JP4968335B2 - 計測部材、センサ、計測方法、露光装置、露光方法、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置に用いられる計測部材、センサ、計測方法、露光装置、露光方法、及びデバイス製造方法に関する。
本願は、２００７年６月１１日に出願された特願２００７−１５４０２０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

フォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置は、マスクのパターンの像を基板に投影する投影光学系を備えている。下記特許文献には、投影光学系の空間像を計測する技術の一例が開示されている。投影光学系の空間像を計測する際、投影光学系の物面側には計測用のマークが配置され、投影光学系の像面側には、遮光膜に形成された開口を有するセンサが配置される。
米国特許公開第２００２／０４１３７７号明細書

マークに露光光を照射する際、例えば露光光の照射状態、あるいはマークの構造等によって、投影光学系によるマークの像の投影状態が変化する可能性がある。その場合、投影光学系の空間像を良好に計測できなくなる可能性がある。

本発明は、空間像を良好に計測できる計測部材、センサ、計測方法を提供することを目的とする。また本発明は、空間像を良好に計測して、基板を良好に露光できる露光装置、露光方法、及びその露光装置、露光方法を用いるデバイス製造方法を提供することを目的とする。

本発明を例示する各態様としては実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。

本発明を例示する第１の態様に従えば、露光装置（ＥＸ）に用いられる計測部材であって、第１面（２１）と、第１面（２１）に配置され、それぞれが第１方向（Ｘ）に関する位置に応じた向きを有する複数の第１マーク（２２）と、を備える計測部材（２０）が提供される。
また、本発明を例示する態様に従えば、露光装置に用いられる計測部材であって、第１面を有する基材と、前記基材に設けられ、前記第１面の第１方向の異なる位置に配置される複数のマーク形成領域の各々に形成される第１パターンとを備え、複数の前記第１パターンは、前記第１方向に関する位置によって決められた向きを有する計測部材が提供される。また、本発明を例示する態様に従えば、投影光学系を介した露光光で基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系の物面側に配置され、前記投影光学系による空間像の計測に用いられる計測部材と、を備え、前記計測部材は、第１面を有する基材と、前記基材に設けられ、前記第１面の第１方向の異なる位置に配置される複数のマーク形成領域の各々に形成される第１パターンとを備え、複数の前記第１パターンは、前記第１方向に関する位置によって決められた向きを有する露光装置が提供される。本発明を例示する態様に従えば、上記の態様の露光装置を用いて基板を露光することと、露光された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。本発明を例示する態様に従えば、投影光学系の空間像の計測方法であって、前記投影光学系の物面側に、前記物面の第１方向の異なる位置に配置されるマーク形成領域の各々に形成され、前記第１方向に関する位置によって決められた向きを有する複数の第１パターンを配置することと、前記投影光学系により投影された前記第１パターンの像を空間像計測センサで計測することと、を含む計測方法が提供される。本発明を例示する態様に従えば、露光光で基板を露光する露光方法であって、上記の態様の計測方法を用いて前記投影光学系の空間像を計測することと、前記計測された前記投影光学系から射出される前記露光光で前記基板を露光することと、を含む露光方法が提供される。本発明を例示する態様に従えば、上記の態様の露光方法を用いて基板を露光することと、露光された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。

本発明を例示する第１の態様によれば、空間像を良好に計測できる。

本発明を例示する第２の態様に従えば、露光装置（ＥＸ）に用いられるセンサであって、第１マーク（２２）からの光（ＥＬ）が入射可能な開口（３３）を有する遮光膜（３４）と、第１マーク（２２）の向きに応じて、遮光膜（３４）を回転させる駆動装置（３５）と、を備えたセンサ（３０）が提供される。

本発明を例示する第２の態様によれば、空間像を良好に計測できる。

本発明を例示する第３の態様に従えば、露光光（ＥＬ）で基板（Ｐ）を露光する露光装置であって、第１の態様の計測部材（２０）を備えた露光装置（ＥＸ）が提供される。

本発明を例示する第３の態様によれば、基板を良好に露光できる。

本発明を例示する第４の態様に従えば、露光光（ＥＬ）で基板（Ｐ）を露光する露光装置であって、第２の態様のセンサ（３０）を備えた露光装置（ＥＸ）が提供される。

本発明を例示する第４の態様によれば、基板を良好に露光できる。

本発明を例示する第５の態様に従えば、露光光（ＥＬ）で基板（Ｐ）を露光する露光装置であって、投影光学系（ＰＬ）と、投影光学系（ＰＬ）の物面側に配置され、第１面（２１）と、第１面（２１）に配置された複数の第１マーク（２２）とを有し、投影光学系（ＰＬ）による空間像の計測に用いられる計測部材（２０）と、露光光（ＥＬ）により第１面（２２）を第１方向（Ｘ）に長い照明領域（ＩＲ）で照明する照明光学系（ＩＲ）と、を備え、第１マーク（２２）のそれぞれは、照明領域（ＩＲ）内の第１方向（Ｘ）に関する位置に応じた向きを有する露光装置（ＥＸ）が提供される。

本発明を例示する第５の態様によれば、基板を良好に露光できる。

本発明を例示する第６の態様に従えば、第３の態様、第４の態様、及び第５の態様のいずれか一つの露光装置（ＥＸ）を用いて基板（Ｐ）を露光することと、露光された基板（Ｐ）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。

本発明を例示する第６の態様によれば、基板を良好に露光できる露光装置を用いてデバイスを製造できる。

本発明を例示する第７の態様に従えば、投影光学系（ＰＬ）の空間像の計測方法であって、投影光学系（ＰＬ）の物面側に、第１方向（Ｘ）に関する位置に応じた向きがそれぞれ異なる複数の第１マーク（２２）を配置することと、照明光学系（ＩＬ）の照明領域（ＩＲ）内に第１マーク（２２）を配置して、第１マーク（２２）を照明光学系（ＩＬ）からの露光光（ＥＬ）で照明することと、投影光学系（ＰＬ）により投影された第１マーク（２２）の像を空間像計測センサ（３０）で計測することと、を含む計測方法が提供される。

本発明を例示する第７の態様によれば、空間像を良好に計測できる。

本発明を例示する第８の態様に従えば、露光光（ＥＬ）で基板（Ｐ）を露光する露光方法であって、第７の態様の計測方法を用いて投影光学系（ＰＬ）の空間像を計測することと、計測された投影光学系（ＰＬ）から射出される露光光（ＥＬ）で基板（Ｐ）を露光することと、を含む露光方法が提供される。

本発明を例示する第８の態様によれば、基板を良好に露光できる。

本発明を例示する第９の態様に従えば、第８の態様の露光方法を用いて基板（Ｐ）を露光することと、露光された基板（Ｐ）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。

本発明を例示する第９の態様によれば、基板を良好に露光できる露光方法を用いてデバイスを製造できる。

本発明によれば、空間像を良好に計測できる。また本発明によれば、基板を良好に露光でき、良好なデバイスを製造できる。

第１実施形態に係る露光装置の一例を示す概略構成図である。 第１実施形態に係るマスクステージの近傍を示す側面図である。 第１実施形態に係るマスクステージを下側から見た平面図である。 第１実施形態に係る計測部材を示す図である。 各計測マーク同士の位置関係を説明するための模式図である。 第１実施形態に係る計測部材を示す断面図である。 第１実施形態に係る基板ステージを示す斜視図である。 第１実施形態に係る空間像計測センサの一部を示す平面図である。 第１実施形態に係る露光装置の動作の一例を説明するための図である。 第１実施形態に係る計測マークと露光光との関係を説明するための模式図である。 第１実施形態に係る計測マークと露光光との関係を説明するための模式図である。 比較例に係る計測マークと露光光との関係を説明するための模式図である。 比較例に係る計測マークと露光光との関係を説明するための模式図である。 第１実施形態に係る遮光膜の開口と計測マークの像との関係を説明するための模式図である。 第１実施形態に係る遮光膜の開口と計測マークの像との関係を説明するための模式図である。 第２実施形態に係る計測部材を示す図である。 第３実施形態に係る空間像計測センサの一部を示す平面図である。 マスクの一例を示す図である。 マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。

符号の説明

１…マスクステージ、２…基板ステージ、５…制御装置、２０…計測部材、２１…基準面、２２…計測マーク、３０…空間像計測センサ、３２…受光器、３３…開口、３４…遮光膜、３５…駆動装置、ＥＬ…露光光、ＥＸ…露光装置、ＩＬ…照明光学系、Ｍ…マスク、Ｐ…基板、ＰＬ…投影光学系

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら例示的に説明するが、本発明はこれに限定されない。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る露光装置ＥＸの一例を示す概略構成図である。図１において、露光装置ＥＸは、パターンが形成されたマスクＭを保持しながら移動可能なマスクステージ１と、デバイスを形成するための基板Ｐを保持しながら移動可能な基板ステージ２と、マスクステージ１に保持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、マスクステージ１及び基板ステージ２の位置情報を計測するレーザ干渉計３Ｍ、３Ｐを含む干渉計システム３と、露光装置ＥＸ全体の動作を制御する制御装置５とを備えている。

本実施形態の露光装置ＥＸは、極端紫外光で基板Ｐを露光するＥＵＶ露光装置である。極端紫外光は、例えば波長５〜５０ｎｍ程度の軟Ｘ線領域の電磁波である。以下の説明において、極端紫外光を適宜、ＥＵＶ光、と称する。一例として、本実施形態では、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を露光光ＥＬとして用いる。

露光装置ＥＸは、少なくとも露光光ＥＬが通過する所定空間を真空状態（例えば、１．３×１０^−３Ｐａ以下）に調整する真空システムを有するチャンバ装置４を備えている。これにより、露光光（ＥＵＶ光）ＥＬの減衰が抑制される。

基板Ｐは、半導体ウエハ等の基材上に感光材（レジスト）等の膜が形成されたものを含む。マスクＭは、基板Ｐ上に投影されるデバイスパターンが形成されたレチクルを含む。本実施形態においては、マスクＭは、ＥＵＶ光を反射可能な多層膜を有する反射型マスクである。マスクＭの基材は、超低熱膨張材料で形成されており、その基材上に多層膜が形成されている。多層膜は、例えばＭｏ／Ｓｉ多層膜、Ｍｏ／Ｂｅ多層膜を含む。パターンは、多層膜上に形成された吸収膜によって形成されている。吸収膜は、例えばＣｒ、Ｔａ、ＴａＮ等を含む。露光装置ＥＸは、多層膜及び吸収膜によってパターンが形成されたマスクＭの表面（パターン形成面、反射面）を露光光（ＥＵＶ光）ＥＬで照明し、そのマスクＭで反射した露光光ＥＬで基板Ｐを露光する。

本実施形態の露光装置ＥＸは、マスクＭと基板Ｐとを所定の走査方向に同期移動しつつ、マスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影する走査型露光装置（所謂スキャニングステッパ）である。基板Ｐの露光時において、マスクＭ及び基板Ｐは、ＸＹ平面内の所定の走査方向に移動される。本実施形態においては、基板Ｐの走査方向（同期移動方向）をＹ軸方向とし、マスクＭの走査方向（同期移動方向）もＹ軸方向とする。露光装置ＥＸは、基板Ｐを投影光学系ＰＬの投影領域ＰＲに対してＹ軸方向に移動するとともに、その基板ＰのＹ軸方向への移動と同期して、照明光学系ＩＬの照明領域ＩＲに対してマスクＭをＹ軸方向に移動しながら、そのマスクＭに露光光ＥＬを照射する。マスクＭを介した露光光ＥＬは、投影光学系ＰＬを介して基板Ｐに照射される。

照明光学系ＩＬは、複数の光学素子ＩＲ_１〜ＩＲ_５を含み、マスクＭ上の所定の照明領域ＩＲを均一な照度分布の露光光ＥＬで照明する。光学素子ＩＲ_１〜ＩＲ_５は、ＥＵＶ光を反射可能な多層膜を備えた多層膜反射鏡を含む。光学素子ＩＲ_１〜ＩＲ_５の多層膜は、例えばＭｏ／Ｓｉ多層膜、Ｍｏ／Ｂｅ多層膜を含む。照明光学系ＩＬにより照明され、マスクＭの表面で反射した露光光ＥＬは、投影光学系ＰＬの物面側から投影光学系ＰＬに入射する。

照明光学系ＩＬは、光源８からの露光光ＥＬでマスクＭを照明する。本実施形態の光源８は、レーザ励起型プラズマ光源であって、ハウジング９と、レーザ光を射出するレーザ装置１０と、キセノンガス等のターゲット材料をハウジング９内に供給する供給部材１１とを含む。レーザ装置１０から射出され、集光光学系１２で集光されたレーザ光は、供給部材１１の先端から射出されるターゲット材料に照射される。レーザ光が照射されたターゲット材料は、プラズマ化してＥＵＶ光を含む光（露光光ＥＬ）を発生する。供給部材１１の先端で発生した光は、コンデンサ１３によって集光される。コンデンサ１３を介した光は、ハウジング９の外側に配置されているコリメータミラーとして機能する光学素子ＩＲ_１に入射する。なお、光源は、放電型プラズマ光源や他の光源でもよい。

マスクステージ１は、マスクＭを保持するマスクホルダ１Ｈを有する。本実施形態においては、マスクホルダ１Ｈは、マスクＭの表面が−Ｚ側を向き、マスクＭの表面とＸＹ平面とがほぼ平行となるように、マスクＭを保持する。マスクステージ１は、例えばリニアモータ等のアクチュエータを含む第１駆動システム１Ｄにより、マスクホルダ１ＨでマスクＭを保持しながら、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６つの方向に移動可能である。マスクステージ１（マスクＭ）の位置情報は、干渉計システム３のレーザ干渉計３Ｍによって計測される。レーザ干渉計３Ｍは、マスクステージ１に設けられた計測ミラー１Ｒを用いて、マスクステージ１のＸ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向に関する位置情報を計測する。また、マスクステージ１に保持されているマスクＭの表面の面位置情報（Ｚ軸、θＸ、及びθＹに関する位置情報）は、フォーカス・レベリング検出システム６によって検出される。フォーカス・レベリング検出システム６は、マスクＭの表面に対して傾斜方向から検出光を照射する照射器６Ａと、マスクＭの表面で反射した検出光を受光可能な受光器６Ｂとを備えており、マスクＭの表面の面位置情報を検出可能である。制御装置５は、レーザ干渉計３Ｍの計測結果及びフォーカス・レベリング検出システム６の検出結果に基づいて、マスクステージ１に保持されているマスクＭの位置を制御する。

本実施形態において、照明光学系ＩＬは、マスクＭの表面に対して、傾斜方向から露光光ＥＬを照射する。

投影光学系ＰＬは、複数の光学素子ＰＲ_１〜ＰＲ_４を含み、物体（マスク）面側が非テレセントリックで、像面（ウエハ）面側がテレセントリックな反射光学系であり、マスクＭのパターンの像を所定の投影倍率で基板Ｐに投影する。光学素子ＰＲ_１〜ＰＲ_４は、ＥＵＶ光を反射可能な多層膜を備えた多層膜反射鏡を含む。光学素子ＰＲ_１〜ＰＲ_４の多層膜は、例えばＭｏ／Ｓｉ多層膜、Ｍｏ／Ｂｅ多層膜を含む。投影光学系ＰＬの物面側から投影光学系ＰＬに入射した露光光ＥＬは、投影光学系ＰＬの像面側に射出され、基板Ｐに入射する。

基板ステージ２は、基板Ｐを保持する基板ホルダ２Ｈを有する。本実施形態においては、基板ホルダ２Ｈは、基板Ｐの表面が＋Ｚ側を向き、基板Ｐの表面とＸＹ平面とがほぼ平行となるように、基板Ｐを保持する。基板ステージ２は、例えばリニアモータ等のアクチュエータを含む第２駆動システム２Ｄにより、基板ホルダ２Ｈで基板Ｐを保持しながら、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６つの方向に移動可能である。基板ステージ２（基板Ｐ）の位置情報は、干渉計システム３のレーザ干渉計３Ｐによって計測される。レーザ干渉計３Ｐは、基板ステージ２に設けられた計測ミラー２Ｒを用いて、基板ステージ２のＸ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向に関する位置情報を計測する。また、基板ステージ２に保持されている基板Ｐの表面の面位置情報（Ｚ軸、θＸ、及びθＹに関する位置情報）は、フォーカス・レベリング検出システム７によって検出される。フォーカス・レベリング検出システム７は、基板Ｐの表面に対して傾斜方向から検出光を照射する照射器７Ａと、基板Ｐの表面で反射した検出光を受光可能な受光器７Ｂとを備えており、基板Ｐの表面の面位置情報を検出可能である。制御装置５は、レーザ干渉計３Ｐの計測結果及びフォーカス・レベリング検出システム７の検出結果に基づいて、基板ステージ２に保持されている基板Ｐの位置を制御する。

露光光ＥＬを用いてマスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影するために、図１に示すように、マスクＭがマスクステージ１のマスクホルダ１Ｈに保持され、基板Ｐが基板ステージ２の基板ホルダ２Ｈに保持される。光源装置８より露光光（ＥＵＶ光）ＥＬが射出されると、照明光学系ＩＬは、光源装置８からの露光光ＥＬを、多層膜反射鏡からなる複数の光学素子ＩＲ_１〜ＩＲ_５のそれぞれで反射して、マスクＭへ導く。マスクＭは、照明光学系ＩＬからの露光光ＥＬで照明される。マスクＭの表面に照射され、その表面で反射した露光光ＥＬは、投影光学系ＰＬに入射する。投影光学系ＰＬは、マスクＭからの露光光ＥＬを、多層膜反射鏡からなる複数の光学素子ＰＲ_１〜ＰＲ_４のそれぞれで反射して、基板Ｐへ導く。基板Ｐは、投影光学系ＰＬを介したマスクＭからの露光光ＥＬで露光される。これにより、マスクＭのパターンの像が投影光学系ＰＬを介して基板Ｐに投影される。

本実施形態の露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの空間像を計測するための計測部材２０を備えている。計測部材２０は、投影光学系ＰＬの空間像を計測するための計測マーク２２を備えている。計測部材２０は、投影光学系ＰＬの物面側に配置される。本実施形態においては、計測部材２０は、マスクステージ１に設けられている。

また、本実施形態の露光装置ＥＸは、例えば米国特許公開２００２／００４１３７７号公報等に開示されているような、投影光学系ＰＬの空間像を計測する空間像計測センサ３０を備えている。空間像計測センサ３０は、投影光学系ＰＬの像面側に配置される。本実施形態においては、空間像計測センサ３０の少なくとも一部は、基板ステージ２に設けられている。

図２は、マスクステージ１の近傍を示す側面図、図３は、マスクステージ１を下側（−Ｚ側）から見た平面図である。

図２及び図３において、計測部材２０は、基準面２１と、少なくともＸ軸方向に沿って基準面２１に配置された複数の計測マーク２２とを備える。基準面２１は平面である。計測部材２０の基準面２１は、−Ｚ側を向き、ＸＹ平面とほぼ平行に配置される。本実施形態においては、マスクホルダ１Ｈに保持されたマスクＭの表面と、計測部材２０の基準面２１とは、実質的に同一平面内（ＸＹ平面内）に配置されている。すなわち、本実施形態においては、マスクＭの表面と計測部材２０の基準面２１とはほぼ面一である。基準面２１は、露光装置ＥＸの基準平面として用いられる。

本実施形態において、ＸＹ平面内における基準面２１の形状は、Ｘ軸方向に長い（Ｘ軸方向に沿った長軸を有する）矩形状（長方形状）である。また、ＸＹ平面内における照明光学系ＩＬの照明領域ＩＲの形状は、Ｘ軸方向に長い円弧状である。換言すると、本実施形態において、照明領域ＩＲの形状は、＋Ｙ方向に凸である円弧状の延在軸（円弧軸）を有する。円弧軸の弦は、実質的にＸ軸に沿う。円弧軸の弦の長さは、凸部の高さに比べて大きい。なお、図３において、照明領域ＩＲは斜線で示す領域である。図３に示すように、照明光学系ＩＬは、露光光ＥＬにより、基準面２１をＸ軸方向に長い照明領域ＩＲで照明する。

本実施形態においては、計測部材２０とマスクＭ（マスクホルダ１Ｈ）とは、Ｙ軸方向（走査方向）に沿って配置されている。計測部材２０とマスクＭとがＹ軸に沿って並ぶ。本実施形態においては、計測部材２０は、マスクホルダ１Ｈ（マスクＭ）に対して−Ｙ側に配置されている。照明領域ＩＲに対してマスクステージ１がＹ軸方向に移動することによって、マスクＭ及び計測部材２０のそれぞれは、照明光学系ＩＬの照明領域ＩＲに移動可能（配置可能）である。

計測マーク２２は、投影光学系ＰＬの空間像を計測するために用いられる。計測マーク２２は、計測部材２０の基準面２１に配置されている。計測マーク２２は、少なくともＸ軸方向に沿って基準面２１に複数配置されている。計測マーク２２は、マーク形成領域２３に配置されている。マーク形成領域２３は、少なくともＸ軸方向に沿って、基準面２１の７ヵ所に配置されている。７つのマーク形成領域２３は、Ｘ軸方向に沿って互いに離間している。

本実施形態においては、計測マーク２２は、円弧状の照明領域ＩＲの長手方向に沿って配置されている。換言すると、計測マーク２２は、照明領域ＩＲの円弧軸に沿って並ぶ。計測マーク２２のそれぞれは、照明領域ＩＲの内側に同時に配置されるように、基準面２１において所定の位置関係で配置されている。所定の位置関係に基づき、すべての計測マーク２２が照明領域ＩＲ内に配置される。

図４は、計測マーク２２を示す模式図である。図４に示すように、複数の計測マーク２２は、複数のマーク形成領域２３にそれぞれ配置されている。以下の説明において、７つのマーク形成領域２３を適宜、第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇ、とそれぞれ称する。

図４には、第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇのうち、一例として、第１、第４、第７マーク形成領域２３Ａ、２３Ｄ、２３Ｇに配置されている計測マーク２２が拡大して図示されている。

図４に示すように、計測マーク２２は、ラインアンドスペースパターンを含む。本実施形態においては、第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇのそれぞれに、計測マーク２２として、４つのラインパターンを含むラインアンドスペースパターンが４組配置されている。例えば、第４マーク形成領域２３Ｄの計測マーク２２は、Ｙ軸方向に伸びて形成され、かつＸ軸方向に沿って配置された第１ラインアンドスペースパターン２２Ａと、Ｘ軸方向に伸びて形成され、かつＹ軸方向に沿って配置された第２ラインアンドスペースパターン２２Ｂと、Ｙ軸に対してθＺ方向に関する一方の方向に約４５度傾斜した方向に伸びて形成され、かつ他方の方向に約４５度傾斜した方向に沿って配置された第３ラインアンドスペースパターン２２Ｃと、他方の方向に約４５度傾斜した方向に伸びて形成され、かつ一方の方向に約４５度傾斜した方向に沿って配置された第４ラインアンドスペースパターン２２Ｄとを含む。第４マーク形成領域２３Ｄにおいて、第１ラインアンドスペースパターン２２Ａは、Ｙ軸に沿った延在長軸（extended longitudinal axis）を有しかつＸ軸に沿って実質的に等間隔で並ぶ４つのラインパターンを有する。第４マーク形成領域２３Ｄにおいて、第２ラインアンドスペースパターン２２Ｂは、Ｘ軸に沿った延在長軸を有しかつＹ軸に沿って実質的に等間隔で並ぶ４つのラインパターンを有する。第４マーク形成領域２３Ｄにおいて、第３ラインアンドスペースパターン２２Ｃは、Ｙ軸に対してＺ軸周りの１つの方向（第１回転方向）に約４５°傾いた第１傾斜軸に沿った延在長軸を有しかつＹ軸に対して逆方向（第２回転方向）に約４５°傾いた第２傾斜軸に沿って実質的に等間隔で並ぶ４つのラインパターンを有する。第４マーク形成領域２３Ｄにおいて、第４ラインアンドスペースパターン２２Ｄは、第２傾斜軸に沿った延在長軸を有しかつ第１傾斜軸に沿って実質的に等間隔で並ぶ４つのラインパターンを有する。

他のマーク形成領域２３Ａ〜２３Ｃ、２３Ｅ〜２３Ｇの計測マーク２２も、第４マーク形成領域２３Ｄの計測マーク２２と同等の位置関係を有する第１〜第４ラインアンドスペースパターン２２Ａ〜２２Ｄを有する。

図４に示すように、本実施形態においては、ＸＹ平面内における計測マーク２２の向きが、Ｘ軸方向に関する位置に応じてそれぞれ異なる。換言すると、計測マーク２２のそれぞれが、Ｘ軸方向に関する位置に応じた向きを有する。本実施形態においては、ＸＹ平面内における計測マーク２２の向きが、照明領域ＩＲ内のＸ軸方向に関する位置に応じてそれぞれ異なる。

図５は、各計測マーク２２同士の位置関係を説明するための模式図である。本実施形態においては、Ｘ軸方向に関する照明領域ＩＲの中心Ｔからの距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に応じて、計測マーク２２の向きが定められる。また、本実施形態においては、Ｘ軸方向に関する照明領域ＩＲの中心Ｔと基準面２１の中心とがほぼ一致しており、Ｘ軸方向に関する基準面２１の中心からの距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に応じて、計測マーク２２の向きが定められる。

より詳細には、ＸＹ平面内において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとＸ軸方向に関する照明領域ＩＲの中心Ｔとを結ぶ第１仮想線Ｌ１と、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと各マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇの計測マーク２２のそれぞれとを結ぶ第２仮想線Ｌ２とがなす角度θ１、θ２、θ３に応じて、計測マーク２２の向き（マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇ全体の向き）が定められる。換言すると、第４マーク形成領域２３Ｄに対する第３マーク形成領域２３Ｃの角度位置は、Ｚ軸周りの１つの方向（第１回転方向）に沿ってθ１である。第４マーク形成領域２３Ｄに対する第５マーク形成領域２３Ｅの角度位置は、Ｚ軸周りの逆の方向（第２回転方向）に沿ってθ１である。同様に、第４マーク形成領域２３Ｄに対して、第１，第２，第６，及び第７マーク形成領域２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｆ，及び２３Ｇの角度位置は、それぞれ、θ３（第１回転方向），θ２（第１回転方向），θ２（第２回転方向），及びθ３（第２回転方向）である。本実施形態において、｜θ１｜＜｜θ２｜＜｜θ３｜である。第３マーク形成領域２３Ｃの全体は、第４マーク形成領域２３Ｄの全体の向きに対して第１回転方向に傾いた向きを有する。第２マーク形成領域２３Ｂの全体は、第４マーク形成領域２３Ｄの全体の向きに対して、第３マーク形成領域２３Ｃに比べて第１回転方向により傾いた向きを有する。第１マーク形成領域２３Ａの全体は、第４マーク形成領域２３Ｄの向きに対して、第３マーク形成領域２３Ｃに比べて第１回転方向にさらに傾いた向きを有する。第２回転方向に関して、第５，第６，及び第７マーク形成領域２３Ｅ，２３Ｆ，及び２３Ｇはこれと同様である。マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｃ、２３Ｅ〜２３Ｇにおける、ラインアンドスペースパターン２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，及び２２Ｄも同様の位置関係を有する。例えば、第１，第２，及び第３マーク形成領域２３Ａ，２３Ｂ，及び２３Ｃの第１ラインアンドスペースパターン２２Ａの各々は、第４マーク形成領域２３Ｄの第１ラインアンドスペースパターン２２Ａに対して第１回転方向に傾いた向きを有する。第１ラインアンドスペースパターン２２Ａの傾き（第１回転方向）は、第１マーク形成領域２３Ａ＞第２マーク形成領域２３Ｂ＞第３マーク形成領域２３Ｃである。

図６は、計測部材２０を示す断面図である。図６には、計測マーク２２の一例として、第１ラインアンドスペースパターン２２Ａの断面図が示されている。図６において、計測部材２０は、基材２４と、基材２４上に形成され、ＥＵＶ光を反射可能な多層膜２５とを備えている。基材２４は、例えば超低熱膨張ガラス、超低熱膨張セラミックス等、超低熱膨張材料で形成されている。多層膜２５は、例えばＭｏ／Ｓｉ多層膜、Ｍｏ／Ｂｅ多層膜を含む。計測マーク２２は、多層膜２５上に、ＥＵＶ光を吸収可能な吸収膜２６を配置することによって形成される。吸収膜２６は、例えばＣｒ、Ｔａ、ＴａＮ等で形成可能である。吸収膜２６は、多層膜２５の表面（下面）に配置される。図６に示すように、計測マーク２２（第１ラインアンドスペースパターン２２Ａ）は、吸収膜２６により、凹凸構造を有する。なお、他のラインアンドスペースパターン２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄも、第１ラインアンドスペースパターン２２Ａと同等の構造を有する。

図７は、基板ステージ２を示す斜視図、図８は、空間像計測センサ３０の一部を示す平面図である。空間像計測センサ３０は、投影光学系ＰＬにより投影された計測マーク２２の像を計測する。空間像計測センサ３０は、投影光学系ＰＬから射出される露光光ＥＬが入射可能なスリット状の開口３３を有する遮光膜３４を含むスリット板３１と、スリット板３１からの光を受光する受光器３２とを備えている。受光器３２は、スリット板３１からの露光光ＥＬが入射する受光光学系、及び受光光学系を介した光に応じた電気信号を出力する光電変換素子を含む光センサを有する。光センサ（光電変換素子）は、フォトマル、フォトダイオード、及びＭＣＰ等で形成可能である。

遮光膜３４が形成されるスリット板３１の表面は、ＸＹ平面とほぼ平行な平面であり、基板ステージ２の基板ホルダ２Ｈに保持される基板Ｐの表面とほぼ同じ高さになるように配置される。

スリット板３１は、Ｘ軸方向に長い形状を有するスリット状の開口３３をＹ軸方向に複数（４つ）配置した第１ラインアンドスペースパターン３３Ａと、Ｙ軸方向に長い形状を有するスリット状の開口３３をＸ軸方向に複数（４つ）配置した第２ラインアンドスペースパターン３３Ｂと、例えば第１ラインアンドスペースパターン３３ＡをＹ軸に対してθＺ方向に関する一方の方向に約４５度傾斜させた構造を有する第３ラインアンドスペースパターン３３Ｃと、他方の方向に約４５度傾斜させた構造を有する第４ラインアンドスペースパターン３３Ｄとを含む。第１ラインアンドスペースパターン３３Ａは、１つの方向に沿った延在長軸を有しかつその延在長軸に対する直交軸に沿って実質的に等間隔で並ぶ４つの開口（スリット）３３を有する。第２ラインアンドスペースパターン３３Ｂは、第１ラインアンドスペースパターン３３Ａのそれに対して約９０°傾いた延在長軸を有する開口３３を有する。第３ラインアンドスペースパターン３３Ｃは、第１ラインアンドスペースパターン３３Ａのそれに対して１つの方向に約４５°傾いた延在長軸を有する開口３３を有する。第４ラインアンドスペースパターン３３Ｄは、第１ラインアンドスペースパターン３３Ａのそれに対して逆方向に約４５°傾いた延在長軸を有する開口３３を有する。

また、空間像計測センサ３０は、開口３３及び遮光膜３４を含むスリット板３１をθＺ方向に回転させる駆動装置３５を備えている。駆動装置３５は、スリット板３１の裏面に接続されている。スリット板３１は、基板ステージ２に形成されている開口（凹部）２Ｃに配置されている。開口２Ｃは、ＸＹ平面内において円形であり、スリット板３１は、ＸＹ平面において円形である。したがって、駆動装置３５は、スリット板３１を良好に回転させることができる。

次に、空間像計測センサ３０を用いた露光装置ＥＸの動作の一例について説明する。図９は、空間像計測センサ３０が投影光学系ＰＬの空間像を計測している状態の一例を示す図である。投影光学系ＰＬの空間像を計測するために、制御装置５は、照明光学系ＩＬの照明領域ＩＲ内に計測部材２０の計測マーク２２を配置するとともに、投影光学系ＰＬの投影領域ＰＲにスリット板３１の開口３３を配置する。本実施形態においては、計測部材２０は、マスクステージ１に配置されており、制御装置５は、照明光学系ＩＬから射出される露光光ＥＬが照射される位置に計測部材２０の計測マーク２２が配置されるように、マスクステージ１を移動する。また、スリット板３１は、基板ステージ２に配置されており、制御装置５は、投影光学系ＰＬから射出される露光光ＥＬが照射される位置にスリット板３１の開口３３が配置されるように、基板ステージ２を移動する。

制御装置５は、投影光学系ＰＬの空間像を計測するために、照明光学系ＩＬより露光光ＥＬを射出して、計測マーク２２が配置されている計測部材２０の基準面２１に露光光ＥＬを照射する。照明光学系ＩＬは、基準面２１に対して傾斜方向から露光光ＥＬを照射する。計測マーク２２を含む計測部材２０の基準面２１に照射され、その計測マーク２２を含む基準面２１で反射した露光光ＥＬは、投影光学系ＰＬに入射する。投影光学系ＰＬは、計測マーク２２からの露光光ＥＬを、スリット板３１に向けて射出する。これにより、計測マーク２２の像がスリット板３１上に投影され、計測マーク２２からの露光光ＥＬは、スリット板３１の開口３３に入射する。空間像計測センサ３０は、投影光学系ＰＬにより投影された計測マーク２２の像を計測する。

本実施形態においては、照明光学系ＩＬは、基準面２１に対して、傾斜方向から露光光ＥＬを照射する。本実施形態において、第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇの各計測マーク２２に対する露光光ＥＬの入射角度はそれぞれ異なる。第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇの各計測マーク２２に対する露光光ＥＬの入射角度は、Ｙ軸に対してそれぞれ異なるとともに、ＸＹ平面に対してそれぞれ異なる。一例として、第１、第４、第７マーク形成領域２３Ａ、２３Ｄ、２３Ｇの各計測マーク２２に対して入射する露光光ＥＬの光路をＸＹ平面に投影した光路を、図４の矢印ＨＡ、ＨＤ、ＨＧで示す。

本実施形態においては、第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇの各計測マーク２２それぞれに対する露光光ＥＬの入射角度に応じて、計測マーク２２の向きを定める。これにより、第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇそれぞれの計測マーク２２の投影状態をほぼ一致させることができ、投影光学系ＰＬの空間像を良好に計測することができる。

第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇの各計測マーク２２それぞれに対する露光光ＥＬの入射角度と、Ｘ軸方向に関する照明領域ＩＲの中心からの距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、あるいは第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２とがなす角度θ１、θ２、θ３とは、対応する。したがって、上述のように、Ｘ軸方向に関する照明領域ＩＲの中心からの距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に応じて、より詳細には、角度θ１、θ２、θ３に応じて、第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇの各計測マーク２２の向きを定めることで、第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇの各計測マーク２２を、計測マーク２２のそれぞれに対する露光光ＥＬの入射角度に応じた向きに定めることができる。

例えば、光軸ＡＸに対して放射方向をｓ方向、ｓ方向と直交する方向をｍ方向とした場合において、第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇの各計測マーク２２に入射する露光光ＥＬが、第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇのそれぞれの位置におけるｓ方向に沿って入射する場合、本実施形態においては、図４に示すように、各計測マーク２２の向きは、第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇそれぞれの各計測マーク２２の第１ラインアンドスペースパターン２２Ａがｓ方向に沿って配置されるように定められる。

このように、第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇそれぞれの各計測マーク２２の向きを、第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇのそれぞれに関してローカルに定められるｓ方向及びｍ方向に基づくｓｍ座標系を基準として定めることによって、計測マーク２２を露光光ＥＬの入射角度に応じた向きに定めることができる。

図１０Ａ及び１０Ｂは、本実施形態に係る計測マーク２２とその計測マーク２２に入射する露光光ＥＬとの関係を示す模式図である。図１０Ａは、第４マーク形成領域２３Ｄの計測マーク２２の第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂとその第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂに入射する露光光ＥＬとの関係を示す模式図、図１０Ｂは、第１マーク形成領域２３Ａの計測マーク２２の第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂとその第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂに入射する露光光ＥＬとの関係を示す模式図である。

第４マーク形成領域２３Ｄの第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂ、及び第１マーク形成領域２３Ａの第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂのそれぞれは、露光光ＥＬの入射角度に応じた方向に向いている。図１０Ａ及び１０Ｂに示す例では、第１、第４マーク形成領域２３Ａ、２３Ｄの第１ラインアンドスペースパターン２２Ａは、露光光ＥＬの入射方向に沿った方向を向き、第１、第４マーク形成領域２３Ａ、２３Ｄの第２ラインアンドスペースパターン２２Ｂは、露光光ＥＬの入射方向と直交する方向を向いている。これにより、第４マーク形成領域２３Ｄの第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂとその第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂに入射する露光光ＥＬとの位置関係と、第１マーク形成領域２３Ａの第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂとその第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂに入射する露光光ＥＬとの位置関係とをほぼ同じにすることができる。換言すれば、第４マーク形成領域２３Ｄの第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂに対する露光光ＥＬの照射状態と、第１マーク形成領域２３Ａの第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂに対する露光光ＥＬの照射状態とをほぼ同じにすることができる。したがって、第１マーク形成領域２３Ａの計測マーク２２の投影状態と、第４マーク形成領域２３Ｄの計測マーク２２の投影状態とをほぼ一致させることができ、投影光学系ＰＬの空間像を良好に計測することができる。

図１１Ａ及び１１Ｂは、比較例に係る計測マーク２２とその計測マーク２２に入射する露光光ＥＬとの関係を示す模式図である。図１１Ａは、比較例に係る第４マーク形成領域２３Ｄの計測マーク２２の第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂとその第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂに入射する露光光ＥＬとの関係を示す模式図、図１１Ｂは、比較例に係る第１マーク形成領域２３Ａの計測マーク２２の第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂとその第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂに入射する露光光ＥＬとの関係を示す模式図である。

図１１Ａ及び１１Ｂにおいて、第４マーク形成領域２３Ｄの第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂと、第１マーク形成領域２３Ａの第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂとは、ＸＹ座標系において、同じ方向を向いている。図１１Ａに示す例では、第４マーク形成領域２３Ｄの第１ラインアンドスペースパターン２２Ａは、露光光ＥＬの入射方向に沿った方向を向き、第４マーク形成領域２３Ｄの第２ラインアンドスペースパターン２２Ｂは、露光光ＥＬの入射方向と直交する方向を向いている。一方、図１１Ｂに示す例では、第１マーク形成領域２３Ａの第１ラインアンドスペースパターン２２Ａは、露光光ＥＬの入射方向（ｓ方向）に対して傾斜した方向を向き、第１マーク形成領域２３Ａの第２ラインアンドスペースパターン２２Ｂも、露光光ＥＬの入射方向（ｓ方向）に対して傾斜した方向を向いている。すなわち、第４マーク形成領域２３Ｄの第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂとその第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ａに入射する露光光ＥＬとの位置関係と、第１マーク形成領域２３Ａの第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂとその第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂに入射する露光光ＥＬとの位置関係とは異なる。換言すれば、第４マーク形成領域２３Ｄの第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂに対する露光光ＥＬの照射状態と、第１マーク形成領域２３Ａの第１、第２ラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂに対する露光光ＥＬの照射状態とは異なる。

本実施形態においては、計測マーク２２は、凹凸構造を有するため、計測マーク２２に対する露光光ＥＬの入射角度（照射状態）に応じて、計測マーク２２の凸部（吸収膜２６）によって、影になる部分が生じたり、影の生成状態が変化したりする可能性がある。例えば、図１１Ａの状態と、図１１Ｂの状態とでは、影の生成状態（所謂、シャドウイング効果）が異なる。すると、図１１Ａのラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂの像の線幅と、図１１Ｂのラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂの像の線幅とが異なる現象が生じる可能性が高くなる。その結果、図１１Ａのラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂの像に基づく投影光学系ＰＬの空間像の計測結果と、図１１Ｂのラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂの像に基づく投影光学系ＰＬの空間像の計測結果とが異なる等、投影光学系ＰＬの空間像の計測精度が低下する可能性がある。

本実施形態によれば、図１０Ａのラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂの投影状態と、図１０Ｂのラインアンドスペースパターン２２Ａ、２２Ｂの投影状態とをほぼ同じにすることができるので、空間像の計測精度の低下を抑制することができる。

図１２Ａ及び１２Ｂは、計測マーク２２の像と、スリット板３１の開口３３との関係を示す模式図である。本実施形態においては、空間像計測センサ３０は、計測マーク２２の向きに応じて、開口３３の向きを調整することができる。すなわち、空間像計測センサ３０は、投影される計測マーク２２の像と、遮光膜３４の開口３３との関係を調整することができる。本実施形態においては、遮光膜３４を含むスリット板３１を回転させる駆動装置３５が設けられており、空間像計測センサ３０は、計測マーク２２の向きに応じて、駆動装置３５を用いて、遮光膜３４を含むスリット板３１を回転させる。

例えば、図１２Ａに示すように、計測マーク２２のラインアンドスペースパターンの像がＸ軸方向に長い場合、その計測マーク２２の像を計測するための開口３３の長手方向と、計測マーク２２の像の長手方向とが一致するように、スリット板３１を回転させる。また、図１２Ｂに示すように、計測マーク２２のラインアンドスペースパターンの像がＸ軸方向に対して傾斜する方向に長い場合、その計測マーク２２の像を計測するための開口３３の長手方向と、計測マーク２２の像の長手方向とが一致するように、スリット板３１を回転させる。これにより、計測マーク２２の像を良好に計測できる。

そして、制御装置５は、本実施形態に係る空間像計測センサ３０を用いて計測した投影光学系ＰＬの空間像の計測結果に基づいて、例えば米国特許公開２００２／００４１３７７号公報等に開示されているように、必要に応じて、フォーカス・レベリング検出システム７をキャリブレーションしたり、投影光学系ＰＬの各種収差を求めたり、投影光学系ＰＬをキャリブレーションしたりする。そして、制御装置５は、空間像の計測が実行された投影光学系ＰＬから射出される露光光ＥＬで基板Ｐを露光する。

以上説明したように、本実施形態によれば、投影光学系ＰＬの空間像を良好に計測することができる。したがって、その空間像の計測結果を用いて、キャリブレーション処理等を良好に実行することができ、露光装置ＥＸの性能の低下を抑制できる。したがって、基板Ｐを良好に露光することができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図１３は、第２実施形態に係る計測部材２０Ｂを示す平面図である。図１３に示すように、計測マーク２２に加えて、Ｘ軸方向に沿って基準面２１に配置された第１〜第７マーク形成領域２３Ａ〜２３Ｇのそれぞれに、Ｘ軸方向に長いラインアンドスペースパターンと、Ｙ軸方向に長いラインアンドスペースパターンとを含む第２計測マーク２９を配置することができる。デバイスパターン（回路パターン）がＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに長いパターン（配線パターン）を含む場合、投影光学系ＰＬによる第２計測マーク２９の像を計測することによって、投影光学系ＰＬによる配線パターンの像の状態を把握することができる。

すなわち、本実施形態によれば、計測マーク２２の像を計測することによって、投影光学系ＰＬの本来の収差に相関した収差（シャドウイング効果の影響を抑制した状態の収差）を求めることができるとともに、第２計測マーク２９の像を計測することによって、デバイスパターン（回路パターン）が受ける実効的な収差（シャドウイング効果の影響を加味した状態の収差）を求めることができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図１４は、第３実施形態に係る空間像計測センサ３０Ｂのスリット板３１Ｂを示す平面図である。図１４に示すように、スリット板３１Ｂは、計測マーク２２からの露光光ＥＬが入射可能な所定方向に長い形状を有するスリット状の開口３３を所定方向と交差する方向に複数（４つ）配置したラインアンドスペースパターン３１１を複数有する遮光膜３４を備える。複数のラインアンドスペースパターン３１１のＸＹ平面内における向きはそれぞれ異なる。ラインアンドスペースパターン３１１の向きは、計測部材２０の複数の計測マーク２２の向きに対応するようにそれぞれ異なる。制御装置５は、投影される計測マーク２２の像の長手方向と一致する方向に長いラインアンドスペースパターン３１１を選択し、その選択されたラインアンドスペースパターン３１１を投影光学系ＰＬの投影領域ＰＲに配置する。これにより、計測マーク２２の像を良好に計測することができる。

なお、空間像計測センサ３０の受光器３２は、複数のラインアンドスペースパターン３１１のそれぞれに対応するように複数配置されていてもよいし、受光器３２を１つ（あるいは所定の複数）配置し、その受光器３２を選択されたラインアンドスペースパターン３１１に対応する位置に移動するようにしてもよい。

なお、複数のラインアンドスペースパターン３１１のいずれか１つの向きと一致するように、基準面２１における計測マーク２２の位置、計測マーク２２の向きを調整するようにしてもよい。

なお、上述の各実施形態においては、計測マーク２２が計測部材２０に配置されている場合を例にして説明したが、図１５に示すように、計測マーク２２が、マスクＭの所定領域に配置されていてもよい。図１５に示すマスクＭは、パターンが形成されたパターン形成領域１００と、パターン形成領域１００に対してＹ軸方向に配置された計測マーク２２とを有する。

なお、上述の実施形態の基板Ｐとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスク又はレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。

露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。

さらに、ステップ・アンド・リピート方式の露光において、第１パターンと基板Ｐとをほぼ静止した状態で、投影光学系を用いて第１パターンの縮小像を基板Ｐ上に転写した後、第２パターンと基板Ｐとをほぼ静止した状態で、投影光学系を用いて第２パターンの縮小像を第１パターンと部分的に重ねて基板Ｐ上に一括露光してもよい（スティッチ方式の一括露光装置）。また、スティッチ方式の露光装置としては、基板Ｐ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写し、基板Ｐを順次移動させるステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。

また、例えば米国特許第６，６１１，３１６号に開示されているように、２つのマスクのパターンを、投影光学系を介して基板上で合成し、１回の走査露光によって基板上の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などにも本発明を適用することができる。

また、本発明は、米国特許６，３４１，００７号、米国特許６，４００，４４１号、米国特許６，５４９，２６９号、米国特許６，５９０,６３４号、米国特許６，２０８，４０７号、米国特許６，２６２，７９６号などに開示されているような複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

更に、例えば特開平１１−１３５４００号公報（対応国際公開第１９９９／２３６９２号パンフレット）、米国特許第６，８９７，９６３号等に開示されているように、基板を保持する基板ステージと基準マークが形成された基準部材及び／又は各種の光電センサを搭載した計測ステージとを備えた露光装置にも本発明を適用することができる。また、複数の基板ステージと計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。

露光装置ＥＸの種類としては、基板Ｐに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ、あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。

以上のように、本願実施形態の露光装置ＥＸは、本願請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図１６に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態に従って、マスクを介した露光光で基板を露光すること、及び露光した基板を現像することを含む基板処理ステップ２０４、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）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

なお、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した露光装置等に関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

なお、上述のように本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述した全ての構成要素を適宜組み合わせて用いる事が可能であり、また、一部の構成要素を用いない場合もある。

Claims (26)

1. 露光装置に用いられる計測部材であって、
   第１面を有する基材と、
   前記基材に設けられ、前記第１面の第１方向の異なる位置に配置される複数のマーク形成領域の各々に形成される第１パターンとを備え、
   複数の前記第１パターンは、前記第１方向に関する位置によって決められた向きを有する計測部材。
2. 前記複数の第１パターンは、前記第１方向に関する位置が異なるとともに前記第１方向と直交する第２方向に関する位置が異なる請求項１記載の計測部材。
3. 前記複数の第１パターンは、前記第１方向に関する前記第１面の中心からの距離に応じて、前記第１パターンのそれぞれの向きが定められる請求項１又は２記載の計測部材。
4. 前記複数の第１パターンは、ラインアンドスペースパターンを含む請求項１〜３のいずれか一項記載の計測部材。
5. 前記複数の第１パターンは、凹凸構造を含む請求項１〜４のいずれか一項記載の計測部材。
6. 前記第１面に配置された複数の第２パターンをさらに備え、
   前記第２パターンのそれぞれは、前記第１方向に長いラインアンドスペースパターンと、前記第１方向と直交する第２方向に長いラインアンドスペースパターンとを含む請求項１〜５のいずれか一項記載の計測部材。
7. 露光装置に用いられるセンサであって、
   請求項１〜６のいずれか一項記載の計測部材における前記第１パターンからの光が入射可能であり、所定方向に長い複数の開口を有する遮光膜を備え、
   前記複数の開口は、互いに異なる向きを有するセンサ。
8. 露光装置に用いられるセンサであって、
   請求項１〜６のいずれか一項記載の計測部材における前記第１パターンからの光が入射可能な開口を有するスリット部材と、
   前記第１パターンの向きに応じて、前記スリット部材を回転させる駆動装置と、を備えたセンサ。
9. 露光光で基板を露光する露光装置であって、
   請求項１〜６のいずれか一項記載の計測部材を備えた露光装置。
10. 露光光で基板を露光する露光装置であって、
    請求項７又は８記載のセンサを備えた露光装置。
11. 投影光学系を介した露光光で基板を露光する露光装置であって、
    前記投影光学系の物面側に配置され、前記投影光学系による空間像の計測に用いられる計測部材と、を備え、
    前記計測部材は、
    第１面を有する基材と、
    前記基材に設けられ、前記第１面の第１方向の異なる位置に配置される複数のマーク形成領域の各々に形成される第１パターンとを備え、
    複数の前記第１パターンは、前記第１方向に関する位置によって決められた向きを有する露光装置。
12. 前記計測部材の第１面に対して傾斜方向から、前記第１面の第１方向に長い照明領域で前記露光光を照射する照明光学系をさらに備える請求項１１記載の露光装置。
13. 前記複数の第１パターンに対する前記露光光の入射角度がそれぞれ異なり、
    前記入射角度に応じて、前記第１パターンのそれぞれの向きが定められる請求項１１又は１２記載の露光装置。
14. 前記第１方向に関する前記照明領域の中心からの距離に応じて、前記第１パターンのそれぞれの向きが定められる請求項１１又は１２記載の露光装置。
15. 前記投影光学系の光軸と前記照明領域の中心とを結ぶ第１仮想線と、前記投影光学系の光軸と前記第１パターンとを結ぶ第２仮想線とがなす角度に応じて、前記複数の第１パターンのそれぞれの向きが定められる請求項１１又は１２記載の露光装置。
16. 前記第１パターンは、ラインアンドスペースパターンを含む請求項１１〜１５のいずれか一項記載の露光装置。
17. 前記第１パターンは、凹凸構造を含む請求項１１〜１６のいずれか一項記載の露光装置。
18. 前記投影光学系により投影された前記第１パターンの像を計測する空間像計測センサをさらに備える請求項１１〜１７のいずれか一項記載の露光装置。
19. 前記空間像計測センサは、前記第１パターンからの前記露光光が入射可能な開口を有する遮光膜と、
    前記第１マークの向きに応じて、前記遮光膜を回転させる駆動装置とを備える請求項１８記載の露光装置。
20. 前記空間像計測センサは、前記第１パターンからの前記露光光が入射可能であり、所定方向に長い複数の開口を有するスリット部材をさらに備え、
    前記複数の開口は、互いに異なる向きを有する請求項１８記載の露光装置。
21. 前記第１面に配置された複数の第２パターンをさらに備え、
    前記第２パターンのそれぞれは、前記第１方向に長いラインアンドスペースパターンと、前記第１方向と直交する第２方向に長いラインアンドスペースパターンとを含む請求項１１〜２０のいずれか一項記載の露光装置。
22. 請求項９〜２１のいずれか一項記載の露光装置を用いて基板を露光することと、
    露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
23. 投影光学系の空間像の計測方法であって、
    前記投影光学系の物面側に、前記物面の第１方向の異なる位置に配置されるマーク形成領域の各々に形成され、前記第１方向に関する位置によって決められた向きを有する複数の第１パターンを配置することと、
    前記投影光学系により投影された前記第１パターンの像を空間像計測センサで計測することと、を含む計測方法。
24. 照明光学系の照明領域内に前記第１パターンを配置して、前記第１パターンを前記照明光学系からの露光光で照明することをさらに含む請求項２３記載の計測方法。
25. 露光光で基板を露光する露光方法であって、
    請求項２３又は２４記載の計測方法を用いて前記投影光学系の空間像を計測することと、
    前記計測された前記投影光学系から射出される前記露光光で前記基板を露光することと、を含む露光方法。
26. 請求項２５記載の露光方法を用いて基板を露光することと、
    露光された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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