(57)【要約】  ウエハ上に形成された所定間隔の複数本のラインパターンを含むパターン領域を撮像し、該撮像結果に基づいて前記パターン領域の画像のコントラスト値を算出し（ステップＳ８）、算出されたコントラスト値を、既知の換算情報に基づいてラインパターンの線幅に換算する（ステップＳ９）。このため、ＳＥＭなどを用いることなく、分解能の低い顕微鏡、例えば露光装置の結像式アライメントセンサ等を用いて上記パターン領域を撮像しても、ラインパターンの線幅を高精度に計測することが可能になる。従って、低コストで、かつ高スループットの線幅計測が可能になる。
2008038751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上に形成されたパターンの線幅を計測する線幅計測方法であって、
物体上に形成されたパターンを含むパターン領域を撮像し、該撮像結果に基づいて前記パターン領域の画像の明暗情報を取得する取得工程と；
取得した前記明暗情報を、既知の換算情報に基づいて前記パターンの線幅に換算する換算工程と；を含む線幅計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載の線幅計測方法において、
前記取得工程に先立って、前記換算情報を求める工程をさらに含む線幅計測方法。
【請求項３】
請求項２に記載の線幅計測方法において、
前記換算工程では、計測用の物体上の異なる位置にそれぞれ形成された複数の前記パターン領域をそれぞれ撮像するとともに、前記撮像の対象とされた少なくとも１つのパターン領域に含まれるパターンの線幅を線幅計測装置を用いて計測し、前記線幅の計測結果と前記撮像の結果から得られる前記各パターン領域の明暗情報とに基づいて、前記換算情報を求める線幅計測方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の線幅計測方法において、
前記換算情報は、前記明暗情報を独立変数とし、前記線幅を従属変数とする関数である線幅計測方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の線幅計測方法において、
前記明暗情報は、前記各パターン領域の画像のコントラスト値を含む線幅計測方法。
【請求項６】
請求項５に記載の線幅計測方法において、
前記コントラスト値は、前記各パターン領域についての各画素の輝度値の所定の基準値に対する偏差を含む所定の統計量で表される線幅計測方法。
【請求項７】
請求項６に記載の線幅計測方法において、
前記所定の基準値は、前記物体上の前記パターンが存在しない領域の輝度値の平均値である線幅計測方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の線幅計測方法において、
前記所定の統計量は、前記各画素の輝度値の分散及び標準偏差の少なくとも一方である線幅計測方法。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の線幅計測方法において、
前記明暗情報は、前記各パターン領域におけるパターンが存在する領域と存在しない領域との画素の輝度値の比を含む線幅計測方法。
【請求項１０】
物体上に形成されたパターンの線幅を計測する線幅計測方法であって、
物体上に形成されたパターンを含むパターン領域を第１計測装置で検出して、前記パターン領域の明暗情報を取得し、
前記第１計測装置と異なる第２計測装置を用いて求められる換算情報と、前記明暗情報とに基づいて、前記パターンの線幅を決定することを含む線幅計測方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の線幅計測方法において、
前記第１計測装置はその解像度が前記パターンの線幅よりも低い線幅計測方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の線幅計測方法において、
前記第１計測装置は撮像方式で前記パターン領域を検出する線幅計測方法。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の線幅計測方法において、
前記第２計測装置はその解像度が前記パターンの線幅よりも高い線幅計測方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の線幅計測方法において、
前記第２計測装置は電子顕微鏡を含む線幅計測方法。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の線幅計測方法において、
前記換算情報は、線幅が異なる複数のパターンをそれぞれ前記第１及び第２計測装置で検出し、前記第１計測装置から得られる明暗情報と、前記第２計測装置から得られる線幅情報とに基づいて決定される線幅計測方法。
【請求項１６】
請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の線幅計測方法において、
前記明暗情報は、前記パターン領域のコントラスト情報を含む線幅計測方法。
【請求項１７】
請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の線幅計測方法において、
前記明暗情報は、前記パターン領域におけるパターンが存在する領域と存在しない領域との強度の差に関連する情報を含む線幅計測方法。
【請求項１８】
光学系を介してエネルギビームで物体を露光し、前記物体上にパターンの像を形成する工程と；
前記物体上に形成された前記パターンの像の線幅を、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の線幅計測方法によって計測する工程と；
前記計測結果に基づいて、前記パターンの像の形成状態を検出する工程と；
を含む像形成状態検出方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の像形成状態検出方法において、
前記パターンは、所定間隔の複数本のラインパターンを含む像形成状態検出方法。
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載の像形成状態検出方法により物体上に形成されたパターンの像の形成状態を検出する工程と；
前記検出結果に基づいて光学系を調整する工程と；を含む調整方法。
【請求項２１】
光学系を介してエネルギビームで物体を露光し、前記物体上にパターンの像を形成する露光方法であって、
請求項１８又は１９に記載の像形成状態検出方法を用いて前記物体上の複数個所に形成されたパターンの像の形成状態を検出する工程と；
前記検出結果に基づいて、前記露光の際の前記パターンの像の形成状態を調整する工程と；を含む露光方法。
【請求項２２】
光学系を介してエネルギビームで物体を露光し、前記物体上にパターンの像を形成する露光方法であって、
物体上に形成されたパターンの像の線幅を、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の線幅計測方法によって計測する工程と；
前記計測結果に基づいて、前記露光の際の前記パターンの像の形成状態を調整する工程と；を含む露光方法。
【請求項２３】
請求項２１又は２２に記載の露光方法において、
前記像の形成状態の調整は、前記光学系の光学性能を調整することで行われる露光方法。
【請求項２４】
請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の露光方法において、
前記像の形成状態の調整は、前記物体上に照射される前記エネルギビームの積算エネルギ量を調整することで行われる露光方法。
【請求項２５】
請求項２１〜２４のいずれか一項に記載の露光方法において、
前記露光は、前記パターンが形成されたマスクと前記物体とを同期して、前記エネルギビームに対して走査することで行われ、
前記像の形成状態の調整は、前記マスクと前記物体との同期状態の調整で行われる露光方法。
【請求項２６】
物体をエネルギビームで露光し、前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、
前記露光によって物体上に形成されたパターンの線幅を、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の線幅計測方法で計測し、
前記計測された線幅に基づいて前記物体の露光条件を決定することを含む露光方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の露光方法において、
前記線幅が計測されるパターンは計測用の物体に形成され、前記決定された露光条件のもとでデバイス製造用の物体にパターンを形成する露光方法。
【請求項２８】
請求項２１〜２７のいずれか一項に記載の露光方法を用いて物体上にデバイスパターンを形成するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。
【請求項２９】
物体をエネルギビームで露光する工程と、前記露光された物体を処理する工程とを含むデバイス製造方法であって、
前記露光によって物体上に形成されたパターンの線幅を、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の線幅計測方法で計測し、
前記計測された線幅に基づいて、前記露光工程及び／又は前記処理工程における前記物体の処理条件を決定するこ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、線幅計測方法、像形成状態検出方法、調整方法、露光方法及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、物体上に形成されたパターンの線幅を計測する線幅計測方法、物体上に光学系を介して形成されたパターンの線幅を、前記線幅計測方法を用いて計測した計測結果に基づいてそのパターンを含むパターンの像の形成状態を検出する像形成状態検出方法、該像形成状態検出方法による検出結果に基づいて光学系を調整する調整方法、前記像形成状態検出方法を用いて物体上に形成されたパターンの像の形成状態を検出した結果に基づいて、露光の際のデバイスパターンの像の形成状態を調整する露光方法、及び該露光方法を利用したデバイスの製造方法に関する。
【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、あるいはスキャニング・ステッパなどの投影露光装置には、より微細な回路パターンの像をウエハ等の物体上に高精度に形成できること（すなわち解像度の向上）とともに、ショット間線幅均一性及び／又はショット内線幅均一性の向上などが要求されるようになってきた。ショット間線幅均一性とは、ウエハ上の複数のショット領域に形成される同一パターン同士の線幅の均一性を意味し、ショット内線幅均一性とは、同一ショット領域内に分布する複数の同一パターン同士の線幅の均一性を意味する。【０００３】
ショット間線幅均一性、ショット内線幅均一性の向上を実現するためには、パターン又はパターン像（レジスト像など）の線幅、ひいてはパターン像の形成状態を高精度かつ高速に計測できること、及び該計測結果に基づいて露光条件の決定、ひいては露光装置の調整、例えば光学系の光学特性の調整などができることが重要である。【０００４】
従来から用いられている、パターン像の線幅の計測方法としては、例えばウエハ上に形成されたパターン像（例えばレジスト像）の線幅値を測長用の走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope:ＳＥＭ）（以下、単に「ＳＥＭ」と言う）で直接計測する方法、加工後のパターン抵抗値から寸法値を求めるＥＣＤと呼ばれる電気的寸法計測手法（例えば、特許文献１参照）、及びウエハ表面からの散乱光（回折光）を解析して繰り返しパターンの断面形状（線幅、高さ、テーパー角等）を得るScatterometry技術を利用した光学式ＣＤ（ＯＣＤ）測定などがある。ＯＣＤ測定では、ラインアンドスペースの周期構造を持つ１次元格子状パターンに入射光を当て、その回折光の波長特性や入射角特性を解析することによりパターン形状を得るが、測定情報（例えば格子状パターンからの回折光の干渉によって生じた干渉縞のスペクトル情報など）から直接パターン形状（例えば線幅）を得ることは困難なため、ライブラリ方式が多く用いられる。ライブラリ方式ではシミュレーションにより、取りうる形状での回折光の理論値を予め求めておき、測定値とのパターンマッチングにより測定対象の線幅を同定する。【０００５】
しかしながら、ＳＥＭでレジスト像の線幅を直接計測する手法では、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。また、ＳＥＭでは、真空中で計測が行われるため、その試料室に対するウエハの出し入れの時間も必要であった。従って、パターン像の線幅計測を、常にＳＥＭで行うことは現実的な選択とは言えない。【０００６】
また、前述の電気的寸法計測手法では、高速な計測が可能であるが、高価な特殊ウエハを用いる必要があるとともに、ウエハのエッチングのための装置が必要になるなどにより、ランニングコストが高かった。【０００７】
また、上述のＯＣＤでは、ライブラリ方式が採用されるため、ライブラリの内部モデルの刻み幅でしか形状を測定（同定）できないため、分解能をあげるためには膨大な数の内部モデルとスペクトル分布（回折光強度分布）のシミュレーションが必要となる。また、ライブラリ方式のＯＣＤでは測定された回折光強度分布と最もよく一致するシミュレーション結果をライブラリから探索し、そのモデルが持つ形状で測定ウエハ上のパターン形状を同定する。従って、高精度な計測を行う場合には、ライブラリとして持つモデルの数を多くしなければならず、そのための準備に多大な時間を要するとともに、計測時間がモデルの数の増加に比例して長くなり、スループットが低下する。【０００８】
【特許文献１】米国特許第４，９０８，６５６号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、第１の観点からすると、物体上に形成されたパターンの線幅を計測する線幅計測方法であって、物体上に形成されたパターンを含むパターン領域を撮像し、該撮像結果に基づいて前記パターン領域の画像の明暗情報を取得する取得工程と；取得した前記明暗情報を、既知の換算情報に基づいて前記パターンの線幅に換算する換算工程と；を含む第１の線幅計測方法である。【００１０】
これによれば、物体上に形成されたパターンを含むパターン領域を撮像し、該撮像結果に基づいて前記パターン領域の画像の明暗情報を取得し、取得した明暗情報を、既知の換算情報に基づいてパターンの線幅に換算する。このため、ＳＥＭなどを用いることなく、分解能の低い顕微鏡、例えば露光装置の結像式アライメントセンサ等を用いて上記パターン領域を撮像しても、パターンの線幅を高精度に計測することが可能になる。従って、低コストで、かつ高スループットの線幅計測が可能になる。【００１１】
本発明は、第２の観点からすると、物体上に形成されたパターンの線幅を計測する線幅計測方法であって、物体上に形成されたパターンを含むパターン領域を第１計測装置で検出して、前記パターン領域の明暗情報を取得し、前記第１計測装置と異なる第２計測装置を用いて求められる換算情報と、前記明暗情報とに基づいて、前記パターンの線幅を決定することを含む第２の線幅計測方法である。【００１２】
これによれば、換算情報を予め求め、線幅の計測に際しては、第１計測装置として、ＳＥＭなど高分解能な装置ではなく、分解能の低い装置を用いて、物体上に形成されたパターンを含むパターン領域の明暗情報を取得する。これにより、パターンの線幅を精度良く決定することができる。従って、低コストで、かつ高スループットの線幅計測が可能になる。【００１３】
本発明は、第３の観点からすると、光学系を介してエネルギビームで物体を露光し、前記物体上にパターンの像を形成する工程と；前記物体上に形成された前記パターンの像の線幅を、本発明の第１、第２の線幅計測方法のいずれかによって計測する工程と；前記計測結果に基づいて、前記パターンの像の形成状態を検出する工程と；を含む像形成状態検出方法である。【００１４】
これによれば、光学系を介してエネルギビームで物体を露光し、物体上にパターンの像を形成し、前記物体上に形成されたラインパターンの線幅を、本発明の第１、第２の線幅計測方法のいずれかによって低コストで、かつ高スループットで計測し、その線幅の計測結果に基づいて、前記パターンの像の形成状態を検出する。このため、ランニングコストを抑制した状態で、短時間で精度良くパターンの像の形成状態を検出することが可能になる。【００１５】
本発明は、第４の観点からすると、本発明の像形成状態検出方法により物体上に形成されたパターンの像の形成状態を検出する工程と；前記検出結果に基づいて光学系を調整する工程と；を含む調整方法である。【００１６】
これによれば、本発明の像形成状態検出方法により、ランニングコストを抑制した状態で、短時間で精度良く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光学系を調整する。このため、低コスト、かつ短時間での光学系の高精度な調整が可能になる。【００１７】
本発明は、第５の観点からすると、光学系を介してエネルギビームで物体を露光し、前記物体上にパターンの像を形成する露光方法であって、本発明の像形成状態検出方法を用いて前記物体上の複数個所に形成されたパターンの像の形成状態を検出する工程と；前記検出結果に基づいて、前記露光の際の前記パターンの像の形成状態を調整する工程と；を含む第１の露光方法である。【００１８】
これによれば、本発明の像形成状態検出方法を用いて物体上の複数個所に形成されたパターンの像の形成状態をランニングコストを抑制した状態で、短時間で精度良く検出し、その検出結果に基づいて、露光の際のデバイスパターンの像の形成状態を調整する。従って、物体上への高精度なパターン像の生成、すなわち高精度な露光が実現される。【００１９】
本発明は、第６の観点からすると、光学系を介してエネルギビームで物体を露光し、前記物体上にパターンの像を形成する露光方法であって、物体上に形成されたパターンの像の線幅を、本発明の第１、第２の線幅計測方法のいずれかによって計測する工程と；前記計測結果に基づいて、前記露光の際の前記パターンの像の形成状態を調整する工程と；を含む第２の露光方法である。【００２０】
これによれば、物体上に形成されたパターンの像の線幅を、本発明の第１、第２の線幅計測方法のいずれかによって、低コストで、かつ高スループットで計測し、その計測結果に基づいて、露光の際のパターンの像の形成状態を調整する。従って、物体上への高精度なパターン像の生成、すなわち高精度な露光が実現される。【００２１】
本発明は、第７の観点からすると、物体をエネルギビームで露光し、前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、前記露光によって物体上に形成されたパターンの線幅を、本発明の第１、第２の線幅計測方法のいずれかで計測し、その計測された線幅に基づいて前記物体の露光条件を決定することを含む第３の露光方法である。【００２２】
これによれば、露光によって物体上に形成されたパターンの線幅を、本発明の第１、第２の線幅計測方法のいずれかによって、低コストで、かつ高スループットで計測し、その計測された線幅に基づいて物体の露光条件を決定する。従って、物体の高精度な露光が実現される。【００２３】
リソグラフィ工程において、本発明の第１ないし第３の露光方法のいずれかにより物体を露光することで、マイクロデバイスの生産性（歩留りを含む）を向上させることができる。従って、本発明は、第８の観点からすると、本発明の第１及び第２の露光方法のいずれかにより物体を露光するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であるとも言える。【００２４】
本発明は、第９の観点からすると、物体をエネルギビームで露光する工程と、前記露光された物体を処理する工程とを含むデバイス製造方法であって、前記露光によって物体上に形成されたパターンの線幅を、本発明の第１、第２の線幅計測方法のいずれかで計測し、前記計測された線幅に基づいて、前記露光工程及び／又は前記処理工程における前記物体の処理条件を決定することを含むデバイス製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】計測用のレチクルの一例を示す図である。
【図３】計測用パターンＭＰnの構成を示す図である。
【図４】パターンの線幅の計測に用いる基礎データを取得するための動作、及びその後に行われる所定枚数のウエハに対するデバイスパターンの転写動作の流れについて示すフローチャートである。
【図５】線幅計測の試料の作成に関する、露光装置の主制御装置内部のＣＰＵの処理アルゴリズムに対応するフローチャートである。
【図６】パターン像のコントラスト計測に関する、露光装置の主制御装置内部のＣＰＵの処理アルゴリズムに対応するフローチャートである。
【図７】図６のステップ２３２のコントラスト情報を取得するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図８】複数のショット領域に計測用のレチクルのパターンの転写像が形成された計測用ウエハを示す図である。
【図９】計測用ウエハを現像後に各ショット領域ＳＡiにそれぞれ形成されたレジスト像ＭＰi,n’（ｉ＝１〜１５）の一例を示す図である。
【図１０】横軸を線幅、縦軸をコントラスト値とする直交座標系上に、ＳＥＭから送られてきたそれぞれのレジスト像における所定の計測マーク領域のラインパターンの線幅の加算平均値を横座標とし、対応する計測マーク領域のコントラスト値の加算平均値を縦座標とする点をプロットし、隣接するプロット点同士を結んだ折れ線グラフと、該折れ線グラフの近似直線とを示す図である。
【図１１】パイロットウエハ（又は第１枚目のウエハ）Ｗのショット領域ＳＡ1〜ＳＡ21にはデバイスパターンのレジスト像が形成された状態を示す図である。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、それぞれ、変形例に係るウエハ上に形成されたパターン領域（レジスト像）の画像の明暗情報を説明するための図であって、計測パターンのレジスト像及び該レジスト像をアライメント検出系で撮像した際の信号波形を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。【００２７】
図１には、一実施形態に係る露光装置１００の概略的な構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））である。以下においては、後述の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸｐと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。【００２８】
この露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像を感光剤（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。【００２９】
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、及びレチクルブラインド等（いずれも不図示）を含み、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。【００３０】
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、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における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。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を介して外部のレーザ干渉計１４によって計測され、このレーザ干渉計１４の計測値が主制御装置２８に供給されている。【００３１】
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軸方向と平行な光軸ＡＸｐに沿って配置される複数枚、例えば１０〜２０枚程度の屈折光学素子（レンズ素子）１３のみから成る屈折系が用いられている。この投影光学系ＰＬを構成する複数枚のレンズ素子１３のうち、物体面側（レチクルＲ側）の複数枚（ここでは、説明を簡略化するために４枚とする）のレンズ素子１３1，１３2，１３3，１３4は、結像特性補正コントローラ４８によって外部から駆動可能な可動レンズとなっている。レンズ素子１３1〜１３4は、不図示の二重構造のレンズホルダをそれぞれ介して鏡筒に保持されている。これらレンズ素子１３1〜１３4は、内側レンズホルダにそれぞれ保持され、これらの内側レンズホルダが不図示の駆動素子（アクチュエータ）、例えばピエゾ素子などにより重力方向に関して３点で外側レンズホルダに対して支持されている。そして、これらの駆動素子に対する印加電圧を独立して調整することにより、レンズ素子１３1〜１３4のそれぞれをＺ軸方向にシフト駆動、及びＸＹ平面に対する傾斜方向（すなわち、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））に駆動可能（チルト可能）な構成となっている。【００３２】
その他のレンズ素子１３は、通常のレンズホルダを介して鏡筒に保持されている。なお、レンズ素子１３1〜１３4に限らず、投影光学系ＰＬの瞳面近傍、又は像面側に配置されるレンズ素子、あるいは投影光学系ＰＬの収差、特にその非回転対称成分を補正する収差補正板（光学プレート）などを駆動可能に構成しても良い。更に、それらの駆動可能な光学素子の自由度（移動可能な方向）は３つに限られるものではなく１つ、２つあるいは４つ以上でも良い。【００３３】
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（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４８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、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。【００３４】
ウエハステージＷＳＴは、ＸＹ平面内で移動する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とを含む。このウエハテーブル１８上に不図示のウエハホルダを介してウエハＷが例えば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）が投射され、その移動鏡２４から反射光に基づいてウエハテーブル１８の位置情報が計測される。本実施形態では、レーザ干渉計２６によって５自由度方向の位置情報、すなわちＸ軸及びＹ軸方向の位置と、θｘ、θｙ及びθｚ方向の回転情報（ピッチング、ローリング、及びヨーイング）とを計測するが、Ｚ軸方向の位置情報をも計測可能として良い。この場合、後述のフォーカスセンサＡＦＳを設けない、あるいは露光位置とは別の位置に配置しても良い。なお、移動鏡２４に代えてウエハテーブル１８の端面を鏡面加工して反射面を形成しても良い。【００３５】
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を介してウエハステージＷＳＴ、すなわちＸＹステージ２０及びウエハテーブル１８の位置を制御する。【００３６】
また、ウエハＷ表面のＺ軸方向の位置及び傾斜量は、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応米国特許第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。これにより、ウエハテーブル１８のＺ軸方向の位置も制御される。【００３７】
また、ウエハテーブル１８上には、その表面がウエハＷの表面と同じ高さになるような基準板ＦＰが固定されている。この基準板ＦＰの表面には、次に述べるアライメント検出系ＡＳのベースライン計測等に用いられる基準マークなどが形成されている。【００３８】
前記投影ユニットＰＵとは別に、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検出系ＡＳが設けられている。このアライメント検出系ＡＳとしては、一例としてハロゲンランプ等のブロードバンド（広帯域）光でマークを照明し、このマーク画像を画像処理することによってマーク位置を計測する画像処理方式のアライメントセンサが用いられる。このアライメントセンサはいわゆるＦＩＡ（Field Image Alignment）系とも呼ばれる。【００３９】
アライメント検出系ＡＳの出力信号ＤＳは、不図示の信号処理系を介してデジタル化されて主制御装置２８に供給される。これについては、さらに後述する。【００４０】
さらに、本実施形態の露光装置１００では、図示が省略されているが、レチクルＲの上方に、レチクルアライメント検出系として、例えば特開平７−１７６４６８号公報（対応米国特許第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）方式のアライメント系が一対設けられ、該レチクルアライメント検出系の検出信号は、主制御装置２８に供給される。【００４１】
前記制御系は、図１中、主制御装置２８によって主に構成される。主制御装置２８は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなるいわゆるワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等から構成され、前述した種々の制御動作を行う他、装置全体を統括して制御する。【００４２】
なお、露光装置１００の上記構成各部のうち、照明系ＩＯＰの光源を含む一部と主制御装置２８とを除く各構成部分は、不図示のチャンバの内部に収容されており、そのチャンバには、不図示のコータ・デベロッパ（以下、「Ｃ／Ｄ」と言う）がインラインにて接続されている。このＣ／Ｄは、ウエハに対するレジストの塗布を行うコータ（レジスト塗布）部、露光後のウエハを現像するデベロッパ（現像）部、並びに塗布制御装置及び現像制御装置を含み、塗布制御装置、現像制御装置により、ウエハに対するレジスト塗布動作、現像動作がそれぞれ制御される。【００４３】
また、露光装置１００の主制御装置２８は、荷電粒子線走査型の計測装置の一種である測長ＳＥＭを含んで構成されるＳＥＭシステム８０に通信路を介して接続されている。このＳＥＭシステム８０は、簡単に説明すると、例えば１０-5Ｐａ以上に保たれた電子ビーム鏡筒内で電磁界レンズにより一次ビームを収束して測長パターン上を照射し、照射面から放出される２次電子及び反射電子を捕集して、そのライン・プロファイルから測長パターン・エッジを検出してパターン寸法を計測するシステムである。【００４４】
ＳＥＭシステム８０は、一例としてａ）ＳＥＭ部、ｂ）ＴＦＥ（Thermal Field Emission）高圧電源、集束レンズ及び対物レンズ電源、走査用偏向電源、Ｚセンサ制御系、２次電子検出器を統合するＳＥＭ制御系、ｃ）ウエハ搬送、レーザ干渉計を搭載してステージ駆動を管理するステージ制御系、ｄ）２次電子信号と偏向信号を同期させて画像信号に転送する信号変換器、ｅ）画像処理系（表示装置を含む）、ｆ）システム全体を統括的に制御するメインコンピュータなどを含んでいる。【００４５】
本実施形態では、ＳＥＭシステム８０のメインコンピュータが、通信路を介して露光装置１００の主制御装置２８に接続されている。【００４６】
次に、本実施形態において、パターンの線幅の計測に用いる基礎データを取得するために用いられる計測用のレチクルの一例について説明する。【００４７】
図２には、計測用のレチクル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パターン領域ＰＡが形成され、本例ではクロム等の遮光部材によってそのパターン領域ＰＡのほぼ全面が遮光部となっている。パターン領域ＰＡは、Ｙ軸方向の長さがＸ軸方向の長さ（幅）に比べて長い長方形状で、このパターン領域ＰＡ内部に、一例として図２に示されるような配置で、所定幅、例えば６．０７５μｍで所定長さ、例えば２４．３μｍの開口パターン（透過領域）ＡＰn（ｎ＝１，２，……，１１）が形成され、各開口パターンＡＰnに計測用のパターンＭＰnがそれぞれ形成されている。後述の如く本実施形態では、１１個の開口パターンＡＰｎで計測用のパターンＭＰｎの線幅（及びピッチ）が互いに異なっている。ここで、中央に位置する開口パターンＡＰ11の中心は、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）に一致している。【００４８】
計測用パターンＭＰn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」と記述する）ＬＳVn、ＬＳHn、ＬＳRn、ＬＳLnを含む。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、−Ｚ方向から見て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。【００４９】
中央に位置する計測用パターンＭＰ11を構成するＬ／ＳパターンＬＳV11、ＬＳH11、ＬＳR11、ＬＳL11のそれぞれは、所定の線幅、例えば０．３６μｍ（３６０ｎｍ）で、所定の長さ、例えば２．０２５μｍ程度の３本のラインパターンが所定のピッチ、例えば０．７２μｍ（７２０ｎｍ）でそれぞれの周期方向に配列されたマルチラインパターン（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ＭＰ1、ＭＰ3、ＭＰ5、ＭＰ7、ＭＰ9をそれぞれ構成する各４種類のＬ／Ｓパターンのそれぞれは、線幅３２０ｎｍ、３２８ｎｍ、３３６ｎｍ、３４４ｎｍ、３５２ｎｍで、長さ２．０２５μｍ程度の３本のラインパターンが、ピッチ６４０ｎｍ、６５６ｎｍ、６７２ｎｍ、６８８ｎｍ、７０４ｎｍでそれぞれ配列されたマルチラインパターン（マルチバーパターン）によって構成されている。【００５０】
また、計測用パターンＭＰ2、ＭＰ4、ＭＰ6、ＭＰ8、ＭＰ10をそれぞれ構成する各４種類のＬ／Ｓパターンのそれぞれは、線幅３６８ｎｍ、３７６ｎｍ、３８４ｎｍ、３９２ｎｍ、４００ｎｍで、長さ２．０２５μｍ程度の３本のラインパターンが、ピッチ７３６ｎｍ、７５２ｎｍ、７６８ｎｍ、７８４ｎｍ、８００ｎｍでそれぞれ配列されたマルチラインパターン（マルチバーパターン）によって構成されている。【００５１】
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（６．０７５μｍ×６．０７５μｍ）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。【００５２】
また、ガラス基板４２のパターン面の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ＲＭがそれぞれ形成されている。また、この一対のレチクルアライメントマークＲＭそれぞれのＹ軸方向の一側と他側には、同一距離隔ててレチクルアライメントマークＲＭがそれぞれ形成されている。すなわち、ガラス基板４２のパターン面には、レチクルセンタを通るＹ軸に関して対称の配置の合計で３対のレチクルアライメントマークＲＭが形成されている。【００５３】
次に、本実施形態において、パターンの線幅の計測に用いる基礎データを取得するための動作、及びその後に行われる所定枚数のウエハに対するデバイスパターンの転写動作の流れについて、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。【００５４】
先ず、線幅計測の試料が作成される（図４のステップＳ１）。図５には、この線幅計測の試料の作成に関する、露光装置１００の主制御装置２８内部のＣＰＵの処理アルゴリズムに対応するフローチャートが示されている。この動作の前提として、レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルが載置されておらず、ウエハステージＷＳＴ上にはウエハが載置されていないものとする。【００５５】
まず、図５のステップ２０２において、ＣＰＵは、不図示のレチクルローダを介してレチクルステージＲＳＴ上に前述のレチクルＲTをロードする。【００５６】
次いで、ステップ２０４において、ＣＰＵは、レチクルアライメント等の所定の準備作業を行う。具体的には、まず、ウエハテーブル１８上に設けられた基準板ＦＰの表面に形成されている一対の第１基準マークの中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸｐとほぼ一致する基準位置にウエハステージＷＳＴを移動させるとともに、レチクルＲT上のＹ軸方向中央に位置する一対のレチクルアライメントマークＲＭの中心（レチクルセンタ）が投影光学系ＰＬの光軸とほぼ一致する基準位置にレチクルステージＲＳＴを移動させる。ここで、ウエハステージＷＳＴの移動は、主制御装置２８が、レーザ干渉計２６の計測値をモニタしつつ、駆動系２２を制御することで行われ、レチクルステージＲＳＴの移動は、主制御装置２８が、レーザ干渉計１４の計測値をモニタしつつ不図示のレチクルステージ駆動系を制御することで行われる。以下においても同様である。【００５７】
次いで、前述の一対のレチクルアライメント検出系により照明光ＩＬを用いて基準板ＦＰ上の一対の第１基準マークとそれに対応するレチクルＲT上の一対のレチクルアライメントマークＲＭとの相対位置検出を行なう。次いで、レチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴを相互に逆向きにＹ軸方向にステップ移動し、前述の一対のレチクルアライメント検出系により照明光ＩＬを用いて基準板ＦＰ上の別の一対の第１基準マークとそれに対応するレチクルＲT上の別の一対のレチクルアライメントマークＲＭとの相対位置検出を行なう。【００５８】
すなわち、このようにして、基準板ＦＰ上の少なくとも２対の第１基準マークと対応するレチクルＲT上のレチクルアライメントマークとの相対位置を、レチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向にステップ移動しつつ、レチクルアライメント検出系を用いて計測することで、干渉計２６の測長軸で規定される座標系と干渉計１４の測長軸で規定される座標系との位置関係の検出、すなわちレチクルアライメントが行われる。なお、このレチクルアライメントではウエハステージＷＳＴを移動させることなくレチクルステージＲＳＴを移動するだけでも良い。【００５９】
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２０６に移行し、ＣＰＵは、前述のＣ／Ｄから不図示のウエハローダを介して、ウエハテーブル１８上に計測用のウエハ（以下、「計測用ウエハ」とも呼ぶ）ＷT（図８参照）をロードする。なお、本実施形態ではレチクルＲTを用いて同一の露光条件でＭ回の走査露光を行い、計測用ウエハＷＴ上のＭ個のショット領域にそれぞれ計測用パターンＭＰｎを転写する。【００６０】
次のステップ２０８では、ＣＰＵは、計測用ウエハＷT上の露光対象のショット領域の番号を示す不図示の第１カウンタのカウント値ｉを「１」に初期化する（ｉ←１）。【００６１】
次のステップ２１２では、ＣＰＵは、ｉ番目（ここでは１番目）のショット領域に対する露光のための加速開始位置にウエハステージＷＳＴを移動させるとともに、レチクルＲTの位置が加速開始位置となるように、レチクルステージＲＳＴを移動させる。【００６２】
次のステップ２１４では、ＣＰＵは、計測用ウエハ上に仮想的に設定されたｉ番目（ここでは１番目）のショット領域に対する走査露光を行う。具体的には、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ２０）のＹ軸方向に関する相対走査を開始する。そして、両ステージがそれぞれ目標走査速度に達し、等速同期状態に達すると、照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬによってレチクルＲTのパターン領域ＰＡが照明され始め、ほぼベストフォーカスとなるようにウエハテーブル１８のＺ軸方向に関する位置を調整しつつ走査露光が開始される。そして、レチクルＲTのパターン領域ＰＡの異なる領域が照明光ＩＬで逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより走査露光が終了する。このとき、計測用ウエハＷT上の一点における露光エネルギ量（積算露光量）が予め実験又はシミュレーションなどにより求めた、対象パターンの線幅（ここでは、パターン領域ＰＡに含まれる１１個の計測用のパターンのうち少なくとも中央に位置するパターンＭＰ11のラインパターンの線幅）などを含むプロセス条件毎の露光エネルギ量の最適値となるように、露光量制御を行う。これにより、レチクルＲTに形成されたパターン領域ＰＡが投影光学系ＰＬを介して計測用ウエハＷT上に仮想的に設定されたｉ番目（ここでは１番目）のショット領域に縮小転写される。【００６３】
次のステップ２１６では、前述のカウンタのカウント値ｉを参照し、ｉ＝Ｍか否か、すなわちパターン領域ＰＡの転写像を、予定されているＭ個、計測用ウエハＷT上に形成するための露光が終了したか否かを判断する。ここでは、ｉ＝１、すなわち、計測用ウエハＷT上の最初（１番目）のショット領域にパターン領域ＰＡ（すなわち、本例では１１個の計測用パターンＭＰn（ｎ＝１〜１１））の転写像が形成されたのみであるので、ステップ２１６での判断は否定され、ステップ２１８に移行する。【００６４】
ステップ２１８では、前述のカウンタのカウント値ｉを１インクリメントして（ｉ←ｉ＋１）、ステップ２１２に戻る。【００６５】
以降、ステップ２１６での判断が肯定されるまで、ステップ２１２→２１４→２１６→２１８のループの処理（判断を含む）を繰り返す。【００６６】
そして、計測用ウエハＷT上に仮想的に設定されたＭ番目のショット領域に対して適性露光量での走査露光が終了し、計測用ウエハＷT上に予定されているＭ個（ここでは、Ｍ＝１５）のパターン領域ＰＡ（１１個の計測用パターンＭＰn（ｎ＝１〜１１））の転写像が形成されると、ステップ２２０に移行する。このとき、計測用ウエハＷT上には、ショット領域ＳＡ1〜ＳＡ15がマトリクス状の配置で形成されている（図８参照）。【００６７】
このように、本実施形態では、計測用パターンＭＰn（ｎ＝１〜１１）を計測用ウエハＷT上のＭ個（ここでは、Ｍ＝１５）のショット領域ＳＡ1〜ＳＡ15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パターンＭＰnの投影像が生成される。【００６８】
ステップ２２０では、ＣＰＵは、露光処理済みの計測用ウエハＷTを、露光装置１００にインラインにて接続されたＣ／Ｄに搬送する。この場合、計測用ウエハＷT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上からアンロードされるとともに、ウエハ搬送系を介してＣ／Ｄ内に搬送される。【００６９】
次のステップ２２２では、Ｃ／Ｄのデベロッパ部を制御する現像制御装置に対して、計測用ウエハＷTの現像処理を指示した後、ステップ２２２に進んで、計測用ウエハＷTの現像が終了するのを待つ。【００７０】
この待ち時間の間に、Ｃ／Ｄ側で計測用ウエハＷTの現像が行われ、この現像の終了により、計測用ウエハＷT上のショット領域ＳＡ1〜ＳＡ15にはそれぞれ、レチクルＲTのパターン領域ＰＡの像が形成される（図８参照）。この場合、ショット領域ＳＡ1には、計測用のパターンＭＰnを含む開口パターンＡＰnの像（レジスト像）ＭＰ1,n’（ｎ＝１〜１１）が形成される。その他のショット領域ＳＡ2〜ＳＡ15についても同様である。図９には、各ショット領域ＳＡiの内部に形成されたレジスト像ＭＰi,n’（ｉ＝１〜１５）の一例が示されている。なお、この図９中の点線で示される、各レジスト像ＭＰi,n’に対応する計測パターン領域内で各Ｌ／Ｓパターンの像が形成された領域（以下、適宜「計測マーク領域」と呼ぶ）の境界も実際には存在しない。【００７１】
このようなレジスト像ＭＰi,n’が形成された計測用ウエハＷTが、線幅及びコントラスト計測のための試料となる。【００７２】
上記ステップ２２４の待ち状態で、不図示のＣ／Ｄの制御系からの通知により計測用ウエハＷTの現像が終了したことを確認すると、ＣＰＵは、ステップ２２６に移行し、「現像終了」を不図示の表示装置の画面上に表示するとともに、ブザーを鳴らすなどしてオペレータに知らせる。【００７３】
このようにして、図４のステップＳ１の線幅計測の試料作成が行われる。【００７４】
次に、作成された試料、すなわち計測用ウエハＷTを用いて、パターン像のコントラスト値（より詳細には、上述した各計測マーク領域のコントラスト値）の計測が行われる（図４のステップＳ２）。すなわち、アライメント検出系ＡＳによる計測用ウエハＷＴの各レジスト像ＭＰｉ,ｎ’の検出が行われる。図６には、このパターン像のコントラスト計測に関する、主制御装置２８内部のＣＰＵの処理アルゴリズムに対応するフローチャートが示されている。【００７５】
ＣＰＵは、上述の如くして、計測用ウエハＷTの現像が終了したことをオペレータに通知した後、図６のステップ２２８に示されるように、計測指示コマンドが入力されるのを待っている。そして、オペレータにより不図示の入力装置を介して計測指示コマンドが入力されると、ステップ２２８における判断が肯定され、ステップ２３０に進んで、不図示のウエハローダに指示を出して、前述のステップ２０６と同様にして計測用ウエハＷTをウエハテーブル１８上に再度ロードした後、ステップ２３２のコントラスト情報を取得するサブルーチンに移行する。【００７６】
このサブルーチンでは、まず、図７のステップ５００において、ＣＰＵは、第１カウンタのカウント値ｉを１に初期化する（ｉ←１）。次のステップ５０２では、ＣＰＵは、計測対象のレジスト像の番号を表す第２カウンタのカウント値ｎを１に初期化する（ｎ←１）。【００７７】
次のステップ５０４では、ＣＰＵは、第１カウンタのカウント値ｉ及び第２カウンタのカウント値ｎをそれぞれ参照して、計測用ウエハＷT上の第ｉ番目のショット領域内のｎ番目のレジスト像ＭＰi,n’がアライメント検出系ＡＳで検出可能となる位置に計測用ウエハ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。ここでは、計測用ウエハＷT上の１番目のショット領域内の１番目のレジスト像ＭＰ1,1’がアライメント検出系ＡＳで検出可能となる位置に計測用ウエハＷTが位置決めされる。【００７８】
次のステップ５０６では、計測用ウエハＷT上のｉ番目のショット領域内のｎ番目のレジスト像ＭＰi,n’（ここでは、レジスト像ＭＰ1,1’）をアライメント検出系ＡＳを用いて撮像し、その撮像データを取り込む。アライメント検出系ＡＳは、レジスト像を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、本実施形態ではレジスト像ＭＰi,n’のサイズが１．５１９μｍ（Ｘ軸方向）×６．０７５μｍ（Ｙ軸方向）であり、その全体がアライメント検出系ＡＳの検出領域内に余裕を持って設定されるので、レジスト像ＭＰi,n’の全体、すなわち４つの計測マーク領域を同時に撮像可能となっている。【００７９】
次のステップ５０８では、ＣＰＵは、アライメント検出系ＡＳからのレジスト像ＭＰi,n’（ここでは、レジスト像ＭＰ1,1’）の撮像データを整理し、撮像データファイルを作成する。【００８０】
次のステップ５１０では、ＣＰＵは、その撮像データを画像処理してレジスト像ＭＰi,n’（ここでは、レジスト像ＭＰ1,1’）に対応する計測パターン領域の外縁を検出する。本実施形態では、ポジ型レジストが用いられるので、計測用ウエハＷＴ上で計測パターン領域は凹部となり、この凹部内に４つのＬ／Ｓパターン像が形成される。このため、計測パターン領域の外縁として凹部のエッジが検出される。なお、レチクルＲＴ上で各開口パターンＡＰｎを枠状の遮光部で囲む場合、上記外縁として枠状の遮光部のレジスト像を検出しても良い。また、この外縁の検出は、例えば米国特許出願公開第２００４／０１７９１９０号明細書に詳細に開示される方法と同様の方法により行うことができる。【００８１】
次のステップ５１２では、ＣＰＵは、上で検出したレジスト像ＭＰi,n’（ここでは、レジスト像ＭＰ1,1’）に対応する計測パターン領域の外縁、すなわち長方形の枠線の内部を、Ｙ軸方向に関して４等分することで、４つの計測マーク領域（位置情報）を求めるとともに、計測マーク領域毎のコントラスト値を算出する。ここで、計測マーク領域毎のコントラスト値に代えて、レジスト像ＭＰi,n’に対応する計測パターン領域のコントラスト値を算出しても良い。【００８２】
ここで、計測マーク領域毎のコントラスト値とは、次式（１）で表される統計量、すなわち計測マーク領域についての各画素の輝度値の分散を指す。【００８３】
【数１】
2008038751.tif 000003
【００８４】
ここで、ｘkは、計測マーク領域内部のｋ番目の画素の輝度値、ｘ*は、所定の基準値である。所定の基準値としては、本実施形態では、計測用ウエハＷT上の少なくとも１つのレジスト像に対応する計測パターン領域（又は計測マーク領域）内部における計測用のパターンＭＰn（具体的には、Ｌ／ＳパターンＬＳVn、ＬＳHn、ＬＳRn、ＬＳLn）の像（計測用のパターン像）が存在しない領域の輝度値の平均値が用いられる。また、Ｎは、計測マーク領域内部の画素の総数である。【００８５】
なお、コントラスト値として、次式（２）で表される計測マーク領域についての各画素の輝度値の標準偏差を用いても良い。【００８６】
【数２】
2008038751.tif 000004
【００８７】
あるいは、コントラスト値として、各計測マーク領域について各画素の輝度値の上記所定の基準値に対する偏差を含むその他の統計量を用いても良い。【００８８】
なお、ステップ５１２では、レジスト像ＭＰi,n’に対応する領域についてコントラスト値を算出する場合にも、上述と同様の各画素の輝度値の分散、標準偏差、あるいはその他の統計量を用いる。【００８９】
すなわち、ステップ５１２では、前記撮像データファイル内の撮像データに基づき、上式（１）又は（２）を用いて、レジスト像ＭＰi,n’に対応する計測パターン領域における計測マーク領域毎のコントラスト値（又はレジスト像ＭＰi,n’に対応する計測パターン領域のコントラスト値）を算出する。ここでの算出結果は、図示しない記憶装置に記憶される。【００９０】
次のステップ５１４において、前述のカウント値ｎを参照して、ｉ番目（ここでは１番目）のショット領域内の全て（Ｋ個（Ｋは例えば１１））のレジスト像について処理が終了したか否かを判断する（ｎ＝Ｋか否かを判断する）。ここでは、ｉ番目（ここでは１番目）のショット領域内の第１番目のレジスト像ＭＰi,1’（レジスト像ＭＰ1,1’）についての処理が終了しただけであるため、このステップ５１４における判断は否定され、ステップ５１６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５０４に戻り、計測用ウエハＷT上のｉ番目（ここでは第１番目）のショット領域内の第ｎ番目（ここでは第２番目）のレジスト像ＭＰi,n’（すなわちレジスト像ＭＰ1,2’）がアライメント検出系ＡＳで検出可能となる位置に、計測用ウエハＷTを位置決めする。【００９１】
そして、上述したステップ５０６〜ステップ５１２までの処理を再度行い、レジスト像ＭＰ1,1’の場合と同様にして、レジスト像ＭＰ1,2’に対応する計測パターン領域における計測マーク領域毎のコントラスト値（又はレジスト像ＭＰ1,2’に対応する領域のコントラスト値）を求め、記憶装置に記憶する。【００９２】
そして、ステップ５１４で、ＣＰＵは、カウント値ｎを参照してｉ番目（ここでは第１番目）のショット領域内のＫ個（Ｋは例えば１１）のレジスト像について処理が終了したか否かを判断するが、ここでの判断は否定される。以後、ステップ５１４における判断が肯定されるまで、上記ステップ５０２〜ステップ５１６の処理（判断を含む）が繰り返される。これにより、他のレジスト像ＭＰ1,3’、ＭＰ1,4’、ＭＰ1,5’、ＭＰ1,6’、ＭＰ1,7’、ＭＰ1,8’、ＭＰ1,9’、ＭＰ1,10’ＭＰ1,11’について、前述したレジスト像ＭＰ1,1’の場合と同様にして、それぞれレジスト像に対応する領域における計測マーク領域毎のコントラスト値（又はレジスト像に対応する領域のコントラスト値）が求められることとなる。【００９３】
このようにして、計測用ウエハＷT上の第ｉ番目（ここでは第１番目）のショット領域内の全てのレジスト像についてコントラストの算出、記憶処理がなされると、ステップ５１４での判断が肯定され、ステップ５１８に移行して、第１カウンタのカウント値ｉを参照して、計測用ウエハＷT上の全てのショット領域について処理が終了したか否かを判断する。この場合、ｉ＝１であるから、ここでの判断は否定され、ステップ５２０に移行して、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５０２に戻り、カウント値ｎを１に初期化する（ｎ←１）。【００９４】
そして、ステップ５０４〜ステップ５１６のループの処理（判断を含む）を、ステップ５１４における判断が肯定されるまで繰り返す。これにより、計測用ウエハＷT上のｉ番目（ここでは２番目）のショット領域ＳＡ2内のＫ個（ここでは１１個）のレジスト像ＭＰ2,1’〜ＭＰ2,11’についてコントラストの算出、記憶処理がそれぞれ行われる。【００９５】
そして、ショット領域ＳＡ2内の第Ｋ番目（ここでは第１１番目）のレジスト像ＭＰ2,11’についての前述のコントラスト値の算出、記憶が終了すると、ステップ５１８に移行して第１カウンタのカウント値ｉを参照して、計測用ウエハＷT上の全てのショット領域について処理が終了したか否かを判断する。この場合、ｉ＝２であるから、ここでの判断は否定され、ステップ５２０に移行して、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５０２に戻る。【００９６】
以後、ステップ５１８における判断が肯定されるまで、ステップ５０２以下の処理（判断を含む）を繰り返す。【００９７】
これにより、第３番目から第１５番目のショット領域について、各１１個のレジスト像についてのコントラスト計測及び記憶が行われる。【００９８】
そして、第１５番目のショット領域ＳＡ15の第１１番目のレジスト像についての、コントラスト算出、記憶が終了すると、ステップ５１８における判断が肯定され、ステップ５２２に移行する。【００９９】
ステップ５２２では、各レジスト像について、計測マーク領域毎のコントラスト値の複数ショット領域の平均値を算出し、記憶する。具体的には、レジスト像ＭＰi,1’（ｉ＝１〜１１）について、それぞれのレジスト像ＭＰi,1’に対応する領域における計測マーク領域毎のコントラスト値の加算平均値（複数のショット領域、例えばショット領域ＳＡ1〜ＳＡ15の平均値）を求め、記憶装置に記憶する。同様に、レジスト像ＭＰi,2’（ｉ＝１〜１１）、レジスト像ＭＰi,3’（ｉ＝１〜１１）、レジスト像ＭＰi,4’（ｉ＝１〜１１）、レジスト像ＭＰi,5’（ｉ＝１〜１１）、レジスト像ＭＰi,6’（ｉ＝１〜１１）、レジスト像ＭＰi,7’（ｉ＝１〜１１）、レジスト像ＭＰi,8’（ｉ＝１〜１１）、レジスト像ＭＰi,9’（ｉ＝１〜１１）、レジスト像ＭＰi,10’（ｉ＝１〜１１）、レジスト像ＭＰi,11’（ｉ＝１〜１１）についても、それぞれのレジスト像に対応する領域における計測マーク領域毎のコントラスト値の加算平均値を求め、記憶装置に記憶する。【０１００】
そして、サブルーチン２３２の処理を終了し、図６のステップ２３４にリターンする。ステップ２３４では、ＣＰＵは、転送指示を待ち、オペレータにより入力装置を介して転送指示が入力されると、ステップ２３６では、上で求めたコントラスト情報を不図示の通信路（例えばＬＡＮなど）を介して露光装置１００に接続された不図示のコンピュータに転送する。【０１０１】
次のステップ２３８では、ＣＰＵは、計測用ウエハＷTをＳＥＭシステム８０近傍の所定の場所に搬送し、本ルーチンの一連の処理を終了する。ここで、所定の場所とは、オペレータが計測用ウエハＷTを容易に取り出すことができ、かつその取り出した計測用ウエハＷTをＳＥＭシステム８０の大気側のウエハ搬送系に搬入するのに適した場所であって、予め定められた場所を指す。【０１０２】
これにより、図４のステップＳ２の処理が終了する。【０１０３】
次に、ＳＥＭシステム８０でパターン像（レジスト像）の線幅が計測される（図４のステップＳ３）。この線幅計測は、以下の手順で行われる。【０１０４】
オペレータは、現像済みの計測用ウエハＷTを、上記所定の場所から取り出してＳＥＭシステム８０のウエハ搬送系に搬入する。【０１０５】
その後、オペレータの指示に従い、ＳＥＭシステム８０によって、通常と同様の手順で、計測用ウエハＷTを試料として、レジスト像中の各Ｌ／Ｓパターンの線幅計測が行われる。【０１０６】
この場合、オペレータの指示に従い、計測用ウエハＷTが、搬送系によってＳＥＭシステム８０内を移動され、ロードロック室を経て、試料室内に搬入される。【０１０７】
次いで、オペレータの指示に従い、ＳＥＭシステム８０により計測用ウエハＷT上の全てのショット領域ＳＡ1〜ＳＡ15内の全てのレジスト像ＭＰi,n’の画像（ＳＥＭ画像）が、それぞれ取り込まれる。【０１０８】
次いで、ＳＥＭシステム８０の画像処理系により、その取り込まれた計測用ウエハＷT上の全てのショット領域ＳＡ1〜ＳＡ15内の全てのレジスト像ＭＰi,n’の画像それぞれに対して、エッジ検出処理を伴う画像処理がそれぞれ施される。これにより、各レジスト像ＭＰi,n’の計測マーク領域毎のラインパターンの線幅が、それぞれ計測され、その計測結果がＳＥＭシステム８０のメインコンピュータの内部メモリに記憶されるとともに、表示装置の画面上に表示される。【０１０９】
その後、オペレータは、ＳＥＭシステム８０による計測結果の表示画面を見て、必要な演算処理、例えば各レジスト像の計測マーク領域毎のラインパターンの線幅の加算平均値（複数のショット領域、例えばショット領域ＳＡ1〜ＳＡ15の平均値）の演算を、ＳＥＭシステム８０のメインコンピュータに指示する。【０１１０】
上記のオペレータの指示に応じ、ＳＥＭシステム８０のメインコンピュータにより、各レジスト像における計測マーク領域毎のラインパターンの線幅の加算平均値が算出され、これらの算出結果が表示装置の画面上に表示される。この計測結果の表示がなされると、オペレータは、その表示画面を見て、その計測結果の情報を、前述のコンピュータに送信するように、ＳＥＭシステム８０のメインコンピュータに指示する。これにより、ＳＥＭシステム８０のメインコンピュータから上記の計測結果の情報がコンピュータに送られ、コンピュータは、上記の計測結果の情報を受信し、メモリ内に記憶する。【０１１１】
このようにして、ステップＳ３のパターンの像の線幅計測が終了する。【０１１２】
次に、レジスト像のコントラスト値を、線幅（ＳＥＭシステム８０で計測した線幅）に換算する関数が作成される（図４のステップＳ４）。この関数の作成は、次のようにして行われる。【０１１３】
オペレータ（又は作業者）は、前述のコンピュータに、図１０に示されるような、折れ線グラフの作成を指示する。図１０の折れ線グラフは、横軸を線幅、縦軸をコントラスト値とする直交座標系上に、ＳＥＭシステム８０から送られてきたレジスト像における所定の計測マーク領域（例えばＬＳVnのラインパターンのレジスト像）のラインパターンの線幅の加算平均値を横座標とし、対応する計測マーク領域のコントラスト値の加算平均値を縦座標とする点をプロットし、隣接するプロット点同士を結んだものである。【０１１４】
次に、オペレータは、ディスプレイに折れ線グラフが表示されるのを確認すると、その折れ線グラフの近似曲線の算出を、コンピュータに指示する。この指示に応答して、一例として、図９に破線で示されるような、近似曲線（この場合は、近似直線）ｙ＝２５９．６５ｘ−１７８２６が算出される。【０１１５】
次に、オペレータは、この近似曲線（この場合は、近似直線）を、ｙ（前記コントラスト値）を独立変数とし、ｘ（前記線幅）を従属変数とする関数に変換するように、コンピュータに指示する。【０１１６】
これにより、コンピュータにより、次式（３）で示される換算関数（前述のコントラスト値をＳＥＭで計測される線幅に換算する関数）が算出され、ディスプレイに表示されるとともに、メモリに記憶される。【０１１７】
【数３】
2008038751.tif 000005
その後、同様の手順により、オペレータの指示に応じて、その他の計測マーク領域（Ｌ／ＳパターンＬＳHn、ＬＳRn、ＬＳLn）について、コントラスト値を、ＳＥＭで計測される線幅に換算する関数が、コンピュータによって求められ、メモリに記憶される。【０１１８】
このようにして、図４のステップＳ４の関数の作成が終了する。【０１１９】
次に、作成された換算関数が露光装置に転送される（図４のステップＳ５）。すなわち、オペレータは、上述のようにして作成された関数（換算情報）を、露光装置１００の主制御装置２８に転送するようにコンピュータに指示する。これにより、コンピュータから換算情報である関数が主制御装置２８に送られ、記憶装置の所定領域に格納される。以後、主制御装置２８は、ラインパターンのレジスト像のコントラスト値を、これらの関数を用いて線幅に換算することが可能になる。なお、本実施形態では上述の換算情報の決定にあたりオペレータが介在するものとしたが、オペレータの動作の少なくとも一部をソフトウエアにて自動化しても良い。また、露光装置を含む多数の製造装置を統括管理するホストコンピュータにて上記動作を制御しても良い。【０１２０】
本実施形態では、上記ステップＳ５の処理が終了した後に、所定枚数のウエハに対するデバイスパターンの転写が、以下の手順で行われる。【０１２１】
まず、露光装置１００により、オペレータの指示に応じて、レチクルアライメント及びアライメント検出系ＡＳのベースライン計測などの準備作業の後、ステップ・アンド・スキャン方式で、レチクルＲ上に形成されたデバイスパターンが投影光学系ＰＬを介してパイロットウエハ（又は第１枚目のウエハ）Ｗ上の複数のショット領域にそれぞれ転写される（図４のステップＳ６）。なお、このような一連の動作は、通常のスキャナと同様であるから、詳細説明については省略する。また、本実施形態ではデバイス製造用のレチクルＲを用いるものとしたが、レチクルＲのパターンと少なくとも線幅が同一のパターンを有する計測用レチクルを用いても良い。なお、パイロットウエハは、ロット内のデバイス製造用のウエハにデバイスパターンを形成するのに先立ち、そのウエハの露光条件、及び／又は露光装置の性能を求めるためのテスト露光に用いるウエハである。【０１２２】
次に、露光処理済みのパイロットウエハ（又は第１枚目のウエハ）Ｗが露光装置１００からＣ／Ｄに搬送され、Ｃ／Ｄによりそのパイロットウエハ（又は第１枚目のウエハ）Ｗが現像される（図４のステップＳ７）。これにより、パイロットウエハ（又は第１枚目のウエハ）Ｗのショット領域ＳＡ1〜ＳＡ21にはデバイスパターンのレジスト像が形成される（図１１参照）。【０１２３】
次に、現像後のパイロットウエハ（又は第１枚目のウエハ）Ｗが、再び露光装置１００のウエハテーブル１８上にロードされ、アライメント検出系ＡＳにより、そのパイロットウエハ（又は第１枚目のウエハ）Ｗ上のショット領域ＳＡ1〜ＳＡ21内のデバイスパターンに含まれるＬ／Ｓパターンなどのレジスト像のコントラスト値が、前述と同様にして順次計測される（図４のステップＳ８）。【０１２４】
次に、露光装置１００の主制御装置２８により、計測された各Ｌ／Ｓパターンなどのレジスト像のコントラスト値が、換算関数を用いて、各Ｌ／Ｓパターンなどのレジスト像に含まれるラインパターンの線幅に換算される（図４のステップＳ９）。【０１２５】
次に、主制御装置２８によって、各Ｌ／Ｓパターンなどのレジスト像に含まれるラインパターンの線幅の算出結果（換算結果）に基づいて、転写状態を調整した状態で、あるいは調整しつつ、レチクルＲ上のデバイスパターンが、所定枚数のウエハにそれぞれ転写される（図４のステップＳ１０）。ここで、主制御装置２８は、ラインパターンの線幅の算出結果（換算結果）に基づいて、前述の結像特性補正コントローラ４８によってレンズ素子１３1，１３2，１３3，１３4の少なくとも１つを駆動して、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、及び像面湾曲の少なくとも１つなどを調整し、若しくは調整しつつレチクルＲ上のデバイスパターンをウエハ上に転写しても良い。あるいは、主制御装置２８は、ラインパターンの線幅の算出結果（換算結果）に基づいて、ウエハ上に照射される露光光の積算エネルギ量を調整し、若しくは調整しつつ、レチクルＲ上のデバイスパターンをウエハ上に転写しても良い。あるいは、主制御装置２８は、ラインパターンの線幅の算出結果（換算結果）に基づいて、レチクルＲ（レチクルステージＲＳＴ）とウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ２０及びウエハテーブル１８））との同期状態を調整しつつ、レチクルＲ上のデバイスパターンをウエハ上に転写しても良い。要は、ラインパターンの線幅の算出結果（換算結果）に基づいて、走査露光中又はこれに先立って、露光装置１００の一部が調整されることで、走査露光によって形成されるデバイスパターンの転写像の形成状態が調整されれば良い。【０１２６】
以上説明したように、本実施形態によると、露光装置１００により、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が実行され、レチクルＲのデバイスパターン（所定間隔の複数本のラインパターンを含むパターン）がウエハＷ上の複数のショット領域ＳＡ1〜ＳＡ21にそれぞれ転写される。このとき、走査露光に際し、照明光ＩＬにより投影光学系ＰＬを介してウエハＷが露光され、デバイスパターンの像がウエハＷ上の各ショット領域に形成され（図４のステップＳ６）、その露光後のウエハＷが現像され（ステップＳ７）、ウエハＷ上の複数のショット領域ＳＡ1〜ＳＡ21のそれぞれにデバイスパターンのレジスト像が形成される。【０１２７】
そして、露光装置１００により、ウエハＷ上の複数のショット領域ＳＡ1〜ＳＡ21にそれぞれ形成されたデバイスパターンのレジスト像の計測が行われる（図４のステップＳ８）。具体的には、そのショット領域毎に、線幅を計測すべきデバイスパターンのレジスト像の一部を含む計測領域（パターン領域）がアライメント検出系ＡＳにより撮像され、露光装置１００の主制御装置２８により、該撮像結果に基づいてそのパターン領域の画像のコントラスト値が算出される。次いで、露光装置１００の主制御装置２８により、算出されたコントラスト値が、既知の換算情報（換算関数）に基づいてラインパターンの線幅に換算される（図４のステップＳ９）。このため、ＳＥＭなどを用いることなく、分解能の低い顕微鏡、例えば露光装置１００のアライメント検出系ＡＳなどの結像式アライメントセンサ等を用いて上記パターン領域を撮像しても、ラインパターンの線幅を高精度に計測することが可能になる。従って、低コストで、かつ高スループットの線幅計測が可能になる。なお、図４のステップＳ８では、ウエハＷのショット領域ＳＡ1〜ＳＡ21の全てでレジスト像の線幅計測を行うものとしたが、線幅計測を行うショット領域の数は１個、あるいはウエハＷ上のショット領域の数と異なる複数個でも良い。【０１２８】
また、本実施形態によると、上述の線幅計測の結果に基づいてデバイスパターンの像の形成状態を検出するので、ランニングコストを抑制した状態で、短時間で精度良くパターンの像の形成状態を検出することが可能になる。【０１２９】
また、本実施形態によると、露光装置１００により、上述した像形成状態検出方法を用いてウエハＷ上の複数のショット領域ＳＡ1〜ＳＡ21のそれぞれに形成されたデバイスパターンの像の形成状態がランニングコストを抑制した状態で、短時間で精度良く検出され、その検出結果に基づいて、露光の際のデバイスパターンの像の形成状態が調整される（図４のステップＳ１０）。従って、ウエハＷ上への高精度なパターン像の生成、すなわち高精度な露光が実現される。この場合において、デバイスパターンの像の形成状態を調整するために、上述の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（結像特性を含む）などを調整することとしても良い。かかる場合には、低コスト、かつ短時間での投影光学系の高精度な調整が可能になる。あるいは、デバイスパターンの像の形成状態を調整するために、ウエハ上に照射される露光光の積算エネルギ量を調整しても良いし、レチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０及びウエハテーブル１８との同期状態を調整しても良い。【０１３０】
なお、本実施形態において、上述の線幅計測の結果に基づいて、露光の際のデバイスパターンの像の形成状態を、上記の各種手法により調整することとしても良い。かかる場合にも、ウエハＷ上への高精度なパターン像の生成、すなわち高精度な露光が実現される。【０１３１】
また、本実施形態では、上述の線幅計測の結果に基づいて投影光学系ＰＬの光学特性などの調整を行うものとしたが、レチクルＲのデバイスパターンをウエハＷに形成するための露光条件（例えば、照明条件、露光量、あるいは前述した露光装置の調整情報などを含む）を決定するだけでも良い。さらに、上述の線幅計測の結果に基づいて、Ｃ／ＤによるウエハＷの処理条件（例えば、塗布条件、あるいは現像条件）を決定しても良い。この場合、Ｃ／Ｄの処理条件と露光装置の露光条件の両方を決定しても良い。また、本実施形態では、上述の換算情報を取得する工程と、上述のパターン線幅を計測する工程（すなわち、上述のデバイスパターンを形成する工程）とで、露光装置によるウエハの露光条件、及びＣ／Ｄによるウエハの処理条件（レジストの種類、膜厚なども含む）が同一であるものとしたが、露光条件及び処理条件（以下、まとめて基板処理条件と呼ぶ）の少なくとも一部が異なっていても良い。但し、線幅計測工程（パターン形成工程）での基板処理条件が変更され、その変更前の基板処理条件のもとで取得した換算情報では正確な線幅計測を行うことができない場合は、その変更後の基板処理条件のもとで上述の換算情報を取得しても良い。すなわち、異なる基板処理条件でそれぞれ上述の換算情報を取得しても良い。【０１３２】
なお、上記実施形態では、上記ステップＳ６の直前に、換算関数を作成するための一連の手順（ステップＳ１〜Ｓ５）が行われるかのような説明を採用した（図４参照）が、上記ステップＳ１〜Ｓ５で説明したような換算関数を作成するための一連の手順は、実際のデバイスパターンの転写に先立って行われるのであれば、いつの時点で行われても良い。また、上記実施形態では、計測用のパターンの画像のコントラスト値を求めるために、露光装置１００のアライメント検出系ＡＳを第１計測装置として用いて計測用ウエハＷT上の計測用のパターンのレジスト像を撮像する場合について説明したが、これに限らず、その他の撮像装置を用いて計測用ウエハＷT上の計測用のパターンのレジスト像を撮像しても良い。例えば、露光装置と異なる重ね合わせ測定装置などを第１計測装置として用いても良い。また、第１計測装置は受光素子がＣＣＤに限られずラインセンサなどでも良いし、画像処理方式（撮像方式）に限られず他の方式でも良い。なお、前述の通り第１計測装置は、計測対象のパターンの線幅を計測できない低い分解能（あるいは、パターンの線幅よりも低い解像度）の計測装置で構わない。また、上記実施形態では、上述の換算情報を取得するために、第１計測装置と異なる第２計測装置としてＳＥＭを用いるものとしたが、第２計測装置はＳＥＭに限られず、計測対象のパターンの線幅を計測可能な高い分解能（あるいは、パターンの線幅と同程度以上の解像度）の計測装置であれば良い。【０１３３】
また、上記実施形態において、例えば、換算関数を作成するための一連の手順の一部として行われる撮像の対象は、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】
要は、露光装置１００が、レチクルＲのデバイスパターンを複数枚のウエハに連続して転写する際に、パイロットウエハ又はロット先頭のウエハなどについて計測したパターン領域の画像の明暗情報（コントラスト値など）を、ラインパターンの線幅に換算できる状態になっていれば良い。この場合、換算情報の取得工程と線幅の計測工程とで異なる状態の像（例えば、レジスト像と潜像）を検出しても良いが、両工程で同一状態の像を検出することが好ましい。【０１３５】
なお、上記実施形態では、レチクルＲT上の計測用パターン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パターンなどの密集パターンの代わりに、あるいはそれと組み合わせて、孤立線などの孤立パターンを用いても良い。また、上記実施形態では線幅が異なるＫ個の計測用パターンＭＰｎを、図２のようにレチクルＲＴ上で互いに離して配置するものとしたが、例えばＫ個の計測用パターンＭＰｎをレチクルＲＴ上のほぼ同一位置に近接して配置しても良い。この場合、Ｋ個の計測用パターンＭＰｎを１つのパターン群とし、このパターン群をレチクルＲＴ上の異なる位置にそれぞれ形成しても良い。また、Ｋ個の計測用パターンＭＰｎが同時に前述の照明領域内に配置されるように、レチクルＲＴのパターン領域の一部にＫ個の計測用パターンＭＰｎを形成しても良い。【０１３６】
また、上記実施形態では、図３に示されるような内部に計測用のパターンＭＰnを含む開口パターンＡＰnの像（レジスト像）ＭＰi,n’（図９参照）の計測マーク領域（又は計測パターン領域）毎の輝度値の分散又は標準偏差、あるいは各画素の輝度値の上記所定の基準値に対する偏差を含むその他の統計量を用いて算出される、計測マーク領域（又は計測パターン領域）毎のコントラスト値を、明暗情報として用いるものとしたが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）の下段に示されるような複数本（例えば３本）のラインパターン（マルチラインパターン）が所定の間隔（例えば、そのマルチラインパターンが占める領域の幅とほぼ同じ幅）を隔てて少なくとも２つ配置されるパターンのレジスト像をウエハ上に形成し、このレジスト像を、露光装置のアライメント検出系ＡＳで撮像し、その撮像データから、マルチラインパターンとマルチラインパターンとの間のパターンが存在しないスペース領域の画素の輝度値の平均値に対する、少なくとも１つのマルチラインパターンが占める領域の輝度値の平均値の比を、計測マーク領域（又は計測パターン領域）毎の明暗情報として、用いることとしても良い。かかる場合、図１２（Ａ）と図１２（Ｂ）とを比較すると明らかなように、アライメント検出系ＡＳで撮像することで得られるマーク波形は、マルチラインパターンを構成する各ラインパターンの線幅（又はマルチパターンが占める領域におけるライン部とスペース部とのデューティ比）に応じた波形となる。ただし、この場合の各マルチラインパターンは、アライメント検出系ＡＳの解像限界よりも微細な線幅を有するパターンである。【０１３７】
これより明らかなように、上記の比を、計測マーク領域（又は計測パターン領域）毎の明暗情報の代表値として用いることは十分に可能であり、この比を、前述のコントラスト値に代えて用いても、上記実施形態と同様の手法により、換算関数（前述の比の値をＳＥＭで計測される線幅に換算する関数）を求めることができる。この場合も、ＳＥＭなどを用いることなく、分解能の低い顕微鏡、例えば露光装置１００のアライメント検出系ＡＳなどを用いて、ロット先頭のウエハ又はパイロットウエハに形成された、上記のマルチラインパターン）が所定の間隔（例えば、そのマルチラインパターンが占める領域の幅とほぼ同じ幅）を隔てて少なくとも一対配置されるパターンを含む領域のレジスト像を撮像しても、ラインパターンの線幅を高精度に計測することが可能になる。従って、低コストで、かつ高スループットの線幅計測が可能になる。【０１３８】
なお、上記実施形態において、計測マーク領域（又はレジスト像に対応する領域）のコントラスト値、として、前述の式（１）、式（２）で表される統計量を用いる場合、所定の基準値は計測用のパターン像が存在しない領域の輝度値の平均値に限らず、その領域内の任意の１画素の輝度値であっても良い。また、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）を用いて説明した例においては、スペース領域の画素の輝度値の平均値に対する、少なくとも１つのマルチラインパターンが占める領域の輝度値の平均値の比を、計測マーク領域（又は計測パターン領域）毎の明暗情報とした。しかし、これに限らず、両平均値の差を、計測マーク領域（又は計測パターン領域）毎の明暗情報としても良いし、あるいはマルチラインパターンが占める領域の所定数の画素の輝度値の総和と、スペース領域の画素の輝度値総和との比、又は差を、明暗情報としても良い。なお、本明細書においては、輝度値という用語は、通常の意味における輝度（単位は、〔ｃｄ／ｍ2〕）のみならず、単なる強度（光強度など）を含む広い概念として用いている。【０１３９】
また、上記実施形態では、明暗情報を線幅に換算する換算情報として、前述の換算関数を用いる場合を例示したが、本発明がこれに限定されるものではないことは、勿論である。すなわち、換算情報は、換算関数（換算式）に限らず、単なるテーブル形式のデータなどであっても良い。【０１４０】
また、上記実施形態では、計測用のウエハＷTの露光に際して、ウエハステージＷＳＴのショット間のステッピング距離をデバイスの製造時と同様の距離に設定して、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う場合について説明したが、これに限らず、ウエハステージＷＳＴのショット間のステッピング距離を計測用ウエハＷT上に形成されるレジスト像ＭＰi,n’の幅（Ｘ軸方向の長さ）に比べて僅かに短い距離に設定して、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行うこととしても良い。このようにすれば、計測用のウエハＷT上には、レジスト像ＭＰi,n’がＸ軸方向に隙間無く（一部オーバーラップして）、行マトリクス状に並んだ矩形領域が、１１箇所形成されるので、矩形領域毎に、アライメント検出系ＡＳで撮像することが可能になり、計測時間の短縮が可能になる。なお、ウエハステージＷＳＴのショット間のステッピング距離を計測用ウエハＷT上に形成されるレジスト像ＭＰi,n’の幅（Ｘ軸方向の長さ）より僅かに短い距離に設定するのは、各レジスト像のコントラスト算出に際しての誤差要因となる、隣接するレジスト像ＭＰi,n’同士の境界線を残さないようにするためである。この場合、各矩形領域の外縁を、例えば米国特許出願公開第２００４／１７９１９０号明細書に詳細に開示される方法と同様の方法により検出し、その検出結果に基づいて、所定の演算を行うことで、各レジスト像ＭＰi,n’の位置情報、又は各レジスト像ＭＰi,n’を構成する各計測マーク領域の位置情報を算出した後に、各レジスト像ＭＰi,n’、又は各レジスト像ＭＰi,n’を構成する各計測マーク領域の画像のコントラスト値が算出される。【０１４１】
なお、上記実施形態では走査露光によって計測用パターンＭＰnを計測用ウエハＷT上に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い。この場合、照明光ＩＬによって照明される、投影光学系ＰＬの視野内の照明領域に対して図２のレチクルＲＴをＹ軸方向にステップ移動させても良いが、その照明領域に対応する領域に計測用のパターンが分布する、計測用レチクルを用いることが望ましい。かかる場合には、レチクルステージ及びウエハステージの同期誤差などの影響を受けることなく、前述と同様の手順で求めた換算情報を用いることで、パターンの線幅、ひいてはその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投影光学系ＰＬの光学特性を調整することが可能となる。【０１４２】
また、上記実施形態の露光装置における投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。【０１４３】
また、上記実施形態において、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）に限らず、Ｆ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）などであっても良い。また、照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、ＳＯＲやプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射光学系、及び反射型マスクを用いるＥＵＶ露光装置にも、本発明の線幅計測方法、像形成状検出方法、調整方法、露光方法を適用することが可能である。さらに、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも同様に本発明を適用できる。また、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンプレットなどに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満たされる液浸型露光装置、あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置、又はプロキシミティ方式の露光装置などにも、本発明の線幅計測方法、像形成状態検出方法、調整方法、露光方法を適用可能である。【０１４４】
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、レチクル（マスク）など、他のデバイスの製造に用いる露光装置などであっても良く、これらの露光装置に本発明を適用しても良い。また、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。【０１４５】
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、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、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、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハＷ上に形成することによって、ウエハＷ上にデバイスパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。さらに、例えば米国特許第６,６１１,３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。要は、光学系の露光エリア内に計測用のパターン像を生成することで物体を露光する露光装置であれば良い。【０１４６】
なお、上記実施形態で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開パンフレット、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。【０１４７】
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をウエハに転写するステップ、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】
【０１４８】
以上説明したように、本発明の線幅計測方法は、物体上に形成されたラインパターンの線幅を計測するのに適している。また、本発明の像形成状態検出方法は、物体上に形成されたラインパターンを含むパターンの像の形成状態を検出するのに適している。また、本発明の調整方法は、光学系を調整するのに適している。また、本発明の露光方法及びデバイス製造方法は、マイクロデバイスを製造するのに適している。
【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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【国際調査報告】
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