(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】  レチクル上の計測用パターンと投影光学系とを介して像面側に配置されたウエハ上に照射される照明光の照射量（ドーズ量）を段階的に変更する（ステップ５１８）。また、各照射量について、投影光学系の光軸方向に関するウエハの位置（フォーカス位置）を段階的に変更しつつ（ステップ５０４）、照射量とフォーカス位置とが共通の条件に対して、計測用パターンの像を、ウエハ上の複数のショット領域それぞれの内部の異なる領域にステップ・アンド・スキャン方式で転写する（ステップ５１０）。そして、ウエハ上の複数のショット領域それぞれの内部の複数の部分領域に形成された計測用パターンの像を検出し、共通の条件毎の複数のショット領域における前記検出結果の平均値に基づいて、投影光学系の光学特性を求める。【選択図】  図４
2011009411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面上に配置されるパターンの像を第２面側に配置される物体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、
前記第１面上に配置された計測用パターンと前記投影光学系とを介して前記第２面側に配置された物体上に照射されるエネルギビームの量を段階的に変更するとともに、各エネルギビームの量について、前記投影光学系の光軸方向に関する位置前記物体の位置を段階的に変更しつつ、前記エネルギビームの量と前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置とが共通の条件に対して、前記計測用パターンの像を、前記物体上の複数の区画領域それぞれの内部の異なる部分領域に順次転写することを、繰り返すことと；
前記繰り返しの結果、物体上の複数の区画領域それぞれの内部の複数の部分領域に形成された前記計測用パターンの像を検出し、前記共通の条件毎の前記複数の区画領域における前記検出結果の平均値に基づいて、前記投影光学系の光学特性を求めることと；
を含む光学特性計測方法。
【請求項２】
前記エネルギビームの量を段階的に変更するに際し、前記エネルギビームの量の制御精度を、デバイスパターンの像の投影時より高精度に設定する請求項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の像の転写に際しては、前記投影光学系内の環境状態を含む前記エネルギビームの照射状態が十分に安定していることを確認した上で前記エネルギビームを前記物体上に照射する請求項１又は２に記載の光学特性計測方法。
【請求項４】
前記計測用パターンの像を前記物体上に転写する毎に、前記前記エネルギビームの強度と照射時間との少なくとも１つを含む照射条件を記録し、
前記光学特性の計測に際しては、前記記録された前記照射条件に基づいて前記計測用パターンの像の検出結果を補正する請求項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】
前記計測用パターンの像の検出結果は、予め求められた前記検出結果と前記照射条件との関係を用いて補正される請求項４に記載の光学特性計測方法。
【請求項６】
前記関係は、前記物体の前記光軸方向に関する位置に対して求められ、
前記投影光学系の光学特性を求める際には、前記物体の前記光軸方向に関する位置にさらに基づいて前記計測用パターンの像の検出結果を補正する請求項５に記載の光学特性計測方法。
【請求項７】
前記投影光学系の光学特性を求める際には、前記物体上に照射された前記エネルギビームの量に対する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検出結果との関係を求め、該関係に基づいて前記光学特性を求める請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項８】
前記投影光学系の光学特性を求める際には、前記関係を検証し、該関係が理想的である場合に該関係に基づいて前記光学特性を求める請求項７に記載の光学特性計測方法。
【請求項９】
前記投影光学系の光学特性を求める際には、前記関係を曲線近似し、該曲線の形と前記曲線からの前記関係のずれとの少なくとも一方に基づいて前記関係を検証する請求項８に記載の光学特性計測方法。
【請求項１０】
前記投影光学系の光学特性を求める際には、前記計測用パターンの像の検出結果に基づいて前記投影光学系の光学特性を計測するための前記エネルギビームの最適量を決定し、該最適量に対応する前記検出結果に基づいて前記光学特性を求める請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項１１】
前記計測用パターンには、前記第１面内で互いに直交する第１及び第２軸をそれぞれ配列方向とする第１及び第２パターンが含まれ、
前記投影光学系の光学特性を求める際には、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及び第２パターンの像の検出結果のそれぞれとの第１及び第２の関係を求め、該第１及び第２の関係に基づいて前記光学特性を求める請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項１２】
前記計測用パターンの像の検出は、前記像を撮像することを含み、
前記検出結果は、撮像により得られた前記複数の区画領域のそれぞれにおける明暗情報の算出結果である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項１３】
前記計測用パターンの像を前記物体上に転写するに際しては、前記投影光学系の光軸に直交する方向に前記計測用パターンと前記物体とを同期駆動する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学特性計測方法を利用して、第１面上に配置されるパターンの像を第２面側に配置される物体上に投影する投影光学系の光学特性を計測することと；
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前記物体の位置の少なくとも一方を調整して、前記パターンの像を前記投影光学系を介して前記第２面側に配置される前記物体に投影することで、前記物体を露光することと；を含む露光方法。
【請求項１５】
前記物体は感応層を有し、
前記感応層にエネルギビームを照射することにより前記物体を露光する請求項１４に記載の露光方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５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ことと；
前記パターンが形成された前記物体を処理することと；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。この前提として、投影光学系の光学特性（結像特性を含む）を正確に計測、評価し、その評価結果に基づいて投影光学系の光学特性を向上させる（調整による場合を含む）ことが必要になる。
【０００３】
投影光学系の光学特性、例えば像面（湾曲）の正確な計測は、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】
投影光学系の最良フォーカス位置の計測方法の一例として、例えば特許文献１に開示される方法が知られている。この方法では、所定のパターン（例えば、ラインアンドスペースパターン等）がテストパターンとして形成されたレチクルを用いて露光を行い、投影光学系の光軸方向に関する複数の位置でテストパターンをテスト用ウエハに転写する。そのテスト用ウエハを現像して得られるレジスト像（転写されたパターンの像）を、例えば、露光装置が備える結像式アライメントセンサ等で撮像し、その撮像データから得られるテストパターンの画像のコントラスト値（例えば画素の輝度値の分散など）と投影光学系の光軸方向に関するウエハの位置との関係に基づいて、最良フォーカス位置を求める。このため、この方法は、コントラスト・フォーカス法とも呼ばれている。
【０００５】
しかし、上述のコントラスト・フォーカス法より得られる最良フォーカス位置は、テストパターンの露光条件、特にウエハに与えられるエネルギ量（ドーズ量）に影響を受け易く、特に最先端のデバイスの製造で用いられる露光装置（投影光学系）では、コントラスト・フォーカス法より得られる最良フォーカス位置は、より一層ドーズ量に敏感であることが最近判明した。
【０００６】
また、従来のコントラスト・フォーカス法では、同一の評価点について、同一の露光条件、すなわち同一ドーズかつ同一フォーカス位置でのテストパターンの像は、１つのみウエハ上に形成されるので、その計測値が誤差を含む場合に、最良フォーカス位置の計測がその誤差の影響を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１７９１９０号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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面上に配置されるパターンの像を第２面側に配置される物体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、前記第１面上に配置された計測用パターンと前記投影光学系とを介して前記第２面側に配置された物体上に照射されるエネルギビームの量を段階的に変更するとともに、各エネルギビームの量について、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置を段階的に変更しつつ、前記エネルギビームの量と前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置とが共通の条件に対して、前記計測用パターンの像を、前記物体上の複数の区画領域それぞれの内部の異なる部分領域に順次転写することを、繰り返すことと；前記繰り返しの結果、物体上の複数の区画領域それぞれの内部の複数の部分領域に形成された前記計測用パターンの像を検出し、前記共通の条件毎の前記複数の区画領域における前記検出結果の平均値に基づいて、前記投影光学系の光学特性を求めることと；を含む光学特性計測方法である。
【０００９】
これによれば、共通の条件毎の前記複数の区画領域における前記検出結果の平均値に基づいて、前記投影光学系の光学特性を求めるので、平均化効果により計測用パターンの像の検出結果に含まれるランダムな誤差成分（物体上に照射されるエネルギビームの量の誤差に起因するものを含む）が低減され、投影光学系の光学特性を高い計測安定性をもって計測することが可能となる。
【００１０】
本発明は、第２の観点からすると、本発明の光学特性計測方法を利用して、第１面上に配置されるパターンの像を第２面側に配置される物体上に投影する投影光学系の光学特性を計測することと；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前記物体の位置の少なくとも一方を調整して、前記パターンの像を前記投影光学系を介して前記第２面側に配置される前記物体に投影して、該物体を露光することと；を含む露光方法である。
【００１１】
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。
【００１２】
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ことと；前記パターンが形成された前記物体を処理することと；を含むデバイス製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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）及び図２（Ｂ）は、それぞれ、計測用レチクルＲＴＨ，ＲＴＶを示す図である。
【図３】本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４】図３のステップ４０６の具体例を示すフローチャートである。
【図５】ウエハＷＴ上のショット領域の配置とステップ・アンド・スキャン方式の露光時における露光中心の移動経路を示す図である。
【図６】評価点対応領域が形成されたウエハＷＴ上のショット領域の１つを示す図である。
【図７】評価点対応領域を説明するための図である。
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図８に基づいて説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、インテグレータセンサ、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。ここで、インテグレータセンサにより照明光ＩＬの照度（強度）が計測され、その計測結果は主制御装置２８に送られる。インテグレータセンサの出力と、像面における照明光ＩＬの照度との関係は、予め求められ、主制御装置２８の内部のメモリに記憶されている。
【００１８】
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、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、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（露光領域））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。
【００２１】
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。
【００２２】
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の位置情報は、移動鏡２４にレーザビーム（測定ビーム）を照射し、移動鏡２４からの反射光を受光するレーザ干渉計２６によって計測される。レーザ干渉計２６の計測情報は、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の計測情報に基づいて、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軸方向、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）を算出する。なお、移動鏡２４に代えて、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。
【００２３】
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。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。
【００２４】
主制御装置２８は、前述の５自由度方向の位置情報に基づいて、駆動系２２を介してＸＹステージ２０を制御することで、ウエハＷのＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転を含む）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。
【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。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。
【００２６】
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、例えばＦＩＡ（Field Image Alignment）系と呼ばれる画像処理方式の結像式のアライメントセンサを含み、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。
【００２７】
ここで、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、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。
【００２８】
アライメント制御装置１６は、アライメント系ＡＳ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。
【００２９】
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系が設けられ、該レチクルアライメント系の検出信号は、アライメント制御装置１６を介して主制御装置２８に供給される。
【００３０】
その他、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブル１８）には、照明光ＩＬが投影光学系ＰＬを介して投射されるウエハＷ表面上での照度及び照度の分布（むら）をそれぞれ計測する照度モニタ及び照度むらセンサ（不図示）等が設けられている。
【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、２枚のレチクルＲＴＨ、ＲＴＶが用いられる。図２（Ａ）には、そのうちの１枚のレチクルＲＴＨが示されている。図２（Ａ）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（Ａ）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（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ＲＴＨの中心（レチクルセンタ）に一致）、及びパターン領域ＰＡ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。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、前述のスリット状の照明領域は、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。
【００３２】
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。
【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】
図２（Ｂ）には、もう１枚のレチクルＲＴＶが示されている。図２（Ｂ）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２（Ｂ）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。
【００３５】
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参照しつつ説明する。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という用語及び符号を用いるが、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、主制御装置２８に関する説明は、特に必要な場合を除き省略する。
【００３６】
まず、図３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テストウエハ（以下、単にウエハという）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。
【００３７】
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。
【００３８】
具体的には、まず、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。
【００３９】
次いで、前述のレチクルアライメント系（不図示）によって、基準板ＦＰ上の一対の基準マーク（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。
【００４０】
本実施形態では、レチクルＲＴＨ、ＲＴＶを用いて走査露光を行い、投影光学系ＰＬのダイナミックな光学特性、例えばダイナミック像面を求めるため、投影光学系ＰＬを介して計測用パターンＭＰｎの投影像（パターン像）が生成される露光エリア内の位置が、投影光学系ＰＬ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、露光エリア（パターン領域ＰＡに対応）の中心及び４隅の計５つの評価点（計測用パターンＭＰｎの位置に対応）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。
【００４１】
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。
【００４２】
このサブルーチンでは、まず、図４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（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Ｘ軸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、Ｐ１からＰＮまでΔＰ刻みでＮ通り（一例としてＮ＝２３とする）の目標ドーズ量（Ｐj＝Ｐ１〜Ｐ２３）の設定が行われる。
【００４３】
次のステップ５０３では、ウエハ面（投影光学系ＰＬの像面にほぼ一致）上における照明光ＩＬのドーズ量（単位面積当たりのエネルギ量）を安定させる。具体的には、レーザ干渉計２６の計測値をモニタしつつ駆動系２２を介してウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ２０）を駆動して、投影光学系ＰＬの直下にウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブル１８）上の照度モニタを位置させ、光源からのレーザ光（パルス光）の発光を開始する。そして、照度モニタの出力（照明光ＩＬの照度）を監視して、照明光ＩＬの強度（光量）が十分に安定するのを待つ。これは、特にレーザ光の発光開始直後は、レーザの発振状態が不安定であるとともに、投影光学系ＰＬが照明光ＩＬを吸収することによって照明光ＩＬの透過率が変動し、ウエハＷＴ上に照射される照明光ＩＬのドーズ量が一定に定まらない一方、透過率は、一定量の照明光ＩＬの吸収によって所定の飽和値に達すると、それ以後一定となるからである。
【００４４】
そして、ウエハ面上でのドーズ量が安定したことを確認すると、ステップ５０４に移行する。
【００４５】
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（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Ｙ軸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、Ｚ1からＺMまでΔＺ刻みでＭ通り（一例としてＭ＝１３とする）の目標フォーカス位置（Ｚｉ＝Ｚ１〜Ｚ１３）の設定が行われる。
【００４６】
本実施形態では、後述するように、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上に転写するための露光が行われる。また、本実施形態では、図５に示される開始点Ｂから終了点Ｅに至る一連の経路（以下、経路ＢＥと表記する）に沿ってウエハＷＴ上を露光中心（前述の露光領域の中心であって、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）が移動するように、１回の露光（ドーズ量及びフォーカス位置に応じて定まる１露光条件での露光）の際のウエハＷＴの移動経路が、定められている。なお、実際には、固定の露光中心に対してウエハが経路ＢＥとは逆の経路に沿って移動するのであるが、図５では図示及び説明の分かり易さを考慮して、ウエハＷＴ上を露光中心が経路ＢＥに沿って移動するように示されている。経路ＢＥは、パターンＭＰｎをショット領域（区画領域）Ｓ１〜Ｓ２６にいわゆる完全交互スキャン露光によって順次転写する時と同様の、ウエハＷＴに対する露光中心の移動経路である。
【００４７】
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を介してウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ２０）を駆動して、ウエハＷＴを、前述した経路ＢＥの起点に対応する、ウエハＷＴ上のショット領域Ｓ１の露光のための走査開始位置（便宜上、（Ｘｉ，Ｙｊ）とする）に位置決めする。この場合、ｉ＝１、ｊ＝１であるから、ウエハＷＴは、走査開始位置（Ｘ１，Ｙ１）に位置決めされる。
【００４８】
この走査開始位置にウエハＷＴが位置決めされた場合、後述する走査露光の際にレチクルＲＴＨ（レチクルステージＲＳＴ）とウエハＷＴ（ウエハステージＷＳＴ）とが走査方向（Ｙ軸方向）に相対走査されると、露光中心が図６に示されるウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢ３の区画領域（部分領域）ＤＡｉ，ｊ（ここではＤＡ１，１（図６参照））の中心を通ることとなる。なお、評価点対応領域については、後述する。
【００４９】
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。
【００５０】
次のステップ５１０では、経路ＢＥに対応する経路に沿ってウエハＷＴを移動しつつ、ステップ・アンド・スキャン方式で露光を行う。具体的には、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、露光中心が起点Ｂから終点Ｅまで経路ＢＥに沿って矢印方向にウエハＷＴ上を移動するように、ウエハＷＴが載置されたウエハテーブル１８（ウエハステージＷＳＴ）を駆動する。この場合、露光中心が経路ＢＥ中の直線区間（図５参照）を移動するとき、ウエハテーブル１８（ウエハステージＷＳＴ）とレチクルステージＲＳＴとを同期して走査方向（Ｙ軸方向）に等速度で駆動（相対走査）し、その等速同期移動時に照明光ＩＬによりレチクルＲＴＨを照明してそのパターンをウエハＷＴ上のショット領域Ｓｋ（ｋ＝１〜２６）に投影光学系ＰＬを介して転写する。すなわち、デバイスパターンを完全交互スキャンによりウエハＷＴ上のショット領域Ｓ１〜Ｓ２６に転写する場合と同様に、ショット領域Ｓｋに対する走査露光と、ショット領域間のウエハテーブル１８（ウエハステージＷＳＴ）のステッピング動作とが交互に繰り返される。これにより、図６示されるように、ウエハＷＴ上のショット領域Ｓ１〜Ｓ２６の評価点対応領域ＤＢn（ｎ＝１〜５）の区画領域ＤＡｉ，ｊ（ここではＤＡ１，１）のそれぞれに、同じ露光条件（フォーカス位置Ｚｉとドーズ量Ｐｊ）にて、パターンＭＰＨｎ（ｎ＝１〜５）が転写される。
【００５１】
上述の露光中、主制御装置２８は、ウエハＷＴ上のドーズ量Ｑ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Ｑは、照明光ＩＬの１パルスあたりのエネルギ量（パルスエネルギ量）と、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により調整することができる。本実施形態では、照明光ＩＬのパルスエネルギ量を十分に小さく、すなわち通常のデバイス製造時に設定されるパルスエネルギ量よりも小さく設定し、そのパルスエネルギ量に対してパルス数を変更することにより、露光量が通常のデバイス製造時に比べて精度良く制御される。ここで、露光中は、照度モニタを用いることができないので、ドーズ量の制御は、インテグレータセンサの出力からインテグレータセンサの出力と像面における照明光ＩＬの照度との関係に基づいて、像面における照明光ＩＬの照度を算出すると共に、投影光学系の透過率の時間変化を予測するための計算式にインテグレータセンサの出力から得られる投影光学系の照明光の吸収量を代入することで透過率の時間変化を時々刻々求め、その算出した照明光ＩＬの照度と透過率とを考慮して、ウエハ上に照射される照明光ＩＬのパルス数を変更することで、ドーズ量が管理調整される。主制御装置２８は、図６に示されるショット領域Ｓｋ内の評価点対応領域ＤＢn（ｎ＝１〜５）の区画領域ＤＡｉ，ｊのそれぞれを露光する毎に、ドーズ量Ｑｋｉｊを制御すると同時に、露光時のドーズ量Ｑｋｉｊ（あるいはパルスエネルギ量とパルス数）を露光履歴中に記録する。
【００５２】
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の値を１インクリメントする（ｉ←ｉ＋１）とともに、ウエハＷＴの目標フォーカス位置をＺｉ＋１（ここではＺ２）に変更する。目標フォーカス位置を変更した後、ステップ５０６に戻る。そして、ステップ５１２における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。
【００５３】
ただし、上記の処理の繰り返しに当たり、主制御装置２８は、ｉの値を１インクリメントする毎に、ステップ５０６において、前回の露光の際の走査開始位置から所定のステップピッチΔＹだけ−Ｙ方向にシフトした位置（Ｘｊ，Ｙｉ（＝Ｙｉ−１−ΔＹ））を目標位置として、ウエハＷＴの位置決めを順次行う。これにより、ｉの値を１インクリメントする毎に、露光中心のウエハＷＴ上での経路ＢＥが、所定のステップピッチΔＹだけ＋Ｙ方向に順次シフトすることとなる。ステップピッチΔＹは、評価点対応領域ＤＢｎを拡大して図７に示されるように、区画領域ＤＡｉ，ｊのＹ軸方向の幅に等しく定められている。
【００５４】
上記のステップ５０６、５０８、５１０、５１２、５１４の処理（判断を含む）の繰り返しにより、ウエハＷＴ上のショット領域Ｓ１〜Ｓ２６内の評価点対応領域ＤＢn（ｎ＝１〜５）の区画領域ＤＡｉ，１（ｉ＝２〜Ｍ）に計測用パターンＭＰｎ（この場合パターンＭＰＨn）の像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の値を１インクリメントする（ｊ←ｊ＋１）とともに、目標ドーズ量をＰｊ+１（ここではＰ2）に変更する。目標ドーズ量を変更した後、ステップ５０４に戻る。そして、主制御装置２８は、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。
【００５７】
主制御装置２８は、処理の繰り返しに当たり、カウンタｊの値を１インクリメントする毎に、ステップ５０４において、ｉの値を１に初期化するとともに、ステップ５０６において、Ｙ軸方向に関する目標位置がＹ１で、Ｘ軸方向に関して、前回の露光の際の走査開始位置から所定のステップピッチΔＸだけ−Ｘ方向にシフトした位置（Ｘｊ（＝Ｘｊ-１−ΔＸ），Ｙ１）を目標位置として、ウエハＷＴの位置決めを順次行う。これにより、ｉの値を１インクリメントする毎に、露光中心のウエハＷＴ上での経路ＢＥが、Ｙ軸方向に関して初期位置に戻され、所定のステップピッチΔＸだけ＋Ｘ方向に順次シフトすることとなる。ステップピッチΔＸは、図７に示されるように、区画領域ＤＡｉ，ｊのＸ軸方向の幅に等しく定められている。
【００５８】
上記のステップ５０４、（５０６、５０８、５１０、５１２、５１４）、５１６、５１８の処理（判断を含む）を繰り返しにより、ウエハＷＴ上のショット領域Ｓ１〜Ｓ２６内の評価点対応領域ＤＢn（ｎ＝１〜５）の区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝２〜Ｎ）に計測用パターンＭＰｎ（この場合パターンＭＰＨn）の像がそれぞれ転写される。
【００５９】
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３（メインルーチン）のステップ４０８に移行（リターン）する。
【００６０】
上記ステップ４０６の処理により、ウエハＷＴ上の各ショット領域ＳｋについてＭ×Ｎ（一例として１３×２３＝２９９）回の露光が行われ、この結果、ウエハＷＴの各ショット領域Ｓｋ内には、図５に示されるように、各評価点に対応する５つの領域が形成される。そして、この５つの領域、すなわち前述の評価点対応領域ＤＢ1〜ＤＢ5（図６及び図７参照）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。評価点対応領域ＤＢn（ｎ＝１〜５）は、露光エリア内で投影光学系ＰＬの光学特性（この場合、ダイナミックな光学特性）を評価すべき複数の評価点に対応する。
【００６１】
図７には、ウエハＷＴ上の各評価点対応領域ＤＢnが拡大して示されている。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７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。
【００６２】
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。
【００６３】
図３のステップ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、ウエハ搬送系（不図示）を介して、露光装置１００にインライン接続されたコータ・デベロッパ（不図示）に搬送する。
【００６４】
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上の各ショット領域Ｓｋには、図６に示されるような評価点対応領域ＤＢn（ｎ＝１〜５）のレジスト像が形成され、このレジスト像が形成されたウエハＷＴが後述するステップ４１８において光学特性を計測するための試料となる。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
次のステップ４１４では、現像済みのウエハＷＴを用いて、最適ドーズ量及び光学特性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。
【００６８】
具体的には、主制御装置２８は、ウエハＷＴ上のショット領域Ｓ１〜Ｓ２６内の評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５のそれぞれについて、以下のａ．〜ｄ．の処理を行う。
【００６９】
ａ．  まず、ウエハＷＴ上の各ショット領域Ｓｋ内の評価点対応領域ＤＢｎのレジスト像を、アライメント系ＡＳ（ＦＩＡ系）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。
【００７０】
ｂ．  次いで、例えば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。
【００７１】
ｃ．  次いで、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。
【００７２】
ｄ．  次いで、各ショット領域Ｓｋ内の各評価点対応領域ＤＢｎの各区画領域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Ｅｋｎ,ｉｊ（簡単のためＥi,jとも表記する）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）と与えられる。
【００７３】
上記のａ．〜ｄ．の処理を全てのショット領域Ｓｋ内の全ての評価点対応領域ＤＢｎについて行い、ショット領域Ｓｋ、評価点対応領域ＤＢｎ、区画領域ＤＡi,j毎のコントラスト値Ｅｋｎ,ｉｊを求める。
【００７４】
以上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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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４１８に移行する。
【００７８】
ステップ４１８では、主制御装置２８は、次のｅ．〜ｇ．の手順に従って、最適ドーズ量を決定し、さらに決定した最適ドーズ量に対して最良フォーカス位置等を求める。
【００７９】
ｅ．  まず、各評価点対応領域ＤＢnについて、（目標）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に示される横軸をフォーカス位置Ｚｉとし、縦軸をコントラスト値とするグラフ上にプロットする。
【００８０】
さらに詳述すると、本実施形態では、主制御装置２８により露光量（ドーズ量Ｑ）が精度良く制御されているが、実際のウエハＷＴ上の照明光ＩＬのドーズ量Ｑは、目標ドーズ量Ｐｊに一致しているとは限らない。この一方、本実施形態では、計測用パターンＭＰｎが、ウエハＷＴ上の複数のショット領域Ｓｋ（ｋ＝１〜２６）の全てに、同じ露光条件（フォーカス位置Ｚｉとドーズ量Ｐｊ）にて転写されている。そこで、主制御装置２８は、先にステップ４１４で求めた、各ショット領域Ｓｋ内の各評価点対応領域ＤＢｎの各区画領域ＤＡi,jのコントラスト値Ｅｋｎ,ｉｊを用いて、共通の条件（フォーカス位置、ドーズ量）毎の２６個のショット領域Ｓｋにおけるコントラスト値の平均値（ΣＥｋ,ｉｊ／２６）＝aveＥi,jを、評価点対応領域ＤＢｎ毎に求める。得られた平均値aveＥi,jが、フォーカス位置Ｚｉに対するコントラスト値Ｅi,jとしてグラフ中にプロットされる。Ｈ線、Ｖ線についてのコントラスト値Ｅi,jが同一のグラフ中にプロットされる（図８参照）。かかるコントラスト値Ｅi,jのプロットは、評価点対応領域ＤＢｎ毎に行われる。
【００８１】
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。
【００８２】
ｆ．  次に、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、最適ドーズ量では、コントラストカーブは理想的なプロファイルを示す。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（自乗誤差）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。
【００８３】
ここで、主制御装置２８は、最適ドーズ量Ｐｏｐｔｎに対応するコントラスト値Ｅi,jに対する自乗誤差が十分小さいことを確認するとともに、コントラストカーブから顕著に離れたコントラスト値Ｅi,j、すなわち跳びデータがないことを確認する。跳びデータがある場合、跳びデータに対応する計測パターンを区画領域ＤＡｉｊに転写する際のドーズ量Ｑが目標ドーズ量Ｐｊからずれていたと判断することができる。そこで、主制御装置２８は、次に述べる方法により、跳びデータを、目標ドーズ量Ｐｊに最も近いドーズ量Ｑｋｉｊに対応するコントラスト値Ｅｋｎ,ｉｊに差し換える、あるいはドーズ量Ｑｋｉｊを用いて目標ドーズ量Ｐｊに対応する値に補正する。
【００８４】
すなわち、主制御装置２８は、露光履歴中に含まれるショット領域Ｓｋ（ｋ＝１〜２６）及び区画領域ＤＡｉ，ｊ毎に記録したドーズ量Ｑｋｉｊ（ｋ＝１〜２６（あるいはパルスエネルギ量とパルス数との積））を確認し、その中から目標ドーズ量Ｐｊに最も近いドーズ量Ｑｋｉｊに対応するコントラスト値Ｅｋｎ,ｉｊを抽出する。そして、そのコントラスト値Ｅｋｎ,ｉｊに、跳びデータを、差し換える。あるいは、対応するコントラスト値を抽出する代わりに、２６通りのコントラスト値Ｅｋｎ,ｉｊ（ｋ＝１〜２６）を、ドーズ量Ｑｋｉｊ（ｋ＝１〜２６）を用いて重み付け平均等して、目標ドーズ量Ｐｊに対応するコントラスト値Ｅi,jを求めても良い。
【００８５】
また、予めコントラスト値Ｅとドーズ量Ｑとの関係を実測するなどして求めている場合には、その関係と記録したドーズ量Ｑｋｉｊ（ｋ＝１〜２６）とを用いて、跳びデータを、目標ドーズ量Ｐｊに対応するコントラスト値Ｅi,jに補正することも可能である。ここで、コントラスト値Ｅとドーズ量Ｑとの関係は、フォーカスＺにも依存するのが通常であるので、これらの３つの関係をマップ形式で求めることとしても良い。
【００８６】
ｇ．  次に、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、最適ドーズ量Ｐｏｐｔｎ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、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、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。
【００８７】
また、主制御装置２８は、各評価点における最良フォーカス位置に基づいて、ダイナミック像面の形状を算出する。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。
【００８８】
そして、デバイスの製造に際しては、主制御装置２８は、前述と同様のステップ・アンド・スキャン方式の露光を行い、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。このとき、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。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、本実施形態に係る光学特性計測方法によると、共通の条件（フォーカス位置、ドーズ量）毎の複数（２６個）のショット領域Ｓｋにおけるコントラスト値の平均値（ΣＥｋ,ｉｊ／２６）＝aveＥi,jに基づいて、投影光学系ＰＬの光学特性を求めるので、平均化効果により計測用パターンの像の検出結果に含まれるランダムな誤差成分が低減され、投影光学系ＰＬの光学特性（例えば最良フォーカス位置、ダイナミック像面など）を高い計測安定性をもって計測することが可能となる。
【００９０】
また、本実施形態に係る光学特性計測方法によると、パターンＭＰｎ（ｎ＝１〜５）をウエハＷＴ上に転写するための露光に際し、一例として、照明光ＩＬのパルスエネルギ量を通常のデバイス製造時に設定されるパルスエネルギ量よりも小さく設定し、そのパルスエネルギ量に対してパルス数を変更することにより露光量（ドーズ量）を精度良く制御される。従って、露光量（ドーズ量）の制御誤差がコントラスト・フォーカス法の計測結果に与える影響を小さくすることができる。
【００９１】
また、本実施形態に係る光学特性計測方法によると、通常のデバイス製造時と同様に、すなわち経路ＢＥ（図５参照）に沿ってのステップ・アンド・スキャン方式の露光により、ウエハＷＴ上に、計測用パターンＭＰｎが転写され、それを用いて投影光学系ＰＬの光学特性が評価される。従って、実際の露光に対応する正確な計測が可能である。ここで、露光のスキャン方向（±Ｙ方向）毎に、投影光学系ＰＬの光学特性を評価することも可能である。
【００９２】
また、本実施形態の露光装置１００によると、主制御装置２８が、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の光学特性及び光軸ＡＸｐの方向に関するウエハＷの位置の少なくとも一方を調整して、レチクルＲに形成されたパターン像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷに投影して、該ウエハＷを露光する。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。
【００９３】
なお、上記実施形態において、共通の条件（フォーカス位置、ドーズ量）毎の２６個のショット領域Ｓｋにおけるコントラスト値の平均値（ΣＥｋ,ｉｊ／２６）＝aveＥi,jを、評価点対応領域ＤＢｎ毎に求め、得られた平均値aveＥi,jを用いて投影光学系ＰＬの光学特性を求めるものとした。しかし、これに限らず、２６個のショット領域Ｓｋのうちの一部の複数のショット領域におけるコントラスト値の平均値を用いて投影光学系ＰＬの光学特性を求めることとしても良い。
【００９４】
あるいは、このような平均値を求める代わりに、前述の跳びデータを、目標ドーズ量Ｐｊに最も近いドーズ量Ｑｋｉｊに対応するコントラスト値Ｅｋｎ,ｉｊに差し換える場合と同様にして、目標ドーズ量Ｐｊに最も近いドーズ量Ｑｋｉｊに対応するコントラスト値Ｅｋｎ,ｉｊを抽出し、このコントラスト値を用いて、前述と同様の手順で、ドーズ量の決定、投影光学系の最良フォーカス位置の算出を行っても良い。なお、後述するように、コントラストカーブの形状（プロファイル）より、目標ドーズ量Ｐｊに最も近いドーズ量Ｑｋｉｊに対応するコントラスト値Ｅｋｎ,ｉｊを抽出することも可能である。
【００９５】
あるいは、前述の跳びデータを、補正する場合と同様にして、得られた生のコントラスト値を、目標ドーズ量Ｐｊに対応するコントラスト値Ｅi,jに補正し、その補正後のコントラスト値を用いて、前述と同様の手順で、ドーズ量の決定、投影光学系の最良フォーカス位置の算出を行っても良い。このようにしても、ドーズ量の制御誤差の影響を軽減できるので、投影光学系ＰＬの光学特性を正確に計測することができる。
【００９６】
また、上記実施形態において、上述の目標ドーズ量Ｐｊに最も近いドーズ量Ｑｋｉｊに対応するコントラスト値Ｅｋｎ,ｉｊの抽出、補正等を、跳びデータ以外のコントラスト値に対して適用しても良い。また、ウエハＷＴ上の露光領域内に照射される照明光ＩＬの光量の分布が一定でない場合、予め照度むらセンサ等を用いて露光領域内の照度むらを計測し、その結果を用いてコントラスト値Ｅｋｎ,ｉｊを補正しても良い。
【００９７】
なお、上記実施形態では、主制御装置２８により、照明系ＩＯＰから射出される照明光ＩＬの光量と、露光時のドーズ量Ｑ（照明光ＩＬの１パルスあたりのエネルギ量とパルス数）とが監視されている。しかし、投影光学系ＰＬを構成するレンズエレメントによって照明光ＩＬが吸収あるいは散乱されることもあるため、これらの量は必ずしもウエハに付与される照明光ＩＬのドーズ量を反映していない。そこで、投影光学系ＰＬ内の温度・圧力等の環境量を計測し、その結果に基づいて投影光学系ＰＬ内で照明光ＩＬの損失を評価することも可能である。露光中、照明系ＩＯＰから射出される照明光ＩＬの光量と露光時のドーズ量Ｑが安定していることに加え、環境量が安定していることを確認することにより、少なくともウエハに付与される照明光ＩＬのドーズ量が安定していると判断することができる。そこで、主制御装置２８は、ステップ５１０において、照明光ＩＬの強度とともに投影光学系ＰＬ内の環境量も監視し、これらの両方が十分安定していることを確認した上で、露光を開始することとしても良い。また、主制御装置２８は、露光時のドーズ量Ｑとともに投影光学系ＰＬ内の環境量を露光履歴に記録し、光学特性を評価する際にこれらの記録を用いて適当なコントラストデータＥｋｎｉｊを選別することとしても良い。
【００９８】
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。
【００９９】
なお、上記実施形態では、評価点対応領域毎にその全体を同時に撮像するものとしたが、例えば１つの評価点対応領域を複数に分けてそれぞれ撮像するようにしても良い。このとき、例えば評価点対応領域の全体をアライメント系ＡＳの検出領域内に設定し、評価点対応領域の複数の部分を異なるタイミングで撮像しても良いし、あるいは評価点対応領域の複数の部分を順次アライメント系ＡＳの検出領域内に設定してその撮像を行うようにしても良い。さらに、１つの評価点対応領域ＤＢnを構成する複数の区画領域は互いに隣接して形成するものとしたが、例えばその一部（少なくとも１つの区画領域）を、前述したアライメント系ＡＳの検出領域の大きさに対応する距離以上離して形成しても良い。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。
【０１００】
なお、上記各実施形態では走査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、走査露光の代わりに静止露光を用いても良い。この場合には、前述したスリット状の照明領域に対応するパターン領域内の領域に計測用パターンが配置された計測用レチクルを用いる必要がある。この場合、上記実施形態と同様の手順により、投影光学系のスタティックな光学特性を計測することが可能である。
【０１０１】
また、上記実施形態の露光装置を、例えば国際公開第９９／４９５０４号、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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
また、上記実施形態では、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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
また、上記実施形態では干渉計システム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。
【０１０６】
さらに、上記実施形態では、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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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】
【０１１１】
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、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、電子デバイスを製造するのに適している。
【符号の説明】
【０１１２】
２８…主制御装置、１００…露光装置、ＡＳ…アライメント系、ＭＰn…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、Ｓｋ…ショット領域、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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