(57)【要約】所定のパターンが形成されたパターン形成部材を第１面上に配置し、照射されるエネルギビームのエネルギ量に対応して色に関連する物理的性質、例えば着色濃度が変化する感光体を第２面上に配置し、パターン形成部材にエネルギビームを照射してパターンを投影光学系を介して感光体上に転写する（ステップ４１３）。そして、感光体の物理的性質の変化、例えば着色の有無に基づいてパターンの像を検出し、その検出結果に基づいてパターンの像の形成状態を得る（ステップ４２３）。さらに、その像の形成状態に基づいて露光装置の特性を評価する（ステップ４２９）。
2003046962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面上のパターンを投影光学系を介して第２面に配置される物体上に転写する露光装置の特性を評価する評価方法であって、
前記第１面上に配置されたパターンにエネルギビームを照射し、前記パターンを、前記第２面上に配置された、照射されるエネルギビームのエネルギ量に対応して色に関連する物理的性質が変化する感光体上に、前記投影光学系を介して転写する工程と；
前記感光体の物理的性質の変化を示す情報に基づいて前記パターンの像を検出し、その検出結果に基づいて前記パターンの像の形成状態を得る工程と；
前記像の形成状態に基づいて前記露光装置の特性を評価する工程と；を含む評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の評価方法において、
前記露光装置の特性は、前記投影光学系の光学特性を含むことを特徴とする評価方法。
【請求項３】
請求項１に記載の評価方法において、
前記パターンの像は、前記感光体の物理的性質の変化を示す情報に基づいて露光部と未露光部との境界を抽出することにより検出されることを特徴とする評価方法。
【請求項４】
請求項１に記載の評価方法において、
前記物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係は非線形であることを特徴とする評価方法。
【請求項５】
請求項４に記載の評価方法において、
前記感光体の物理的性質の変化は、露光回数が１回の場合と複数回の場合とで同一であることを特徴とする評価方法。
【請求項６】
請求項１に記載の評価方法において、
前記物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係は線形であることを特徴とする評価方法。
【請求項７】
請求項１に記載の評価方法において、
前記物理的性質は、着色濃度、光の屈折率、光の透過率及び光の反射率の少なくとも一つを含むことを特徴とする評価方法。
【請求項８】
請求項７に記載の評価方法において、
前記物理的性質は着色濃度を含み、前記物理的性質の変化を示す情報は、着色の有無情報であることを特徴とする評価方法。
【請求項９】
請求項１に記載の評価方法において、
前記パターンの像は、前記感光体を経由した透過光及び反射光の少なくとも一方を用いて検出されることを特徴とする評価方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の評価方法において、
前記感光体はその表面に感光層が形成され、前記感光層の膜厚に応じて前記パターンの像の検出条件を変更することを特徴とする評価方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の評価方法において、
前記物理的性質の変化を示す情報は、前記感光体の撮像データを画像処理することにより得られることを特徴とする評価方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の評価方法において、
前記画像処理では、前記撮像データにおけるデータ値の最大値と最小値及び前記感光体の物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係の少なくとも一方に基づいて閾値を決定し、その閾値によって前記撮像データを２値化することを特徴とする評価方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の評価方法において、
前記パターンの像は、前記感光体を経由した回折光を用いて検出されることを特徴とする評価方法。
【請求項１４】
第１面上のパターンを第２面に配置される物体上に転写する露光装置の特性を評価する評価方法であって、
前記第１面上に配置された第１パターンにエネルギビームを照射し、前記第１パターンを、前記第２面上に配置された、照射されるエネルギビームのエネルギ量に対応して色に関連する物理的性質が変化する感光体上に転写して前記第１パターンの転写像を形成する工程と；
前記第１面上に配置された第２パターンに前記エネルギビームを照射し、前記第２パターンを、前記第１パターンの転写像が形成された前記感光物体上に所定の位置関係で転写して前記第２パターンの転写像を形成する工程と；
前記感光体の物理的性質の変化を示す情報に基づいて前記第１パターンの像と第２パターンの像とをそれぞれ検出し、その検出結果に基づいて前記第１パターンの像と第２パターンの像との位置関係に関する情報を求める工程と；
前記情報に基づいて前記露光装置の特性を評価する工程と；を含む評価方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の評価方法において、
前記第２パターンの転写像を形成する工程では、前記感光体上の前記第１パターンの転写像が形成された領域に前記第２パターンの像の少なくとも一部が重ね合わせられるように、前記第２パターンを前記感光体上に転写し、
前記位置関係の情報は、前記第１パターンと第２パターンとの重ね合わせ誤差に関する情報であることを特徴とする評価方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の評価方法において、
前記第１パターンと前記第２パターンとは同一のパターン形成部材上に所定の位置関係で形成されていることを特徴とする評価方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の評価方法において、
前記第２パターンの転写像を形成する工程は、前記第１パターンの転写時から前記所定の位置関係に応じた方向及び距離だけ、前記パターン形成部材と前記感光体とを相対移動する工程と；
前記相対移動後に前記第２パターンを前記感光体上に転写する工程と；を含むことを特徴とする評価方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の評価方法において、
前記露光装置の特性は、前記パターン形成部材及び前記感光体の少なくとも一方の位置決め精度を含むことを特徴とする評価方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の評価方法において、
前記第１パターンと前記第２パターンとは異なるパターン形成部材上にそれぞれ形成されていることを特徴とする評価方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の評価方法において、
前記露光装置の特性は、前記パターン形成部材及び前記感光体の少なくとも一方の位置決め精度を含むことを特徴とする評価方法。
【請求項２１】
請求項１４に記載の評価方法において、
前記各パターンの像は、前記感光体の物理的性質の変化を示す情報に基づいて露光部と未露光部との境界を抽出することにより検出されることを特徴とする評価方法。
【請求項２２】
請求項１４に記載の評価方法において、
前記物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係は非線形であることを特徴とする評価方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の評価方法において、
前記感光体の物理的性質の変化は、露光回数が１回の場合と複数回の場合とで同一であることを特徴とする評価方法。
【請求項２４】
請求項１４に記載の評価方法において、
前記物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係は線形であることを特徴とする評価方法。
【請求項２５】
請求項１４に記載の評価方法において、
前記物理的性質は、着色濃度、光の屈折率、光の透過率及び光の反射率の少なくとも一つを含むことを特徴とする評価方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の評価方法において、
前記物理的性質は着色濃度を含み、前記物理的性質の変化を示す情報は、着色の有無情報であることを特徴とする評価方法。
【請求項２７】
請求項１４に記載の評価方法において、
前記各パターンの像は、前記感光体を経由した透過光及び反射光の少なくとも一方を用いて検出されることを特徴とする評価方法。
【請求項２８】
請求項１４に記載の評価方法において、
前記感光体はその表面に感光層が形成され、前記感光層の膜厚に応じて前記パターンの像の検出条件を変更することを特徴とする評価方法。
【請求項２９】
請求項１４に記載の評価方法において、
前記物理的性質の変化を示す情報は、前記感光体の撮像データを画像処理することにより得られることを特徴とする評価方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の評価方法において、
前記画像処理では、前記撮像データにおけるデータ値の最大値と最小値及び前記感光体の物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係の少なくとも一方に基づいて閾値を決定し、その閾値によって前記撮像データを２値化することを特徴とする評価方法。
【請求項３１】
請求項１４に記載の評価方法において、
前記各パターンの像は、前記感光体を経由した回折光を用いて検出されることを特徴とする評価方法。
【請求項３２】
第１面上のパターンを第２面に配置される物体上に転写する露光装置の特性を評価する評価方法であって、
照射されるエネルギビームのエネルギ量に応じて色に関連する物理的性質が変化する感光体を前記第２面上に配置し、前記第１面上にパターンを配置せずに、前記感光体上にエネルギビームを照射する工程と；
前記感光体の物理的性質の変化を示す情報を検出し、その検出結果に基づいて前記露光装置の特性を評価する工程と；を含む評価方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の評価方法において、
前記露光装置の特性は、前記エネルギビームの被照射領域内での照度分布を含むことを特徴とする評価方法。
【請求項３４】
請求項３２に記載の評価方法において、
前記物理的性質の変化を示す情報は、前記感光体を経由した反射光及び透過光の少なくとも一方を用いて検出されることを特徴とする評価方法。
【請求項３５】
請求項３２に記載の評価方法において、
前記物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係は線形であることを特徴とする評価方法。
【請求項３６】
請求項３２に記載の評価方法において、
前記物理的性質は、着色濃度、光の屈折率、光の透過率及び光の反射率の少なくとも一つを含むことを特徴とする評価方法。
【請求項３７】
調整工程を含む露光装置の製造方法であって、
前記調整工程では、請求項１〜３６のいずれか一項に記載の評価方法による評価結果に基づいて、前記露光装置の特性を調整することを特徴とする露光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、評価方法及び露光装置の製造方法に係り、更に詳しくは、パターンの転写像が形成された被露光物体を現像せずに露光装置の特性を評価する評価方法及び該評価方法による評価結果に基づいて調整工程において露光装置の特性を調整する露光装置の製造方法に関する。
背景技術
従来より、半導体素子（集積回路）等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを投影光学系を介して、レジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「ウエハ」ともいう）上に転写する種々の投影露光装置が用いられている。
レジストには、通常、感光性の高分子材料が使用されており、露光部と未露光部との溶解速度差あるいは溶解度差を利用して現像が行なわれる。レジストは、露光部が現像で溶解するポジ型と、未露光部が現像で溶解するネガ型とに大別される。例えば、化学増幅型レジストは、感光剤として酸発生剤を含み、露光で発生した酸により、続く熱処理において触媒反応が誘起され、現像液に対して不溶化（ネガ型）又は可溶化（ポジ型）が促進される。
また、半導体素子等は年々高集積化しており、これに伴い投影露光装置には、より微細なパターンを精度良く転写できることが要求されるようになってきた。かかる要求に応えるためにも、露光装置の特性、例えば投影光学系の光学特性、レチクル及びウエハの位置決め精度、露光用エネルギビームの照度分布などを正確に評価することが重要となっている。
投影光学系の光学特性、例えばパターンが結像される像面の形状の正確な計測は、投影光学系の視野内の各計測点における最適なフォーカス位置（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。この最良フォーカス位置の計測方法としては、主として以下の２つが知られている。
１つは、いわゆるＣＤ／フォーカス法として知られている計測方法である。この計測方法では、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、投影光学系の光軸方向に関する複数のウエハ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）との相関関係に基づいて最良フォーカス位置を判断する。
他の１つは、いわゆるＳＭＰフォーカス計測法として知られている計測方法である。この計測方法では、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、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長手方向の寸法変化に増幅させて置き換え、ウエハ上のマークを検出する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を計測する。そして、フォーカス位置とレジスト像の長さとの相関関係を示す近似曲線の極大値近傍を所定のスライスレベルでスライスし、得られたフォーカス位置の範囲の中点を最良フォーカス位置と判断する。
また、ウエハの位置決め精度の計測は、例えば概略以下の手順で行われている。先ず、レチクルのパターン面上に形成された計測用パターンが、該計測用パターンの投影位置（露光位置）に位置決めされたウエハ上の所定領域に転写される。次に、ウエハステージが所定方向に所定の移動量だけ移動され、ウエハ上の別の領域が前記計測用パターンの投影位置へ位置決めされる。このときのウエハステージの移動は、ステージ制御装置によりウエハステージの移動量を計測する測長装置（例えば、レーザ干渉計など）の計測値をモニタしつつ行われる。このウエハの位置決めが完了すると、前記計測用パターンがウエハ上の別の領域へ転写される。次いで、その転写後のウエハが現像され、その現像後のウエハ上の計測用パターンのレジスト像間の距離が適宜な計測装置（例えば、ＳＥＭ）により計測される。そして、その計測値と前記移動量との差に基づいてウエハの位置決め精度が求められる。
さらに、照度分布の計測は、例えば概略以下の手順で行われている。ウエハステージ上の所定の計測点に専用のセンサを配し、レチクルをレチクルステージ上から取り去った状態又はパターンが全くない素ガラスレチクルを乗せた状態でエネルギビームを照射する。そして、照明光学系を通ってきた露光用エネルギビームを投影光学系を介してウエハステージ上に投射し、その投射領域内の計測点に配置されたウエハステージ上のピンホールセンサで、そのエネルギ量を計測する。このような計測を、ピンホールセンサを投射領域内でマトリックス状に移動しながら繰り返す。そして、各計測点でピンホールセンサによって計測されたエネルギ量に基づいて照度分布を求めている。
ところで、露光されたウエハは、続いて現像処理が行なわれるが、現像処理に先立って、いわゆる現像前ベーキング（ＰＥＢ）と呼ばれる熱処理が行なわれる。さらに、現像処理によるレジスト像形成後は、レジスト膜中又は表面に残留した現像液やリンス液を蒸発除去し、レジストの硬化、ウエハとの密着性強化のために、いわゆるポストベークと呼ばれる熱処理が行なわれる。ウエハは、これらの熱処理によりダメージを受け、その結果、ウエハの膨張、収縮及び変形（以下、便宜上「変形等」という）などを生じる場合がある。
上記最良フォーカス位置の計測方法では、ＣＤ／フォーカス法及びＳＭＰフォーカス計測法のいずれにおいても、ウエハを現像して得られるレジスト像の線幅等の計測結果を用いている。しかしながら、上述したように、ウエハは、現像処理に伴う熱処理によりダメージを受けるため、同様にレジスト像も変形等を生じるおそれがある。従って、レジスト像の線幅等の計測結果には、露光装置の特性とは無関係の要因が含まれることとなり、得られた最良フォーカス位置は誤差を含む可能性がある。また、レジスト像が形成されたウエハをエッチング処理して得られる像の線幅等を計測する場合も同様の誤差を含む可能性がある。
上記ウエハの位置決め精度の計測においても、ウエハを現像して得られる複数のレジスト像間の距離を計測した結果を用いている。しかしながら、前記計測結果には、現像処理に伴う熱処理に起因する誤差が含まれるため、得られた位置決め精度は誤差を含む可能性がある。
さらに、上記照度分布の計測では、エネルギビームの投射領域（照明領域）内でピンホールセンサをマトリックス状に移動させ、各計測点にピンホールセンサが到達したときに、その都度エネルギビームを照射し、各計測点でエネルギ量を求めているために、計測点数と同じ回数の計測動作が必要となり、計測に多大の時間がかかるという不都合があった。また、計測点において計測が行われる際に、必ずしも光源の照射エネルギが同一とは限らないこともあり、得られた照度分布は光源のエネルギ量の誤差を含むおそれがある。さらに、計測点の位置によってピンホールセンサに対する光の照射角度に違いが生じるため、ピンホールセンサの感度が計測点の位置によって異なり、特に投射領域の周辺部では測定値の信頼性が低下するおそれがある。
また、将来的に、半導体素子はさらに高集積化し、これに伴い、露光装置に要求される精度はますます厳しくなることは確実である。そのためには、露光装置の特性をさらに精度良く計測することが必要となり、上記の誤差も無視できなくなってきている。
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、短時間で精度良く露光装置の特性を求めることができる評価方法を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、露光精度に優れた露光装置の製造方法を提供することにある。
発明の開示
本発明は、第１の観点からすると、第１面上のパターンを投影光学系を介して第２面に配置される物体上に転写する露光装置の特性を評価する評価方法であって、前記第１面上に配置されたパターンにエネルギビームを照射し、前記パターンを、前記第２面上に配置された、照射されるエネルギビームのエネルギ量に対応して色に関連する物理的性質が変化する感光体上に、前記投影光学系を介して転写する工程と；前記感光体の物理的性質の変化を示す情報に基づいて前記パターンの像を検出し、その検出結果に基づいて前記パターンの像の形成状態を得る工程と；前記像の形成状態に基づいて前記露光装置の特性を評価する工程と；を含む第１の評価方法である。
本明細書において、「感光体」は、全体が感光性を有するものに限らず、例えば表面層のみが感光性を有する等、一部のみが感光性を有するものを含む。
これによれば、感光体の色に関連する物理的性質の変化を示す情報に基づいて露光部と未露光部とを区別することができるため、パターンを感光体上に転写した後、現像処理などを行なわずに、直ちにパターンの像の形成状態を得ることができる。従って、現像処理及びそれに付随する処理（以下、「現像処理等」という）に要する時間が不要となるとともに、感光体上に形成されたパターンの転写像に現像処理等に起因する変形等が生じるのを防止することができ、従来のレジスト像等を用いた場合に比べて、結果として短時間で精度良く露光装置の特性を評価することが可能となる。
この場合において、前記露光装置の特性は、前記投影光学系の光学特性を含むこととすることができる。
本発明の第１の評価方法では、前記パターンの像は、前記感光体の物理的性質の変化を示す情報に基づいて露光部と未露光部との境界を抽出することにより検出されることとすることができる。
本発明の第１の評価方法では、前記物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係は非線形であることとすることができる。
この場合において、前記感光体の物理的性質の変化は、露光回数が１回の場合と複数回の場合とで同一であることとすることができる。
本発明の第１の評価方法では、前記物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係は線形であることとすることができる。
本発明の第１の評価方法では、前記物理的性質は、着色濃度、光の屈折率、光の透過率及び光の反射率の少なくとも一つを含むこととすることができる。
この場合において、前記物理的性質は着色濃度を含み、前記物理的性質の変化を示す情報は、着色の有無情報であることとすることができる。
本発明の第１の評価方法では、前記パターンの像は、前記感光体を経由した透過光及び反射光の少なくとも一方を用いて検出されることとすることができる。
本発明の第１の評価方法では、前記感光体はその表面に感光層が形成され、前記感光層の膜厚に応じて前記パターンの像の検出条件を変更することとすることができる。
本発明の第１の評価方法では、前記物理的性質の変化を示す情報は、前記感光体の撮像データを画像処理することにより得られることとすることができる。
この場合において、前記画像処理では、前記撮像データにおけるデータ値の最大値と最小値及び前記感光体の物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係の少なくとも一方に基づいて閾値を決定し、その閾値によって前記撮像データを２値化することとすることができる。
本発明の第１の評価方法では、前記パターンの像は、前記感光体を経由した回折光を用いて検出されることとすることができる。
本発明は、第２の観点からすると、第１面上のパターンを第２面に配置される物体上に転写する露光装置の特性を評価する評価方法であって、前記第１面上に配置された第１パターンにエネルギビームを照射し、前記第１パターンを、前記第２面上に配置された、照射されるエネルギビームのエネルギ量に対応して色に関連する物理的性質が変化する感光体上に転写して前記第１パターンの転写像を形成する工程と；前記第１面上に配置された第２パターンに前記エネルギビームを照射し、前記第２パターンを、前記第１パターンの転写像が形成された前記感光物体上に所定の位置関係で転写して前記第２パターンの転写像を形成する工程と；前記感光体の物理的性質の変化を示す情報に基づいて前記第１パターンの像と第２パターンの像とをそれぞれ検出し、その検出結果に基づいて前記第１パターンの像と第２パターンの像との位置関係に関する情報を求める工程と；前記情報に基づいて前記露光装置の特性を評価する工程と；を含む第２の評価方法である。
ここで、第１パターンの像と第２パターンの像との位置関係の情報の情報は、例えば、第１パターンと第２パターンとの重ね合わせ誤差に関する情報、第１パターンと第２パターンとの相対位置関係と対応する設計上の相対位置関係との関係を示す情報など、露光装置の評価に用いることができる情報であって、第１パターンの像と第２パターンの像との位置関係に関する情報であれば何でも良い。
また、第１パターンと第２パターンとは、異なるパターンであっても良いし、同一のパターンであっても良い。
これによれば、感光体の色に関連する物理的性質の変化を示す情報に基づいて露光部と未露光部とを区別することができるため、パターンを感光体上に転写した後、現像処理などを行なわずに、直ちに第１パターンの像と第２パターンの像との位置関係に関する情報が求められ、この情報に基づいて露光装置の特性が評価される。従って、現像処理等に要する時間が不要となるとともに、感光体上に形成されたパターンの転写像に現像処理等に起因する変形等が生じるのを防止することができ、従来のレジスト像等を用いた場合に比べて、結果として短時間で精度良く露光装置の特性を評価することが可能となる。
この場合において、前記第２パターンの転写像を形成する工程では、前記感光体上の前記第１パターンの転写像が形成された領域に前記第２パターンの像の少なくとも一部が重ね合わせられるように、前記第２パターンを前記感光体上に転写し、前記位置関係の情報は、前記第１パターンと第２パターンとの重ね合わせ誤差に関する情報であることとすることができる。
本発明の第２の評価方法では、前記第１パターンと前記第２パターンとは同一のパターン形成部材上に所定の位置関係で形成されていることとすることができる。
この場合において、前記第２パターンの転写像を形成する工程は、前記第１パターンの転写時から前記所定の位置関係に応じた方向及び距離だけ、前記パターン形成部材と前記感光体とを相対移動する工程と；前記相対移動後に前記第２パターンを前記感光体上に転写する工程と；を含むこととすることができる。
この場合において、前記露光装置の特性は、前記パターン形成部材及び前記感光体の少なくとも一方の位置決め精度を含むこととすることができる。
本発明の第２の評価方法では、前記第１パターンと前記第２パターンとは異なるパターン形成部材上にそれぞれ形成されていることとすることができる。
この場合において、前記露光装置の特性は、前記パターン形成部材及び前記感光体の少なくとも一方の位置決め精度を含むこととすることができる。
本発明の第２の評価方法では、前記各パターンの像は、前記感光体の物理的性質の変化を示す情報に基づいて露光部と未露光部との境界を抽出することにより検出されることとすることができる。
本発明の第２の評価方法では、前記物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係は非線形であることとすることができる。
この場合において、前記感光体の物理的性質の変化は、露光回数が１回の場合と複数回の場合とで同一であることとすることができる。
本発明の第２の評価方法では、前記物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係は線形であることとすることができる。
本発明の第２の評価方法では、前記物理的性質は、着色濃度、光の屈折率、光の透過率及び光の反射率の少なくとも一つを含むこととすることができる。
この場合において、前記物理的性質は着色濃度を含み、前記物理的性質の変化を示す情報は、着色の有無情報であることとすることができる。
本発明の第２の評価方法では、前記各パターンの像は、前記感光体を経由した透過光及び反射光の少なくとも一方を用いて得られることとすることができる。
本発明の第２の評価方法では、前記感光体はその表面に感光層が形成され、前記感光層の膜厚に応じて前記パターンの像の検出条件を変更することとすることができる。
本発明の第２の評価方法では、前記物理的性質の変化を示す情報は、前記感光体の撮像データを画像処理することにより得られることとすることができる。
この場合において、前記画像処理では、前記撮像データにおけるデータ値の最大値と最小値及び前記感光体の物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係の少なくとも一方に基づいて閾値を決定し、その閾値によって前記撮像データを２値化することとすることができる。
本発明の第２の評価方法では、前記各パターンの像は、前記感光体を経由した回折光を用いて検出されることとすることができる。
本発明は、第３の観点からすると、第１面上のパターンを第２面に配置される物体上に転写する露光装置の特性を評価する評価方法であって、照射されるエネルギビームのエネルギ量に応じて色に関連する物理的性質が変化する感光体を前記第２面上に配置し、前記第１面上にパターンを配置せずに、前記感光体上にエネルギビームを照射する工程と；前記感光体の物理的性質の変化を示す情報を検出し、その検出結果に基づいて前記露光装置の特性を評価する工程と；を含む第３の評価方法である。
これによれば、感光体の色に関連する物理的性質の変化を示す情報に基づいて、照射されたエネルギビームのエネルギ量の変化を求めることができるため、例えば、エネルギビームを感光体上に照射した後、直ちに感光体上のエネルギビームが照射された領域（照射領域）内に設定された複数の計測点における感光体の物理的性質の変化を計測することにより、各計測点間におけるエネルギ量の違いを検出することができる。従って、計測点数と同じ回数だけエネルギビームを照射して各計測点でのエネルギ量を計測していた従来の方法と比べて、短時間で露光装置の特性を評価することが可能となる。
また、エネルギビームの照射回数が１回で済むため、各計測点での計測結果に対する光源自体のエネルギ量の変動の影響は同一であり、得られた露光装置の特性は光源のエネルギ量の変動に起因する誤差を含まない。しかも、感光体の感度は、光の照射角度に依存せずに照射領域全面においてほぼ同一であるために、照射領域の周辺部での計測結果の信頼性が低下することがない。従って、従来のセンサ等を用いた場合に比べて精度良く露光装置の特性を評価することが可能となる。
この場合において、前記露光装置の特性は、前記エネルギビームの照射領域内での照度分布を含むこととすることができる。
本発明の第３の評価方法では、前記物理的性質の変化を示す情報は、前記感光体を経由した反射光及び透過光の少なくとも一方を用いて検出されることとすることができる。
本発明の第３の評価方法では、前記物理的性質の変化と前記エネルギビームのエネルギ量の変化との関係は線形であることとすることができる。
本発明の第３の評価方法では、前記物理的性質は、着色濃度、光の屈折率、光の透過率及び光の反射率の少なくとも一つを含むこととすることができる。
本発明は、第４の観点からすると、調整工程を含む露光装置の製造方法であって、前記調整工程では、本発明の第１ないし第３の評価方法のいずれかによる評価結果に基づいて、前記露光装置の特性を調整する露光装置の製造方法である。
これによれば、本発明の第１ないし第３の評価方法のいずれかにより、露光装置の特性を精度良く評価することができ、調整工程で、その評価結果に基づいて露光装置の特性を調整しているために、露光精度に優れた露光装置を製造することが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図５Ａに基づいて説明する。
図１には、本発明に係る露光方法の実施に好適な露光装置１００が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。
この露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、パターン形成部材としてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルステージＲＳＴを駆動するレチクルステージ駆動系２９、レチクルＲに形成されたパターンの像を感光体としてのウエハ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を駆動するウエハステージ駆動系２２、及びこれらの制御系等を備えている。この制御系は、装置全体を統括制御する主制御装置２８を中心として構成されている。
前記照明系ＩＯＰは、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザなどから成る光源と、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ、又は回折光学素子など）を含む照度均一化光学系、照明視野絞りとしてのレチクルブラインド、リレーレンズ系及びコンデンサレンズ系等（いずれも図示省略）を含む照明光学系とから構成されている。
照明系ＩＯＰによると、光源で発生した露光光（エネルギビーム）としての照明光（以下、「照明光ＩＬ」と呼ぶ）が、照度均一化光学系により照度分布がほぼ均一な光束に変換される。照度均一化光学系から射出された照明光ＩＬは、リレーレンズ系を介してレチクルブラインドに達する。このレチクルブラインドの開口を通過した光束は、リレーレンズ系、コンデンサレンズ系を通過してレチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形スリット状の照明領域を均一な照度分布で照明する。
前記レチクルステージＲＳＴは、照明系ＩＯＰの図１における下方に配置されている。このレチクルステージＲＳＴ上には不図示のバキュームチャック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、Ｙ軸方向（図１における紙面左右方向）、Ｘ軸方向（図１における紙面直交方向）及びθｚ方向（ＸＹ面に直交するＺ軸回りの回転方向）に微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向（ここではＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）２１からのレーザビームを反射する移動鏡１５が固定されており、レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置はレチクル干渉計２１によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクルステージＲＳＴ上にはＹ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡とＸ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、これらの移動鏡に対応してレチクルＹ干渉計とレチクルＸ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１５、レチクル干渉計２１として示されている。なお、例えば、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１５の反射面に相当）を形成しても良い。また、レチクルステージＲＳＴの走査方向（本実施形態ではＹ軸方向）の位置検出に用いられるＸ軸方向に伸びた反射面の代わりに、少なくとも１つのコーナーキューブ型ミラー（レトロリフレクタ）を用いても良い。ここで、レチクルＹ干渉計とレチクルＸ干渉計の一方、例えばレチクルＹ干渉計は、測長軸を２軸有する２軸干渉計であり、このレチクルＹ干渉計の計測値に基づきレチクルステージＲＳＴのＹ位置に加え、θｚ方向の回転も計測できるようになっている。
前記レチクル干渉計２１からのレチクルステージＲＳＴの位置情報は主制御装置２８に送られ、主制御装置２８はこのレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動系２９を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
前記レチクルＲは、一例として、ほぼ正方形のマスク基板としてのガラス基板の中央部にパターン領域が形成され、パターン領域のＸ軸方向の両側には、少なくとも１対のレチクルアライメントマーク（いずれも図示省略）が形成されている。
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に、その光軸ＡＸｐの方向がＸＹ面に直交するＺ軸方向となるように配置されている。この投影光学系ＰＬとしては、ここでは両側テレセントリックな縮小系であって、Ｚ軸方向の共通の光軸ＡＸｐを有する複数枚のレンズエレメントから成る屈折光学系が用いられている。また、前記レンズエレメントのうちの特定の複数枚は、主制御装置２８からの指令に基づいて、図示しない結像特性補正コントローラによって制御され、投影光学系ＰＬの結像特性（光学特性の一部）、例えば倍率、歪曲収差（ディストーション）、コマ収差、及び像面湾曲などを調整できるようになっている。
前記ＸＹステージ２０は、実際には不図示のベース上をＹ軸方向に移動するＹステージと、このＹステージ上をＸ軸方向に移動するＸステージとで構成されているが、図１ではこれらをＸＹステージ２０として示している。このＸＹステージ２０上にウエハテーブル１８が搭載され、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が真空吸着等によって保持されている。
前記ＸＹステージ２０は、走査方向（Ｙ軸方向）の移動のみならず、ウエハＷ上の複数のショット領域を前記照明領域と共役な投影光学系ＰＬの視野内の投影領域に位置させることができるように、走査方向に直交する非走査方向（Ｘ軸方向）にも移動可能に構成されている。そして、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光する動作と、次ショットの露光のための加速開始位置まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作を行う。
前記ウエハテーブル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面に対する傾斜方向に微小駆動するものである。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にレーザビームを投射して、その反射光を受光することにより、ウエハテーブル１８のＸＹ面内の位置を計測するレーザ干渉計２６が移動鏡２４の反射面に対向して設けられている。なお、実際には、移動鏡は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、これに対応してレーザ干渉計もＸ方向位置計測用のＸレーザ干渉計とＹ方向位置計測用のＹレーザ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表して移動鏡２４、レーザ干渉計２６として図示されている。なお、例えば、ウエハテーブル１８の端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。また、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Ｘ、Ｙ位置の他、回転（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））も計測可能となっている。従って、以下の説明ではレーザ干渉計２６によって、ウエハテーブル１８のＸ、Ｙ、θｚ、θｙ、θｘの５自由度方向の位置が計測されるものとする。なお、このようにして計測されるＸ座標及びＹ座標よりなる座標系（Ｘ，Ｙ）を、以下では「ステージ座標系」とも呼ぶ。また、多軸干渉計は４５°傾いてウエハテーブル１８に設置される反射面を介して、投影光学系ＰＬが載置される架台（不図示）に設置される反射面にレーザビームを照射し、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ軸方向）に関する相対位置情報を検出するようにしても良い。
レーザ干渉計２６の計測値は主制御装置２８に供給され、主制御装置２８はこのレーザ干渉計２６の計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動系２２を介してＸＹステージ２０を駆動することにより、ウエハテーブル１８の位置制御が行われる。
また、ウエハＷ表面のＺ軸方向の位置及び傾斜量は、例えば特開平６−２８３４０３号公報及びこれに対応する米国特許第５，４４８，３３２号等に開示される送光系及び受光系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（いずれも図示省略）によって計測されるようになっている。このフォーカスセンサの計測値も主制御装置２８に供給されており、主制御装置２８は、フォーカスセンサの計測値に基づいてウエハステージ駆動系２２を介してウエハテーブル１８をＺ軸方向に移動し、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。なお、本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
ウエハテーブル１８上には、その表面がウエハＷの表面と同じ高さになるような基準板ＦＰが固定されている。この基準板ＦＰの表面には、後述するアライメント検出系のいわゆるベースライン計測等に用いられる基準マークを含む各種の基準マークが形成されている。
投影光学系ＰＬの鏡筒の側面には、オフ・アクシス方式のアライメント検出系ＡＳが取り付けられている。このアライメント検出系ＡＳとしては、例えばハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で照明し、ＣＣＤカメラなどで撮像したウエハＷ上のアライメントマーク（又は基準板ＦＰ上の基準マーク）の画像データを画像処理してマーク位置を計測するＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系のオフアクシス・アライメントセンサが用いられている。
アライメント制御装置１６は、アライメント検出系ＡＳからの情報をＡ／Ｄ変換するとともに、レーザ干渉計２６の計測値を参照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。
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、例えば特開平７−１７６４６８号公報及びこれに対応する米国特許第５，６４６，４１３号等に開示される、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマークまたはレチクルステージＲＳＴ上の基準マーク（共に図示省略）と基準板ＦＰ上のマークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｒｅｔｉｃｌｅ）アライメント系から成る一対のレチクルアライメント系が設けられている。これらの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。なお、本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
主制御装置２８は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、各種インターフェース等からなるいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含んで構成され、露光動作が的確に行われるように、例えば、レチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を統括して制御する。また、主制御装置２８は、記憶装置２７と接続されており、記憶装置２７に対して各種データの記憶や読み出しができるようになっている。
ここで、本第１の実施形態において、レチクルＲのパターン領域内に配置される計測用パターンＰＵについて説明する。
計測用パターンＰＵは、一例として、図２Ａに示されるように、所定の線幅を有しＸ軸方向に伸びる３本のラインパターンが周期的に配列されたラインアンドスペース（以下、「Ｌ／Ｓ」と略述する）パターンで構成されている。なお、Ｌ／Ｓパターンの形成条件（周期、デューティ比、本数など）は任意である。また、本第１の実施形態では、レチクルＲ上のパターン部分（３本のラインパターン）は遮光部となっているものとする。また、本実施形態では照明光ＩＬが照射されるレチクルＲ上の照明領域は投影光学系ＰＬの視野内で光軸ＡＸｐを中心としてＸ軸方向に延びる細長い矩形状であり、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸｐと中心とが一致するようにレチクルＲを位置決めしたとき、例えば照明領域内の中心及び四隅にそれぞれ計測用パターンＰＵが配置されるように、レチクルＲにはそのパターン領域内の５箇所に計測用パターンＰＵが形成されているものとする。なお、後述する最良フォーカス位置の計測動作では照明領域の中心に配置される１つの計測用パターンのみが用いられ、その転写時には前述のレチクルブラインドによって残りの４つの計測用パターンに照明光ＩＬが照射されないものとする。
また、ウエハＷ上には、図２Ｂに示されるように単位面積当たりの積算露光量（エネルギ量）が所定の閾値以上では、着色濃度が一定（＝Ｃ１）である感光剤が塗布されている。すなわち、着色濃度の変化と積算露光量の変化とは非線形の関係にある。なお、本第１の実施形態では、１回の露光によるウエハＷ上の露光部の単位面積当たりの積算露光量をＥ１（＞所定の閾値）とする。また、図２Ｂにおいて、積算露光量Ｅ２は、積算露光量Ｅ１の２倍の積算露光量である。なお、以下の説明では、便宜上「積算露光量」は、「単位面積当たりの積算露光量」を意味するものとする。
次に、前述のようにして構成された露光装置１００を用いて、ウエハＷのフォーカス位置Ｚｉ（ｉ＝１〜Ｍ、一例としてＭ＝１３）を変更しながら、ウエハＷ上に設定された複数の仮想矩形領域を目標領域として計測用パターンＰＵをそれぞれ転写し、投影光学系ＰＬの最良フォーカス位置を求める動作の流れについて、図３のフローチャートを用いて説明する。図３のフローチャートは、主制御装置２８のＣＰＵによって実行される一連の処理アルゴリズムに対応している。
図３のステップ４０１では、不図示のレチクルローダを用いてレチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲをロードする。
ステップ４０３では、不図示のウエハローダを用いてウエハＷをウエハテーブル１８上にロードする。
ステップ４０５では、例えば、前述のレチクルアライメント系により投影光学系ＰＬを介して少なくとも一対のレチクルアライメントマークとこれに対応して基準板ＦＰの表面に形成されている少なくとも一対の基準マークとの相対位置を検出する。そして、そのときのレチクル干渉計２１及びレーザ干渉計２６の測定値とから、レチクル干渉計２１の測長軸によって規定されるレチクルステージ座標系と、レーザ干渉計２６の測長軸によって規定されるウエハステージ座標系との関係を求める。すなわち、このようにして、レチクルアライメントを行なう。なお、このレチクルアライメントによってレチクルＲはその中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸｐと一致するように位置決めされ、前述の照明領域の中心に計測用パターンＰＵが設定される。
ステップ４０７では、フォーカス位置の目標値を初期化する。すなわち、カウンタｉに初期値「１」を設定してウエハＷＴのフォーカス位置の目標値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Ｗのフォーカス位置の目標値の設定とともに、露光の際のウエハＷ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Ｗのフォーカス位置をＺ１からΔＺ刻みでＺＭまで変化させるものとする（Ｚｉ＝Ｚ１〜ＺＭ）。この場合、ｉ＝１であるから、最初の目標領域が露光対象領域とされる。
ステップ４０９では、ウエハＷのフォーカス位置が目標値Ｚｉ（この場合Ｚ１）と一致するように、不図示のフォーカスセンサからの計測値をモニタしながらウエハテーブル１８をＺ軸方向に微少駆動する。
ステップ４１１では、レーザ干渉計２６の計測結果をモニタしつつウエハステージ駆動系２２を介してＸＹステージ２０を移動することにより、ウエハＷを投影光学系ＰＬの下方の位置に移動させる。このとき、カウンタｉを参照してｉ番目（この場合第１番目）の目標領域が露光対象領域となるようにＸＹステージ２０を移動する。
ステップ４１３では、この状態で露光を行なう。ここでは、ウエハＷの最良フォーカス位置を計測するのが目的であるため、露光中は、レチクルＲとウエハＷ、すなわちレチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０は、静止させたままである。これにより、計測用パターンＰＵが投影光学系ＰＬを介してウエハ上の露光対象領域に転写される。本第１の実施形態では、ウエハＷ上での露光部の積算露光量がＥ１となるように設定されているため、図４Ａに示されるように、ウエハ上の露光対象領域では、露光部の感光剤が着色濃度Ｃ１（図４Ａでは斜線で示す）に着色される。
図３のステップ４１５では、設定されているフォーカス位置の目標値（カウンタｉ）を参照し、予定していたＭ個全てのフォーカス位置で転写が行なわれたか否かを判断する。ここでは、最初の目標値Ｚ１での転写が終了しただけであるため、ステップ４１５での判断は否定され、ステップ４１７に移行する。
ステップ４１７では、カウンタｉを１インクリメントし（ｉ←ｉ＋１）することで、フォーカス位置の目標値にΔＺを加算するとともに、次の目標領域を露光対象領域とした後、ステップ４０９に戻る。
以下、ステップ４１５での判断が肯定されるまで、ステップ４０９→４１１→４１３→４１５→４１７の処理、判断を繰り返す。
ステップ４１５において、設定されているフォーカス位置の目標値がＺＭになる（すなわちカウンタｉの値がＭになる）と、ステップ４１５での判断は肯定され、ステップ４２１に移行する。
ステップ４２１では、フォーカス位置及び対応する既露光領域の番号を示すカウンタｋに１をセットし、最初のフォーカス位置Ｚ１で露光された領域（ショット領域）を計測対象領域とする。
ステップ４２３では、レーザ干渉計２６の計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動系２２を介してＸＹステージ２０を制御することにより、ウエハＷ上の計測対象領域がアライメント検出系ＡＳで検出可能となる位置にウエハＷを移動する。
そして、ウエハＷ上の計測対象領域（計測用パターンＰＵの潜像が形成されたその一部）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。例えば撮像データが画素毎に８ビットでデジタル化されている場合には２８＝２５６階調の濃度で取り込まれることとなる。すなわち、撮像データは０〜２５５の数値で示される。そこで、取り込まれた撮像データにおけるデータ値の最大値と最小値とを求め、一例としてその中間の値を閾値として２値化する。ここでは、データ値が閾値以上の場合を「１」、閾値未満の場合を「０」に変換する。従って、「着色なし」（すなわち未露光部）が「１」に対応し、「着色あり」（すなわち露光部）が「０」に対応することとなる。そして、図４Ｂに示されるように、計測対象領域の中心を通り、Ｙ軸方向に伸びる走査線Ｌ１を設定し、２値化した撮像データに基づいて走査線Ｌ１上での撮像データを抽出する。さらに、抽出した撮像データに基づいて、露光部と未露光部との境界を求め、図４Ｃに示されるように、Ｌ／Ｓパターンの周期方向における中央のラインパターンの線幅値ＬＷを計測する。ここで、中央のラインパターンを計測対象としたのはコマ収差の影響を除去するためである。
ステップ４２５では、カウンタｋを参照し、全てのショット領域での線幅値の計測が行われたか否かを判断する。ここでは、ｋ＝１、すなわち最初のショット領域について線幅値の計測が行なわれたのみであるので、ステップ４２５での判断は否定され、ステップ４２７に移行する。
ステップ４２７では、カウンタｋの値をインクリメント（＋１）して、次のショット領域を計測対象領域とし、ステップ４２３に戻る。
以下、ステップ４２５での判断が肯定されるまで、ステップ４２３→４２５→４２７の処理・判断を繰り返す。
全てのショット領域での線幅値の計測が終了すると、カウンタｋの値はＭとなり、ステップ４２５での判断が肯定され、ステップ４２９に移行する。
ステップ４２９では、計測した線幅値とそのときのウエハＷのフォーカス位置とに基づいて、一例として図５Ａに示されるように、線幅値とフォーカス位置との相関を示す近似式を統計演算により求める。そして、その近似式における極値から最良フォーカス位置を判断し、得られた最良フォーカス位置を記憶装置２７に記憶するとともに、図示しない表示装置に表示し、処理を終了する。
以上説明したように、本第１の実施形態によると、感光剤の着色濃度の変化を示す情報（具体的には、着色の有無情報）に基づいて、「露光部」と「未露光部」とを区別することができるため、ウエハＷ上に計測用パターンＰＵを転写した後、ウエハＷを現像処理することなく、直ちに各パターンの転写像の線幅値を計測することができる。従って、現像処理等に起因するウエハＷの変形等の誤差要因を除去することが可能となり、従来のレジスト像等を利用する場合と比べて、精度良く最良フォーカス位置を求めることができる。
また、従来のレジストを用いた場合には、現像処理等を経て線幅値の計測を行っているために、露光後、線幅値の計測ができるようになるまでには単純計算で約４〜６分（一例として、加熱：１〜２分、冷却：１分、現像：１〜２分、乾燥：１分）を必要としていた。しかしながら、本第１の実施形態によると、露光後、直ちに線幅値の計測を行うことができるため、現像処理等に要する時間が不要となり、スループットを大幅に向上させることが可能となる。なお、本実施形態では照明領域、すなわち投影光学系ＰＬに関して照明領域と共役な投影領域内の所定点（本実施形態では中心）での最良フォーカス位置を求めるものとしたが、その代わりに、あるいはそれと組み合わせて焦点深度（ＤＯＦ）を求めるようにしても良い。また、投影光学系ＰＬの視野（投影領域）内での最良フォーカス位置の計測点はその中心以外でも良いし、複数点でも良い。
なお、上記第１の実施形態と同様にして、投影光学系ＰＬの光学特性として、像面湾曲、コマ収差、球面収差、非点収差などの収差を評価することが可能である。
例えば、投影光学系ＰＬの視野（特に前述の投影領域）内の複数の計測点に対応する位置に計測用パターンＰＵをそれぞれ配置し、前述と同様にして、投影光学系ＰＬの視野内の計測点毎に最良フォーカス位置を計測する。そして、その計測結果に基づいて、例えば最小自乗法により像面湾曲を求めることができる。このとき、各計測点に対応する位置に計測用パターンＰＵを順次位置決めしても良いし、あるいは複数の計測点に対応して複数の計測用パターンＰＵが形成されたレチクルを用いても良い。
また、コマ収差を計測する場合には、計測用パターンとして、例えば５本（又は２本）のラインパターンを有するＬ／Ｓパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写する。そして、感光剤の着色の有無に基づいて両端のラインパターンの線幅Ｌ１、Ｌ５をそれぞれ計測し、その計測結果から、例えば次の（１）式で表される線幅異常値を算出し、コマ収差を求める。
線幅異常値＝（Ｌ１−Ｌ５）／（Ｌ１＋Ｌ５）  ……（１）
球面収差を計測する場合には、デューティ比の異なる複数種類のＬ／Ｓパターンを計測用パターンとし、デューティ比毎に前述した最良フォーカス位置の計測をそれぞれ行なう。そして、それらの最良フォーカス位置の差に基づいて球面収差を求める。
また、非点収差は、周期方向が直交する２種類の周期パターンを計測用パターンとし、各周期パターンそれぞれについて、前述した最良フォーカス位置の計測を行なう。そして、両者の差に基づいて非点収差を求める。
なお、上記第１の実施形態では、レチクルＲ上のパターン部分が遮光部となっている場合について説明しているが、透過部であっても良い。いずれの場合であっても、着色の有無情報によって「露光部」と「未露光部」とをそれぞれ区別できるからである。
また、上記第１の実施形態では、転写された像の線幅値とウエハＷのフォーカス位置との相関関係に基づいて最良フォーカス位置を求めているが、これに限定されるものではなく、例えば、転写された像のコントラストとウエハＷのフォーカス位置との相関関係に基づいて最良フォーカス位置を求めても良い。撮像データを画像処理することにより像のコントラストを計測することができるからである。
また、上記第１の実施形態では、１本の走査線Ｌ１を設定し、その走査線Ｌ１上の撮像データに基づいて線幅値を求めているが、これに限定されるものではなく、例えば複数本の走査線を設定し、走査線毎に得られた線幅値の平均値を求めても良い。
なお、上記第１の実施形態では、積算露光量の変化と着色濃度の変化との関係が非線形である感光剤を用いているが、これに限らず、後述するような積算露光量の変化と着色濃度の変化との関係が線形である感光剤を用いても良い。かかる場合にも、前述と同様に撮像データ（画像データ）を所定の閾値を用いて二値化した着色の有無情報によって、「露光部」と「未露光部」とを区別することができるからである。
また、上記第１の実施形態では、計測用パターンＰＵとして、３本のラインパターンが周期的に配列されたＬ／Ｓパターンを用いているがこれに限定されるものではない。
さらに、前述したＳＭＰフォーカス計測法で用いられているようなくさび形マークを着色濃度の違いで検出することも可能である。例えば、積算露光量の変化と着色濃度の変化との関係が非線形であり、図５Ｂに示されるように、積算露光量がＥ３の場合は着色なし、積算露光量がＥ４（＝２×Ｅ３）の場合は着色濃度がＣ２となる感光剤がウエハＷ上に塗布されており、１回の露光によるウエハＷ上の露光部の積算露光量をＥ３とする。
この場合に、例えば第１の方向に伸びる第１のラインパターンをウエハＷ上に転写し、さらにその転写領域に、第１の方向とは異なる第２の方向に伸びる第２のラインパターンを重ねて転写すると、一例として図５Ｃに示されるように、ウエハＷ上には第１のラインパターンの転写像ＬＰ１と第２のラインパターンの転写像ＬＰ２とが一部分重なり合うように形成される。ここで、１回露光部は積算露光量がＥ３であるために、感光剤は着色されないが、図５Ｃに示されるように、２本のラインパターンが重なる部分は、２回露光部であり積算露光量がＥ４となるために、その部分の感光剤は着色濃度Ｃ２に着色される。すなわち、ウエハＷを現像処理することなく、くさび形マークを検出することが可能である。そこで、従来のＳＭＰフォーカス計測法と同様に、複数のフォーカス位置でくさび形マークをウエハ上に形成し、例えばアライメント検出系ＡＳを用いてくさび形マーク像の長手方向の長さを計測する。そして、フォーカス位置とくさび形マーク像の長さとの相関関係を示す近似曲線の極大値近傍を所定のスライスレベルでスライスし、得られたフォーカス位置の範囲の中点を最良フォーカス位置と判断する。この場合、重ね合わせ転写後、直ちにくさび形マーク像の長さ計測を行なうことができるため、現像処理等に起因するウエハＷの変形等や、プロセスの影響によるくさび形マークの尖った先端部分の形状変化を防止することができる。従って、従来のレジスト像等を利用する場合に比べて、精度良く最良フォーカス位置を求めることができる。
また、レチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０との同期精度を評価することができる。例えば、レチクルＲに所定の線幅を有するパターンを走査方向に複数個配置し、レチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０とを同期制御しながら相対走査させて、各パターンをウエハＷ上に転写する。すなわち、走査露光を行なう。そして、感光剤の着色の有無に基づいてウエハＷ上に形成された各パターンの転写像の線幅値をそれぞれ計測し、その計測結果に基づいて両ステージの同期精度を評価する。すなわち、各線幅値がほぼ一定であれば、同期精度は良いと判断し、一方各線幅値のばらつきが大きければ、同期精度は悪いと判断する。さらに、投影光学系ＰＬの光学特性として投影倍率やディストーションなどを計測することもできる。この場合、ウエハのＺ軸方向の位置を変えて複数回の露光を行う必要はなく、照明光が照射される照明領域内で、前述した投影領域内の複数の計測点に対応する位置にそれぞれ計測用パターンＰＵを配置してウエハを露光すれば良い。なお、上記実施形態では計測用パターンＰＵの転写時にレチクルとウエハとを静止させるものとしたが、走査露光にて計測用パターンＰＵの転写を行っても良い。これにより、ダイナミックなディストーションなどを計測できる。
《第２の実施形態》
以下、本発明の第２の実施形態を図６Ａ〜図８Ｂに基づいて説明する。
本第２の実施形態では、前述の露光装置１００を用いて、計測用パターンを重ね合わせてウエハＷ上に転写し、ＸＹステージ２０の位置決め精度（ステッピング精度）を評価する場合を採り上げて説明する。
本第２の実施形態で用いられるレチクルＲ上に形成された計測用パターンＰＢについて説明する。計測用パターンＰＢは、一例として図６Ａに示されるように、第１パターンＰＭ１と第２パターンＰＭ２とから構成されている。さらに、第１パターンＰＭ１は、１つの矩形パターンと、その矩形パターンを挟むようにＹ軸方向の両側に配置された各２本のラインパターンとを含んで構成され、第２パターンＰＭ２は、Ｙ軸方向に離れた２つの矩形パターンと、これらの矩形パターンに挟まれて配置された３本のラインパターンとを含んで構成される。また、第１パターンＰＭ１の領域と第２パターンＰＭ２の領域は同一の大きさであり、Ｙ軸方向の各領域の長さをＹＲとする。なお、本第２の実施形態では、第１パターンＰＭ１の図６Ａにおける紙面右側（＋Ｙ側）に第２パターンＰＭ２が配置されている。また、本第２の実施形態では、レチクルＲ上のパターン部分（矩形パターン及びラインパターン）は遮光部となっているものとする。さらに、本実施形態では第１パターンＰＭ１と第２パターンＰＭ２とをＹ軸方向に隣接して形成するものとしたが、第１及び第２パターンＰＭ１、ＰＭ２をＹ軸方向に所定間隔だけ離して形成しても良い。
また、ウエハＷ上には、第１の実施形態と同様に、積算露光量が所定の閾値以上では、着色濃度は一定（図２Ｂ参照）である感光剤が塗布されている。なお、１回の露光によるウエハＷ上の露光部の積算露光量をＥ１（＞所定の閾値）とする。
図７は主制御装置２８のＣＰＵによって実行される一連の処理アルゴリズムに対応するフローチャートであり、このフローチャートを用いて本第２の実施形態を以下に説明する。
図７のステップ５０１〜ステップ５０５では、第１の実施形態におけるステップ４０１〜ステップ４０５と同様の処理を行なう。
ステップ５０７では、計測用パターンＰＢを転写するウエハＷ上の目標領域としてＮ個の仮想矩形領域を設定する。そして、目標領域の設定番号を示すカウンタｉに１をセットし、最初の目標領域を露光対象領域とする。
ステップ５０９では、レーザ干渉計２６の計測結果をモニタしつつウエハステージ駆動系２２を介してＸＹステージ２０を移動することにより、ウエハＷを投影光学系ＰＬの下方の位置に移動させる。そして、ウエハＷの位置がウエハＷ上の露光対象領域を露光するための位置となるようにＸＹステージ２０を移動する。
ステップ５１１では、この状態で１回目の露光を行なう。ここでは、ＸＹステージ２０の位置決め精度を計測するのが目的であるため、露光中は、レチクルＲとウエハＷ、すなわちレチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０は、静止させたままである。これにより、計測用パターンＰＢが投影光学系ＰＬを介してウエハ上の露光対象領域に転写される。本第２の実施形態では、ウエハＷ上での露光部の積算露光量がＥ１となるように設定されているため、図６Ｂに示されるように、ウエハ上の露光対象領域では、露光部の感光剤が着色濃度Ｃ１（図６Ｂでは斜線で示す）に着色される。
図７のステップ５１３では、第１パターンＰＭ１の転写像が形成されたウエハＷ上の露光対象領域に第２パターンＰＭ２の像を重ね合わせて転写するために、次の（２）式を用いて求められる距離ＹＷだけＹ軸方向にＸＹステージ２０を移動する。
ＹＷ＝ＹＲ・β  ……（２）
ここで、βは投影光学系ＰＬの投影倍率である。
ステップ５１５では、この状態で２回目の露光を行なう。これにより、図６Ｃに示されるように、ウエハＷ上の露光対象領域をＹ軸方向に距離ＹＷだけシフトした領域（以下、便宜上「シフト領域」という）に、計測用パターンＰＢが投影光学系ＰＬを介して転写される。ウエハＷ上の露光部における積算露光量がＥ１となるように設定されているため、ウエハＷ上のシフト領域では、新たに露光された部分の感光剤は着色濃度Ｃ１に着色される。また、２回露光された部分は積算露光量がＥ２となるが、着色濃度の変化と積算露光量の変化との関係が非線形（図２Ｂ参照）であるため、２回露光された部分の感光剤は着色濃度Ｃ１のままである。なお、図６Ｃでは、露光対象領域を点線で示し、シフト領域を実線で示している。さらに、ウエハＷ上の露光対象領域とシフト領域とが重なる領域を、以下、便宜上「重なり領域」と呼ぶ。
ここで、重なり領域には、第１パターンの転写像である両端各２本の４本のラインパターン像と、第２パターンの転写像である中央３本のラインパターン像とから成る７本のラインパターンを含むＬ／Ｓパターンの像が形成される。このＬ／Ｓパターンの像は、設計上は、ある一定ピッチでデューティ比５０％のＬ／Ｓパターン像となるように設定されている。
図７のステップ５１７では、カウンタｉを参照し、すべての目標領域に計測用パターンＰＢの転写を行ったか否かを判断する。ここでは、ｉ＝１、すなわち、最初の目標領域に転写を行ったのみであるため、ステップ５１７での判断は否定され、ステップ５１９に移行する。
ステップ５１９では、カウンタｉの値をインクリメント（＋１）して、次の目標領域を露光対象領域とし、ステップ５０９に戻る。
以下、ステップ５１７での判断が肯定されるまで、ステップ５０９からステップ５１９までの処理・判断を繰り返す。
全ての目標領域への計測用パターンＰＢの転写が終了すると、カウンタｉの値はＮとなり、ステップ５１７での判断が肯定され、ステップ５２１に移行する。
ステップ５２１では、重なり領域の配列番号を示すカウンタｍに１をセットし、最初の重なり領域を計測対象領域とする。
ステップ５２３では、レーザ干渉計２６の計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動系２２を介してＸＹステージ２０を制御することにより、ウエハＷ上の計測対象領域（重なり領域）がアライメント検出系ＡＳで検出可能となる位置にウエハＷを移動する。
そして、ウエハＷ上の計測対象領域を、アライメント検出系ＡＳを用いて撮像し、撮像データを取り込む。さらに、前述した第１の実施形態と同様にして、撮像データにおけるデータ値を画素毎に「１」と「０」に２値化する。従って、「着色なし」（すなわち未露光部）が「１」に対応し、「着色あり」（すなわち露光部）が「０」に対応することとなる。そして、図８Ａに示されるように、計測対象領域の中心を通り、Ｙ軸方向に伸びる走査線Ｌ２を設定し、２値化した撮像データに基づいて走査線Ｌ２上での撮像データを抽出する。さらに、抽出した撮像データに基づいて、露光部と未露光部との境界を求め、図８Ｂに示されるように、１回目の転写で形成されたラインパターンの像と２回目の転写で形成されたラインパターンの像とのＹ軸方向に関する間隔ＤＷ１，ＤＷ２を計測する。そして、次の（３）式を用いて位置ずれ量ＤＷを算出する。
ＤＷ＝ＤＷ１−ＤＷ２  ……（３）
図７のステップ５２５では、カウンタｍを参照し、全ての重なり領域での位置ずれ量ＤＷの算出が行われたか否かを判断する。ここでは、ｍ＝１、すなわち、最初の重なり領域において位置ずれ量ＤＷの算出が行なわれたのみであるので、ステップ５２５での判断は否定され、ステップ５２７に移行する。
ステップ５２７では、カウンタｍの値をインクリメント（＋１）して、次の重なり領域を計測対象領域とし、ステップ５２３に戻る。
以下、ステップ５２５での判断が肯定されるまで、ステップ５２３→５２５→５２７の処理・判断を繰り返す。
ウエハＷ上の全ての重なり領域での位置ずれ量ＤＷの算出が終了すると、カウンタｍの値はＮとなり、ステップ５２５での判断が肯定され、ステップ５２９に移行する。
ステップ５２９では、全ての重なり領域で求めた位置ずれ量ＤＷを統計処理（例えば、平均化）し、ＸＹステージ２０の位置決め精度を求める。そして、得られた位置決め精度を記憶装置２７に記憶するとともに、図示しない表示装置に表示し、処理を終了する。
以上説明したように、本第２の実施形態によると、感光剤の着色濃度の変化を示す情報、具体的には着色の有無情報に基づいて、「露光部」と「未露光部」とを区別することができるため、ウエハＷ上に計測用パターンＰＢを重ね合わせて転写した後、ウエハＷを現像処理することなく、直ちにパターンの位置ずれ量を計測することができる。従って、現像処理等に要する時間が不要になるとともに、現像処理等に起因するウエハＷの変形等の誤差要因を除去することが可能となり、従来のレジスト像等を利用する場合に比べて、短時間で精度良くＸＹステージ２０の位置決め精度を求めることができる。
なお、上記第２の実施形態では、Ｙ軸方向の位置決め精度を求めているが、同様にしてＸ軸方向の位置決め精度を求めることもできる。例えば、計測用パターンＰＢをＺ軸回りに９０度回転させた形状のパターンを計測用パターンとして用いるとともに、２回目の露光に際して（図７のステップ５１３）、距離ＹＷだけＹ軸方向ではなくＸ軸方向にＸＹステージ２０を移動することにより、上記と同様にしてＸ軸方向の位置ずれ量を計測することができる。
また、上記第２の実施形態では、１本の走査線Ｌ２を設定し、その走査線Ｌ２上の撮像データに基づいて位置ずれ量を求めているが、これに限定されるものではなく、例えば複数本の走査線を設定し、走査線毎に得られた位置ずれ量の平均値を求めても良い。
さらに、投影光学系ＰＬの光学特性の一つである歪曲収差（ディストーション）を求めることができる。例えば、１００μｍ角の内ボックスマークと２００μｍ角の外ボックスマークとが形成されたレチクルＲを用い、一方のマークを照明領域内の複数点にそれぞれ配置した状態で投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写した後、他方のマークを照明領域の中心に配置するとともに、ＸＹステージ２０を移動しながら他方のマークを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の各一方のマークに重ねて転写する。投影倍率が例えば１／５倍であるとすると、ウエハＷ上には、４０μｍ角のボックスマークの内側に２０μｍ角のボックスマークが配置されたボックスインボックスマークの像が形成されることとなる。そして、感光剤の着色濃度の変化から両マークの位置関係とステージ座標系の基準点からのずれ量とを計測し、投影光学系ＰＬのディストーションを求める。
なお、上記第２の実施形態では、ＸＹステージ２０の位置決め精度を求めているが、レチクルステージＲＳＴの位置決め精度を求めることも可能である。この場合は、例えば２回目の露光に際して（図７のステップ５１３）、ＸＹステージ２０を距離ＹＷだけＹ軸方向に移動する代わりに、ＸＹステージ２０はそのままで、レチクルステージＲＳＴを距離ＹＲだけＹ軸方向に移動すれば良い。これにより、図７のステップ５２９において求められる位置決め精度は、レチクルステージＲＳＴのＹ軸方向における位置決め精度を示している。
なお、上記第２の実施形態では、レチクルＲ上に形成された第１パターンＰＭ１と第２パターンＰＭ２とをウエハＷ上に重ね合わせて転写する場合について説明したが、これに限らず、ウエハＷ上の第１パターンＰＭ１の転写像とは離れた位置に第２パターンを転写しても良い。この場合、第１パターンの転写像と第２パターンの転写像との設計上の位置関係が既知であれば、例えば実際の第１パターンの転写像及び第２パターンの転写像の検出結果に基づいて、それらの位置関係の実際の検出結果と対応する設計上の位置関係とに基づいて、両者間の誤差（第１パターンの像と第２パターンの像との位置関係に関する情報）を求めることができ、この誤差に基づいて、上記実施形態と同様に、露光装置の特性、例えばレチクルステージＲＳＴ及びＸＹステージ２０の少なくとも一方の位置決め精度を求めることができる。この場合において、第１パターンと第２パターンとを所定の位置関係で同一レチクル上に形成し、前述と同様の手順で、レチクルステージＲＳＴ及びＸＹステージ２０のいずれかの位置決め精度、又は両者の位置決め精度を求めることとしても良いし、第１パターンと第２パターンとを別々のレチクル上にそれぞれ形成し、それぞれのパターンを用いて露光を行い、ウエハＷ上に所定の位置関係で第１パターンと第２パターンの転写像を形成して、前述と同様の手順で、レチクルステージＲＳＴ及びＸＹステージ２０のいずれかの位置決め精度、又は両者の位置決め精度を求めることとしても良い。後者の場合、例えば特開平１０−２０９０３９号公報及びこれに対応する米国特許第６，３２７，０２２号などに開示される、２枚のレチクルを搭載可能なダブルレチクルホルダ方式のレチクルステージを用いることが、レチクル交換時間の短縮という点から望ましい。なお、本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
この他、レチクルＲ上にはパターンを１つのみ形成し、そのパターンをウエハ上に転写した後、レチクルステージＲＳＴ又はウエハステージＷＳＴを移動し、再度パターンをウエハ上に転写してウエハＷ上に同一パターンの転写像を２つ形成しても良い。かかる場合であっても、それら２つの転写像の検出結果とレチクルステージＲＳＴ又はウエハステージＷＳＴの移動距離とに基づいて簡単な計算により、レチクルステージＲＳＴ及びＸＹステージ２０のいずれかの位置決め精度、又は両者の位置決め精度を求めることができる。
なお、上記第２の実施形態では、積算露光量の変化と着色濃度の変化とが非線形の関係にある感光剤が塗布されている場合について説明したが、これに限らず、例えば図９Ａに示されるように、積算露光量に比例して着色濃度が変化する、すなわち積算露光量の変化と着色濃度の変化とが線形の関係にある感光剤が塗布されていても良い。ここでは、積算露光量がＥ１の場合は着色濃度がＣ３、積算露光量がＥ２の場合は着色濃度がＣ４（＞Ｃ３）となるように感光剤の厚さ等が調整されているものとする。
ここで、積算露光量の変化と着色濃度の変化とが線形の関係にある感光剤としては、例えば、ポリスチレン誘導体樹脂、光酸発生剤、発色剤、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）及びプロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）を含む混合物を用いることができる。一例として、１０〜２０％のポリスチレン誘導体樹脂、０．４〜１．０％の光酸発生剤、０．２〜０．６％の発色剤を含み、ＰＧＭＥＡ及びＰＧＭＥがそれぞれ４５〜５５％及び３０〜４０％の範囲内となるように調整した混合物は、従来のレジストとほぼ同等の操作性を有している。
この場合に、図９Ｂに示されるように、重なり領域における走査線Ｌ２’上での撮像データを抽出すると、アライメント検出系ＡＳを介して取り込まれた撮像データは、一例として図９Ｃに示されるように、２回露光部ではＬａ、１回露光部ではＬｂ（＞Ｌａ）、未露光部ではＬｃ（＞Ｌｂ）となる。そこで、一例として次の（４）式に基づいて、２値化のための閾値Ｌｓを求める。
Ｌｓ＝（Ｌｃ−Ｌａ）×０．７＋Ｌａ  ……（４）
そして、閾値Ｌｓに基づいて撮像データを２値化すると、図１０Ａ及び図１０Ｂに示されるように、上記積算露光量の変化と着色濃度の変化とが非線形の関係にある感光剤が用いられた場合と同様な結果を得ることができる。すなわち、２値化のための閾値を、撮像データにおけるデータ値の最大値と最小値及び感光剤の特性に応じて決定することにより、感光剤における積算露光量の変化と着色濃度の変化との関係が線形であっても位置決め精度を精度良く求めることが可能である。なお、図９Ａに示される特性をもつ感光剤を用いる場合、ウエハに塗布される感光剤の膜厚が異なると、２回露光部及び１回露光部の各積算露光量が同じでも各部での着色濃度が変化し、これにより得られる撮像データ（信号波形）も図９Ｃとは異なる。例えば２回露光部での信号強度Ｌａが１回露光部での信号強度Ｌｂと同程度となる撮像データが得られることがある。そこで、感光剤の膜厚に応じて撮像データの処理条件（本実施形態では、例えば閾値Ｌｓを決定する上記（４）式の係数など）、すなわちパターン像の検出条件を変更し、その膜厚に応じた適切な処理条件で上記潜像の位置情報（間隔など）を求めることが好ましい。このとき、上記（４）式の係数を単に変更するのではなく、閾値Ｌｓを決定するアルゴリズムを変更するようにしても良い。
上記各実施形態では、感光剤の着色の有無情報に基づいて露光部と未露光部とを区別しているために、撮像データを用いた画像処理では、従来のレジスト像等の場合と同様な処理が可能である。すなわち、従来の画像処理法をそのまま利用することができる。
また、上記各実施形態では、感光剤の色に関連する物理的性質として着色濃度の場合について説明しているが、これに限定されるものではなく、屈折率、透過率、反射率の少なくとも１つであっても良い。これは、一例として、積算露光量によって分子の結合状態（例えば、粗密状態）が変化する性質を有する高分子材料を感光剤の構成成分の１つとすることにより対応可能である。
特に、屈折率の変化を利用する場合には、アライメント検出系ＡＳに、例えば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）系と呼ばれるアライメントセンサを用いて、ウエハＷ上のパターンを検出しても良い。この場合は、露光部と未露光部とで光の屈折率が異なるために、レーザ光をパターンに照射すると、その反射光あるいは回折光によりパターン位置を計測することができる。そこで、従来、ＬＳＡ系のアライメントセンサを用いて行なっている各種計測に、本発明を適用することができる。そして、ウエハＷを現像しなくても、パターン位置の計測を行うことができるために、精度良く、しかも高いスループットで計測を行うことが可能となる。また、ウエハ上の格子マークに所定方向（例えば垂直方向）からレーザビームを照射し、その格子マークから発生する同次数の回折光（±ｎ次回折光）の干渉光を検出するアライメントセンサを用いても良い。このとき、複数の次数につきそれぞれ干渉光を検出可能とし、少なくとも１つの次数を選択してその検出結果を用いても良い。
また、感光剤の反射率や透過率は、一例としてそれぞれ図１１Ａ及び図１１Ｂに示されるように、パターン検出用の照明光の波長によって異なっている。そこで、感光剤の反射率や透過率の変化を利用してパターンを検出する場合には、照明光の波長を、露光部と未露光部との反射率あるいは透過率の差が大きい狭帯域（例えば、図１１ＡのＡＲ１、図１１ＢのＡＲ２）に、例えばバンドパスフィルタなどを用いて絞ることにより、パターンの検出感度を向上させることが可能である。このような照明光の狭帯域化（換言すれば、波長帯域の変更）は、ハロゲンランプ等の広帯域光を照明光としているＦＩＡ系のアライメントセンサを用いる場合には、特に有効である。
なお、アライメントマークから発生する±ｎ次回折光を検出するアライメントセンサを、互いの波長が異なる複数のレーザビームを同一方向からアライメントマークに照射するとともに、各波長毎にアライメントマークから発生する±ｎ次回折光を検出可能に構成し、露光部と未露光部とで反射率あるいは透過率の差が大きい波長を選択することで、同様にパターンの検出感度を向上させることができる。
《第３の実施形態》
以下、本発明の第３の実施形態を、図１２〜図１４に基づいて説明する。
ここでは、前述の露光装置１００を用いて、ウエハＷ上でのエネルギビームの照射領域（前述の投影領域に対応）における照度分布（照度むら）を計測する場合について説明する。
本第３の実施形態では、照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬがそのまま透過するように、レチクルＲのパターン領域には何らパターンは形成されていない。また、ウエハＷ上には、上記第１及び第２の実施形態と異なり、積算露光量に比例して着色濃度が変化する、すなわち積算露光量の変化と着色濃度の変化とが線形の関係にある感光剤が塗布されている。この場合も、前述したポリスチレン誘導体樹脂、光酸発生剤、発色剤、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）及びプロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）を含む混合物を、感光剤として用いるものとする。
ここでは、図１２に示されるように、積算露光量がＥ５の場合は着色濃度がＣ５となるように感光剤の厚さ等が調整されているものとする。なお、１回の露光によるウエハＷ上の露光部における積算露光量の目標値はＥ５とする。また、投影光学系ＰＬの光軸方向に関するウエハＷの位置は最良フォーカス位置に設定されているものとする。
本第３の実施形態と上記第１及び第２の実施形態との大きな相違点は、レチクルＲにパターンが形成されていないことである。図１３は、主制御装置２８のＣＰＵによって実行される一連の処理アルゴリズムに対応するフローチャートであり、このフローチャートを用いて本第３の実施形態を以下に説明する。
図１３のステップ６０１及びステップ６０３では、第１の実施形態におけるステップ４０１及びステップ４０３と同様の処理が行なわれる。
ステップ６０５では、ウエハＷ上に露光の目標領域としてＮ個の仮想矩形領域を設定し、その目標領域の設定番号を示すカウンタｉに１をセットする。そして、最初の目標領域を露光対象領域とする。なお、この目標領域（露光対象領域）はデバイス製造における走査露光時に設定される前述の照射領域（投影領域）と同一の大きさ及び形状であるものとする。
ステップ６０７では、レーザ干渉計２６の計測結果をモニタしつつウエハステージ駆動系２２を介してＸＹステージ２０を移動することにより、ウエハＷを投影光学系ＰＬの下方の位置に移動させる。そして、ウエハＷの位置がウエハＷ上の露光対象領域を露光するための位置となるようにＸＹステージ２０を移動する。
ステップ６０９では、この状態で露光を行う。ここでは、照度分布を計測するのが目的であるため、露光中は、レチクルＲとウエハＷ、すなわちレチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０は、静止させたままである。これにより、照明光ＩＬが投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の露光対象領域に照射される。ウエハＷ上の露光対象領域では、露光部の積算露光量の目標値がＥ５となるように設定されているため、積算露光量がＥ５の場所では感光剤の着色濃度はＣ５（図１２参照）となるが、ウエハＷ上での積算露光量にばらつきがあると、積算露光量がＥ５より少ない場所では感光剤の着色濃度はＣ５よりも小さくなり、一方積算露光量がＥ５より多い場所では感光剤の着色濃度はＣ５よりも大きくなる。
ステップ６１１では、カウンタｉを参照し、すべての目標領域を露光したか否かを判断する。ここでは、ｉ＝１、すなわち最初の目標領域を露光したのみであるため、ステップ６１１での判断は否定され、ステップ６１３に移行する。
ステップ６１３では、カウンタｉの値をインクリメント（＋１）して、次の目標領域を露光対象領域とし、ステップ６０７に戻る。
以下、ステップ６１１での判断が肯定されるまで、ステップ６０７→６０９→６１１→６１３の処理・判断を繰り返す。
全ての目標領域への露光が終了すると、カウンタｉの値はＮとなり、ステップ６１１での判断が肯定され、ステップ６１５に移行する。
ステップ６１５では、ウエハＷ上の照射領域（すなわち、計測対象領域）の配列番号を示すカウンタｋに１をセットし、最初の目標領域を計測対象領域とする。
ステップ６１７では、レーザ干渉計２６の計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動系２２を介してＸＹステージ２０を制御することにより、ウエハＷ上の計測対象領域がアライメント検出系ＡＳで検出可能となる位置にウエハＷを移動する。
そして、ウエハＷ上の計測対象領域を、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。例えば撮像データが画素毎に８ビットでデジタル化されている場合には２８＝２５６階調の濃度で取り込まれることとなる。すなわち、撮像データは０〜２５５の数値で示される。次に、例えば、図１４Ａに示されるように、計測対象領域を複数の区画領域に分割し、各区画領域の中心位置（計測点）での撮像データをそれぞれ抽出する。ここで抽出された各撮像データは、各計測点での積算露光量に対応しており、各計測点での撮像データを比較することにより計測対象領域における相対的な積算露光量分布を求めることができる。例えば、図１４Ｂに示されるように、計測対象領域の中心を通り、Ｙ軸方向に伸びる走査線Ｌ３を設定し、撮像データに基づいて走査線Ｌ３上での各測定点の撮像データを抽出すると、一例として図１４Ｃに示されるように、Ｙ軸方向の相対的な積算露光量分布を求めることができる。
図１３のステップ６１９では、カウンタｋを参照し、全ての目標領域で積算露光量分布の計測が行われたか否かを判断する。ここでは、ｋ＝１、すなわち、最初の目標領域において積算露光量分布の計測が行なわれたのみであるので、ステップ６１９での判断は否定され、ステップ６２１に移行する。
ステップ６２１では、カウンタｋの値をインクリメント（＋１）して、次の目標領域を計測対象領域とし、ステップ６１７に戻る。
以下、ステップ６１９での判断が肯定されるまで、ステップ６１７→６１９→６２１の処理・判断を繰り返す。
ウエハＷ上の全ての目標領域での積算露光量分布の計測が終了すると、カウンタｋの値はＮとなり、ステップ６１９での判断が肯定され、ステップ６２３に移行する。
ステップ６２３では、全ての目標領域で求めた積算露光量分布を統計処理（例えば、平均化）し、露光装置１００における照度分布とする。そして、得られた照度分布を記憶装置２７に記憶するとともに、図示しない表示装置に表示（例えば３Ｄグラフィック表示）し、処理を終了する。
以上説明したように、本第３の実施形態によると、感光剤の着色濃度の違いによって、照射されたエネルギビームの積算露光量の違いを求めることができるため、エネルギビームをウエハＷ上に照射した後、直ちにウエハＷ上の照射領域内に設定された複数の計測点での感光剤の着色濃度を計測することにより、照射領域内における積算露光量の大小の分布を検出することができる。従って、計測点数と同じ回数だけエネルギビームを照射して各計測点での積算露光量を計測していた従来の方法と比べて、短時間で照射領域内における照度分布を求めることが可能となる。
また、本第３の実施形態によると、１回の露光で照射領域内における積算露光量の大小の分布を検出することができるため、各計測点における計測結果に対する光源自体のエネルギ量の変動の影響は同一である。従って、得られた照射領域内における照度分布は光源のエネルギ量の変動に起因する誤差を含まないため、従来の方法に比べて、精度良く照射領域内における照度分布を求めることが可能となる。
さらに、本第３の実施形態によると、ウエハＷ上に塗布された感光剤の感度は、光の照射角度に依存しないため、従来のピンホールセンサ等を用いる方法のように照射領域の周辺部での計測結果の信頼性が低下することなく、照射領域全面において精度良く照度分布を求めることが可能となる。
なお、上記第３の実施形態では、相対的な積算露光量分布を求めているが、予め、撮像データと積算露光量との関係を求めておくことにより、相対的ではない積算露光量分布を得ることができる。また、本実施形態では走査方向であるＹ軸方向に関する照度分布（露光量分布）を求めるものとしたが、Ｙ軸方向の露光量分布のむらは走査露光によってある程度均一化できるので、少なくとも非走査方向となるＸ軸方向に関する露光量分布を求めることが好ましい。
さらに、照度分布の計測結果に基づいて、主制御装置２８は、照度分布を均一にするための調整情報、例えば照明系ＩＯＰにおけるフライアイレンズ及びコンデンサレンズ系（いずれも不図示）の少なくとも一方の位置の調整情報などを作成しても良い。また、例えば特開２００２−１００５６１号公報に開示されているように、照明系ＩＯＰ光軸に関してほぼ対称な一次元又は二次元の透過率分布をもつ濃度フィルタをその光軸を中心として回転させることで照度分布を調整してもよく、照度分布の計測結果に基づいて濃度フィルタの回転角を調整情報として作成しても良い。
また、上記第３の実施形態では、パターンが形成されていないレチクルＲを用いているが、レチクルステージＲＳＴにレチクルＲが載置されていない状態で露光を行なっても良い。
さらに、上記第３の実施形態では、レチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０を静止させたままで露光を行なっているが、レチクルステージＲＳＴとＸＹステージ２０を同期移動させて走査露光を行なうことにより、露光量分布（露光量むら）を計測することが可能であり、露光量分布が均一となるようにその計測結果に基づいて照明光学系ＩＯＰの光学素子（前述の濃度フィルタなどを含む）を駆動して照度分布を調整しても良い。
また、上記第３の実施形態では、ウエハ上の複数の目標領域をそれぞれ露光して複数の積算露光量分布を求めるものとしたが、１つの目標領域のみを露光して積算露光量分布を求めても良い。さらに、目標領域の露光量はフォトレジストの感度特性に応じた最適な露光量でなくても良く、例えば計測可能な程度に着色濃度に差が生じる露光量であれば良い。また、照明光ＩＬがパルス光であるときは、目標領域の露光時に照射したパルス数で積算露光量を除算して１パルス当たりの強度分布（照度分布）を求めても良い。
また、上記第３の実施形態では、感光剤の色に関連する物理的性質として着色濃度の場合について説明しているが、これに限定されるものではなく、屈折率、透過率、反射率の少なくとも１つであっても良い。
なお、上記各実施形態では、計測対象領域を１度に撮像するものとしたが、例えば、撮像データの分解能を向上させる必要がある場合には、アライメント検出系ＡＳの倍率を上げ、ＸＹステージ２０をＸＹ２次元方向に所定距離ステッピングさせる動作と、アライメント検出系ＡＳによる撮像とを交互に順次繰り返すことによって、複数回に分けて撮像データの取り込みを行うこととしても良い。これにより、さらに測定精度を向上させることが可能となる。また、例えば特開昭６１−４４４２９号公報及びこれに対応する米国特許第４，７８０，６１７号等に詳細に開示されているＥＧＡ方式を採用する場合には、ＦＩＡ系などのアライメントセンサを用いてウエハ上の複数のマークを検出してその位置情報を得るとともに、その複数の位置情報を統計処理してウエハ上の各ショット領域の位置情報（座標値）を算出する。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記各公報並びにこれらに対応する上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
そして、この算出された位置情報に基づいてＸＹステージ２０を移動しながら、ウエハ上の各ショット領域に少なくともレチクルＲのアライメントマークを転写し、ウエハ上の少なくとも１つのショット領域で、アライメントマークの潜像とウエハに形成されたアライメントマークとをＦＩＡ系などで検出してその両者の間隔を求めてその設計値と比較することにより重ね合わせ精度（アライメント精度）を求めることができる。このとき、パターンやアライメントマークが形成されていないウエハを用い、ショット領域の配列座標に基づいてＸＹステージ２０を移動しながら、ウエハ上の複数のショット領域にそれぞれ対応してアライメントマークを転写するとともに、そのアライメントマークの潜像を検出して得られる位置情報をＥＧＡ方式にて処理して各ショット領域の位置情報を算出し、この算出した位置情報に従ってＸＹステージ２０を移動して再度、アライメントマークを転写し、１回目の露光と２回目の露光とでそれぞれ形成されたアライメントマークの潜像を検出して同様に重ね合わせ精度を求めるようにしても良い。
また、上記各実施形態では、ウエハＷを経由した反射光を用いて、感光剤の物理的性質の変化を計測しているが、これに限定されるものではなく、ウエハＷを経由した透過光を用いても良い。
なお、上記各実施形態では、アライメント検出系ＡＳを用いて感光剤の物理的性質の変化を計測しているが、これに限定されるものではなく、外部の計測装置を用いても良い。
さらに、上記各実施形態では、レチクルに形成された計測用パターン、あるいはパターンが形成されていないレチクルを用いるものとしたが、計測用パターンの代わりに、例えばレチクルステージに形成される基準マークを用いても良いし、あるいはパターンが形成されていないレチクルの代わりに、例えばレチクルステージに設けられる開口（透明窓）を用いても良い。
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。また、水銀ランプなどから発生されるｉ線あるいはｇ線などの紫外光を露光用照明光として用いても良い。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、露光用照明光としてＥＵＶ光、Ｘ線、あるいは電子線やイオンビームなどの荷電粒子線などを用いても良い。
なお、上記各実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されないことは勿論である。すなわちステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置にも本発明は好適に適用できる。また、ステップ・アンド・スティッチ方式、ミラープロジェクション方式、プロキシミティ方式などでも良い。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よいし、縮小系、等倍系、及び拡大系のいずれでも良い。
なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続した後、調整工程において、上で説明した評価方法を用いて投影光学系の光学特性、両ステージの位置決め精度、照明領域での照度分布などを評価し、その評価結果に基づいて露光装置の特性を調整することにより、露光精度に優れた露光装置を製造することができる。特に、ウエハの現像を必要としないので、生産現場において、自己計測・自己調整が可能であり、結果的に生産性の向上にも寄与する。また、上記評価結果及び調整内容等は、図示しないＬＡＮなどのネットワークを介して、生産を管理している図示しない管理装置に通知しても良い。そして、調整を行なっても所定のレベル内に露光装置の特性が入らない場合は、その旨のメッセージ及び関連するデータをメールなどにより担当者及び責任者に即座に通知することも可能である。これにより、生産現場での異常を早期に発見することができる。
また、本発明に係る露光装置の製造方法は、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、有機ＥＬ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を製造する際にも適用することができる。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の評価方法は、露光装置の特性を短時間に評価するのに適している。また、本発明の露光装置の製造方法は、露光精度に優れた露光装置を製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
図２Ａは第１の実施形態で用いられる計測用パターンの一例を説明するための図、図２Ｂは第１の実施形態で用いられる感光剤の特性を説明するための図である。
図３は、第１の実施形態に係る評価方法を説明するためのフローチャートである。
図４Ａは計測用パターンの転写領域の着色状態を説明するための図、図４Ｂ及び図４Ｃはそれぞれパターンの線幅値の計測方法を説明するための図である。
図５Ａは像の線幅値とフォーカス位置との相関関係を説明するための図、図５Ｂは重ね合わせ露光によりくさび形のマーク像を形成する際に用いられる感光剤の特性を説明するための図、図５Ｃは重ね合わせ露光により形成されるくさび形のマーク像を説明するための図である。
図６Ａは第２の実施形態で用いられる計測用パターンの一例を説明するための図、図６Ｂは計測用パターンの転写領域の着色状態を説明するための図、図６Ｃは図６Ｂに重ね合わせて計測用パターンを転写した後のウエハ上の転写領域の着色状態を説明するための図である。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る評価方法を説明するためのフローチャートである。
図８Ａ及び図８Ｂはそれぞれ、第２の実施形態において画像処理による位置ずれ計測を説明するための図である。
図９Ａは、積算露光量の変化と着色濃度の変化とが線形の関係にある感光剤の特性を説明するための図、図９Ｂ及び図９Ｃは、それぞれ図９Ａの特性を有する感光剤を用いた場合を説明するための図である。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ計測した撮像データの２値化を説明するための図である。
図１１Ａは感光剤の反射率と波長との関係を説明するための図、図１１Ｂは感光剤の透過率と波長との関係を説明するための図である。
図１２は、本発明の第３の実施形態で用いられる感光剤の特性を説明するための図である。
図１３は、第３の実施形態に係る評価方法を説明するためのフローチャートである。
図１４Ａ〜図１４Ｃはそれぞれ第３の実施形態における照度分布の計測方法を説明するための図である。
【図１】
2003046962.tif 000003
【図２Ａ】
2003046962.tif 000004
【図２Ｂ】
2003046962.tif 000005
【図３】
2003046962.tif 000006
【図４Ａ】
2003046962.tif 000007
【図４Ｂ】
2003046962.tif 000008
【図４Ｃ】
2003046962.tif 000009
【図５Ａ】
2003046962.tif 000010
【図５Ｂ】
2003046962.tif 000011
【図５Ｃ】
2003046962.tif 000012
【図６Ａ】
2003046962.tif 000013
【図６Ｂ】
2003046962.tif 000014
【図６Ｃ】
2003046962.tif 000015
【図７】
2003046962.tif 000016
【図８Ａ】
2003046962.tif 000017
【図８Ｂ】
2003046962.tif 000018
【図９Ａ】
2003046962.tif 000019
【図９Ｂ】
2003046962.tif 000020
【図９Ｃ】
2003046962.tif 000021
【図１０Ａ】
2003046962.tif 000022
【図１０Ｂ】
2003046962.tif 000023
【図１１Ａ】
2003046962.tif 000024
【図１１Ｂ】
2003046962.tif 000025
【図１２】
2003046962.tif 000026
【図１３】
2003046962.tif 000027
【図１４Ａ】
2003046962.tif 000028
【図１４Ｂ】
2003046962.tif 000029
【図１４Ｃ】
2003046962.tif 000030
【国際調査報告】
2003046962.tif 000031
2003046962.tif 000032
2003046962.tif 000033
2003046962.tif 000034