(57)【要約】【課題】投影光学系の最良フォーカス位置を確実に計測する。【解決手段】マークＰＭの像ＰＭ’が形成された区画領域ＤＡｉと参照領域ＤＣｉとを含む領域ＤＥｉ（ｉ＝１〜Ｍ）について得られる撮像信号（ピクセルデータ）から、区画領域ＤＡｉ（ｉ＝１〜Ｍ）のそれぞれに転写されたマークＰＭの像ＰＭ’のサイズＬＨｉを求め、求めたサイズＬＨｉ（ｉ＝１〜Ｍ）の中から撮像信号（ピクセルデータ）のＳ／Ｎ比に基づいて信頼性が高いサイズＬＨｉを抽出し、抽出したサイズに基づいて投影光学系の最良フォーカス位置を求める。【選択図】図９
2010199452.tif 000002
【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物体の位置を含む複数の露光条件の一部を段階的に変更し、前記第１面上に配置されたマークを前記投影光学系を介して該投影光学系の第２面側に配置された前記物体上の異なる箇所に順次転写する第１工程と；
前記マークが転写された複数の第１領域を含む前記物体上の領域を撮像する第２工程と；
前記撮像の結果得られる撮像信号から前記複数の第１領域それぞれに転写された前記マークの転写像のサイズを求め、求めた各転写像のサイズと対応する前記第１領域の撮像信号の強度に関する情報とに基づいて、前記投影光学系の光学特性を求める第３工程と；
を含む光学特性計測方法。
【請求項２】
前記第３工程では、前記撮像信号の強度に関する情報に基づいて、前記投影光学系の光学特性の算出にそのサイズを用いるマークの転写像が形成された第１領域を取捨選択し、選択された各第１領域に転写された前記マークの転写像のサイズと対応する変更対象の露光条件との関係に基づいて、前記投影光学系の光学特性を求める請求項１に記載の光学特性計測方法。
【請求項３】
前記第３工程では、前記関係を曲線近似し、該曲線のプロファイルに基づいて前記光学特性を算出する請求項２に記載の光学特性計測方法。
【請求項４】
前記撮像信号は、前記物体上の前記マークが転写される面内の一軸方向についての１次元信号であり、
前記撮像信号の強度に関する情報は、前記第１領域の撮像信号の強度と基準強度との比に関する情報である請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項５】
前記基準強度は、前記マークが転写されることがない前記物体上の第２領域の撮像信号の強度である請求項４に記載の光学特性計測方法。
【請求項６】
前記マークとして、菱形のマークが用いられる請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【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、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学特性計測方法を用いて計測する工程と；
前記光学特性の計測結果を考慮して、前記投影光学系の光学特性及び前記投影光学系の光軸方向に関する物体の位置の少なくとも一方を調整するとともに、前記投影光学系によって形成される前記パターンの像で前記第２面側に配置される前記物体を露光する工程と；を含む露光方法。
【請求項８】
請求項７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現像する工程と；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、該光学特性計測方法を用いる露光方法、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】
従来、半導体素子、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））等が、主として用いられている。
【０００３】
この種の露光装置では、集積回路の微細化に伴い、投影光学系の解像力を向上させるため、露光光の波長の短長化と、投影光学系の開口数の増大化（高ＮＡ化）が図られている。また、この種の露光装置では、転写対象のパターンとウエハ等の被露光物体（基板）上に既に形成されたパターン領域との重ね合わせ精度の向上も要請される。この前提として、例えば最良フォーカス位置などの投影光学系の光学特性（結像特性を含む）を、精度良く計測する必要がある。
【０００４】
最良フォーカス位置の代表的な計測方法の１つとして、いわゆるＳＭＰフォーカス計測法（例えば、特許文献１参照）が知られている。この方法では、例えば、テストパターンとして菱形のマーク（楔マーク）を、複数のフォーカス位置（投影光学系の光軸方向に関するウエハの位置）にてウエハ上に転写し、そのウエハを現像後に形成される楔マークのレジスト像のサイズ（例えば、長手方向の長さ）を計測し、その計測結果と、その計測時のフォーカス位置とに基づいて、最良フォーカス位置を算出する。
【０００５】
従来、上記のレジスト像のサイズ計測には、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ＬＳＡ（Laser  Step  Alignment）系のセンサが主として用いられていたが、最近の投影露光装置では、計測時間の短縮化などのため、主として画像処理方式のＦＩＡ（Field  Image  Alignment）系のセンサが、レジスト像のサイズ計測に用いられる。また、テストマークとして、時代の経過とともに、より微細なマークが用いられる傾向にあり、このため、最近では、最良フォーカス位置から離れたフォーカス領域（デフォーカス領域）で、ベストフォーカス位置より大きなサイズの計測結果（ノイズ成分）が発生し、最良フォーカス位置の自動計測が困難になってきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，９０８，６５６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、かかる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物体の位置を含む複数の露光条件の一部を段階的に変更し、前記第１面上に配置されたマークを前記投影光学系を介して該投影光学系の第２面側に配置された前記物体上の異なる箇所に順次転写する第１工程と；前記マークが転写された複数の第１領域を含む前記物体上の領域を撮像する第２工程と；前記撮像の結果得られる撮像信号から前記複数の第１領域それぞれに転写された前記マークの転写像のサイズを求め、求めた各転写像のサイズと対応する前記第１領域の撮像信号の強度に関する情報とに基づいて、前記投影光学系の光学特性を求める第３工程と；を含む光学特性計測方法である。
【０００８】
これによれば、撮像信号から求められた複数の第１領域それぞれに転写されたマークの転写像のサイズと、対応する第１領域の撮像信号の強度に関する情報とに基づいて、投影光学系の光学特性を求める。ここで、撮像信号の強度の大小に、対応するマークの転写像のサイズの計測結果の信頼性の高低が対応する。このため、撮像信号の強度に関する情報に応じて複数の第１領域それぞれに転写されたマークの転写像のサイズに重み付けをし、あるいは信頼性の低いサイズを対象外とするなどの取り扱いが可能になる。従って、マーク転写領域の撮像信号の強度情報を考慮しない場合に比べて、より確実にかつ精度良く光学特性を求めることが可能となる。
【０００９】
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、本発明の光学特性計測方法を用いて計測する工程と；前記光学特性の計測結果を考慮して、前記投影光学系の光学特性及び前記投影光学系の光軸方向に関する物体の位置の少なくとも一方を調整するとともに、前記投影光学系によって形成される前記パターンの像で前記第２面側に配置される前記物体を露光する工程と；を含む露光方法である。
【００１０】
これによれば、物体の高精度な露光（パターン形成）が可能となる。
【００１１】
本発明は、第３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現像する工程と；を含むデバイス製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２（Ａ）は、計測用レチクルをパターン面側から見た平面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の開口パターンＡＰ部分を拡大して示す図である。
【図３】投影光学系の光学特性の計測の際の主制御装置（内のＣＰＵ）の処理アルゴリズムを簡略化して示すフローチャートである。
【図４】図３のステップ４０６のサブルーチンの具体例を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】ウエハＷT上に形成された評価点対応領域のレジスト像の一例を示す図である。
【図８】図３のステップ４１０のサブルーチンの具体例を示すフローチャートである。
【図９】図９（Ａ）はアライメント系による撮像の対象となるウエハＷＴ上の領域を説明するための図、図９（Ｂ）は領域ＤＥｉ内のピクセルデータＰi（Ｙ）の一例を示す図、図９（Ｃ）は図９（Ｂ）における領域ａ内のピクセルデータの拡大図である。
【図１０】図１０（Ａ）はパターン長ＬＨｉ（計測結果）を、対応するフォーカス位置Ｚｉに対してプロットしたプロット点及びプロット点を結ぶ曲線を示す図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）に対応するＳ／Ｎ比を説明するための図、図１０（Ｃ）はＳ／Ｎ比の大小に基づいて信頼性の高いパターン長の計測結果が抽出された状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図１０（Ｃ）に基づいて説明する。
【００１４】
図１には、一実施形態に係る露光装置１００の構成が概略的に示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）である。後述するように、本実施形態では、投影光学系ＰＬが設けられており、以下においては、この投影光学系ＰＬの光軸ＡＸｐと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する２次元平面内の図１における紙面左右方向をＸ軸方向、紙面直交方向をＹ軸方向として説明を行う。
【００１５】
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（レチクルホルダ）ＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持して２次元平面（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、及びこれらを制御する制御系等を備えている。
【００１６】
照明系ＩＯＰは、例えば、紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）を出力する超高圧水銀ランプから成る光源と、楕円鏡、反射ミラー、波長フィルタ、フライアイインテグレータ、リレーレンズ系、可変視野絞り（レチクルブラインド）、折り曲げミラー、及びコンデンサレンズ等を含む照明光学系を含む。楕円鏡の第２焦点の近傍には、光路の閉鎖及び開放を行うシャッタが配置されている。かかる照明系の詳細は、例えば特開２００４−１４６７３２号公報などに開示されている。照明系では、光源から射出された光が波長フィルタを通過することで露光用の照明光ＩＬとなり、該照明光ＩＬがフライアイインテグレータにて均一な照度分布の光束に調整された後、可変視野絞りを通過することで、レチクルＲ上の矩形状の照明領域をほぼ均一な照度で照明する。
【００１７】
レチクルステージＲＳＴは、照明系ＩＯＰの図１における下方（−Ｚ側）に配置されている。レチクルステージＲＳＴ上には、バキュームチャック（不図示）等を介して、レチクルＲが吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、駆動系（不図示）によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）に微小駆動可能である。これにより、レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲのパターンの中心（レチクルセンタ）が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸｐにほぼ一致する状態でレチクルＲを位置決め（レチクルアライメント）することができる。図１では、このレチクルアライメントが行われた状態が示されている。
【００１８】
投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図1における下方（−Ｚ側）に、その光軸ＡＸｐをＺ軸に対して平行になるように配置されている。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り、光軸ＡＸｐに平行な方向に沿って所定間隔で配置された複数のレンズエレメントから成る屈折光学系が用いられている。複数のレンズエレメントのうち、特定の複数のレンズエレメントは、主制御装置２８からの指令に基づいて、結像特性補正コントローラ（不図示）によって制御され、投影光学系ＰＬは、これによってその光学特性（結像特性を含む）、例えば、倍率、ディストーション、コマ収差、及び像面湾曲等が調整される。
【００１９】
投影光学系ＰＬの投影倍率は、例えば、１／５（あるいは１／４）である。そのため、照明光ＩＬによりレチクルＲが均一に照明されると、レチクルＲのパターンの像が、縮小されて、レジストが塗布されたウエハＷ上の被露光領域に投影される。それにより、レチクルＲのパターンの縮小像がウエハＷ上に転写される。
【００２０】
ＸＹステージ２０は、投影光学系ＰＬの図１おける下方（−Ｚ側）に配置され、ベース（不図示）の上面に沿ってＸＹ平面内で自在に移動する。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。
【００２１】
ウエハテーブル１８は、Ｚ・チルトステージとも称され、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。ウエハテーブル１８の上面には、移動鏡２４が固定されている。移動鏡２４の反射面に対向して、レーザ干渉計２６が設けられている。レーザ干渉計２６は、移動鏡２４にレーザビームを照射し、その反射光を受光することにより、ウエハテーブル１８（ＸＹステージ２０）のＸＹ平面内の位置を計測する。なお、実際には、Ｘ軸に直交する反射面を有するＸ移動鏡と、Ｙ軸に直交する反射面を有するＹ移動鏡とが設けられ、これに対応して、Ｘ軸方向に関する位置を計測するＸレーザ干渉計とＹ軸方向に関する位置を計測するＹレーザ干渉計とが設けられている。ただし、図１では、これらが移動鏡２４及びレーザ干渉計２６として図示されている。なお、Ｘレーザ干渉計及びＹレーザ干渉計は測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウエハテーブル１８の回転（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）、Ｘ軸回りの回転（θｘ回転）及びＹ軸回りの回転（θｙ回転））も計測することができる。従って、レーザ干渉計２６は、ウエハテーブル１８の５自由度方向（Ｘ、Ｙ、θｚ、θｙ、及びθｘ方向）の位置情報を計測することができる。
【００２２】
レーザ干渉計２６で計測された位置情報は、主制御装置２８に供給される。主制御装置２８は、その位置情報に基づいて、駆動系２２を介してＸＹステージ２０を制御することにより、ウエハテーブル１８（ウエハＷ）を位置決めする。
【００２３】
また、本実施形態の露光装置１００には、ウエハＷ表面のＺ軸方向の位置及び傾斜を計測するフォーカスセンサＡＦＳが備えられている。フォーカスセンサＡＦＳは、例えば、米国特許第５，５０２，３１１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の計測結果も、主制御装置２８に供給される。主制御装置２８は、その計測結果に基づいて、駆動系２２を介してウエハテーブル１８をＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向に駆動して、投影光学系ＰＬの光軸方向に関するウエハＷの位置及び傾きを制御する。
【００２４】
以上のように、ウエハテーブル１８を駆動することにより、５自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ）方向にウエハＷの位置を制御することができる。なお、残りのθｚ方向（ヨーイング）についてのウエハＷの位置は、レーザ干渉計２６により計測されたウエハテーブル１８のヨーイングに従ってレチクルステージＲＳＴとウエハテーブル１８との少なくとも一方を回転させることによって、制御される。
【００２５】
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。基準板ＦＰの表面には、後述するアライメント系ＡＳのベースライン計測等に用いられる第１基準マーク及びレチクルアライメント用の一対の第２基準マークを含む各種の基準マークが形成されている。
【００２６】
さらに、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としては、例えば画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。アライメント系ＡＳは、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の２次元方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）の位置計測を行うことが可能である。
【００２７】
本実施形態では、主制御装置２８が、アライメント系ＡＳを用いて、ウエハ上の各被露光領域の位置を正確に計測するファインアライメント等を行なう。この他、アライメント系ＡＳとして、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２つの回折光（例えば同次数）を干渉させて検出するアライメントセンサを、単独で、あるいはＦＩＡ系等と組み合わせて用いることも可能である。
【００２８】
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。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。
【００２９】
その他、本実施形態の露光装置１００には、レチクルＲの上方に、一対のレチクルアライメント系（不図示）が設けられている。一対のレチクルアライメント系は、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書等に開示されるように、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマーク又はレチクルステージＲＳＴ上の基準マーク（いずれも不図示）と基準板ＦＰ上の第２基準マークとを同時に観察するＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から成る。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。
【００３０】
制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータなどから成る主制御装置２８を中心に構成されている。
【００３１】
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、図２（Ａ）に示される計測用レチクルＲＴ（以下、レチクルＲＴと略述する）が用いられる。図２（Ａ）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。図２（Ａ）に示されるように、レチクルＲＴは、正方形状のガラス基板４２から成り、そのパターン面には不図示の遮光帯によって規定される正方形（又は長方形）のパターン領域ＰＡが形成され、本例（図２（Ａ）の例）ではクロム等の遮光部材によってそのパターン領域ＰＡのほぼ全面が遮光部となっている。パターン領域ＰＡの中心（ここではレチクルＲＴの中心（レチクルセンタ）に一致）、例えば一辺が２７μｍの正方形の開口パターン（透過領域）ＡＰが形成され、開口パターンＡＰ内に計測用マーク（以下、「マーク」と略述する）ＭＰが形成されている。なお、本例（図２（Ａ）の例）ではパターン領域ＰＡのほぼ全面を遮光部としたが、パターン領域ＰＡを光透過部としても良い。
【００３２】
マークＭＰは密集パターン、例えば図２（Ｂ）に拡大して示されるような菱形マーク（楔マーク）Ｍが５つＸ軸方向に所定ピッチで並んだ周期マークによって構成されている。
【００３３】
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（Ａ）参照）。
【００３４】
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３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。
【００３５】
まず、図３のステップ４０２において、不図示のウエハローダを介してウエハＷＴ（図５参照）をウエハテーブル１８上にロードする。ここで、ウエハＷＴの表面には、ポジ型のレジストが塗布されて感応層が形成されているものとする。
【００３６】
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。
【００３７】
具体的には、不図示のレチクル交換機構を介してレチクルステージＲＳＴ上のレチクルとレチクルＲＴとを交換する。なお、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルが無い場合には、単にレチクルＲＴをロードする。
【００３８】
次いで、前述のレチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂによって、ウエハテーブル１８上に固定された基準板ＦＰの一対の第２基準マーク（不図示）と、レチクルステージＲＳＴ上のレチクル（この場合、レチクル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、レーザ干渉計２６の計測値に基づいてウエハテーブル１８（ＸＹステージ２０）を移動させる。そして、前述のレチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂの検出結果に基づいてレチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置（回転を含む）を調整する。これにより、例えばレチクルＲＴのパターン領域ＰＡ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を介してその視野内でマークＭＰの投影像（パターン像）が生成される位置が、投影光学系ＰＬの光学特性（例えば最良フォーカス位置）を計測すべき評価点となる。なお、その評価点は、実際には複数点あるが、評価点（マークＭＰ）の数は、少なくとも１つあれば良いので、本実施形態では、説明を簡略化するため、投影光学系ＰＬの露光エリアの中心に評価点が１点設定されているものとしている。
【００３９】
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。
【００４０】
このサブルーチンでは、まず、図４のステップ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）を、例えば予め実験又はシミュレーションなどにより求められている露光エネルギ量の最適値に設定する。
【００４１】
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（カウント値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（カウント値ｉ）は、ウエハＷＴの目標フォーカス位置の設定とともに、後述するステップ５０６における露光対象の区画領域ＤＡi（図５及び図６参照）の設定に用いられる。なお、本実施形態では、後述するステップ５０８において、例えば投影光学系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ＺｉをＺ1からΔＺ刻みでＺM（一例としてＭ＝１５とする）まで変化させる（Ｚｉ＝Ｚ１〜Ｚ１５）。
【００４２】
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の位置を変更しながら、マークＭＰをウエハＷＴ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ＡＰnの投影領域内にマークＭＰ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、マーク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の露光エリア内の評価点に対応するウエハＷＴ上の領域（すなわち、評価点対応領域ＤＢ（図５参照））には、１×Ｍ個（ここではＭ＝１５）のマークＭＰが転写されることとなる。
【００４３】
ここで、説明は前後するが、便宜上、後述する露光によって、マークＭＰが転写されるウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢ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、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ＤＡi（ｉ＝１〜Ｍ（例えばＭ＝１５））にマークＭＰがそれぞれ転写され、これらマークＭＰ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ＤＢがウエハＷＴ上に形成される。なお、仮想の区画領域ＤＡｉは、図６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。
【００４４】
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上の評価点対応領域ＤＢの仮想の区画領域ＤＡｉ（ここではＤＡ１（図５参照））にマークＭＰがそれぞれ転写される位置に、ウエハＷＴを位置決めする。
【００４５】
次のステップ５０８では、多点ＡＦ系（９０ａ、９０ｂ）からの計測値をモニタしながらウエハテーブル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。
【００４６】
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となるように、露光量制御を行う。ドーズ量は、照明光ＩＬの強度及び／又は照射時間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、ウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢの区画領域ＤＡ1にマークＭＰを含む開口パターンＡＰが転写される。
【００４７】
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（カウント値ｉ））を確認し、所定の範囲（すなわち目標フォーカス位置Ｚ1から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、カウント値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（本実施形態では、開口パターンＡＰのウエハＷT上の投影像のＸ軸方向寸法とほぼ同一（僅かに短く）に設定されている）の距離だけＸＹ平面内で所定方向（この場合−Ｘ方向）に移動させて、逐次、ウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢの区画領域ＤＡｉにマークＭＰが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上の評価点対応領域ＤＢの区画領域ＤＡｉにマークＭＰを含む開口パターンＡＰを転写する。これにより、ウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢの区画領域ＤＡi（ｉ＝２〜Ｍ）にマークＭＰｎを含む開口パターンＡＰnがそれぞれ転写される。
【００４８】
一方、評価点対応領域ＤＢの区画領域ＤＡM（本実施形態ではＤＡ15）に対する露光が終了し、上記ステップ５１２における判断が肯定されると、本サブルーチンの処理を終了して、図３（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上の評価点対応領域ＤＢには、露光条件（本実施形態では、ウエハＷTのフォーカス位置）が異なるＭ個（ここではＭ＝１５）のマークＭＰ（開口パターンＡＰ）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上にマークＭＰ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、評価点対応領域ＤＢ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。
【００４９】
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。
【００５０】
上記のコータ・デベロッパに対するウエハＷＴの搬送後に、次のステップ４１０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。現像の終了により、ウエハＷＴ上には、マークＭＰの像が各区画領域ＤＡｉに形成された図５に示されるような矩形の評価点対応領域ＤＢのレジスト像が形成される。そして、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には、ウエハＷT上に形成された評価点対応領域ＤＢのレジスト像の一例が示されている。
【００５１】
図７では、評価点対応領域ＤＢ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、後述するアライメント系ＡＳなどによる評価点対応領域ＤＢを含む領域ＡＡの画像取り込みに際して、枠による干渉に起因してパターン部のコントラスト低下が生じるのを防止できる。このため、本実施形態では、前述のステップピッチを、各開口パターンＡＰのウエハＷT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。
【００５２】
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。
【００５３】
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上にロードした後、ステップ４１４の最良フォーカス位置計測のサブルーチンに移行する。
【００５４】
このステップ４１４のサブルーチンでは、まず、図８のステップ６０６において、ウエハＷT上の評価点対応領域ＤＢを含む所定の領域、例えば図９（Ａ）に示される領域ＡＡがアライメント系ＡＳで検出可能となる位置にウエハＷＴを移動させる。この移動、すなわち位置決めは、主制御装置２８により、ウエハＷＴ上の複数箇所のアライメントマークがアライメント系ＡＳを用いて検出され、その検出結果及びその検出時のレーザ干渉計２６の計測値と、評価点対応領域ＤＢのウエハＷＴ上の設計上の位置情報とに基づいて、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が駆動されることで行われる。
【００５５】
次のステップ６０８では、ウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢを含む領域ＡＡ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。アライメント制御装置１６は、撮像対象を撮像素子（ＣＣＤ等）のピクセル単位に分割し、ピクセル毎に対応する撮像対象の濃淡を例えば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、撮像対象の濃度が高くなる（黒に近くなる）につれてピクセルデータの値は小さくなるものとする。この場合、アライメント系ＡＳにより、領域ＡＡを同時に（一括して）撮像可能となっているものとする。ここで、領域ＡＡは、評価点対応領域ＤＢと、該評価点対応領域ＤＢから所定距離以上離れたマークＰＭの像が存在しない（マークＰＭが転写されることがない）評価点対応領域ＤＢと同じ大きさの長方形の領域ＤＤとを含むウエハＷＴ上の矩形領域である。すなわち、領域ＤＤは、マークＰＭの転写の際に照明光ＩＬによってウエハＷＴ表面のレジストが感光されるおそれのないウエハＷＴ上の領域である。
【００５６】
次のステップ６１０では、以下のａ．〜ｅ．の手順で、上で得られた撮像データの処理（画像処理）を行う。
ａ．  まず、主制御装置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ＤＢの外縁を検出する。
ｂ．  次いで、主制御装置２８は、上で検出した評価点対応領域ＤＢの外縁を基に、評価点対応領域ＤＢから所定距離−Ｙ方向に離れた評価点対応領域ＤＢと同一形状の長方形の領域ＤＤ（の位置情報）を求める。
【００５７】
ｃ．  次いで、主制御装置２８は、評価点対応領域ＤＢと領域ＤＤとに接する長方形の領域ＢＢ（図９（Ａ）参照）を求め、該領域ＢＢ内の撮像データを抽出する。
ｄ．  次いで、主制御装置２８は、抽出された撮像データをＸ軸方向に関してＭ等分して、撮像データを区画領域ＤＡiとそれと対をなす参照領域ＤＣi（及び領域ＤＡｉ，ＤＣｉ間の領域）毎のデータ、すなわち、図９（Ａ）中に点線で表されている領域ＤＥｉ毎のデータに分割する。
ｅ．  主制御装置２８は、さらに、領域ＤＥｉ内のピクセルデータをＸ軸方向に関して加算（又は加算平均）して、一次元データ、すなわち領域ＤＥｉ内のＹ位置の関数であるピクセルデータＰi（Ｙ）に変換する。
【００５８】
次のステップ６１２では、以下のｆ．〜ｊ．の手順で、投影光学系ＰＬの最良フォーカス位置を算出する。
【００５９】
図９（Ｂ）には、領域ＤＥｉ内のピクセルデータＰi（Ｙ）の一例が示されている。ピクセルデータＰi（Ｙ）に対し、区画領域ＤＡi内にマークＰＭのレジスト像（レジストパターン）ＰＭ’が形成されていることに由来する信号波形（くぼみ状（又は谷状）の波形）が、区画領域ＤＡiに対応するＹ領域内に現れている。
【００６０】
また、図９（Ｃ）には、区画領域ＤＡiと対をなす参照領域ＤＣi内におけるピクセルデータ（図９（Ｂ）における領域ａ内のピクセルデータ）Ｐi（Ｙ）が拡大して示されている。前述の通り、参照領域ＤＣｉ（ｉ＝１〜Ｍ）として、計測用マーク等、一切の像が形成されていないウエハＷＴ上の領域が選ばれている。従って、参照領域ＤＣi内のピクセルデータＰi（Ｙ）にはノイズのみが含まれている。
ｆ．まず、主制御装置２８は、区画領域ＤＡｉ（ｉ＝１〜Ｍ）にそれぞれ形成されたレジストパターンＰＭ’について、上記のくぼみの幅から、レジストパターンＰＭ’のＹ軸方向に関する長さ（パターン長）ＬＨｉ及び信号の強度（くぼみの深さ）Ｓｉを求める。図１０（Ａ）には、求められたパターン長ＬＨｉが、対応するフォーカス位置Ｚｉに対してプロットされている。なお、例として、４通りの結果が示されている。
ｇ．次いで、主制御装置２８は、参照領域ＤＣi（ｉ＝１〜Ｍ）について、その内部のピクセルデータＰi（Ｙ）のばらつき（標準偏差等）より、ノイズ強度（あるいは単にノイズと呼ぶ）Ｎｉを求める。
ｈ．次いで、主制御装置２８は、対応する信号強度ＳｉとノイズＮｉとのＳ／Ｎ比（単位は〔ｄＢ〕）を、例えば次式（１）に基づいて求める。
【００６１】
Ｓ／Ｎ＝２０・ｌｏｇ１０（Ｓｉ／Ｎｉ）          ……（１）
図１０（Ｂ）には、図１０（Ａ）に示されている４通りのパターン長ＬＨｉに対応するＳ／Ｎ比が、フォーカス位置Ｚｉに対してプロットされている。なお、Ｓ／Ｎ比の算出に際して、区画領域ＤＡｉ（ｉ＝１〜Ｍ）に個別に対応する参照領域ＤＣｉ（ｉ＝１〜Ｍ）について求めたノイズＮｉを用いても良いし、いずれか１つの参照領域ＤＣについてのみ求めたノイズＮを用いても良い。
ｉ．次に、主制御装置２８は、求めたＭ個（例えばＭ＝１５）のＳ／Ｎ比群から、所定の閾値（threshold）（図１０（Ｂ）参照）を超えるＳ／Ｎ比に対応するパターン長ＬＨｉを抽出する。なお、この理由については、後に詳述する。また、Ｓ／Ｎ比に対する閾値は、予め適切な値（例えば２０ｄＢ）に定められているものとする。
【００６２】
図１０（Ｂ）の場合、同図から明らかなように、領域ｂ２内のＳ／Ｎ比が閾値を超えているので、領域ｂ２内のパターン長ＬＨｉの計測結果のみが抽出される（図１０（Ｃ）参照）。
ｊ  次に、主制御装置２８は、上で抽出されたパターン長ＬＨｉが最大となるフォーカス位置（図１０（Ｃ）の場合、最大パターン長ＬＨ８に対するフォーカス位置Ｚ８）、あるいは抽出されたパターン長ＬＨｉを最小自乗法等を利用して曲線近似し、得られる曲線のピーク中心に対応するフォーカス位置から評価点対応領域ＤＢに対応する評価点（投影光学系ＰＬの露光エリア中心（光軸ＡＸｐの位置）における最良フォーカス位置Ｚbestを求める。そして、主制御装置２８は、求めた結果を記憶装置（不図示）に保存する。これにより、図８のステップ６１２の処理（すなわち図３のステップ４１０の処理）を終了して、一連の処理を終了する。
【００６３】
ここで、求めたＭ個のＳ／Ｎ比群から、所定の閾値（threshold）を超えるＳ／Ｎ比に対応するパターン長ＬＨｉを抽出する理由について説明する。
【００６４】
実際の計測結果では、図１０（Ａ）からも明らかなように、最良フォーカス位置Ｚbest（＝Ｚ８）の近傍の領域ｂ２内では、パターン長ＬＨｉのプロット点を結ぶ曲線は、山形の理想的なプロファイルを示す。これに対し、最良フォーカス位置Ｚbest（＝Ｚ８）から離れた領域(デフォーカス領域)ｂ１，ｂ３では、パターン長ＬＨｉのプロット点を結ぶ曲線は不規則な振る舞いを示す。
【００６５】
一方、Ｓ／Ｎ比は、図１０（Ｂ）から明らかなように、プロット点を結ぶ曲線が理想的なプロファイルを示す領域ｂ２内ではパターン長ＬＨｉは、閾値よりも大きい、すなわちノイズＮに対して信号強度Ｓが大きい。従って、領域ｂ２内でのパターン長ＬＨｉの計測結果は十分に信頼できると言える。これに対し、プロット点を結ぶ曲線が不規則な形となる振る舞いを示すデフォーカス領域ｂ１，ｂ３では、Ｓ／Ｎ比は、閾値よりも小さい、すなわちノイズＮに対して信号強度Ｓが小さい。この場合、例えば図９（Ｃ）に示されるようなピクセルデータＰi（Ｙ）から、ノイズに埋もれた信号が検出されることになる。従って、デフォーカス領域ｂ１，ｂ３内でのパターン長ＬＨｉの計測結果は信頼できない。そこで、図１０（Ｂ）に示される、閾値を超えているＳ／Ｎ比に対応する領域ｂ２内のパターン長ＬＨｉの計測結果のみを十分信頼できるものとして、抽出し、その抽出したパターン長ＬＨｉの計測結果のみを用いて、その後の処理をおこなうこととしたものである。
【００６６】
従って、十分信頼できるパターン長ＬＨｉの計測結果のみを抽出できるのであれば、Ｓ／Ｎ比に限らず、ピクセルデータから得られるその他の強度情報を用いても良い。例えば、区画領域ＤＡｉ（ｉ＝１〜Ｍ）についての信号強度Ｓｉのうちの最大強度ＳＭＡＸｐに対し、信号強度Ｓｉが一定の比率以上（例えばＳＭＡＸｐの１／４以上）である場合に、その信号強度Ｓｉに対応するパターン長ＬＨｉは、信頼できる（抽出対象となる）と判断することとしても良い。この場合は、強度情報として信号強度Ｓｉを用いるものである。
【００６７】
なお、本実施形態では、説明の簡略化のため、パターン領域ＰＡの中央のみにマークＭＰが形成されたレチクルＲTを用いてウエハＷＴの露光を行い、現像後のウエハＷＴを試料として、前述の手順により投影光学系ＰＬの露光エリア中心（光軸ＡＸｐの位置）における最良フォーカス位置のみを計測するものとした。しかし、これに限らず、パターン領域ＰＡの中央のみでなく、パターン領域内の複数の異なる位置に計測用マークが形成されたレチクルを用いて、ウエハの露光を行い、現像後のそのウエハを試料として、前述と同様の手順により、投影光学系ＰＬの露光エリア内の複数の評価点（各計測マークのパターン領域内の位置に対応）における最良フォーカス位置を求めることも可能である。この場合、その複数の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の像面湾曲を算出する。また、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。また、計測用マークとして、周期方向が直交する１組の周期マークを有するレチクルを用いて、ウエハの露光を行い、そのウエハを現像後に得られる周期方向が直交する１組のレジスト像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。
【００６８】
主制御装置２８は、上述のようにして求めた最良フォーカス位置を少なくとも含む投影光学系ＰＬの光学特性に基づいて、結像特性補正コントローラ（不図示）を介して特定のレンズエレメントを制御して、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ステップ・アンド・リピート方式でウエハ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・レベリング制御（ウエハＷのＺ位置及び傾斜の設定）を行うことにより、デフォーカスによる露光不良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ＡＦＳを最良フォーカス位置を基準として較正しても良い。
【００６９】
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る露光装置１００で行われる光学特性計測方法によると、マークＭＰが転写された現像後のウエハＷＴの撮像信号から求められた複数の区画領域ＤＡｉそれぞれに転写されたマークＭＰの転写像（レジストパターン）ＭＰ’のパターン長ＬＨｉ（サイズ）と、対応する区画領域ＤＡｉの撮像信号の強度に関する情報の一種であるＳ／Ｎ比とに基づいて、投影光学系ＰＬの光学特性が求められる。ここで、撮像信号の強度の大小に、対応するマークの転写像のサイズの計測結果の信頼性の高低が対応する。
【００７０】
本実施形態では、具体的には、Ｓ／Ｎ比が高い（信頼性の高い）マークＭＰの転写像（レジストパターン）ＭＰ’のパターン長のみが抽出され（信頼性の低いマークＭＰの転写像（レジストパターン）のパターン長が対象外とされ）、抽出されたパターン長に基づいて、従来のＳＭＰ計測又はＣＤフォーカス法と同様の原理で、投影光学系ＰＬの視野内の少なくとも１つの評価点における最良フォーカス位置が、露光装置１００（主制御装置２８）によって自動計測され、さらにはその最良フォーカス位置の計測結果に基づいて像面湾曲等の光学特性が算出される。従って、マーク転写領域の撮像信号の強度情報を考慮しない場合に比べて、より確実にかつ精度良く光学特性を求めることが可能となる。
【００７１】
また、本実施形態に係る露光装置１００によると、上述した光学特性計測方法により投影光学系ＰＬの最良フォーカス位置（及び他の光学特性）が計測され、その計測結果を考慮して投影光学系ＰＬの光学特性及びウエハＷのフォーカス位置の少なくとも一方が調整され、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われ、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写される。これにより、ウエハＷの高精度な露光（パターン形成）が可能となる。
【００７２】
なお、上記実施形態では、Ｓ／Ｎ比の大小に応じて、信頼性の高いマークＭＰの転写像（レジストパターン）のパターン長のみが抽出される場合について説明したが、これに限らず、撮像信号の強度に関する情報、例えばＳ／Ｎ比に応じて複数の区画領域ＤＡｉそれぞれに転写されたマークＭＰの転写像のサイズに重み付けをすることとしても良い。この場合、Ｓ／Ｎ比が閾値より小さい場合、これに対応するサイズに、Ｓ／Ｎ比が閾値より大きくなる場合の重みの１／１００程度の重みを設定して、重み付けをすることとしても良い。このようにすると、重み付け後のサイズを用いて上記実施形態と同様にして、投影光学系の最良フォーカス位置を求めることで、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００７３】
また、上記実施形態では、２次元ピクセルデータを変換して求められる１次元データＰi（Ｙ）から得られるＳ／Ｎ比を用いて、信頼性の高いレジストパターンＭＰ’のパターン長ＬＨｉを抽出する場合について説明したが、これに限らず、例えば、２次元ピクセルデータを変換しないでそのまま用いる場合、区画領域ＤＡｉと参照領域ＤＣiとの内部ピクセルデータのコントラスト比を、Ｓ／Ｎ比に代えて、区画領域ＤＡｉの撮像信号の強度に関する情報として用いても良い。
【００７４】
なお、上記実施形態の露光装置１００において、マークＭＰのパターンが転写されるウエハＷＴの表面に反射防止膜（ＡＲＣ：Antireflection Coating）、例えばＢＡＲＣ（Bottom ARC）が形成されることがあるが、ＢＡＲＣの有無によって、アライメント系ＡＳによるレジスト像の撮像時の反射光強度が異なる。そこで、ＢＡＲＣの有無に応じて、前述のＳ／Ｎ比の閾値、信号強度Ｓｉの一定の比率、あるいはコントラスト比の閾値を変更する、具体的にはＢＡＲＣの有る場合には、ＢＡＲＣが無い場合に比べて反射光強度が低くなるので、閾値又は比率を下げることが望ましい。なお、Ｓ／Ｎ比の閾値を変更する代わりに、ＢＡＲＣの有無に応じて、前述の式（１）中の対数の係数（２０）を変更しても良い。
【００７５】
また、ＢＡＲＣの有無に代えて、あるいは加えて、マークＭＰを構成するラインパターンの最小線幅に応じて、上述の閾値又は比率を調整することとしても良い。
【００７６】
なお、上記実施形態では、前述した領域ＡＡの全体を同時に撮像するものとしたが、例えば領域ＡＡ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、例えば領域ＡＡの全体をアライメント系ＡＳの検出領域内に設定し、領域ＡＡの複数の部分を異なるタイミングで撮像しても良いし、あるいは領域ＡＡ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。例えば、区画領域ＤＡｉと個別に対応して設けられた参照領域ＤＣｉとを含む領域ＤＥｉについて、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。ただし、参照領域（すなわちマークが転写されることがない物体上の第２領域）は、少なくとも１つあれば良い。この場合、Ｍ個の区画領域ＤＡｉについての撮像信号（ピクセルデータ）と、その１つの参照領域についての撮像信号（ピクセルデータ）とを用いて、上記実施形態と同様にして、投影光学系の最良フォーカス位置を求めることができる。
【００７７】
さらに、上記実施形態では、評価点対応領域ＤＢを構成する複数の区画領域ＤＡ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。
【００７８】
なお、上記実施形態では、説明の簡略化のため、菱形マーク（楔マーク）のレジスト像を通常の露光によってウエハＷＴ上に形成する場合について例示したが、これに限らず、例えば特開２００２−１６９２６６号公報などに開示されるように、レチクル上で所定の軸（例えばＹ軸）に対して、対称に所定角度傾斜した一組のラインアンドスペースパターンを用いた二重露光により菱形マーク（楔マーク）のレジスト像を形成しても良いし、あるいは例えば特開２００４−０２９３７２号公報などに開示されるように、レチクル上で所定の軸（例えばＹ軸）に対して、対称な一組のくの字状のパターンを用いた二重露光により菱形マーク（楔マーク）のレジスト像を形成しても良い。これらの場合には、その菱形マーク（楔マーク）のレジスト像の尖った先端部分にレジストの不具合が発生するのを効果的に抑制することができる。
【００７９】
また、上記実施形態では、密集パターンに限らず、孤立パターンから成るマークを計測用マークとして用いることもできる。なお、計測用マークとして周期パターンを用いる場合、その周期方向は任意で良い。
【００８０】
また、上記実施形態では、ポジ型だけでなくネガ型のレジストを用いて感応層をウエハ上に形成しても良い。ただし、レジストの種類によって、上述の一次元信号（ピクセルデータ）の信号波形が異なることがある。上記実施形態では、くぼみ（谷形）が一次元信号の信号波形中に現れたが、これに代わって山形が現れることもある。また、でこぼこを伴うくぼみ（谷形）あるいは山形が現れることもある。状況に応じて、適宜、パターン長と信号強度を定義することが望ましい。
【００８１】
なお、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸｐ方向（Ｚ軸方向）に関するウエハＷＴの位置を段階的に変更し、レチクルＲＴのマークＭＰを、投影光学系ＰＬを介してウエハＷＴ上の異なる箇所に順次転写する場合について説明したが、これに限らず、ウエハＷＴのＺ位置に加えて、例えば露光ドーズ量（単位面積当たりの照明光ＩＬの照射量）などの他の露光条件を、段階的に変更することとしても良い。
【００８２】
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応層は、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。
【００８３】
また、上記実施形態ではレーザ干渉計２６を用いてＸＹステージ２０（ウエハテーブル１８）の位置情報を計測するものとしたが、これに限らず、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書などに開示されるように、ウエハテーブルの上面に設けられるスケール（回折格子）を検出するエンコーダシステム、あるいは例えば米国特許出願公開第２００６／０２２７３０９号明細書などに開示されているように、ウエハテーブルにエンコーダヘッドが設けられ、かつウエハテーブルの上方にこれに対向して一次元又は二次元の格子（例えば回折格子）が形成されたスケールが配置されるエンコーダシステムを用いて、ＸＹステージ２０（ウエハテーブル１８）の位置情報を計測することとしても良い。この場合、干渉計システムとエンコーダシステムの両方を備えるハイブリッドシステムとし、干渉計システムの計測結果を用いてエンコーダシステムの計測結果の較正（キャリブレーション）を行うことが好ましい。また、干渉計システムとエンコーダシステムとを切り替えて用いる、あるいはその両方を用いて、ＸＹステージ２０（ウエハテーブル１８）の位置制御を行うようにしても良い。
【００８４】
さらに、上記実施形態では、ステッパに本発明が適用された場合について説明したが、スキャナ等の走査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。なお、スキャナ等の場合、走査露光によってマークＭＰをウエハ上に転写することとしても良い。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。
【００８５】
また、上述の実施形態では、本発明が、液体（水）を介さずにウエハの露光を行うドライタイプの露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、例えば国際公開第９９／４９５０４号、欧州特許出願公開第１,４２０,２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置にも本発明を適用することができる。また、例えば米国特許出願公開第２００８／０８８４３号明細書に開示される液浸露光装置などにも、本発明を適用することができる。
【００８６】
さらに、本発明が適用される露光装置の光源は、紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）を出力する超高圧水銀ランプに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、Ｆ2レーザ（波長１５７ｎｍ）、あるいは他の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。
【００８７】
また、投影光学系は、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれでも良いし、縮小系、等倍系、及び拡大系のいずれでも良い。
【００８８】
また、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。
【００８９】
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンの像をウエハに生成するステップ、そのウエハを現像するステップ、現像後のウエハにエッチングを施すステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
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、本発明の露光方法は、物体上にパターンを形成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。
【符号の説明】
【００９１】
２８…主制御装置、１００…露光装置、ＡＳ…アライメント系、ＰＬ…投影光学系、ＰＭ…マーク、Ｗ…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８】
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【図１０】
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【図７】
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【図９】
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