JP5630627B2 - 検出方法、光学特性計測方法、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、検出方法、光学特性計測方法、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、物体上に形成されたマークの形成状態を検出する検出方法、該検出方法を利用して投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法、該光学特性計測方法を利用して物体上にパターンを形成する露光方法及び露光装置、並びに前記露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。

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

この種の露光装置では、集積回路の微細化に伴い、投影光学系の解像力を向上させるため、露光波長の短波長化と、投影光学系の開口数の増大化（高ＮＡ化）が図られている。この一方、露光波長の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化によって投影光学系の焦点深度が狭くなり、露光動作時のフォーカスマージンが不足するおそれが生じてきた。そこで露光波長を実質的に短波長化し、かつ焦点深度を実質的に大きく（広く）するための手段として、液浸法を利用した露光装置（液浸型露光装置）が開発されるに至った。

液浸露光装置としては、種々のタイプのものが提案されたが、光学系と基板（ウエハ等）との間に局所的に液体を供給する局所液浸タイプの露光装置が、実用化されている。かかる局所液浸タイプの露光装置の一種として、光学系の像面側に常時液体を保持する、常時液浸タイプの露光装置が、今や、主流となりつつある（例えば、特許文献２参照）。

かかる常時液浸タイプの露光装置で、光学系及び液体を含む投影光学系の光学特性を、焼き付け法により計測する際には、テスト露光により、所定の計測マークを、投影光学系（光学系及び液体）を介して、表面に感応剤（レジスト）が塗布された基板上に転写し、その基板を現像後に形成された計測用マークのレジスト像の形成状態を検出し、その検出結果から投影光学系の光学特性を計測する必要がある。

投影光学系の光学特性を計測する方法として、発明者は、分解能の低い計測系、例えば露光装置の結像式アライメントセンサ等の計測装置を用いて、光学系の光学特性を高スループットで計測することが可能な計測方法を先に提案した（例えば、特許文献２参照）。

しかるに、常時液浸タイプの露光装置に、特許文献２に記載の計測方法を適用する場合には、計測用マークのレジスト像を検出する際に、その基板上に液体が付着して、そのレジスト像を検出が阻害されるおそれがあった。

米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１７９１９０号明細書

本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、第１の観点からすると、感応層の露光によって物体上に形成されたマークの形成状態を検出する検出方法であって、前記マークが形成された物体の表面に撥液膜を形成する工程と；前記撥液膜の特性に応じて撮像用の光の波長を設定し、該波長の撮像用の光を前記撥液膜を介して前記マークが形成された前記物体上の領域に照射し、前記マークからの戻り光を前記撥液膜を介して受光して前記領域を撮像し、その撮像結果から得られる指標値に基づいて前記マークの形成状態を検出する工程と；を含む検出方法である。

これによれば、マークが形成された物体の表面に撥液膜を形成し、撥液膜の特性に応じて設定された波長の撮像用の光を撥液膜を介してマークが形成された物体上の領域に照射し、マークからの戻り光を撥液膜を介して受光して領域を撮像し、その撮像結果から得られる指標値に基づいて、マークの形成状態を検出する。このため、検出に際して液体の付着が問題とならず、前述の常時液浸タイプの露光装置においても、分解能の低い計測系、例えば露光装置の結像式アライメントセンサ等の撮像装置を用いてマークの形成状態の高精度な検出を、支障なく行うことが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、光学部材と液体とを含み、第１面上のパターンの像を第２面上に投影する投影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、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置を含む複数の露光条件の一部を段階的に変えつつ、前記第１面上に配置されたマークを前記投影光学系を介して該投影光学系の第２面側に配置された前記物体上の複数の領域に順次転写する第１工程と；前記物体上の複数の領域それぞれにおける前記マークの形成状態を、本発明の検出方法を用いて検出し、その検出結果を用いて、前記投影光学系の光学特性を算出する第２工程と；を含む光学特性計測方法である。

これによれば、物体上の複数の領域それぞれにおける前記マークの形成状態を、本発明の検出方法を用いて検出し、その検出結果を用いて、光学部材と液体とを含み、第１面上のパターンの像を第２面上に投影する投影光学系の光学特性を算出する。従って、液浸露光装置における投影光学系の光学特性を高精度に求めることが可能となる。

本発明は、第３の観点からすると、光学部材と液体とを含む投影光学系の光学特性を、本発明の光学特性計測方法により計測する工程と；前記光学特性の計測結果を考慮して、前記投影光学系の光学特性及び前記投影光学系の光軸方向に関する被露光物体の位置の少なくとも一方を調整して、前記投影光学系を介して前記被露光物体を露光する工程と；を含む露光方法である。

これによれば、光学部材と液体とを含む投影光学系の光学特性を本発明の光学特性計測方法により計測し、前記光学特性の計測結果を考慮して、投影光学系の光学特性及び前記投影光学系の光軸方向に関する被露光物体の位置の少なくとも一方を調整して、前記投影光学系を介して前記被露光物体を露光する。従って、被露光物体を投影光学系を介して精度良く露光することが可能となる。

本発明は、第４の観点からすると、本発明の露光方法を用いて被露光物体を露光し、該被露光物体上にパターンを形成する工程と；前記パターンが形成された前記物体を現像する工程と；を含むデバイス製造方法である。

本発明は、第５の観点からすると、光学部材と液体とを介してエネルギビームにより物体を露光し、該物体上にパターンを形成する露光装置であって、物体を保持して移動する移動体と；前記光学部材と前記物体の間に、前記液体を供給する液体供給装置と；前記物体上に形成された撥液膜を介して、感応層の露光によって前記物体上に形成されたマークの領域に撮像用の光を照射し、前記マークからの戻り光を前記撥液膜を介して受光して前記領域を撮像する撮像装置と；前記撥液膜の特性に応じて前記撮像用の光の波長を設定するとともに、前記撮像装置による撮像結果から得られる指標値に基づいて前記マークの形成状態を検出する処理装置と；を備える露光装置である。

これによれば、撮像装置は、物体上に形成された撥液膜を介して、感応層の露光によって物体上に形成されたマークの領域に撮像用の光を照射し、マークからの戻り光を撥液膜を介して受光して領域を撮像し、処理装置は、撥液膜の特性に応じて撮像用の光の波長を設定するとともに、撮像装置による撮像結果から得られる指標値に基づいてマークの形成状態を検出する。このため、検出に際して液体の付着が問題とならず、前述の常時液浸タイプの露光装置においても、分解能の低い計測系、例えば露光装置の結像式アライメントセンサ等の撮像装置を用いてマークの形成状態の高精度な検出を、支障なく行うことが可能となる。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図２（Ａ）はウエハステージを示す平面図、図２（Ｂ）は計測ステージを示す平面図である。 図１の露光装置が備えるステージ装置及び干渉計の配置を示す平面図である。 アライメント系の構成を概略的に示す図である。 一実施形態に係る露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。 図６（Ａ）は、計測用レチクルのパターン面側からの平面図、図６（Ｂ）は、計測用レチクルに形成されたパターンを示す図である。 光学特性計測に際しての主制御装置２０（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７のステップ４０６（露光処理のサブルーチン）の一例を示すフローチャートである。 評価点対応領域が形成されたウエハＷ_Ｔを示す平面図である。 評価点対応領域を説明するための図である。 図７のステップ４１０（光学特性計測のサブルーチン）の一例を示すフローチャートである。 図１２（Ａ）は、ウエハＷ_T上に形成された評価点対応領域ＤＢ₁のレジスト像の一例を示す図、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）中の区画領域ＤＡ₈に形成されたレジスト像を拡大して示す図である。 最良フォーカス位置の求め方を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図１３に基づいて説明する。

図１には、本実施形態の露光装置１００の構成が概略的に示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では投影光学系ＰＬＬが設けられており、以下においては、投影光学系ＰＬＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

露光装置１００は、照明系１０、レチクルステージＲＳＴ、投影ユニットＰＵ、局所液浸装置８、ウエハステージＷＳＴ（以下、適宜、ステージＷＳＴと略述する）及び計測ステージＭＳＴを有するステージ装置５０、及び制御系等を備えている。図１において、ステージＷＳＴ上には、ウエハＷが載置されている。

照明系１０は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源と、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と、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する照明光学系と、を含む。照明系１０は、レチクルブラインド（マスキングシステム）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（露光光）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、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。

レチクルステージＲＳＴ上には、そのパターン面（図１における下面）に回路パターンなどが形成されたレチクル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、例えば、リニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図５参照）によって、ＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定の走査速度で駆動可能となっている。

レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１１６によって、移動鏡１５（実際には、Ｙ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡（あるいは、レトロリフレクタ）とＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられている）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、主制御装置２０（図１では不図示、図５参照）に送られる。

投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、鏡筒４０内に保持された光学系ＰＬと、を含む。光学系ＰＬとしては、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数の光学素子（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。

ここで、本実施形態の露光装置１００では、後述するように、光学系ＰＬ（後述する先端レンズ１９１）とウエハＷとの間には、液体Ｌｑが供給された状態で、液浸方式の露光が行われる。すなわち、光学系ＰＬと液体Ｌｑとを含んで、レチクルＲのパターンをウエハＷ上に投影する投影光学系（以下、適宜、「投影系」と略述する）ＰＬＬが構成される。投影系ＰＬＬは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４倍）を有する。このため、照明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、投影系ＰＬＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影系ＰＬＬを介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、投影系ＰＬＬの第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡに形成される。そして、レチクルステージＲＳＴとステージＷＳＴとの同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系１０、及び投影系ＰＬＬによってウエハＷ上にレチクルＲのパターンが投影され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。

本実施形態の露光装置１００には、液浸方式の露光を行うために、局所液浸装置８が設けられている。局所液浸装置８は、液体供給装置５、液体回収装置６（いずれも図１では不図示、図５参照）、液体供給管３１Ａ、液体回収管３１Ｂ、及びノズルユニット３２等を含む。ノズルユニット３２は、図１に示されるように、光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子、ここではレンズ（以下、「先端レンズ」ともいう）１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、投影ユニットＰＵを保持するメインフレーム（不図示）に吊り下げ支持されている。本実施形態では、ノズルユニット３２は、図１に示されるように、その下端面が先端レンズ１９１の下端面とほぼ同一面に設定されている。また、ノズルユニット３２は、液体Ｌｑの供給口及び回収口と、ウエハＷが対向して配置され、かつ回収口が設けられる下面と、液体供給管３１Ａ及び液体回収管３１Ｂとそれぞれ接続される供給流路及び回収流路とを備えている。

液体供給管３１Ａは液体供給装置５（図１では不図示、図５参照）に、液体回収管３１Ｂは液体回収装置６（図１では不図示、図５参照）に接続されている。

主制御装置２０は、液体供給装置５（図５参照）を制御して、液体供給管３１Ａを介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体を供給し、液体回収装置６（図５参照）を制御して、液体回収管３１Ｂを介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体を回収する。このとき、主制御装置２０は、供給される液体の量と回収される液体の量とが常に等しくなるように、液体供給装置５と液体回収装置６を制御する。従って、先端レンズ１９１とウエハＷとの間には、一定量の液体Ｌｑ（図１参照）が常に入れ替わって保持され、それにより液浸領域が形成される。なお、投影ユニットＰＵの下方に後述する計測ステージＭＳＴが位置する場合にも、同様に先端レンズ１９１と計測テーブルとの間に液浸領域を形成することができる。

本実施形態では、上記の液体として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水を用いるものとする。なお、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する純水の屈折率ｎは、ほぼ１．４４であり、水の中では、照明光ＩＬの波長は、１９３ｎｍ／ｎ＝約１３４ｎｍに短波長化される。

ステージ装置５０は、図１に示されるように、ベース盤１２上に配置されたステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴ、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報を計測する干渉計システム１１８（図５参照）、及び両ステージＷＳＴ，ＭＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図５参照）等を備えている。

ステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴは、不図示の非接触軸受、例えばエアベアリングなどにより、数μｍ程度のクリアランスを介して、ベース盤１２上に支持されている。また、両ステージＷＳＴ，ＭＳＴは、例えばリニアモータ等を含むステージ駆動系１２４（図５参照）によって、相互に独立して駆動可能である。

ステージＷＳＴは、ステージ本体９１と、該ステージ本体９１に搭載されたウエハテーブル（以下、「テーブル」と略述する）ＷＴＢとを含む。テーブルＷＴＢ及びステージ本体９１は、リニアモータ等を含む駆動系（ステージ駆動系１２４の一部）によって駆動される。これにより、ウエハＷは、ベース盤１２上で６自由度方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）に移動可能となっている。

テーブルＷＴＢの上面の中央には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。ウエハホルダ（ウエハの載置領域）の外側には、図２（Ａ）に示されるように、ウエハホルダよりも一回り大きな円形の開口が中央に形成され、かつ矩形状の外形（輪郭）を有するプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８の表面は、液体Ｌｑに対して撥液化処理されている（撥液面が形成されている）。なお、プレート２８は、その表面、あるいは表面の一部がウエハＷの表面と面一となるように設置されている。

プレート２８のウエハホルダの＋Ｙ側には、長方形の開口が形成され、該開口内に計測プレート３０が埋め込まれている。計測プレート３０には、その中央にアライメント系ＡＬＧのベースライン計測用の第１基準マークＦＭが配置され、該第１基準マークＦＭのＸ軸方向の両側には、レチクルアライメント用の一対の第２基準マークＲＭが、配置されている。

また、テーブルＷＴＢの−Ｙ端面，−Ｘ端面には、図２（Ａ）に示されるように、後述する干渉計システム１１８で用いられる反射面１７ａ，反射面１７ｂが形成されている。

計測ステージＭＳＴは、ステージ本体９２と、ステージ本体９２に搭載された計測テーブルＭＴＢとを含んでいる。計測ステージＭＳＴは、例えばリニアモータ等を含む駆動系（ステージ駆動系１２４の一部）によって、ベース盤１２上で少なくとも３自由度方向（Ｘ，Ｙ，θｘ）に駆動可能である。

なお、図５では、ウエハステージＷＳＴの駆動系と計測ステージＭＳＴの駆動系とを含んで、ステージ駆動系１２４として示されている。

計測テーブルＭＴＢ（及びステージ本体９２）には、各種計測用部材が設けられている。この計測用部材としては、例えば、図２（Ｂ）に示されるように、照度むらセンサ９４、空間像計測器９６、波面収差計測器９８、照度モニタ（不図示）などが設けられている。なお、ＦＤバー４６の表面及び計測テーブルＭＴＢの表面も撥液膜で覆われている。

また、計測テーブルＭＴＢの＋Ｙ端面、−Ｘ端面には、図２（Ｂ）に示されるように、後述する干渉計システムで用いられる反射面１９ａ，１９ｂが形成されている。

本実施形態の露光装置１００では、図３に示されるように、影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通るＹ軸に平行な直線（基準軸）ＬＶ上で光軸ＡＸから−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するアライメント系ＡＳが設けられている。本実施形態では、アライメント系ＡＳとして、例えば、画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。アライメント系ＡＳの構成等については、後に詳述する。

干渉計システム１１８は、図３に示されるように、反射面１７ａ，１７ｂにそれぞれ干渉計ビーム（測長ビーム）を投射し、その反射光を受光して、ステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報を計測するＹ干渉計１６及び３つのＸ干渉計１２６〜１２８、並びに、反射面１９ａ，１９ｂに、干渉計ビーム（測長ビーム）を投射して、それぞれの反射光を受光することにより、計測ステージＭＳＴの位置情報計測するＹ干渉計１８及びＸ干渉計１３０を備えている。

詳述すると、Ｙ干渉計１６は、基準軸ＬＶに関して対称な一対の測長ビームＢ４₁，Ｂ４₂を含む少なくとも３つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ａに照射する。また、Ｘ干渉計１２６は、図３に示されるように、光軸ＡＸと基準軸ＬＶとに直交するＸ軸に平行な直線（基準軸ＬＨ）に関して対称な一対の測長ビームＢ５₁，Ｂ５₂を含む少なくとも３つのＸ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに照射する。また、Ｘ干渉計１２７は、アライメント系ＡＬ１の検出中心にて基準軸ＬＶと直交するＸ軸に平行な直線（基準軸）ＬＡを測長軸とする測長ビームＢ６を含む少なくとも２つのＹ軸に平行な測長ビームを反射面１７ｂに照射する。また、Ｘ干渉計１２８は、Ｙ軸に平行な測長ビームＢ７を反射面１７ｂに照射する。

また、Ｙ干渉計１８は，基準軸ＬＶに沿って少なくとも２つの測長ビームを反射面１９ａに照射する。また、Ｘ干渉計１３０は、Ｘ軸に平行な測長ビームを反射面１９ｂに照射する。

干渉計システム１１８の上記各干渉計からの位置情報は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、例えばＹ干渉計１６及びＸ干渉計１２６又は１２７の計測結果に基づいて、テーブルＷＴＢ（ステージＷＳＴ）のＸ，Ｙ位置に加え、θｘ方向の回転情報（すなわちピッチング）、θｙ方向の回転情報（すなわちローリング）、及びθｚ方向の回転情報（すなわちヨーイング）も算出することができる。

また、主制御装置２０は、Ｘ干渉計１３０及びＹ干渉計１８からの位置情報に基づいて、計測ステージＭＳＴの位置情報（例えば、少なくともＸ軸及びＹ軸方向の位置情報とθｚ方向の回転情報とを含む）を算出する。

その他、干渉計システム１１８には、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書などに開示されている、ステージＷＳＴの４自由度（Ｙ，Ｚ，θｙ，θｚ）方向の位置を計測するＺ干渉計（不図示）が備えられている。

本実施形態の露光装置１００は、さらに、レチクルステージＲＳＴの上方にＸ軸方向に所定距離隔てて配置された一対のレチクルアライメント系１３Ａ、１３Ｂ（図１では不図示、図５参照）備えている。レチクルアライメント系１３Ａ、１３Ｂとしては、投影系ＰＬを介してステージＷＳＴ上の一対の基準マークとこれに対応するレチクル上の一対のレチクル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）アライメント系が用いられている。レチクルアライメント系の詳細な構成は、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに開示されている。なお、レチクルアライメント系として、例えばスリット開口を有する受光面がステージＷＳＴに配置される空間像計測系を代用又は兼用しても良い。この場合、前述の第２基準マークは設けなくても良い。

同様に、図１では図示が省略されているが、露光装置１００は、ステージＷＳＴに載置されるウエハＷの全面の面位置を計測するための多点焦点位置検出系（多点ＡＦ系）を、投影ユニットＰＵの近傍に、さらに備えている。多点ＡＦ系としては、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示されるものと同様の構成の、照射系９０ａ及び受光系９０ｂ（図５参照）を有する斜入射方式が採用されている。

図４には、アライメント系ＡＳの内部構成が示されている。アライメント系ＡＳは、例えばハロゲンランプなどから成るブロードバンドの照明光を射出する光源（不図示）、波長選択フィルタ板６２、ＮＤフィルタ板６３、検出対象のマークを照明する照明光学系、及びマークからの光を受光する受光光学系、並びに例えば２次元ＣＣＤ等からなる撮像素子７９等を備えている。

波長選択フィルタ板６２は、透過する波長帯の異なる複数の光学フィルタが、等角度間隔で配置された円盤状の回転板から成る。上記複数の光学フィルタとして、ここでは、一例として、ブロード、グリーン、オレンジ、及びレッドの波長帯の波長選択フィルタが設けられているものとする。なお、ブロードの波長選択フィルタは、光源からの照明光をそのまま透過させる単なる円形開口又は透明の板から成る。波長選択フィルタ板６２のいずれかの波長選択フィルタが、駆動モータ６６を介して、アライメント制御装置６０によって選択的に、照明光の光路上に設定される。これにより、照明光から所望の波長域の光（成分）のみが選択される。

ＮＤフィルタ板６３は、透過率（減光率）の異なる複数の減光フィルタが、等角度間隔で配置された円盤状の回転板から成る。ＮＤフィルタ板６３のいずれかの減光フィルタが、駆動モータ６７を介して、アライメント制御装置６０によって選択的に、照明光の光路上に設定される。これにより、照明光が所望の強度に設定（減光）される。

アライメント系ＡＳによると、光源から射出された照明光は、光ファイバ６１を介して波長選択フィルタ板６２のいずれかの波長選択フィルタを透過し、さらにＮＤフィルタ板６３のいずれかの減光フィルタを透過して、照明光学系内に入射する。

照明光学系内に入射した照明光（選択された波長帯の所望の強度の光）は、照明光学系を構成する、コリメータレンズ系６４、ハーフプリズム６５、対物レンズ７０及びプリズムミラー７１を順次介してウエハＷ上のマークに照射される。なお、コリメータレンズ系６４内には、照明視野絞り（不図示）が設けられている。照明視野絞りにより、ウエハＷ上での照明領域が規定される。

ウエハＷからの反射光は、プリズムミラー７１及び対物レンズ７０を順次介して、ハーフプリズム６５に戻り、該ハーフプリズム６５で反射され、結像レンズ７３を介して指標板７４上に集光される。これにより、指標板７４上にマーク像が結像される。ここで、指標板７４には指標マークが形成されている。

指標板７４を透過した光は、リレーレンズ７６，７７を介して、撮像素子７９上に集光される。これにより、撮像素子７９の受光面上には、指標マークの像とウエハＷ上のマークの像とが結像される。すなわち、本例（図４の例）では、プリズムミラー７１、対物レンズ７０、ハーフプリズム６５、結像レンズ７３、指標板７４、及びリレーレンズ７６，７７によって受光光学系が構成されている。

撮像素子７９の撮像信号ＤＳは、アライメント制御装置６０に供給される。ここで、撮像信号ＤＳには、一定のレベルになるようにＡＧＣ（Auto Gain Control）が施される。

アライメント制御装置６０は、撮像信号ＤＳをＡ／Ｄ変換し、変換された信号を用いて所定の信号処理を行う。その信号処理の結果は、主制御装置２０に供給される。また、アライメント制御装置６０は、例えばウエハアライメントの際には、指標マークの中心を基準とするウエハ上のアライメントマークの位置情報を算出し、その算出結果を、主制御装置２０に供給する。

図５には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成る主制御装置２０を中心として構成されている。なお、図５においては、前述した照度むらセンサ９４、空間像計測器９６、及び波面収差計測器９８など、計測ステージＭＳＴに設けられた各種センサが、纏めてセンサ群９９として示されている。

本実施形態では、投影系ＰＬの光学特性を計測するために、図６（Ａ）に示される計測用レチクルＲ_Ｔ（レチクルＲ_Ｔと略述する）が用いられる。図６（Ａ）は、レチクルＲ_Ｔをパターン面側（図１における下面側）から見た平面図である。図６（Ａ）に示されるように、レチクルＲ_Ｔは、正方形状のガラス基板４２から成り、そのパターン面には不図示の遮光帯によって規定されるほぼ長方形のパターン領域ＰＡが形成され、本例（図６（Ａ）の例）ではクロム等の遮光部材によってそのパターン領域ＰＡのほぼ全面が遮光部となっている。パターン領域ＰＡの中心（ここではレチクルＲ_ＴＨの中心（レチクルセンタ）に一致）、及びレチクルセンタを中心とし、かつＸ軸方向を長手方向とする仮想の矩形領域ＩＡＲ’内部の４隅の部分の合計５箇所に、所定幅、例えば一辺が２７μｍで所定長さ、例えば１０８μｍの開口パターン（透過領域）ＡＰ₁〜ＡＰ₅が形成され、開口パターンＡＰ₁〜ＡＰ₅に計測用マーク（以下、「マーク」と略述する）ＭＰ₁〜ＭＰ₅がそれぞれ形成されている。

ここで、矩形領域ＩＡＲ’は、レチクルセンタを中心とし、且つＸ軸方向を長手方向とする、前述の照明領域ＩＡＲにほぼ等しい矩形状を有する。上記矩形領域ＩＡＲ’は、前述の照明領域にほぼ一致する大きさ及び形状となっている。なお、本例（図６（Ａ）の例）ではパターン領域ＰＡのほぼ全面を遮光部としたが、パターン領域ＰＡを光透過部としても良い。この場合、上記矩形領域ＩＡＲ’はＸ軸方向の両端が前述の遮光帯で規定されるので、Ｙ軸方向の両端にそれぞれ所定幅（例えば遮光帯と同じ幅）の遮光部を設けても良い。

マークＭＰ_n（ｎ＝１〜５）のそれぞれは密集パターン、例えば図６（Ｂ）に拡大して示されるような４種類のラインアンドスペースパターン（以下、「Ｌ／Ｓパターン」と記述する）ＬＳ_Ｖｎ、ＬＳ_Ｈｎ、ＬＳ_Ｒｎ、ＬＳ_Ｌｎを含む。Ｌ／ＳパターンＬＳ_Ｖｎ、ＬＳ_Ｈｎ、ＬＳ_Ｒｎ、ＬＳ_Ｌｎのそれぞれは、所定の線幅、例えば０．３２μｍで、所定の長さ、例えば９μｍ程度の８本のラインパターンが所定のピッチ、例えば０．６４μｍでそれぞれの周期方向に配列されたマルチバーパターンによって構成されている。この場合、Ｌ／ＳパターンＬＳ_Ｖｎ、ＬＳ_Ｈｎ、ＬＳ_Ｒｎ、ＬＳ_Ｌｎそれぞれの周期方向は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｙ軸に対して＋４５°を成す方向、Ｙ軸に対して−４５°を成す方向となっている。

本実施形態では、図６（Ｂ）に示される開口パターンＡＰ_nを四等分した実線と点線で囲まれる正方形領域（２７μｍ×２７μｍ）に、その正方形領域と中心を同じくする、Ｌ／ＳパターンＬＳ_Vn、ＬＳ_Hn、ＬＳ_Rn、ＬＳ_Lnがそれぞれ配置されている。なお、点線で示される正方形領域同士の境界は実際には存在しない。

また、前述のレチクルセンタを通るパターン領域ＰＡのＸ軸方向の両側には、一対のレチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２が形成されている（図６（Ａ）参照）。

次に、本実施形態の露光装置１００における投影系ＰＬＬの光学特性の計測方法について、主制御装置２０内のＣＰＵの処理アルゴリズムを簡略化して示す図７のフローチャートに沿って、かつ適宜他の図面を用いて説明する。

まず、図７のステップ４０２において、ウエハ交換を行う。具体的には、不図示のウエハローダを介してウエハＷ_Ｔ（図９参照）をテーブルＷＴＢ上にロードする。ここで、ウエハＷ_Ｔの表面には、ポジ型のフォトレジストが塗布されて感応層が形成され、感応層の上にさらに撥液膜（トップコート）が形成されているものとする。なお、感応剤として撥液性の高いレジスト（いわゆるトップコートレスレジスト）が用いられ、該トップコートレスレジストにより感応層が形成されている場合には、撥液膜（トップコート）は不要である。

次に、ステップ４０４において、レチクル交換、レチクルの投影系ＰＬに対する位置合わせ等の所定の準備作業を行う。

具体的には、不図示のレチクル交換機構を介してレチクルステージＲＳＴ上のレチクルとレチクルＲ_Ｔとを交換する。なお、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルが無い場合には、単にレチクルＲ_Ｔをロードする。

次いで、前述のレチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂによって、テーブルＷＴＢに設けられた計測プレート３０上の一対の第２基準マーク（不図示）と、レチクルステージＲＳＴ上のレチクル（この場合、レチクルＲ_Ｔ）の一対のレチクルアライメントマークＲＭ１、ＲＭ２とが検出されるように、それぞれ干渉計１１６、１１８の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴとステージＷＳＴとを移動させる。そして、前述のレチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂの検出結果に基づいてレチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置（回転を含む）を調整する。レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂによる上記各マークの検出は、液体Ｌｑを介して行われる。これにより、前述の照明領域内に使用中のレチクル（この場合、レチクルＲ_Ｔ）の矩形領域ＩＡＲ’が設定され、その全面が照明光ＩＬで照射されることとなる。また、本実施形態では投影系ＰＬを介してその視野（特に露光エリア）内でマークＭＰ_ｎの投影像（パターン像）が生成される位置が、投影系ＰＬの露光エリア内でその光学特性（例えばフォーカス）を計測すべき評価点となる。なお、その評価点の数は、実際には５つより多いが、本実施形態では、説明の便宜上から、前述した露光エリアの中心及び４隅の計５つの評価点が設定されているものとしている。ただし、評価点（マークＭＰ_ｎ）の数は、少なくとも１つあれば良い。

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４０６（露光処理のサブルーチン）に移行する。

このサブルーチンでは、まず、図８に示されるように、ステップ５０２において、ウエハＷ_Ｔ上に照射される照明光ＩＬの単位面積当たりの量（露光量）、すなわちドーズ量の目標値（目標ドーズ量と呼ぶ）を、例えば予め実験又はシミュレーションなどにより求められている露光エネルギ量の最適値に設定する。

次のステップ５０４では、ウエハＷ_Ｔのフォーカス位置（Ｚ軸方向の位置）の目標値（以下、目標フォーカス位置と呼ぶ）Ｚ_ｉを初期化する。すなわち、第１カウンタ（カウント値ｉ）に初期値「１」を設定してウエハＷ_Ｔの目標フォーカス位置Ｚ_iをＺ₁に設定する（ｉ←１）。本実施形態では、第１カウンタ（カウント値ｉ）は、ウエハＷ_Ｔの目標フォーカス位置の設定とともに、後述するステップ５０６における露光対象の区画領域ＤＡ_i（図９参照）の設定に用いられる。なお、本実施形態では、後述するステップ５０８において、例えば投影系ＰＬに関する既知の最良フォーカス位置（設計値など）を中心として、ウエハＷ_Ｔの目標フォーカス位置Ｚ_ｉをＺ₁からΔＺ刻みでＺ_M（一例としてＭ＝１５とする）まで変化させる（Ｚ_ｉ＝Ｚ_１〜Ｚ_１５）。

従って、本実施形態では、投影系ＰＬの光軸方向に関するウエハＷ_Ｔの位置を変更しながら、マークＭＰ_ｎ（ｎ＝１〜５）をウエハＷ_Ｔ上に順次転写するための、Ｍ回（ここではＭ＝１５）の露光が行われることになる。本実施形態では投影系ＰＬによる開口パターンＡＰ_nの投影領域を計測パターン領域と呼び、その計測パターン領域内にマークＭＰ_nの投影像が生成され、各露光によってウエハＷ_Ｔ上に開口パターンＡＰ_nが転写されて、マークＭＰ_nの転写像を含む区画領域が形成される。このため、投影系ＰＬの露光エリア（前述の照明領域に対応）内の各評価点に対応するウエハＷ_Ｔ上の領域（すなわち、評価点対応領域（以下、「評価領域」と略述する））ＤＢ_１〜ＤＢ_５（図９参照）には、１×Ｍ個のマークＭＰ_nが転写されることとなる。

ここで、説明は前後するが、便宜上、後述する露光によって、マークＭＰ_ｎが転写されるウエハＷ_Ｔ上の各評価領域ＤＢ_nについて、図１０を用いて説明する。この図１０に示されるように、本実施形態では、１行Ｍ列（例えば、１行１５列）のマトリックス状に配置された１×Ｍ＝Ｍ（例えば１×１５＝１５）個の仮想の区画領域ＤＡ_i（ｉ＝１〜Ｍ（例えばＭ＝１５））にマークＭＰ_ｎがそれぞれ転写され、これらマークＭＰ_ｎがそれぞれ転写されたＭ個（例えば１５個）の区画領域ＤＡ_ｉから成る評価領域ＤＢ_ｎがウエハＷ_Ｔ上に形成される。なお、仮想の区画領域ＤＡ_ｉは、図１０に示されるように、＋Ｘ方向が列方向（ｉの増加方向）となるように配列されている。また、以下の説明において用いられる添え字ｉ及びＭは、上述と同じ意味を有するものとする。

図８に戻り、次のステップ５０６では、干渉計システム１１８（干渉計１６，１２６）の計測値をモニタしつつステージ駆動系１２４を介してステージＷＳＴを移動させて、ウエハＷ_Ｔ上の各評価領域ＤＢ_nの仮想の区画領域ＤＡ_ｉ（ここではＤＡ_１（図９参照））にマークＭＰ_nの像がそれぞれ転写される位置に、ウエハＷ_Ｔを位置決めする。

次のステップ５０８では、多点ＡＦ系（９０ａ、９０ｂ）からの計測値をモニタしながらステージＷＳＴをＺ軸方向及び傾斜方向に微少駆動して、ウエハＷ_ＴのＺ軸方向の位置を設定された目標フォーカス位置Ｚ_i（この場合Ｚ₁）に設定する。

次のステップ５１０では、露光を実行する。このとき、ウエハＷ_Ｔ上のドーズ量が設定された目標ドーズ量となるように、露光量制御を行う。ドーズ量は、照明光ＩＬのパルスエネルギ量と、露光時にウエハ上に照射される照明光ＩＬのパルス数との少なくとも一方を変更することで調整できる。これにより、図９に示される、ウエハＷ_Ｔ上の各評価領域ＤＢ_nの区画領域ＤＡ₁にそれぞれマークＭＰ_ｎを含む開口パターンＡＰ_nの像が転写される。

次のステップ５１２では、ウエハＷ_Ｔの目標フォーカス位置（第１カウンタ（カウント値ｉ））を確認し、所定の範囲（すなわち目標フォーカス位置Ｚ₁からＺ_Ｍについて）の露光が終了したか否かを判断する。ここでは、最初の目標フォーカス位置Ｚ₁での露光が終了しただけなので、ステップ５１４に移行し、カウント値ｉを１インクリメントする（ｉ←ｉ＋１）とともに、ウエハＷ_Ｔのフォーカス位置の目標値にΔＺを加算する（Ｚ_i←Ｚ_ｉ＋１＝Ｚ_ｉ＋ΔＺ）。ここでは、フォーカス位置の目標値をＺ_２（＝Ｚ₁＋ΔＺ）に変更した後、ステップ５０６に戻る。そして、ステップ５１２での判断が肯定されるまで、ステップ５０６、５０８、５１０、５１２、５１４の処理（判断を含む）を繰り返す。ここで、ステップ５０６では、繰り返す毎に、ステージＷＳＴを所定のステップピッチ（本実施形態では、各開口パターンＡＰ_nのウエハＷ_T上の投影像（前述の計測パターン領域に対応）のＸ軸方向寸法以下に設定されている）だけＸＹ平面内で所定方向（この場合−Ｘ方向）に移動させて、逐次、ウエハＷ_Ｔ上の各評価領域ＤＢ_nの区画領域ＤＡ_ｉにマークＭＰ_nの像がそれぞれ転写される位置にウエハＷ_Ｔを位置決めする。そして、ステップ５０８において、ウエハＷ_Ｔを目標フォーカス位置Ｚ_iに位置決めし、ステップ５１０において、先と同様に、ウエハＷ_Ｔ上の各評価領域ＤＢ_nの区画領域ＤＡ_ｉにマークＭＰ_nを含む開口パターンＡＰ_nの像をそれぞれ転写する。これにより、ウエハＷ_Ｔ上の各評価領域ＤＢ_nの区画領域ＤＡ_i（ｉ＝２〜Ｍ）にマークＭＰ_ｎを含む開口パターンＡＰ_nがそれぞれ転写される。

一方、各評価領域ＤＢ_nの区画領域ＤＡ_M（本実施形態ではＤＡ₁₅）に対する露光が終了し、上記ステップ５１２における判断が肯定されると、本サブルーチンの処理を終了して、図７（メインルーチン）のステップ４０８に移行（リターン）する。ステップ４０６の処理により、図９に示されるように、ウエハＷ_Ｔ上の各評価領域ＤＢ_nには、露光条件（本実施形態では、ウエハＷ_Tのフォーカス位置）が異なるＭ個（ここではＭ＝１５）のマークＭＰ_n（開口パターンＡＰ_n）の転写像（潜像）が形成される。なお、実際には、上述のようにして、ウエハＷ_Ｔ上にマークＭＰ_nの転写像（潜像）が形成されたＭ（ここでは１５）個の区画領域が形成された段階で、各評価領域ＤＢ_nが形成されるのであるが、上記の説明では、説明を分かり易くするために、評価領域ＤＢ_nが予めウエハＷ_Ｔ上にあるかのような説明方法を採用したものである。

ステップ４０８では、ウエハＷ_Ｔを、ウエハアンローダ（不図示）を介してテーブルＷＴＢ上からアンロードした後、ウエハ搬送系（不図示）を介してコータ・デベロッパ（不図示）に搬送する。ここで、コータ・デベロッパ（不図示）は、インラインにて露光装置１００に接続されている。

上記のコータ・デベロッパに対するウエハＷ_Ｔの搬送後に、次のステップ４１０（光学特性計測のサブルーチン）に移行する。

ステップ４１０のサブルーチンでは、まず、図１１のステップ６００で、ウエハＷ_Ｔの現像及びその現像後のウエハＷ_Ｔに対するトップコート層（撥液膜）の形成が終了するのを待つ。このステップ６００における待ち時間の間に、コータ・デベロッパによってウエハＷ_Ｔの現像、及びその現像後のウエハＷ_Ｔに対するトップコート層（撥液膜）の形成（撥液材料のコーティング）が行われる。現像び撥液膜の形成の終了により、ウエハＷ_Ｔ上には、開口パターンＡＰ_nの像が各区画領域ＤＡ_ｉに形成された図９に示されるような矩形の評価領域ＤＢ_ｎ（ｎ＝１〜５）のレジスト像が形成され、その表面に撥液膜が形成される。そして、このレジスト像が形成され、その表面に撥液膜が形成されたウエハＷ_Ｔが投影系ＰＬの光学特性を計測するための試料となる。図１２（Ａ）には、ウエハＷ_T上に形成された評価領域ＤＢ₁のレジスト像の一例が示されている。

図１２（Ａ）では、評価領域ＤＢ₁は、Ｍ（＝１５）個の区画領域ＤＡ_i（ｉ＝１〜１５）によって構成され、隣接する区画領域間に仕切りの枠のレジスト像が存在するかのように図示されているが、これは個々の区画領域を分かり易くするためにこのようにしたものである。しかし、実際には、隣接する区画領域間に仕切りの枠のレジスト像は存在しない。このように枠を無くすことにより、前述のアライメント系ＡＳなどによる評価領域ＤＢ_ｎの画像取り込みに際して、枠による干渉に起因してパターン部のコントラスト低下が生じるのを防止できる。このため、本実施形態では、前述のステップピッチを、各開口パターンＡＰ_nのウエハＷ_T上の投影像のＸ軸方向寸法以下となるように設定したのである。例えば、図１２（Ａ）に示される区画領域ＤＡ₈には、図１２（Ｂ）に拡大して示されるようなＬ／ＳパターンＬＳ_Vn、ＬＳ_Hn、ＬＳ_Rn、ＬＳ_Lnのレジスト像ＬＳ”_Vn、ＬＳ”_Hn、ＬＳ”_Rn、ＬＳ”_Lnがそれぞれ形成された４つの領域（以下、適宜「計測マーク領域」と呼ぶ）を含む、レジスト像ＭＰ”_nが形成される。なお、図１２（Ａ）中で各区画領域内に点線で示される、計測マーク領域同士の境界も実際には存在しない。

上記ステップ６００の待ち状態で、不図示のコータ・デベロッパの制御系からの通知によりウエハＷ_Ｔの現像及び撥液膜の形成が終了したことを確認すると、ステップ６０１に移行する。ここで、現像済みのウエハＷ_Ｔの表面に撥液膜を形成するのは、このウエハＷ_Ｔを試料として、投影系ＰＬの光学特性を計測するために、再度、露光装置１００のテーブルＷＴＢ上にロードされ、評価領域ＤＢ_ｎ（ｎ＝１〜５）に形成された開口パターンＡＰ_n（マークＭＰ_ｎ）のレジスト像のアライメント系による検出が行われるが、その際、ウエハＷ_Ｔ上に液浸領域が存在することとなるためである。

ステップ６０１では、不図示のウエハローダに指示を出して、前述のステップ４０２と同様にして撥液処理が施された現像済みのウエハＷ_ＴをテーブルＷＴＢ上にロードする。
次のステップ６０２では、アライメント系ＡＳの検出光（撮像用の光）の波長帯域を設定する。具体的には、前述のブロード,オレンジ、レッド、グリーンの４つの波長帯の波長選択フィルタのうち、マークＭＰ_ｎのレジスト像の検出に適した波長選択フィルタを決定し、照明光路上に設定する。ここで、主制御装置２０は、ウエハＷ_Ｔ表面に形成された撥液膜（トップコート層）の特性、例えば膜厚に基づいて、マークＭＰ_ｎのレジスト像の検出に適した波長選択フィルタを決定する。

ここで、マーク（パターン）が密集線、例えばＬ／Ｓマークについて、検出波長の帯域毎に撥液膜の厚さと、その撥液膜による薄膜干渉の影響を受けることなく、良好に検出できる限界線幅（限界パターン線幅）との関係が、予めシミュレーション又は実験により求められ、主制御装置２０の内部メモリ（ＲＡＭ）に格納されている。例えば、グリーンの波長選択フィルタで設定される波長の帯域（５３０ｎｍ〜６２０ｎｍ）では、撥液膜の厚さが９０ｎｍ以上では、良好に検出できる限界線幅は、５５ｎｍ程度と求められているものとする。本実施形態のマークＭＰ_ｎのウエハ上での線幅は８０ｎｍであるから、主制御装置２０は、アライメント制御装置６０を介してアライメント系ＡＳ内の波長選択フィルタ板６２を回転させて、グリーンの波長選択フィルタを使用フィルタとして設定する。なお、波長選択フィルタの決定の基準となる撥液膜（トップコート層）の特性としては、膜厚の他、膜の種類（材料）、屈折率、反射率等が挙げられる。勿論、膜厚、種類、屈折率等の任意の組み合わせと良好に検出できる限界線幅との関係とに基づいて、波長選択フィルタを決定することとしても良い。

次のステップ６０４では、ウエハＷ_T上の評価領域ＤＢ_ｎの番号を表す第２カウンタ（カウント値ｎ）を１に初期化する（ｎ←１）。

次のステップ６０６では、第２カウンタ（カウント値ｎ）を参照して、ウエハＷ_T上の評価領域ＤＢ_n（ここでは評価領域ＤＢ_１）のレジスト像がアライメント系ＡＳで検出可能となる位置にウエハＷ_Ｔを移動させる。この移動、すなわち位置決めは、主制御装置２０により、ウエハＷ_Ｔ上の複数箇所のアライメントマークがアライメント系ＡＳを用いて検出され、その検出結果及びその検出時の干渉計システム１１８の計測値と、評価領域ＤＢ_nのウエハＷ_Ｔ上の設計上の位置情報とに基づいて、干渉計システム１１８の計測値をモニタしつつステージ駆動系１２４を介してステージＷＳＴが駆動されることで行われる。以下の光学特性計測ルーチンの説明では、評価領域ＤＢ_ｎのレジスト像を、適宜「評価領域ＤＢ_ｎ」と略述するものとする。

次のステップ６０８では、ウエハＷ_Ｔ上の評価領域ＤＢ_n（ここでは評価領域ＤＢ_１）のレジスト像を、アライメント系ＡＳを用いて撮像し、その撮像データを取り込む。このとき、アライメント系ＡＳの光源（ハロゲンランプ）から発せられた照明光のうち、グリーンの波長選択フィルタで選択された波長帯域の波長の光が、撮像用照明光（検出光）として照明光学系を介してウエハＷ_Tに照射され、そのウエハＷ_Ｔからの反射光が受光光学系を介して撮像素子７９で受光されることで、撮像が行われる。アライメント制御装置６０は、レジスト像を撮像素子（ＣＣＤ等）のピクセル単位に分割し、ピクセル毎に対応するレジスト像の濃淡を例えば８ビットのデジタルデータ（ピクセルデータ）として主制御装置２０に供給する。すなわち、前記撮像データは、複数のピクセルデータで構成されている。この場合、レジスト像の濃度が高くなる（黒に近くなる）につれてピクセルデータの値は大きくなるものとする。この場合、アライメント系ＡＳにより、評価領域ＤＢ_ｎのＭ個の区画領域ＤＡ_ｉを含む領域を同時に（一括して）撮像可能となっているものとする。

次のステップ６１０では、以下のａ．〜ｃ．の手順で、上で得られた撮像データの処理（画像処理）を行う。
ａ． まず、主制御装置２０は、例えば特開平２００４−１４６７０２号公報、米国特許出願公開第２００４／０１７９１９０号明細書などに開示される方法により、その撮像データを画像処理して評価領域ＤＢ_nの外縁を検出する。

ｂ． 次いで、主制御装置２０は、上で検出した評価領域ＤＢ_nの外縁、すなわち長方形の枠線の内部を、既知の区画領域の数Ｍを用いて、等分割することで、区画領域ＤＡ_１〜ＤＡ_Ｍを求める。すなわち、外縁を基準として、各区画領域ＤＡ_ｉ（の位置情報）を求める。

ｃ． 次いで、主制御装置２０は、各区画領域ＤＡ_i（ｉ＝１〜Ｍ）についての計測マーク領域毎の明暗情報、例えばコントラスト値（あるいは区画領域ＤＡ_i毎のコントラスト値）を算出し、その算出結果をメモリに記憶する。ここで、コントラスト値は、例えば、ピクセルデータの分散（又は標準偏差）により与えられる。

次のステップ６１２では、上記ステップ６１０で算出したコントラスト値に基づいて、評価領域ＤＢ_ｎにおける最良フォーカス位置を次のようにして算出し、その最良フォーカス位置を内部メモリ（又は図示しない記憶装置）に保存する。すなわち、評価領域ＤＢ_ｎについて、上記ステップ６１０で算出した計測マーク領域毎のコントラスト値に基づいて、４つのレジスト像ＬＳ”_Vn、ＬＳ”_Hn、ＬＳ”_Rn、ＬＳ”_Lnをそれぞれ用いる場合のコントラスト値の平均値を、各区画領域ＤＡ_ｉ（ｉ＝１〜Ｍ）のコントラスト値として算出する。次いで、評価領域ＤＢ_ｎについて、算出された各区画領域ＤＡ_ｉ（ｉ＝１〜Ｍ）のコントラスト値（又は上記ステップ６１０で算出した区画領域毎のコントラスト値）を、図１３に示されるように、横軸をフォーカス値Ｚとするグラフ上にプロットし、そのＭ点（ここでは１５点）のプロット点のうち、コントラスト値が最大となる点Ｃ_ｉ（図１３ではＣ_８）に対応するＺ_ｉ（図１３ではＺ_８）を、最良フォーカス位置Ｚ_ｂｅｓｔとする。あるいは、評価領域ＤＢ_ｎについて、例えば、図１３に示されるように各プロット点を最小二乗近似した近似曲線（以下、コントラストカーブと呼ぶ）を描き、その近似曲線と所定のスライスレベルとの２交点の平均値を、最良フォーカス位置Ｚ_ｂｅｓｔとしても良い。

次のステップ６１４において、前述のカウント値ｎを参照し、ｎが５であるか否かを判断することで、全ての評価領域ＤＢ_１〜ＤＢ_５について処理が終了したか否かを判断する。ここでは、評価領域ＤＢ_１についての処理が終了しただけであるため、このステップ６１４における判断は否定され、ステップ６１６に進んでカウント値ｎを１インクリメント（ｎ←ｎ＋１）した後、ステップ６０６に戻り、評価領域ＤＢ_２がアライメント系ＡＳで検出可能となる位置に、ウエハＷ_Tを位置決めする。

そして、上述したステップ６０６〜６１６までの処理（判断を含む）を再度行い、上述した評価領域ＤＢ_１の場合と同様にして、評価領域ＤＢ_２について最良フォーカス位置を求める。

そして、評価領域ＤＢ_２について最良フォーカス位置の算出が終了すると、ステップ６１４で全ての評価領域ＤＢ_１〜ＤＢ_５について処理が終了したか否かを再度判断するが、ここでの判断は否定される。以後、ステップ６１４における判断が肯定されるまで、上記ステップ６０２〜６１６の処理（判断を含む）が繰り返される。これにより、他の評価領域ＤＢ_３〜ＤＢ_５について、前述した評価領域ＤＢ₁の場合と同様にして、それぞれ最良フォーカス位置が求められることとなる。

このようにして、ウエハＷ_Ｔ上の全ての評価領域ＤＢ_１〜ＤＢ_５について最良フォーカス位置の算出、すなわち投影系ＰＬの露光エリア内で５つのマークＭＰ_１〜ＭＰ_５の投影位置となる前述した各評価点での最良フォーカス位置の算出がなされると、ステップ６１４での判断が肯定される。ここで光学特性計測ルーチンを終了しても構わないが、本実施形態ではステップ６１８に移行して、上で求めた最良フォーカス位置データに基づいて他の光学特性を算出する。

例えば、このステップ６１８では、一例として、評価領域ＤＢ_１〜ＤＢ_５における最良フォーカス位置のデータに基づいて、投影系ＰＬの像面湾曲を算出する。また、前述した露光エリア内の各評価点での焦点深度などを求めても良い。

ここで、本実施形態では、説明の簡略化のため、各評価領域（各評価点に対応する位置）において４種類のレジスト像ＬＳ”_Vn、ＬＳ”_Hn、ＬＳ”_Rn、ＬＳ”_Lnのコントラスト値の平均値に基づいて単一の最良フォーカス位置を求めるものとしたが、これに限らず、レジスト像毎のコントラスト値に基づいて、周期方向が異なるレジスト像ＬＳ”_Vn、ＬＳ_Hn、ＬＳ_Rn、ＬＳ_Lnのそれぞれで最良フォーカス位置を求めることとしても良い。あるいは、周期方向が直交する１組のレジスト像（例えばレジスト像ＬＳ”_Rn、ＬＳ”_Ln）でそれぞれ得られた最良フォーカス位置から各評価点における非点収差を求めることとしても良い。さらに、投影系ＰＬの露光エリア内の各評価点について、上述のようにして算出された非点収差に基づいて、例えば最小二乗法による近似処理を行うことにより非点収差面内均一性を求めるとともに、非点収差面内均一性と像面湾曲とから総合焦点差を求めることも可能である。

そして、上述のようにして求められた投影系ＰＬの光学特性データは、内部メモリ又は図示しない記憶装置に保存されるとともに、不図示の表示装置の画面上に表示される。これにより、図１１のステップ６１８の処理、すなわち図７のステップ４１４の処理を終了し、一連の光学特性の計測処理を終了する。

主制御装置２０は、上述のようにして求めた投影系ＰＬの光学特性を補正すべく、不図示の結像特性補正コントローラを介して投影系ＰＬの光学特性（結像特性を含む）を調整する。そして、主制御装置２０は、光学特性が調整された投影系ＰＬを介して、レチクルＲに形成されたパターンをウエハＷ上に転写する。さらに、主制御装置２０は、露光の際に、多点ＡＦ系（９０ａ、９０ｂ）を用いて、最良フォーカス位置を基準として、ウエハＷのフォーカス制御を行うことにより、デフォーカスによる色むらの発生を効果的に抑制することができる。これにより、ウエハ上に微細パターンを高精度に転写することが可能となる。なお、主制御装置２０は、露光に先立って、多点ＡＦ系（９０ａ、９０ｂ）を最良フォーカス位置を基準として較正しても良い。

以上詳細に説明したように、本実施形態に係る露光装置１００では、投影系ＰＬＬの光学特性の計測に際して、レチクルＲ_Ｔ上のマークＭＰ_ｎを含む開口パターンＡＰ_ｎが投影系ＰＬＬを介して転写されたウエハＷ_Ｔ表面にコータ・デベロッパにより撥液膜が形成される。そして、アライメント系ＡＳにより、ウエハＷ_Ｔ上に形成された撥液膜を介してマークＭＰ_ｎを含む開口パターンＡＰ_ｎのレジスト像が撮像される。ここで、この撮像に際し、アライメント系ＡＳは、マークＭＰ_ｎのレジスト像が形成されたウエハＷ_Ｔ上の領域（評価領域ＤＢ_ｎ）に撮像用照明光（検出光）を照射し、該照明光のウエハＷ_Ｔからの戻り光を受光する。そして、アライメント制御装置６０により、レジスト像の濃淡が例えば８ビットのデジタルデータに変換されて主制御装置２０に供給される。そして、主制御装置２０により、撮像結果（上記８ビットのデジタルデータ）から得られる区画領域（又は計測マーク領域）毎のコントラスト値（指標値）に基づいて、マークの形成状態が検出される。このため、検出に際して液体Ｌｑの付着が問題とならず、本実施形態のような常時液浸タイプの露光装置１００においても、分解能の低い計測系、例えばＦＩＡ系から成るアライメント系ＡＳ等の撮像装置を用いてマークの形成状態の高精度な検出を、支障なく行うことが可能となる。

また、投影系ＰＬＬの光学特性の計測に際して、主制御装置２０により、前述のフローチャートに沿った処理が行われ、ウエハＷ_Ｔ上の各評価領域ＤＢ_ｎで複数の区画領域ＤＡ_ｉそれぞれにおけるマークの形成状態が検出され、その検出結果を用いて、投影系ＰＬＬの光学特性が前述の手順で求められる。従って、投影系ＰＬＬの光学特性を高精度に求めることが可能となる。

また、本実施形態に係る露光装置１００によると、投影系ＰＬＬの光学特性が前述の如くして高精度に計測され、該光学特性の計測結果を考慮して、投影系ＰＬＬの光学特性及び投影系ＰＬＬの光軸方向に関するウエハＷの位置の少なくとも一方が調整され、投影系ＰＬＬを介してウエハＷの露光が行われる。従って、ウエハＷを投影系ＰＬＬを介して精度良く露光することが可能となる。

なお、上記実施形態ではウエハＷ_T上に形成されたマークＭＰ_ｎのレジスト像ＭＰ”_n（すなわち、レジスト像ＬＳ”_Ｖｎ、ＬＳ”_Ｈｎ、ＬＳ”_Ｒｎ、ＬＳ”_Ｌｎ）を撮像し、その撮像の結果得られるマークＭＰ_ｎを含む領域のコントラスト値を指標値としてマークＭＰ_ｎの形成状態を検出し、該コントラスト値とフォーカス位置との関係から投影系ＰＬＬの最良フォーカス位置を求めた。しかし、これに限らず、前述したＣＤ／フォーカス法、ＳＭＰフォーカス計測法などと同様に、撮像データからマークＭＰ_ｎの（レジスト像（レジストパターン））の線幅又はサイズを指標値としてマークの形成状態を検出し、該線幅又はサイズとフォーカス位置との関係から最良フォーカス位置を求めることとしても良い。

また、上記実施形態の露光装置１００では、ウエハＷ_Ｔ上に形成された撥液膜の特性に応じて撮像用の光の波長を設定する際に、アライメント系ＡＳの光源から発せられた照明光を波長選択フィルタを介して照明光学系に入射させることで実現する場合、すなわち撥液膜の特性に応じた波長帯域の撮像用の光をウエハＷＴに照射する場合について説明した。しかし、これに限らず、アライメント系ＡＳの光源から発せられたブロードバンドの照明光をウエハＷ_Ｔに照射し、ウエハＷ_Ｔからの戻り光（反射光）を受光光学系の一部を構成する波長選択フィルタを介して撮像素子に入射させる、すなわち戻り光（反射光）から波長選択フィルタで特定の波長の光を抽出することにより、ウエハＷ_Ｔ上に形成された撥液膜の特性に応じて撮像用の光の波長を設定することとしても良い。

また、上記実施形態では投影光学系の光学特性として最良フォーカス位置、像面湾曲、あるいは非点収差を求めるものとしたが、その光学特性はこれらに限られるものでなく他の収差などでも良い。また、上記実施形態では、ウエハＷ_Ｔの表面にポジ型のレジストにより感応層が形成されるものとしたが、これに限らず、ネガ型のレジストにより感応層を形成しても良い。

また、本実施形態では、マークＭＰ_nとしてＬ／Ｓパターンを用いたが、これに限らず、孤立パターンを、計測用パターンとして用いることもできる。孤立パターンとして、線幅（又は大きさ）が異なる少なくとも２つの孤立ライン又は孤立スペース、あるいはコンタクトホール等を用いても良い。なお、計測用マークとして、Ｌ／Ｓパターンなどの周期パターンを用いる場合、その周期方向は任意で良い。

なお、上記実施形態では、評価領域毎にその全体を同時に撮像するものとしたが、例えば１つの評価領域を複数に分けてそれぞれ撮像するようにしても良い。このとき、例えば評価領域の全体をアライメント系ＡＳの検出領域内に設定し、評価領域の複数の部分を異なるタイミングで撮像しても良いし、あるいは評価領域の複数の部分を順次アライメント系ＡＳの検出領域内に設定してその撮像を行うようにしても良い。さらに、１つの評価領域ＤＢ_nを構成する複数の区画領域は互いに隣接して形成するものとしたが、例えばその一部（少なくとも１つの区画領域）を、前述したアライメント系ＡＳの検出領域の大きさに対応する距離以上離して形成しても良い。すなわち、評価領域毎にその全体を同時に撮像可能とするように、アライメント系ＡＳの検出領域の大きさに応じて複数の区画領域の配置（レイアウト）を決定しても良い。

なお、上記各実施形態では静止露光によって計測用パターンをウエハ上に転写するものとしたが、静止露光の代わりに走査露光を用いても良く、この場合にはダイナミックな光学特性を求めることができる。

なお、上記実施形態において、例えば、撮像の対象は、露光の際にレジストに形成された潜像であっても良く、上記像が形成されたウエハを現像し、さらにそのウエハをエッチング処理して得られる像（エッチング像）などであっても良い。また、ウエハなどの物体上における像が形成される感光層は、フォトレジストに限らず、光（エネルギ）の照射によって像（潜像及び顕像）が形成されるものであれば良く、例えば、光記録層、光磁気記録層などであっても良い。

また、上記実施形態では干渉計システム１１８を用いてウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するものとしたが、これに限らず、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書などに開示されるように、ウエハステージの上面に設けられるスケール（回折格子）を検出するエンコーダシステム、あるいは例えば米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書などに開示されているように、ウエハステージにエンコーダヘッドが設けられ、かつウエハステージの上方にこれに対向して一次元又は二次元の格子（例えば回折格子）が形成されたスケールが配置されるエンコーダシステムを用いて、ウエハステージの位置情報を計測することとしても良い。この場合、干渉計システムとエンコーダシステムの両方を備えるハイブリッドシステムとし、干渉計システムの計測結果を用いてエンコーダシステムの計測結果の較正（キャリブレーション）を行うことが好ましい。また、干渉計システムとエンコーダシステムとを切り替えて用いる、あるいはその両方を用いて、ウエハステージの位置制御を行うようにしても良い。

さらに、上記各実施形態では、スキャナに本発明が適用された場合について説明したが、ステッパ等の静止露光型の投影露光装置は勿論、ステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置、及びフォトリピータ等にも好適に適用することができる。

さらに、本発明が適用される露光装置の光源は、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに限らず、Ｆ₂レーザ（波長１５７ｎｍ）、あるいは他の真空紫外域のパルスレーザ光源であっても良い。この他、露光用照明光として、例えば、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、紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）を出力する超高圧水銀ランプ等を用いても良い。

さらに、投影光学系は、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれでも良いし、縮小系、等倍系、及び拡大系のいずれでも良い。

さらに、本発明は、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子、プラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、及びＤＮＡチップなどの製造、さらにはマスク又はレチクルの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。

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の像をウエハに生成するステップ、そのウエハを現像するステップ、現像後のウエハにエッチングを施すステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

本発明のマーク検出方法は、物体上に形成されたマークの形成状態を検出するのに適している。また、本発明の光学特性計測方法は、光学部材と液体とを含む投影光学系の光学特性を計測するのに適している。また、本発明の露光方法及び露光装置は、物体を露光するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、電子デバイスを製造するのに適している。

２０…主制御装置、６０…アライメント制御装置、６２…波長選択フィルタ板、９０ａ，９０ｂ…多点ＡＦ系、１００…露光装置、ＰＬ…光学系、ＰＬＬ…投影光学系、ＡＳ…アライメント系、Ｗ_Ｔ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＴＢ…テーブル、ＭＰ_ｎ…計測用マーク。

Claims (12)

1. 感応層の露光によって物体上に形成されたマークの形成状態を検出する検出方法であって、
   前記マークが形成された物体の表面に撥液膜を形成する工程と；
   前記撥液膜の特性に応じて撮像用の光の波長を設定し、該波長の撮像用の光を前記撥液膜を介して前記マークが形成された前記物体上の領域に照射し、前記マークからの戻り光を前記撥液膜を介して受光して前記領域を撮像し、その撮像結果から得られる指標値に基づいて前記マークの形成状態を検出する工程と；を含む検出方法。
2. 前記撥液膜の特性は、前記撥液膜の種類、屈折率、膜厚の少なくとも１つを含む請求項１に記載の検出方法。
3. 前記撮像用の光の波長の設定は、前記物体上に前記撥液膜に応じた波長の光を照射することで行われる請求項１又は２に記載の検出方法。
4. 前記撮像用の光の波長の設定は、前記戻り光から特定の波長の光を抽出することで行われる請求項１又は２に記載の検出方法。
5. 前記指標値は、前記マークを含む領域のコントラスト値、及び前記マークのサイズの少なくとも一方を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出方法。
6. 光学部材と液体とを含み、第１面上のパターンの像を第２面上に投影する投影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、
   前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置を含む複数の露光条件の一部を段階的に変えつつ、前記第１面上に配置されたマークを前記投影光学系を介して該投影光学系の第２面側に配置された前記物体上の複数の領域に順次転写する第１工程と；
   前記物体上の複数の領域それぞれにおける前記マークの形成状態を、請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出方法を用いて検出し、その検出結果を用いて、前記投影光学系の光学特性を算出する第２工程と；を含む光学特性計測方法。
7. 前記第２工程では、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置と前記マークの形成状態の指標値との関係に基づいて、前記投影光学系の光学特性を算出する請求項６に記載の光学特性計測方法。
8. 光学部材と液体とを含む投影光学系の光学特性を、請求項６又は７に記載の光学特性計測方法により計測する工程と；
   前記光学特性の計測結果を考慮して、前記投影光学系の光学特性及び前記投影光学系の光軸方向に関する被露光物体の位置の少なくとも一方を調整して、前記投影光学系を介して前記被露光物体を露光する工程と；
   を含む露光方法。
9. 請求項８に記載の露光方法を用いて被露光物体を露光し、該被露光物体上にパターンを形成する工程と；
   前記パターンが形成された前記物体を現像する工程と；を含むデバイス製造方法。
10. 光学部材と液体とを介してエネルギビームにより物体を露光し、該物体上にパターンを形成する露光装置であって、
    物体を保持して移動する移動体と；
    前記光学部材と前記物体の間に、前記液体を供給する液体供給装置と；
    前記物体上に形成された撥液膜を介して、感応層の露光によって前記物体上に形成されたマークの領域に撮像用の光を照射し、前記マークからの戻り光を前記撥液膜を介して受光して前記領域を撮像する撮像装置と；
    前記撥液膜の特性に応じて前記撮像用の光の波長を設定するとともに、前記撮像装置による撮像結果から得られる指標値に基づいて前記マークの形成状態を検出する処理装置と；を備える露光装置。
11. 前記撥液膜の特性は、前記撥液膜の種類、屈折率、膜厚の少なくとも１つを含む請求項１０に記載の露光装置。
12. 前記撮像装置は、所定波長幅の光を射出する光源と、前記光源から前記物体に射出されて前記物体から前記撮像装置に戻る光の光路上に挿入・退避可能な少なくとも一種類の波長選択素子とを有し、
    前記処理装置は、前記光路上に、前記撥液膜の特性に応じた波長選択素子を挿入することで、前記撮像用の光の波長を設定する請求項１０又は１１に記載の露光装置。