JPWO2011061928A1 - 光学特性計測方法、露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

光学特性計測方法、露光方法及びデバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

テスト用レチクルに形成された計測用パターンの像を、投影光学系を介してテスト用ウエハ上に、その位置を投影光学系の光軸方向に段階的に変更しつつ転写する。転写された計測用パターンの像（ＭＰ”n）を検出して、計測方向に関するパターンの像の広がりに対応する量を求める。ここで、計測用パターンの像（ＭＰ”n）に含まれる４つの像（ＬＳ”Ｖｎ，ＬＳ”Ｈｎ，ＬＳ”Ｒｎ，ＬＳ”Ｌｎ）をそれぞれ領域（ＤＶj，ＤＨj，ＤＲj，ＤＬj）において検出する、すなわち非計測方向についての両端部を除く残部を検出し、検出された残部の面積を対応する量として求める。求められた面積に基づいて投影光学系の光学特性を求める。求められた面積は非計測方向に対して感度を持たないため、投影光学系の計測方向に対する光学特性を正確に求めることが可能となる。

Description

本発明は、光学特性計測方法、露光方法及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、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光学特性計測方法、該光学特性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する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、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、評価し、その評価結果に基づいて投影光学系の光学特性を向上させる（調整による場合を含む）ことが必要になる。
投影光学系の光学特性、例えば非点収差を求めるには、像面内の評価点（計測点）において、互いに直交する２つの計測方向のそれぞれに対する最良フォーカス位置（ベストフォーカス位置）を正確に計測できることが前提となる。
投影光学系の最良フォーカス位置の計測方法の一例として、例えば特許文献１に開示される方法が知られている。この方法では、所定のパターン（例えば、密集線パターン（ラインアンドスペースパターン）等）がテストパターンとして形成されたレチクルを用いて露光を行い、投影光学系の光軸方向に関する複数の位置でテストパターンをテスト用ウエハに転写する。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）を、例えば、露光装置が備える結像式アライメントセンサ等で撮像し、その撮像データから得られるテストパターンの画像のコントラスト値（例えば画素の輝度値の分散など）と投影光学系の光軸方向に関するウエハの位置との関係に基づいて、最良フォーカス位置を求める。このため、この方法は、コントラスト・フォーカス法とも呼ばれている。
しかるに、最近になって、現在の露光装置が備える投影光学系の非点収差を、コントラスト・フォーカス法を用いて、要求されるレベルで正確に求めることは困難であることが判明した。これは、近年のパターンの微細化により、デバイス製造プロセスにおける露光条件では、テスト用ウエハに転写される密集線パターンが分解せず、その画像のコントラスト値の計測方向（密集線の配列方向）に対する感度が鈍化するのに加え、計測方向に直交する非計測方向のパターン像の長さがデフォーカスと共に短くなって、その非計測方向に対する感度が発生することが、要因であるものと考えられる。
米国特許出願公開第２００４／０１７９１９０号明細書
本発明の第１の態様によれば、第１面上に配置されたパターンの像を第２面上に生成する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、前記光学系の光軸方向に関して、前記光学系の光軸方向に関して、前記光学系の前記第２面側に配置された物体の位置を変更しながら、所定方向を計測方向とする計測用パターンを、前記光学系を介して前記物体上に順次転写し、前記計測用パターンの像を含む区画領域を前記物体上に複数生成することと；前記物体上の複数の区画領域のうち所定数の区画領域を撮像し、撮像された前記所定数の区画領域のそれぞれに生成された前記計測用パターンの像のうち、前記計測方向に交差する非計測方向の両端部を除いた少なくとも一部の像に関する撮像データを抽出することと；
前記抽出された撮像データを用いて、前記所定数の区画領域のそれぞれについて各画素の輝度値に関連する前記計測方向の評価量を算出するとともに、算出された前記複数の区画領域のそれぞれについての前記評価量に基づいて前記光学系の光学特性を求めることと；を含む第１の光学特性計測方法が、提供される。
これによれば、光学系の光軸方向に関して、光学系の第２面側に配置された物体の位置を変更しながら、所定方向を計測方向とする計測用パターンを、前記光学系を介して前記物体上に順次転写し、前記計測用パターンの像を含む区画領域を前記物体上に複数生成する。そして、物体上の複数の区画領域のうち所定数の区画領域を撮像し、撮像された所定数の区画領域のそれぞれに生成された計測用パターンの像のうち、計測方向に交差する非計測方向の両端部を除いた少なくとも一部の像に関する撮像データを抽出する。従って、この抽出された撮像データは、デフォーカスなどによる検出時における非計測方向に対する感度を殆ど持たない。
そして、前記抽出された撮像データを用いて、前記所定数の区画領域のそれぞれについて各画素の輝度値に関連する計測方向の評価量を算出し、算出された複数の区画領域のそれぞれについての評価量に基づいて光学系の光学特性を求める。従って、光学系の光学特性を精度良く求めることが可能となる。
本発明の第２の態様によれば、第１面上に配置されたパターンの像を第２面上に生成する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、前記光学系の光軸方向に関して、前記光学系の前記第２面側に配置された物体の位置を変更しながら、所定方向を計測方向とする計測用パターンを、前記光学系を介して前記物体上の複数の領域に順次転写して前記計測用パターンの像をそれぞれ生成することと；前記複数の領域のそれぞれに対して、生成される前記計測用パターンの像の前記非計測方向の両端部を取り除くためのトリム露光を行うことと；前記非計測方向の両端部が取り除かれた前記計測用パターンの像をそれぞれ含む物体上の複数の区画領域のうち所定数の区画領域を撮像することと；
前記撮像により得られた撮像データを処理して、撮像された前記所定数の区画領域のそれぞれについて各画素の輝度値に関連する前記計測方向の評価量を算出するとともに、算出された前記所定数の区画領域のそれぞれについての前記評価量に基づいて前記光学系の光学特性を求めることと；を含む第２の光学特性計測方法が、提供される。
これによれば、トリム露光によって、非計測方向の両端部が取り除かれた計測用パターンの像をそれぞれ含む物体上の複数の区画領域のうち所定数の区画領域を撮像する。このため、この撮像により得られる撮像データは、デフォーカスなどによる検出時における非計測方向に対する感度を殆ど持たない。
そして、その撮像データを処理して、撮像された前記所定数の区画領域のそれぞれについて各画素の輝度値に関連する計測方向の評価量を算出し、算出された前記所定数の区画領域のそれぞれについての前記評価量に基づいて光学系の光学特性を求める。従って、光学系の光学特性を精度良く求めることが可能となる。
本発明の第３の態様によれば、本発明の第１及び第２の光学特性計測方法のいずれかを用いて光学系の光学特性を計測することと；該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おける前記物体の位置の少なくとも一方を調整し、前記所定の面上に前記光学系を介して所定のパターン像を生成することで物体を露光することと；を含む露光方法が、提供される。
これによれば、上述の光学特性計測方法を用いて光学系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光学系の露光エリア内に高精度なパターン像が生成される。
本発明の第４の態様によれば、本発明の露光方法により物体を露光することと；露光された前記物体を現像することと；を含むデバイス製造方法が、提供される。
一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。 投影光学系の光学特性の計測に用いられるレチクルの一例を示す図である。 計測用のパターンＭＰnの構成の一例を示す図である。 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ＷT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。 図７（Ａ）は、ウエハＷTを現像後にウエハＷT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７（Ｂ）は、評価点対応領域ＤＢn内の区画領域ＤＡｉに形成されるレジスト像を拡大して示す図である。 図４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。 図９（Ａ）は、レジスト像の計測方向に関する撮像データの一例を示す図、図９（Ｂ）は、非計測方向に関する撮像データの一例を示す図である。 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。 変形例を説明するための図であって、ウエハＷT上の複数のショット領域に計測用のパターンの転写像が形成された状態を示す図である。 実施例１で用いられる開口絞り板を示す図である。 実施例１で用いられる４通りのマークを示す図である。 実施例１の比較例で用いられる４通りのマークを示す図である。 比較例におけるベストフォーカス計算値の露光量依存性を示す図である。 実施例１におけるベストフォーカス計算値の露光量依存性を示す図である。 実施例２で用いられるマークを示す図である。 図１８（Ａ）は、実施例２で行われる二重露光について説明するための図、図１８（Ｂ）は、その二重露光の結果得られる計測マークを示す図である。 実施例２の結果として得られた空間像計算によるベストフォーカス計算値の露光量依存性を示す図である。
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
図１には、一実施形態に係る光学特性計測方法及び露光方法を実施するのに好適な露光装置１００の概略的な構成が示されている。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。
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（フォトレジスト）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２次元平面（ＸＹ平面内）を移動するウエハステージＷＳＴ、該ウエハステージＷＳＴ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）などから成る主制御装置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、該光源に送光光学系を介して接続された照明系ハウジング及び該照明系ハウジング内部の照明光学系を含む。照明光学系は、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、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）を含む。この照明光学系は、光源から出力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。このレチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲが載置され、不図示の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の紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に所定ストローク範囲で走査されるようになっている。このレチクルステージＲＳＴの位置は、移動鏡（又は鏡面加工した端面）１２を介してレーザ干渉計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。
前記投影ユニット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、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から成る投影光学系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、Ｚ軸方向の共通の光軸ＡＸｐを有する複数枚のレンズエレメント（図示省略）から成る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、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ようになっている。
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、フォトレジストが塗布されたウエハ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（即ち、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矩形領域）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、即ちウエハＷ上でのパターン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（及びＸＹ平面に対する傾斜方向）に関するウエハＷの駆動との少なくとも一方を行うものとしても良い。
前記ウエハステージＷＳＴは、リニアモータなどを含む駆動系２２によって駆動され、ＸＹ平面内を移動するＸＹステージ２０と、該ＸＹステージ２０上に搭載されたウエハテーブル１８とを備えている。このウエハテーブル１８上にウエハホルダ（不図示）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。このウエハテーブル１８の上面には、移動鏡（又は鏡面加工した反射面）２４が設けられており、この移動鏡２４にレーザ干渉計２６からのレーザビーム（測長ビーム）が照射され、その移動鏡２４からの反射光に基づいてウエハテーブル１８のＸＹ平面内の位置情報及び回転情報（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）、及びローリング（Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転）を含む）が計測される。
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はこのレーザ干渉計２６の計測値に基づいて、駆動系２２を介してウエハステージＷＳＴのＸＹステージ２０を制御することで、ウエハテーブル１８のＸＹ平面内の位置（θｚ回転を含む）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、後述するレチクルアライメント系によって一対のレチクルアライメントマークとともに検出される少なくも一対の第1基準マーク、及び次に述べるアライメント系ＡＳのいわゆるベースライン計測に用いられる第２基準マーク（第１及び第２基準マークは不図示）などが形成されている。
本実施形態では、前記投影ユニットＰＵの鏡筒４０の側面に、ウエハＷに形成されたアライメントマークを検出するアライメント系ＡＳが設けられている。このアライメント系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結像式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。このアライメント系ＡＳの解像限界は、投影光学系ＰＬの解像限界より大きい（解像度が低い）。
アライメント系ＡＳの検出信号ＤＳは、アライメント制御装置１６に供給され、該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）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、該レチクルアライメント系の検出信号は、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において投影光学系の光学特性の計測に用いられるレチクルの一例について説明する。
図２には、投影光学系の光学特性の計測に用いられるレチクルＲTの一例が示されている。この図２は、レチクルＲT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。この図２に示されるように、レチクルＲT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が形成されている。本例（図２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ＲT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Ｘ軸方向に細長い開口パターン（透過領域）ＡＰ1〜ＡＰ5が形成され、開口パターンＡＰ1〜ＡＰ5の内部に計測用のパターン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、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、例えば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）の遮光部を設けるだけでも良い。
計測用のパターンＭＰn（ｎ＝１〜５）のそれぞれは、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」とも表記する）ＬＳVn、ＬＳHn、ＬＳRn、ＬＳLnを含む。Ｌ／ＳパターンＬＳVn、ＬＳHn、ＬＳRn、ＬＳLnのそれぞれは、所定の線幅、例えば０．８μｍで、所定の長さ、例えば２４μｍ程度の８本のラインパターンが所定のピッチ、例えば１．６μｍ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ＬＳVn、ＬＳHn、ＬＳRn、ＬＳLn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。なお、各周期方向は、各Ｌ／Ｓパターンの計測方向に対応する。また、本実施形態では、Ｌ／Ｓパターンの非計測方向の幅（個々のラインパターンの長さ（２４μｍ））は、計測方向の幅（ラインパターンの配列幅（１２μｍ））よりも長く（ここでは２倍の長さに）定められている。
本実施形態では、図３に示される開口パターンＡＰn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ＬＳVn、ＬＳHn、ＬＳRn、ＬＳLn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）。
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４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。
先ず、図４のステップ４０２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上にレチクルＲTをロードするとともに、不図示のウエハローダを介してウエハテーブル１８上にウエハＷT（図６参照）をロードする。
次のステップ４０４において、レチクルＲT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系（不図示）によって、基準板ＦＰ上の前述の一対の第１基準マーク（不図示）と、レチクルＲT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とウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ２０）とを移動する。そして、前述のレチクルアライメント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ＲT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）内で計測用のパターンＭＰn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（例えばフォーカス位置）を計測すべき評価点となる。本実施形態では、前述した露光エリアの中心及び４隅の合計５つの評価点が設定されている。なお、評価点は、実際には、さらに多く、例えば９×９＝８１点程度設けられることがあるが、ここでは、図示及び説明の便宜上から、上記５点としている。ただし、評価点の数はいくつでも良く、１つでも良い。
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に移行して、露光エネルギ量の目標値を最適値に設定する。この露光エネルギ量の最適値は、予め実験又はシミュレーションなどにより求められており、一例としてデバイス製造用のレチクル上の最小線幅のＬ／Ｓパターンを解像できるエネルギ量の６０〜７０％程度のエネルギ量が最適値とされる。
次のステップ４０８では、第１カウンタのカウント値ｉを初期化する（ｉ←１）。本実施形態では、カウント値ｉは、ウエハＷTのフォーカス位置の目標値Ｚiの設定とともに、後述するステップ４１０における露光対象の区画領域ＤＡiの設定にも用いられる（図５参照）。本実施形態では、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ＷTのフォーカス位置をＺ1からΔＺ刻みでＺM（一例としてＭ＝１５）まで変化させる（Ｚi＝Ｚ1〜Ｚ15）。
従って、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ軸方向）に関するウエハＷTの位置（フォーカス位置）を変更しながら、計測用のパターンＭＰn（ｎ＝１〜５）をウエハＷT上に順次転写するための、Ｍ回（本例では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ＡＰnのウエハＷT上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計測用のパターンＭＰnの投影像が生成され、各露光によってウエハＷT上に開口パターンＡＰnが転写されて、計測用のパターンＭＰn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ＷT上の領域（以下「評価点対応領域」という）ＤＢ1〜ＤＢ5（図６参照）には、１×Ｍ個の計測用のパターンＭＰn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、計測用のパターンＭＰnが転写されるウエハＷT上の各評価点対応領域ＤＢnについて、図５を用いて説明する。この図５に示されるように、本実施形態では、Ｍ行１列（例えば、１５行１列）のマトリックス状に配置されたＭ×１＝Ｍ（例えば１５×１＝１５）個の仮想の区画領域ＤＡi（ｉ＝１〜Ｍ（例えばＭ＝１５））に計測用のパターンＭＰnがそれぞれ転写され、これら計測用のパターンＭＰnがそれぞれ転写されたＭ個（例えば１５個）の区画領域ＤＡiから成る評価点対応領域ＤＢnがウエハＷT上に形成される。なお、仮想の区画領域ＤＡiは、図５に示されるように、−Ｙ方向が行方向（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４に戻り、次のステップ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（及び傾斜方向）に駆動してウエハＷTをＺ軸方向の目標位置Ｚi（ここでは、Ｚ1）に移動するとともに、ＸＹ平面内で移動して、ウエハＷT上の各評価点対応領域ＤＢn（ｎ＝１，２、……５）内の仮想の区画領域ＤＡi（ここではＤＡ1（図７（Ａ）参照））を露光して、その仮想の区画領域ＤＡi（ここではＤＡ1）に計測用のパターンＭＰnの像をそれぞれ転写する。このとき、ウエハＷT上の一点における露光エネルギ量（積算露光量）が設定された目標値となるように、露光量制御を行う。
これにより、図６に示されるように、ウエハＷT上の各評価点対応領域ＤＢnの区画領域ＤＡ1にそれぞれ計測用のパターンＭＰnを含む開口パターンＡＰnの像が転写される。
図４に戻り、上記ステップ４１０の露光が終了すると、ステップ４１６に進み、ウエハＷTのフォーカス位置の目標値がＺM以上であるか（カウント値ｉ≧Ｍか）否かを判断することにより、所定のＺ範囲での露光が終了したか否かを判断する。ここでは、最初の目標値Ｚ1での露光が終了しただけなので、ステップ４１８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４１０に戻る。このステップ４１０において、ウエハテーブル１８を、Ｚ軸方向（及び傾斜方向）に駆動してウエハＷTをＺ軸方向の目標位置Ｚ2に移動するとともに、ＸＹ平面内で移動して、ウエハＷT上の各評価点対応領域ＤＢn（ｎ＝１，２、……５）内の仮想の区画領域ＤＡ2を露光して、その仮想の区画領域ＤＡ2に計測用のパターンＭＰnを含む開口パターンＡＰn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（図５参照）だけＸＹ平面内で所定方向（この場合＋Ｙ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ＡＰnのウエハＷT上の投影像（前述の計測パターン領域に対応）のＹ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計測用のパターンＭＰnの像が重ならず、かつ６．７５μｍ、すなわち各開口パターンＡＰnのウエハＷT上の投影像（前述の計測パターン領域に対応）のＹ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ＡＰnのウエハＷT上の投影像のＹ軸方向寸法以下となっているので、各評価点対応領域ＤＢn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ＡＰn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存在しない。
以後、ステップ４１６における判断が肯定されるまで、すなわちそのとき設定されているウエハＷTのフォーカス位置の目標値がＺMであると判断されるまで、ステップ４１６→４１８→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ＷT上の各評価点対応領域ＤＢnの区画領域ＤＡi（ｉ＝３〜Ｍ）に計測用のパターンＭＰnを含む開口パターンＡＰn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ＤＢnの区画領域ＤＡM（本例ではＤＡ15）に対する露光が終了し、上記ステップ４１６における判断が肯定されると、ステップ４２０に移行する。ステップ４１６における判断が肯定された段階では、ウエハＷT上の各評価点対応領域ＤＢnには、図６に示されるように、それぞれ露光条件（本例ではフォーカス位置）が異なるＭ個（本例ではＭ＝１５）の計測用のパターンＭＰn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ＷT上に計測用のパターンＭＰnの転写像（潜像）が形成されたＭ（本例では１５）個の区画領域が形成された段階で、各評価点対応領域ＤＢn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ＤＢnが予めウエハＷT上にあるかのような説明方法を採用したものである。
図４に戻り、ステップ４２０では、不図示のウエハアンローダを介してウエハＷT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ＷT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ＷTの搬送後に、ステップ４２２に進んでウエハＷT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ＷTの現像が行われる。この現像の終了により、ウエハＷT上には、図６に示されるような評価点対応領域ＤＢn（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ＷT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７（Ａ）には、ウエハＷT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。
この図７（Ａ）では、評価点対応領域ＤＢ1は、Ｍ（＝１５）個の区画領域ＤＡi（ｉ＝１〜１５）によって構成され、隣接する区画領域相互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、隣接する区画領域相互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などによる評価点対応領域ＤＢｎ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ＡＰnのウエハＷT上の投影像のＹ軸寸法以下となるように設定したのである。なお、図７（Ａ）中で各区画領域内に点線で示される、Ｌ／ＳパターンＬＳVn、ＬＳHn、ＬＳRn、ＬＳLnの像ＬＳ”Vn、ＬＳ”Hn、ＬＳ”Rn、ＬＳ”Ln（図７（Ｂ）参照）が形成された領域（以下、適宜「計測マーク領域」と呼ぶ）同士の境界も実際には存在しない。
上記ステップ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ＷT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ＷT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８のステップ５０２において、検出対象の評価点対応領域の番号を示す第２カウンタのカウント値ｎを参照して、ウエハＷT上の評価点対応領域ＤＢn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ＷTを移動する。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。ここで、カウント値ｎは、ｎ＝１に初期化されているものとする。従って、ここでは、図７（Ａ）に示される、ウエハＷT上の評価点対応領域ＤＢ1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ＷT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ＤＢnのレジスト像を、適宜「評価点対応領域ＤＢn」と略記するものとする。
次のステップ５０４では、ウエハＷT上の評価点対応領域ＤＢn（ここでは、ＤＢ1）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。アライメント系ＡＳは、レジスト像を自身の有する撮像素子（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ＤＢnのサイズが１０１．２５μｍ（Ｙ軸方向）×２７μｍ（Ｘ軸方向）であり、その全体がアライメント系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ＤＡi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、アライメント系ＡＳからの評価点対応領域ＤＢn（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ＤＢn（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ＤＢn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ＤＢn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ＤＢnの外縁、すなわち長方形の枠線の内部を、Ｙ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〜ＤＡM（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ＤＡi（ｉ＝１〜Ｍ）についての計測マーク領域毎に検出領域を設定する。具体的には、主制御装置２８は、区画領域ＤＡｉ内に形成されたレジスト像に含まれる４つの像ＬＳ”Vn、ＬＳ”Hn、ＬＳ”Rn、ＬＳ”Ln（それぞれパターンＭＰn内のＬ／ＳパターンＬＳVn、ＬＳHn、ＬＳRn、ＬＳLnに対応）のそれぞれに対して、検出領域ＤＶi，ＤＨi，ＤＲi，ＤＬiを定める（図７（Ｂ）参照）。
区画領域ＤＡｉ内に形成されたＬ／ＳパターンＬＳVnの像（レジスト像）ＬＳ”Vnを例として、検出領域ＤＶiの決定について説明する。レジスト像ＬＳ”Vnに対応するパターンＭＰn内のＬ／ＳパターンＬＳVnは、図３に示されるように、８本のラインパターンが計測方向（Ｘ軸方向）に配列されたマルチバーパターンである。しかし、実際のデバイス製造プロセスにおける露光条件では、図７（Ｂ）に示される２次元データ及び図９（Ａ）に示されるＸ軸方向に関する１次元データからわかるように、ウエハＷTに転写されたＬ／ＳパターンＬＳVnの像ＬＳ”Vnからは８本のラインパターンを分解して検出することができない。本実施形態では、主制御装置２８は、従来法における画像のコントラスト値に代えて、レジスト像ＬＳ”Vnの計測方向についての広がりを求める。
ここで、検出感度等の観点より、計測方向についての広がりに対応する量としてレジスト像ＬＳ”Vnの面積を求めることは好適である。しかし、図７（Ｂ）に示される２次元データ及び図９（Ｂ）に示されるＹ軸方向（非計測方向）に関する１次元データからわかるように、実際のデバイス製造プロセスにおける露光条件では、延伸方向（Ｙ軸方向）についてのＬ／ＳパターンＬＳVnのパターン分布に対してレジスト像ＬＳ”Vnの検出信号の分布がなだらかになり、その広がりが露光条件（フォーカス位置等）に依存して変化する。従って、実際の露光条件では、レジスト像ＬＳ”Vnの面積は計測方向についての広がりに対応しない。
そこで、本実施形態では、図７（Ｂ）に示されるように、レジスト像ＬＳ”Vnに対して検出領域ＤＶiが定められる。すなわち、検出領域ＤＶiは、図９（Ａ）に示されるように計測方向（Ｘ軸方向）に関してＬ／ＳパターンＬＳVnの分布より十分広く、図９（Ｂ）に示されるように非計測方向（Ｙ軸方向）に関してＬ／ＳパターンＬＳVnの分布より十分狭く、定められる。これにより、露光条件によってレジスト像ＬＳ”Vnの検出信号の非計測方向（Ｙ軸方向）に関する分布が全体として変化しても、検出領域ＤＶｉ内ではその分布は変わらない。従って、検出領域ＤＶi内のレジスト像ＬＳ”Vnの面積は、実質的に計測方向についての広がりに対応するので、検出領域ＤＶi内のレジスト像ＬＳ”Vn面積を、計測方向についての広がりに対応する量として採用することができる。
パターンＭＰn中のＬ／ＳパターンＬＳHn、ＬＳRn、ＬＳLnに対応するその他のレジスト像ＬＳ”Hn、ＬＳ”Rn、ＬＳ”Lnに対しても、同様の指針に従って、図７（Ｂ）に示されるように検出領域ＤＨi，ＤＲi，ＤＬiが定められる。
次のステップ５１３では、各区画領域ＤＡｉ（ｉ＝１〜Ｍ）内の４つのレジスト像ＬＳ”Vn、ＬＳ”Hn、ＬＳ”Rn、ＬＳ”Lnのそれぞれに対し、それぞれ検出領域ＤＶi，ＤＨi，ＤＲi，ＤＬi内での面積を算出する。レジスト像ＬＳ”Vn、ＬＳ”Hn、ＬＳ”Rn、ＬＳ”Lnの面積Ｃnｉは、例えばＣnｉ＝Σkθ（ｘk−ｘth）より求められる。ここで、ｘkは検出領域内のｋ番目の画素についての検出信号（輝度）、ｘthは閾値（閾輝度）、θ（ｘ）はステップ関数である。すなわち、面積Ｃniは、検出領域内の画素のうちの閾輝度ｘthを越える輝度ｘkの画素の数に等しい。なお、閾輝度ｘthは、求められる計測精度、検出感度等に従って適切に定められる。求められたレジスト像の面積Ｃnｉは、４つのレジスト像の種類（Ｖ，Ｈ，Ｒ，Ｌ）、及び区画領域ＤＡｉ（ｉ）毎に、記憶装置（不図示）に記録される。
次のステップ５１４では、記憶装置（不図示）に記録された４つのレジスト像ＬＳ”Vn、ＬＳ”Hn、ＬＳ”Rn、ＬＳ”Lnの検出面積Ｃnｉを用いて、評価点対応領域ＤＢｎ（ｎ番目の評価点）における、それぞれの計測方向についての最良フォーカス位置を求める。ここで、主制御装置２８は、レジスト像ＬＳ”Vn、ＬＳ”Hn、ＬＳ”Rn、ＬＳ”Lnのそれぞれについて、図１０に示されるように、検出面積Ｃnｉをフォーカス位置Ｚiに対してプロットする。さらに、主制御装置２８は、プロット点を、適当な試行関数を用いて最小自乗近似する。図１０中には、得られた近似曲線（フォーカス曲線と呼ぶ）が、フォーカス中心（Ｚ＝０）での近似値を用いて規格化して（相対信号として）、表されている。なお、図１０には、異なるドーズ量（露光量）について得られたフォーカス曲線が、二点鎖線にて併せて示されている。
図１０より明らかなように、フォーカス曲線の形はドーズ量Ｐに強く依存する。例えば、小さいドーズ量に対し、フォーカス曲線（例えば曲線ｃ１）は緩やかな曲線を描く。このようなフォーカス曲線は、フォーカス位置に対する感度が弱いため、最良フォーカス位置を求めるには適当でない。また、大きなドーズ量に対し、フォーカス曲線（例えば曲線ｃ２は鋭いピーク曲線を描く。ただし、サテライトピークが現れている。従って、このようなフォーカス曲線も、最良フォーカス位置を求めるには適当でない。これらに対し、中程度のドーズ量に対し、フォーカス曲線（例えば曲線ｃ）は理想的な山形の曲線を描く。なお、発明者らは、計算機シミュレーションより、デバイス製造プロセスにおけるドーズ量の５０〜７０％のドーズ量に対して、理想的な形のフォーカス曲線が得られることを確認した。
主制御装置２８は、フォーカス曲線ｃを用いて、そのピーク中心より、最良フォーカス位置Ｚbestを求める。ここで、ピーク中心は、例えば、フォーカス曲線と所定のスライスレベルとの交点に対応する２つのフォーカス位置の中心と定義される。
主制御装置２８は、上の最良フォーカス位置Ｚbestの算出を、４つのレジスト像ＬＳ”Vn、ＬＳ”Hn、ＬＳ”Rn、ＬＳ”Lnの全てについて行う。これにより、４つの計測方向のそれぞれについての最良フォーカス位置Ｚbestが求められる。そして、主制御装置２８は、４つの計測方向のそれぞれについての最良フォーカス位置Ｚbestの平均を、評価点対応領域ＤＢｎ（ｎ番目の評価点）における最良フォーカス位置として算出する。
次のステップ５１６では、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がアライメント系ＡＳで検出可能となる位置に、ウエハＷT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ＷT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つの計測用のパターン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つの計測方向のそれぞれについての最良フォーカス位置Ｚbestの平均に基づいて、評価点対応領域ＤＢｎ（ｎ番目の評価点）における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、周期方向が直交する１組のＬ／Ｓパターン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８のステップ５２０の処理、すなわち図４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。
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非点収差（及び像面湾曲）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、非点収差（及び像面湾曲）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）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、その非点収差（及び像面湾曲）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、位置あるいは傾斜などを変更する光学素子は、レンズエレメントに限らず、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。また、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系、ウエハテーブル１８上の基準板ＦＰ、アライメント系ＡＳ等を用いて、レチクルアライメント及びアライメント系ＡＳの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・アライメント）方式などのウエハアライメントが行われる。ここで、レチクルアライメント、アライメント系ＡＬＧのベースライン計測については、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに開示されており、これに続くＥＧＡについては、例えば米国特許第４，７８０，６１７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に代えて、ウエハステージＷＳＴ上に設けられた不図示の空間像計測器を用いてレチクルアライメントを行っても良い。
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、本実施形態に係る光学特性計測方法によると、投影光学系ＰＬの光軸方向に関して、投影光学系ＰＬの像面側に配置されたテスト用ウエハＷTの位置を変更しながら、レチクルＲTに形成された計測用パターンＭＰnを、投影光学系ＰＬを介してウエハＷT上に順次転写し、計測用パターンＭＰnの像を含む区画領域をテスト用ウエハＷT上に複数生成する。そして、テスト用ウエハＷT上の複数の区画領域のうち所定数の区画領域を撮像し、撮像された所定数の区画領域のそれぞれに生成された計測用パターンＭＰn（内のＬ／ＳパターンＬＳVn、ＬＳHn、ＬＳRn、ＬＳLn）の像ＬＳ”Vn、ＬＳ”Hn、ＬＳ”Rn、ＬＳ”Lnの撮像データを抽出して、各区画領域について各画素の輝度値に関連する計測方向の評価量として、対応する計測方向に関する各Ｌ／Ｓパターンの像ＬＳ”Vn、ＬＳ”Hn、ＬＳ”Rn、ＬＳ”Lnの広がりに対応する量を求め、求めた広がりに対応する量に基づいて投影光学系ＰＬの光学特性を求める。これにより、投影光学系ＰＬの光学特性を精度良く求めることが可能となる。
また、本実施形態に係る光学特性計測方法によると、テスト用ウエハＷT上に転写された計測用パターンＭＰnの像ＬＳ”Vn、ＬＳ”Hn、ＬＳ”Rn、ＬＳ”Lnのそれぞれに対し、対応する非計測方向についての両端部を除いた少なくとも一部を検出し、検出された像（像ＬＳ”Vn、ＬＳ”Hn、ＬＳ”Rn、ＬＳ”Lnの少なくとも一部）の面積を計測方向に関する広がりに対応する量として求める。これにより、広がりに対応する量から求められる投影光学系ＰＬの光学特性は非計測方向に対して感度を持たないため、計測方向に対する光学特性を正確に求めることが可能となる。また、かかる取り扱いを容易にするため、計測方向に配列された非計測方向に伸びる複数のマルチバーパターンを計測用パターンとして用いている。
また、本実施形態に係る光学特性計測方法によると、検出された一部のパターンの像ＬＳ”Vn、ＬＳ”Hn、ＬＳ”Rn、ＬＳ”Lnの面積を計測方向に関する広がりに対応する量として求めるので、ＳＥＭなどと比べて分解能の低い顕微鏡、例えば露光装置１００のアライメント系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、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。例えば、上述のように各評価点対応領域ＤＢnを同時に撮像せず、区画領域ＤＡi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、しかも計測用のパターンＭＰnの投影像（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、上述の計測方向に関する広がりに対応する量を検出するので、レチクルＲTのパターン領域ＰＡ内に計測用のパターンＭＰn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、計測用の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、光学特性の計測精度及び計測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、前述の光学特性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転写が行えるように、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、上記実施形態の計測用のパターンＭＰnの各Ｌ／Ｓパターンを構成する線幅０．８μｍ（ウエハ上換算値で線幅０．２μｍ）のラインを、さらに分割したパターン、例えばラインをさらに５分割した３本ライン＆２本スペースで構成したパターンを、計測用のパターンとして採用しても良い。このパターンの場合、各ライン及び各スペースの幅はウエハ上で４０ｎｍとなる。このようなパターンを使用すると、フォーカス変化に対する「前述のパターンの面積の変化」が大きくなり、高感度でベストフォーカス位置を検出できるので、より好ましい。この場合、Ｌ／Ｓパターンの各ラインパターンを構成する複数本のラインの線幅（又はピッチ）はウエハ上換算値で、前述のアライメント系ＡＳ等の計測装置（光学系）の解像限界よりも小さく設定されている。なお、このような解像限界よりも小さいＬ／Ｓパターンなどを含む微細密集線では、露光量を減らしてパターン倒れを防ぐことが望ましい。ここで、パターン倒れは、パターン寸法に対するフォトレジスト膜厚の比であるアスペクト比が３以上になると発生しやすいと言われている。
また、上記実施形態では、レチクルＲT上の計測用のパターンＭＰnとして開口パターンＡＰn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、計測用のパターンとしては、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、孤立線などを用いても良い。
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ＤＢn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。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（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ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（Ｙ軸方向）に関して評価点対応領域の長さがアライメント系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。即ち、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（Ｘ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、Ｘ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のパターンＭＰnをウエハＷT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のパターンＭＰn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、計測マークの像の検出領域内の面積（前述の画素数）を検出することで、この検出結果に基づいて、投影光学系のベストフォーカス位置等を求める場合について説明した。しかし、これに限らず、例えば米国特許出願公開第２００８／０２０８４９９号明細書などに開示されるように、上記面積の代わりに、計測マーク領域毎（又は各区画領域ＤＡi）のコントラスト値を検出し、この検出結果に基づいて、投影光学系のベストフォーカス位置等を求める場合にも、上記実施形態は好適に適用できる。この場合にも、周期方向が直交する１組のＬ／Ｓパターン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、より確実に求めることが可能になる。この場合、計測マーク領域毎（又は各区画領域ＤＡi）のコントラスト値として、計測マーク領域毎（又は各区画領域ＤＡi）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ことができる。この他、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ＷTのステップピッチＳＰは、各開口パターンＡＰnのウエハＷT上の投影像（前述の計測パターン領域に対応）のＹ軸方向寸法より大きくしても良い。
また、上記実施形態において、ウエハ上の各区画領域に形成された像を全て撮像するものとしたが、全て撮像する必要はない。例えば、区画領域を１つ置きに撮像しても良い。
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。
《変形例》
この変形例の露光装置は、上記実施形態の露光装置と同様に構成されている。従って、投影光学系の光学特性の計測は、基本的には、前述の実施形態と同様の手順に従って行われる。但し、本変形例では、図４のステップ４１０において２番目以降の区画領域ＤＡiを走査露光するためにウエハＷTを移動する際のステップピッチＳＰが約６．７５μｍではなく、ステップ・アンド・スキャン方式で露光を行い、ウエハＷ上の複数のショット領域にそれぞれデバイスパターンを形成する際のステッピング距離、すなわちショット領域のＸ軸方向サイズ、例えば２５ｍｍとなる点が異なる。従って、ウエハＷT上には、図１１に示されるショット領域ＳＡ4〜ＳＡ18のような計測用のパターンＭＰ1〜ＭＰ5がそれぞれ形成された１５個のショット領域（レジスト像）が形成されることとなる。また、この場合、前述のステップ５０２〜５１６の処理に代えて、ショット領域ＳＡ4〜ＳＡ18のそれぞれについて、計測用のパターンＭＰ1〜ＭＰnの像が形成された領域の撮像データの取り込み、撮像データファイルの作成、各領域の計測マーク領域毎の検出領域の設定、各計測マークの面積の算出、及びこの算出結果に基づく評価点毎の最良フォーカス位置の算出が行われる。
その他の処理は、上記実施形態と同様であるので、詳細説明は省略する。
以上説明した本変形例に係る光学特性計測方法によると、前述した実施形態と同等の効果を得られる他、ウエハ上の特定の位置に依存するフォーカス誤差（最良フォーカス位置の算出結果に含まれる誤差）、及びゴミ等に起因するフォーカス誤差を抑制することが可能になる。
なお、上記変形例では、計測用のパターンの転写の際に変更される露光条件が、投影光学系ＰＬの光軸方向に関するウエハＷTの位置（フォーカス位置）である場合について説明したが、これに限らず、上記露光条件は、フォーカス位置に加えて、例えば露光量（ドーズ量）などを含んでいても良い。この場合は、最良フォーカス位置の決定に先立って、例えば図１０のドーズ量毎の複数のフォーカス曲線から、理想的な山形の曲線であるフォーカス曲線（例えば曲線ｃ）を選択することで最適ドーズ量を決定する必要がある。
また、上記変形例では、走査露光によって各区画領域に計測用のパターンＭＰnの像を転写するものとしたが、走査露光の代わりに静止露光を用いても良く、この場合にもステップピッチは同様に設定することとなる。
なお、上記実施形態では露光装置のアライメント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。
《実施例１》
ここで、本発明の効果を確認するために、発明者らが行った空間像計算（シミュレーション）に関する実施例１について説明する。
本例では、前提となる露光条件として、露光波長１９３ｎｍ、投影レンズＮＡ＝１．３０、Azimuth偏光のCrossPole照明条件を用いるものとした。この照明条件は、図１２に示されるように、外径σ＝０．９５、内径σ＝０．７５で４つの開口（見込み角、すなわち中心角３５°）が９０°間隔で配置された開口絞り板で設定するものとした。また、投影光学系（投影レンズ）として、Ｆｒｉｎｇｅ Ｚｅｒｎｉｋｅ第５項の大きさとして５０ｍλに相当する量の低次非点収差を有する投影光学系を用いるものとした。
かかる前提条件の下で、各種計測用マークの空間像強度分布をフォーカスを変えて求め、像形状評価時のスライスレベルよりも像強度が小さい場合に、その像強度差に比例した厚さのレジストが残ると仮定し、マーク領域内部各点のレジスト残留厚さの総和（残留レジスト体積相当）を計算した。そして、その計算結果を用いて、フォーカス変化に伴う残留レジスト体積のフォーカス依存性を求め、その結果に基づき、最大となる残留レジスト体積の値を１とした場合に相対値０．８となる、その最大値１に対応するフォーカス位置の＋、−両側のフォーカス位置を求め、それらのフォース位置の中点に相当する点をベストフォーカス位置とした。
また、上記の条件で、線幅４５ｎｍの縦線Ｌ／Ｓパターン（ライン部とスペース部の幅の比が１：１）の像のコントラストが最大となるフォーカス位置を求めた結果、＋１０．５ｎｍと計算された。なお、縦線Ｌ／Ｓパターンとは、周期方向がＸ軸方向であるＬ／Ｓパターンを意味する。
実施例では、透過率６％のハーフトーンレチクルにて、図１３に示されるように、光透過部中に長さ６μｍの線幅４５ｎｍ縦線Ｌ／Ｓパターン（マーク）であって、そのライン本数が３３本（幅２．９２５μｍ）、２２本（幅１．９３５μｍ）、１６本(幅１．９３５μｍ）、１１本（幅０．９４５μｍ）の４通りのマークＭＭ１，ＭＭ２，ＭＭ３，ＭＭ４を用い、このうち残留レジスト体積の評価を、図１３の破線で囲んだ範囲である、マークの中央４μｍ幅に限定して行った。
比較例として、図１４に示されるように、長さ３．０μｍの線幅４５ｎｍ縦線Ｌ／Ｓパターンでそのライン本数が３３本、２２本、１６本、１１本の４通りの従来マークＭＭ１’，ＭＭ２’，ＭＭ３’，ＭＭ４’を用いて、従来の二次元計測を用いた場合のベストフォーカス計算を行った。
図１５には、比較例におけるベストフォーカス計算値の露光量依存性が示されている。この場合、４５ｎｍＬ／Ｓパターンがライン部とスペース部の幅の比が１：１に解像するような露光量を１とし、それに対する相対露光量０．４〜１．１に対応するスライスレベルでのベストフォーカス計算値を各マークに対して求めた。この図１５から明らかなように、従来の二次元計測では、非点収差存在時に、縦線ベストフォーカス計測値に露光量依存性があり、露光量が少ないほど像コントラスト最大フォーカス位置＋１０．５ｎｍとの乖離が大きくなる。また、マーク本数が少ないほど露光量依存性は低下するが、計測されるベストフォーカス位置は像コントラスト最大のフォーカス位置よりもゼロに近く、非点収差の感度が不足している。
図１６には、実施例におけるベストフォーカス計算値の露光量依存性が示されている。露光量の定義は上記従来マークの場合と同じである。この図１６からわかるように、露光量やマーク本数依存性がきわめて小さく、全条件で計測されるベストフォーカス位置は、像コントラスト最大の＋１０．５ｎｍとほぼ一致している。
このように、実施例（本発明の光学特性計測方法）によると、露光量及びマーク本数依存性が極めて小さく、かつ密集線像のコントラスト最大のフォーカス位置とのオフセット（ずれ）も極めて小さな、精度の良い非点収差量の計測が可能となる。
《実施例２》
次に、実施例２として、密集線マーク（Ｌ／Ｓパターンから成るマーク）の非計測方向の両端の情報を除去するために、二重露光（トリム露光）を行う場合について説明する。
この実施例では、図１７に示されるように、６％ハーフトーン、ライン数１５本で長さ４．２μｍの線幅４５ｎｍの縦線Ｌ／Ｓパターンから成る第１のマークＭＭと、一辺が３μｍの正方形の透過率０％の遮光部から成る第２のマークＭＭ’とを用いる。この実施例においても、上記実施例１と同一露光条件、非点収差量が存在する条件であるものとした。
そして、図１８（Ａ）に示されるように、それぞれフォーカス位置Ｆ１〜Ｆ５にて基板上のレジスト層の異なる領域を第１のマークＭＭで露光し、その第１のマークＭＭの像が露光転写された基板上の複数の領域を第２のマークＭＭ’で重ね合わせトリム露光した。このトリム露光は、第１のマークＭＭと第２のマークＭＭ’の位置関係が図１７に示されるようになる状態で、一定のフォーカス位置Ｆ３（ほぼベストフォーカス）にて行われる。なお、トリム露光は、ベストフォーカスからずれた状態で行っても良い。また、トリム露光の露光量の比率は一定とした。この場合、図１７に示されるように、第１のマークＭＭは、中心部が遮光部となり、両端部が光透過部となる。そして、露光後その基板を現像すると、図１８（Ｂ）にその概略が示されるようなフォーカス位置に応じた形状の計測マークＭ１〜Ｍ５が形成される。これらの計測マークＭ１〜Ｍ５を従来の二次元画像処理により、二次元マーク全体を用いて、空間像計算によるベストフォーカス計算値の露光量依存性を求めた。なお、第１のマークＭＭと第２のマークＭＭ’とを用いる露光の順番は、上記説明と反対でも良い。
図１９には、本例の計算結果が示されている。この図１９から、トリム露光量が第１のマークの露光量の２０％以上であれば、露光量依存性が小さく、かつ像コントラスト最大となるフォーカス位置とのオフセットが小さなベストフォーカス計測が可能であることがわかる。ここで、第１のマークの露光の際のフォーカスステップ数は５に限定されるものではない。また、第２のマーク（トリムパターン）は、第１のマークのショットピッチとショット数があらかじめ決まっている場合に、全ての第１のマーク上に一回で露光できるように、多数又は単一の長い矩形パターンとしてマスク上に設けても良い。
なお、上記実施形態及び変形例では、撮像方式の計測装置（アライメント系ＡＳ、検査装置２０００）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。
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の上面及びウエハステージＷＳＴの外部の一方に設けられるスケール（回折格子）に計測ビームを照射してその反射光（回折光）を受光するウエハステージＷＳＴの上面及びウエハステージＷＳＴの外部の他方に設けられたヘッドを含む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、前述の実施形態など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、国際公開第２００１／０３５１６８号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）にも上記実施形態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上記実施形態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。
なお、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、これまでの説明で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開、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前述の露光方法を実行し、レチクルのパターンをウエハ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、前述の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。
本発明の光学特性計測方法は、所定の面上にパターン像を生成する光学系、例えば投影露光装置の投影光学系などの光学特性の計測に適している。また、本発明の露光方法及びデバイス製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。

Claims (14)

  1. 第１面上に配置されたパターンの像を第２面上に生成する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、
    前記光学系の光軸方向に関して、前記光学系の前記第２面側に配置された物体の位置を変更しながら、所定方向を計測方向とする計測用パターンを、前記光学系を介して前記物体上に順次転写し、前記計測用パターンの像を含む区画領域を前記物体上に複数生成することと；
    前記物体上の複数の区画領域のうち所定数の区画領域を撮像し、撮像された前記所定数の区画領域のそれぞれに生成された前記計測用パターンの像のうち、前記計測方向に交差する非計測方向の両端部を除いた少なくとも一部の像に関する撮像データを抽出することと；

    前記抽出された撮像データを用いて、前記所定数の区画領域のそれぞれについて各画素の輝度値に関連する前記計測方向の評価量を算出するとともに、算出された前記複数の区画領域のそれぞれについての前記評価量に基づいて前記光学系の光学特性を求めることと；を含む光学特性計測方法。
  2. 第１面上に配置されたパターンの像を第２面上に生成する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、
    前記光学系の光軸方向に関して、前記光学系の前記第２面側に配置された物体の位置を変更しながら、所定方向を計測方向とする計測用パターンを、前記光学系を介して前記物体上の複数の領域に順次転写して前記計測用パターンの像をそれぞれ生成することと；
    前記複数の領域のそれぞれに対して、生成される前記計測用パターンの像の前記非計測方向の両端部を取り除くためのトリム露光を行うことと；
    前記非計測方向の両端部が取り除かれた前記計測用パターンの像をそれぞれ含む物体上の複数の区画領域のうち所定数の区画領域を撮像することと；
    前記撮像により得られた撮像データを処理して、撮像された前記所定数の区画領域のそれぞれについて各画素の輝度値に関連する前記計測方向の評価量を算出するとともに、算出された前記所定数の区画領域のそれぞれについての前記評価量に基づいて前記光学系の光学特性を求めることと；を含む光学特性計測方法。
  3. 前記計測用パターンは、前記計測方向の幅より前記非計測方向の長さが長い請求項１又は２に記載の光学特性計測方法。
  4. 前記評価量は、前記計測用パターンの前記計測方向に関する広がりに対応する量を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
  5. 前記広がりに対応する量は、前記計測用パターンの面積を含む請求項４に記載の光学特性計測方法。
  6. 前記評価量は、前記計測用パターンのコントラストを含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
  7. 前記計測用パターンは、前記計測方向に配列された該計測方向に直交する非計測方向に伸びる複数のパターンを含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
  8. 前記複数のパターンのそれぞれは、前記計測方向に配列された前記非計測方向に伸びる複数の微細パターンの集合から成る請求項７に記載の光学特性計測方法。
  9. 前記計測用パターンの像の生成に際しては、少なくとも前記物体の前記光軸方向に関する位置を含む共通の露光条件にて、前記計測用パターンの像を前記複数の領域内の異なる位置に複数生成する請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
  10. 前記光学特性は、前記光学系の最良フォーカス位置を含む請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
  11. 前記光学特性は、前記光学系の非点収差をさらに含む請求項１０に記載の光学特性計測方法。
  12. 前記計測用パターンの像の生成に際しては、前記物体に対する露光ドーズ量をさらに変更しながら、前記計測用パターンを前記物体上に転写し、
    前記評価量に基づいて、最適露光ドーズ量を求めることをさらに含む請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
  13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学特性計測方法を用いて光学系の光学特性を計測することと；
    該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おける前記物体の位置の少なくとも一方を調整し、前記所定の面上に前記光学系を介して所定のパターン像を生成することで物体を露光することと；を含む露光方法。
  14. 請求項１３に記載の露光方法により物体を露光することと；
    露光された前記物体を現像することと；を含むデバイス製造方法。
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