JP5354395B2 - 転写特性計測方法、露光装置の調整方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

転写特性計測方法、露光装置の調整方法及びデバイス製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、転写特性計測方法、露光装置の調整方法及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、露光装置により物体上に形成されたマーク（計測用マークの転写像）のサイズに基づいて露光装置によるパターンの転写特性を計測する転写特性計測方法、該転写特性計測方法を利用した露光装置の調整方法及び該調整方法により調整された露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。
一般に、半導体素子、表示素子（液晶表示素子等）、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド、あるいはマイクロマシンなどのマイクロ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）に形成されたパターンを、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）上に転写する、種々の露光装置が用いられている。近年では、スループットを重視する観点からステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（いわゆるステッパ）やステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（いわゆるスキャナ（スキャニング・ステッパとも呼ばれる））などの逐次移動型の投影露光装置が、主として用いられている。
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の投影光学系の投影倍率に応じた縮小像（パターンが投影倍率に応じた大きさに縮小された元のパターンと相似形の像）をウエハ上に正確に形成できることが重要である。特に、レチクル上の同一サイズのパターンの転写像は、投影光学系の有効視野又は露光フィールド内の全域で、同一サイズで形成できること、すなわちパターンサイズの面内均一性などが重要である。例えば、ラインパターンの場合、その像の線幅が、面内で均一であるとともに、縦ライン、横ライン間においても、線幅均一性が重要である。
上記のパターンサイズの面内均一性などは、投影光学系の結像特性によって大きく影響を受け、例えば投影光学系に像面湾曲、球面収差、コマ収差やディストーションなどの収差がある場合には、それぞれ異なる位置に形成される同一サイズのパターンの像の形成状態が異なったものとなる。また、投影光学系に非点収差がある場合には、同一サイズの横線パターンのレジスト像と縦線パターンのレジスト像の形成状態が異なったものとなる。このことを、反対から言えば、投影光学系を介してウエハ上にそれぞれ転写された同一サイズのパターンの複数の転写像（例えばレジスト像など）のサイズ（例えば線幅）の計測を行えば、その計測結果に基づいて投影光学系の結像特性を知ることができ、さらには投影光学系の結像特性の調整などの露光装置の調整が可能になるということである。
近年では、パターンの微細化に伴い、ウエハ上に形成されたレジスト像などのサイズ（例えばラインパターンの場合の線幅など）を計測する場合、計測装置として測長用の走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope:ＳＥＭ）（以下、単に「ＳＥＭ」と言う）が用いられるのが一般的になっている。
しかるに、露光装置によりレチクルのパターンがウエハ上に転写され、そのウエハの現像後にそのウエハ上のほぼ同一位置に形成されたレジスト像の線幅計測を、市販の測長用のＳＥＭシステムを用いて行う場合に、露光装置の調整を何度となく繰り返し行っても、縦線パターンのレジスト像と横線パターンのレジスト像とで、最近の露光装置に要求されるパターン線幅制御性の仕様（スペック）を満足できない線幅差が計測結果に含まれ、半導体工場内の露光装置の立ち上げに予想外の時間を要する事態が頻繁に発生するようになってきた。
露光装置に要求されるパターン線幅制御性の仕様（スペック）は将来的に更に厳しくなるのは確実であるから、上記の線幅差を低減できる新技術を開発することは、重要である。
本発明者は、上記の縦線パターンのレジスト像と横線パターンのレジスト像との線幅差の要因を正確に知るため、種々の実験を繰り返し行った結果、投影光学系を収差が殆どない状態まで調整しても、上述した測長用のＳＥＭによる計測の結果に上記の線幅差が含まれることを確認した。このことより、本発明者は、上記の線幅差は、何らかの要因による計測誤差が大部分を占めるとの結論に達し、線幅計測の一連の処理を分析した。その結果、ＳＥＭによるレジスト像の画像取り込み、及びその後に行われるその画像に対するエッジ検出処理を含む画像処理の組み合わせに、上記の計測誤差の発生要因があること、特に、画像処理の過程で、横線パターンのレジスト像の画像のみ回転した画像に対してエッジ検出処理が行われることが、上記誤差発生の主要因であるとほぼ確信した。
本発明は、本発明者の上記誤差の発生要因の究明結果に基づいてなされたもので、第１の観点からすると、マスクに形成されたパターンを物体上に転写する露光装置の異なる２方向に関する転写特性を計測する転写特性計測方法であって、前記露光装置を用いて、前記２方向の転写特性の計測に用いられる第１及び第２要素を含むマークを物体上に形成する転写工程と、前記物体を計測装置内で基準方向に設定して前記第１及び第２要素の一方を含む前記マークの少なくとも一部の第１画像を取り込むとともに、前記第１画像の取込時と回転角が実質的に前記２方向の交差角と同一角度α（０°＜α＜１８０°）だけ異なる前記第１及び第２要素の他方を含む前記マークの少なくとも一部の第２画像を取り込む画像取込工程と、前記第１及び第２画像をそれぞれ処理して、前記マークの前記２方向に関する第１及び第２サイズをそれぞれ計測する計測工程と、を含み、前記転写工程では、前記露光装置による少なくとも１回の第１露光と、前記第１露光と前記物体の回転角が実質的に前記角度αだけ異なる少なくとも１回の第２露光とによって、前記物体上の異なる領域に前記マークがそれぞれ形成され、前記画像取込工程では、前記第１露光によって形成される第１マークの少なくとも前記第１及び第２要素の一方を前記第１画像として取り込んだ後、前記物体を実質的に回転させることなく、前記第２露光によって形成される第２マークの少なくとも前記第１及び第２要素の他方を前記第２画像として取り込むことを特徴とする第１の転写特性計測方法である。
これによれば、露光装置による少なくとも１回の第１露光と、前記第１露光と前記物体の回転角が実質的に前記角度αだけ異なる少なくとも１回の第２露光とによって、２方向の転写特性の計測に用いられる第１及び第２要素を含むマークが物体上の異なる領域にそれぞれ形成される。次に、このマークが形成された物体が計測装置内で基準方向に設定され、前記第１及び第２要素の一方を含む前記マークの少なくとも一部の第１画像が取り込まれるとともに、第１画像の取込時と回転角が実質的に前記２方向の交差角と同一角度α（０°＜α＜１８０°）だけ異なる前記第１及び第２要素の他方を含む前記マークの少なくとも一部の第２画像が取り込まれる。例えば、前記第１露光によって形成される第１マークの少なくとも前記第１及び第２要素の一方が前記第１画像として取り込まれた後、前記物体を実質的に回転させることなく、前記第２露光によって形成される第２マークの少なくとも前記第１及び第２要素の他方が前記第２画像として取り込まれる。そして、前記第１及び第２画像をそれぞれ処理して、前記マークの前記２方向に関する第１及び第２サイズがそれぞれ計測される。すなわち、第１及び第２画像は、例えば物体上でのマーク配置などに応じて計測装置による取込が実質的に同一条件で行われて、画像処理が施されるので、画像の取り込みと画像処理との組み合わせに起因するマークのサイズ計測精度の低下を防止することができ、結果的に露光装置の異なる２方向に関する転写特性を正確に計測（評価）することが可能となる。
本発明は、第２の観点からすると、マスクに形成されたパターンを物体上に転写する露光装置によるパターンの転写特性を計測する転写特性計測方法であって、所定の計測用マークが少なくとも１つ形成されたパターン領域を有する計測マスクを前記露光装置に搭載して露光を行い、前記パターン領域を前記物体上に転写する第１転写工程と、前記計測マスク及び前記物体の少なくとも一方を回転して、前記計測マスクに対する前記物体の角度が、前記第１転写工程から所定角度α（０°＜α＜１８０°）変化した状態で、前記パターン領域を前記物体上に転写する第２転写工程と、前記物体が基準方向に設定された状態で、前記第１転写工程で前記物体上に形成された前記計測用マークの第１の転写像と、前記第２転写工程で前記物体上に形成された前記計測用マークの第２の転写像との画像を、計測装置によりそれぞれ取り込む画像取り込み工程と、取り込まれた前記第１の転写像の画像と第２の転写像の画像に対してエッジ検出処理を伴う画像処理をそれぞれ施して、前記計測用マークの第１の転写像及び第２の転写像それぞれの前記基準方向に対応する方向に直交する計測方向に関するサイズを、少なくとも計測する計測工程と、を含む第２の転写特性計測方法である。
これによれば、所定の計測用マークが少なくとも１つ形成されたパターン領域を有する計測マスクを露光装置に搭載して露光を行い、前記パターン領域を物体上に転写し、前記計測用マークの第１の転写像を前記物体上に形成する。また、前記計測マスク及び前記物体の少なくとも一方を回転して、前記計測マスクに対する前記物体の角度が、第１の転写像の形成時の状態から所定角度α（０°＜α＜１８０°）変化した状態で、前記パターン領域を前記物体上に転写し、前記計測用マークの第２の転写像を物体上に形成する。そして、前記物体が基準方向に設定された状態で、物体上に形成された計測用マークの第１の転写像の画像と、物体上に形成された計測用マークの第２の転写像の画像が、計測装置により取り込まれる。そして、取り込まれた第１の転写像の画像と第２の転写像の画像に対してエッジ検出処理を伴う画像処理がそれぞれ施され、計測用マークの第１の転写像及び第２の転写像それぞれの前記基準方向に対応する方向に直交する計測方向に関するサイズが、少なくとも計測される。すなわち、第１及び第２の転写像は、例えば計測装置による画像取込が実質的に同一条件で行われるように物体上にそれぞれ形成されるので、計測装置によりそれぞれ取り込まれた第１及び第２の転写像の画像に対して、いずれにも回転を加えることなくエッジ検出処理を伴う画像処理が施され、計測用マークの第１の転写像及び第２の転写像それぞれの計測方向のサイズが計測される。これにより、画像の取り込みと画像処理との組み合わせに起因する計測用マークの像のサイズ計測精度の低下を防止することができ、結果的に露光装置によるパターンの転写特性を正確に計測（評価）することが可能となる。
本発明は、第３の観点からすると、本発明の第１及び第２の転写特性計測方法のいずれかを用いて、マスクに形成されたパターンを物体上に転写する露光装置によるパターンの転写特性を計測する工程と、前記計測結果に基づいて、前記露光装置の調整を行う調整工程と、を含む露光装置の調整方法である。
これによれば、本発明の第１及び第２の転写特性計測方法のいずれかを用いて露光装置によるパターンの転写特性が正確に計測（評価）され、この計測結果に基づいて露光装置の調整が行われる。従って、露光装置によるパターンの転写特性を精度良く調整することが可能となる。
また、リソグラフィ工程において、本発明の調整方法によりパターンの転写特性が調整される露光装置で、マスクに形成されたパターンを感光物体上に転写することにより、高集積度のデバイスを歩留り良く製造することができる。従って、本発明は、更に別の観点からすると、本発明の調整方法により調整された露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法であるとも言える。
一実施形態に係る露光装置を示す概略図である。 計測用レチクルをパターン面側から見た平面図である。 露光装置によるパターンの転写特性の計測方法の一部の処理を行う際の露光装置の主制御装置内のＣＰＵの処理アルゴリズムを簡略化して示すフローチャートである。 図３のステップ１０２のサブルーチンの処理の一例を示す図である。 第４ショット目までのパターン転写処理が終了したときの計測用ウエハＷTの状態を示す図である。 第２４ショット目までのパターン転写処理が終了したときの計測用ウエハＷTの状態を示す図である。 第２８ショット目までのパターン転写処理が終了したときの計測用ウエハＷTの状態を示す図である。 全４８ショットのパターン転写処理が終了したときの計測用ウエハＷTの状態を示す図である。 計測用ウエハＷT上のショット領域ＳＡ1に形成される計測用マークＭＰ1〜ＭＰ13のレジスト像Ｍ1〜Ｍ13を示す図である。
以下、本発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
図１には、本発明の露光装置の調整方法が適用される一実施形態に係る露光装置１００の概略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。
露光装置１００は、光源及び照明光学系から成る照明系１０、この照明系１０からのエネルギビームとしての露光用照明光（以下、「照明光」と略述する）ＩＬにより照明されるマスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬを物体としてのウエハＷ上（像面上）に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持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。
前記照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報及びこれに対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含んで構成されている。この照明系１０では、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。また、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）あるいは回折光学素子などを用いることができる。この他、照明系１０として、例えば特開平６−３４９７０１号公報及びこれに対応する米国特許第５，５３４，９７０号明細書などに開示される構成を採用しても良い。
前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが装填され、不図示の静電チャック（又はバキュームチャック）等を介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、不図示の駆動系により水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動（回転を含む）が可能な構成となっている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む不図示のレチクルステージ駆動部によって、照明系の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能（Ｚ軸回りの回転を含む）であるとともに、所定の走査方向（ここではＹ軸方向とする）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ＸＹ平面内の位置は、レチクルステージＲＳＴに設けられた（又は形成された）反射面を介してレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）５４Ｒによって、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５４ＲからのレチクルステージＲＳＴの位置情報は、照明光学系（光源を除く照明系１０の構成部分）及び投影光学系等を内部に収容する不図示の本体チャンバの外部に設置された主制御装置５０に供給される。主制御装置５０は、レチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動部（不図示）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。
前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックな縮小系が用いられている。この投影光学系ＰＬの投影倍率は例えば１／４、１／５あるいは１／６等である。このため、前記の如くして、照明光ＩＬによりレチクル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の回路パターン等の縮小像がその照明領域ＩＡＲと共役なウエハＷ上の照明光ＩＬの照射領域（露光領域）ＩＡに形成される。
投影光学系ＰＬとしては、複数枚、例えば１０〜２０枚程度の屈折光学素子（レンズ素子）１３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１３のうち、物体面側（レチクルＲ側）の複数枚（ここでは、説明を簡略化するために４枚とする）のレンズ素子１３1，１３2，１３3，１３4は、結像特性補正コントローラ４８によって外部から駆動可能な可動レンズとなっている。レンズ素子１３1〜１３4は、不図示の二重構造のレンズホルダをそれぞれ介して鏡筒に保持されている。これらレンズ素子１３1〜１３4は、内側レンズホルダにそれぞれ保持され、これらの内側レンズホルダが不図示の駆動素子（アクチュエータ）、例えばピエゾ素子などにより重力方向に関して３点で外側レンズホルダに対して支持されている。そして、これらの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、レンズ素子１３1〜１３4のそれぞれを投影光学系ＰＬの光軸方向であるＺ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Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向）に駆動可能（チルト可能）な構成となっている。
その他のレンズ素子１３は、通常のレンズホルダを介して鏡筒に保持されている。なお、レンズ素子１３1〜１３4に限らず、投影光学系ＰＬの瞳面近傍、又は像面側に配置されるレンズ素子、あるいは投影光学系ＰＬの収差、特にその非回転対称成分を補正する収差補正板（光学プレート）などを駆動可能に構成しても良い。更に、それらの駆動可能な光学素子の自由度（移動可能な方向）は３つに限られるものではなく１つ、２つあるいは４つ以上でも良い。
前記ウエハステージＷＳＴ上にはウエハホルダ２５を介してウエハＷが真空吸着（あるいは静電吸着）等により保持されている。本実施形態では、ウエハホルダ２５として、特開２００２−０５０５６０号公報及びこれに対応する米国特許出願公開２００３／００２０８８９号明細書などに開示されるような、不図示の駆動装置（例えば回転モータ）により、ウエハを保持した状態でＺ軸回りにほぼ１８０°の角度範囲内で回転が可能とされたホルダが採用されている。
ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方に配置され、リニアモータ、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等から成るウエハステージ駆動部５６により、ＸＹ平面内方向及びＺ軸方向に移動可能であり、ＸＹ面に対する傾斜方向（Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向））にも微小駆動可能となっている。
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）を含む）は、ウエハステージＷＳＴに設けられた（又は形成された）反射面を介してウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」と略述する）５４Ｗによって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハ干渉計５４Ｗは、測長軸を複数有する多軸干渉計を複数含み、これらの干渉計によって、ウエハステージＷＳＴの回転（θｚ回転(ヨーイング)、Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転（ローリング）、及びＸ軸回りの回転であるθｘ回転（ピッチング））が計測可能となっている。
ウエハ干渉計５４Ｗによって検出されたウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は主制御装置５０に供給される。主制御装置５０は、ウエハステージＷＳＴの上記位置情報（又は速度情報）に基づいて、ウエハステージ駆動部５６を介してウエハステージＷＳＴの位置を制御する。
また、ウエハステージＷＳＴ上には、後述するレチクルアライメント用の複数対の第１基準マーク、後述するアライメント系ＡＬＧのベースライン計測用の基準マーク等が形成された基準マーク板ＦＭが、その表面がウエハＷの表面とほぼ同一高さとなるように固定されている。
本実施形態の露光装置１００には、主制御装置５０によってオン・オフが制御される光源を有し、投影光学系ＰＬの結像面に向けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束を光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射系６０ａと、それらの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する受光系６０ｂとからなる射入射方式の多点焦点位置検出系（以下、単に「焦点位置検出系」と呼ぶ）が設けられている。なお、本実施形態の焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）と同様の多点焦点位置検出系の詳細な構成は、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号明細書等に開示されている。なお、上記公報等に記載の多点焦点位置検出系は、ウエハＷ上の露光領域ＩＡの内部だけでなく、その外側にも結像光束を照射することで、ウエハＷの起伏（段差情報）を先読みする機能等を有しているが、それらの機能は有していなくても良い（すなわち、露光領域ＩＡの内部のみに結像光束を照射するだけでも良い）。また、照射系６０ａによって照射される光束の形状は、平行四辺形その他の形状であっても良い。
主制御装置５０では、走査露光時等に、受光系６０ｂからの焦点ずれ信号（デフォーカス信号）、例えばＳカーブ信号に基づいて焦点ずれが零あるいは焦点深度内となるように、ウエハＷのＺ位置及びＸＹ面に対する傾斜を、ウエハステージ駆動部５６を介して制御することにより、オートフォーカス（自動焦点合わせ）及びオートレベリングを実行する。
さらに、露光装置１００は、ウエハステージＷＳＴ上に保持されたウエハＷ上のアライメントマーク及び基準マーク板ＦＭ上に形成された基準マークの位置計測等に用いられるオフ・アクシス（off-axis）方式のアライメント系ＡＬＧを備えている。このアライメント系ＡＬＧとしては、例えばウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標の像とを撮像素子（ＣＣＤ等）を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系のセンサが用いられる。なお、ＦＩＡ系に限らず、コヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出したり、その対象マークから発生する２つの回折光（例えば同次数）を干渉させて検出したりするアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。
さらに、本実施形態の露光装置１００では、図示は省略されているが、レチクルＲの上方に、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上の一対のレチクルマークと対応する基準マーク板上の一対の第１基準マークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から成る一対のレチクルアライメント系が設けられている。これらのレチクルアライメント系としては、例えば特開平７−１７６４６８号公報及びこれに対応する米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに開示されるものと同様の構成のものが用いられる。
前記制御系は、図１中、前記主制御装置５０によって主に構成される。主制御装置５０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）等からなるいわゆるワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等から構成され、前述した種々の制御動作を行う他、装置全体を統括して制御する。
なお、本実施形態の露光装置１００には、不図示のコータ・デベロッパ（以下、「Ｃ／Ｄ」と言う）がインラインにて接続されている。このＣ／Ｄは、ウエハに対するレジストの塗布を行うコータ（レジスト塗布）部、露光後のウエハを現像するデベロッパ（現像）部、及び塗布制御装置、現像制御装置を含んで構成され、塗布制御装置及び現像制御装置により、ウエハに対するレジスト塗布動作及び現像動作が制御される。
また、露光装置１００の主制御装置５０は、荷電粒子線走査型の計測装置の一種である測長ＳＥＭを含んで構成されるＳＥＭシステム８０に通信路を介して接続されている。このＳＥＭシステム８０は、簡単に説明すると、例えば１０-5Ｐａ以上に保たれた電子ビーム鏡筒内で電磁界レンズにより一次ビームを収束して測長パターン上を照射し、照射面から放出される２次電子及び反射電子を捕集して、そのライン・プロファイルから測長パターン・エッジを検出してパターン寸法を計測するシステムである。
ＳＥＭシステム８０は、一例としてａ）ＳＥＭ部、ｂ）ＴＦＥ（Thermal Field Emission）高圧電源、集束レンズ及び対物レンズ電源、走査用偏向電源、Ｚセンサ制御系、２次電子検出器を統合するＳＥＭ制御系、ｃ）ウエハ搬送、レーザ干渉計を搭載して高速ステージ駆動を管理するステージ制御系、ｄ）２次電子信号と偏向信号を同期させて画像信号に転送する信号変換器、ｅ）画像処理系（表示装置を含む）、ｆ）システム全体を統括的に制御するメインコンピュータなどを含んで構成される。
本実施形態では、ＳＥＭシステム８０のメインコンピュータが、通信路を介して露光装置１００の主制御装置５０に接続されている。
次に、本実施形態の調整方法でその像（レジスト像など）が線幅の計測対象となる計測用マークが形成された計測マスクとしての計測用レチクルＲTについて、図２に基づいて説明する。この図２は、計測用レチクルＲTを、パターン面側から見た平面図である。この図２に示されるように、計測用レチクルＲTは、矩形のガラス基板から成り、そのパターン面の中央部に、遮光帯ＳＢで囲まれる長方形のパターン領域ＰＡが形成されている。パターン領域ＰＡの内部には、合計１３個の計測用マークＭＰ1〜ＭＰ13が形成されている。これらの計測用マークは、Ｙ軸方向に関して、３行に配置され、その中央の行に７つの計測用マークＭＰ4〜ＭＰ10が等間隔で配置され、その他の行にそれぞれ３つの計測用マークＭＰ1〜ＭＰ3、ＭＰ11〜ＭＰ13が等間隔で配置されている。
各計測用マークＭＰj（ｊ＝１〜１３）は、図２に示されるように、計測用レチクルＲT上でＹ軸方向に延びる設計上の線幅が例えば４００ｎｍの第１ラインパターン要素（又は第１マーク要素、以下では「縦線パターン要素」とも呼ぶ）ＰVと、Ｙ軸方向に対して角度α（αは、ここでは９０°（又は２７０°））図２における時計回りに回転した方向であるＸ軸方向に延びる設計上の線幅が例えば４００ｎｍの第２ラインパターン要素（又は第２マーク要素、以下では「横線パターン要素」とも呼ぶ）ＰHとを含む。投影光学系ＰＬの投影倍率を１／４として、これら第１ラインパターン要素ＰVと第２ラインパターン要素ＰHとをウエハ上に転写すると、投影光学系ＰＬに球面収差、非点収差などの諸収差が存在しない理想的な状態では、第１ラインパターン要素ＰVと第２ラインパターン要素ＰHの像として、線幅１００ｎｍのラインパターン像がそれぞれ得られることとなる。
また、パターン領域ＰＡの中心（レチクルセンタに一致するものとする）を通るＸ軸上のパターン領域ＰＡの両外側には、レチクルアライメントマークＲＭ1、ＲＭ2が形成されている。レチクルアライメントマークＲＭ1を中心としてＹ軸方向の一側と他側に同一距離だけ離れて、レチクルアライメントマークＲＭ3、ＲＭ5がそれぞれ形成されている。また、レチクルアライメントマークＲＭ2を中心としてＹ軸方向の一側と他側に同一距離だけ離れて、レチクルアライメントマークＲＭ4、ＲＭ6がそれぞれ形成されている。レチクルアライメントマークＲＭ3とＲＭ4、ＲＭ5とＲＭ6とは、レチクルセンタを通るＹ軸に関して対称の配置となっている。この計測用レチクルＲTは、レチクルステージＲＳＴ上にロードされた状態では、パターン面（図２における紙面手前側の面）が、投影光学系ＰＬに対向する側の面となる。
次に、本実施形態に係る露光装置の調整方法のうちの、露光装置１００の主制御装置５０により制御される動作、すなわち、露光装置１００及び露光装置１００にインラインにて接続されているＣ／Ｄにおいて行われる動作について、主制御装置５０内のＣＰＵの処理アルゴリズムを簡略化して示す図３、図４のフローチャートに沿って、かつ適宜他の図面を参照しつつ説明する。
この動作の前提として、レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルが載置されておらず、ウエハステージＷＳＴ上にはウエハが載置されていないものとする。
図３のステップ１０２では、計測用レチクルＲTのパターン転写のサブルーチンの処理を行う。このサブルーチンでは、まず、図４のステップ２０２において、不図示のレチクルローダを介してレチクルステージＲＳＴ上に計測用レチクルＲTをロードする。
次いで、ステップ２０４において、レチクルアライメント等の所定の準備作業を行う。具体的には、まず、ウエハステージＷＳＴ上に設けられた基準マーク板ＦＭの表面に形成されている特定の一対の第１基準マークの中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとほぼ一致する基準位置にウエハステージＷＳＴを移動させるとともに、計測用レチクルＲT上の一対のレチクルアライメントマークＲＭ1、ＲＭ2の中心（レチクルセンタ）が投影光学系ＰＬの光軸とほぼ一致する基準位置にレチクルステージＲＳＴを移動させる。ここで、ウエハステージＷＳＴの移動は、主制御装置５０が、ウエハ干渉計５４Ｗの計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動部５６を制御することで行われ、レチクルステージＲＳＴの移動は、主制御装置５０が、レチクル干渉計５４Ｒの計測値をモニタしつつ不図示のレチクルステージ駆動部を制御することで行われる。以下においても同様である。
次いで、前述の一対のレチクルアライメント系により照明光ＩＬを用いて基準マーク板ＦＭ上の特定の一対の第１基準マークとそ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ＲＭ1、ＲＭ2の投影像の相対位置検出を行なう。次いで、レチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴを相互に逆向きにＹ軸方向にステップ移動し、前述の一対のレチクルアライメント系により照明光ＩＬを用いて基準マーク板ＦＭ上の別の一対の第１基準マークとそ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ＲＭ3、ＲＭ4の投影像の相対位置検出を行なう。
すなわち、このようにして、基準マーク板ＦＭ上の少なくとも２対の第１基準マークと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との相対位置を、レチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向にステップ移動しつつ、レチクルアライメント系を用いて計測することで、ウエハ干渉計の測長軸で規定されるウエハステージ座標系とレチクル干渉計の測長軸で規定されるレチクルステージ座標系との位置関係の検出、すなわちレチクルアライメントが行われる。なお、このレチクルアライメントではウエハステージＷＳＴを移動させることなくレチクルステージＲＳＴを移動するだけでも良い。
また、例えば照明光ＩＬの照射領域（照明領域ＩＡＲ）の非走査方向の幅が計測用レチクルＲTのパターン領域ＰＡの非走査方向の幅にほぼ一致するように、照明系１０内の可動レチクルブラインドの非走査方向の開口幅を調整する。
このようにして、所定の準備作業が終了すると、次のステップ２０６に移行し、前述のＣ／Ｄから不図示のウエハローダを介して、ウエハステージＷＳＴ上に計測用のウエハ（以下、「計測用ウエハ」とも呼ぶ）ＷTをロードする。この場合、例えば、図５（Ａ）に示されるように、表面にレジストが塗布された計測用ウエハＷTは、その外周部の一部に形成されたノッチＮが−Ｙ方向を向いた状態（以下、「０°の状態」とも呼ぶ）でウエハステージＷＳＴ上にウエハホルダ２５を介して載置されるものとする。
次のステップ２０８では、計測用ウエハＷTに対する第ｎ回目の露光であることを示す不図示のカウンタのカウント値ｎを「１」に初期化する。
次のステップ２１０では、第ｎ回目（ここでは第１回目）の露光のための加速開始位置にウエハステージＷＳＴを移動するとともに、計測用レチクルＲTの位置が加速開始位置となるように、レチクルステージＲＳＴを移動する。
次のステップ２１２では、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴのＹ軸方向に関する相対走査を開始する。そして、両ステージがそれぞれ目標走査速度に達し、等速同期状態に達すると、照明系１０からの照明光ＩＬによって計測用レチクルＲTのパターン領域ＰＡが照明され始め、走査露光が開始される。そして、計測用レチクルＲTのパターン領域ＰＡの異なる領域が照明光ＩＬで逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより走査露光が終了する。これにより、計測用レチクルＲTに形成されたパターン領域ＰＡが投影光学系ＰＬを介して計測用ウエハＷT上の露光対象領域に縮小転写される。
次のステップ２１４では、前述のカウンタのカウント値ｎを参照し、ｎ＝Ｋか否か、すなわち予定されているＫ個のパターン領域の転写像をウエハＷT上に形成するための露光が終了したか否かを判断する。ここでは、ｎ＝１、すなわち、最初（第１回目）の露光によってパターン領域ＰＡ（すなわち、本例では１３個の計測用マークＭＰj）の転写像が１つだけウエハＷT上に形成されたのみであるので、ステップ２１４での判断は否定され、ステップ２１６に移行する。
次いで、ステップ２１６では、前述のカウンタのカウント値ｎを１インクリメントして（ｎ←ｎ＋１）、ステップ２１０に戻る。
以降、ステップ２１４での判断が肯定されるまで、ステップ２１０→２１２→２１４→２１６のループの処理（判断を含む）を繰り返す。なお、図５（Ａ）には、ｎ＝４の状態でステップ２１２が終了したときの計測用ウエハＷTの状態が示されている。
そして、Ｋ回目の走査露光によって計測用ウエハＷT上に予定されているＫ個（ここでは、Ｋ＝２４とする）のパターン領域ＰＡ（１３個の計測用マークＭＰj）の転写像が形成されると、ステップ２１８に移行する。なお、図５（Ｂ）には、ステップ２１８の処理が開始される直前の計測用ウエハＷTの状態が示されている。また、図５（Ａ）、図５（Ｂ）では１回の走査露光によるウエハＷT上での照明光ＩＬの照射範囲（パターン領域ＰＡの転写像の形成領域）がショット領域ＳＡnとして表されており、本実施形態ではウエハＷT上で互いに分離して設定される異なる２４個のショット領域（例えば２６×３３ｍｍのフィールドサイズ）にそれぞれパターン領域ＰＡの転写像が形成される。
ステップ２１８では、不図示の駆動装置（例えば回転モータ）を介して、ウエハホルダ２５を計測用ウエハＷTを保持した状態で、Ｚ軸回りに９０°（例えば時計回りに９０°）回転駆動する。これにより、計測用ウエハＷTは、図６（Ａ）に示されるようにノッチＮが−Ｘ方向を向いた状態（以下、「９０°の状態」とも呼ぶ）に設定される。
次に、ステップ２２０ではカウント値ｎを１インクリメントし（ｎ←ｎ＋１）、次のステップ２２２に移行する。
ステップ２２２では、第ｎ回目の露光（ここでは、図６（Ａ）に示される第２５番目のショット領域ＳＡ25（パターン領域ＰＡの２５個目の転写像）を形成するための露光）のための加速開始位置に、ウエハステージＷＳＴを移動するとともに、計測用レチクルＲTの位置が加速開始位置となるように、レチクルステージＲＳＴを移動する。
次のステップ２２４では、前述のステップ２１２と同様にして走査露光を行い、計測用レチクルＲTのパターン領域ＰＡの転写像をウエハＷT上に形成する。ここでは、図６（Ａ）に示されるショット領域ＳＡ25にパターン領域ＰＡの転写像が形成される。このショット領域ＳＡ25は、先に形成されたショット領域ＳＡ1〜ＳＡ24に対して９０°回転した向きのショット領域である。
次のステップ２２６では、カウンタｎを参照し、ｎ＝Ｍか否か、すなわち予定されている全てのショット数Ｍ（ここでは、Ｍ＝４８とする）の露光が行われたか否かを判断する。ここでは、ｎ＝２５であるから、このステップ２２６での判断は否定され、ステップ２２０に戻る。
その後、ステップ２２６における判断が肯定されるまで、ステップ２２０→２２２→２２４→２２６のループの処理（断を含む）を繰り返す。なお、図６（Ａ）には、ｎ＝２８の状態でステップ２２４の処理が終了したときの計測用ウエハＷTの状態が示されている。
そして、計測用ウエハＷT上に予定されている全てのショット数Ｍ（＝４８）のパターン領域ＰＡの転写が終了すると、このサブルーチンの処理を終了して、図３のメインルーチンのステップ１０４にリターンする。なお、図６（Ｂ）には、ステップ１０２の計測用レチクルＲTのパターン転写のサブルーチンの処理が全て終了したときの、計測用ウエハＷTの状態が示されている。この状態では、ウエハ中心を挟む左右の領域に、長手方向が９０°異なるショット領域が２４個ずつ形成されている。
図３に戻り、次のステップ１０４では、上記ステップ１０２のサブルーチンで露光処理済みの計測用ウエハＷTを、露光装置１００にインラインにて接続されたＣ／Ｄに搬送する。この場合、計測用ウエハＷTは、不図示のウエハアンローダを介してウエハステージＷＳＴ上からアンロードされるとともに、ウエハ搬送系を介してＣ／Ｄ内に搬送されるようになっている。
次のステップ１０６では、Ｃ／Ｄを構成するデベロッパ部を制御する現像制御装置に対して、計測用ウエハＷTの現像処理を指示した後、ステップ１０８に進んで、計測用ウエハＷTの現像が終了するのを待つ。
この待ち時間の間に、Ｃ／Ｄ側で計測用ウエハＷTの現像が行われ、この現像の終了により、計測用ウエハＷT上には、図６（Ｂ）に示されるようなショット領域ＳＡ1〜ＳＡ48にそれぞれパターン領域ＰＡが形成される。この場合、ショット領域ＳＡ1には、図７に示されるように、１３個の計測用マークＭＰ1〜ＭＰ13のレジスト像Ｍ1〜Ｍ13（以下、便宜上「マークＭj」とも呼ぶ）が形成される。その他のショット領域ＳＡ2〜ＳＡ48についても同様である。このようなレジスト像（マーク）Ｍjが形成された計測用ウエハＷTが露光装置１００のパターンの転写特性を計測するための試料となる。
現像が終了し、現像制御装置からその旨の通知を受けることで、現像の終了を確認すると、ステップ１１０に進み、不図示のウエハ搬送系を介して、現像済みの計測用ウエハＷTをＳＥＭシステム８０近傍の所定の場所に搬送し、本ルーチンの一連の処理を終了する。ここで、所定の場所とは、オペレータが現像済みのウエハを容易に取り出すことができ、かつその取り出したウエハをＳＥＭシステム８０の大気側のウエハ搬送系に搬入するのに適した場所であって、予め定められた場所を指す。
その後、オペレータは、現像済みの計測用ウエハＷTを、上記所定の場所から取り出してＳＥＭシステム８０の大気側のウエハ搬送系に搬入する。
その後、オペレータの指示に従い、ＳＥＭシステム８０によって、通常と同様の手順で、計測用ウエハＷTを試料として、レジスト像中のパターンのサイズ（寸法）計測が行われる。
この場合、オペレータの指示に従い、計測用ウエハＷTが、ＳＥＭシステム８０を構成する大気側の搬送系、ロードロック室、真空側の搬送系を順次経て、試料室内に搬入される。試料室内では、計測用ウエハＷTは０°の方向（これを基準方向とする）を向いている。ここで、基準方向とは、計測用ウエハＷT上のショット領域ＳＡ1〜ＳＡ24の長手方向及びこれに直交する方向（ショット領域ＳＡ25〜ＳＡ48の長手方向に一致）が、ＳＥＭシステム８０の試料室内のステージの移動座標である直交座標系（ＸＹ座標系）の座標軸にそれぞれ一致したときの計測用ウエハＷTの向きを指し、ここでは、計測用ウエハＷTの中心とノッチＮとを結ぶ線分がＹ軸に一致する方向であるものとする。
このとき、オペレータは、ＳＥＭシステム８０に対して、０°の方向の計測用ウエハＷT上の全てのショット領域ＳＡ1〜ＳＡ48内の全てのマークＭ1〜Ｍ13の基準方向に直交する計測方向に関するサイズの計測を指示する。ここで、計測方向とは、図６（Ｂ）におけるＹ軸方向に相当する。
また、この場合におけるマーク（レジスト像）の計測方向に関するサイズとは、ショット領域ＳＡ1〜ＳＡ24内部のマークＭ1〜Ｍ13については、前述の計測用マークＭＰ1〜ＭＰ13の第１ラインパターン要素（縦線パターン要素）ＰVの像の線幅であり、ショット領域ＳＡ25〜ＳＡ48内部のマークＭ1〜Ｍ13については、前述の計測用マークＭＰ1〜ＭＰ13の第２ラインパターン要素（横線パターン要素）ＰHの像の線幅である。
従って、上記のオペレータの指示に従い、ＳＥＭシステム８０により計測用ウエハＷT上の全てのショット領域ＳＡ1〜ＳＡ48内の全てのマークＭ1〜Ｍ13の画像（ＳＥＭ画像）が、それぞれ取り込まれる。なお、４８個のショット領域それぞれで１３個のマークのレジスト像についてその全体の画像を取り込まなくても良く、例えばショット領域ＳＡ1〜ＳＡ24ではマーク毎にその縦線パターン要素ＰVの像のみ、ショット領域ＳＡ25〜ＳＡ48ではマーク毎にその横線パターン要素ＰHの像のみについてその画像を取り込むだけでも良い。
次いで、ＳＥＭシステム８０の画像処理系により、その取り込まれた計測用ウエハＷT上の全てのショット領域ＳＡ1〜ＳＡ48内の全てのマークＭ1〜Ｍ13の画像それぞれに対して、エッジ検出処理を伴う画像処理がそれぞれ施され、ショット領域ＳＡ1〜ＳＡ24内部のマークＭ1〜Ｍ13については、前述の第１ラインパターン要素（縦線パターン要素）ＰVの像（第１要素、第１部分、第１ライン要素）の線幅、及びショット領域ＳＡ25〜ＳＡ48内部のマークＭ1〜Ｍ13については、前述の第２ラインパターン要素（横線パターン要素）ＰHの像（第２要素、第２部分、第２ライン要素）の線幅が、それぞれ計測され、その計測結果がＳＥＭシステム８０のメインコンピュータの内部メモリに記憶されるとともに、表示装置の画面上に表示される。
このとき、表示装置の画面上には、第１ラインパターン要素（縦線パターン要素）ＰVの像の２４×１３＝３１２個の線幅の計測値（以下、「線幅値」と記す）及び第２ラインパターン要素（横線パターン要素）ＰHの像の３１２個の線幅値が、一度に、又は画面表示の切り換えにより表示される。
その後、オペレータは、ＳＥＭシステム８０による計測結果の表示画面を見て、必要な演算処理、例えばマークＭj（ｊ＝１〜１３）それぞれの第１ラインパターン要素ＰVの像の線幅値ＬＷVの２４ショットでの平均値ＡＶＥ（ＬＷV）j（ｊ＝１〜１３）、及びＡＶＥ（ＬＷV）j（ｊ＝１〜１３）のうちの最大値と最小値との差ΔＡＶＥ（ＬＷV）などの算出を、ＳＥＭシステム８０のメインコンピュータに指示する。同様に、オペレータは、ＳＥＭシステム８０による計測結果の表示画面を見て、例えばマークＭj（ｊ＝１〜１３）それぞれの第２ラインパターン要素ＰHの像の線幅値ＬＷHの２４ショットでの平均値ＡＶＥ（ＬＷH）j（ｊ＝１〜１３）、及びＡＶＥ（ＬＷH）j（ｊ＝１〜１３）のうちの最大値と最小値との差ΔＡＶＥ（ＬＷH）などの算出を、ＳＥＭシステム８０のメインコンピュータに指示する。さらにオペレータは、先の平均値ＡＶＥ（ＬＷV）jと平均値ＡＶＥ（ＬＷH）jとの差Δ（ＬＷV-H）j（ｊ＝１〜１３）の算出も、ＳＥＭシステム８０のメインコンピュータに指示する。
ここで、Δ（ＬＷV-H）jはマークＭjの第１ラインパターン要素ＰVの像と第２ラインパターン要素ＰHの像との差（Ｖ／Ｈ差）、すなわち線幅ばらつき（サイズのばらつき）であり、ΔＡＶＥ（ＬＷV）、ΔＡＶＥ（ＬＷH）は、第１ラインパターン要素、第２ラインパターン要素の像の線幅（サイズ）の面内均一性の指標値である。
上記のオペレータの指示に応じ、ＳＥＭシステム８０のメインコンピュータにより、ＡＶＥ（ＬＷV）j（ｊ＝１〜１３）、ΔＡＶＥ（ＬＷV）、ＡＶＥ（ＬＷH）j（ｊ＝１〜１３）、ΔＡＶＥ（ＬＷH）、Δ（ＬＷV-H）j（ｊ＝１〜１３）が算出され、これらの算出結果が表示装置の画面上に表示される。この計測結果の表示がなされると、オペレータは、その表示画面を見て、その計測結果の情報を、露光装置１００の主制御装置５０に送信するように、ＳＥＭシステム８０のメインコンピュータに指示する。これにより、ＳＥＭシステム８０のメインコンピュータから上記の計測結果の情報が露光装置１００に送られ、露光装置１００の主制御装置５０は、上記の計測結果の情報を受信し、メモリ内に記憶する。
本実施形態では、デバイスパターンの転写の際には、レチクルアライメント及びアライメント系ＡＬＧのベースライン計測などの準備作業の後、ステップ・アンド・スキャン方式で、レチクルＲ上に形成されたデバイスパターンが投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の複数のショット領域にそれぞれ転写される。なお、このような一連の動作は、通常のスキャナと同様であるから、詳細説明については省略する。
但し、露光装置１００の主制御装置５０は、先にメモリ内に記憶した上記の計測結果の情報ＡＶＥ（ＬＷV）j（ｊ＝１〜１３）、ΔＡＶＥ（ＬＷV）、ＡＶＥ（ＬＷH）j（ｊ＝１〜１３）、ΔＡＶＥ（ＬＷH）、及びΔ（ＬＷV-H）j（ｊ＝１〜１３）のうち、例えばその対応する許容範囲を超える少なくとも１つの情報に基づいて、所定の演算プログラムに従って計算を行い、この計算結果に基づいて結像特性調整装置４８を介して投影光学系ＰＬを構成するレンズ１３1〜１３4の少なくとも１つを駆動して、投影光学系ＰＬの結像特性を調整する。また、走査露光中には、必要に応じてウエハステージＷＳＴ、レチクルステージＲＳＴの速度比を微調整する。このような調整により、露光装置１００によるパターンの転写特性が要求される仕様を満足するレベルに調整される。すなわち、露光フィールド（ウエハＷT上での１回の走査露光範囲であり、前述のショット領域ＳＡnに対応）内の異なる位置（マークＭ1〜Ｍ13それぞれに対応するその形成位置）における、縦横線の各線幅、縦横線の線幅差Δ（ＬＷV-H）j＝ＡＶＥ（ＬＷV）j−ＡＶＥ（ＬＷH）j及び縦横線の各線幅の面内均一性などが、全て仕様を満足するような露光装置の調整が行われる。
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る露光装置のパターン転写特性の計測方法によると、計測用レチクルＲTを露光装置１００に搭載して露光を行い（図４のステップ２１２参照）、計測用レチクルＲTに形成されたパターン領域ＰＡを計測用ウエハＷT上に転写した際に計測用ウエハＷT上に形成された計測用マークＭＰ1〜ＭＰ13の第１の転写像（図６（Ｂ）のショット領域ＳＡ1〜ＳＡ24のマークＭ1〜Ｍ13）の画像がＳＥＭシステム８０により取り込まれる。また、計測用レチクルＲTに対するウエハＷTの角度が、上記第１の転写像が形成された際から所定角度９０°変化した状態で露光を行い（ステップ２２４参照）、前記パターン領域ＰＡをウエハＷT上に転写した際に計測用ウエハＷT上に形成された計測用マークＭＰ1〜ＭＰ13の第２の転写像（図６（Ｂ）のショット領域ＳＡ25〜ＳＡ48のマークＭ1〜Ｍ13）の画像がＳＥＭシステム８０により取り込まれる。そして、ＳＥＭシステム８０により、取り込まれた前記第１の転写像の画像と前記第２の転写像の画像に対してエッジ検出処理を伴う画像処理がそれぞれ施され、計測用マークの第１の転写像及び第２の転写像それぞれの基準方向に直交する計測方向（図６（Ｂ）におけるＹ方向）に関するサイズ、より具体的には、ショット領域ＳＡ1〜ＳＡ24内部のマークＭ1〜Ｍ13についての前述の第１ラインパターン要素（縦線パターン要素）ＰVの像（第１要素、第１部分、第１ライン要素）の線幅値、及びショット領域ＳＡ25〜ＳＡ48内部のマークＭ1〜Ｍ13についての前述の第２ラインパターン要素（横線パターン要素）ＰHの像（第２要素、第２部分、第２ライン要素）の線幅値が計測される。
すなわち、本実施形態によると、計測用マークの第１及び第２の転写像は、例えばＳＥＭシステム８０による画像取込が実質的に同一条件で行われるようにウエハＷT上にそれぞれ形成されるので、ＳＥＭシステム８０によりそれぞれ取り込まれた第１及び第２の転写像の画像に対して、いずれにも回転を加えることなくエッジ検出処理を伴う画像処理が施され、計測用マークの第１の転写像及び第２の転写像それぞれの計測方向のサイズが計測される。そして、この結果として、画像の取り込みと画像処理との組み合わせに起因する計測用マークの像のサイズ計測精度の低下を防止することができ、結果的に露光装置１００によるパターンの転写特性を正確に計測（評価）することが可能となる。
また、本実施形態では、ＳＥＭシステム８０により、オペレータの指示に応じ、マークＭj（ｊ＝１〜１３）それぞれの第１ラインパターン要素ＰVの像の線幅値ＬＷVの２４ショットでの平均値ＡＶＥ（ＬＷV）j（ｊ＝１〜１３）、ＡＶＥ（ＬＷV）j（ｊ＝１〜１３）のうちの最大値と最小値との差ΔＡＶＥ（ＬＷV）、マークＭj（ｊ＝１〜１３）それぞれの第２ラインパターン要素ＰHの像の線幅値ＬＷHの２４ショットでの平均値ＡＶＥ（ＬＷH）j（ｊ＝１〜１３）、ＡＶＥ（ＬＷH）j（ｊ＝１〜１３）のうちの最大値と最小値との差ΔＡＶＥ（ＬＷH）、及びマークＭjの第１ラインパターン要素ＰVの像と第２ラインパターン要素ＰHの像との差（Ｖ／Ｈ差）Δ（ＬＷV-H）j（ｊ＝１〜１３）なども計算され、この計算結果が、露光装置１００の主制御装置５０に送られる。
そして、上記の計測結果に基づいて前述の如くして露光装置１００の調整が行われる。従って、露光装置１００によるパターンの転写特性を精度良く調整することが可能となっている。
なお、上記実施形態では、転写の途中では、ウエハを回転させることなく、所定ショット数分だけ、計測用レチクルＲTの計測マークＭＰjをウエハ上に転写し、そのウエハを現像後に、ＳＥＭシステム８０を用いてその現像後のウエハ上のレジスト像（マーク）Ｍjのサイズ計測を行う際に、その計測を２回に分けて行っても良い。この場合、一例として次のような手順で、計測が行われる。
１） 例えば、ウエハが基準方向に向いた第１の状態で、ＳＥＭシステム８０によりマークＭ1〜Ｍ13の第１の画像を取り込む。
２） 次に、一旦ウエハを試料室から取り出し、上記第１の状態からウエハを所定角度α（＝９０°）回転した状態で、試料室内に搬入する。その状態（第２の状態）で、ＳＥＭシステム８０によりマークＭ1〜Ｍ13の第２の画像を取り込む。
３） そして、ＳＥＭシステム８０に指示を与え、第１の画像に対してエッジ検出処理を伴う画像処理を施して、マークＭjの前記基準方向に直交する第１方向に関する第１のサイズ（すなわち、マークＭjの第１要素（第１ライン要素、第１部分）の線幅）を計測する。
４） 次に、ＳＥＭシステム８０に指示を与え、第２の画像に対してエッジ検出処理を伴う画像処理を施して、マークＭjの第１方向に対して角度α（＝９０°）回転した第２方向に関する第２のサイズ（すなわち、マークＭjの第２要素（第２ライン要素、第２部分）の線幅）を計測する。
このようにすると、ウエハが基準方向に向いた第１の状態で、ＳＥＭシステム８０により取り込まれたマークＭjの第１の画像に対しては、エッジ検出処理を伴う画像処理が施されて、マークＭjの前記基準方向に直交する第１方向に関する第１のサイズが計測され、また、前記第１の状態からウエハを所定角度α（＝９０°）回転した第２の状態で、ＳＥＭシステム８０により取り込まれたマークＭjの第２の画像に対しては、エッジ検出処理を伴う画像処理が施され、マークＭjの第２方向に関する第２のサイズが計測される。すなわち、ＳＥＭシステム８０による画像取り込み時のウエハの向きに応じて、エッジ検出処理を伴う画像処理が施されるので、画像の取り込みと画像処理との組み合わせに起因するマークのサイズ計測精度の低下を防止することができる。
なお、ＳＥＭシステム８０において、試料室内に入れたウエハを計測の途中で取り出すことには、例えば計測時間などを考慮すると、現実には困難を伴う場合が殆どである。従って、この計測の途中でウエハを回転させる方法は、特に光学顕微鏡などの他の計測装置を用いた計測の場合に有効である。
但し、ＳＥＭシステム８０に、ウエハを回転させる機構を、取り付けることができるのであれば、上記方法は、適用が可能である。
また、上記実施形態では、計測用レチクルＲT上の計測用マークＭＰjを構成する第１ラインパターン要素の延びる向きに対して角度α＝９０°回転した向きに第２ラインパターン要素が延びる場合について説明したが、上記角度αは、０°＜α＜１８０°の範囲の角度であれば、いかなる角度であっても良い。すなわち、第１ラインパターン要素と第２ラインパターン要素を含んで計測用マークを構成する場合には、第１ラインパターン要素と第２ラインパターン要素とは、異なる向きに延びていれば良い。但し、角度αを９０°以外の角度にする場合には、前述したステップ２１８に代えて、ウエハホルダを角度α回転するステップの処理を行い、回転後の計測用ウエハＷTの中心とノッチとを結ぶ線分の方向を、計測用レチクル上の第２ラインパターン要素の延びる方向に一致させる必要がある。このとき、回転前のウエハＷTはその中心とノッチとを結ぶ線分の方向が、第１ラインパターン要素が延びる方向と一致するように設定されている。
なお、前述のショット領域ＳＡ1〜ＳＡ24では少なくともマークＭjの第１及び第２要素の一方は計測方向（又は延設方向、周期方向など）が転写特性を計測すべき異なる２方向（第１及び第２方向、通常はＸ、Ｙ方向）の一方と実質的に一致し、前述のショット領域ＳＡ25〜ＳＡ48では少なくとも第１及び第２要素の他方は計測方向がその異なる２方向の他方と実質的に一致するように、ショット領域ＳＡ1〜ＳＡ24に対する第１露光と、ショット領域ＳＡ25〜ＳＡ48に対する第２露光とによってウエハＷT上にマークＭjが形成される。このとき、レチクルＲT上で計測用マークＭＰjの第１及び第２マーク要素（縦線パターン要素ＰV及び横線パターン要素ＰH）はその計測方向（又は延設方向、周期方向など）の交差角が前述の異なる２方向の交差角とほぼ等しくなるように形成されることが好ましい。この場合、計測用マークＭＰjの第１及び第２マーク要素の計測方向をそれぞれ異なる２方向とほぼ一致させて第１及び第２露光を行なうことによって、第１露光と第２露光とでウエハＷTの回転方向の位置（回転角）を除き、計測用マークＭＰjを含む露光装置によるその転写条件を同一に設定することができ、計測用マークＭＰjの転写像であるウエハＷT上のマークＭjの異なる２方向に関する線幅（サイズ）をそれぞれ精度良く計測することが可能となる。なお、レチクルＲT上の計測用マークＭＰjの第１及び第２マーク要素は必ずしもその計測方向の交差角が異なる２方向の交差角と一致していなくても良い。この場合、前述の第１露光では第１及び第２マーク要素の一方のみでその計測方向を異なる２方向の一方とほぼ一致させ、前述の第２露光では第１及び第２マーク要素の他方のみでその計測方向を異なる２方向の他方とほぼ一致させれば良い。
また、上記実施形態では、前述の第１露光によって形成されるマーク（第１マーク）Ｍjの第１及び第２要素の一方と、前述の第２露光によって形成されるマーク（第２マーク）Ｍjの第１及び第２要素の他方とでその計測方向がほぼ一致する、すなわちウエハＷT上で第１マークＭjと第２マークＭjとが転写特性を計測すべき異なる２方向の交差角とほぼ同一角度だけ回転するように、ウエハＷTを異なる２方向の交差角とほぼ同一角度だけ回転させることとしている。しかしながら、前述の第１露光で計測用マークＭＰjの第１及び第２マーク要素の一方が異なる２方向の一方、及び前述の第２露光でその第１及び第２マーク要素の他方が異なる２方向の他方とほぼ一致していれば、ウエハＷTの回転角を異なる２方向の交差角と一致させなくても良い。このとき、第１マークＭjの第１及び第２要素の一方の計測方向と、第２マークＭjの第１及び第２要素の他方の計測方向との回転角（回転誤差）が、ＳＥＭシステム８０で回転方向に関する許容値を超えている場合には、ＳＥＭシステム８０にてウエハＷTを回転させることが好ましい。
また、上記実施形態では、計測用レチクルＲT上の計測用マークＭＰjが第１ラインパターン要素と第２ラインパターン要素とから成り、その計測用マークＭＰjのウエハＷT上の転写像であるマークＭjが第１ラインパターン要素の像である第１要素（第１部分、第１ライン要素）と第２ラインパターン要素の像である第２要素（第２部分、第２ライン要素）とから成る場合について説明したが、サイズ計測の対象となるマークは、ラインパターンの組み合わせに限らず、枠状マークや多角形状マーク（例えばともに四角形状）などでも良いし、マークＭjの第１要素と第２要素とが接続、交差、あるいは部分的に重畳していても良い。また、そのマークは孤立パターンに限られるものでなく、密集パターン（例えばライン・アンド・スペースパターンなどの周期パターン）などでも良い。要は、交差する２方向に関するサイズの計測が可能な形状であれば良い。
なお、ウエハＷT上のマークＭj（レチクルＲTの計測用マークＭＰj）の要素として、例えば矩形（方形）状マークを用いるとき、マークＭjが１つの矩形状マークのみからなるものであっても、前述の異なる２方向に関するマークＭjの線幅（サイズ）をそれぞれ計測可能であるため、マークＭjの第１及び第２要素（計測用マークＭＰjの第１及び第２マーク要素）は同一の要素（矩形状マークなど）となる。
また、上記実施形態ではＸ、Ｙ方向に関するマークＭjの線幅（サイズ）を計測するものとしたが、線幅の計測方向はＸ、Ｙ方向と少なくとも一方が異なる２方向でも良いし、２つではなく３つ以上、例えばＸ、Ｙ方向を４５°回転させた２方向との計４方向でも構わない。このとき、線幅計測に用いられるウエハＷT上のマークＭj（レチクルＲTの計測用マークＭＰj）の要素数は２つでなく４つ（ただし、矩形状マークなどでは２つ）となる。
また、上記実施形態では、計測装置として、ＳＥＭシステムを用い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ことは勿論である。本発明は、電子線以外の荷電粒子線を測定対象に対して走査して計測を行う、荷電粒子線走査型の計測装置は勿論、光学顕微鏡などの他の計測装置などであっても良い。また、計測装置は画像処理方式に限定されるものでなく他の方式でも構わない。さらに、例えばＸ、Ｙ方向でそれぞれ独立に線幅などを計測可能、特にＸ方向とＹ方向とで計測方式や構成などが異なる計測装置を使用する場合に本発明は特に有効である。
なお、上記実施形態では、計測用マークＭＰjの第１の転写像をウエハＷT上に形成するための第１転写工程（ステップ２１２）の後に、ウエハホルダを回転し（ステップ２１８）、その後に計測用マークＭＰjの第２の転写像をそのウエハＷT上の異なる位置に形成する第２転写工程（ステップ２２４）を行い、その後にその計測用ウエハ上の転写像をＳＥＭにて計測するものとしたが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、ウエハホルダを回転する代わり、レチクルステージＲＳＴ上に回転可能なレチクルホルダを設けて、これを回転させるようにしても良いし、ウエハホルダ、レチクルホルダの双方を回転させるようにしても良い。
また、ホルダそのものを回転させる代わりに、ウエハなどを保持して上下動可能な支持部材（例えば搬送系（ローダ）とホルダとの間でウエハなどの受け渡しを行うセンターアップピンなど）を回転可能としても良いし、支持部材を回転させる代わりに、あるいはそれと組み合わせて、ローダあるいは専用機構などを利用した載せ替えによりウエハなどを回転させるようにしても良い。
また、上記実施形態では第１露光によって形成されるショット領域ＳＡ1〜ＳＡ24と第２露光によって形成されるショット領域ＳＡ25〜ＳＡ48とを図６（Ｂ）では、ウエハＷT上で左右の領域に分けて配置するものとしたが、ウエハＷTの表面に塗布されるレジストの塗りむら（レジスト膜厚の不均一性）などに起因して線幅計測精度が低下することが考えられる。そこで、例えば第１露光によって形成されるショット領域と、第２露光によって形成されるショット領域とをウエハ上で交互に配置することで、塗りむらなどに起因する計測精度の低下を低減することが好ましい。
さらに、上記実施形態ではレチクルＲTの計測用マークＭＰjが転写される複数のショット領域をウエハＷT上で互いに重ならないように配置するものとしたが、線幅計測の対象となる前述の第１露光によって形成される第１マークＭjの第１及び第２要素の一方と、前述の第２露光によって形成される第２マークＭjの第１及び第２要素の他方とが重ならなければ、ウエハ上で複数のショット領域を部分的に重なるように配置しても良い。また、上記実施形態では第１及び第２露光でそれぞれ複数のショット領域にレチクルＲTの計測用マークＭＰjの転写像を形成するものとしたが、そのショット数は複数でなく１つでも良いし、第１露光と第２露光とで同数としなくても良い。なお、前述した転写特性の計測に用いるレチクルＲTの計測用マークＭＰjの第１マーク要素と第２マーク要素とは、その配置方向（計測方向）を除いて同一構成、かつその転写条件も同一としたが、その構成と転写条件の少なくとも一方を異ならせても良い。また、計測専用のレチクルＲTを用いる代わりに、デバイス製造で使用されるレチクルに前述の計測用マークＭＰjを形成して用いても良い。さらに、前述のショット領域ＳＡn毎に複数の計測用マークＭＰjの転写像を形成するものとしたが、その配置（ショット領域内での位置）はこれに限られるものでなく任意で良いし、その数も複数でなく１つでも良い。また、計測専用又はデバイス製造用のレチクルだけではなく、例えばレチクルステージＲＳＴに設けられる基準マークを計測用マークＭＰjとして用いるようにしても良い。
また、上記実施形態では露光装置の転写特性としてＶ／Ｈ差や面内均一性を求めるものとしたが、転写特性はこれらに限られるものでなく、例えば投影光学系ＰＬの結像特性（コマ収差、非点収差などの諸収差）や走査露光における同期精度（同期誤差）などでも良い。さらに、レチクルＲTの計測用マークＭＰjのマーク要素としてライン・アンド・スペースパターンなどの周期パターンを用い、その転写像の複数の像それぞれで線幅を計測することで、例えばその線幅の最大値と最小値との差を線幅ばらつきとして求めても良い。また、ウエハ上に既に形成されているマークに対してレチクルＲTの計測用マークＭＰjを重ね合わせて転写し、例えばその２つのマークの相対位置（間隔など）を計測することで、重ね合せ精度（トータルオーバーレイ）を転写特性として求めても良い。
また、上記実施形態では走査露光によって計測用マークＭＰjの転写像をウエハ上に形成し、その転写像のサイズを計測することでその転写像の形成に用いた走査型露光装置（露光装置１００）の諸特性（ダイナミックな結像特性など）を求めるものとしたが、露光装置１００において計測用マークＭＰjが形成された計測用レチクルＲT（及びこれを保持するレチクルステージＲＳＴ）とウエハ（及びこれを保持するウエハステージＷＳＴ）とをほぼ静止させた状態で露光を行い、計測用マークＭＰjの転写像をウエハ上に形成し、その転写像のサイズを計測することで上記実施形態と同様にして露光装置１００の諸特性（スタティックな結像特性など）を求めるようにしても良い。
さらに上記実施形態では、前述の転写特性に基づいて投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学素子（レンズエレメント）を移動してその結像特性を調整するものとしたが、前述の結像特性調整装置４８としては光学素子を移動させるものに限られるものではなく、光学素子を移動させる代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光の中心波長や光学素子の温度を変化させる、あるいは複数の光学素子の間の気密空間内の気体の圧力などを変化させることで投影光学系の屈折率を変化させても良い。さらに、投影光学系の結像特性を調整するために、例えば投影光学系の全体又はその一部（光学素子単位、鏡筒単位など）の交換を行う、あるいは投影光学系の少なくとも１つの光学素子を取り出してその再加工を行うようにしても良い。また、投影光学系の調整では光学素子の位置（他の光学素子との間隔を含む）や傾斜などを変更するだけでも良いし、特に光学素子がレンズエレメントである時はその偏芯を変更したり、あるいは光軸を中心として回転させても良い。さらに、前述の転写特性として投影光学系の結像特性を求める時は、例えば国際公開第０３／０６５４２８号などに開示されるように、その結像特性と、既知の投影光学系ＰＬ単体の波面収差（単体は面収差）とに基づいて、投影光学系の波面収差を推定し、この波面収差及びツェルニケ感度表(Zernike Sensitivity)、並びに波面収差変化表（各光学素子の単位駆動量当たりの波面収差を展開したフリンジツェルニケ多項式の各項の係数の変化量との関係を示す変化表）などを用いて、所定のメリット関数を解くことで、結像特性を最適化する光学素子の駆動量を求め、結像特性の調整を行なうようにしても良い。なお、結像特性の計測結果から波面収差を推定する場合には、例えば上記国際公開に開示されるように、基準となる露光条件下での結像特性と計測した結像特性との差が、ツェルニケ感度表と波面収差変化表と調整量の補正量（単体波面収差とon bodyの波面収差のずれが調整用光学素子の調整量のずれに対応すると仮定した場合の調整量のずれ）との積に一致するとの関係式を用いて、波面収差の補正量を求め、その補正量と単体波面収差とに基づいて、波面収差を算出するのである。
なお、上記実施形態における転写特性の計測（及び露光装置の調整）は、露光装置のメンテナンス時に行なっても良いし、クリーンルームに露光装置を搬入してその立ち上げを行なうときでもよく、その実施時期（タイミング）は任意で構わない。
なお、上記実施形態では、ウエハに対するパターンの転写以後の処理は、オペレータによるマニュアル作業を含む場合について説明したが、露光装置１００とＳＥＭシステム８０とを、内部にウエハ搬送系を内蔵したインライン・インタフェース部を介して接続し、これら露光装置１００、ＳＥＭシステム８０及びインライン・インタフェース部の全てを統括的に制御するホストコンピュータを設けることとしても良い。この場合には、該ホストコンピュータによって実行されるプログラムにより、前述した計測用レチクルＲTのパターンの計測用ウエハへの転写、その転写後の計測用ウエハの現像、インライン・インタフェース部を介してのその現像済みの計測用ウエハのＳＥＭシステム８０への搬送、ＳＥＭシステム８０による計測、その計測結果に基づく、露光装置１００のパターン転写特性の調整の全てを、全自動にて行うようにしても良い。あるいは、この反対に、全てをオペレータによるマニュアル作業としても良い。
また、上記実施形態では露光装置１００の主制御装置５０がＣ／Ｄを制御するものとしたが、これに限らず、例えばデバイス製造工程を管理するホストコンピュータなどによって露光装置１００、Ｃ／Ｄ、及びＳＥＭシステムを統括制御しても良いし、露光装置１００とＳＥＭシステムとが通信路（有線又は無線）を介して接続されていなくても良い。すなわち、露光装置１００、Ｃ／Ｄ、及びＳＥＭシステムそれぞれの構成（通信路を含む）は上記実施形態に限られるものではない。
なお、上記実施形態では、パターンの転写特性が計測される露光装置が、スキャナである場合を説明したが、本発明の転写特性計測方法は、スキャナに限らず、ステッパなどの静止型露光装置にも同様に適用できる。
また、露光装置の露光対象である物体は、上記の実施形態のように半導体製造用のウエハに限定されることなく、例えば、液晶表示素子、プラズマディスプレイや有機ＥＬなどのディスプレイ装置の製造用の角型のガラスプレートや、薄膜磁気へッド、撮像素子（ＣＣＤなど）、マスク又はレチクルなどを製造するための基板であっても良い。
また、上記実施形態の露光装置における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、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
また、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）や、Ｆ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）などであっても良い。投影光学系としては、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光などの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英やホタル石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ2レーザ光などを用いる場合はホタル石その他のフッ化物結晶を用いる必要がある。
また、上記実施形態では、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、近年、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲやプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置も本発明の転写特性計測方法により、パターンの転写特性を計測することができる。さらに、例えば国際公開第９９／４９５０４号などに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満たされる液浸型露光装置、あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置、又はプロキシミティ方式の露光装置なども、本発明の転写特性計測方法により、パターンの転写特性を計測することができる。
また、例えば投影光学系ＰＬの物体面上での照明光の強度分布を可変とする可変成形マスクを用いるマスクレス露光装置などにも本発明を適用して同様にその特性を求めることができる。
また、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も、本発明の転写特性計測方法により、パターンの転写特性を計測することができる。なお、電子線露光装置は、ペンシルビーム方式、可変成形ビーム方式、セルプロジェクション方式、ブランキング・アパーチャ・アレイ方式、及びマスク投影方式のいずれであっても良い。
なお、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、前述した調整方法によりパターンの転写特性が調整される上記実施形態の露光装置で、マスクに形成されたパターンを感光物体上に転写するリソグラフィステップ、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、パターンの転写特性が調整される上記実施形態の露光装置が用いられるので、高集積度のデバイスを歩留り良く製造することができる。
以上説明したように、本発明の転写特性計測方法は、露光装置によるパターンの転写特性を計測するのに適している。また、本発明の露光装置の調整方法は、露光装置の調整に適している。また、本発明のデバイス製造方法は、デバイスの製造に適している。
８０…ＳＥＭシステム、１００…露光装置、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＭＰ…計測用マーク、ＰV…第１ラインパターン要素、ＰH…第２ラインパターン要素。

Claims (19)

  1. マスクに形成されたパターンを物体上に転写する露光装置の異なる２方向に関する転写特性を計測する転写特性計測方法であって、
    前記露光装置を用いて、前記２方向の転写特性の計測に用いられる第１及び第２要素を含むマークを物体上に形成する転写工程と、
    前記物体を計測装置内で基準方向に設定して前記第１及び第２要素の一方を含む前記マークの少なくとも一部の第１画像を取り込むとともに、前記第１画像の取込時と回転角が実質的に前記２方向の交差角と同一角度α（０°＜α＜１８０°）だけ異なる前記第１及び第２要素の他方を含む前記マークの少なくとも一部の第２画像を取り込む画像取込工程と、
    前記第１及び第２画像をそれぞれ処理して、前記マークの前記２方向に関する第１及び第２サイズをそれぞれ計測する計測工程と、を含み、
    前記転写工程では、前記露光装置による少なくとも１回の第１露光と、前記第１露光と前記物体の回転角が実質的に前記角度αだけ異なる少なくとも１回の第２露光とによって、前記物体上の異なる領域に前記マークがそれぞれ形成され、前記画像取込工程では、前記第１露光によって形成される第１マークの少なくとも前記第１及び第２要素の一方を前記第１画像として取り込んだ後、前記物体を実質的に回転させることなく、前記第２露光によって形成される第２マークの少なくとも前記第１及び第２要素の他方を前記第２画像として取り込むことを特徴とする転写特性計測方法。
  2. 請求項１に記載の転写特性計測方法において、
    前記第１及び第２露光では所定の計測用マークを含む前記露光装置による転写条件が同一に設定されるとともに、前記第１及び第２マークのいずれでも前記第１及び第２要素はその構成が実質的に同一であることを特徴とする転写特性計測方法。
  3. 請求項１又は２に記載の転写特性計測方法において、
    前記第１及び第２露光はそれぞれ複数回ずつ行われ、前記複数の第１マークの画像処理から得られる前記一方のマークのサイズを前記２方向の一方に関する第１サイズとし、前記複数の第２マークの画像処理から得られる前記他方のマークのサイズを前記２方向の他方に関する第２サイズとして決定することを特徴とする転写特性計測方法。
  4. マスクに形成されたパターンを物体上に転写する露光装置によるパターンの転写特性を計測する転写特性計測方法であって、
    所定の計測用マークが少なくとも１つ形成されたパターン領域を有する計測マスクを前記露光装置に搭載して露光を行い、前記パターン領域を前記物体上に転写する第１転写工程と、
    前記計測マスク及び前記物体の少なくとも一方を回転して、前記計測マスクに対する前記物体の角度が、前記第１転写工程から所定角度α（０°＜α＜１８０°）変化した状態で、前記パターン領域を前記物体上に転写する第２転写工程と、
    前記物体が基準方向に設定された状態で、前記第１転写工程で前記物体上に形成された前記計測用マークの第１の転写像と、前記第２転写工程で前記物体上に形成された前記計測用マークの第２の転写像との画像を、計測装置によりそれぞれ取り込む画像取り込み工程と、
    取り込まれた前記第１の転写像の画像と第２の転写像の画像に対してエッジ検出処理を伴う画像処理をそれぞれ施して、前記計測用マークの第１の転写像及び第２の転写像それぞれの前記基準方向に対応する方向に直交する計測方向に関するサイズを、少なくとも計測する計測工程と、を含む転写特性計測方法。
  5. 請求項４に記載の転写特性計測方法において、
    前記計測工程では、前記第１転写工程で形成される前記計測用マークの転写像の一部を前記第１の転写像とし、かつ前記第２転写工程で形成される前記計測用マークの転写像で前記第１の転写像と異なるその一部を前記第２の転写像として前記計測方向に関するサイズをそれぞれ計測することを特徴とする転写特性計測方法。
  6. 請求項４又は５に記載の転写特性計測方法において、
    前記計測用マークは、互いに異なる第１及び第２マーク要素を含み、前記第１及び第２転写工程の一方で形成される前記第１及び第２マーク要素の転写像の一方と、他方の転写工程で形成される前記第１及び第２マーク要素の転写像の他方とが前記物体上で重ならないように、前記第１転写工程と前記第２転写工程とで前記物体上での前記計測用マークの転写領域の少なくとも一部を異ならせることを特徴とする転写特性計測方法。
  7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の転写特性計測方法において、
    前記計測用マークは、互いに異なる第１及び第２マーク要素を含み、前記計測工程では、前記第１転写工程で形成される前記第１及び第２マーク要素の一方の転写像を前記第１の転写像とし、かつ前記第２転写工程で形成される前記第１及び第２マーク要素の他方の転写像を前記第２の転写像として前記計測方向に関するサイズをそれぞれ計測することを特徴とする転写特性計測方法。
  8. 請求項４〜７のいずれか一項に記載の転写特性計測方法において、
    前記計測結果に基づいて、前記露光装置の互いに交差する第１及び第２方向に関する前記計測用マークの転写像のサイズをそれぞれ決定することを特徴とする転写特性計測方法。
  9. 請求項４〜８のいずれか一項に記載の転写特性計測方法において、
    前記第１転写工程、第２転写工程では、前記パターン領域が前記物体上の異なる複数箇所にそれぞれ転写され、
    前記画像取り込み工程では、前記第１転写工程で前記物体上の異なる複数箇所にそれぞれ転写された前記計測用マークの複数の第１の転写像と、前記第２転写工程で前記物体上の異なる複数箇所にそれぞれ転写された前記計測用マークの複数の第２の転写像との画像の取り込みが行われ、
    前記計測工程では、前記複数の第１の転写像及び前記複数の第２の転写像のそれぞれで前記画像処理を行って、前記第１及び第２の転写像それぞれで前記計測方向に関するサイズを決定することを特徴とする転写特性計測方法。
  10. 請求項４に記載の転写特性計測方法において、
    前記計測用マークは、互いに異なる第１及び第２マーク要素を含み、前記計測工程では、前記第１転写工程で形成される前記第１及び第２マーク要素の一方の転写像を前記第１の転写像とし、かつ前記第２転写工程で形成される前記第１及び第２マーク要素の他方の転写像を前記第２の転写像として前記計測方向に関するサイズをそれぞれ計測し、その計測結果に基づいて前記サイズのばらつきを求めることを特徴とする転写特性計測方法。
  11. 請求項４〜１０のいずれか一項に記載の転写特性計測方法において、
    前記計測マスク上には、前記計測用マークが、前記パターン領域内の異なる位置に複数形成され、
    前記画像取り込み工程では、前記第１転写工程で前記物体上に形成された前記計測用マークの第１の転写像と、前記第２転写工程で前記物体上に形成された前記計測用マークの第２の転写像との画像の取り込みが、前記複数の計測用マークの各々について行われ、
    前記計測工程では、前記複数の計測用マークの第１の転写像及び第２の転写像それぞれの前記計測方向に関するサイズに基づいて、前記第１の転写像、第２の転写像それぞれの前記計測方向に関するサイズの面内均一性を、更に計測することを特徴とする転写特性計測方法。
  12. 請求項４〜１１のいずれか一項に記載の転写特性計測方法において、
    前記第１及び第２転写工程では、前記計測用マークを含む前記露光装置による転写条件が同一に設定されるとともに、前記計測用マークは、前記露光装置の互いに交差する第１及び第２方向に関する転写特性をそれぞれ計測するために、その構成が実質的に同一である第１及び第２マーク要素を含むことを特徴とする転写特性計測方法。
  13. 請求項４に記載の転写特性計測方法において、
    前記計測用マークは、前記パターン領域内の異なる複数位置にそれぞれ形成され、前記第１及び第２転写工程では、前記パターン領域の転写が複数回ずつ行われるとともに、前記計測工程では、前記物体上で前記パターン領域が転写される複数の領域それぞれで前記計測方向に関する前記各計測用マークの第１及び第２の転写像のサイズがそれぞれ計測されることを特徴とする転写特性計測方法。
  14. 請求項４に記載の転写特性計測方法において、
    前記計測用マークは、前記基準方向に延びる第１ラインパターン要素と、前記基準方向に対して前記角度α回転した方向に延びる第２ラインパターン要素とを含み、
    前記計測用マークの第１の転写像の前記計測方向に関するサイズは、前記第１ラインパターン要素の転写像の幅方向のサイズであり、前記計測用マークの第２の転写像の前記計測方向に関するサイズは、前記第２ラインパターン要素の転写像の幅方向のサイズであることを特徴とする転写特性計測方法。
  15. 請求項４〜１４のいずれか一項に記載の転写特性計測方法において、
    前記角度αは、９０°であることを特徴とする転写特性計測方法。
  16. 請求項４〜１５のいずれか一項に記載の転写特性計測方法において、
    前記計測装置は、荷電粒子線走査型の計測装置であることを特徴とする転写特性計測方法。
  17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の転写特性計測方法を用いて、マスクに形成されたパターンを物体上に転写する露光装置によるパターンの転写特性を計測する工程と、
    前記計測結果に基づいて、前記露光装置の調整を行う調整工程と、を含む露光装置の調整方法。
  18. 請求項１７に記載の露光装置の調整方法において、
    前記露光装置は、前記パターンの像を前記物体上に投影する投影光学系を有し、前記転写特性は、前記投影光学系の結像特性を含む露光装置の調整方法。
  19. 請求項１７又は１８に記載の調整方法によりパターンの転写特性が調整される露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンを感光物体上に転写する工程を含む、デバイス製造方法。
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