(57)【要約】【課題】投影光学系の光学特性を精度良く計測する。【解決手段】ステップ４１７において、ステップ４０６の露光処理によってウエハ上の複数の領域に形成された計測用パターンの像の形成状態の検出結果に基づいて、投影光学系の光学特性計測のための前記パターンの露光の最適ドーズ量が仮に決定される。そして、ステップ４２４で、目標ドーズ量を、上記最適ドーズ量を中心としてより細かいステップピッチで複数段階で変化させて、ステップ４０６と同様の露光処理により前記パターンが投影光学系を介してウエハ上の複数の領域に転写される。従って、投影光学系の光学特性計測のための露光条件の一部が微調整される。そして、その微調整された露光条件の下での露光によってウエハ上の各領域に形成された前記パターンの像の形成状態の検出結果に基づいて、投影光学系の光学特性が求められる（ステップ４３６、４３８）。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、及び前記物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量の設定値を含む複数の露光条件の一部を所定の第１範囲内で段階的に変えつつ、前記第１面上に配置された計測用パターン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における前記計測用パターンの像の形成状態を検出し、その検出結果に基づいて、前記投影光学系の光学特性計測のための前記一部の露光条件の少なくとも一部を仮に決定する第２工程と；
前記少なくとも一部の露光条件を、前記仮に決定された露光条件を中心として前記第１範囲より狭い第２範囲内で複数段階で変化させ、複数段階の異なる露光条件のそれぞれの下で、前記第１面上に配置された前記計測用パターン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３工程と；
前記物体上の複数の領域における前記計測用パターンの像の形成状態を検出し、その検出結果に基づいて、前記投影光学系の光学特性を求める第４工程と；を含む光学特性計測方法。
【請求項２】
前記第２工程では、前記計測用パターンの像の形成状態の検出結果として、前記物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量の複数段階の設定値について、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計測用パターンの像の形成状態との関係を示す近似曲線を得、該近似曲線の形状に基づいて、前記一部の露光条件の少なくとも一部を仮に決定する請求項１に記載の光学特性計測方法。
【請求項３】
前記計測用パターンには、前記第１面内の互いに直交する第１軸と第２軸とをそれぞれの配列方向とする第１パターンと第２パターンとが含まれ、
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第１パターンの像の形成状態との関係を示す第１近似曲線と、前記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第２パターンの像の形成状態との関係を示す第２近似曲線とを得、前記第１、第２の近似曲線に基づいて、前記一部の露光条件の少なくとも一部を仮に決定する請求項２に記載の光学特性計測方法。
【請求項４】
前記一部の露光条件の少なくとも一部は、前記第１面上に配置された計測用パターンを前記投影光学系の第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際の前記物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量の設定値、及び前記投影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含む請求項２又は３に記載の光学特性計測方法。
【請求項５】
前記第２工程では、前記近似曲線を得るため、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計測用パターンの像の形成状態の指標値とから定まる２次元のデータを所定次数の近似関数に最小自乗フィッティングするとともに、フィッティング度の十分な前記近似曲線が得られなかったとき、前記近似関数の次数を下げて再度前記フィッティングを行って前記近似曲線を得る請求項２〜４のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項６】
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ための露光条件を決定する露光条件決定方法であって、
前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置、及び前記物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量の設定値を含む複数の露光条件の一部を段階的に変更しつつ、前記第１面上に配置された第１パターンを前記投影光学系を介して該投影光学系の第２面側に配置された物体上の異なる複数の領域に順次転写する第１工程と；
同一の露光条件を維持して、前記第１パターンの像に重ね合わせて第２パターンを前記投影光学系を介して転写することで、前記第１パターンの像が形成された前記物体上の複数の領域それぞれの一部を前記投影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の複数の領域に形成されたパターンの像の形成状態を検出し、その検出結果に基づいて、前記第１パターンの露光条件を決定する第３工程と；
前記決定された露光条件に従って、前記第１パターンを前記投影光学系を介して前記物体上の異なる複数の領域にそれぞれ転写する第４工程と；
露光条件を変更しつつ、前記第１パターン像に重ね合わせて第２パターンを前記投影光学系を介して転写することで、前記第１パターンの像が形成された前記物体上の複数の領域それぞれの一部を前記投影光学系を介して露光する第５工程と；
前記第５工程の処理の後に前記物体上の複数の領域に形成されたパターンの像の形成状態を検出し、その検出結果に基づいて、前記第２パターンの露光条件を決定する第６工程と；を含む露光条件決定方法。
【請求項７】
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、
請求項６に記載の露光条件決定方法により、第１パターンの露光条件と、第２パターンの露光条件とを決定する決定工程と；
決定された第１パターンの露光条件に従って、前記第１面上に配置された前記第１パターンを前記投影光学系を介して該投影光学系の第２面側に配置された物体上の異なる複数の領域に順次転写する第１転写工程と；
決定された第２パターンの露光条件に従って、前記第１パターンの像に重ね合わせて第２パターンを前記投影光学系を介して転写することで、前記第１パターンの像が形成された前記物体上の複数の領域それぞれの一部を前記投影光学系を介して露光する第２転写工程と；
前記第２転写工程の処理の後に前記物体上の複数の領域に形成されたパターンの像の形成状態を検出し、その検出結果に基づいて、前記投影光学系の光学特性を算出する算出工程と；を含む光学特性計測方法。
【請求項８】
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請求項１〜５、７のいずれか一項に記載の光学特性計測方法により計測する工程と；
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、前記パターンの像を前記投影光学系を介して前記第２面側に配置された前記物体に投影して該物体を露光する工程と；を含む露光方法。
【請求項９】
請求項８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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学特性計測方法、露光条件決定方法、露光方法、及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法、投影光学系の光学特性を計測するための試料を作成する際の露光条件を決定する露光条件決定方法、前記光学特性計測方法を利用する露光方法、及び該露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
上述した従来の各計測法の不都合を改善する方法として、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提案した（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
特許文献２に記載の計測方法によると、客観的かつ定量的な像のコントラスト、回折光などの反射光の光量などを用いた検出結果に基づいて光学特性が求められるために、従来の方法と比較して光学特性を精度及び再現性良く計測することができる。また、評価点の数を増加させることができるとともに、各評価点間の間隔を狭くすることができ、結果的に光学特性計測の測定精度を向上させることが可能となる。
【０００９】
しかるに、最近では、トータルオーバレイ誤差の許容値が数ｎｍ程度であり、これを実現するためには、投影光学系の光学特性を計測するための計測方法として、上記のＣＤ／フォーカス法、ＳＭＰフォーカス計測法、及び特許文献２に記載の計測方法のいずれを採用する場合でも、計測パターンの露光条件、例えばウエハ上に与えられる単位面積当たりのエネルギ線量（ドーズ量）などをより一層精度良く設定する必要が生じている。例えばドーズ量は、ウエハ上に転写、形成される計測パターンの像の形成状態に大きく影響を与えるからである。
【特許文献１】米国特許第４，９０８，６５６号明細書
【特許文献２】国際公開第０２／０９１４４０号パンフレット
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、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、及び前記物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量の設定値を含む複数の露光条件の一部を所定の第１範囲内で段階的に変えつつ、前記第１面上に配置された計測用パターン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における前記計測用パターンの像の形成状態を検出し、その検出結果に基づいて、前記投影光学系の光学特性計測のための前記一部の露光条件の少なくとも一部を仮に決定する第２工程と；前記少なくとも一部の露光条件を、前記仮に決定された露光条件を中心として前記第１範囲より狭い第２範囲内で複数段階で変化させ、複数段階の異なる露光条件のそれぞれの下で、前記第１面上に配置された前記計測用パターン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３工程と；前記物体上の複数の領域における前記計測用パターンの像の形成状態を検出し、その検出結果に基づいて、前記投影光学系の光学特性を求める第４工程と；を含む第１の光学特性計測方法である。
【００１１】
これによれば、第１工程の露光によって物体上の複数の領域に形成された計測用パターンの像の形成状態の検出結果に基づいて、投影光学系の光学特性計測のための前記一部の露光条件の少なくとも一部が仮に決定され（第２工程）、前記少なくとも一部の露光条件を、仮に決定された露光条件を中心として第１範囲より狭い第２範囲内で複数段階で変化させて、第１工程と同様の露光により計測用パターンを投影光学系を介して物体上の複数の領域に順次転写される（第３工程）。従って、投影光学系の光学特性計測のための露光条件の一部が微調整され、その微調整された露光条件の下で行われた露光によって物体上の複数の領域に形成された計測用パターンの像の形成状態の検出結果に基づいて、投影光学系の光学特性が求められる（第４工程）。従って、投影光学系の光学特性を精度良く求めることが可能になる。
【００１２】
本発明は、第２の観点からすると、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ための露光条件を決定する露光条件決定方法であって、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置、及び前記物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量の設定値を含む複数の露光条件の一部を段階的に変更しつつ、前記第１面上に配置された第１パターンを前記投影光学系を介して該投影光学系の第２面側に配置された物体上の異なる複数の領域に順次転写する第１工程と；同一の露光条件を維持して、前記第１パターンの像に重ね合わせて第２パターンを前記投影光学系を介して転写することで、前記第１パターンの像が形成された前記物体上の複数の領域それぞれの一部を前記投影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の複数の領域に形成されたパターンの像の形成状態を検出し、その検出結果に基づいて、前記第１パターンの露光条件を決定する第３工程と；前記決定された露光条件に従って、前記第１パターンを前記投影光学系を介して前記物体上の異なる複数の領域にそれぞれ転写する第４工程と；露光条件を変更しつつ、前記第１パターン像に重ね合わせて第２パターンを前記投影光学系を介して転写することで、前記第１パターンの像が形成された前記物体上の複数の領域それぞれの一部を前記投影光学系を介して露光する第５工程と；前記第５工程の処理の後に前記物体上の複数の領域に形成されたパターンの像の形成状態を検出し、その検出結果に基づいて、前記第２パターンの露光条件を決定する第６工程と；を含む露光条件決定方法である。
【００１３】
これによれば、第１〜第３工程の処理より、第１パターンを用いて物体上の複数の領域を露光する際の露光条件が決定され、第４〜第６工程の処理により、物体上の複数の領域に異なる露光条件の下で形成された第１パターン像（潜像）に重ね合わせて第２パターンを投影光学系を介して転写する際の露光条件が決定される。従って、第１パターンと第２パターンとを用いて二重露光により物体上に計測用パターンを形成する際の第１及び第２パターンのそれぞれに対する最適な露光条件を決定することが可能となる。
【００１４】
本発明は、第３の観点からすると、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、本発明の露光条件決定方法により、第１パターンの露光条件と、第２パターンの露光条件とを決定する決定工程と；決定された第１パターンの露光条件に従って、前記第１面上に配置された前記第１パターンを前記投影光学系を介して該投影光学系の第２面側に配置された物体上の異なる複数の領域に順次転写する第１転写工程と；決定された第２パターンの露光条件に従って、前記第１パターンの像に重ね合わせて第２パターンを前記投影光学系を介して転写することで、前記第１パターンの像が形成された前記物体上の複数の領域それぞれの一部を前記投影光学系を介して露光する第２転写工程と；前記第２転写工程の処理の後に前記物体上の複数の領域に形成されたパターンの像の形成状態を検出し、その検出結果に基づいて、前記投影光学系の光学特性を算出する算出工程と；を含む第２の光学特性計測方法である。
【００１５】
これによれば、本発明の露光条件決定方法により決定された第１及び第２パターンのそれぞれに対する露光条件に従って、第１パターンの像に重ね合わせて第２パターンが投影光学系を介して転写され、第１パターンの像が形成された物体上の複数の領域それぞれの一部が投影光学系を介して露光される。これにより、例えば第１パターンの一部が除去されたパターンの像が物体上の複数の領域それぞれに形成される。そして、第２パターンの転写後に物体上の複数の領域それぞれに形成されたパターンの像の形成状態の検出結果に基づいて、投影光学系の光学特性が算出される。従って、第１パターンの像の形成状態の検出結果に基づいて投影光学系の光学特性を精度良く算出することが困難な場合であっても、投影光学系の光学特性を精度良く求めることが可能となる。
【００１６】
本発明は、第４の観点からすると、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本発明の第１又は第２の光学特性計測方法により計測する工程と；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、前記パターンの像を前記投影光学系を介して前記第２面側に配置された前記物体に投影して該物体を露光する工程と；を含む露光方法である。
【００１７】
これによれば、物体上に精度良くパターンの像を形成すること、すなわち物体の高精度な露光が可能となる。
【００１８】
本発明は、第５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；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である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態を、図１〜図８に基づいて説明する。
【００２０】
図１には、本発明の光学特性計測方法を実施するのに好適な第１の本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。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。
【００２１】
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、感応剤（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平面内を移動するウエハステージＷＳＴ、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）などを含む主制御装置２８を中心として構成されている。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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と平行な方向（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。
【００２５】
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。
【００２６】
ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方（−Ｚ側）に配置されている。ウエハステージＷＳＴは、不図示のベースプレート上をＸＹ二次元平面に沿って移動するＸＹステージ２０と、ＸＹステージ２０上に搭載され、ウエハＷを不図示のウエハホルダを介して真空吸着等によって保持するウエハテーブル１８とを含む。
【００２７】
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（Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向））に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）が照射され、移動鏡２４からの反射光に基づいてウエハテーブル１８の５自由度方向の位置情報、すなわちＸ軸、Ｙ軸、方向の位置情報と、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。
【００２８】
また、ウエハＷ表面のＺ軸方向の位置及びＸＹ平面に対する傾斜量は、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。
【００２９】
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を制御することで、ウエハＷのＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転）を制御する。また、主制御装置２８は、フォーカスセンサＡＦＳの計測値に基づいて、駆動系２２を介してウエハテーブル１８を制御することで、ウエハＷのＺ軸方向の位置及びＸＹ平面に対する傾斜を制御する。
【００３０】
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に基準板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。
【００３１】
本実施形態では、投影光学系ＰＬの側面に、オフ・アクシス方式のアライメント系ＡＳが設けられている。アライメント系ＡＳは、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）系、ＦＩＡ（Field Image Alignment）系と呼ばれる２種類のセンサを含む少なくとも２種類アライメントセンサを有しており、基準板ＦＰに形成された基準マーク及びウエハＷに形成されたアライメントマークを検出対象とし、検出対象のマークの２次元方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の位置情報を計測する。
【００３２】
ここで、ＬＳＡ系は、レーザ光をマークに照射して、回折・散乱された光を利用してマーク位置を計測するセンサであり、ＦＩＡ系は、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センサである。アライメント系ＡＳは、例えば、コヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する回折光を干渉させて検出するアライメントセンサを、ＬＳＡ系、ＦＩＡ系とともに（、あるいはこれらに代えて）有していても良い。
【００３３】
本実施形態では、上述の複数種類のアライメントセンサを適宜目的に応じて使い分け、ウエハ上のショット領域の位置を正確に計測するファインアライメント計測等を行なう。
【００３４】
アライメント制御装置１６は、アライメント系ＡＳを構成する各アライメントセンサからの出力信号ＤＳをＡ／Ｄ変換し、変換された信号を演算処理して、マーク位置を検出する。その検出結果は、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。
【００３５】
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）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。
【００３６】
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、２枚のレチクルＲＴＨ、ＲＴＶが用いられる。図２には、そのうちの１枚のレチクルＲＴＨが示されている。図２は、レチクルＲＴＨ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ＲＴＨ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（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ＲＴＨ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の正方形の開口パターン（透過領域）ＡＰ1〜ＡＰ5が形成され、開口パターンＡＰ1〜ＡＰ5内に計測用パターン（以下、適宜、パターンと略述する）ＭＰＨ1〜ＭＰＨ5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。
【００３７】
パターンＭＰＨn（ｎ＝１〜５）のそれぞれは、例えば所定の線幅、例えば０．６μｍで、所定の長さ、例えば９μｍ程度の３本（又は５本）のラインパターンが所定のピッチ、例えば２．０μｍでＸ軸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。以下では、パターンＭＰＨnを便宜上Ｈ線パターンとも呼ぶ。
【００３８】
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）。
【００３９】
図３には、もう１枚のレチクルＲＴＶが示されている。図３は、レチクルＲＴＶ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３に示されるように、レチクルＲＴＶは、前述のレチクルＲＴＨ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の内部に計測用パターン（以下、適宜、パターンと略述する）ＭＰＶ1〜ＭＰＶ5がそれぞれ形成されている。パターンＭＰＶ1〜ＭＰＶ5のそれぞれは、配列方向（周期方向）がＹ軸方向である点を除き、パターンＭＰＨnと同様のマルチバーパターンによって構成されている。以下では、パターンＭＰＶnを、便宜上Ｖ線パターンとも呼ぶ。なお、パターン領域ＰＡ’はその全面が光透過部でも良い。
【００４０】
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。以下では、説明の便宜上から計測用パターン（又はパターン）ＭＰｎという用語を用いるが、これは、特に明示がない場合、レチクルＲＴＨを使用中のときは、パターンＭＰＨｎを意味し、レチクルＲＴＶを使用中のときは、パターンＭＰＶｎを意味する。また、初期設定として、後述するフラグＦは降ろされている（Ｆ＝０である）ものとする。
【００４１】
まず、図４のステップ４０２において、ウエハ交換を行う。具体的には、不図示のウエハアンローダを介してウエハテーブル１８上からウエハをアンロードした後、不図示のウエハローダを介してウエハＷＴ（図５参照）をウエハテーブル１８上にロードする。なお、ウエハテーブル１８上にウエハがない場合には、ウエハＷＴのロードのみを行う。
【００４２】
次に、ステップ４０４において、レチクル交換、レチクルの投影光学系ＰＬに対する位置合わせ等の所定の準備作業を行う。
【００４３】
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上のレチクルと第１番目のレチクルＲＴＨ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ＲＴＨをロードする。
【００４４】
次いで、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上の一対の基準マーク（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ＲＴＨ）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とを移動させる。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使用中のレチクル（この場合、レチクルＲＴＨ）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）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（計測用パターンＭＰｎ）の数は、少なくとも１つあれば良い。
【００４５】
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。
【００４６】
このサブルーチンでは、まず、図７に示されるように、ステップ５０２において、ウエハＷＴ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）Ｐｊを初期化する。すなわち、カウンタｊに初期値「１」を設定して目標ドーズ量ＰjをＰ1に設定する（ｊ←１）。本実施形態では、カウンタｊは、目標ドーズ量の設定とともに、露光の際のウエハＷＴの行方向の移動目標位置の設定にも用いられる。なお、本実施形態では、例えばウエハＷＴ上に塗布された感応剤（レジスト）の感度特性から予想される最適ドーズ量を中心として、目標ドーズ量を、Ｐ１からＰＮ（一例として、Ｎ＝２３とする）まで、ΔＰ刻みで変化させる（Ｐj＝Ｐ１〜Ｐ２３）。
【００４７】
次のステップ５０４では、ウエハＷＴ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）Ｚｉを初期化する。すなわち、カウンタｉに初期値「１」を設定してウエハＷＴの目標フォーカス位置ＺiをＺ1に設定する（ｉ←１）。本実施形態では、カウンタｉは、ウエハＷＴの目標フォーカス位置の設定とともに、露光の際のウエハＷＴの列方向の移動目標位置の設定にも用いられる。なお、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の目標フォーカス位置をＺ1からΔＺ刻みでＺM（一例としてＭ＝１３とする）まで変化させる（Ｚｉ＝Ｚ１〜Ｚ１３）。
【００４８】
従って、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸方向に関するウエハＷＴの位置とウエハＷＴ上に照射される照明光ＩＬのドーズ量とをそれぞれ変更しながら、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×Ｎ（一例として１３×２３＝２９９）回の露光が行われることになる。投影光学系ＰＬの視野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５及び図６参照）には、Ｍ×Ｎ個のパターンＭＰｎが転写されることとなる。
【００４９】
なお、この評価点対応領域ＤＢnは、投影光学系ＰＬの視野内でその光学特性を検出すべき複数の評価点に対応している。
【００５０】
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６を用いて説明する。この図６に示されるように、本実施形態では、Ｍ行Ｎ列（１３行２３列）のマトリックス状に配置されたＭ×Ｎ（＝１３×２３＝２９９）個の仮想の区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）にパターンＭＰｎがそれぞれ転写され、これらパターンＭＰｎがそれぞれ転写されたＭ×Ｎ個の区画領域ＤＡｉ，ｊ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，ｊは、図６に示されるように、＋Ｘ方向が行方向（ｊの増加方向）となり、＋Ｙ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，ｊ、及びＭ，Ｎは、上述と同じ意味を有するものとする。
【００５１】
図４に戻り、次のステップ５０６では、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を移動させて、ウエハＷＴ上の各評価点対応領域ＤＢnの仮想の区画領域ＤＡｉ，ｊ（ここではＤＡ１，１（図５参照））に計測用パターンＭＰnの像がそれぞれ転写される位置に、ウエハＷＴを位置決めする。
【００５２】
次のステップ５０８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微少駆動して、ウエハＷＴのＺ軸方向の位置を設定された目標フォーカス位置Ｚi（この場合Ｚ1）に設定する。
【００５３】
次のステップ５１０では、露光を実行する。このとき、ウエハＷＴ上のドーズ量が設定された目標ドーズ量（この場合Ｐ1）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５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ＤＡ1,1にそれぞれ計測用パターンＭＰｎ（この場合パターンＭＰＨn）の像が転写される。
【００５４】
次のステップ５１２では、ウエハＷＴの目標フォーカス位置（カウンタｉのカウント値）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ＺＭ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、カウンタｉを１インクリメントする（ｉ←ｉ＋１）とともに、ウエハＷＴのフォーカス位置の目標値にΔＺを加算する（Ｚi←Ｚｉ＋１＝Ｚｉ＋ΔＺ）。ここでは、フォーカス位置の目標値をＺ２（＝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、ＸＹステージ２０を所定のステップピッチだけＸＹ平面内で所定方向（この場合−Ｙ方向）に移動させて、逐次、ウエハＷＴ上の各評価点対応領域ＤＢnの区画領域ＤＡｉ,1に計測用パターンＭＰnの像がそれぞれ転写される位置にウエハＷＴを位置決めする。そして、ステップ５０８において、ウエハＷＴを目標フォーカス位置Ｚiに位置決めし、ステップ５１０において、先と同様に、ウエハＷＴ上の各評価点対応領域ＤＢnの区画領域ＤＡｉ,1に計測用パターンＭＰnの像をそれぞれ転写する。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,1（ｉ＝１〜Ｍ）に計測用パターンＭＰｎ（この場合パターンＭＰＨn）がそれぞれ転写される。
【００５５】
一方、区画領域ＤＡＭ,1への露光が終了し、ステップ５１２における判断が肯定されると、ステップ５１６に移行し、目標ドーズ量（カウンタｊのカウント値）を確認し、所定の範囲（すなわち目標ドーズ量Ｐ1からＰＮについて）の露光が終了したか否かを判断する。ここでは、そのとき設定されている目標ドーズ量はＰ1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に移行する。
【００５６】
ステップ５１８では、カウンタｊを１インクリメントする（ｊ←ｊ＋１）とともに、目標ドーズ量ＰｊにΔＰを加算する（Ｐj←Ｐｊ+１＝Ｐj＋ΔＰ）。ここでは、目標ドーズ量をＰ2（＝Ｐ1＋ΔＰ）に変更した後、ステップ５０４に戻る。そして、ステップ５１６での判断が肯定されるまで、ステップ５０４、（５０６、５０８、５１０、５１２、５１４）、５１６、５１８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の全ての区画領域ＤＡi,ｊ（ｉ＝１〜Ｍ，ｊ＝１〜Ｎ）に計測用パターンＭＰn（この場合、パターンＭＰＨｎ）の像が転写される。
【００５７】
このようにして、所定の範囲の目標ドーズ量（Ｐ1〜ＰＮ）についての露光が終了すると、ステップ５１６における判断が肯定され、本サブルーチンの処理を終了して、図４（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５に示されるように、ウエハＷＴ上の各評価点対応領域ＤＢnには、露光条件が異なるＮ×Ｍ（一例として２３×１３＝２９９）個の計測用パターンＭＰn（この場合、パターンＭＰＨｎ）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上に計測用パターンＭＰnの転写像（潜像）が形成されたＭ×Ｎ（一例として１３×２３＝２９９）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。
【００５８】
ステップ４０８では、ウエハＷＴを、ウエハアンローダ（不図示）を介してウエハテーブル１８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。
【００５９】
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４１０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４１０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５に示されるような矩形の評価点対応領域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が後述するステップ４１７で最適ドーズ量等を仮決定するための試料となる。
【００６０】
上記ステップ４１０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４１２に移行する。
【００６１】
ステップ４１２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と同様にして現像済みのウエハＷＴをウエハテーブル１８上にロードする。
【００６２】
次のステップ４１４では、現像済みのウエハＷＴを用いて、最適ドーズ量を求めるのに用いることができる基礎データを取得するため、所定の画像処理を行う。
【００６３】
具体的には、主制御装置２０は、ウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５のそれぞれについて、以下のａ．〜ｄ．の処理を行う。
ａ．  まず、主制御装置２８は、ウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢｎのレジスト像を、アライメント系ＡＳ（のＦＩＡ系のセンサ）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。この場合、アライメント系ＡＳ（のＦＩＡ系センサ）により、評価点対応領域ＤＢｎのＮ×Ｍ個の区画領域ＤＡｉ，ｊ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。
ｂ．  次いで、主制御装置２８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点対応領域ＤＢnの外縁を検出する。
【００６４】
ｃ．  次いで、主制御装置２８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、既知の区画領域の縦方向の数Ｍ及び横方向の数Ｎを用いて、等分割することで、区画領域ＤＡ１，１〜ＤＡＭ，Ｎを求める。すなわち、外縁を基準として、各区画領域ＤＡｉ，ｊ（の位置情報）を求める。
【００６５】
ｄ．  次いで、主制御装置２８は、各区画領域ＤＡi,j（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）に形成されたレジスト像毎の明暗情報、例えばコントラスト値Ｅi,j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Ｅi,j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。あるいは、コントラスト値Ｅi,jは、ピクセルデータの値の最大ＬＭＡＸと最小ＬＭＩＮとからＥi,j＝（ＬＭＡＸ−ＬＭＩＮ）／（ＬＭＡＸ＋ＬＭＩＮ）と与えられても良い。
【００６６】
上述の画像処理が終了すると、次のステップ４１６に進み、レチクルＲＴＶを用いた処理は終了したか否かを判断する。この場合、未だレチクルＲＴＶを用いた処理は行われていないので、このステップ４１６における判断は否定され、ステップ４０２に戻る。
【００６７】
ステップ４０２では、前述と同様にしてウエハ交換を行った後、ステップ４０４で、レチクル交換を行うが、この際、レチクルＲＴＨに代えてレチクルＲＴＶがレチクルステージＲＳＴ上にロードされる。また、この交換後のレチクルＲＴＶの投影光学系ＰＬに対する位置合わせ等の準備作業が行われる。
【００６８】
その後、レチクルＲＴＶを用いた処理（ステップ４０６〜４１４の処理）が、前述と同様にして行われる。
【００６９】
そして、ステップ４１６において、再び、主制御装置２８により、レチクルＲＴＶを用いた処理は終了したか否かが判断される。この場合、レチクルＲＴＶを用いた処理は終了しているので、ここでの判断は肯定されて、ステップ４１７に移行する。
【００７０】
ステップ４１７では、次のｅ．〜ｇ．の手順に従って、最適ドーズ量及び最良フォーカス位置を仮決定する。
ｅ．  まず、主制御装置２８は、各評価点対応領域ＤＢnについて、ドーズ量Ｐｊ及び計測パターンの種類（Ｈ線、Ｖ線）毎に、算出された各区画領域ＤＡｉ，ｊのコントラスト値Ｅi,jを、図８に示されるように、フォーカス位置Ｚｉに対してプロットする。
【００７１】
図８からわかるように、コントラスト値Ｅi,jは、ドーズ量Ｐｊが高い（低い）ほど、低い（高い）。ここで、最適範囲（Ｏｐｔ． Ｄｏｓｅ）内のドーズ量Ｐｊに対し、プロット点を結ぶコントラストカーブは、理想的なプロファイル、すなわち山の形状（凸状）のプロファイルを示す。また、最適範囲（Ｏｐｔ． Ｄｏｓｅ）より高いドーズ量Ｐｊ（領域Ｏｖｅｒ Ｄｏｓｅ内のドーズ量Ｐｊ）では、コントラストカーブは山の形状のプロファイルを示すが、有効データが少なくなる。さらに、最適範囲（Ｏｐｔ． Ｄｏｓｅ）より低いドーズ量Ｐｊ（領域Ｕｎｄｅｒ Ｄｏｓｅ内のドーズ量Ｐｊ）では、ドーズ量Ｐｊが低いほど、コントラストカーブのピークプロファイルが崩れ、ドーズ量Ｐｊがある値より低くなると、谷の形状（凹状）のプロファイルを示すようになる。
ｆ．  次に、主制御装置２８は、各評価点対応領域ＤＢnについて、ドーズ量Ｐｊ及び計測パターンの種類（Ｈ線、Ｖ線）毎に、コントラストカーブ及び／又は各区画領域ＤＡi,j（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝ｊ）に形成されたレジスト像のコントラスト値Ｅi,jのデータを用いて、最適ドーズ量Ｐｏｐｔｎを求める。ここで、最適ドーズ量は、コントラストカーブが理想的なプロファイルを示すドーズ量である。そこで、主制御装置２８は、例えば、理想的なプロファイルを記述する近似関数を与え、各コントラスト値Ｅi,jのデータを最小自乗フィッティングし、フィッティング後の曲線（近似関数）からの各コントラスト値Ｅi,jのずれが最小となるドーズ量を最適ドーズ量Ｐｏｐｔｎとする。また、主制御装置２８は、必要に応じ、例えば複数のドーズ量についてのコントラストカーブ間でのずれが同程度であるような場合には、非点収差（Ｖ線パターン及びＨ線パターンそれぞれに対するコントラストカーブから求められる最良フォーカス位置同士の差）が最小となるドーズ量Ｐｊを、最適ドーズ量Ｐｏｐｔｎとする。
【００７２】
ｇ．  次に、主制御装置２８は、評価点対応領域ＤＢ1〜ＤＢ5に対して求められた最適ドーズ量Ｐｏｐｔ１〜Ｐｏｐｔ５のうち、例えば中央の大きさを有する仮の最適ドーズ量Ｐｏｐｔを求め（最適ドーズ量Ｐｏｐｔを仮決定し）、メモリに記憶する。また、主制御装置２８は、仮の最適ドーズ量Ｐｏｐｔに対応するコントラストデータから仮の最良フォーカス位置を求め（最良フォーカス位置を仮決定し）、メモリに記憶する。
【００７３】
このようにして最適ドーズ量Ｐｏｐｔ及び最良フォーカス位置の仮決定を行った後、ステップ４１８に移行する。
【００７４】
ステップ４１８では、前述のステップ４０２と同様にしてウエハ交換を行った後、次のステップ４２０に進み、前述のフラグＦが降ろされた状態（Ｆ＝０）であるか否かを判断する。この場合、フラグＦは初期設定で０とされているので、ここでの判断は肯定され、ステップ４２４に移行する。
【００７５】
ステップ４２４では、前述したステップ４０６と同様の手順で露光処理を行う。これにより、レチクルＲＴＶのパターンＰＭＶｎが、ウエハＷＴ上に転写され、評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５がそのウエハＷＴ上に形成される。重複説明を避ける観点からステップ４２４の詳細説明は省略する。ただし、主制御装置２８は、このステップ４２４では、先に求めた仮の最適ドーズ量Ｐｏｐｔを中心とする所定の範囲（先のＰ１〜ＰＮの範囲より狭い範囲）内で、ドーズピッチΔＰを先より狭く設定して、目標ドーズ量を、Ｎ段階で変化させる。この場合、図８に示される最適範囲（Ｏｐｔ． Ｄｏｓｅ）内で目標ドーズ量を、変化させるのが望ましい。また、主制御装置２８は、このステップ４２４では、先に求めた仮の最良フォーカス位置を中心とする所定の範囲（先のＺ１〜ＺＮの範囲より狭い範囲）内で、フォーカスピッチΔＺを先より狭く設定して、目標フォーカス位置を、Ｍ段階で変化させる。
【００７６】
次に、ステップ４２６〜ステップ４３２において、前述のステップ４０８〜４１４と同様の処理（判断を含む）を行った後、ステップ４３４に移行する。
【００７７】
ステップ４３４では、レチクルＲＴＨを用いた処理は終了したか否かを判断する。この場合、未だレチクルＲＴＨを用いた処理は行われていないので、このステップ４３４における判断は否定され、ステップ４３５に移行してフラグＦを立て（Ｆ←１）、ステップ４１８に戻る。
【００７８】
ステップ４１８では、前述と同様にしてウエハ交換を行う。
【００７９】
次のステップ４２０で、フラグＦが降ろされているか否かを再度判断する。この場合、フラグＦは立てられている（Ｆ＝１）であるので、ステップ４２２に移行する。
【００８０】
ステップ４２２で、ステップ４０４と同様に、レチクル交換を行う。ここでは、レチクルＲＴＶに代えてレチクルＲＴＨがレチクルステージＲＳＴ上にロードされる。また、交換後のレチクルＲＴＨの投影光学系ＰＬに対する位置合わせ等の準備作業を行う。
【００８１】
そして、ステップ４２４で、前述の手順で露光処理を行う。これにより、レチクルＲＴＨのパターンＰＭＨｎが、ウエハＷＴ上に転写され、評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５がそのウエハＷＴ上に形成される。
【００８２】
次に、ステップ４２６〜ステップ４３２において、前述のステップ４０８〜４１４と同様の処理（判断を含む）を行った後、ステップ４３４に移行する。
【００８３】
ステップ４３４では、レチクルＲＴＨを用いた処理は終了したか否かを判断する。この場合、レチクルＲＴＨを用いた処理は行われているので、このステップ４３４における判断は肯定され、ステップ４３６に移行する。
【００８４】
この時点で、図８に示される最適範囲（Ｏｐｔ． Ｄｏｓｅ）内において、より多くのドーズ量毎のコントラストデータ（コントラストカーブ）が得られている。そこで、ステップ４３６では、ステップ４１７と同様の手順で、それらのコントラストデータ（コントラストカーブ）を用いて最適ドーズ量Ｐｏｐｔを決定する。
【００８５】
次のステップ４３８では、投影光学系ＰＬの光学特性、例えば最良フォーカス位置を算出する。具体的には、主制御装置２８は、ステップ４３６において決定された最適ドーズ量Ｐｏｐｔに対応する、各評価点対応領域ＤＢnのコントラストデータ（コントラストカーブ）に基づいて、例えばコントラストカーブのピーク中心より、最良フォーカス位置を、Ｈパターン、Ｖパターンのそれぞれについて、評価点対応領域ＤＢn毎に、最良フォーカス位置を求める。次いで、主制御装置２８は、評価点対応領域ＤＢn毎に、Ｈパターン、Ｖパターンのそれぞれについて求めた最良フォーカス位置の平均値を、投影光学系ＰＬの視野内の各評価点における最良フォーカス位置として算出する。さらに、主制御装置２８は、評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５に対応する評価点における最良フォーカス位置の平均値（又は重み付け平均値）を、投影光学系ＰＬの最良フォーカス位置Ｚｂｅｓｔとして算出する。
【００８６】
また、主制御装置２８は、投影光学系ＰＬの視野内の各評価点における最良フォーカス位置に基づいて、像面形状を算出する。また、主制御装置２８は、評価点対応領域ＤＢn毎に、Ｈパターン、Ｖパターンのそれぞれについて求めた最良フォーカス位置の差に基づいて、評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５に対応する評価点における非点収差を算出しても良い。
【００８７】
なお、ステップ４３８に代えて、前述のステップ４０２〜４１６、又はステップ４１８〜４３４の処理を、目標ドーズ量をステップ４３６で決定した最適ドーズ量に固定した状態で、再度行って、コントラストデータ（コントラストカーブ）を求め、その求めたコントラストデータに基づいて、上記と同様の手順で投影光学系ＰＬの光学特性を求めるステップを設けても良い。
【００８８】
主制御装置２８は、上述のようにして求めた投影光学系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光学系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２８は、光学特性が調整された投影光学系ＰＬを介して、レチクルＲに形成されたパターンをウエハＷ上に転写する。さらに、主制御装置２８は、露光の際に、フォーカスセンサＡＦＳ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２８は、露光に先立って、フォーカスセンサを最良フォーカス位置を基準として較正しても良い。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態によると、ステップ４１７において、ステップ４０６の露光処理（ステップ５０２〜５１８）によってウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢｎのＭ×Ｎ個の区画領域ＤＡｉ，ｊに形成された計測用パターンＭＰｎの像の形成状態の検出結果に基づいて、投影光学系ＰＬの光学特性計測のための計測用パターンＭＰｎを用いる露光の最適ドーズ量（及び最良フォーカス位置）が仮に決定される。
【００９０】
そして、ステップ４２４の露光処理により、目標ドーズ量（及び目標フォーカス位置）を、仮に決定された最適ドーズ量（及び最良フォーカス位置）を中心としてより細かいステップピッチで複数段階で変化させて、ステップ４０６の露光処理と同様の露光処理により計測用パターンＭＰｎが投影光学系ＰＬを介してウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢｎのＭ×Ｎ個の領域に順次転写される。従って、投影光学系ＰＬの光学特性計測のための露光条件の一部が微調整される。
【００９１】
そして、その微調整された露光条件の下で行われた露光によってウエハＷＴ上の各区画領域に形成された計測用パターンＭＰｎの像の形成状態の検出結果に基づいて、投影光学系ＰＬの光学特性が求められる（ステップ４３６、４３８）。従って、投影光学系の光学特性を精度良く求めることが可能になる。
【００９２】
また、本実施形態の露光装置１００によると、投影光学系ＰＬの光学特性を前述した光学特性計測方法により精度良く計測し、その光学特性の計測結果を考慮して、投影光学系ＰＬの光学特性を調整し、その光学特性が調整された投影光学系ＰＬを介して、レチクルＲに形成されたパターンをウエハＷ上に転写する。露光の際、最良フォーカス位置を基準としてフォーカスセンサＡＦＳを用いてウエハＷのフォーカス制御を行う。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。
【００９３】
なお、上記実施形態では、Ｈ線パターンとＶ線パターンとのそれぞれについて、コントラストデータ（コントラストカーブ）を得、これらのコントラストデータ（コントラストカーブ）に基づいて、最適ドーズ、又は投影光学系の光学特性を算出する場合について説明したが、これに限らず、Ｈ線パターンとＶ線パターンとの一方についてコントラストデータ（コントラストカーブ）を得、このコントラストデータ（コントラストカーブ）に基づいて、最適ドーズ、又は投影光学系の光学特性を算出することとしても良い。
【００９４】
また、上記実施形態では、Ｈ線パターンとＶ線パターンとがそれぞれ設けられた２つのレチクルを用いて、Ｈ線パターンとＶ線パターンとを、別々のウエハ上に転写する場合について説明したが、これに限らず、Ｈ線パターンとＶ線パターンとが設けられた単一のレチクルを用いて、Ｈ線パターンとＶ線パターンとを、同一又は別のウエハ上に転写することとしても良い。
【００９５】
また、上記実施形態において、理想的なプロファイルを得るため、前述の最小自乗フィッティングによっては、フィッティング度の十分な近似曲線が得られなかったとき、より低次の近似関数を用いて前述の最小自乗フィッティングを行って理想的なプロファイルを表す近似曲線を得ることとしても良い。同様に観点から、ステップ４１７とステップ４３６とで、コントラスト値Ｅi,jのデータを最小自乗フィッティングするための近似関数（理想的なプロファイルを記述する関数）の次数を、異ならせても良い。この場合、ステップ４３６において、より低次の近似関数を用いてコントラスト値Ｅi,jのデータを最小自乗フィッティングすることが望ましい。また、最小自乗フィッティングによって台形状のプロファイルが得られるような場合には、最小自乗フィッティングの有効データと無効データとの切り分けを行うパラメータを調整して、より多くのデータが有効となるようにしても良い。
【００９６】
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ＷＴ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。
【００９７】
ところで、計測用パターンとして、例えばライン部とスペース部との幅の比（デューティ比）が１のラインアンドスペースパターン（Ｌ／Ｓパターン）を採用した場合には、ウエハ上に投影光学系を介して投影された像の線幅（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、アライメント系ＡＳのＦＩＡ系のセンサ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知られている。かかる不都合を改善するため、１回目の露光でＬ／Ｓパターンを投影光学系を介してポジ型レジストが塗布されたウエハ上に投影して、Ｌ／Ｓパターンの像（潜像）を形成した後、２回目の露光（トリム露光）を行って、その潜像の一部を除去することで、結果的に、デューティ比が１／３以下である孤立線パターンと同様のパターンの潜像をウエハ上に形成し、該ウエハを現像して、計測用パターン像（レジスト像）（ただし、この計測用パターン像は、Ｌ／Ｓパターンの像と同じ特性（線幅など）を有している）を形成し、該計測用パターン像を用いて投影光学系の光学特性を計測する方法を、発明者は先に提案した（国際公開第２００８／１３２７９９号パンフレット及びこれに対応する米国特許出願公開第２００８／０２５９３５３号明細書参照）。トリム露光を採用することで、ウエハの現像後には、図１４（Ａ）の像と図１４（Ｂ）の像とを重ね合わせた像、別の表現をすれば、図１４（Ａ）の像と図１４（Ｂ）の像との共通部分である、図１４（Ｃ）に示される断面形状を有するレジスト像が得られる。
【００９８】
しかるに、最近では、上述したトリム露光の際の露光条件、例えばドーズ量も、一層精度良く設定する必要が生じている。次に説明する第２の実施形態は、かかる点に鑑みて成されたものである。
【００９９】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２実施形態について、図９（Ａ）〜図１４（Ｃ）に基づいて説明する。本第２の実施形態に係る露光装置は、投影光学系の光学特性の計測に際しての、主制御装置２８の処理アルゴリズムが、前述の第１の実施形態と相違する点を除けば、前述の第１の実施形態と同様に構成され、同様に機能する。従って、以下では、重複説明を避ける観点から、相違点を中心として説明する。また、同様の趣旨から、同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるものとする。
【０１００】
本第２の実施形態では、投影光学系ＰＬの光学特性を計測するために、２枚のレチクルＲ１、Ｒ２が用いられる。レチクルＲ１、Ｒ２は、基本的には、先のレチクルＲＴＨ、ＲＴＶと同様に構成されているが、各開口パターン（透過領域）ＡＰ1〜ＡＰ5内部に配置された計測用パターンが異なる。具体的には、レチクルＲ１の各開口パターンＡＰｎ（ｎ＝１〜５）の内部には、図９（Ａ）に示されるようなＬ／Ｓパターンから成る計測用パターン（以下、適宜、パターンと略述する）ＭＰ１ｎが配置され、レチクルＲ２の各開口パターンＡＰｎの内部には、図９（Ｂ）に示されるような２本のラインパターンから成る計測用パターン（以下、適宜、パターンと略述する）ＭＰ２ｎが配置されている。
【０１０１】
計測用パターンＭＰ１ｎ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Ｘ軸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。また、計測用パターンＭＰ２ｎ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。計測用パターンＭＰ１ｎ、ＭＰ２ｎは、その中心が開口パターンＡＰｎの中心と一致している。
【０１０２】
次に、本第２の実施形態における光学特性計測方法について、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１０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。本第２の実施形態では、後述する第１の露光処理と第２の露光処理との切り換え、及び第３の露光処理と第４の露光処理との切り換えのため、フラグＦ１が用いられるが、初期設定ではフラグＦ１は、降ろされている（Ｆ１＝０）。
【０１０３】
まず、図１０のステップ６０２において、前述のステップ４０２と同様にウエハ交換を行う。このとき、ポジ型のフォトレジストにより表面に感応層が形成されたウエハＷＴがウエハテーブル１８上にロードされる。
【０１０４】
次に、ステップ６０４において、レチクル交換、レチクルの投影光学系ＰＬに対する位置合わせ等の所定の準備作業を行う。このとき、レチクルＲ１が、レチクルステージＲＳＴ上にロードされる。また、準備作業としては、前述のステップ４０４と同様の作業が行われる。
【０１０５】
次のステップ６０６では、フラグＦ１が降ろされている（Ｆ１＝０）か否かを判断する。この場合、初期設定でＦ１＝０であるから、ここでの判断は肯定され、ステップ６０８（第１の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、主制御装置２８は、前述のステップ４０６（図７のステップ５０２〜５１８）と同様の処理を行う。これにより、ウエハＷＴ上には、露光条件が異なる計測用パターンＭＰ１ｎの転写像（潜像）が形成されたＭ×Ｎ（一例として１３×２３＝２９９）個の区画領域から成る、５つの評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５が形成される（図５参照）。
【０１０６】
次のステップ６１２では、フラグＦ１が立っているか（Ｆ１＝１）か否かを判断する。この場合、初期設定でＦ１＝０であるから、ここでの判断は否定され、ステップ６１４でフラグＦ１を立て（Ｆ１←１）、ステップ６０４に戻る。
【０１０７】
ステップ６０４では、レチクル交換を行う。このとき、レチクルＲ２が、レチクルＲ１に代えて、レチクルステージＲＳＴ上にロードされる。また、レチクルの投影光学系ＰＬに対する位置合わせ等の所定の準備作業を行う。
【０１０８】
次のステップ６０６では、Ｆ１＝０か否かを判断するが、この場合、Ｆ１＝１であるから、ここでの判断は否定され、ステップ６１０（第２の露光処理のサブルーチン）に移行する。
【０１０９】
このサブルーチンでは、主制御装置２８は、図１１のフローチャートに示される処理アルゴリズムに従って処理を行う。すなわち、このサブルーチンでは、ステップ７０２〜７１８の手順に従って処理が行われ、前述の第１の露光処理のサブルーチンと同様の順番でウエハＷＴ上の各評価点対応領域ＤＢｎの各区画領域ＤＡｉ，ｊがレチクルＲ２の開口パターンＡＰｎ（パターンＭ２ｎを含む）を介して露光される。これにより、各区画領域ＤＡｉ，ｊに対して多重露光、すなわち前述したレチクルＲ１の開口パターンＡＰnによる露光を第１露光とし、レチクルＲ２の開口パターンＡＰｎによる露光を第２露光（トリム露光）とする２重露光が行われる。ただし、この第２の露光処理では、主制御装置２８は、ドーズ量とウエハのフォーカス位置は、ステップ７０２で設定された目標ドーズ量及び目標フォーカス位置を維持したまま、各区画領域に対する露光が行われる。すなわち、カウンタｉ，ｊは、それぞれ、露光の際のウエハＷＴの行方向の移動目標位置の設定、列方向の移動目標位置の設定にのみ用いられる（ステップ７０２、７１４、７１８参照）。
【０１１０】
ここで、目標ドーズ量として、例えば予めシミュレーションなどにより求められているドーズ量の最適値が設定される。また、目標フォーカス位置は、例えば第１の露光処理の際のフォーカスステップの中央の値、Ｚ７に設定される。
【０１１１】
このステップ６１０（第２の露光処理のサブルーチン）の処理により、既にパターンＭＰ１nの潜像が形成されているその各区画領域ＤＡｉ，ｊにパターンＭＰ２nの像が重ね合わせて転写され、現像後にパターンＭＰ１nの像の一部が除去されるようになる。本第２の実施形態では、計測用パターンＭＰ１ｎ、ＭＰ２ｎ同士のサイズ及び各ラインパターンの間隔の関係から、計測用パターンＭＰ１ｎの両端から２番目のラインパターン以外のラインパターンが除去された、図１４（Ｃ）に示されるような断面形状を有するパターン像（レジスト像）が、現像後に得られるようになる。
【０１１２】
第２の露光処理の終了後、ステップ６１２の判断が否定され、ステップ６１６に移行する。そして、主制御装置２８は、ステップ６１６〜６２２において、前述のステップ４０８〜４１４と同様の処理を行った後、ステップ６２４において、前述のステップ４１７と同様の手順で、最適ドーズ量Ｐｏｐｔ１及び最良フォーカス位置Ｚｂｅｓｔ１を決定する。ここで、最適ドーズ量Ｐｏｐｔ１は、レチクルＲ１のパターン（計測用パターンＭＰ１ｎ）を転写する際の最適ドーズ量である。上述の第２露光は、ドーズ量一定の状態で行われているからである。
【０１１３】
次に、ステップ６２６において、ウエハ交換を行い、ステップ６２８において、レチクル交換、レチクルの投影光学系ＰＬに対する位置合わせ等の所定の準備作業を行う。このとき、レチクルＲ２が、レチクルＲ１に代えてレチクルステージＲＳＴ上にロードされる。また、準備作業としては、前述のステップ４０４と同様の作業が行われる。
【０１１４】
次のステップ６３０では、フラグＦ１が立っているか（Ｆ１＝１）か否かを判断する。この場合、ステップ６１４でフラグＦ１が立てられているので、ここでの判断は肯定され、ステップ６３２（第３の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、主制御装置２８は、図１２のフローチャートに示される処理アルゴリズムに従って処理を行う。すなわち、このサブルーチンでは、ステップ８０２〜８１８の手順に従って、前述のステップ４０６（図７のステップ５０２〜５１８）と同様の処理が行われる。ただし、この第３の露光処理では、主制御装置２８は、ステップ８０２において、目標ドーズ量を先に決定した最適ドーズ量Ｐｏｐｔ１に設定し、この最適ドーズ量Ｐｏｐｔ１を維持したまま、各区画領域に対する露光を行う。すなわち、カウンタｊは、列方向の移動目標位置の設定にのみ用いられる（ステップ８０２、８１８参照）。また、目標フォーカス位置は、先に決定した最良フォーカス位置Ｚｂｅｓｔ１を中心とする所定幅の範囲内で、Ｍ段階、例えば１３段階で変化させられる（ステップ８１４参照）。
【０１１５】
ステップ６３２（第３の露光処理のサブルーチン）により、ウエハＷＴ上には、ドーズ量一定（Ｐｏｐｔ１）の条件下で転写された計測用パターンＭＰ１ｎの転写像（潜像）が形成されたＭ行Ｎ列（一例として１３行２３列）のマトリクス状に配列されたＭ×Ｎ（一例として１３×２３＝２９９）個の区画領域から成る、５つの評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５が形成される（図５参照）。
【０１１６】
次のステップ６３６では、フラグＦ１が降ろされているか（Ｆ１＝０）か否かを判断する。この場合、Ｆ１＝１であるから、ここでの判断は否定され、ステップ６３８でフラグＦ１を下ろし（Ｆ１←０）、ステップ６２８に戻る。
【０１１７】
ステップ６２８では、レチクル交換を行う。このとき、レチクルＲ２が、レチクルＲ１に代えて、レチクルステージＲＳＴ上にロードされる。また、レチクルの投影光学系ＰＬに対する位置合わせ等の所定の準備作業を行う。
【０１１８】
次のステップ６３０では、Ｆ１＝１か否かを判断するが、この場合、Ｆ１＝０であるから、ここでの判断は否定され、ステップ６３４（第４の露光処理のサブルーチン）に移行する。
【０１１９】
このサブルーチンでは、主制御装置２８は、図１３のフローチャートに示される処理アルゴリズムに従って処理を行う。すなわち、このサブルーチンでは、ステップ９０２〜９１８の手順に従って処理が行われ、前述の第１の露光処理のサブルーチンと同様の順番でウエハＷＴ上の各評価点対応領域ＤＢｎの各区画領域ＤＡｉ，ｊがレチクルＲ２の開口パターンＡＰｎ（パターンＭ２ｎを含む）を介して露光される。これにより、各区画領域ＤＡｉ，ｊに対して多重露光、すなわち第３の露光処理による露光を第１露光とし、第４の露光処理による露光を第２露光（トリム露光）とする２重露光が行われる。ただし、第４の露光処理では、主制御装置２８は、ステップ９０４で目標フォーカス位置を例えば先に決定した最良フォーカス位置Ｚｂｅｓｔ１に設定し、このフォーカス位置Ｚｂｅｓｔ１を維持したまま、各区画領域に対する露光が行われる。すなわち、カウンタｉは、露光の際のウエハＷＴの行方向の移動目標位置の設定にのみ用いられる（ステップ９０４、９１４参照）。また、ドーズ量の目標値は、前述の第２の露光処理での目標ドーズ量を中心とする所定幅の範囲内で、Ｎ段階、例えば２３段階で変化させられる（ステップ９１８参照）。
【０１２０】
第４の露光処理の終了後、ステップ６３６の判断が肯定され、ステップ６４０に移行する。そして、主制御装置２８は、ステップ６４０〜６４６において、前述のステップ４０８〜４１４と同様の処理を行った後、ステップ６４８において、前述のステップ４１７と同様の手順で、最適ドーズ量Ｐｏｐｔ２を決定する。ここで、最適ドーズ量Ｐｏｐｔ２は、レチクルＲ２のパターン（計測用パターンＭＰ２ｎ）をトリム露光により転写する際の最適ドーズ量である。上述の第３の露光処理は、ドーズ量一定の状態で行われているからである。
【０１２１】
そして、ステップ６５０で、前述のステップ４３８と同様にして、投影光学系ＰＬの光学特性、例えば最良フォーカス位置を算出する。具体的には、主制御装置２８は、ステップ６４８において決定された最適ドーズ量Ｐｏｐｔ２に対応する、各評価点対応領域ＤＢnのコントラストデータ（コントラストカーブ）に基づいて、例えばコントラストカーブのピーク中心より、最良フォーカス位置を、評価点対応領域ＤＢn毎に、最良フォーカス位置を求める。次いで、主制御装置２８は、評価点対応領域ＤＢn毎に求めた最良フォーカス位置の平均値を、投影光学系ＰＬの視野内の各評価点における最良フォーカス位置として算出する。さらに、主制御装置２８は、評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５に対応する評価点における最良フォーカス位置の平均値（又は重み付け平均値）を、投影光学系ＰＬの最良フォーカス位置Ｚｂｅｓｔとして算出する。
【０１２２】
また、主制御装置２８は、投影光学系ＰＬの視野内の各評価点における最良フォーカス位置に基づいて、像面形状を算出する。
【０１２３】
なお、上記ステップ６２４でレチクルＲ１のパターン（計測用パターンＭＰ１ｎ）を転写する第１露光における最適ドーズ量が決定され、ステップ６４８でレチクルＲ２のパターン（計測用パターンＭＰ２ｎ）をトリム露光により転写する第２露光の最適ドーズ量Ｐｏｐｔ２が決定されている。従って、以後、主制御装置２８は、ステップ６２６〜ステップ６４６と同様の処理を行う。ただし、主制御装置２８は、ステップ６３２の第３の露光処理に代えて、目標ドーズ量を最適ドーズ量Ｐｏｐｔ１に維持して、異なる目標フォーカス位置でパターンＭＰ１ｎの像（潜像）が形成されたＭ個の区画領域ＤＡｉ（ｉ＝１〜Ｍ）から成る評価点対応領域ＤＢｎをウエハＷＴ上に形成するための露光を行う。また、主制御装置２８は、ステップ６３４の第４の露光処理に代えて、目標フォーカス位置のみならず、目標ドーズ量をも一定（最適ドーズ量Ｐｏｐｔ２）に維持して、各区画領域ＤＡｉに形成されたパターンＭＰ１ｎの像（潜像）に重ね合わせてパターンＭＰ２ｎを転写する露光を行う。しかる後、ステップ６５０において、ステップ６４６の画像処理によって得られるコントラストデータ（コントラストカーブ）に基づいて投影光学系ＰＬの光学特性（最良フォーカス位置等）を算出することができる。
【０１２４】
本第２の実施形態においても、主制御装置２８は、上述のようにして求めた投影光学系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光学系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２８は、光学特性が調整された投影光学系ＰＬを介して、レチクルＲに形成されたパターンをウエハＷ上に転写する。さらに、主制御装置２８は、露光の際、フォーカスセンサＡＦＳ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。
【０１２５】
以上説明したように、本第２の実施形態によると、ステップ６０２〜ステップ６２４、特にステップ６０８、６１０、６２２、６２４の処理より、レチクルＲ１（計測用パターンＭＰ１ｎ）を用いてウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢｎ（ｎ＝１〜５）のＭ×Ｎ個の区画領域ＤＡｉ，ｊを露光する際の最適ドーズ量（及び最良フォーカス位置）が決定され、また、ステップ６２６〜６４８、特にステップ６３２，６３４、６４６，６４８の処理により、ウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢｎのＭ×Ｎ個の区画領域ＤＡｉ，ｊに異なる露光条件の下で形成された計測用パターンＭＰ１ｎの像（潜像）に重ね合わせてレチクルＲ２の計測用パターンＭＰ２ｎを投影光学系ＰＬを介して転写する際の最適ドーズ量が決定される。従って、パターンＭＰ１ｎとパターンＭＰ２ｎとを用いて二重露光によりウエハＷＴ上に計測用パターンを形成する際のパターンＭＰ１ｎ及びＭＰ２ｎのそれぞれに対する最適ドーズ量（露光条件の一部）を決定することが可能となる。
【０１２６】
また、本第２の実施形態によると、上述のようにして決定されたパターンＭＰ１ｎ及びＭＰ２ｎのそれぞれに対する最適ドーズ量に従って、パターンＭＰ１ｎの像に重ね合わせてパターンＭＰ２ｎが投影光学系ＰＬを介して転写され、パターンＭＰ１ｎの像が形成されたウエハＷＴ上の複数の区画領域ＤＡｉそれぞれの一部が投影光学系ＰＬを介して露光される。これにより、例えばパターンＭＰ１ｎの一部が除去されたパターンの像がウエハＷＴ上の複数の区画領域ＤＡｉそれぞれに形成される。そして、パターンＭＰ２ｎの転写後にウエハＷＴ上の複数の区画領域ＤＡｉそれぞれに形成されたパターンの像の形成状態の検出結果に基づいて、投影光学系ＰＬの光学特性が算出される。従って、パターンＭＰ１ｎの像の形成状態の検出結果に基づいて投影光学系の光学特性を精度良く算出することが困難な場合であっても、投影光学系の光学特性を精度良く求めることが可能となる。
【０１２７】
また、本第２の実施形態においても、主制御装置２８により、その光学特性の計測結果を考慮して、投影光学系ＰＬの光学特性を調整して露光が行われるとともに、露光の際、計測された最良フォーカス位置を基準としてフォーカスセンサＡＦＳを用いてウエハＷのフォーカス制御が行われる。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。
【０１２８】
なお、上記第２の実施形態では、レチクルＲ１と、レチクルＲ２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ＭＰ１nを含む開口パターンＡＰnが配置されたパターン領域と、パターンＭＰ２nを含む開口パターンＡＰn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。また、レチクルＲ２を用いて上記第２の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、各区画領域にパターンＭＰ２nの像をそれぞれ形成した後に、レチクルＲ１を用いてフォーカス位置を変更しつつ、各区画領域に重ね合わせ露光を行うこととしても良い。
【０１２９】
また、上記第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、Ｈ線パターンのみでなく、Ｖ線パターンの像を含む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こととしても良い。この場合、例えば図９（Ｃ）及び図９（Ｄ）示される２種類の計測用パターンＭＰ３ｎ又はＭＰ４ｎが各開口パターンＡＰｎ内にそれぞれ配置された２つ又は１つのレチクルを用いることができる。
【０１３０】
なお、上記第１及び第２の実施形態のそれぞれ（以下、各実施形態と記述する）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。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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
また、上記各実施形態の露光装置を、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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
なお、上記各実施形態では、国際公開第０２／０９１４４０号パンフレットなどに開示されるコントラスト計測により投影光学系ＰＬの光学特性（最良フォーカス位置など）を求める方法に本発明が適用された場合を例示した。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の像の線幅等を計測する方法などにも本発明は適用が可能である。これらの場合にも、本発明を適用することにより、計測パターンの露光条件、例えばウエハ上に与えられる単位面積当たりのエネルギ線量（ドーズ量）などをより一層精度良く設定することができる。また、ＣＤ／フォーカス法、ＳＭＰフォーカス計測法などでは、アライメント系ＡＳのＬＳＡのセンサなどを用いることができる。
【０１３５】
また、上記各実施形態では、露光装置が備えるアライメント系のＦＩＡ系のセンサによりレジスト像を撮像する場合について例示したが、これに限らず、露光装置外に設けられた専用の撮像装置（例えば光学顕微鏡等）によりレジスト像を撮像することとしても良い。また、上記実施形態では、撮像方式のＦＩＡ系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はない。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。
【０１３６】
計測用パターンとしてＬ／Ｓパターンを用いる場合には、デューティ比及び周期方向は、任意で良い。また、計測用パターンＭＰn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。
【０１３７】
また、上記各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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
さらに、投影光学系ＰＬ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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明の光学特性計測方法は、投影光学系の光学特性を計測するのに適している。また、本発明の露光条件決定方法は、投影光学系の光学特性を計測するための試料を作成する際の露光条件を決定するのに適している。また、本発明の露光方法は、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して物体上に転写するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】第１の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】計測用レチクルＲＴＨを示す図である。
【図３】計測用レチクルＲＴＶを示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る露光装置における投影光学系の光学特性の計測方法に関する、主制御装置内のＣＰＵの処理アルゴリズムを簡略化して示すフローチャートである。
【図５】評価点対応領域が形成されたウエハＷＴを示す平面図である。
【図６】評価点対応領域を説明するための図である。
【図７】図４のステップ４０６、４２４の具体例を示すフローチャートである。
【図８】フォーカス位置に対してコントラスト値をプロットした、ドーズ量毎のデータの一例を示す図である。
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｄ）は、光学特性を計測するために用いられるレチクルを説明するための図である。
【図１０】第２の実施形態に係る露光装置における投影光学系の光学特性の計測方法に関する、主制御装置内のＣＰＵの処理アルゴリズムを簡略化して示すフローチャートである。
【図１１】図１０のステップ６１０の具体例を示すフローチャートである。
【図１２】図１０のステップ６３２の具体例を示すフローチャートである。
【図１３】図１０のステップ６３４の具体例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、トリム露光について概念的に説明するための図である。
【符号の説明】
【０１４５】
２８…主制御装置、１００…露光装置、ＡＳ…アライメント系、ＭＰn，ＭＰ１n，ＭＰ２n…計測用パターン、ＤＢn…評価点対応領域、ＤＡi,j…区画領域、ＰＬ…投影光学系、ＷＴ…ウエハ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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