JPWO2006016584A1 - 光学特性計測装置及び光学特性計測方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

光学特性計測装置（９０）には、照明光を通過させるための開口部（９７）と、波面収差を計測するためのマイクロレンズアレイ（９８）と、照明光の偏光状態を計測するための偏光検出系（９９）を選択的に、照明光の光路上に配置する光学系ユニット（９３）が設けられているので、照明光学系の照明形状や大きさ、投影光学系の波面収差、照明光の偏光状態を合わせて計測することができる。そのため、例えば、変形照明の一種である偏光照明により露光を行う場合にも、その計測結果に基づいて各種光学系を調整すれば、高精度な露光を実現することができる。

Description

本発明は、光学特性計測装置及び光学特性計測方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置及び光学特性計測方法、該光学特性計測装置を備える露光装置及び前記光学特性計測方法を用いる露光方法、並びに該露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。

従来より、半導体素子（集積回路）、液晶表示素子等の電子デバイスを製造するリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターンの像を、投影光学系を介して、レジスト（感光剤）が塗布されたウエハ又はガラスプレート等感光性の基板（以下、「基板」又は「ウエハ」と呼ぶ）上の各ショット領域に転写する投影露光装置が使用されている。この種の投影露光装置としては、従来、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）が多用されていたが、最近ではレチクルとウエハとを同期走査しつつ露光を行うステップ・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）も注目されている。

かかる投影露光装置においては、半導体素子等の高集積化に伴い、より微細なパターンを高解像度で転写することが要求されている。これを実現する方法として、照明光のレチクルへの入射角度を所定の角度に設定して解像力を向上させる輪帯照明、２極照明及び４極照明などのいわゆる超解像技術が実用化されている。

また、レチクル上のパターンの配列方向に応じて照明光の偏光状態を最適化して、解像度及び焦点深度を向上する試みも提案されている。この方法は、直線偏光の照明光の偏光方向を、パターンの周期方向に直交する方向（パターンの長手方向と平行な方向）とすることにより、転写像のコントラスト等を向上させるものである（例えば、非特許文献１）。

また、その他の方法として、輪帯照明において、照明光学系の瞳面内の照明光が分布する領域における照明光の偏光方向を、光軸を中心とする円の円周方向と合致させ、投影像の解像度やコントラスト等を向上させようとする試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。

このように、照明光の偏光状態を最適化して、投影像の解像度やコントラスト等を向上させる場合、照明光の偏光状態を確認することが望ましい。この場合、照明光学系の瞳面の共役な面で照明光の偏光状態を計測する手法が考えられるが、この手法では、照明の大きさ、形状及び位置など、照明光学系及び投影光学系の種々の光学特性を計測する必要があり、それらの包括的な計測手法の提案が望まれている。

また、照明光学系の瞳面内の異なる位置で照明光の偏光方向が異なるように設定した場合には、投影光学系の一部を構成する光学素子の異方性などにより照明光の進行速度が、その偏光方向に応じて異なるようになる。したがって、同一の投影光学系を介した照明光であっても、その照明光の偏光方向に応じて、その投影光学系を介した照明光の波面が異なるようになる。このように、照明光学系及び投影光学系の種々の光学特性は、完全に独立ではないものもあるため、これらの依存性を考慮した光学特性の計測方法を提供することが望まれている。

Thimothy A.Brunner, et al.："High NA Lithographic imaging at Brewster's angel",SPIE（米国）Vol.4691,pp.1-24(2002) 特開平６−５３１２０号公報

本発明は、上記事情の下になされたもので、第１の観点からすると、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、前記被検光学系を介した光が入射する入射光学系と；前記被検光学系の光学特性のうち、第１の光学特性を計測するために、前記入射光学系に入射した前記光を第１計測光に変換する第１の光学系と、前記被検光学系の光学特性のうち、第２の光学特性を計測するために、前記入射光学系に入射した前記光を第２計測光に変換する第２の光学系とを有する光学ユニットと；前記第１計測光及び前記第２計測光の少なくとも一方を受光する受光器と；を備える第１の光学特性計測装置である。

これによれば、第１計測光及び前記第２計測光の少なくとも一方を受光する受光器での受光結果から、第１、第２の光学特性を個別又は並行して計測することが可能となる。また、第１、第２の光学特性を計測するための受光器を共通化することができるので、装置構成を小型化、軽量化することができる。

本発明は、第２の観点からすると、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、前記被検光学系を介した光の偏光状態を計測する偏光計測器と；前記被検光学系の光学特性のうち、少なくとも１つの光学特性を計測する光学特性計測器と；を備える第２の光学特性計測装置である。

これによれば、被検光学系を介した光の偏光状態と、被検光学系の光学特性のうち、少なくとも１つの光学特性とを計測することが可能になる。

本発明は、第３の観点からすると、所定のパターンの像を感光物体上に投影する露光装置であって、前記所定のパターンを照明光で照明する照明光学系と；前記所定のパターンを介した前記照明光を前記感光物体上に投射する投影光学系と；本発明の第１及び第２の光学特性計測装置のいずれかを備えるステージと；前記光学特性計測装置の計測結果に基づいて、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を調整する調整機構と；を備える露光装置である。

これによれば、本発明の第１、第２の光学特性計測装置のいずれかの計測の結果を用いて、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を調整する調整機構を備えているので、その光学特性を精度良く調整することができ、結果的に高精度な露光を実現することができる。

本発明は、第４の観点からすると、被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法であって、前記被検光学系の光学特性のうち、第１の光学特性を計測する第１工程と；前記計測の結果に基づいて、前記被検光学系の第１の光学特性を調整する第２工程と；前記被検光学系の前記第１の光学特性を調整した後に、前記被検光学系の光学特性のうち、第２の光学特性を計測する第３工程と；を含む光学特性計測方法である。

これによれば、第１工程において、被検光学系の第１の光学特性を計測し、第２工程において、その計測の結果に基づいて第１の光学特性を調整した後に、第３工程において、第１の光学特性に応じて変化する第２の光学特性を計測する。このようにすれば、第２の光学特性が、第１の光学特性に依存するものであっても、第１の光学特性の調整後に第２の光学特性を精度良く計測することができる。

本発明は、第５の観点からすると、所定のパターンを照明光で照明する照明光学系と、前記所定のパターンを介した前記照明光を感光物体上に投射する投影光学系との少なくとも一方を被検光学系とし、本発明の光学特性計測方法を用いて、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を計測する計測工程と；前記計測の結果を用いて、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を調整する調整工程と；前記調整後に、前記所定のパターンの像で前記感光物体上を露光する露光工程と；を含む露光方法である。

これによれば、本発明の光学特性方法を用いて、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を計測し、その計測の結果を用いて、照明光学系及び投影光学系の少なくとも一方の光学特性を調整した後に、所定のパターンの像で感光物体上を露光するので、高精度な露光を実現することができる。

また、リソグラフィ工程において、本発明の露光方法により感光物体上にパターンを形成することにより、微細なパターンを精度良く感光物体上に形成することができ、これにより、より高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができる。従って、本発明の更に別の観点からすると、本発明の露光方法を用いるデバイス製造方法であるとも言える。

本発明の一実施形態の露光装置１００の概略的な構成を示す図である。 偏光変換ユニットの平面図である。 輪帯照明での偏光変換部材における基準方向を示す図である。 輪帯照明での偏光変換部材によって変換される光の偏光方向を示す図である。 ４重極照明での偏光変換部材における基準方向を示す図である。 ４重極照明での偏光変換部材によって変換される光の偏光方向を示す図である。 照明系絞り板の平面図である。 光学特性計測装置の構成を示す図である。 偏光検出系の構成を示す図である。 偏光照明の原理を説明するための図である。 露光動作時の主制御装置２０の処理を示すフローチャートである。 光学特性の計測処理を示すフローチャート（その１）である。 光学特性の計測処理を示すフローチャート（その２）である。 光学特性の計測処理を示すフローチャート（その３）である。 計測用レチクルの一例を示す図である。 瞳像を計測する際の光学配置を示す図である。 波面収差を計測する際の光学配置を示す図である。 偏光状態を計測したときの計測結果の一例を示す図である。 瞳像の撮像結果の一例を示す図である。 光学特性計測装置の変形例の構成を示す図である。 液浸型の露光装置に本発明を適用した場合の光学特性計測装置の構成の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図１６に基づいて説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る光学特性計測方法の実施に好適な露光装置１００の全体構成が概略的に示されている。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。

図１に示されるように、露光装置１００は、光源１及び照明光学系１２を含む照明系、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴ及び装置全体を統括制御する主制御装置２０等を備えている。

前記光源１としては、ここでは、ＡｒＦ（アルゴンフッ素）エキシマレーザ光源（出力波長１９３ｎｍ）が用いられている。光源１では、狭帯化及び波長選択の少なくとも一方により直線偏光光を主成分とするレーザ光（照明光）が生成され出力される。

前記光源１は、実際には、照明光学系１２、レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、及びウエハステージＷＳＴ等が収納されたチャンバ（不図示）が設置されたクリーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルームに設置されており、そのチャンバにビームマッチングユニット（ＢＭＵ）と呼ばれる光軸調整用光学系を少なくとも一部に含む不図示の送光光学系を介して接続されている。この光源１は、主制御装置２０からの制御情報に基づいて、内部のコントローラにより、レーザビームＬＢの出力のオン・オフ、レーザビームＬＢの１パルスあたりのエネルギ、発振周波数（繰り返し周波数）、中心波長及びスペクトル半値幅などが制御される。

前記照明光学系１２は、シリンダレンズ、ビームエキスパンダ、偏光制御ユニット２、ズーム光学系、回折光学素子ユニット、偏光変換ユニット３、並びにオプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）５、照明系開口絞り板６、第１リレーレンズ８Ａ、第２リレーレンズ８Ｂ、固定レチクルブラインド９Ａ及び可動レチクルブラインド９Ｂ、光路折り曲げ用のミラーＭ及びコンデンサレンズ１０等を備えている。このうち、図１では、シリンダレンズ、ビームエキスパンダ、ズーム光学系及び回折光学素子ユニットについては図示が省略されている。ここで、オプティカルインテグレータ５としては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）あるいは回折光学素子などを用いることができるが、本実施形態では、フライアイレンズが用いられているので、以下では、「フライアイレンズ５」とも記述する。

照明光学系１２は、不図示の光透過窓を介して上述の送光光学系に接続されている。光源１でパルス発光され、光透過窓を介して入射したレーザビームＬＢは、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダを用いて、その断面形状が整形される。

前記偏光制御ユニット２は、例えば照明光学系１２の光軸（投影光学系の光軸ＡＸに一致するものとする）に一致する回転軸を中心に回転可能な１／２波長板を備えている。上記整形されたレーザビームＬＢは、この１／２波長板に入射すると、進相軸方向成分の位相が、進相軸方向に直交する方向の成分に対して１／２波長進むようになるので、その偏光方向が変化する。その変化は、入射するレーザビームＬＢの偏光方向と、１／２波長板の進相軸とのそれぞれの回転位置によって定まるので、偏光制御ユニット２では、この１／２波長板の回転位置を調整することにより、射出されるレーザビームＬＢの偏光方向を制御することが可能となる。１／２波長板の回転位置は、主制御装置２０の指示の下、不図示の駆動装置の駆動により行われる。

なお、光源１から発せられるレーザビームＬＢが楕円偏光である場合、偏光制御ユニット２には、上記１／２波長板に加え、照明光学系１２の光軸ＡＸに一致する回転軸を中心に回転可能な１／４波長板を備えるようにしてもよい。この場合、楕円偏光のレーザビームは、１／４波長板によって直線偏光に変換された上で、１／２波長板により、その偏光方向が調整されることになる。また、偏光制御ユニット２では、レーザビームＬＢの偏光性を解消する素子を、レーザビームＬＢの光路上に挿脱可能に配置することもできる。これにより、露光装置１００では、レチクルＲを照明するに際し、ランダム偏光照明も可能となる。

偏光制御ユニット２においてその偏光方向が調整されたレーザビームＬＢは、凹レンズと凸レンズとの組合せから成る不図示のズーム光学系を経て、不図示の回折光学素子ユニットに入射する。この回折光学素子ユニットには、回折光の回折角及び方向が異なる位相型の回折光学素子がターレット状の部材に複数配列されている。この複数の回折光学素子のうちいずれか１つの回折光学素子が、主制御装置２０の指示の下、選択的にレーザビームの光路上に配置されるようになる。レーザビームＬＢの光路上に配置する回折光学素子を切り換えることにより、レーザビームＬＢの断面形状を所望の形状とすることができるようになっている。通常は、エネルギ効率の観点から、後述する照明系開口絞り６において選択される絞りの形状に応じて、光路上に配置する回折光学素子が決定される。このようにすれば、レーザビームＬＢは、照明系開口絞り３の開口部に大部分が集光することとなり、エネルギ効率の点で有利である。

光路上に配置された回折光学素子で断面形状が規定されたレーザビームＬＢは、偏光変換ユニット３に入射する。図２には、偏光変換ユニット３の平面図が示されている。図２に示されるように、偏光変換ユニット３には、偏光変換部材３Ａ、３Ｂ、開口部材３Ｃ及び開口部３Ｄがほぼ等角度間隔で配置されている。図２では、遮光部分が斜線で示されている。偏光変換ユニット３は、主制御装置２０からの制御信号により制御されるモータ等の駆動装置４の駆動で回転され、偏光変換部材３Ａ、３Ｂ、開口部材３Ｃ及び開口部３ＤのいずれかがレーザビームＬＢの光路上に選択的に配置される。偏光変換部材３Ａ、３Ｂ、開口部材３Ｃ及び開口部３Ｄのいずれを光路上に配置するかは、後述する照明系開口絞り板において光路上に配置される絞りに応じて決まる。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）には、偏光変換ユニット３に配置された偏光変換部材３Ａの一例が示されている。この偏光変換部材３Ａは、後述する照明系開口絞り板６の後述する輪帯照明絞りが光路上に配置されたときに、主制御装置２０の指示の下、レーザビームＬＢの光路上に配置される部材である。この偏光変換部材３Ａは、一軸結晶等の複屈折材料からなる１／２波長板３Ａａ，３Ａｂ，３Ａｃ，３Ａｄ，３Ａｅ，３Ａｆ，３Ａｇ，３Ａｈである。これらは図３（Ａ）に示されるように、照明光学系１２の光軸ＡＸを中心として、その周囲にそれぞれ隣接して配置される。これらの１／２波長板３Ａａ〜３Ａｈは、レーザビームＬＢの光路外に配置された保持部材により保持されている。

１／２波長板３Ａａ〜３Ａｈにおいて、その方向に平行な直線偏光光の位相を、その方向に垂直な直線偏光光の位相に対して半波長ずらしめる方向を「基準方向」とする。図３（Ａ）では、この基準方向が白抜き矢印で示されている。図３（Ａ）に示されるように、１／２波長板３Ａａ〜３Ａｈでは、基準方向がそれぞれ異なる方向となっている。ここで、レーザビームＬＢが、Ｘ軸方向に偏光方向を有する直線偏光（これを「Ｈ偏光」と呼ぶ）であったとする。この場合、１／２波長板３Ａａ〜３Ａｈで変換されるレーザビームＬＢの偏光方向は、図３（Ｂ）に示されるようになる。すなわち、レーザビームＬＢの偏光方向は、偏光変換部材３Ａにより、光軸ＡＸを中心とする円の円周方向（接線方向）に変換される。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）には、偏光変換ユニット３に配置された偏光変換部材３Ｂが示されている。この偏光変換部材３Ｂは、後述する照明系開口絞り板６の４極照明絞りが光路上に配置されたときに、主制御装置２０の指示の下、その光路上に配置される。この偏光変換部材３Ｂは、一軸結晶等の複屈折材料からなる１／２波長板３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃ，３Ｂｄを備えている。これらは図４（Ａ）に示されるように、照明光学系１２の光軸ＡＸを中心として、その周囲に所定の間隔で配置される。これらの１／２波長板３Ｂａ〜３Ｂｄは、斜線で示される遮光部材により保持されている。

図４（Ａ）では、１／２波長板３Ｂａ〜３Ｂｄにおける基準方向が示されている。ここで、レーザビームＬＢが、Ｈ偏光（偏光方向がＸ軸方向である直線偏光）であったとすると、１／２波長板３Ｂａ〜３Ｂｄで変換されるレーザビームＬＢの偏光方向は、図４（Ｂ）に示されるようになる。すなわち、レーザビームＬＢの偏光方向は、偏光変換部材３Ｂにより、光軸ＡＸを中心とする円の円周方向（接線方向）となるように変換される。

図２に戻り、開口部材３Ｃは、後述する照明系開口絞り板６の後述する２極照明絞りに対応する２つの開口部を有しており、その２極照明絞りが照明光ＩＬの光路上に配置された場合に、主制御装置２０の指示の下、レーザビームＬＢの光路上に配置される。また、開口部３Ｄは、後述する照明系開口絞り板６の後述する通常照明絞りに対応する比較的大きな円形の開口部を有しており、その通常照明絞りが照明光ＩＬの光路上に配置された場合に、主制御装置２０の指示の下、レーザビームＬＢの光路上に配置される。

図１に戻り、偏光変換ユニット３から射出されたレーザビームＬＢは、フライアイレンズ５に入射する。このフライアイレンズ５は、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために、このレーザビームＬＢの入射により、その射出側焦点面（照明光学系１２の瞳面とほぼ一致）に多数の点光源（光源像）から成る面光源を形成する。この２次光源から射出されるレーザビームを、以下では「照明光ＩＬ」と呼ぶものとする。

フライアイレンズ５の射出側焦点面の近傍に、円板状部材から成る照明系開口絞り板６が配置されている。この照明系開口絞り板６には、図５に示されるように、ほぼ等角度間隔で、例えば輪帯照明用の輪帯状の開口絞り（輪帯照明絞り６Ａ）、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り（４極照明絞り６Ｂ，２極照明絞り６Ｃ）、通常の円形開口より成る開口絞り（通常照明絞り６Ｄ）等が配置されている。

この照明系開口絞り板６は、図１に示される主制御装置２０からの制御信号により制御されるモータ等の駆動装置７の駆動で回転され、いずれかの開口絞りが照明光ＩＬの光路上に選択的に設定され、これにより瞳面における２次光源の形状や大きさ（照明光の光量分布）が、輪帯、大円形、あるいは四つ目等に制限される。なお、本実施形態では、照明系開口絞り板６を用いて、照明光学系１２の瞳面上での照明光ＩＬの光量分布（２次光源の形状や大きさ）、すなわちレチクルＲの照明条件を変更するものとしたが、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）５の入射面上での照明光の強度分布あるいは照明光の入射角度を可変として、前述の照明条件の変更に伴う光量損失を最小限に抑えることが好ましい。このために、照明系開口絞り板６の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系１２の光路上に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光学系１２の光軸に沿って移動可能な少なくとも１つのプリズム（円錐プリズムや多面体プリズムなど）、及びズーム光学系の少なくとも１つを含む光学ユニットを、光源１とオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）５との間に配置する構成を採用することができる。

図１に戻り、照明系開口絞り板６から出た照明光ＩＬの光路上に、固定レチクルブラインド９Ａ、可動レチクルブラインド９Ｂを介在させて第１リレーレンズ８Ａ及び第２リレーレンズ８Ｂから成るリレー光学系が配置されている。

固定レチクルブラインド９Ａは、レチクルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置され、レチクルＲ上の照明領域を規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レチクルブラインド９Ａの近傍（レチクルＲのパターン面に対する共役面）に走査方向（ここではＹ軸方向とする）及び非走査方向（Ｘ軸方向となる）にそれぞれ対応する方向の位置及び幅が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド９Ｂが配置されている。走査露光の開始時及び終了時には、主制御装置２０の制御により、その可動レチクルブラインド９Ｂを介してレチクルＲ上の照明領域をさらに制限することによって、不要な露光が防止されるようになっている。

リレー光学系を構成する第２リレーレンズ８Ｂ後方の照明光ＩＬの光路上には、当該第２リレーレンズ８Ｂを通過した照明光ＩＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラーＭが配置され、このミラーＭ後方の照明光ＩＬの光路上にコンデンサレンズ１０が配置されている。

以上の構成において、フライアイレンズ５の入射面、可動レチクルブラインド８Ｂの配置面及びレチクルＲのパターン面は光学的に互いに共役に設定され、不図示の回折光学素子ユニットの回折光学素子、偏光変換ユニット３の偏光変換部材、フライアイレンズ５の射出側焦点面（照明光学系１２の瞳面）、投影光学系ＰＬの瞳面は光学的に互いに共役となるように設定されている。また、レチクルＲのパターン面と、投影光学系ＰＬの瞳面とは、フーリエ変換の関係を有する。

このようにして構成された照明光学系１２の作用を簡単に説明すると、光源１からパルス発光されたレーザビームＬＢは、断面形状が整形されつつ、偏光制御ユニット２及び偏光変換ユニット３により、その断面内における偏光方向が所望の方向に規定された状態で、フライアイレンズ５に入射する。これにより、フライアイレンズ５の射出側焦点面に前述した２次光源が形成される。

上記の２次光源から射出された照明光ＩＬは、照明系開口絞り板６上のいずれかの開口絞りを通過し、第１リレーレンズ８Ａを経て固定レチクルブラインド９Ａ、可動レチクルブラインド９Ｂの矩形開口を通過する。そして、第２リレーレンズ８Ｂを通過してミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられ、コンデンサレンズ１０を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域を均一な照度分布で照明する。

前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リニアモータ等から成る不図示のレチクルステージ駆動系によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向（Ｙ軸方向）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、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報（又は速度情報）は、主制御装置２０に送られ、主制御装置２０ではその位置情報（又は速度情報）に基づいてレチクルステージ駆動系（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを移動させる。

前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬは、例えば、両側テレセントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する不図示の複数のレンズエレメントを含む。また、この投影光学系ＰＬとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／６などのものが使用されている。このため、上述のようにして、照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域が照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小された像（部分倒立像）が、表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域に投影される。

なお、本実施形態では、上記の複数のレンズエレメントのうち、特定のレンズエレメント（例えば、所定の５つのレンズエレメント）がそれぞれ独立に移動可能となっている。かかる特定のレンズエレメントの移動は、特定のレンズエレメント毎に設けられた３個のピエゾ素子等の駆動素子によって行われる。すなわち、これらの駆動素子を個別に駆動することにより、特定のレンズエレメントを、それぞれ独立に、各駆動素子の変位量に応じて光軸ＡＸに沿って平行移動させることもできるし、光軸ＡＸと垂直な平面に対して所望の傾斜を与えることもできるようになっている。本実施形態では、上記の駆動素子を駆動するための駆動指示信号は、主制御装置２０からの指令に基づいて結像特性補正コントローラ５１によって出力され、これによって各駆動素子の変位量が制御されるようになっている。

上述のようにして構成された投影光学系ＰＬでは、主制御装置２０による結像特性補正コントローラ５１を介したレンズエレメントの移動制御により、ディストーション、像面湾曲、非点収差、コマ収差、あるいは球面収差等の諸収差（光学特性の一種）が調整可能となっている。

前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置され、その上面にウエハホルダ２５が載置されている。このウエハホルダ２５上にウエハＷが例えば真空吸着等によって固定されている。

ウエハステージＷＳＴは、モータ等を含むウエハステージ駆動系２４により走査方向（Ｙ軸方向）及び走査方向に垂直な非走査方向（Ｘ軸方向）に駆動される。そして、このウエハステージＷＳＴによって、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光するためにウエハＷをレチクルＲに対して相対走査する動作と、次のショットの露光のための走査開始位置（加速開始位置）まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作が実行される。

ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は、ウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１８によって、移動鏡１７を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は、主制御装置２０に送られ、主制御装置２０ではその位置情報（又は速度情報）に基づきウエハステージ駆動系２４を介してウエハステージＷＳＴの駆動制御を行う。

また、ウエハステージＷＳＴは、ウエハステージ駆動系２４によりＺ軸方向、θｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向：ピッチング方向）、θｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向：ローリング方向）及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向：ヨーイング方向）にも微小駆動される。また、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ側には、後述する光学特性計測装置９０が設けられている。

前記投影光学系ＰＬの側面には、アライメント検出系ＡＳが配置されている。本実施形態では、ウエハＷ上に形成されたストリートラインや位置検出用マーク（ファインアライメントマーク）を観測する結像式アライメントセンサがアライメント検出系ＡＳとして用いられている。このアライメント検出系ＡＳの詳細な構成は、例えば、特開平９−２１９３５４号公報及びこれに対応する米国特許第５，８５９，７０７号などに開示されている。アライメント検出系ＡＳによる観測結果は、主制御装置２０に供給される。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

更に、図１の装置には、ウエハＷ表面の露光領域内部及びその近傍の領域のＺ軸方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出するための斜入射方式のフォーカス検出系（焦点検出系）の１つである、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）が設けられている。この多点フォーカス位置検出系（２１，２２）の詳細な構成等については、例えば、特開平６−２８３４０３号公報及びこれに対応する米国特許第５，４４８，３３２号等に開示されている。多点フォーカス位置検出系（２１，２２）による検出結果は、主制御装置２０に供給される。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

次に、ウエハステージＷＳＴに設けられた光学特性計測装置９０について説明する。図６には、図１に示される光学特性計測装置９０の筐体の上面あるいは内部に配置された構成要素が模式的に示されている。図６に示されるように、光学特性計測装置９０は、標示板９１と、コリメータ光学系９２と、光学系ユニット９３と、受光器９５とを備えている。

前記標示板９１は、ウエハステージＷＳＴ上に保持されたウエハＷの表面と同じ高さ位置（Ｚ軸方向位置）に、光軸ＡＸと直交するように配置されている（図１参照）。この標示板９１の表面には、クロム等の金属の蒸着により反射膜を兼ねる遮光膜が形成されており、その遮光膜の中央部に、円形の開口９１ａが形成されている。この遮光膜によって投影光学系ＰＬの波面収差の計測の際にコリメータ光学系９２に対する不要な光の入射を遮ることができる。また、遮光膜の開口９１ａの周辺には、該開口９１ａとの位置関係が設計上既知の３組以上（図６では、４組）の２次元位置検出用マーク９１ｂが形成されている。この２次元位置検出用マーク９１ｂとしては、本実施形態では、十字マークが採用されている。この十字マークは、上述のアライメント検出系ＡＳによって検出可能となっている。

前記コリメータ光学系９２は、標示板９１の下方に配置されている。標示板９１の開口９１ａを介した照明光ＩＬは、コリメータ光学系９２により鉛直下向きの平行光に変換される。

前記光学系ユニット９３には、開口部９７と、マイクロレンズアレイ９８と、偏光検出系９９とが所定の回転軸を中心に、所定の角度間隔で配置されている。この回転軸の回転により、開口部９７と、マイクロレンズアレイ９８と、偏光検出系９９のいずれかを、コリメータ光学系９２を介した光の光路上（光軸ＡＸ１に対応する位置）に、選択的に配置可能となっている。この回転軸の回転は、主制御装置２０の指示の下、不図示の駆動装置によって行われる。

前記開口部９７は、コリメータ光学系９２から射出された平行光をそのまま通過させる。この開口部９７を照明光ＩＬの光路上に配置することにより、受光器９５では、瞳像を計測することが可能となる。ここで、瞳像とは、後述するピンホールパターンを介して投影光学系ＰＬに入射する光によって投影光学系ＰＬの瞳面に形成される光源像を指す。なお、開口部９７に、平行光をそのまま透過させる透過部材を備えるようにしてもよい。

前記マイクロレンズアレイ９８は、複数の小さなレンズ（マイクロレンズ）が光路に対して直交する面内にアレイ状に配置されて構成されている。これを更に詳述すると、マイクロレンズアレイ９８は、一辺の長さが等しい正方形状の多数のマイクロレンズがマトリクス状に稠密に配列されたものである。なお、マイクロレンズアレイ９８は、平行平面ガラス板にエッチング処理を施すことにより作製される。マイクロレンズアレイ９８では、マイクロレンズ毎に、標示板９１の開口９１ａに形成された後述するピンホールパターンを介した像の結像光束を射出する。

図７には、前記偏光検出系９９の光学的な構成が模式的に示されている。図７に示されるように、偏光検出系９９は、１／４波長板９９Ａと、偏光ビームスプリッタ９９Ｂとを備えている。なお、この偏光ビームスプリッタ９９Ｂは、本来、光束を偏光方向に応じて２光束に分岐させるためのものであるが、ここでは、特定方向の偏光成分のみを通過させる偏光スリット板として作用するので、図７ではそのように図示している。図７では、１／４波長板９９Ａと、偏光ビームスプリッタ９９Ｂとは、同一直線上にある回転軸を中心に回転可能に設置されている。それらの回転位置は、主制御装置２０の指示の下、不図示の駆動装置の駆動により、制御可能となっている。したがって、１／４波長板９９Ａと、偏光ビームスプリッタ９９Ｂとは、主制御装置２０により、その相対的な回転位置を調整することができるようになっている。コリメータ光学系９２から射出された平行光は、１／４波長板９９Ａ及び偏光ビームスプリッタ９９Ｂを通過する。

前記受光器９５は、２次元ＣＣＤ等から成る受光素子（以下、「ＣＣＤ」と呼ぶ）９５ａと、例えば電荷転送制御回路等の電気回路９５ｂ等から構成されている。ＣＣＤ９５ａは、コリメータ光学系９２に入射し、マイクロレンズアレイ９８から射出される光束のすべてを受光するのに十分な面積を有している。また、ＣＣＤ９５ａは、開口９１ａに形成される後述するピンホールパターンの像がマイクロレンズアレイ９８の各マイクロレンズによって再結像される結像面であって、開口部９１ａの形成面の光学的な共役面に受光面を有している。また、この受光面は、開口部９７が、上記の光路上に配置されている状態では、投影光学系ＰＬの瞳面の共役面から少しだけずれた面に位置する。

主制御装置２０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）等の内部メモリ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）を含み、内部メモリ（ＲＡＭ）にロードされたプログラムをこのＣＰＵが実行することにより、露光装置１００の統括制御が実現される。

ここで、露光装置１００において可能な偏光照明の原理について図８を参照して簡単に説明する。図８では、照明光学系１２の瞳面とレチクルＲとの関係が模式的に示されている。照明光学系１２のその他の構成要素等は、その図示が省略されている。また、レチクルＲ上には、Ｘ軸方向に周期性を有するライン・アンド・スペース・パターン（以下、「Ｌ／Ｓパターン」と呼ぶ）と、Ｙ軸方向に周期性を有するＬ／Ｓパターンとが形成されているものとする。

図８においては、主制御装置２０の指示の下、照明系開口絞り６の輪帯照明絞り６Ａが照明光ＩＬの光路上に配置されている状態となっている。また、偏光制御ユニット２により、レーザビームＬＢの偏光方向がＨ偏光（Ｘ軸方向を偏光方向とする偏光）として設定され、偏光変換ユニット３の偏光変換部材３ＡがレーザビームＬＢの光路上に配置されているものとする。これにより、輪帯照明絞り６Ａを通過する照明光ＩＬの偏光方向は、図８に示されるように、光軸ＡＸを中心とする円の円周方向となるように規定される。これにより、照明光ＩＬは、入射角φを中心とする所定の角度だけ傾いてレチクルＲに入射するようになる。この入射角φの正弦の値は、照明光学系１２の光軸ＡＸからの輪帯の開口部（以下、「輪帯領域」とする）の中心位置の距離に比例する。

照明光ＩＬが、照明光学系の瞳面上で、輪帯領域の円周方向に概ね平行な直線偏光光である場合、図８に示されるように、照明光ＩＬは、レチクルＲに対してＳ偏光となる。ここで、Ｓ偏光とは、光学一般で定義されるＳ偏光と同義であり、照明光ＩＬの進行方向と、レチクルＲに対する法線とを含む面に対して偏光方向が垂直である偏光のことをいう。このような入射方位（入射角φ及び偏光状態）で、レチクルＲを照明すると、投影光学系ＰＬを介して投影されるＬ／Ｓパターンの像のコントラスト等を向上させることが可能となる。なお、この理由については特開平６−５３１２０号公報、国際公開第２００４／０５１７１７号パンフレット及びこれに対応する米国特許出願第１１／１４０，１０３号などに開示されている。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記パンフレット及び対応米国特許出願における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

また、本実施形態では、照明系開口絞り板６の４極照明絞り６Ｂ及び偏光変換ユニット３の偏光変換部材３Ｂが光軸ＡＸ上に配置されている場合でも、照明光ＩＬの偏光状態が、図４（Ｂ）に示されるように、光軸ＡＸを中心とする円の円周方向となっているため、照明光ＩＬの偏光状態をレチクルＲの面に対しＳ偏光とすることができ、像面上のパターン像のコントラストを向上させることができる。

次に、本実施形態の露光装置１００による露光動作を、主制御装置２０の処理アルゴリズムを簡略化して示す図９〜図１２のフローチャートに沿って、適宜他の図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、ウエハＷ上への１層目の露光がすでに終了しており、２層目以降の露光を行うものとして説明する。なお、光学特性計測装置９０内部の光学系の収差は、無視できるレベルであるものとする。

図９に示されるように、まず、ステップ１０２において、光学特性の計測のサブルーチンの処理を行う。このサブルーチン１０２では、まず、図１０のステップ１２２において、光学特性の計測を行うための照明条件を設定する。具体的には、主制御装置２０は、偏光制御ユニット２において、レーザビームＬＢの偏光をＨ偏光に設定し、駆動装置７を駆動して、照明系開口絞り６を回転させ、通常照明絞り６Ｄを照明光ＩＬの光路上に配置させるとともに、駆動装置４を駆動して、偏光変換ユニット３を回転させ、開口部３ＤをレーザビームＬＢの光路上に配置させる。これにより、露光装置１００による通常開口絞りによるレチクルＲの照明が可能となる。この場合、投影光学系ＰＬの瞳面内に形成される瞳像の形状は円形となる。

次に、ステップ１２４において、不図示のレチクルローダを用いて、図１３に示される計測用レチクルＲＴをレチクルステージＲＳＴにロードするとともに、所定の準備作業を行う。

計測用レチクルＲＴには、図１３に示されるように、複数個（図１３では、３×１１＝３３のピンホールパターンＰＨ_n（ｎ＝１〜３３））が、レチクルステージＲＳＴにロードされた状態で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向をそれぞれ行方向及び列方向としてマトリクス状に配置されている。なお、ピンホールパターンＰＨ₁〜ＰＨ₃₃は、図１３において点線で示されるスリット状の照明領域の大きさの領域内に形成されている。

ここで、上記の所定の準備作業としては、計測用レチクルＲＴの投影光学系ＰＬに対する相対位置の検出、アライメント検出系ＡＳのベースラインの計測などが行われる。すなわち、不図示のレチクルアライメント系を用いて、ウエハステージＷＳＴ上の不図示の基準マーク板上に形成された一対の第１基準マークと、これに対応する計測用レチクルＲＴ上のレチクルアライメントマークの投影光学系ＰＬを介した像との位置関係の検出を行う。この位置関係の検出は、計測用レチクルＲＴ上の図１３中に点線で示される領域が、前述した照明領域とほぼ一致する位置に、レチクルステージＲＳＴを移動させた状態で行われる。次いで、ウエハステージＷＳＴを所定距離だけＸＹ面内で移動させて、アライメント検出系ＡＳの検出中心に対する位置関係を検出し、上記２つの位置関係とそれぞれの位置関係検出時の干渉計１６，１８の計測値とに基づいてアライメント検出系ＡＳのベースラインを計測する。

次のステップ１２６では、光学特性計測装置９０の光学系ユニット９３を回転させて、マイクロレンズアレイ９８を、光軸ＡＸ１上に配置する。

次のステップ１２８では、ウエハステージＷＳＴに装着された光学特性計測装置９０とウエハステージＷＳＴとの位置関係の計測を行う。具体的には、ウエハステージＷＳＴを順次移動してアライメント検出系ＡＳを用いて光学特性計測装置９０の標示板９１上の少なくとも２つの２次元位置マーク９１ｂそれぞれのウエハステージ座標系上における位置の検出を行い、その位置の検出結果に基づいて、例えば最小二乗法などの所定の統計演算により光学特性計測装置９０の標示板９１の開口９１ａとウエハステージＷＳＴとの位置関係を正確に求める。

この結果、ウエハ干渉計１８から出力される位置情報（速度情報）に基づいて、開口９１ａのＸＹ位置を正確に検出することができ、かつ、このＸＹ位置の検出結果と先に計測したベースラインとに基づいて、ウエハステージＷＳＴの位置を制御することにより、開口９１ａを所望のＸＹ位置に精度良く位置決めできるようになる。

次のステップ１３０では、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）を用いて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交する面（ＸＹ平面）に対する標示板９１の傾斜を計測する。次のステップ１３２では、上記の傾斜の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴの傾斜を調整することで、標示板９１の上面の傾斜を投影光学系ＰＬの像面（又は像面の近似平面）の傾斜と一致させる。

次のステップ１３４で、投影光学系ＰＬの視野内の基準計測点、例えば視野中心の計測点、すなわち図１３に示されるピンホールパターンＰＨ₁₇の投影光学系ＰＬに関する共役位置（光軸ＡＸ上）の計測点に光学特性計測装置９０の標示板９１の開口９１ａが一致するようにウエハステージＷＳＴを移動させる。これにより、被検光学系（照明光学系１２及び投影光学系ＰＬ）の光軸ＡＸと、光学特性計測装置９０の光軸ＡＸ１とが一致するようになる。

次のステップ１３６では、照明光ＩＬの偏光状態を設定する。具体的には、主制御装置２０は、偏光制御ユニット２における１／２波長板等を回転させて、レーザビームＬＢの偏光方向を調整する。ここでは、照明光ＩＬがＨ偏光となるように、１／２波長板の回転量を調整する。

次のステップ１３８では、マイクロレンズアレイ９８を構成する各マイクロレンズによってＣＣＤ９５ａの受光面上に最結像されるピンホールパターンＰＨ₁₇の像の撮像結果である撮像データＩＭＤ１に基づいてウエハステージＷＳＴの最適Ｚ位置（ベストフォーカス位置）をサーチする。以下ではこのサーチ処理について具体的に説明する。

この最適Ｚ位置のサーチが行われる際の光学配置を、光学特性計測装置９０の光軸ＡＸ１及び投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿って展開したものが、図１４（Ａ）に示されている。図１４（Ａ）に示される光学配置において、主制御装置２０が光源１からレーザビームＬＢを発振させ、照明光学系１２から照明光ＩＬが射出されると、計測用レチクルＲＴのピンホールパターンＰＨ₁₇に到達した光（照明光ＩＬ）が、球面波となってピンホールパターンＰＨ₁₇から射出される。そして、その光は、投影光学系ＰＬを介した後、光学特性計測装置９０の標示板９１の開口９１ａに集光される。なお、ピンホールパターンＰＨ₁₇以外のピンホールパターンＰＨ₁〜ＰＨ₁₆、ＰＨ₁₈〜ＰＨ₃₃を通過した光は、開口９１ａには到達しないようになっている。上述のようにして開口９１ａに集光された光（標示板９１表面の開口９１ａの内部に結像されたピンホールパターンＰＨ₁₇の像光束）の波面は、投影光学系ＰＬの波面収差を含んだ略球面となる。

開口９１ａを通過した光は、コリメータ光学系９２により平行光に変換され、マイクロレンズアレイ９８に入射する。マイクロレンズアレイ９８は、マイクロレンズ（図１４（Ａ）参照）ごとに、標示板９１表面の開口９１ａの内部に結像されたピンホールパターンＰＨ₁₇の像を、標示板９１の光学的な共役面すなわちＣＣＤ９５ａの撮像面（受光面）に結像させる。従って、ＣＣＤ９５ａの撮像面には、マイクロレンズアレイ９４を構成するマイクロレンズに対応する配置及び数のスポット像（ピンホールパターンＰＨ₁₇の像）が形成される。ＣＣＤ９５ａにより、それら撮像面（受光面）に形成されたスポット像の撮像が行われる。ＣＣＤ９５ａの撮像により得られた撮像データＩＭＤ１は、主制御装置２０に送信される。

そこで、ウエハステージ駆動系２４を介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向にステップ移動しつつ、上記撮像データＩＭＤ１の取り込みを行い、その取り込んだ撮像データＩＭＤ１に基づいて、例えばスポット像のコントラストが最大となるＺ軸方向の位置を見つけることにより、ウエハステージＷＳＴの最適Ｚ位置をサーチする。

次のステップ１４０では、光学系ユニット９３を回転させて、偏光検出系９９を照明光ＩＬの光軸ＡＸ１上に配置し、ステップ１４２において、照明光ＩＬの偏光状態を計測する。以下、照明光ＩＬの偏光状態の検出方法について説明する。

図７に示されるように、偏光ビームスプリッタ９９Ｂの透過方位がＸ軸に一致しているとする。この状態で、１／４波長板９９Ａを回転させる。この回転量をＸ軸を基準としてθで表す。ここでは、１／４波長板を０°＜θ＜３６０°の範囲で回転可能であり、ＣＣＤ９５ａは、１／４波長板９９Ａが所定の回転角度だけ回転する毎に照明光ＩＬを受光し、この受光結果から、照明光ＩＬの偏光状態を算出する。

ところで、偏光ビームスプリッタ９９Ｂを透過する光の強度Ｉ（θ）は次式で与えられる。

ここで、Ｉ₀は、全角度での光強度の平均であり、αは、照明光ＩＬを楕円偏光と見た場合のＸ軸とＹ軸の振幅の正接であり、δは、照明光ＩＬにおける振動方向がＸ軸方向及びＹ軸方向である２つの電気ベクトルの位相差である。

図１５には、１／４波長板９９Ａを回転させることによって得られる照明光ＩＬの強度の計測結果の一例が示されている。本実施形態では、照明光ＩＬがＣＣＤ９５ａによって受光され、その受光結果が主制御装置２０に送られて、図１５に示されるような回転量θ_iに対する光強度変化が計測される。そこで、主制御装置２０では、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行って、具体的には次式を演算して、ストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を算出する。

ここで、Ｉ_iは、回転量θ_iにおいて計測された光強度である。主制御装置２０は、これらの算出結果から、次式で示されるストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のうち、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３を算出する。

なお、上記ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３は、ストークスパラメータＳ０＝１として正規化されたパラメータである。

次のステップ１４４では、主制御装置２０では、これらのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の算出値に基づいて、照明光ＩＬがＨ偏光となっているか否かを判断する。この判断が肯定されれば、図１１のステップ１５２に進む。一方、このステップ１４４の判断が否定された場合には、ステップ１４６に進み、ストークスパラメータのＳ１〜Ｓ３の算出値に基づいて偏光制御ユニット２を調整することにより、照明光ＩＬの偏光状態を調整する。例えば、照明光ＩＬの楕円偏光性が強い場合には、直線偏光となるように、偏光制御ユニット２内の偏光子を調整し、直線偏光ではあっても、その偏光方向がＸ軸方向からずれている場合には、偏光制御ユニット２内の１／２波長板の回転量を調整して、偏光方向がＸ軸方向、すなわちＨ偏光となるようにする。ステップ１４６終了後は、ステップ１４２に戻る。

以降、ステップ１４４における判断が肯定されるまで、ステップ１４６で、例えば偏光制御ユニット２の１／２波長板又は１／４波長板を回転調整するなどして、照明光ＩＬの偏光状態を調整し、ステップ１４２に戻り、再度、照明光ＩＬの偏光状態を上述のようにして計測する処理を繰り返す。これにより、最終的に照明光ＩＬは、Ｈ偏光となる。

このようにして、照明光ＩＬがＨ偏光となるように調整された後、図１１のステップ１５２において、光学系ユニット９３を回転させて開口部９７を光軸ＡＸ１上に配置する。次のステップ１５４では、カウンタｎの値（以下、「カウンタ値ｎ」と呼ぶ）を１に初期化する。

ステップ１５６では、光学特性計測装置９０をｎ番目（ここでは１番目）の計測点に移動させる。すなわち、ｎ番目のピンホールパターンＰＨ_nの投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点に光学特性計測装置９０の標示板９１の開口９１ａが一致するようにウエハステージＷＳＴを移動させる。

次のステップ１５８では、瞳像計測を行う。図１４（Ｂ）には、瞳像計測の様子が示されている。図１４（Ｂ）に示されるように、この状態では、照明光ＩＬの光路上には、開口部９７が配置されているため、コリメータ光学系９２を介した平行光は、そのままＣＣＤ９５ａに入射する。すなわち、ＣＣＤ９５ａは、投影光学系ＰＬの瞳面と共役な位置に配置されていることとみなすことができ、その瞳面における瞳像に対応する光束を受光することが可能となる。そこで、ここでは、ＣＣＤ９５ａの撮像データＩＭＤ２を取り込み、その撮像データＩＭＤ２に基づいて瞳像の中心位置や大きさ、あるいは瞳像の強度分布を検出する。そして、その検出の結果をメモリに記憶する。

次のステップ１６０では、カウンタ値ｎが計測点の総数Ｎ（ここではＮ＝３３）以上であるか否かを判断することで、全ての計測点において瞳像計測が終了したか否かを判断する。ここでは、最初の計測点について瞳像計測が終了しただけなので、ここでの判断は否定され、ステップ１６２に移行して、カウンタ値ｎを１インクリメントした後、ステップ１５６に戻る。

以後、ステップ１６０における判断が肯定されるまで、ステップ１５６→ステップ１５８→ステップ１６０→ステップ１６２のループの処理・判断を繰り返す。これにより、投影光学系ＰＬの視野内の２〜３３番目の計測点、すなわちピンホールパターンＰＨ₂〜ＰＨ₃₃の投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点について、瞳像計測が行われ、ピンホールパターンＰＨ₂〜ＰＨ₃₃それぞれを介した瞳像の中心位置や大きさ、あるいは瞳像の強度分布が算出され、メモリ内に記憶される。

そして、全ての計測点についての瞳像計測が終了すると、ステップ１６４に進んで、カウンタ値ｎを１に初期化する。

次のステップ１６６では、光学系ユニット９３を回転させてマイクロレンズアレイ９８を再度光軸ＡＸ１上に配置した後、ステップ１６８では、光学特性計測装置９０をｎ番目（ここでは１番目）の計測点に移動させる。すなわち、ｎ番目のピンホールパターンＰＨ_nの投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点に光学特性計測装置９０の標示板９１の開口９１ａが一致するようにウエハステージＷＳＴを移動する。

次のステップ１７０〜ステップ１７４では、そのｎ番目の計測点における波面収差計測を実行する。すなわち、まず、ステップ１７０では、マイクロレンズアレイ９８によりＣＣＤ９５ａの受光面上に形成される全てのスポット像の撮像を行い、その撮像データＩＭＤ１を取り込む。

次のステップ１７４において、メモリから各スポット像の位置情報を読み出して、計測用レチクルＲＴにおけるｎ番目（ここでは１番目）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の波面収差を後述するようにして算出する。

ところで、スポット像の位置情報から波面収差を計測できる理由は、上記のスポット像の撮像に際し、マイクロレンズアレイ９８に入射する光の波面が、投影光学系ＰＬの波面収差を反映したものとなっているからである。

すなわち、投影光学系ＰＬに波面収差が無い場合には、図１４（Ａ）において点線で示されるように、その波面ＷＦは光軸ＡＸ１と直交する平面となり、この場合、マイクロレンズ９８に入射した光の波面が光軸と直交し、そのマイクロレンズアレイ９８の各マイクロレンズの光軸とＣＣＤ９５ａの撮像面の交点を中心とするスポット像が、ＣＣＤ９５ａの受光面に結像される。これに対し、投影光学系ＰＬに波面収差が有る場合には、図１４（Ａ）において二点鎖線で示されるように、その波面ＷＦ’は光軸ＡＸ１と直交する平面とはならず、その平面上の位置に応じた角度の傾きを有する面となる。この場合、マイクロレンズ９８に入射した光の波面は傾いており、その傾き量に応じた距離だけ、そのマイクロレンズ９８の光軸とＣＣＤ９５ａの受光面の交点からずれた点を中心とするスポット像がＣＣＤ９５ａの受光面に結像される。

従って、このステップ１７４では、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置（上記のマイクロレンズ９８の光軸とＣＣＤ９５ａの撮像面の交点）と検出された各スポット像位置との差（位置誤差）から、ツェルニケ多項式の係数を求めることで、計測用レチクルＲＴにおけるｎ番目のピンホールパターンＰＨ_n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。

但し、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置が、上記のマイクロレンズアレイ９８の各マイクロレンズの光軸とＣＣＤ９５ａの受光面の交点と一致するのは、入射する光の光軸にずれがなく、光軸ＡＸ１とＣＣＤ９５ａとが正確に直交する理想的な場合のみである。そこで、本実施形態では、上記の位置誤差を算出するに際し、メモリ内に記憶されている、対応する計測点における光源像のデータ（中心位置や大きさなどの光源像の位置情報）に基づいて、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置（各スポット像のずれ量を算出するための基準位置）をそれぞれ補正し、検出された各スポット像位置と補正後の各基準位置との差を算出している。これにより、光学特性計測装置９０に入射される光の光軸のずれに起因する、波面収差が無いときの各スポット像の基準位置の誤差をキャンセルすることができ、より高精度に波面収差を求めることができる。

図１１の説明に戻り、次のステップ１７６では、カウンタ値ｎが計測点の総数Ｎ（ここではＮ＝３３）以上であるか否かを判断することで、全ての計測点において波面収差の計測が終了したか否かを判断する。ここでは、最初の計測点について波面収差の計測が終了したのみなので、ここでの判断は否定され、ステップ１７８に移行して、カウンタ値ｎを１だけインクリメントした後、ステップ１６８に戻る。

以後、ステップ１７６における判断が肯定されるまで、ステップ１６８→ステップ１７０→ステップ１７２→ステップ１７４→ステップ１７６→ステップ１７８のループの処理を繰り返す。これにより、投影光学系ＰＬの視野内の２〜３３番目の計測点、すなわちピンホールパターンＰＨ₂〜ＰＨ₃₃の投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点について、波面収差計測が行われ、ピンホールパターンＰＨ₂〜ＰＨ₃₃それぞれを介した光に関する波面収差が算出され、不図示のメモリ内に記憶される。

そして、全ての計測点についての波面収差計測が終了し、ステップ１７６における判断が肯定されると、次のステップ１８０に進む。

ステップ１８０では、照明光ＩＬをＶ偏光（偏光方向がＹ軸方向である直線偏光）としたときの計測が終了したか否かを判断する。この場合、Ｈ偏光の計測が終了しただけなのでこのステップ１８０での判断が否定され、図１０のステップ１３６に戻る。

ステップ１３６では、偏光制御ユニット２の１／２波長板が９０度回転され、レーザビームＬＢの偏光方向が９０度変更される。これにより照明光ＩＬはＶ偏光となるように設定される。そして、ステップ１３８において、ウエハステージＷＳＴの最適Ｚ位置を改めてサーチする。ここで、再度、最適Ｚ位置をサーチするのは、照明光ＩＬの偏光方向を変えたことにより、各計測点に対応する波面が変化し、その波面の変化に伴って最適Ｚ位置も変化すると考えられるからである。そして、ステップ１４０〜ステップ１４４、図１１のステップ１５２〜ステップ１７６において、照明光ＩＬをＶ偏光に設定したときの通常照明絞り６Ｄに対応する各計測点の瞳像及び波面が計測される。そして、このようにしてＶ偏光の計測が終了すると、ステップ１８０における判断が肯定され、図１２のステップ１８２に進む。

図１２のステップ１８２では、上で求めた投影光学系ＰＬの視野内のＮ個（ここでは３３個）の計測点における波面収差のデータに基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差が許容範囲外である計測点があるか否かを判断する。そして、この判断が肯定された場合には、ステップ１８４に移行して、投影光学系ＰＬの波面収差の計測結果に基づき、現在発生している波面収差を低減させるように、結像特性補正コントローラ５１を介してレンズエレメントを駆動して投影光学系ＰＬの波面収差の調整を行う。この調整は、実際の露光の際に設定される照明条件に基づいて設定される。例えば、露光が、輪帯照明で行われる場合には、その輪帯照明絞りにおいて照明光ＩＬが通過する部分における波面が最適となるように設定されるのが望ましい。また、本実施形態では、後述するように、照明光ＩＬの偏光方向が、光軸ＡＸを中心とする円の円周方向に沿っており、瞳面の異なる領域で照明光ＩＬの偏光方向が異なるようになるので、その偏光状態で波面収差が最も低減されるように、投影光学系ＰＬが調整されるのが望ましい。なお、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としても良い。

ステップ１８２で判断が否定された後、又はステップ１８４が行われた後に行われるステップ１８６では、実際の露光に適用される照明条件を設定する。具体的には、偏光制御ユニット２により、レーザビームＬＢの偏光方向をＨ偏光とし、偏光変換ユニット３を回転させることにより、偏光変換部材３Ａを、照明光ＩＬの光路上に配置するとともに、照明系開口絞り板６を駆動装置７により回転させて、輪帯照明絞り６Ａを照明光ＩＬの光路上に配置する。そして、ステップ１８８では、光学特性計測装置９０を、計測点に移動させ、ステップ１９０で、光学系ユニット９３の開口部９８を光路上に配置し、ステップ１９２で、瞳像を計測する。このとき、輪帯照明絞り６Ａが照明光ＩＬの光路上に配置されているため、瞳像も輪帯形状となる。ここでは、瞳像の撮像データＩＭＤ２を取り込み、その撮像データＩＭＤ２に基づいてＣＣＤ９５ａの受光面における瞳像の位置や大きさ、あるいは瞳像の強度分布などを検出し、その結果をメモリに記憶する。図１６には、このときの瞳像の撮像データＩＭＤ２の一例が示されている。図１６における画像では、所定の閾値よりも輝度の高い部分が白色で示され、輝度の低い部分が灰色で示されている。図１６に示されるように、輝度の高い部分の形状が瞳像の形状であり、輪帯照明を採用した場合には、その形状が輪帯状となる。ここでは、ＣＣＤ９５ａ内における輝度の高い部分の位置情報が、記憶装置に格納される。また、記憶装置には、輝度の高い部分に関して、その輝度の分布状態も格納される。

次のステップ１９４では、光学特性計測装置９０における光学系ユニット９３を回転させて、偏光検出系９９を光軸ＡＸ１上に配置し、ステップ１９６で、照明光ＩＬの偏光状態を計測する。

ここでは、照明光学系１２の照明絞りとして輪帯照明絞り６Ａが選択されており、その照明光ＩＬは、光軸ＡＸを中心とする円の円周方向をその偏光方向とする直線偏光となっているはずである。そこで、ここでは、上記ステップ１９２において計測した、瞳像の位置、大きさに基づいて、ＣＣＤ９５ａの受光面の領域を、例えば図１６の点線で示されるように分割し、分割された領域毎に、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の算出値に基づいて、偏光方向を計測する。

そして、ステップ１９８では、照明光ＩＬの偏光状態が、所望の状態（すなわち光軸ＡＸを中心とする円の円周方向となる直線偏光）となっているか否かを判断し、判断が肯定された場合には、サブルーチン１０２の処理を終了し、判断が否定された場合には、ステップ２００に進み、偏光制御ユニット２の波長板などの回転量を調整し、照明光ＩＬの偏光状態を調整し、ステップ１９６に戻る。すなわち、ステップ１９８で、判断が肯定されるまで、ステップ１９６→ステップ１９８→ステップ２００の処理、判断を繰り返す。

ステップ１９８の判断が肯定された後は、サブルーチン１０２の処理を終了し、図９のステップ１０４に進む。

ステップ１０４では、不図示のレチクルローダを介してレチクルステージＲＳＴ上にロードされている計測用レチクルＲＴをアンロードするとともに、転写対象のパターンが形成されたレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上にロードする。

次のステップ１０６では、前述のレチクルアライメント系及び不図示の基準マーク板を用いたレチクルアライメント、アライメント検出系ＡＳ及び基準マーク板を用いたベースライン計測を、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で行う。

次のステップ１０８では、不図示のウエハローダを介してウエハステージＷＳＴ上のウエハ交換を行う（但し、ウエハステージＷＳＴ上にウエハがロードされていない場合は、ウエハを単にロードする）。

次のステップ１１０では、ウエハＷに対するアライメント（例えばＥＧＡ方式のウエハアライメントなど）を行う。このウエハアライメントの結果、ウエハＷ上の複数のショット領域の配列座標が精度良く求められる。

次のステップ１１２では、上記のウエハアライメントの結果に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のために走査開始位置（加速開始位置）にウエハステージＷＳＴを移動させる動作と、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを同期してＹ軸方向に相対走査しつつレチクルＲを照明光ＩＬで照明してレチクルＲのパターンをウエハＷ上のショット領域に転写する動作とを繰り返す、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う。この露光においては、図８に示されるように照明光ＩＬの偏光方向が規定された輪帯照明により、高解像度での露光が実現される。

なお、上記の相対走査中、特に走査露光中には、レチクル干渉計１６によって検出されるレチクルステージＲＳＴのＸＹ位置の情報、ウエハ干渉計１８によって検出されるウエハステージＷＳＴの位置情報、及び多点フォーカス位置検出系（２１，２２）によって検出されるウエハＷのＺ位置及びレベリング情報などに基づいて、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの位置関係が適切に保たれるよう、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置制御が行われる。

次のステップ１１４では、予定枚数（例えば１ロット）のウエハに対する露光が終了したか否かを判断し、この判断が否定されると、ステップ１０８に戻り、以後、ステップ１１４における判断が肯定されるまで、ステップ１０８→ステップ１１０→ステップ１１２→ステップ１１４のループの処理・判断を繰り返し行い、各ウエハに対する露光を行う。

そして、予定枚数のウエハに対する露光が終了すると、ステップ１１４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。

なお、本実施形態では、輪帯照明絞り６Ａを照明光ＩＬの光路上に配置して、輪帯照明により露光を行う場合について説明したが、露光装置１００においては、４極照明絞り６Ｂや、２極照明絞り６Ｃを照明光ＩＬの光路上に配置することにより、４極照明や、２極照明を行うことも可能である。これらの場合には、上記ステップ１８６（図１２参照）の照明条件の設定では、４極照明絞り６Ｂ（又は２極照明絞り６Ｃ）、偏光変換部材３Ｂ（又は開口部材３Ｃ）を配置し、上記ステップ１９６（図１２参照）における偏光状態の計測では、上記ステップ１９２において計測される瞳像の形状に応じて、偏光状態を計測する領域の設定を変更する必要がある。例えば、４極照明絞り６Ｂを採用する場合には、上記ステップ１９６（図１２参照）においては、その偏光状態が、図４（Ｂ）に示されているようになっているかどうかを計測するが、この場合には、上記ステップ１９２において計測される４極照明絞り（４つ目）の瞳像の形状及び位置から、ＣＣＤ９５ａ上の受光面の領域を、図４（Ｂ）の偏光変換部材３Ｂａ〜３Ｂｄに対応するＣＣＤ９５ａ上の領域を抽出し、抽出された領域での計測結果によって、それぞれの偏光状態を計測しなければならない。

また、上記ステップ１８４（図１２参照）の波面収差の調整は、露光に適用される照明条件に基づいて行われるので、照明系開口絞りとして、上記４極重照明絞り６Ｂ又は２極照明絞り６Ｃなどを選択した場合には、その選択された絞りに応じて波面を調整することになる。

以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、照明光ＩＬの偏光状態及び投影光学系ＰＬの波面収差などを計測可能な状態に、照明光学系１２及び投影光学系ＰＬを介した照明光ＩＬを変換するマイクロレンズアレイ９８や偏光検出系９９などを含む複数の光学系を有する光学系ユニット９３を備えており、照明光ＩＬの光路上に配置する光学系を切り換えて、光学系ユニット９３を介した照明光ＩＬを受光器９５で受光していくことにより、ＣＣＤ９５ａでの受光結果から、照明光ＩＬの偏光状態及び投影光学系ＰＬの波面収差を含む様々な光学特性を計測することが可能となる。

また、本実施形態では、照明光ＩＬの偏光状態及び投影光学系ＰＬの波面収差を含む様々な光学特性を計測するための受光器９５を共通化することができるので、光学特性計測装置９０の構成を小型化、軽量化することができる。

また、本実施形態では、光学特性計測装置９０を用いることにより、露光装置１００のパターン像面上における照明光ＩＬの偏光状態を計測することができるので、解像度を向上させるべく偏光照明を行う場合に、照明光ＩＬの偏光状態が所望の状態であるか否かを確認することができ、高精度な露光を確実に行うことができるようになる。

また、本実施形態では、投影光学系ＰＬの瞳面内の複数の異なる領域と、共役なＣＣＤ９５の受光面内の領域から得られた受光結果に基づいて、その領域の照明光ＩＬの偏光状態を計測する。このようにすれば、偏光照明のように、投影光学系ＰＬの瞳面の異なる領域で、照明光ＩＬの偏光方向が異なる場合でも、それぞれの領域で、偏光方向を確実に計測することが可能となる。

また、本実施形態では、光学特性計測装置９０の光学系ユニット９３における偏光検出系９９が、照明光ＩＬの光軸を中心に互いに相対的に回転する偏光ビームスプリッタ９９Ｂと、１／４波長板９９Ａとを備えている。このようにすれば、偏光検出系９９を通過する照明光ＩＬの光量は、両者の相対回転量が変化するに従って、その偏光状態に応じて変化する。そのため、この相対回転量を変化させつつ、偏光検出系９９を通過する照明光ＩＬの光量を計測すれば、照明光ＩＬの偏光状態を計測することが可能となる。

また、本実施形態によれば、上記ステップ１４２において、照明光ＩＬの偏光状態を計測し、ステップ１４６において、その計測の結果に基づいて照明光ＩＬの偏光状態を調整した後に、ステップ１７４において、照明光ＩＬの偏光状態に応じて変化する照明光ＩＬの波面を計測する。このようにすれば、照明光ＩＬの波面が、その偏光状態に依存するものであっても、偏光状態の調整後に波面を精度良く計測することができる。このように、本実施形態によれば、照明光ＩＬの偏光状態に応じた偏光別波面を計測する。このようにすれば、照明光ＩＬの偏光状態に応じて波面を調整することができるので結果的に、高精度な露光を実現することができる。

なお、上記実施形態では、光学特性計測装置９０の光学系ユニット９３には、開口部９７、マイクロレンズアレイ９８、偏光検出系９９を備えたが、他の光学系を光学系ユニット９３に設けるようにしても良い。

また、光学特性計測装置９０を用いれば、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを計測することも可能である。照明光学系１２内における照明光ＩＬの光路上に、拡散板を設置して、通過する光束の径の大きさを投影光学系ＰＬの開口数よりも大きくし、光学特性計測装置９０の開口部９７を光軸ＡＸ１上に配置すれば、ＣＣＤ９５ａには、投影光学系ＰＬの瞳を通過した光束が到達するようになる。したがって、このＣＣＤ９５ａの撮像結果から投影光学系ＰＬの瞳の大きさを算出することができるようになり、投影光学系ＰＬの開口数を算出することが可能となる。

このように、投影光学系ＰＬの開口数を算出することができれば、上記拡散板をはずした場合の瞳像（光源像）の計測結果より、照明光学系１２のコヒーレンスファクタ（いわゆる照明σ）を求めることも可能である。

また、上記実施形態では、光学系ユニット９３のマイクロレンズアレイ９８と偏光検出系９９とを切り換えてコリメータ光学系９２を介した光の光路上（光軸ＡＸ１に対応する位置）に、選択的に配置する場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものでない。例えば、図１７示されるような構成の光学特性計測装置を採用しても良い。この図１７の光学特性計測装置は、筐体９０Ａの上壁の一部を構成する前述の標示板９１、該標示板９１の下方で光軸ＡＸ１に沿って順次配置されたコリメータ光学系９２、ビームスプリッタＢＳ、マイクロレンズアレイ９８及び受光素子９５’、並びにビームスプリッタＢＳで分岐された分岐光路（反射光路）上に配置された折り曲げミラーＭＭ、該折り曲げミラーＭＭと受光素子９５’との間に配置された偏光検出系９９等を備えている。

ここで、受光素子９５’としては、前述の受光素子９５と同様の構成ではあるが受光面積の大きな受光素子が用いられている。この図１７の光学特性計測装置によると、前述の計測用レチクルＲＴのピンホールパターンＰＨから球面波となって射出される光（照明光ＩＬ）が、投影光学系ＰＬを介した後、光学特性計測装置の標示板９１の開口９１ａに集光される。そして、その開口９１ａを通過した光（標示板９１表面の開口９１ａの内部に結像されたピンホールパターンＰＨの像光束）は、コリメータ光学系９２により平行光に変換され、ビームスプリッタＢＳに入射する。そして、このビームスプリッタＢＳで分岐された一方の光（ビームスプリッタＢＳを透過した光）は、マイクロレンズアレイ９８に入射する。これにより、マイクロレンズアレイ９８の各マイクロレンズによって、上記ピンホールパターンＰＨの像が、標示板９１の光学的な共役面すなわち受光素子９５’の撮像面（受光面）にそれぞれ結像される。

一方、ビームスプリッタＢＳで分岐された他方の光（ビームスプリッタＢＳで反射された光）は、折り曲げミラーＭＭで反射され、鉛直下方に光路が折り曲げられて偏光検出系９９を介して受光素子９５’で受光される。

従って、この図１７に示される光学特性計測装置によると、前述した実施形態で説明した投影光学系ＰＬの波面収差計測と、照明光ＩＬの偏光状態の計測とを並行して行うことが可能である。

なお、図１７では、受光面積の大きな受光素子９５’を用いるものとしたが、マイクロレンズアレイ９８、偏光検出系９９のそれぞれに対応して受光素子９５と同様の受光素子を設けても良いし、マイクロレンズアレイ９８の下方位置と偏光検出系９９下方位置とで１つの受光素子を切り換え可能に構成しても良い。

なお、近年においては、デバイスに形成するパターンの微細化に伴い、露光装置の解像度の向上が図られている。解像度向上のためには、露光光（上記実施形態では照明光ＩＬ）の短波長化を図り、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすればよい。そこで、露光装置が備える投影光学系と基板（上記実施形態ではウエハＷ）との間に気体よりも屈折率の高い液体を充満させて投影光学系の開口数を実質的に大きくして解像度を向上させる液浸式の露光装置が提案されている。

この液浸式の露光装置に、上記実施形態の光学特性計測装置９０と同等の計測装置を適用する場合について説明する。

液浸式の露光装置で光学特性計測装置９０と同等の計測装置（光学特性計測装置９０’とする）では、図１８に示されるように、標示板９１’を平凸レンズで構成すればよい。この標示板９１’は、投影光学系ＰＬ側に対向する平坦部（平坦面）９１ｂと、コリメータ光学系９２側に対向し、所定の曲率を有する曲面部９１ｃを備える。標示板９１’は、石英あるいは蛍石など照明光を透過する硝材で形成される。

標示板９１’の平坦部９１ｂの表面には、前述したように、遮光膜が形成されており、その遮光膜の中央部に、円形の開口９１ａ’が形成されている。さらに、液体ｗが光学特性計測装置９０’内に浸入しないように、標示板９１’と光学特性計測装置９０’の筺体９０ａとの間には、シール材９０ｂ等によって防水（防液）対策が施されている。また、標示板９１’の開口９１ａ’及びその周囲の領域には、その表面に撥液膜（撥水コート）が形成されている。

液体ｗが投影光学系ＰＬと標示板９１’の上面との間に供給されている状態においては、投影光学系ＰＬに入射した露光光は、投影光学系ＰＬの先端部において全反射されずに投影光学系ＰＬを通過して液体ｗに入射する。図１８に示されるように、液体ｗに入射した露光光は、開口９１ａ’に入射した露光光のみが標示板９１’内に入射する。ここで、標示板９１’を構成する平凸レンズの屈折率は、液体ｗの屈折率と同程度又は液体ｗの屈折率よりも高いため、開口９１ａ’に入射する露光光の入射角が大きくても、開口９１ａ’に入射した露光光は、平坦部９１ｂで反射することなく標示板９１’内に入射する。また、標示板９１’内に入射した露光光は、曲面部９１ｃによって屈折された後、コリメータ光学系９２に射出される。このように、投影光学系ＰＬと標示板９１’との間に気体よりも屈折率の高い液体を充満させて投影光学系の開口数を大きくしたとしても、平凸レンズで構成された標示板９１’を介してコリメータ光学系９２に導くことが可能になる。

また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの波面収差の計測に際し、レチクルステージＲＳＴ上に計測用レチクルＲＴをロードするものとしたが、計測用レチクルＲＴと同様のピンホールパターンが形成されたパターン板をレチクルステージＲＳＴに常設しておき、このパターン板を投影光学系ＰＬの視野に対して位置合わせして、投影光学系ＰＬの波面収差の計測を行うようにしても良い。

また、上記実施形態では、１ロットのウエハＷを露光する前に行われる光学特性の計測に光学特性計測装置９０を用いる場合について説明したが、この光学特性計測装置９０は、露光装置が組み立てられた後の定期メンテナンス時、露光装置の製造における投影光学系ＰＬの調整時に用いることがもできるのは勿論である。なお、露光装置の製造時における投影光学系ＰＬの調整にあたっては、上記の実施形態において行われる投影光学系ＰＬを構成する一部のレンズエレメントの位置調整に加えて、他のレンズエレメントの位置調整、レンズエレメントの再加工、レンズエレメントの交換等を行うことが可能である。

また、上記実施形態では、光学特性計測装置９０内部のコリメータ光学系９２などの受光光学系の収差は、無視できる程小さいものとしたが、さらに高い精度の波面収差計測を行う場合などには、波面収差を算出するまでのいずれかの時点で、受光光学系単独の波面収差を計測しておいても良い。かかる受光光学系単独の波面収差の計測は、投影光学系ＰＬを介した照明光ＩＬの照射により球面波を発生する程度の大きさのピンホールパターンが形成されたパターン板を、標示板９１の近傍に設け、このパターン板のピンホールパターンで開口９１ａを更に制限した状態で、投影光学系ＰＬから射出される照明光ＩＬをパターン板に照射して、上述と同様の波面収差の計測を行うことで実現できる。そして、投影光学系ＰＬの波面収差の算出の際に、上記の受光光学系単独の波面収差を補正値として用いることとしても良い。

また、同様に、波面収差を精度良く求めるために、波面収差を算出するまでのいずれかの時点で、ＣＣＤ９５ａの暗電流を計測しておき、各画素の値（輝度値）を求める際に、この暗電流に起因するオフセットを補正しても良い。かかるオフセット補正は、前述した瞳像計測などの場合に行うと良い。

また、上記実施形態では、２極照明を行う際に、開口部材３Ｃを、照明光ＩＬの光路上に配置したが、この開口部材３Ｃとして、照明光ＩＬの偏光方向をＨ偏光に変換する部材を設けるようにしてもよい。照明用開口絞りとして、輪帯照明絞り６Ａ、４極照明絞り６Ｂ、２極照明絞り６Ｃ、通常照明絞り６Ｄ等を備えた露光装置について述べたが、他の照明絞りを備えていても良いことが勿論である。また、照明光ＩＬのσ値を０．４以下程度とする例えば小σ照明を可能としてもよい。

また、上記実施形態では、光学特性計測装置９０がウエハステージＷＳＴに常設され固定されている場合について説明したが、これに限らず、光学特性計測装置９０はウエハステージＷＳＴに着脱可能となっていても良い。また、ウエハステージとは異なる別のステージを設け、この別のステージに光学特性計測装置９０と同様の光学特性計測装置を配置しても良い。

また、上記実施形態では、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズ５が用いられるとしたが、その代わりに、マイクロフライアイレンズが用いられてもよい。この場合には、フライアイレンズ５を用いられたときよりも光源像の強度分布がより均一となるので、光源像に対応する各画素の抽出がより容易となる。また、オプティカルインテグレータとして内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）を用いることもできるが、この場合には、光源像としてその虚像を検出することになる。

また、上記実施形態の露光装置の光源１としては、Ｆ₂レーザ光源、ＡｒＦエキシマレーザ光源、ＫｒＦエキシマレーザ光源などの紫外パルス光源に限らず、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプを用いることも可能である。また、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、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。

また、上記実施形態では、走査型露光装置の場合を説明したが、本発明は、投影光学系を備える露光装置であれば、ステップ・アンド・リピート機、ステップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・スティッチング機を問わず適用することができる。

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標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、マイクロマシーン及び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本発明を適用できる。

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、本発明の光学特性計測装置及び光学特性計測方法は、被検光学系の光学特性の計測に適しており、本発明の露光装置及び露光方法は、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程に適している。また、本発明のデバイス製造方法は、電子デバイスの製造に適している。

Claims (26)

1. 被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、
   前記被検光学系を介した光が入射する入射光学系と；
   前記被検光学系の光学特性のうち、第１の光学特性を計測するために、前記入射光学系に入射した前記光を第１計測光に変換する第１の光学系と、前記被検光学系の光学特性のうち、第２の光学特性を計測するために、前記入射光学系に入射した前記光を第２計測光に変換する第２の光学系とを有する光学ユニットと；
   前記第１計測光及び前記第２計測光の少なくとも一方を受光する受光器と；を備える光学特性計測装置。
2. 請求項１に記載の光学特性計測装置において、
   前記被検光学系を介した光の光路上に、前記第１の光学系及び前記第２の光学系のいずれかを択一的に配置する配置装置をさらに備える光学特性計測装置。
3. 請求項２に記載の光学特性計測装置において、
   前記受光器は、前記配置装置によって、前記被検光学系を介した光の光路上に前記第１の光学系が配置された際には、前記第１計測光を受光し、前記配置装置によって、前記被検光学系を介した光の光路上に前記第２の光学系が配置された際には、前記第２計測光を受光することを特徴とする光学特性計測装置。
4. 請求項３に記載の光学特性計測装置において、
   前記受光器の受光結果に基づいて、前記被検光学系の第１の光学特性に関する情報及び前記被検光学系の第２の光学特性に関する情報のいずれかを算出する算出装置をさらに備える光学特性計測装置。
5. 請求項４に記載の光学特性計測装置において、
   前記算出装置は、
   前記第１の光学系が前記光路上に配置されている状態では、前記受光器の受光結果に基づいて、前記被検光学系の第１の光学特性を算出し、
   前記第２の光学系が前記光路上に配置されている状態では、前記受光器の受光結果に基づいて、前記被検光学系の第２の光学特性を算出することを特徴とする光学特性計測装置。
6. 請求項１に記載の光学特性計測装置において、
   前記入射光学系に入射した光を前記第１の光学系に導くと共に、前記第２の光学系に導く光学系をさらに備えることを特徴とする光学特性計測装置。
7. 請求項６に記載の光学特性計測装置において、
   前記受光器は、前記第１計測光を受光する第１の受光領域と、前記第２計測光を受光する第２の受光領域とを有することを特徴とする光学特性計測装置。
8. 請求項１に記載の光学特性計測装置において、
   前記第１の光学特性は、前記被検光学系を介した光の偏光状態であり、
   前記第１の光学系は、前記被検光学系を介した光に含まれる任意の方向の偏光を抽出可能な光学系であることを特徴とする光学特性計測装置。
9. 請求項８に記載の光学特性計測装置において、
   前記算出装置は、
   前記被検光学系の瞳面内の複数の異なる領域と共役な前記受光器の受光面内の領域から得られた受光結果から、その領域の前記光の偏光状態を計測することを特徴とする光学特性計測装置。
10. 請求項９に記載の光学特性計測装置において、
    前記第１の光学系は、
    前記被検光学系を介した光の光軸を中心に互いに相対的に回転する偏光ビームスプリッタ及び１／４波長板を含むことを特徴とする光学特性計測装置。
11. 請求項１に記載の光学特性計測装置において、
    前記第２の光学特性は、前記被検光学系の波面収差であり、
    前記第２の光学系は、前記被検光学系を介した光を波面分割する波面分割光学素子を含むことを特徴とする光学特性計測装置。
12. 請求項１１に記載の光学特性計測装置において、
    前記第２の光学系は、
    前記被検光学系の瞳面と共役な面の近傍に配置されていることを特徴とする光学特性計測装置。
13. 請求項１２に記載の光学特性計測装置において、
    前記光学ユニットは、
    前記被検光学系を介した光を透過させる透過部をさらに備え、
    前記算出装置は、
    前記透過部が前記光路上に配置されている状態では、前記受光器の受光結果に基づいて、前記被検光学系の光学特性のうち、第３の光学特性を算出することを特徴とする光学特性計測装置。
14. 請求項１３に記載の光学特性計測装置において、
    前記第３の光学特性は、
    前記被検光学系の瞳面に関する情報及び瞳面の共役面に関する情報の少なくとも一方であることを特徴とする光学特性計測装置。
15. 請求項１４に記載の光学特性計測装置において、
    前記第３の光学特性は、
    前記被検光学系の開口数、瞳像の形状、該瞳像の位置情報及び該瞳像の強度分布のいずれかであることを特徴とする光学特性計測装置。
16. 被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、
    前記被検光学系を介した光の偏光状態を計測する偏光計測器と；
    前記被検光学系の光学特性のうち、少なくとも１つの光学特性を計測する光学特性計測器と；を備える光学特性計測装置。
17. 請求項１６に記載の光学特性計測装置において、
    前記被検光学系の光学特性のうち、少なくとも１つの光学特性は、前記被検光学系の波面収差であることを特徴とする光学特性計測装置。
18. 請求項１７に記載の光学特性計測装置において、
    前記被検光学系を介した光が入射する入射光学系を有し、
    前記偏光計測器は、前記入射光学系に入射した前記光を第１計測光に変換する第１の光学系と、前記第１計測光を受光する受光器とを有することを特徴とする光学特性計測装置。
19. 請求項１８に記載の光学特性計測装置において、
    前記光学特性計測器は、前記入射光学系に入射した前記光を第２計測光に変換する第２の光学系と、前記第２計測光を受光する受光器とを有することを特徴とする光学特性計測装置。
20. 所定のパターンの像を感光物体上に投影する露光装置であって、
    前記所定のパターンを照明光で照明する照明光学系と；
    前記所定のパターンを介した前記照明光を前記感光物体上に投射する投影光学系と；
    請求項１〜１９のいずれか一項に記載の光学特性計測装置を備えるステージと；
    前記光学特性計測装置の計測結果に基づいて、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を調整する調整機構と；を備える露光装置。
21. 請求項２０に記載の露光装置において、
    前記ステージは、前記感光物体を保持する物体ステージであることを特徴とする露光装置。
22. 被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法であって、
    前記被検光学系の光学特性のうち、第１の光学特性を計測する第１工程と；
    前記計測の結果に基づいて、前記被検光学系の第１の光学特性を調整する第２工程と；
    前記被検光学系の前記第１の光学特性を調整した後に、前記被検光学系の光学特性のうち、第２の光学特性を計測する第３工程と；を含む光学特性計測方法。
23. 請求項２２に記載の光学特性計測方法において、
    前記計測の結果に基づいて、前記被検光学系の第２の光学特性を調整する第４工程をさらに含む光学特性計測方法。
24. 請求項２３に記載の光学特性計測方法において、
    前記第１の光学特性を、前記被検光学系の瞳面内の異なる領域で異ならしめる場合には、
    前記異なる領域とそれぞれ共役となる領域に受光器の受光面を配置し、前記受光器から得られた受光結果に基づいて、領域毎の第１の光学特性を計測する第５工程をさらに含む光学特性計測方法。
25. 所定のパターンを照明光で照明する照明光学系と、前記所定のパターンを介した前記照明光を感光物体上に投射する投影光学系との少なくとも一方を被検光学系とし、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の光学特性計測方法を用いて、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を計測する計測工程と；
    前記計測の結果を用いて、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性を調整する調整工程と；
    前記調整後に、前記所定のパターンの像で前記感光物体上を露光する露光工程と；を含む露光方法。
26. 請求項２５に記載の露光方法により、感光物体上にパターンを形成するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。

Images