ａ、４９ｂ）を照明する照明光学系（２８）と、
前記パターン（４９ａ、４９ｂ）で反射した光束を集光
する集光光学系（２９）と、前記反射した光束を前記集
光光学系（２９）の瞳位置で検出する検出装置（３０）
と、前記検出装置（３０）の検出結果に基づいて前記パ
ターン（４９ａ、４９ｂ）の形成状態を評価する評価手
段（４４）とを備え、前記評価手段（４４）は、前記反
射した光束に含まれる散乱光の強度に基づいて、前記パ
ターン（４９ａ、４９ｂ）の形成状態を評価することを
要旨としている。

【００１７】フォトレジストが塗布された基板上に、マ
スク上の孤立線パターンまたはＬ／Ｓパターンを投影転
写した後、現像してパターンを得たとする。このパター
ンが合焦状態で投影転写されたものであれば、そのパタ
ーンに含まれる各ラインの上面の両エッジ部分は、直角
に近いものとなる。これに対して、前記パターンがデフ
ォーカス状態で投影転写されたものである場合、前記エ
ッジ部分が、デフォーカスの度合いに応じて丸くなる。
このようなパターンのエッジ部分の形状の変化は、近年
の線幅制御性の改善されたフォトレジストであっても観
察される。

【００１８】ここで、このパターンを所定の条件で照明
すると、その照明に基づいてパターンで反射された光束
に含まれる散乱光の発生状況が前記エッジ部分の形状に
応じて変化する。すなわち、散乱光の強度が、合焦状態
のパターンでは小さくなり、逆にデフォーカス状態では
デフォーカスの度合いが進むに従って大きくなる。

【００１９】本願請求項１の発明においては、前述のよ
うに、この散乱光の強度を検出することにより、前記パ
ターンの形成状態を評価するようになっている。この散
乱光の検出対象となるパターンは、例えばデバイスパタ
ーンに頻繁に出現するＬ／Ｓパターン等でよく、マスク
上の特定のパターンを二重露光して基板上に特定のマー
クを形成する必要がない。また、投影光学系の焦点検出
を行うために、現像後のパターンを直接ＳＥＭ観察した
りする必要もない。しかも、前記結像位置の検出を現像
後のパターンに含まれるラインの線幅を計測することな
く行うことができる。従って、パターンの形成状態、特
にパターンのデフォーカス状態の検出を短時間で容易に
かつ精度よく行うことができる。そして、このパターン
形成状態検出装置を露光装置に適用した場合には、投影
光学系の結像位置の検出を短時間で、容易かつ正確に行
うことができる。

【００２０】また、同じくパターン形成状態検出装置に
係る本願請求項２の発明は、基板（Ｗ）上に形成された
周期性のある周期パターン（４９ａ、４９ｂ）を照明す
る照明光学系（２８）と、前記周期パターン（４９ａ、
４９ｂ）で反射した光束を集光する集光光学系（２９）
と、前記反射した光束を前記集光光学系（２９）の瞳位
置で検出する検出装置（３０）と、前記検出装置（３
０）の検出結果に基づいて前記周期パターン（４９ａ、
４９ｂ）の形成状態を評価する評価手段（４４）とを備
え、前記評価手段（４４）は、前記反射した光束に含ま
れる前記周期パターン（４９ａ、４９ｂ）からの複数の
次数の回折光に基づいて、前記周期パターン（４９ａ、
４９ｂ）の形成状態を評価することを要旨としている。

【００２１】フォトレジストが塗布された基板上に、マ
スク上の周期性のあるＬ／Ｓパターンを投影転写した
後、現像して周期パターンを得たとする。このような周
期パターンを所定の条件で照明し、その照明に基づいて
前記周期パターンで反射した光束を所定の条件で結像さ
せると、複数の次数の回折光に基づく複数の像が顕れ
る。この複数の像の相対位置は、前記周期パターンにお
けるラインの周期性、つまり前記周期パターンの各ライ
ン間のピッチに応じて変化する。

【００２２】本願請求項２の発明においては、前述のよ
うに、前記周期パターンで反射した光束に含まれる複数
の次数の回折光に基づいて、前記周期パターンの形成状
態を評価するようになっている。この回折光の検出対象
となる周期パターンは、例えばデバイスパターンに頻繁
に出現するＬ／Ｓパターン部分等であってもよい。この
ため、周期パターンのピッチ計測を行うために、現像後
の周期パターンをＳＥＭ観察し、その周期パターンに含
まれるＬ／Ｓパターン部分のピッチを直接計測する必要
がない。従って、周期パターンの形成状態、特にピッチ
の計測を短時間で、容易かつ正確に行うことができる。

【００２３】また、本願請求項３の発明は、前記請求項
１または請求項２に記載の発明において、前記検出装置
が撮像素子（３０）を有してなることを要旨としてい
る。この本願請求項３の発明によれば、前記請求項１ま
たは請求項２に記載の発明の作用に加えて、パターンか
ら発生する散乱光あるいは回折光の光強度分布を容易に
電気的な信号波形に変換することができる。このため、
前記散乱光の強度分布及び前記複数の次数の回折光に基
づく像の相対位置の検出を容易かつ確実に行うことがで
きる。

【００２４】また、本願請求項４の発明は、前記請求項
３に記載の発明において、前記評価手段（４４）は、前
記撮像素子（３０）の検出信号に基づいて、前記反射し
た光束の強度分布に関する信号波形を算出する信号波形
算出手段（４４、Ｓ１０２）と、その信号波形の１つま
たは複数のピークを所定の位置でスライスするスライス
手段（４４、Ｓ１０２）を備え、前記スライス手段（４
４、Ｓ１０２）によりスライスされた前記ピーク毎にお
ける信号波形とスライス線との２交点間の距離を算出す
るピーク幅算出手段（４４、Ｓ１０２）を含むことを要
旨としている。

【００２５】ここで、前記パターンのデフォーカス状態
に応じて、散乱光の強度分布が変化すると、その変化に
伴って前記パターンで反射した光束の強度分布が変化す
る。この本願請求項４の発明によれば、前記請求項３に
記載の発明の作用に加えて、これらの反射した光束の強
度分布の変化を、撮像素子の検出信号に基づいて得られ
る光強度分布の信号波形の形状変化として捉えることが
できる。そして、この信号波形の形状変化を、各ピーク
の所定位置でスライスしたときの幅を検出することで、
容易かつ正確に数値化することができる。従って、前記
パターンのデフォーカス状態を容易に数値化することが
できる。

【００２６】また、本願請求項５の発明は、前記請求項
３または請求項４に記載の発明において、前記評価手段
（４４）は、前記撮像素子（３０）の検出信号に基づい
て、前記反射した光束の強度分布に関する信号波形を算
出する信号波形算出手段（４４、Ｓ１０７）と、その信
号波形の１つまたは複数のピークを所定の位置でスライ
スするスライス手段（４４、Ｓ１０７）を備え、前記ス
ライス手段（４４、Ｓ１０７）によりスライスされた前
記ピーク毎における信号波形とスライス線との２交点間
の中点の位置を算出する中点算出手段（４４、Ｓ１０
７）を含むことを要旨としている。

【００２７】ここで、前記周期パターンのピッチに応じ
て、複数の次数の回折光の強度分布が変化すると、その
変化に伴って前記パターンで反射した光束の強度分布が
変化し、複数の次数の回折光に基づく複数の像の相対位
置が変化する。この本願請求項５の発明によれば、前記
請求項３または請求項４に記載の発明の作用に加えて、
この反射した像の相対位置の変化を、前記信号波形の複
数のピークの相対位置の変化として捉えることができ
る。そして、この各ピークの相対位置の変化を、各ピー
クの所定位置でスライスしたときの中点位置を検出する
ことで、容易かつ正確に求めることができる。従って、
前記周期パターンのピッチを容易に計測することができ
る。

【００２８】また、露光装置に係る本願請求項６の発明
は、マスク（Ｒ）のパターンを投影光学系（２１）によ
り基板（Ｗ）に露光する露光装置において、請求項１〜
請求項５のうちいずれか一項に記載のパターン形成状態
検出装置（２７）を備えたことを要旨としている。

【００２９】この本願請求項６の発明においては、前記
請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載のパター
ン形成装置を備えているため、投影光学系の結像位置の
検出及びマスク上のパターンピッチの設計値からのずれ
を、短時間で正確かつ容易に把握することができる。

【００３０】また、本願請求項７の発明は、前記請求項
６に記載の発明において、前記パターン形成状態検出装
置（２７）の検出結果に基づいて、前記投影光学系（２
１）の結像状態を調整することを要旨としている。

【００３１】このため、本願請求項７の発明において
は、前記請求項６に記載の発明の作用に加えて、そのと
きの投影光学系の状態に応じて、正確な結像位置への合
わせ込み及びマスクパターン再描画の判断基準に使用で
きる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を、マスクとして
のレチクルＲ上の回路パターンを投影光学系２１を介し
て基板としてウェハＷ上に投影露光する際に使用される
パターン状態検出装置及び露光装置（ステッパ）に具体
化した一実施形態について図１〜図１０に基づいて説明
する。

【００３３】まず、ステッパの全体構成の概略について
説明する。図１に示すように、投影光学系２１の上方に
は、その投影光学系２１の光軸ＡＸに直交するようにレ
チクルＲが配置されている。一方、前記投影光学系２１
の下方には、ウェハＷを載置するためのウェハステージ
２２が配置されている。レチクルＲとウェハＷとは、前
記投影光学系２１に関して共役な位置に維持されてい
る。そして、前記レチクルＲ上に形成された回路パター
ンが、図示しない照明光学系によって照明され、前記投
影光学系２１を介して、その投影光学系２１の縮小倍率
に応じて、ウェハＷ上に縮小投影されるようになってい
る。

【００３４】前記ウェハステージ２２は、前記投影光学
系２１の光軸ＡＸに対して直交する平面上のＸ、Ｙの２
軸方向に移動可能なＸＹステージ２３と、そのＸＹステ
ージ２３上に配置され、前記光軸ＡＸと平行なＺ軸方法
に移動可能なＺステージ２４とを備えている。前記ウェ
ハＷは、このＺステージ２３上に真空吸着により固定保
持されている。前記ウェハＷ上には、複数のショット領
域ＳＡｎが区画されている。その各ショット領域ＳＡｎ
への投影露光が終了する毎に、前記ＸＹステージが前記
投影光学系２１の露光視野が次のショット領域Ｓｎに対
応するように歩進的に移動（ステッピング）して、投影
露光が繰り返し行われる。このように、本実施形態のス
テッパは、ステップ・アンド・リピート方式により露光
装置となっている。

【００３５】次に、パターン形成状態検出装置２７につ
いて説明する。パターン形成状態検出装置２７は、照明
光学系２８、集光光学系としての集光対物レンズ２９、
検出装置として撮像素子３０及び主制御系４４を含んで
いる。

【００３６】前記照明光学系２８は、ウェハＷの斜め上
方に配置され、ウェハＷ上に形成されたパターンを照明
するものである。この照明光学系２８は、光源３３、コ
ンデンサレンズ３４、微小開口を有する絞り３５、ミラ
ー３６、第１リレーレンズ３７、照明視野を制限する視
野絞り３８、第２リレーレンズ３９及び照射対物レンズ
４０とからなっている。

【００３７】この照明光学系２８においては、前記光源
３３の像は前記コンデンサレンズ３４により前記絞り３
５上に形成され、その絞り３５上に焦点を有する前記第
１リレーレンズ３７によって平行光束が前記視野絞り３
８に供給される。なお、この間、前記ミラー３６によ
り、光路方向が変更される。前記視野絞り３８上には、
例えば矩形状の開口４１が設けられており、前記平行光
束はこの開口４１を通過することによりその断面形状が
矩形状に整形される。前記第２リレーレンズ３９の後側
焦点と前記照射対物レンズ４０の前側焦点とが一致する
ように両レンズ３９、４０が配置され、前記断面矩形状
に整形された平行光束が、斜め上方からウェハＷ上に供
給されるようになっている。

【００３８】前記集光対物レンズ２９は、前記照明光学
系２８による照明に基づいて前記ウェハＷ上に形成され
たパターンで反射された光束を集光するためのものであ
る。この集光対物レンズ２９は、前記結像面ＩＳに対し
て前記照射対物レンズ４０と対称となる位置に配置され
ている。

【００３９】前記撮像素子３０は、前記集光対物レンズ
２９の瞳位置に配置され、前記集光対物レンズ２９で集
光された前記反射された光束を前記集光光学系２９の瞳
位置で検出するためのものである。そして、この撮像素
子３０の受光面には、前記ウェハＷの上面で反射された
前記絞り３５の像が結像されるようになっている。この
受光面上に結像された反射像は、その撮像素子３０内で
検出信号に光電変換される。なお、図２は、ウェハＷ上
の所定の領域が矩形状の視野絞り３８の像により照明さ
れるとともに、その照明により生じる反射像を撮像素子
３０により検出する様子を模式的に示したものである。
なお、この図２においては、第２リレーレンズ３９及び
照射対物レンズ４０を省略して示している。

【００４０】主制御系４４は、ステッパ全体を制御する
ものであり、特に本実施形態においてはウェハＷに形成
されたパターンの評価をしている。その主制御系４４に
は前記撮像素子３０から検出信号が入力されるようにな
っている。主制御系４４は、前記ウェハＷの複数のショ
ット領域についての検出信号から、前記投影光学系２１
の結像位置、つまり前記結像面ＩＳの位置を検出する。
また、主制御系４４は、前記ウェハＷ上のショット領域
のうち、特に周期性のあるＬ／Ｓパターン部分が照明さ
れたときの検出信号から、そのＬ／Ｓパターン部分の各
ライン間のピッチを検出するようになっている。すなわ
ち、主制御系４４は、ウェハＷ上のパターンの形成状態
を評価する評価手段を構成している。

【００４１】前記主制御系４４は、前記結像面ＩＳの位
置の検出結果に基づいて、その結像面ＩＳとウェハＷの
上面とを一致させるべく、駆動装置４５に対して前記Ｚ
ステージ２４の高さ位置及び傾斜の変更するによう指令
する。これにより、ウェハＷの結像位置への合わせ込み
を行うようになっている。

【００４２】また、前記主制御系４４は、前記各ライン
間のピッチの計測結果に基づいて、調整装置４６に対し
て前記投影光学系２１の内部状態を変更してディストー
ション等を調整すべく、投影光学系２１内の各レンズ等
の光学素子間に介在される気体の温度及び圧力、各光学
素子の相対位置等を調整するよう指令する。これによ
り、前記投影光学系２１の結像状態が調整されるように
なっている。なお、この調整装置４６としては、例えば
特開平５−２５１２９９号公報に詳細に開示されてお
り、ここではその説明を省略する。

【００４３】次に、前記パターン形成状態検出装置２７
により、前記投影光学系２１の結像位置を求める方法に
ついて説明する。まず、主制御系４４は、駆動装置４５
を介して仮想的な結像位置に対応するウェハＷと前記投
影光学系２１との間隔、つまりＺステージ２４の高さ位
置を仮定する。次いで、主制御系４４は、図３に示すよ
うに、その仮想的な結像位置を中心として、各ショット
ＳＡ１〜ＳＡ１５毎にＺステージ２４の高さ位置を所定
量、例えば０．２μｍずつ変更し、レチクルＲ上のデバ
イスパターンを投影露光する。この図３においては、前
記Ｚステージ２４をショット領域ＳＡ８を前記仮想的な
結像位置とし、ショット領域ＳＡ１〜ＳＡ７ではウェハ
Ｗと投影光学系２１とが離間する方向に、ショット領域
ＳＡ９〜ＳＡ１５ではウェハＷと投影光学系２１とが近
接する方向に、それぞれ０．２μｍずつ移動させて、投
影露光を行う例を示している。

【００４４】前記投影露光によりパターンの潜像が形成
されたウェハＷを、図示しないデベロッパに導入し、パ
ターンの現像を行う。主制御系４４は、パターンの現像
が行われたウェハＷがＺステージ２４に載置された後
に、各ショット領域ＳＡ１〜ＳＡ１５毎に、そのパター
ン表面を前記照明光学系２８を用いて照明し、各パター
ンにおける絞り３５の投影像の反射像を前記撮像素子３
０にて検出させる。

【００４５】ここで、ウェハＷの高さ位置が前記投影光
学系２１の結像面ＩＳに一致している状態、すなわちベ
スト・フォーカス位置にある状態で投影露光を行った場
合には、図４に示すようにパターン４９ａの各ライン５
０ａは、その断面がほぼ矩形状をなすように形成され
る。つまり、各ライン５０ａの上面の両側縁のエッジ部
分５１ａがほぼ直角に形成される。このようなパターン
４９ａを前記照明光学系２８により斜め方向から照明し
たとき、前記エッジ部分５１ａにおける散乱光の発生は
ごくわずかである。このため、そのパターン４９ａから
の反射光を前記集光対物レンズ２９を介して撮像素子３
０で検出すると、図５（ａ）に示すようにその受光面に
は前記絞り３５の投影像がほぼそのままの状態で結像さ
れる。

【００４６】このときの撮像素子３０の受光面での検出
像を光電変換すると、図５（ｂ）に示すような矩形状の
ピークを有する光強度分布に関する信号波形が得られ
る。この信号波形のピークをそのベースラインから所定
の高さ位置でスライスし、そのスライス線と信号波形と
の２交点間の距離を計測して得られたピーク幅は最小の
値となる。

【００４７】なお、これらの前記信号波形の算出からピ
ーク幅の算出に至るまでの処理は、いずれも主制御系４
４内で実行されるものである。一方、ウェハＷの高さ位
置が前記投影光学系２１の結像面ＩＳからずれている状
態、例えばウェハＷと投影光学系２１とが近接する方向
にデフォーカス（＋デフォーカス）している場合には、
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、パターン４９ｂの
各ライン５０ｂの上面の両側縁のエッジ部分５１ｂが曲
面状に形成される。この曲面状のエッジ部分５１ｂはデ
フォーカスの度合いが大きくなるに従って大きくなり、
逆にデフォーカスの度合いが小さくなるに従って小さく
なる。一方、ウェハＷと投影光学系２１とが離間する方
向にデフォーカス（−デフォーカス）している場合に
は、図６（ｃ）及び（ｄ）に示すように、パターン４９
ｂの各ライン５０ｂの下面の両側縁のエッジ部分５１
ｂ’が曲面状に形成される。

【００４８】このようなパターン４９ｂを前記照明光学
系２８により斜め方向から照明したときには、前記エッ
ジ部分５１ｂにおいて散乱光が発生し、その散乱光の強
度は前記デフォーカスの度合いに応じて変化する。すな
わち、前記デフォーカスの度合いが大きくなるに従って
散乱光の強度が増大し、デフォーカスの度合いが小さく
なるに従って散乱光の強度が小さくなる。

【００４９】このため、そのパターン４９ｂからの反射
光を前記集光対物レンズ２９を介して撮像素子３０で検
出すると、図７（ａ）に示すようにその受光面には前記
絞り３５の投影像とほぼ同様の像と、その像を取り囲む
ように散乱光の像が形成される。このとき、この散乱光
の像の幅は、前記散乱光の強度に応じて増減される。

【００５０】このときの撮像素子３０の受光面での検出
像を光電変換すると、図７（ｂ）に示すような台形状の
ピークを有する光強度分布に関する信号波形が得られ
る。次いで、この信号波形のピークをそのベースライン
から所定の高さ位置でスライスし、そのスライス線と信
号波形との２交点間の距離を計測してピーク幅を求め
る。この場合のピーク幅は、前記デフォーカスの度合い
が進むにつれて大きくなる。

【００５１】そして、図８に示すように、前記Ｚステー
ジ２４の高さ位置を横軸とするとともに、前記信号波形
のピーク幅を縦軸とした座標系に、ウェハＷの各ショッ
ト領域ＳＡ１〜ＳＡ１５におけるピーク幅の測定結果を
プロットする。このプロット結果から、二次関数の近似
曲線を求め、その近似曲線の極小値に対応するＺステー
ジ２４の高さ位置を投影光学系２１の結像位置として算
出する。

【００５２】なお、図８の例は、前記仮想的な結像位置
が前述のように算出された結像位置と一致している場合
を示している。ここで、前記仮想的な結像位置と、前記
算出された結像位置とが一致しない場合には、その算出
された結像位置に対して前記Ｚステージ２４を移動させ
て、前記投影光学系２１の結像面ＩＳへの合わせ込みを
行う。このＺステージ２４の移動により、主制御系４４
は投影光学系の結像状態を調整している。

【００５３】次に、前記パターン形成状態検出装置２７
による、周期パターンの各ライン間のピッチ（間隔）を
計測する方法について説明する。例えばレチクルＲ上の
デバイスパターンを投影露光後、主制御系４４は、現像
したパターン内の周期性のあるＬ／Ｓパターン部分を、
前記照明光学系２８により照明させる。この照明によ
り、前記Ｌ／Ｓパターン部分を構成する各ライン間のピ
ッチに応じて、複数の次数の回折光が発生する。主制御
系４４は、この回折光を含む前記パターンからの前記絞
り３５の投影像の反射像を前記撮像素子３０にて検出さ
せる。

【００５４】ここで、前記複数の次数の回折光として０
次光及び±１次光である場合には、前記撮像素子３０の
受光面に、図９（ａ）に示すように３つの前記絞り３５
に対応する像が結像される。この３つの像は、それぞ
れ、０次光に対向する中央の像が最も光強度が大きく、
±１次光に対応する両側の像は前記中央の像に比べて若
干光強度の小さなものとなる。

【００５５】このときの撮像素子３０の受光面での検出
像を光電変換すると、図９（ｂ）に示すような３つのほ
ぼ矩形状のピークを有する光強度分布に関する信号波形
が得られる。この信号波形のピークを、そのベースライ
ンから所定の高さ位置でスライスし、そのスライス線と
信号波形との２交点間の中点の位置を算出する。次い
で、隣接する２つの中点間の距離を算出し、前記Ｌ／Ｓ
パターン部分を構成する各ライン間のピッチを求める。

【００５６】そして、このように求められた各ライン間
のピッチと、主制御部４４内に予め格納された各ライン
間のピッチの設計値または同ピッチの前回の測定値とを
比較する。この比較において、一致が見られない場合に
は、レチクルＲ上のパターンが設計値通りのピッチで描
画されていないと判断して、レチクルＲの作り直しを行
う。

【００５７】なお、これらの前記信号波形の算出から前
記２つのピッチの値の比較に至るまでの処理は、いずれ
も主制御系４４内で実行されるものである。以上で説明
した主制御系４４による前記投影光学系２１の結像位置
の検出と周期パターンのピッチ計測との実使用時におけ
るシーケンスの一例について、図１０のフローチャート
に基づいて説明する。このシーケンスは、例えば主制御
系４４に予め格納されたプログラムに基づいて、主制御
系４４の制御のもとに実行される。

【００５８】Ｚステージ２４にウェハＷが載置される
と、オペレータの設定指示に基づいて、投影光学系２１
の結像位置の検出を行うか否かが判断される（Ｓ１０
１）。このＳ１０１において、結像位置の検出を行うと
判断されたときには、Ｓ１０２に移行して、所定の合わ
せ込み位置、つまりＺステージ２４の高さ位置で露光し
たショット領域ＳＡｎについて、パターン形成状態検出
装置２７を作動させる。これにより、撮像素子３０にお
いて、絞り３５の投影像のパターンからの反射像の検出
を行い、その検出信号から信号波形を算出する。次い
で、その信号波形のピークを所定の高さ位置でスライス
し、そのスライス線と前記信号波形との２交点間の距離
を算出することで、信号波形のピーク幅を求める（Ｓ１
０２）。

【００５９】次に、Ｓ１０３にて、設定された全ての計
測点、つまり前記所定の合わせ込み位置で露光した全て
のショット領域ＳＡｎについて、前記ピーク幅の算出が
実行されたか否かが判断される（Ｓ１０３）。ここで、
全てのショット領域ＳＡｎについて、前記算出動作が実
行されていないと判断された場合には、Ｓ１０２に戻っ
て、前記算出動作が全てのショット領域ＳＡｎについて
終了するまで繰り返される。

【００６０】そして、前記算出動作が全てのショット領
域ＳＡｎについて終了すると、全計測データ、つまり全
てのショット領域ＳＡｎに関する前記ピーク幅から、近
似曲線を求めて、その極小値に対応するＺステージ２４
の高さ位置を最適結像位置とする（Ｓ１０４）。そし
て、結像位置の検出結果をステッパ本体に装備されたデ
ィスプレイ等に表示するとともに、同結果を主制御系４
４内に格納する（Ｓ１０５）。

【００６１】前記Ｓ１０１において、結像位置の検出を
行わないと判断されたときには、Ｓ１０２〜Ｓ１０５の
処理を迂回し、直ちに次のＳ１０６に移行する。次に、
オペレータの設定指示に基づいて、Ｌ／Ｓパターンのピ
ッチ計測を行うか否かが判断される（Ｓ１０６）。この
Ｓ１０６において、前記ピッチ計測を行うと判断された
ときには、Ｓ１０７に移行して、所定の合わせ込み位置
で露光したあるショット領域ＳＡｎ、または、前記Ｓ１
０４にて求めた最適結像位置に最も近い合わせ込み位置
のショット領域ＳＡｎのＬ／Ｓパターン部分について、
パターン形成状態検出装置２７を作動させる。これによ
り、撮像素子３０において、絞り３５の投影像のパター
ンからの反射像の検出を行い、その検出信号から信号波
形を算出する。次いで、その信号波形の各回折光に対応
するピークを所定の高さ位置でスライスし、各ピーク毎
にそのスライス線と前記信号波形との２交点の中点の位
置を求める（Ｓ１０７）。

【００６２】そして、その中点の位置から各ピーク間の
距離を算出し（Ｓ１０８）、そのピーク間の距離を主制
御系４４に予め格納された回路パターンの設計データを
用いて、ウェハＷ上の各ラインの間のピッチに換算する
（Ｓ１０９）。そして、ピッチ計測結果をステッパ本体
に装備されたディスプレイ等に表示するとともに、同結
果を主制御系４４内に格納し（Ｓ１１０）、処理を終了
する。

【００６３】前記Ｓ１０６において、ピッチ計測を行わ
ないと判断されたときには、Ｓ１０７〜Ｓ１１０の処理
を迂回し、直ちに処理を終了する。以上のように構成さ
れたこの実施形態によれば、以下の効果を奏する。

【００６４】（ａ） 本実施形態のステッパにおいて
は、それぞれ異なる合わせ込み位置にて露光した複数の
ショット領域ＳＡ１〜ＳＡ１５のパターン４９ａ、４９
ｂを、視野絞り３８で断面形状を矩形状に整形した平行
光で照明し、その照明に基づくパターン４９ａ、４９ｂ
からの反射光を撮像素子３０にて検出している。この反
射光は、前記パターン４９ａ、４９ｂの各ライン５０
ａ、５０ｂの上面のエッジ部分５１ａ、５１ｂから発生
する散乱光を含み、この散乱光はデフォーカスの度合い
に応じてその強度が変化する。そして、このステッパに
おいては、前記撮像素子３０での検出結果から求めら
れ、散乱光の強度変化に対応して変化する光強度分布波
形のピーク幅から投影光学系２１の結像位置を求めるよ
うになっている。

【００６５】このため、前記投影光学系２１の結像位置
の検出を、前記パターン４９ａ、４９ｂの線幅のＳＥＭ
での直接観察によることなく、自動化することができ
る。これにより、現像後のパターンに金属等の導電性膜
を形成したり、オペレータが直接１ショット領域ずつ観
察したりする必要がなく、結像位置の検出を短時間で容
易かつ正確に行うことができる。

【００６６】また、パターン４９ａ、４９ｂの線幅を直
接計測することがないため、近年の線幅制御性の改善さ
れたフォトレジストを使用してパターン４９ａ、４９ｂ
の形成を行う場合であっても、容易かつ正確に前記結像
位置の検出を行うことができる。

【００６７】さらに、結像位置の位置の検出には、製品
製造に供されるデバイスパターンに頻繁に出現する、例
えばＬ／Ｓパターン等を用いればよく、レチクルＲ上に
特別のパターンを形成しておく必要もない。しかも、通
常の製品ウェハの露光工程中においても、容易にステッ
パの合わせ込み動作が正常に行われているかどうかを確
認することができる。

【００６８】（ｂ） 本実施形態のステッパにおいて
は、所定の合わせ込み位置にて露光したショット領域Ｓ
Ａ１〜ＳＡ１５のパターン４９ａ、４９ｂのＬ／Ｓパタ
ーン部分を、視野絞り３８で断面形状を矩形状に整形し
た平行光で照明し、その照明に基づくパターン４９ａ、
４９ｂからの反射光を撮像素子３０にて検出している。
この反射光は、周期性のある前記Ｌ／Ｓパターン部分か
ら発生する複数の次数の回折光を含み、この回折光に基
づいて前記撮像素子３０で検出される複数の検出像の間
隔は前記Ｌ／Ｓパターンの各ライン５０ａ、５０ｂ間の
ピッチに依存する。そして、このステッパにおいては、
この複数の検出像の検出結果から求められる光強度分布
波形のピークの間隔からＬ／Ｓパターンのピッチを計測
するようになっている。

【００６９】このため、前記Ｌ／Ｓパターンのピッチ計
測を、前記パターン４９ａ、４９ｂのＳＥＭでの直接観
察によることなく、自動化することができる。これによ
り、現像後のパターンに金属等の導電性膜を形成した
り、オペレータが直接観察したりする必要がなく、周期
パターンのピッチ計測を短時間で容易かつ正確に行うこ
とができる。従って、その周期パターンのピッチ計測の
結果と設計上のピッチと比較することで、確実かつ容易
に、レチクルＲ上のパターンピッチの設計値からのずれ
を把握することができる。

【００７０】また、前記ピッチ計測には、製品製造に供
されるデバイスパターンに頻繁に出現するＬ／Ｓパター
ンを用いればよい。従って、通常の製品ウェハの露光工
程中においても、容易に正確なパターンの投影露光動作
が行われているかどうかを確認することができる。

【００７１】（ｃ） 本実施形態のステッパにおいて
は、前記パターン形成状態検出装置２７において、前記
パターン４９ａ、４９ｂからの反射光を空間像として撮
像素子３０を用いて検出している。このため、前記反射
光に含まれる散乱光あるいは回折光の光強度分布を容易
に電気的な信号波形に変換することができる。前記散乱
光の強度分布、及び、前記複数の次数の回折光に基づく
像の相対位置の検出を容易かつ確実に行うことができ
る。

【００７２】（ｄ） 本実施形態のステッパにおいて
は、パターン形成状態検出装置２７による最適結像位置
の検出結果に基づいて、Ｚステージ２４の最適結像位置
への合わせ込みが行われるようになっている。また、同
パターン形成状態検出装置２７による周期パターンのピ
ッチ計測結果に基づいて、レチクルＲ上のパターンピッ
チの設計値からのずれが判定できるようになっている。
従って、そのときの投影光学系２１の状態に応じて、正
確な結像位置への合わせ込みを行うことができる。ま
た、レチクルＲの描画誤差の程度を判定でき、レチクル
再描画の判断基準に使用できる。

【００７３】（ｅ） 本実施形態のステッパにおいて
は、撮像素子３０の検出信号に基づく信号波形のピーク
を所定の高さ位置でスライスし、前記信号波形とスライ
ス線との２交点間の距離からピーク幅を算出している。

【００７４】ここで、前記パターン４９ｂのデフォーカ
ス状態に応じて散乱光の強度分布が変化すると、その変
化に伴って前記パターン４９ｂからの反射光の強度分布
が変化する。この反射光の強度分布の変化は、前記の通
り撮像素子３０の検出信号に基づいて得られる光強度分
布の信号波形の形状変化として捉えることができる。そ
して、この信号波形の形状変化は、各ピークをその所定
位置でスライスしたときの幅を検出することで、容易か
つ正確に数値化することができる。従って、前記パター
ン４９ｂのデフォーカス状態を容易に数値化することが
できる。

【００７５】（ｆ） 本実施形態のステッパにおいて
は、撮像素子３０の検出信号に基づく、パターン４９
ａ、４９ｂからの反射光の強度分布に関する信号波形を
算出するし、その信号波形のピークを所定の位置でスラ
イスし、各ピーク毎の信号波形とスライス線との２交点
間の中点の位置を算出している。

【００７６】ここで、周期パターンのピッチに応じて、
前記反射光に含まれる複数の次数の回折光の相対位置が
変化すると、その変化に伴って前記信号波形における各
ピークの相対位置が変化する。この各ピークの相対位置
の変化は、各ピークの所定位置でスライスしたときの中
点位置を検出することで、容易かつ正確に求めることが
できる。従って、前記周期パターンのピッチを容易に計
測することができる。

【００７７】（ｇ） 本実施形態のステッパにおいて
は、前記照明光学系２８は、前記パターン４９ａ、４９
ｂを斜め方向から照明している。このため、前記パター
ン４９ｂのエッジ部分で発生する散乱光を精度よく検出
することができる。

【００７８】（変更例）前記実施形態は、以下のように
変更することもできる。 ・ 製品ウェハの連続露光中にステッパの動作状態を確
認するような場合には、全ショット領域ＳＡｎとも同一
の合わせ込み位置で露光を行った製品ウェハＷを再度ス
テッパにロードして、パターンの形成状態の検出を行っ
てもよい。この場合、同一ロット内の製品ウェハＷの品
質を容易に管理することができる。

【００７９】・ 前記撮像素子３０において検出された
反射光の光強度分布に関する信号波形をスライスする際
に、複数の高さ位置で前記信号波形をスライスし、複数
のピーク幅を求め、それらの値をそのまま、あるいは、
異常値を除いて平均し、その平均値を近似曲線の算出に
用いてもよい。このようにした場合、より正確な近似曲
線を得ることができて、より正確な結像位置の検出を行
うことができる。

【００８０】・ 前記視野絞り３８の開口４１を前記実
施形態に記載された矩形状以外の、例えば円形状あるい
は多角形状に変更してもよい。 ・ また、前記実施形態においては、ステップ・アンド
・リピート方式のステッパに具体化したが、本発明はレ
チクルＲとウェハＷとを同期移動してレチクルＲのパタ
ーンをウェハＷに露光するステップ・アンド・スキャン
方式の露光装置に具体化してもよい。

【００８１】・ また、前記実施形態においては、デバ
イス・パターンを用いて結像位置の検出または周期パタ
ーンのピッチ計測のためのパターン形成を行ったが、ス
テッパの動作状態検査用のテスト・レチクル・パターン
を用いて行ってもよい。

【００８２】・ また、前記パターン形成状態検出装置
２７を、露光機能を持たない、例えばウェハ検査装置等
に適用してもよい。この場合には、投影光学系２１が存
在しないため、照明光学系２８、集光対物レンズ２９及
び撮像素子３０を検査対象のウェハＷのほぼ上方に配置
してもよい。

【００８３】・ また、前記実施形態においては、半導
体素子製造用のステッパに具体化したが、液晶表示素
子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等製造用の露光装置に具
体化してもよい。

【００８４】これらのように構成しても、前記実施形態
と同様の効果を得ることができる。なお、前記実施形態
からは、以下に記載の技術的思想をも抽出することがで
きる。

【００８５】（１） 前記評価手段は、前記中点算出手
段において前記パターンに対応する複数の信号波形から
算出された前記２交点と中点とから二次関数によりなる
近似曲線を求め、その近似曲線の変曲点を最適結像位置
と決定する結像位置決定手段を含む請求項５に記載のパ
ターン形成状態検出装置。

【００８６】このように構成した場合、最適結像位置を
正確に検出することができる。 （２） 前記評価手段は、前記中点算出手段により算出
された各ピークの中点間の距離を算出する中点間距離算
出手段を含む請求項５又は前記（１）に記載のパターン
形成状態検出装置。

【００８７】このように構成した場合、各ピークの中点
間の距離は周期パターンのピッチに対応しており、同ピ
ッチを容易を求めることができる。 （３） 前記照明光学系は、前記パターンを斜め方向か
ら照明する請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記
載のパターン形成状態検出装置。

【００８８】このように構成した場合、前記パターンの
エッジ部分で発生する散乱光を精度よく検出することが
できる。 （４） 請求項１〜請求項５、前記（１）〜（３）のい
ずれか一項に記載のパターン形成状態検出装置の検出方
法において、基板上に所定の条件で形成されたパターン
を照明し、その照明に伴い前記パターンで反射した光束
を集光し、前記反射した光束を集光光学系の瞳位置で検
出装置により検出し、前記検出装置で検出された前記反
射した光束に含まれる散乱光の強度に基づいて前記パタ
ーンの形成状態を評価する検出方法。

【００８９】このように構成しても、前記請求項１の発
明とほぼ同様の効果を得ることができる。 （５） 請求項１〜請求項５、前記（１）〜（３）のい
ずれか一項に記載のパターン形成状態検出装置の検出方
法において、基板上の周期性のある周期パターンを照明
し、その照明に伴い前記周期パターンで反射した光束を
集光し、前記反射した光束を集光光学系の瞳位置で検出
装置により検出し、前記検出装置で検出された前記反射
した光束に含まれる複数の次数の回折光に基づいて前記
パターンの形成状態を評価する検出方法。

【００９０】このように構成しても、前記請求項２の発
明とほぼ同様の効果を得ることができる。

【００９１】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれば
以下の優れた効果を奏する。請求項１の発明によれば、
現像後のパターンに後処理を施したり、オペレータが直
接ＳＥＭ観察したりする必要がない。従って、パターン
の形成状態、特にデフォーカス状態の検出を、短時間で
容易にかつ精度よく行うことができる。また、優れた線
幅制御性を有するフォトレジストを用いたパターンであ
っても、パターンの前記デフォーカス状態の検出を、精
度よく行うことができる。

【００９２】請求項２の発明によれば、周期パターンの
形成状態、特にピッチの計測を短時間で、容易かつ正確
に行うことができる。請求項３の発明によれば、前記請
求項１または請求項２の発明の効果に加えて、散乱光の
強度分布及び複数の次数の回折光に基づく像の相対位置
の検出を容易かつ確実に行うことができる。

【００９３】請求項４の発明によれば、前記請求項３の
発明の効果に加えて、パターンのデフォーカス状態を容
易に数値化することができ、そのデータに基づいてより
正確な最適結像位置の検出を行うことができる。

【００９４】請求項５の発明によれば、前記請求項３ま
たは請求項４の発明の効果に加えて、撮像素子で得られ
た反射光の信号波形から、その各ピークの相対位置の変
化を容易かつ正確に求めることができる。従って、前記
周期パターンのピッチを容易に計測することができる。

【００９５】請求項６の発明によれば、投影光学系の結
像位置の検出及びマスク上のパターンピッチの設計値か
らのずれを、短時間で正確かつ容易に把握することがで
きる。

【００９６】請求項７の発明によれば、前記請求項６の
発明の効果に加えて、そのときの投影光学系の状態に応
じて、正確な結像位置への合わせ込みを行うことができ
る。また、マスクパターンの再描画の判断基準に使用で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の露光装置の一実施形態をパターン形
成状態検出装置を中心に示す構成図。

【図２】 パターン形成状態検出装置の概略を示す斜視
図。

【図３】 結像位置検出時におけるウェハの各ショット
領域の合わせ込み位置に関する説明図。

【図４】 最適結像位置で露光したパターンの断面図。

【図５】 （ａ）は撮像素子の受光面における図４のパ
ターンからの反射光の結像状態を示す説明図、（ｂ）は
（ａ）の光強度分布に関する信号波形を示す説明図。

【図６】 デフォーカス位置で露光したパターンの断面
図。

【図７】 （ａ）は撮像素子の受光面における図６のパ
ターンからの反射光の結像状態を示す説明図、（ｂ）は
（ａ）の光強度分布に関する信号波形を示す説明図。

【図８】 最適結像位置を求めるための近似曲線を示す
説明図。

【図９】 （ａ）は撮像素子の受光面における周期パタ
ーンからの反射光の結像状態を示す説明図、（ｂ）は
（ａ）の光強度分布に関する信号波形を示す説明図。

【図１０】 結像位置の検出及びピッチ計測のシーケン
スに関するフローチャート。

【符号の説明】 ２１…投影光学系、２８…照明光学系、２９…集光対物
レンズ、３０…撮像素子、４４…主制御系、４９ａ、４
９ｂ…パターン、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウェハ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に所定の条件で形成されたパター
   ンを照明する照明光学系と、 前記パターンで反射した光束を集光する集光光学系と、 前記反射した光束を前記集光光学系の瞳位置で検出する
   検出装置と、 前記検出装置の検出結果に基づいて前記パターンの形成
   状態を評価する評価手段とを備え、 前記評価手段は、前記反射した光束に含まれる散乱光の
   強度に基づいて、前記パターンの形成状態を評価するパ
   ターン形成状態検出装置。
2. 【請求項２】 基板上に形成された周期性のある周期パ
   ターンを照明する照明光学系と、 前記周期パターンで反射した光束を集光する集光光学系
   と、 前記反射した光束を前記集光光学系の瞳位置で検出する
   検出装置と、 前記検出装置の検出結果に基づいて前記周期パターンの
   形成状態を評価する評価手段とを備え、 前記評価手段は、前記反射した光束に含まれる前記周期
   パターンからの複数の次数の回折光に基づいて、前記周
   期パターンの形成状態を評価するパターン形成状態検出
   装置。
3. 【請求項３】 前記検出装置が撮像素子を有してなる請
   求項１または請求項２に記載のパターン形成状態検出装
   置。
4. 【請求項４】 前記評価手段は、前記撮像素子の検出信
   号に基づいて、前記反射した光束の強度分布に関する信
   号波形を算出する信号波形算出手段と、その信号波形の
   １つまたは複数のピークを所定の位置でスライスするス
   ライス手段を備え、前記スライス手段によりスライスさ
   れた前記ピーク毎における信号波形とスライス線との２
   交点間の距離を算出するピーク幅算出手段を含む請求項
   ３に記載のパターン形成状態検出装置。
5. 【請求項５】 前記評価手段は、前記撮像素子の検出信
   号に基づいて、前記反射した光束の強度分布に関する信
   号波形を算出する信号波形算出手段と、その信号波形の
   １つまたは複数のピークを所定の位置でスライスするス
   ライス手段を備え、前記スライス手段によりスライスさ
   れた前記ピーク毎における信号波形とスライス線との２
   交点間の中点の位置を算出する中点算出手段を含む請求
   項３又は請求項４に記載のパターン形成状態検出装置。
6. 【請求項６】 マスクのパターンを投影光学系により基
   板に露光する露光装置において、 請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載のパター
   ン形成状態検出装置を備えた露光装置。
7. 【請求項７】 前記パターン形成状態検出装置の検出結
   果に基づいて、前記投影光学系の結像状態を調整する請
   求項６に記載の露光装置。