JPWO2008132799A1 - 計測方法、露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

計測装置の計測分解能を超える線幅（スペース幅Ａ）のＬ／Ｓパターンを含む開口パターン（ＡＰn）の像（潜像）を、光学系を介してウエハ上の各区画領域（ＤＡi）にそれぞれ生成する（ステップ４１０）。そして、開口パターン（ＡＰn）の像が生成されたウエハ上の各区画領域（ＤＡi）の一部を、投影光学系ＰＬを介してそれぞれ露光し、Ｌ／Ｓパターンの像の一部が除去されたパターン（ＡＰn）の像を各区画領域（ＤＡi）に形成する（ステップ４１２）。これにより、このウエハの現像後に、パターン（ＭＰn）の一部が除去されたパターンの像（レジスト像）が各区画領域（ＤＡi）に形成される。そして、そのウエハを試料として、簡易な計測装置で計測を行い、投影光学系ＰＬの光学特性（ベストフォーカス位置、像面湾曲、非点収差など）を求める（ステップ４２６）。これにより、簡易の計測装置で、光学系の光学特性を短時間で高精度に計測する。

Description

本発明は、計測方法、露光方法及びデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、所定の面上にパターン像を生成する光学系の光学特性を計測する計測方法、該計測方法によって計測された光学特性を考慮して露光を行う露光方法、及び該露光方法を利用したデバイスの製造方法に関する。

半導体素子（集積回路）等は年々高集積化しており、これに伴い半導体素子等の製造装置であるステッパなどの投影露光装置には、一層の高解像力が要求されるようになってきた。また、高解像力とともに、目的とするパターンを設計値どおりに忠実にウエハ等の被露光物体上に形成すること、及び被露光物体上に既に形成されているパターンに対する次層以後のパターンの重ね合わせ精度を向上させることも重要である。このためには、投影光学系の光学特性を向上させることが必要であり、その前提として投影光学系の光学特性（結像特性を含む）を正確に計測し、評価することが重要となっている。

投影光学系の光学特性、例えばパターンの像面の正確な計測は、投影光学系の視野内の各評価点（計測点）における最良フォーカス位置を正確に計測できることが前提となる。

従来の投影光学系の最良フォーカス位置の計測方法としては、いわゆるＣＤ／フォーカス法が代表的に知られている。この方法では、所定のレチクルパターン（例えば、ラインアンドスペースパターン等）をテストパターンとして、このテストパターンを、投影光学系の光軸方向に関する複数の位置でテスト用ウエハに転写する。そして、そのテスト用ウエハを現像して得られるレジスト像（転写されたパターンの像）の線幅値を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて計測し、その線幅値と投影光学系の光軸方向に関するウエハ位置（以下、適宜「フォーカス位置」ともいう）との関係に基づいて、最良フォーカス位置を算出する。

しかし、上述したＣＤ／フォーカス法では、例えばレジスト像の線幅値をＳＥＭで計測するために、ＳＥＭのフォーカス合わせを厳密に行う必要があり、１点当たりの計測時間が非常に長く、多数点での計測をするためには数時間から数十時間が必要とされていた。このため、計測結果が得られるまでのスループットが大幅に低下してしまう。これに加え、測定誤差や測定結果の再現性についても、より高いレベルが要求されるようになり、従来の計測方法ではその対応が困難となってきた。

この他、特許文献１などに開示される、複数のフォーカス位置で、くさび形マークのレジスト像をウエハ上に形成し、アライメント系などのマーク検出系を用いてレジスト像の長手方向の長さ（フォーカス位置の違いによるレジスト像の線幅値の変化を増幅させたもの）を計測し、この計測結果を用いる、いわゆるＳＭＰフォーカス計測法も知られている。しかし、このＳＭＰフォーカス計測法では、通常、計測を単色光で行うために、レジスト像の形状の違いにより干渉の影響が異なり、それが計測誤差（寸法オフセット）につながるとともに、現状の画像取り込み機器（ＣＣＤカメラ等）の分解能では未だ十分ではない。また、テストパターンが大きいために、評価点の数を増加させることが困難であった。

このような理由により、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の提案が期待されていた。

米国特許第４，９０８，６５６号明細書

発明者は、上記期待に応えるべく、鋭意研究を行った結果、パターン像のサイズ（線幅や長さ）などでなく、パターン像を撮像した撮像信号を処理して得られる何らかの量（例えば各画素の輝度値の情報を含む量）を指標値とすれば良いとの結論に達した。そして、計測用パターン像として、どのようなパターン像が適切であるかを決定すべく、さらに研究を行った。この結果、計測用パターン像として、例えばラインアンドスペースパターンの像を採用した場合には、その線幅（正確には、ライン部の幅及びスペース部の幅のうち大きい方）が、計測系の解像限界と同程度以下になると、実際には存在しない枠線がパターンの周囲に出現し、計測誤差の要因になることが判明した。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、第１の観点からすると、第１パターン像を光学系を介して物体上に生成することで該物体を露光する第１工程と；前記第１パターン像が生成された前記物体上の領域の一部を前記光学系を介して露光する第２工程と；前記第２工程の処理の後に前記物体上に形成されたパターン像を計測装置を用いて計測する第３工程と；前記パターン像の計測結果を用いて前記光学系の光学特性を算出する第４工程と；を含む第１の計測方法である。

これによれば、第１パターン像を光学系を介して物体上に生成することで該物体が露光される。そして、この露光により第１パターン像が生成された物体上の領域の一部を光学系を介して露光することで、その第１パターン像の一部を除去することが可能となる。そして、その一部が除去されたパターン像を計測装置を用いて計測し、該計測結果を用いて光学系の光学特性を算出する。従って、仮に第１パターン像の線幅が計測装置の計測分解能以下となるような場合であっても、その第１パターン像の一部が除去されたパターン像は計測装置を用いて計測することが可能となり、該計測結果を用いて光学系の光学特性を算出することで、光学特性を高精度にかつ短時間で計測することが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、第１面のパターンを第２面上に投影する光学系の光学特性を計測する方法であって、前記光学系の光軸方向に関して異なる位置でそれぞれ前記光学系を介して物体上に密集パターン像を形成するための露光と、前記密集パターン像の一部を除去するための露光とで、前記物体上の複数の領域をそれぞれ多重露光することと；前記各領域のパターン像の明暗情報を計測することと；を含む第２の計測方法である。

これによれば、仮に密集パターン像の線幅が計測装置の計測分解能以下となるような場合であっても、その密集パターン像の一部が除去されたパターン像は計測装置の分解能以下にはならず、実際には存在しない枠線がパターンの周囲に出現し、計測誤差の要因になるという現象が発生することはない。また、各領域のパターン像の明暗情報を計測する。この結果、ＳＥＭなどと比べて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精度かつ高スループットで計測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、第２の計測方法のいずれかにより光学系の光学特性を計測する工程と；光学特性の計測結果を考慮して、前記光学系の光学特性、及び前記光学系の光軸方向に関する前記光学系に対する前記物体の位置の少なくとも一方を調整するとともに、前記パターンを形成するために前記光学系を介して前記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、本発明の計測方法により光学系の光学特性が高精度にかつ短時間で計測され、この光学特性の計測結果を考慮して、光学系の光学特性、及び光学系の光軸方向に関する光学系に対する物体の位置の少なくとも一方が調整されるとともに、パターンを形成するために光学系を介して物体が露光される。従って、物体上にパターンを精度良く形成することが可能になる。

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物体上にパターンを形成する工程と；パターンが形成された前記物体を処理する工程と；を含むデバイス製造方法である。

一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。 レチクルＲ_T１をパターン面側から見て示す平面図である。 レチクルＲ_T１に形成されたパターンＭＰ_nの構成を示す図である。 レチクルＲ_T２をパターン面側から見て示す平面図である。 レチクルＲ_T２に形成されたパターンＭＰ’_nの構成を示す図である。 一実施形態に係る光学特性の計測方法を説明するためのフローチャートである。 区画領域の配列を説明するための図である。 ウエハＷ_T上に評価点対応領域ＤＢ₁〜ＤＢ₅が形成された状態を示す図である。 ウエハＷ_Tを現像後にウエハ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である。 図９に示される区画領域ＤＡ₇に、形成されているレジスト像を拡大して示す図である。 図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、図１０に示されるようなレジスト像ＭＰ”_nが形成される原理について説明するための図である。 図１０のレジスト像ＬＳ”_Vn、ＬＳ”_Hn、ＬＳ”_Rn、ＬＳ”_Lnを代表的に表すパターン像を、拡大して示す図である。 図６のステップ４２６（光学特性の算出処理）の詳細を示すフローチャートである。 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。 図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、発明者が行ったシミュレーション結果の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１５（Ｂ）に基づいて説明する。

図１には、本発明の光学特性計測方法及び露光方法を実施するのに好適な一実施形態に係る露光装置１００の概略的な構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））である。

この露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像を、感光剤（ここでは、ポジレジストとする）が塗布されたウエハＷ上に投影する投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持してＸＹ平面内を移動するＸＹステージ２０、ＸＹステージ２０を駆動する駆動系２２、及びこれらの制御系等を備えている。制御系は装置全体を統括制御するマイクロコンピュータ（あるいはワークステーション）などを含む主制御装置２８を中心として構成されている。

照明系ＩＯＰは、例えばＡｒＦエキシマレーザ（出力波長１９３ｎｍ）（又はＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）など）から成る光源、及び該光源に送光光学系を介して接続された照明光学系を含む。照明光学系としては、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（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、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、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含む。この照明光学系は、光源から射出されたレーザビームを整形し、この整形されたレーザビーム（以下、照明光ともいう）ＩＬにより、レチクルＲ上でＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に細長く伸びるスリット状の照明領域をほぼ均一な照度で照明する。

レチクルステージＲＳＴは、照明系ＩＯＰの図１における下方に配置されている。レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲが載置されている。レチクルＲは、不図示のバキュームチャック等を介してレチクルステージＲＳＴに吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、不図示のレチクルステージ駆動系によって、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（ここでは図１における紙面左右方向であるＹ軸方向とする）に所定ストローク範囲で走査される。レチクルステージＲＳＴの位置情報は、その端部に固定された移動鏡１２を介して外部のレーザ干渉計１４によって計測され、このレーザ干渉計１４の計測値が主制御装置２８に供給されている。なお、移動鏡１２に代えて、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１２の反射面に相当）を形成しても良い。

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、該鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を含み、第１面（物体面）のパターンを第２面（結像面）上に投影する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬとしては、ここでは両側テレセントリックな縮小系であって、光軸ＡＸｐ方向（Ｚ軸方向）に配列された複数枚のレンズエレメント（図示省略）を含む屈折光学系が用いられている。レンズエレメントのうちの特定の複数枚は、それぞれ可動で、主制御装置２８からの指令に基づいて、不図示の結像特性補正コントローラによって制御され、これによって投影光学系ＰＬの光学特性（結像特性を含む）、例えば倍率、ディストーション、コマ収差、及び像面湾曲などが調整される。

投影光学系ＰＬの投影倍率は、一例として１／４とされている。このため、前述の如く照明光ＩＬによりレチクルＲが均一な照度で照明されると、その照明領域内のレチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬにより縮小されてウエハＷ上に投影され、ウエハＷ上の被露光領域（ショット領域）の一部にパターンの縮小像が形成される。このとき、投影光学系ＰＬはその視野内の一部（すなわち、露光エリアであって、投影光学系ＰＬに関して照明領域と共役なスリット状の領域）にその縮小像を形成する。なお、前述の結像特性補正コントローラは、投影光学系ＰＬの光学特性、すなわちウエハＷ上でのパターンの像の結像状態を調整するために、投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学素子（レンズエレメントなど）を移動するものとしたが、その代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば光源の制御による照明光ＩＬの特性（例えば中心波長、スペクトル幅など）の変更と、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸｐに平行なＺ軸方向に関するウエハＷの移動（及びＸＹ平面に対する傾斜）との少なくとも一方を行うものとしても良い。

ＸＹステージ２０上にウエハテーブル１８が搭載され、ウエハテーブル１８上に不図示のウエハホルダを介してウエハＷが真空吸着等によって保持されている。ウエハテーブル１８は、ウエハＷを保持するウエハホルダをＺ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向に微小駆動するもので、Ｚ・チルトステージとも称される。ウエハテーブル１８の移動鏡２４にレーザ干渉計２６からのレーザビーム（測定ビーム）が投射され、移動鏡２４からの反射光に基づいてウエハテーブル１８の６自由度方向の位置情報、すなわちＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の位置情報と、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転情報（ヨーイング（Ｚ軸回りの回転であるθｚ回転）、ピッチング（Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転）、ローリング（Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転）を含む）が計測される。なお、ウエハテーブル１８の端面（側面）を鏡面加工して反射面（移動鏡２４の反射面に相当）を形成しても良い。

レーザ干渉計２６の計測値は主制御装置２８に供給され、主制御装置２８はレーザ干渉計２６の計測値に基づいて駆動系２２を介してＸＹステージ２０及びウエハテーブル１８を制御することで、ウエハＷの６自由度方向の位置を制御する。

また、ウエハＷ表面のＺ軸方向の位置及び傾斜量は、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示される送光系５０ａ及び受光系５０ｂを有する斜入射方式の多点焦点位置検出系から成るフォーカスセンサＡＦＳによって計測される。このフォーカスセンサＡＦＳの計測値も主制御装置２８に供給されている。

また、ウエハテーブル１８上には、その表面がウエハＷの表面と同じ高さになるような基準板ＦＰが固定されている。この基準板ＦＰの表面には、次に述べるアライメント検出系ＡＳのベースライン計測等に用いられる基準マークなどが形成されている。

本実施形態では、ウエハＷに形成されたアライメントマークを検出するオフアクシス方式のアライメント検出系ＡＳが設けられている。このアライメント検出系ＡＳとしては、一例としてハロゲンランプ等のブロードバンド（広帯域）光でマークを照明し、このマーク画像を画像処理することによってマーク位置を計測する画像処理方式のアライメントセンサの一種であるＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。

アライメント検出系ＡＳの検出信号ＤＳは、アライメント制御装置１６に供給され、アライメント制御装置１６は、その検出信号ＤＳをＡ／Ｄ変換し、このデジタル化された波形信号を演算処理してマーク位置を検出する。この検出結果は、アライメント制御装置１６から主制御装置２８に供給される。

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、例えば特開平７−１７６４６８号公報（対応する米国特許第５，６４６，４１３号明細書）等に開示される、露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）方式の一対のレチクルアライメント検出系が設けられ、該レチクルアライメント検出系の検出信号は、アライメント制御装置１６を介して主制御装置２８に供給される。

次に、露光装置１００で投影光学系の光学特性を計測するのに用いられるレチクルの一例について説明する。

本実施形態では、投影光学系ＰＬの光学特性を計測するために、後述する、第１パターンの像の一部の除去を目的として、第１パターンの像を、第２パターンを介して露光するトリム露光（２重露光の第２露光に相当）が行われるため、２枚のレチクルＲ_T１、Ｒ_T２が用いられる。図２には、そのうちの１枚のレチクルＲ_T１が示されている。図２は、レチクルＲ_T１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２に示されるように、レチクルＲ_T１は、矩形（正確には正方形）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_T１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にパターンＭＰ₁〜ＭＰ₅がそれぞれ形成されている。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２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。

パターンＭＰ_n（ｎ＝１〜５）のそれぞれは密集パターン、例えば図３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０．６μｍ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１．２μｍ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３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２参照）。

図４には、もう１枚のレチクルＲ_T２が示されている。図４は、レチクルＲ_T２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４に示されるように、レチクルＲ_T２は、前述のレチクルＲ_T１と同様に、ガラス基板４２を有し、そのパターン面に不図示の遮光帯によって規定される前述のパターン領域ＰＡと同一の形状かつ大きさのパターン領域ＰＡ’が形成され、そのパターン領域ＰＡのほぼ全面が遮光部となっている。ただし、本例では、開口パターンＡＰ₁〜ＡＰ₅と同じ大きさ及び配置の開口パターンＡＰ’₁〜ＡＰ’₅の内部にパターンＭＰ’₁〜ＭＰ’₅がそれぞれ形成されている。なお、パターン領域ＰＡ’はその全面が光透過部でも良い。

パターンＭＰ’_n（ｎ＝１〜５）のそれぞれは、図５に拡大して示されるような４種類のパターンＷＬ_Vn、ＷＬ_Hn、ＷＬ_Rn、ＷＬ_Lnを含む。パターンＷＬ_Vn、ＷＬ_Hn、ＷＬ_Rn、ＷＬ_Lnのそれぞれは、所定の線幅、例えば１．２μｍで、所定の長さ、例えば９μｍ程度の２本のラインパターンが所定の間隔、例えば４．８μｍを空けて平行に配置されたパターンである。この場合、パターンＷＬ_Vn、ＷＬ_Hn、ＷＬ_Rn、ＷＬ_Lnそれぞれの２本のラインパターンの並ぶ方向が、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５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、パターンＷＬ_Vn、ＷＬ_Hn、ＷＬ_Rn、ＷＬ_Lnがそれぞれ配置されている。なお、この場合も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。

次に、本実施形態の露光装置１００における投影光学系ＰＬの光学特性の計測方法について、主制御装置２８内のＣＰＵの処理アルゴリズムを簡略化して示す図６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６のステップ４００において、第１カウンタのカウント値ｋを１に初期化する（ｋ←１）。カウント値ｋは、計測用のレチクルの番号を示す。レチクルＲ_T１の番号が１であり、レチクルＲ_T２の番号が２である。

次に、ステップ４０２において、不図示のウエハローダを介してウエハＷ_T（図８参照）をウエハテーブル１８上にロードする。

次に、ステップ４０４において、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ｋ番目、ここでは１番目のレチクルＲ_T１とを交換する。なお、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルがない場合には、単にレチクルＲ_T１をロードする。

次のステップ４０６において、レチクルＲ_T１の投影光学系ＰＬに対する位置合わせなどの所定の準備作業を行う。具体的には、前述のレチクルアライメント検出系（不図示）によって、ウエハテーブル１８に設けられた基準板ＦＰの一対の基準マーク（不図示）と、レチクルＲ_T１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、それぞれレーザ干渉計１４、２６の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０を移動する。そして、前述のレチクルアライメント検出系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。これにより、前述の照明領域内にレチクルＲ_T１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光学系ＰＬを介してその視野（特に露光エリア）内でパターンＭＰ_nの投影像（パターン像）が生成される位置が、投影光学系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、その評価点の数は少なくとも１つで構わないが、本実施形態では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。

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４０７で、第２カウンタのカウント値ｉを１に初期化する（ｉ←１）。このカウント値ｉは、後述するステップ４１０における、ウエハＷ_Tのフォーカス位置（投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ軸方向）に関する位置）の目標値Ｚ_iの設定、及び露光対象の区画領域ＤＡ_iの設定（図７参照）、並びに後述するステップ４１２における、露光対象の区画領域ＤＡ_iの設定に用いられる。本実施形態では、ステップ４１０において、例えば投影光学系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のフォーカス位置をＺ₁からΔＺ刻みでＺ_M（一例としてＭ＝１５）まで変化させる（Ｚ_i＝Ｚ₁〜Ｚ₁₅）。従って、本実施形態では、ウエハＷ_Tのフォーカス位置を変更しながら、パターン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光学系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パターン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、パターンＭＰ_nの転写像を含む区画領域が形成される。このため、投影光学系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（以下「評価点対応領域」という）ＤＢ₁〜ＤＢ₅（図８参照）には、１×Ｍ個のパターン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、パターンＭＰ_nが転写されるウエハＷ_T上の各評価点対応領域ＤＢ_nについて、図７を用いて説明する。この図７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））にパターンＭＰ_nがそれぞれ転写され、これらパターンＭＰ_nが転写されたＭ個（例えば１５個）の区画領域ＤＡ_iから成る評価点対応領域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７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６に戻り、ステップ４０８では、カウント値ｋが１であるか否かを判断する。この場合、第１カウンタのカウント値ｋは１に初期化されているので、ここでの判断は肯定され、ステップ４１０に進む。

ステップ４１０では、フォーカスセンサＡＦＳからの計測値をモニタしながらウエハテーブル１８をＺ軸方向に駆動してウエハＷ_TをＺ軸方向の目標位置Ｚ_i（ここでは、Ｚ₁）に移動するとともに、ＸＹ平面内で移動させて、ウエハＷ_T上の各評価点対応領域ＤＢ_n（ｎ＝１，２、……５）内の仮想の区画領域ＤＡ_i（ここではＤＡ₁（図７参照））を露光して、その仮想の区画領域ＤＡ_i（ここではＤＡ₁）にパターンＭＰ_nの像をそれぞれ転写する。このとき、ウエハＷ_T上の一点における露光エネルギ量（積算露光量）が目標値となるように、露光量制御を行う。本実施形態では、この場合の露光エネルギ量の目標値として第１の値が設定される。第１の値は、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である。

これにより、図８に示されるように、ウエハＷ_T上の各評価点対応領域ＤＢ_nの区画領域ＤＡ₁にそれぞれ計測用パターンＭＰ_nを含む開口パターンＡＰ_nの像が転写される。

図６に戻り、上記ステップ４１０の露光が終了すると、ステップ４１３に進み、カウント値ｉ≧Ｍか否かを判断することにより、予定数（Ｍ）の区画領域に対する露光が終了したか否かを判断する。ここでは、第１番目の区画領域ＤＡ₁に対して露光が終了しただけなので、ステップ４１４に移行し、カウント値ｉを１インクリメント（ｉ←ｉ＋１）した後、ステップ４０８に戻る。ステップ４０８において、カウント値ｋが１であるか否かを判断されるが、このときｋ＝１であるから、ここでの判断は肯定され、ステップ４１０に進み、ウエハテーブル１８をＺ軸方向に駆動してウエハＷ_Tをフォーカス位置の目標値Ｚ₂に移動するとともに、ＸＹ平面内で移動させて、ウエハＷ_T上の各評価点対応領域ＤＢ_n（ｎ＝１，２、……５）内の仮想の区画領域ＤＡ₂を、露光量の目標値を第１の値として露光し、その仮想の区画領域ＤＡ₂にパターンＭＰ_nを含む開口パターンＡＰ_nをそれぞれ転写する。このとき、露光開始に先立って、ＸＹステージ２０は所定のステップピッチ（ＳＰとする（図７参照））だけＸＹ平面内で所定方向（この場合−Ｘ方向）に移動される。ここで、本実施形態では、上記のステップピッチＳＰが、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軸方向寸法とほぼ一致する約６．７５μｍに設定されている。なお、ステップピッチＳＰは、約６．７５μｍに限らないが、隣接する区画領域にそれぞれ転写されるパターンＭＰ_nの像が重ならず、かつ６．７５μｍ、すなわち各開口パターン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軸方向寸法以下であることが望ましい。

この場合、ステップピッチＳＰが開口パターンＡＰ_nのウエハＷ_T上の投影像のＸ軸方向寸法以下となっているので、各評価点対応領域ＤＢ_nの区画領域ＤＡ₁と区画領域ＤＡ₂との境界部分に開口パターンＡＰ_nの像の一部によって形成される枠線あるいは未露光領域が実際には存在しない。

以後、ステップ４１３における判断が肯定されるまで、ステップ→４１３→４１４→４０８→４１０のループの処理（判断を含む）を繰り返す。これにより、ウエハＷ_T上の各評価点対応領域ＤＢ_nの区画領域ＤＡ_i（ｉ＝３〜Ｍ）に、ウエハのフォーカス位置をＺ_iとして、パターンＭＰ_nを含む開口パターンＡＰ_nがそれぞれ転写される。但し、この場合も、隣接する区画領域間の境界には、前述と同様の理由により枠線あるいは未露光領域が存在しない。

一方、各評価点対応領域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４１３における判断が肯定されると、ステップ４１６に移行する。ステップ４１３における判断が肯定された段階では、ウエハＷ_T上の各評価点対応領域ＤＢ_nには、図８に示されるように、それぞれ露光条件（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）のパターン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上にパターン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、各評価点対応領域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、評価点対応領域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。

図６に戻り、ステップ４１６では、第１カウンタのカウント値ｋが２であるか否かを判断する。この場合、ｋ＝１であるので、ここでの判断は否定され、ステップ４１８に移行してカウント値ｋを１インクリメント（ｋ←ｋ＋１）した後、ステップ４０４に戻る。このステップ４０４では、レチクルステージ上に搭載されている（ｋ−１）番目のレチクルをｋ番目のレチクルに交換する。ここでは、レチクルステージＲＳＴ上の１番目のレチクルＲ_T１と、２番目のレチクルＲ_T２とを交換する。その後、ステップ４０６において、前述した準備作業を行い、ステップ４０７において、第２カウンタのカウント値ｉを１に初期化した後、第１カウンタのカウント値ｋ＝１であるか否かを判断する。この場合、ｋ＝２であるから、ここでの判断は否定され、ステップ４１２に移行する。

ステップ４１２では、ウエハＷ_TをＸＹ平面内で移動させて、パターンＭＰ’_nを含む開口パターンＡＰ’_nをウエハＷ_T上の各評価点対応領域ＤＢ_n（ｎ＝１，２、……５）内の区画領域ＤＡ_i（ここではＤＡ₁（図７参照））に位置合わせして、開口パターンＡＰ’_nを介して、区画領域ＤＡ_iを露光する。これにより、区画領域ＤＡ_iは多重露光、すなわち前述した開口パターンＡＰ_nによる露光を第１露光とし、開口パターンＡＰ’_nによる露光を第２露光とする２重露光が行われる。本実施形態では、第２露光での露光エネルギ量の目標値として第２の値が設定される。第２の値は、予め設定された値であり、上記第１の値と同一でも良いが、本実施形態では上記第１の値と異ならせる。例えば、第２の値は、２重露光によって、過露光の程度が大きくなりすぎない値（第１の値に比べて小さい値）である。また、このとき、ウエハＷ_Tのフォーカス位置は、例えばＺ₇に設定される。このステップ４１２の処理により、既にパターンＭＰ_nの潜像が形成されているその区画領域ＤＡ_i（ここではＤＡ₁）にパターンＭＰ’_nの像が重ね合わせて転写され、現像後にパターンＭＰ_nの像の一部が除去されるようになる。この点については後述する。

上記ステップ４１２の露光が終了すると、ステップ４１３に進み、カウント値ｉ≧Ｍか否かを判断することにより、予定数（Ｍ）の区画領域に対する露光が終了したか否かを判断する。ここでは、第１番目の区画領域ＤＡ₁に対して露光が終了しただけなので、ステップ４１４に移行し、カウント値ｉを１インクリメント（ｉ←ｉ＋１）した後、ステップ４０８に戻る。ステップ４０８において、カウント値ｋが１であるか否かを判断されるが、このときｋ＝２であるから、ここでの判断は否定され、ステップ４１２に進む。そして、ウエハをＸＹ平面内で移動して、ウエハＷ_T上の各評価点対応領域ＤＢ_n（ｎ＝１，２、……５）内の区画領域ＤＡ₂を、露光量の目標値を第２の値として露光し、既にパターンＭＰ_nの潜像が形成されているその区画領域ＤＡ₂にパターンＭＰ’_nを含む開口パターンＡＰ’_nを重ね合わせて転写する。この場合も、ウエハＷ_Tのフォーカス位置は、例えばＺ₇に設定されたままである。このとき、露光開始に先立って、ＸＹステージ２０は所定のステップピッチ（ＳＰとする（図７参照））だけＸＹ平面内で所定方向（この場合−Ｘ方向）に移動される。

以後、ステップ４１３における判断が肯定されるまで、ステップ→４１３→４１４→４０８→４１２のループの処理（判断を含む）を繰り返す。これにより、ウエハＷ_T上の各評価点対応領域ＤＢ_nの区画領域ＤＡ_i（ｉ＝３〜Ｍ）に、ウエハのフォーカス位置をＺ₇として、パターンＭＰ’_nを含む開口パターンＡＰ’_nがそれぞれ転写される。これにより、既にパターンＭＰ_nの潜像が形成されているその区画領域ＤＡ_i（ｉ＝３〜Ｍ）にパターンＭＰ’_nの像がそれぞれ重ね合わせて転写され、現像後にパターンＭＰ_nの像の一部が除去されるようになる。

ステップ４１３における判断が肯定されると、ステップ４１６において、第２カウンタのカウント値ｋが２であるか否かが再び判断される。この場合、ｋ＝２であるので、ここでの判断は肯定され、ステップ４２０に進んで不図示のウエハアンローダを介してウエハＷ_Tをウエハテーブル１８上からアンロードするとともに、不図示のウエハ搬送系を用いてウエハＷ_Tを露光装置１００にインラインにて接続されている不図示のコータ・デベロッパに搬送する。

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、ステップ４２２に進んでウエハＷ_Tの現像が終了するのを待つ。このステップ４２２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の現像が行われる。この現像の終了により、ウエハＷ_T上には、開口パターンＡＰ_nの潜像に開口パターンＡＰ’_nの像を重ね合わせた像が各区画領域ＤＡ_iに形成された評価点対応領域ＤＢ_n（ｎ＝１〜５）のレジスト像が形成され、このレジスト像が形成されたウエハＷ_Tが投影光学系ＰＬの光学特性を計測するための試料となる。図９には、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が示されている。

図９では、評価点対応領域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検出系ＡＳなどによる評価点対応領域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ＳＰ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９に示される区画領域ＤＡ₈には、図１０に拡大して示されるような２本のラインパターンのレジスト像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９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。

ここで、図１０に示されるようなレジスト像ＭＰ”_nが形成される原理についてさらに詳述する。

例えばベストフォーカス状態でレチクルＲ_T１を用いた露光（第１露光）のみが行われた場合には、表面にポジレジストが塗布されたウエハＷ_Tの現像後には、各区画領域ＤＡ_iの各計測マーク領域に、図１１（Ａ）に模式的に示される断面形状のレジスト像が形成される。一方、例えばベストフォーカス状態でレチクルＲ_T２を用いた露光（第２露光）のみが行われた場合には、表面にポジレジストが塗布されたウエハＷの現像後には、各区画領域ＤＡ_iの各計測マーク領域に、図１１（Ｂ）に模式的に示される断面形状のレジスト像が形成される。

しかるに、本実施形態では前述の２重露光、すなわち前述のステップ４１０において、レチクルＲ_T１を用いた１回目の露光が行われ、ステップ４１２において、レチクルＲ_T２を用いた２回目の露光が行われる。従って、１回目にほぼベストフォーカス状態で露光が行われたものとすると、ウエハの現像後には、図１１（Ａ）の像と図１１（Ｂ）の像とを重ね合わせた像、別の表現をすれば、図１１（Ａ）の像と図１１（Ｂ）の像との共通部分である、図１１（Ｃ）に示される断面形状を有するレジスト像が得られる。この図１１（Ｃ）のレジスト像の平面視の形状は、図１２に示されるように、線幅ａ（＝０．１５μｍ）の長さｂ（＝２．２５μｍ）の２本のラインパターンが間隔ｃ（＝１．３５μｍ）を空けて配置されたパターン像となる。図１２のパターン像は、レジスト像ＬＳ”_Vn、ＬＳ”_Hn、ＬＳ”_Rn、ＬＳ”_Lnを代表的に表すものである。ただし、デフォーカス状態の露光で形成されたレジスト像ＭＰ”_nは、その形が崩れる、あるいは線幅が変化する。この結果、図９に示されるような、レジスト像が得られる。図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）を見るとわかるように、図１０に示される各レジスト像ＭＰ”_n（レジスト像ＬＳ”_Vn、ＬＳ”_Hn、ＬＳ”_Rn、ＬＳ”_Ln）は、パターンＭＰ（パターンＬＳ_Vn、ＬＳ_Hn、ＬＳ_Rn、ＬＳ_Ln）の一部のラインパターンの像であり、パターンＭＰ（パターンＬＳ_Vn、ＬＳ_Hn、ＬＳ_Rn、ＬＳ_Ln）の像と同じ特性（線幅など）を有している。

図６に戻り、ステップ４２２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の現像が終了したことを確認すると、ステップ４２４に移行し、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と同様にしてウエハＷ_Tをウエハテーブル１８上に再度ロードした後、ステップ４２６の投影光学系の光学特性を算出するサブルーチン（以下、「光学特性計測ルーチン」とも呼ぶ）に移行する。

この光学特性計測ルーチンでは、まず、図１３のステップ５０１において、検出対象の評価点対応領域の番号を示す第３カウンタのカウント値ｎを１に初期化する（ｎ←１）。

次に、ステップ５０２において、第３カウンタのカウント値ｎを参照して、ウエハＷ_T上の評価点対応領域ＤＢ_nのレジスト像がアライメント検出系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、レーザ干渉計２６の計測値をモニタしつつ、駆動系２２を介してＸＹステージ２０を制御することにより行う。このとき、ｎ＝１であるから、図７に示される、ウエハＷ_T上の評価点対応領域ＤＢ₁のレジスト像がアライメント検出系ＡＳで検出可能となる位置にウエハＷ_Tが位置決めされる。以下の光学特性計測ルーチンの説明では、評価点対応領域ＤＢ_nのレジスト像を、適宜「評価点対応領域ＤＢ_n」と略述するものとする。

次のステップ５０４では、ウエハＷ_T上の評価点対応領域ＤＢ_n（ここでは、ＤＢ₁）のレジスト像をアライメント検出系ＡＳを用いて撮像し、その撮像データを取り込む。アライメント検出系ＡＳ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２８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。なお、本実施形態では評価点対応領域ＤＢ_nのサイズが１０１．２５μｍ（Ｘ軸方向）×２７μｍ（Ｙ軸方向）であり、その全体がアライメント検出系ＡＳの検出領域内に設定されるので、評価点対応領域毎にＭ個の区画領域ＤＡ_iを同時に（一括して）撮像可能となっている。

次のステップ５０６では、アライメント検出系ＡＳからの評価点対応領域ＤＢ_n（ここでは、ＤＢ₁）に形成されたレジスト像の撮像データを整理し、撮像データファイルを作成する。

次のステップ５０８では、その撮像データを画像処理して評価点対応領域ＤＢ_n（ここでは、ＤＢ₁）の外縁を検出する。この外縁の検出は、一例として、次のようにして行うことができる。

すなわち、撮像により得られた撮像データに基づき、評価点対応領域ＤＢ_nの輪郭から成る外枠を構成する直線部を検出対象とし、所定の大きさの窓領域をその検出対象の直線部にほぼ直交する方向に走査し、該走査中に窓領域内のピクセルデータに基づいて検出対象の直線部の位置を検出する。この場合、外枠の部分のピクセルデータは、その他の部分のピクセルデータと明らかにピクセル値（画素値）が異なるので、例えば窓領域の走査方向の位置が１画素ずつ変化するのに応じた窓領域内のピクセルデータの変化に基づき、検出対象の直線部（外枠の一部）の位置が確実に検出される。この場合において、走査方向は、前記外枠の内側から外側に向かう方向であることが望ましい。最初に前述の窓領域内のピクセルデータに対応するピクセル値のピークが求められたとき、その位置が外枠の位置に確実に一致するので、外枠検出をより確実に行うことができるからである。

このような直線部の検出を、評価点対応領域ＤＢ_nの輪郭から成る外枠を構成する４辺についてそれぞれ行う。この外枠の検出については、例えば特開平２００４−１４６７０２号公報、米国特許出願公開第２００４／０１７９１９０号明細書などに詳細に開示されている。

次のステップ５１０では、上で検出した評価点対応領域ＤＢ_nの外縁、すなわち長方形の枠線の内部を、Ｘ軸方向に関してＭ等分（例えば１５等分）することで、区画領域ＤＡ₁〜ＤＡ_M（ＤＡ₁₅）を求める。すなわち、外縁を基準として、各区画領域（の位置情報）を求める。

次のステップ５１２では、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）を算出する。

ここで、計測マーク領域毎のコントラスト値とは、次式（１）で表される統計量、すなわち計測マーク領域についての各画素の輝度値の分散を指す。

ここで、ｘ_kは、計測マーク領域内部のｋ番目の画素の輝度値、ｘ^*は、所定の基準値である。所定の基準値としては、本実施形態では、ウエハＷ_T上の少なくとも１つの区画領域（又は計測マーク領域）内部におけるパターン像ＭＰ”_n（計測用のパターン像）が存在しない領域の輝度値の平均値が用いられる。また、Ｎは、計測マーク領域内部の画素の総数である。

なお、コントラスト値として、次式（２）で表される計測マーク領域についての各画素の輝度値の標準偏差を用いても良い。

あるいは、コントラスト値として、各計測マーク領域（又は各区画領域）について各画素の輝度値の上記所定の基準値に対する偏差を含むその他の統計量を用いても良い。

なお、ステップ５１２では、各区画領域についてコントラスト値を算出する場合にも、上述と同様の各画素の輝度値の分散、標準偏差、あるいはその他の統計量を用いる。

すなわち、ステップ５１２では、前記撮像データファイルから、各区画領域ＤＡ_iの撮像データを抽出し、上の式（１）又は式（２）を用いて、各区画領域ＤＡ_i（ｉ＝１〜Ｍ）における計測マーク領域毎のコントラスト値（又は区画領域毎のコントラスト値）を算出する。

次のステップ５１４では、上記ステップ５１２で算出したコントラスト値に基づいて、評価点対応領域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図示しない記憶装置に保存する。すなわち、評価点対応領域ＤＢ_nについて、上記ステップ５１２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、評価点対応領域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５１２で算出した区画領域毎のコントラスト値）を、図１４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Ｃi（図１４ではＣ₈）に対応するＺi（図１４ではＺ₈）を、最良フォーカス位置Ｚ_bestとする。あるいは、評価点対応領域ＤＢnについて、例えば、図１４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５１６において、前述のカウント値ｎを参照して、全ての評価点対応領域ＤＢ₁〜ＤＢ₅について処理が終了したか否かを判断する。ここでは、評価点対応領域ＤＢ₁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５１６における判断は否定され、ステップ５１８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５０２に戻り、評価点対応領域ＤＢ₂がアライメント検出系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５０４〜５１４までの処理（判断を含む）を再度行い、上述した評価点対応領域ＤＢ₁の場合と同様にして、評価点対応領域ＤＢ₂について最良フォーカス位置を求める。

そして、評価点対応領域ＤＢ₂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５１６で全ての評価点対応領域ＤＢ₁〜ＤＢ₅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５１６における判断が肯定されるまで、上記ステップ５０２〜５１８の処理（判断を含む）が繰り返される。これにより、他の評価点対応領域ＤＢ₃〜ＤＢ₅について、前述した評価点対応領域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上の全ての評価点対応領域ＤＢ₁〜ＤＢ₅について最良フォーカス位置の算出、すなわち投影光学系ＰＬの露光エリア内で５つの計測用パターンＭＰ₁〜ＭＰ₅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５１６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５２０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５２０では、一例として、評価点対応領域ＤＢ₁〜ＤＢ₅における最良フォーカス位置のデータに基づいて、投影光学系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、各評価点対応領域（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、各２本のラインパターンの並ぶ方向（元となるＬ／Ｓパターンの周期方向）毎に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、並ぶ方向が直交する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、投影光学系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光学系ＰＬの光学特性データは、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１３のステップ５２０の処理、すなわち図６のステップ４２６の処理を終了し、一連の光学特性の計測処理を終了する。

図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）には、発明者が行ったシミュレーション結果の一例が示されている。これらは、光源として波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光源を仮定し、投影光学系のＮＡを０．８２、コヒーレンスファクタ（σ値）を０．９の通常照明条件を仮定した、露光シミュレーションの結果である。このうち、図１５（Ａ）は、ウエハ上換算値で線幅１８０ｎｍのＬ／Ｓパターン（デューティ比（ライン部の幅とスペース部の幅の比）＝１：１）のハーフトーンマスクを用いた、トリム露光（第２露光）なしの１回露光を、図６、図１３のフローチャート（マスクは１枚のみ用いるので、カウント値ｋに関連するステップは存在しない）と同様の手順で行った場合の、図１４と同様のコントラストカーブである。図１５（Ｂ）は、前述の実施形態と同様にして２重露光を行い、ウエハ上に線幅１５０ｎｍ、デューティ比＝１：９のＬ／Ｓパターンを形成した場合に得られる、コントラストカーブである。この場合、第１露光の露光エネルギ量の目標値を３５ｍＪ、第２露光の露光エネルギ量の目標値を４ｍＪとした。

図１５（Ａ）のコントラストカーブがきれいな山形ではないことから、図１５（Ａ）のシミュレーションでは、計測対象となるレジスト像の線幅は、想定した計測装置の解像限界に近い線幅であることがわかる。しかるに、図１５（Ｂ）では、図１５（Ａ）より線幅が細いパターン、すなわち想定した計測装置の解像限界以下の線幅のパターンのレジスト像を形成するにも関わらず、コントラストカーブとしてきれいな山形のカーブが得られ、ベストフォーカス位置を精度良く求めることができることがわかる。

次に、デバイス製造の場合における、本実施形態の露光装置１００による露光動作を説明する。

前提として、上述のようにして決定された最良フォーカス位置の情報、あるいはこれに加えて像面湾曲の情報が、不図示の入出力装置を介して主制御装置２８に入力されているものとする。

例えば、像面湾曲の情報が入力されている場合には、主制御装置２８は、露光に先立って、この光学特性データに基づいて、図示しない結像特性補正コントローラに指示し、例えば投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学素子（本実施形態では、レンズエレメントであるが、光学系の構成によっては、例えば凹面鏡などの反射光学素子、あるいは投影光学系ＰＬの収差（ディストーション、球面収差など）、特にその非回転対称成分を補正する収差補正板などでも良い）の位置（他の光学素子との間隔を含む）あるいは傾斜などを変更することにより、その像面湾曲が補正されるように投影光学系ＰＬの結像特性を可能な範囲で補正する。ここで、投影光学系ＰＬの結像特性の補正方法として、例えば照明光ＩＬの中心波長を僅かにシフトさせる方法、又は投影光学系ＰＬの一部で屈折率を変化させる方法などを単独、あるいは光学素子の移動との組み合わせで採用しても良い。

そして、主制御装置２８によって、不図示のレチクルローダを用いて転写対象となる所定の回路パターン（デバイスパターン）が形成されたレチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上にロードされ、同様に、不図示のウエハローダを用いてウエハＷがウエハテーブル１８上にロードされる。

次に、主制御装置２８により、不図示のレチクルアライメント検出系、ウエハテーブル１８上の基準板ＦＰ、アラインメント検出系ＡＳ等を用いて、レチクルアラインメント、ベースライン計測などの準備作業が所定の手順で行われ、これに続いて例えばＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アラインメント）方式などのウエハアライメントが行われる。

上記のウエハアライメントが終了すると、主制御装置２８により、露光装置１００の各部が制御され、ウエハＷ上のショット領域の走査露光とショット間のステッピング動作とが繰り返し行われ、ウエハＷ上の露光対象とするショット領域の全てにレチクルＲのパターンが順次転写される。

上記の走査露光中に、主制御装置２８は、フォーカスセンサＡＦＳによって検出されたウエハＷのＺ軸方向の位置情報に基づき、前述した光学特性補正後の投影光学系ＰＬの露光エリア内でその焦点深度の範囲内にウエハＷ（ショット領域）の表面が設定されるように、駆動系２２を介してウエハテーブル１８をＺ軸方向及び傾斜方向（θｘ，θｙ方向）に駆動し、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御を行う。本実施形態では、ウエハＷの露光動作に先立って、前述した各評価点における最良フォーカス位置に基づいて投影光学系ＰＬの像面が算出されており、この算出結果に基づいて、フォーカスセンサＡＦＳの光学的なキャリブレーション（例えば、受光系５０ｂ内に配置される平行平面板の傾斜角度の調整など）が行われている。これに限らず、例えば先に算出した像面とフォーカスセンサＡＦＳの検出基準との偏差に応じたオフセットを考慮して、フォーカス動作（及びレベリング動作）を行うようにしても良い。

以上説明したように、本実施形態によると、前述のステップ４１０の処理を行うことで、レチクルＲ_T１に形成されたパターンＭＰ_nを含む開口パターンＡＰ_nの像（潜像）が、投影光学系ＰＬを介してウエハＷ_T上の各評価点対応領域ＤＢ_nの各区画領域ＤＡ_iにそれぞれ生成され、各区画領域ＤＡ_iが露光される。この場合、パターンＭＰ_n以外の開口パターンＡＰ_nの領域は光透過部であるから、実際には、ウエハＷ_T上に形成されたレジスト層（ポジレジスト）の各区画領域ＤＡ_iには、パターンＭＰ_nの像（潜像）が形成される。そして、前述のステップ４１２の処理を行うことで、開口パターンＡＰ_nの像（パターンＭＰ_nの像（潜像））が生成されたウエハＷ_T上の各区画領域ＤＡ_iの一部が、投影光学系ＰＬを介してそれぞれ露光され、パターンＭＰ_nの像（潜像）の一部が除去される（パターンＭＰ_nの潜像の一部が消去された潜像が各区画領域ＤＡ_iに形成される）。従って、このウエハＷ_Tの現像後に、パターンＭＰ_nの一部が除去されたパターンの像（レジスト像）ＭＰ”_nが各区画領域ＤＡ_iに形成される。本実施形態では、上記ステップ４１０の処理が、各評価点対応領域ＤＢ_nの区画領域ＤＡ_i毎にウエハＷ_Tのフォーカス位置を異ならせて行われる結果、ウエハＷ_Tの現像後に、ウエハＷ_Tの各評価点対応領域ＤＢ_nには、図９に示される評価点対応領域ＤＢ₁と同様のレジスト像が形成される。

そして、ステップ４２６の光学特性計測ルーチンにおいて、その現像後のウエハＷ_Tを試料として、ステップ５０１〜５２０の処理を行うことで、投影光学系ＰＬの光学特性（ベストフォーカス位置、像面湾曲、非点収差など）が求められる。

ここで、例えばレジスト像ＤＢ’₁を構成するパターンＭＰ_nの一部が除去されたパターンの像（レジスト像）ＭＰ”_n（図１０参照）は、パターンＭＰ_nの像ＭＰ’_nの一部が除去された像であるから、仮に像ＭＰ’_nが計測装置（本実施形態ではアライメント検出系ＡＳ）の計測分解能以下の線幅となるような場合であっても、パターンの像（レジスト像）ＭＰ”_nは計測装置を用いて計測することが可能である。従って、該計測結果に基づいて投影光学系の光学特性を算出することで、光学特性を短時間で計測することが可能になる。

また、レジスト像ＭＰ”_nは、計測分解能以下の線幅のＬ／Ｓパターンから成るパターンＭＰ_nの各Ｌ／Ｓパターンの一部を除去したパターンから成るパターン像であるから、パターンＭＰ_nの各Ｌ／Ｓパターン像の特性をそのまま持っている。従って、例えば、レジスト像ＭＰ”_nについて計測したベストフォーカス位置は、パターンＭＰ_nの像のベストフォーカス位置に一致する。従って、本実施形態によると、計測分解能がＳＥＭなどと比べて低い計測装置、例えば露光装置１００のアライメント検出系ＡＳ等の計測装置を用いて、投影光学系ＰＬの光学特性を高精度に計測することが可能になる。これにより、ＳＥＭを用いる場合のような厳密なフォーカス合わせが不要となり、計測時間の短縮が可能である。

また、本実施形態によると、パターンＭＰ_nの像の一部が除去された像ＭＰ”_nが形成されたウエハＷ_T上の各評価点対応領域ＤＢ_nの複数の区画領域ＤＡ_iについて、各評価点対応領域ＤＢ_nの撮像により得られた撮像データに含まれる各画素の輝度値の所定の基準値に対する偏差を含む所定の統計量、例えば分散又は標準偏差をコントラストとして算出し、その算出された各領域のコントラストの算出結果に基づいて投影光学系ＰＬの各評価点における最良フォーカス位置（さらには像面湾曲、非点収差）等の光学特性を求める。このため、前述の統計量をコントラストとして算出するので、ＳＥＭなどと比べて計測分解能が低い、例えば露光装置１００のアライメント検出系ＡＳ等の計測装置でも計測することが可能になる。これにより、計測時間の短縮が可能である。例えば、上述のように各評価点対応領域ＤＢ_nを同時に撮像せず、区画領域毎に撮像する場合であっても、１点当たりの計測時間の短縮が可能である。また、パターンＭＰ_nの投影像（パターン像）の種類（ラインアンドスペース（孤立線、密集線）、コンタクトホール、サイズ及び配列方向など）を問わず、パターン像の生成時の照明条件を問わず、計測が可能になる。

また、本実施形態では、上述のコントラストを検出するので、レチクルＲ_T１などのパターン領域ＰＡ内にパターンＭＰ_n以外のパターン（例えば、比較用の基準パターン、位置決め用マークパターン等）を配置する必要がない。また、従来の寸法を計測する方法（ＣＤ／フォーカス法、ＳＭＰフォーカス計測法など）に比べて、計測用パターンを小さくすることができる。このため、評価点の数を増加させることができるとともに、評価点間の間隔を狭くすることが可能となる。結果的に、光学特性の測定精度及び測定結果の再現性を向上させることができる。

また、露光装置１００によると、前述の計測方法により精度良く計測された投影光学系ＰＬの光学特性を考慮して最適なパターン生成が行えるように、投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影されるパターン像の結像状態の調整に関連する動作、例えば投影光学系ＰＬの光学素子の移動などによる結像特性の調整、あるいはフォーカスセンサＡＦＳのキャリブレーションなどが行われた後、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲに形成されたパターンがウエハＷ上に転写される。

従って、本実施形態に係る露光方法によると、上述の光学特性計測方法を用いて投影光学系ＰＬの光学特性が高精度に計測され、その光学特性の計測結果を考慮して投影光学系ＰＬの露光エリア内に高精度なパターン像が生成され、高精度な露光（パターン転写）が実現される。

なお、孤立パターンを計測用パターンとして用いる場合には、そのパターン像は１回の露光で形成される。これに対し、本実施形態では、前述の２重露光によって、結果的に孤立パターンの像と同様のパターン像が得られるが、このパターン像は、密集パターンの特性は残しつつ、その計測は孤立パターンと同様に実施できる。

なお、上記実施形態では、レチクルＲ_T１上のパターンＭＰ_n（密集パターン）として開口パターンＡＰ_n内に配置された４種類のＬ／Ｓパターン（マルチバーパターン）を用いる場合について説明したが、これに限らず、パターンＭＰ_nとしては、その数又は種類が１つのパターンのみを含むものであっても良いし、Ｌ／Ｓパターンの代わりに、あるいはそれと組み合わせて、孤立線やコンタクトホールなどを用いても良い。また、計測用パターンＭＰ_nとして周期パターンを用いる場合、その周期パターンは、Ｌ／Ｓパターンだけではなく、例えばドットマークを周期的に配列したパターンでも良い。これは、像の線幅等を計測する従来の方法とは異なり、前述のコントラストを検出しているからである。

また、上記実施形態では評価点対応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つの評価点対応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、例えば評価点対応領域の全体をアライメント検出系ＡＳの検出領域内に設定し、評価点対応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、あるいは評価点対応領域の複数の部分を順次アライメント検出系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つの評価点対応領域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検出系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。また、上記実施形態では評価点対応領域毎に複数の区画領域が一列に配列されるものとしたが、その配列方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に関する位置を、その複数の区画領域で部分的に異ならせても良いし、例えば配列方向（Ｘ軸方向）に関して評価点対応領域の長さがアライメント検出系ＡＳの検出領域のサイズを越えるときなどは、各評価点対応領域で区画領域を複数列（２次元的）に配置しても良い。すなわち、評価点対応領域毎にその全体を同時に撮像可能とするように、アライメント検出系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。このとき、配列方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に関して隣接する区画領域の境界部分にも前述の枠線あるいは未露光部分が存在しないように、Ｙ軸方向のステップピッチを決定することが望ましい。なお、上記実施形態では静止露光によって計測用パターンＭＰ_nをウエハＷ_T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。

また、本実施形態の露光装置１００を、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレット、米国特許出願公開第２００５／０２５９２３４号明細書などに開示される液浸型としても良く、投影光学系及び液体を介して計測用パターンＭＰ_nの像をウエハ上に転写することで、その液体も含めた投影光学系の光学特性を計測することができる。

なお、上記実施形態では、計測マーク領域毎（又は各画領域ＤＡ_i）のコントラスト値として、計測マーク領域毎（又は各画領域ＤＡ_i）の各画素の輝度値の分散、又は標準偏差、あるいは各計測マーク領域（又は各区画領域）における各画素の輝度値の所定の基準値に対する偏差を含むその他の統計量を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、上記偏差を含まない、各計測マーク領域（又は各区画領域）における各画素の輝度値に関する情報、例えば計測マーク領域（又は区画領域）のうち、計測用のパターン像を含む所定面積（所定画素数）の領域内での各画素の輝度の総和値、あるいは平均値などの、各画素の輝度に関する何らかの統計量などを、コントラスト情報として採用しても良い。要は、各計測マーク領域（又は各区画領域）で、コントラスト情報の算出に使用する、撮像エリアの面積（画素数など）を、一定にする場合には、各画素の輝度値に関する如何なる統計量を用いても良い。また、例えばその撮像エリアの面積を、計測用のパターン像を包含し、かつ計測マーク領域（又は区画領域）の面積と同程度以下に設定する場合、計測用のパターンの転写時におけるウエハＷ_TのステップピッチＳＰ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軸方向寸法より大きくしても良い。

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。

なお、上記実施形態では、コントラスト計測により、投影光学系ＰＬの光学特性（ベストフォーカス位置など）を求めるものとしたが、これに限らず、像の線幅等を計測する方法であっても、前述したトリム露光（第２露光）により、計測分解能以下の線幅（スペース幅）のパターン像の一部を除去したパターン像を計測対象とする手法を採用することは有効である。かかる場合にも、計測装置の分解能以下の線幅のパターン像を、ＳＥＭなどに比べて計測時間の短縮が可能な計測装置を用いて精度良く計測することが可能となる。

また、上記実施形態では、レチクルＲ_T１と、レチクルＲ_T２とを用いて、前述の光学特性計測に用いられる試料を作製するための二重露光を行うものとしたが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、パターンＭＰ_nを含む開口パターンＡＰ_nが配置されたパターン領域と、パターンＭＰ’_nを含む開口パターンＡＰ’_nが配置されたパターン領域とを、同一のレチクルの異なる部分に形成し、このレチクルを用いて、前述の二重露光を行うこととしても良い。かかる二重露光は、前述のフローチャートを僅かに変更することで実現できる。あるいは、レチクルＲ_T２を用いた２回目の露光に代えて、ウエハＷ_T上の各評価点対応領域の各区画領域の一部にエネルギビームを照射して、各区画領域に形成されたパターンＭＰ_nの像（潜像）を除去することとしても良い。この場合、上記２回目の露光では投影光学系を用いなくても良いし、１回目の露光と２回目の露光とで異なる露光装置を用いても良い。

また、前述のステップ４１０とステップ４１２との処理の順番を逆にしても良い。すなわち、レチクルＲ_T２を用いて上記実施形態と同様にウエハのフォーカス位置を一定に維持した状態で、各区画領域ＤＡ_iにパターンＭＰ’_nの像をそれぞれ形成した後に、レチクルＲ_T１を用いてフォーカス位置を変更しつつ、各区画領域ＤＡ_iに重ね合わせ露光を行うこととしても良い。

なお、上記実施形態では、レチクルＲ_T１にライン部の幅と前記スペース部の幅との比であるデューティ比１のＬ／ＳパターンＬＳ_Vn、ＬＳ_Hn、ＬＳ_Rn、ＬＳ_Lnを含むパターンＭＰ_nが形成され、第１回目の露光によってウエハＷ_T上にパターンＭＰ_nの像が第１パターン像として形成されるものとしたが、これに限らず、第１パターン像は、デューティ比が１／３より小さい孤立ラインパターンの像であっても良い。かかる場合であっても、スペース部の幅が、計測装置（例えばアライメント検出系ＡＳ）の解像限界とほぼ同一の幅以下であれば、前述したパターン像の一部の除去を目的とする、トリム露光は有効である。

また、上記実施形態では、２回目の露光でＬ／ＳパターンＬＳ_Vn、ＬＳ_Hn、ＬＳ_Rn、ＬＳ_Lnの像の８本のライン部のうち、両端各１本、中央４本の合計６本のライン部が除去されるものとしたが、本発明がこれに限定されるものではなく、少なくとも１本のライン部が除去されれば良い。除去するライン部が１本でもあっても、ライン幅などによっては孤立パターンと同等と見做すことができ、孤立パターンと同様の方法により計測が可能となるので、前述したパターン像の一部の除去を目的とする、トリム露光は有効である。１本のライン部を除去する場合、Ｌ／Ｓパターン像を間引くように除去すべきライン部を設定する、すなわち除去すべきライン部を、Ｌ／Ｓパターン像の両端以外とする必要がある。２本のライン部を除去する場合は、その少なくとも一方が両端以外とする必要がある。また、上記実施形態では、トリム露光の結果、２本のライン部が現像後に残るものとしたが、これに限らず、第１パターン像（上記実施形態では、Ｌ／ＳパターンＬＳ_Vn、ＬＳ_Hn、ＬＳ_Rn、ＬＳ_Lnの像）のライン部が少なくとも１本残るように、Ｌ／Ｓパターンの像が生成されたウエハＷ_T上の各区画領域の一部を投影光学系ＰＬを介して露光することとすれば良い。

なお、前述のステップ４１２の第２露光を行う際に、必ずしもウエハＷ_Tのフォーカス位置を一定にしなくても良い。要は、第１パターン像の一部を確実に除去できるのであれば、フォーカス位置を変えても構わない。

なお、上記実施形態では露光装置のアライメント検出系を用いてウエハ上の各区画領域に形成された像を撮像するものとしたが、露光装置以外、例えば光学的な検査装置などを用いても良い。また、上記実施形態では、撮像方式の計測装置（アライメント検出系ＡＳなど）を用いてウエハ上のパターン像を検出するものとしたが、この計測装置は受光素子（センサ）がＣＣＤなどの撮像素子に限られるものでなく、例えばラインセンサなどを含むものとしても良い。この場合、ラインセンサは１次元であっても良いが、２次元に配置されるラインセンサを用いることが好ましい。従って、前述のコントラスト情報の算出で使用するデータ（計測装置によるパターン像の計測結果）は撮像データに限られるものではない。さらに、上記実施形態では、前述の統計量（コントラスト情報、明暗情報）の算出において、所定の基準値として、ウエハ上の少なくとも１つの区画領域（又は計測マーク領域）内で計測用のパターン像が存在しない領域の複数画素の輝度値の平均値（又は単一画素の輝度値）を用いるものとしたが、所定の基準値はこれに限られるものではない。例えば、区画領域（又は計測マーク領域）以外の他の領域における輝度値（平均値を含む）、あるいは区画領域（又は計測マーク領域）における輝度値の平均値などを用いても良い。また、前述の如く上記偏差を含まない統計量をコントラスト情報として用いても良いが、例えば計測用のパターン像の線幅（又はピッチ）が計測装置の解像限界（光学系の検出分解能）と同程度あるいは近い場合、計測装置が計測用のパターン像の線幅変化を敏感に検出するのが困難となるため、計測用のパターン像が存在しない領域の輝度値（又はその平均値）を所定の基準値として上記偏差が求められる前述の統計量をコントラスト情報として用いることが好ましい。この場合、計測用のパターン像の各Ｌ／Ｓパターン全体から得られる微妙なオフセット変化がコントラスト値として考慮されることになり、計測精度の向上を図ることができる。

また、上記実施形態では干渉計システム（２６）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、例えばウエハステージＷＳＴ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を用いても良い。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。

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。さらに、上記実施形態の露光装置は半導体デバイスの製造用に限られるものでなく、例えばディスプレイ（液晶表示素子など）、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン、ＤＮＡチップなど、他のデバイスの製造に用いる露光装置などであっても良く、これらの露光装置に本発明を適用しても良い。

なお、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。また、投影光学系は屈折系に限られるものでなく反射屈折系又は反射系でも良いし、縮小系に限られるものでなく等倍系又は拡大系でも良い。さらに、投影光学系による投影像は倒立像と正立像のいずれでも良い。また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハＷ上に形成することによって、ウエハＷ上にデバイスパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。さらに、例えば米国特許第６,６１１,３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルのパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回の走査露光によってウエハ上の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にも本発明を適用することができる。要は、光学系の露光エリア内に計測用のパターン像を生成することで物体を露光する露光装置であれば良い。また、上記実施形態ではエネルギビーム（照明光ＩＬなど）が照射される露光対象の感応性の物体（基板）はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良いし、その形状は円形に限られず矩形などでも良い。

なお、上記実施形態で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開パンフレット、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

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、上記各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。

本発明の計測方法は、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デバイスの製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。

Claims (26)

1. 第１パターン像を光学系を介して物体上に生成することで該物体を露光する第１工程と；
   前記第１パターン像が生成された前記物体上の領域の一部を前記光学系を介して露光する第２工程と；
   前記第２工程の処理の後に前記物体上に形成されたパターン像を計測装置を用いて計測する第３工程と；
   前記パターン像の計測結果を用いて前記光学系の光学特性を算出する第４工程と；を含む計測方法。
2. 請求項１に記載の計測方法において、
   前記第２工程では、前記第１パターン像に重ね合わせて第２パターン像を生成することで、前記物体上の領域の一部を前記光学系を介して露光する計測方法。
3. 請求項２に記載の計測方法において、
   前記第１、第２工程では、前記第１、第２パターン像を、前記物体上の異なる複数の領域にそれぞれ生成する計測方法。
4. 請求項３に記載の計測方法において、
   前記第１工程では、生成条件を変更しつつ、前記第１パターン像を、前記物体上の異なる複数の領域に順次生成し、
   前記第２工程では、同一の生成条件を維持して、前記第２パターン像を、前記物体上の前記複数の領域に順次生成する計測方法。
5. 請求項４に記載の計測方法において、
   前記第１工程で変更される前記生成条件には、前記光学系の光軸方向に関する前記光学系に対する前記物体の位置が含まれ、
   前記第４工程で算出される前記光学系の光学特性には、ベストフォーカス位置が含まれる計測方法。
6. 請求項５に記載の計測方法において、
   前記第２工程では、前記光学系の光軸方向に関する前記光学系に対する前記物体の位置が同一位置に維持される計測方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の計測方法において、
   前記第１パターン像は、ライン部とスペース部とが所定周期で配置されたラインアンドスペースパターンの像である計測方法。
8. 請求項７に記載の計測方法において、
   前記第１パターン像は、前記ライン部の幅と前記スペース部の幅との比であるデューティ比が１／３より小さい計測方法。
9. 請求項７又は８に記載の計測方法において、
   前記ラインアンドスペースパターンの像は、前記スペース部の幅が、前記計測装置の解像限界とほぼ同一の幅以下である計測方法。
10. 請求項７〜９のいずれか一項に記載の計測方法において、
    前記第２工程では、前記ライン部が少なくとも１本除去されるように、前記ラインアンドスペースパターンの像が生成された前記物体上の領域の一部を前記光学系を介して露光する計測方法。
11. 請求項７〜１０のいずれか一項に記載の計測方法において、
    前記第２工程では、前記ライン部が少なくとも１本残るように、前記ラインアンドスペースパターンの像が生成された前記物体上の領域の一部を前記光学系を介して露光する計測方法。
12. 請求項３に記載の計測方法において、
    前記第１工程では、同一の生成条件を維持して、前記第１パターン像を、前記物体上の異なる複数の領域に順次生成し、
    前記第２工程では、生成条件を変更しつつ、前記第２パターン像を、前記物体上の前記複数の領域に順次生成する計測方法。
13. 請求項１２に記載の計測方法において、
    前記第２工程で変更される前記生成条件には、前記光学系の光軸方向に関する前記光学系に対する前記物体の位置が含まれ、
    前記第４工程で算出される前記光学系の光学特性には、ベストフォーカス位置が含まれる計測方法。
14. 請求項１３に記載の計測方法において、
    前記第１工程では、前記光学系の光軸方向に関する前記光学系に対する前記物体の位置が同一位置に維持される計測方法。
15. 請求項２、３、１２〜１４のいずれか一項に記載の計測方法において、
    前記第２パターン像は、ライン部とスペース部とが所定周期で配置されたラインアンドスペースパターンの像である計測方法。
16. 請求項１３に記載の計測方法において、
    前記第２パターン像は、前記ライン部の幅と前記スペース部の幅との比であるデューティ比が１／３より小さい計測方法。
17. 請求項１５又は１６に記載の計測方法において、
    前記ラインアンドスペースパターンの像は、前記スペース部の幅が、前記計測装置の解像限界とほぼ同一の幅以下である計測方法。
18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の計測方法において、
    前記第３工程では、前記第２工程の処理の後に前記物体上に形成されたパターン像を前記計測装置を用いて撮像し、
    前記第４工程では、前記撮像により得られた撮像データを用いて前記光学系の光学特性を算出する計測方法。
19. 請求項１８に記載の計測方法において、
    前記第４工程では、前記第１パターン像が生成された前記物体上の領域のコントラスト情報を算出し、算出されたコントラスト情報に基づいて前記光学系の光学特性を算出する計測方法。
20. 第１面のパターンを第２面上に投影する光学系の光学特性を計測する方法であって、
    前記光学系の光軸方向に関して異なる位置でそれぞれ前記光学系を介して物体上に密集パターン像を形成するための露光と、前記密集パターン像の一部を除去するための露光とで、前記物体上の複数の領域をそれぞれ多重露光することと；
    前記各領域のパターン像の明暗情報を計測することと；を含む計測方法。
21. 請求項２０に記載の計測方法において、
    前記露光された物体を現像することを含み、前記現像後に前記各領域に形成されるパターン像の明暗情報を計測する計測方法。
22. 請求項２０又は２１に記載の計測方法において、
    前記計測対象のパターン像は孤立的なパターンである計測方法。
23. 請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の計測方法において、
    前記密集パターン像はその幅が前記パターン像の計測装置の解像限界以下である計測方法。
24. 請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の計測方法において、
    前記密集パターン像はラインアンドスペースパターン像であり、前記計測対象のパターン像は、前記ラインアンドスペースパターン像のうち両端以外の少なくとも１つのライン部が除去された像である計測方法。
25. 請求項１〜２４のいずれか一項に記載の計測方法により光学系の光学特性を計測する工程と；
    光学特性の計測結果を考慮して、前記光学系の光学特性、及び前記光学系の光軸方向に関する前記物体の位置の少なくとも一方を調整するとともに、前記光学系を介して前記物体を露光する工程と；を含む露光方法。
26. 請求項２５に記載の露光方法を用いて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処理する工程と；を含むデバイス製造方法。