(57)【要約】【課題】短時間で確実に、かつ精度及び再現性良く投影光学系の光学特性を計測する。【解決手段】投影光学系を介して計測用パターンが転写された区画領域を含み、その輪郭に複数の頂点を有する所定領域が形成された物体を撮像し（ステップ５０４）、その撮像データに基づき、所定領域の輪郭上の線分に交差するピクセル列情報を用いて境界検出を行い、前記線分上の任意の点を求める（ステップ５０８）。次に、求めた点を基準として、前記線分に沿って窓領域を走査しつつ窓領域内のピクセルデータの変化に基づき線分の少なくとも一端の頂点を検出する（ステップ５１０〜５１４）。次に、頂点の検出結果を利用し、前記区画領域における像の形成状態を、画像処理の手法により検出し、その検出結果に基づいて投影光学系の光学特性を求める。【選択図】　図１０
2004146703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面上のパターンを第２面上に投影する投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法であって、
前記第１面上に配置された所定の計測用パターンが前記投影光学系を介して転写された区画領域を少なくとも１つ含み、その輪郭に複数の頂点を有する所定領域を、前記投影光学系の第２面側に配置された物体上に形成する第１工程と；
前記所定領域を撮像して得られる撮像データに基づき、前記所定領域の輪郭上で隣接する頂点間の線分に交差する所定方向のピクセル列情報を用いて境界検出を行い、前記線分上の任意の点を求める第２工程と；
前記求めた点を基準として、前記線分に沿って所定サイズの窓領域を走査しつつ窓領域内のピクセルデータに基づいて前記線分の少なくとも一端の頂点を検出する第３工程と；
前記頂点又は前記線分の検出結果を利用して前記区画領域における像の形成状態を画像処理の手法により検出する第４工程と；
前記第４工程における検出結果に基づいて前記投影光学系の光学特性を求める第５工程と；を含む光学特性計測方法。
【請求項２】
前記所定領域の輪郭は、多角形であることを特徴とする請求項１に記載の光学特性計測方法。
【請求項３】
前記第１工程では、少なくとも１つの露光条件を変更しながら、かつ前記投影光学系の第２面側に配置された前記物体を所定のステップピッチで順次移動して前記計測用パターンを前記物体上に順次転写することにより、互いに交差する２軸方向に沿って配列された複数の区画領域から成る全体として平行四辺形の前記所定の領域を前記物体上に形成し、
前記第２工程では、前記撮像データに基づき、前記所定領域の輪郭である平行四辺形の一組の対向辺に交差する所定方向のピクセル列情報を用いて境界検出を行い、前記一組の対向辺の各辺上の前記平行四辺形の頂点以外の任意の点を各１点求め、
前記第３工程では、前記撮像データに基づき、前記一組の対向辺の各辺上で、前記求めた点を基準として所定サイズの窓領域を各辺に沿って走査して前記平行四辺形の４頂点を検出することを特徴とする請求項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は、マルチバーパターンを含み、
前記複数の区画領域のそれぞれに転写された前記マルチバーパターンとこれに隣接するパターンとが、前記マルチバーパターンの像のコントラストが前記隣接するパターンによる影響を受けない距離以上離れていることを特徴とする請求項３に記載の光学特性計測方法。
【請求項５】
前記第１工程では、前記所定の領域内の最外周部に位置する複数の区画領域の少なくとも一部の特定の複数の区画領域が過露光の領域となるように前記露光条件の一部として前記物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量を変更することを特徴とする請求項３又は４に記載の光学特性計測方法。
【請求項６】
前記第３工程では、前記撮像データに基づき、前記平行四辺形の設計値に応じた所定距離だけ離れて配置された一組の所定サイズの窓領域を、前記各辺に沿って同時に走査して前記平行四辺形の４頂点を検出することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項７】
前記第４工程は、前記求めた４頂点に基づいて最小二乗法による平行四辺形近似を行い、回転を含めた前記所定の領域の平行四辺形の輪郭を算出する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の光学特性計測方法。
【請求項８】
前記第４工程は、既知の区画領域の配列情報を用いて前記算出した輪郭の内部領域を等分割して、前記所定領域を構成する複数の区画領域それぞれの位置情報を算出する工程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の光学特性計測方法。
【請求項９】
前記所定の領域及び前記各区画領域は、ともに矩形の領域であることを特徴とする請求項３〜８のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項１０】
前記露光条件は、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置及び前記物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項３〜９のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項１１】
前記第１工程では、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置と前記物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量とをそれぞれ変更しながら、前記対象パターンを前記物体上に順次転写し、
前記第４工程では、前記物体上の前記少なくとも一部の複数の区画領域における前記計測用パターンの像の有無を検出し、
前記第５工程では、その像が検出された複数の区画領域に対応する前記エネルギビームのエネルギ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の相関関係により最良フォーカス位置を決定することを特徴とする請求項３〜１０のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項１２】
前記第１工程では、前記計測用パターンを前記第１面上に所定の位置関係で複数配置し、前記投影光学系の第２面側に配置された前記物体上に前記位置関係に応じた位置関係で前記所定領域を複数形成し、
前記窓領域は、前記走査方向に直交する方向の長さが隣接する所定領域間の間隔より大きく設定されていることを特徴とする請求項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】
前記第３工程では、前記窓領域内のピクセルデータに対応するピクセル値の平均値、分散、標準偏差、加算値、及び微分総和値のいずれかの変化に基づいて前記頂点を検出することを特徴とする請求項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】
前記第４工程では、前記撮像データに基づき、前記所定の領域を構成する少なくとも１つの区画領域における像の形成状態を、当該区画領域のピクセルデータに関する代表値を判定値として検出することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項１５】
前記代表値は、前記区画領域内の少なくとも一部の範囲内におけるピクセルデータに対応するピクセル値の加算値、微分総和値、分散及び標準偏差のいずれかであることを特徴とする請求項１４に記載の光学特性計測方法。
【請求項１６】
前記第４工程では、前記撮像データに基づき、テンプレートマッチングの手法により前記区画領域における像の形成状態を検出することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学特性計測方法。
【請求項１７】
露光用のエネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して物体上に転写する露光方法であって、
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光学特性計測方法によって計測された前記光学特性を考慮して前記投影光学系を調整する工程と；
前記調整された投影光学系を介して前記マスクに形成されたパターンを前記物体上に転写する工程と；を含む露光方法。
【請求項１８】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程では、請求項１７に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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によって計測された光学特性を考慮して調整された投影光学系を用いて露光を行う露光方法、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。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子、液晶表示素子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）上に転写する露光装置が用いられている。この種の装置としては、近年では、スループットを重視する観点から、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆる「ステッパ」）や、このステッパを改良したステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置などの逐次移動型の露光装置が、比較的多く用いられている。
【０００３】
また、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投影露光装置には、一層の高解像力、すなわち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。投影露光装置の解像力を向上させるためには、投影光学系の光学特性を向上させることが必要であり、従って投影光学系の光学特性（結像特性を含む）を正確に計測し、評価することが重要となっている。
【０００４】
投影光学系の光学特性、例えばパターンの像面の正確な計測は、投影光学系の視野内の各評価点（計測点）における最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。
【０００５】
従来の投影露光装置における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。
【０００６】
１つは、所定のレチクルパターン（例えば、ラインアンドスペースパターン等）をテストパターンとして、このテストパターンを投影光学系の光軸方向に関する複数の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（ＣＤ／フォーカス法）。
【０００７】
他の１つは、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（いわゆるＳＭＰフォーカス計測法）。
【０００８】
そして、種々のテストパターンについて、このようにして得られた最良フォーカス位置に基づいて、投影光学系の光学特性である非点収差や像面湾曲等を計測している。
【０００９】
しかし、上述したＣＤ／フォーカス法では、例えばレジスト像の線幅値をＳＥＭで計測するために、ＳＥＭのフォーカス合わせを厳密に行う必要があり、１点当たりの計測時間が非常に長く、多数点での計測をするためには数時間から数十時間が必要とされていた。また、投影光学系の光学特性を計測するためのテスト用パターンも微細化するとともに、投影光学系の視野内での評価点の数も増加することが予想される。従って、ＳＥＭを用いた従来の計測方法では、計測結果が得られるまでのスループットが大幅に低下するという不都合があった。また、測定誤差や測定結果の再現性についても、より高いレベルが要求されるようになり、従来の計測方法ではその対応が困難となってきた。さらに、フォーカス位置と線幅値の相関関係を示す近似曲線は、誤差を小さくするために４次以上の近似曲線が用いられており、それには、評価点毎に少なくとも５種類のフォーカス位置に関する線幅値が求められなければならないという制約があった。また、最良フォーカス位置からずれたフォーカス位置（投影光学系の光軸方向に関する＋方向と−方向との両方を含む）での線幅値と最良フォーカス位置での線幅値との差は、誤差を小さくするために１０％以上であることが要求されているが、この条件を満足させることが困難となってきた。
【００１０】
また、上述したＳＭＰフォーカス計測法では、通常、計測を単色光で行うために、レジスト像の形状の違いにより干渉の影響が異なり、それが計測誤差（寸法オフセット）につながることが考えられる。さらに、画像処理にてくさび形マークのレジスト像の長さ計測を行うには、レジスト像の最も細くなる長手方向の両端部分までの情報を詳細に取り込む必要が有り、現状の画像取り込み機器（ＣＣＤカメラ等）の分解能では未だ十分ではないという問題点がある。また、テストパターンが大きいために、投影光学系の視野内での評価点の数を増加させることが困難であった。
【００１１】
この他、主として上述のＣＤ／フォーカス法の欠点を改善するものとして、測定用感応基板（以下、ウエハと呼ぶ）の投影光学系の光軸方向に関する位置又は露光エネルギ量を変化させつつ、測定用パターンを測定用基板上に順次転写して測定用パターンの像が転写された複数の区画領域がマトリクス状に配置された矩形の領域を形成し、そのウエハを現像後にウエハ上の矩形の領域に形成される測定用パターンのレジスト像を撮像し、その撮像データを用いて所定のテンプレートとのパターンマッチングを行い、その結果に基づいて最良フォーカス位置などの最良露光条件を決定する発明が、知られている（特許文献１、特許文献２等参照）。これらの特許文献に開示される発明によると、ＳＭＰ計測法のような現状の画像取り込み機器（ＣＣＤカメラ等）の分解能不足や、投影光学系の視野内での評価点の数の増加が困難であるという不都合もない。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２３３４３４号公報
【特許文献２】
国際公開第０２／２９８７０号パンフレット
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
テンプレートマッチング法を採用して、かつこれを自動化する場合には、そのテンプレートマッチングを容易にするためにパターンとともにマッチングの基準となる枠（パターン）がウエハ上に形成されるのが通常である。
【００１４】
しかしながら、上述のようなテンプレートマッチングを用いた最良露光条件の決定方法にあっては、多種多用なプロセス条件の中にはパターンの近傍に形成されるテンプレートマッチングの基準となる枠の存在により、画像処理方式のウエハアライメント系、例えばＦＩＡ（ｆｉｅｌｄ　ｉｍａｇｅ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系のアライメントセンサなどで画像取り込みを行った場合に、パターン部のコントラストが著しく低下して計測が不可能になる場合があった。
【００１５】
かかる不都合を改善するための手法として、テンプレートマッチングによらず、各区画領域の画像データの代表値（例えば、コントラスト値）などに基づいて各区画領域の像の形成状態（例えば像の有無など）を検出することにより、投影光学系の光学特性あるいは最良露光条件などを決定することも考えられる。この場合、各区画領域の位置を正確に検出することが重要となり、そのための一つの方法として、前述の矩形領域の輪郭を検出し、必要な区画領域の位置をその輪郭の一部を基準として設計値に基づいて算出する方法を採用しても良い。このようにすると、上記の輪郭さえ検出すれば任意の区画領域の位置を求めることが可能となる。
【００１６】
ところで、前述の測定用感応基板としては、ベアシリコンの表面に反射防止膜（ＡＲＣ：Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　Ｃｏａｔｉｎｇ）を下地として形成し、その上にレジスト（感光剤）を塗布したウエハが一般的に用いられている。しかるに、現実には、多種多様なレジストとレジストの下地として形成される反射防止膜（ＢＡＲＫ（Ｂｏｔｔｏｍ　ＡＲＣ）；以下、「バーク」と呼ぶ）との組み合わせがあり、これらの組み合わせの全ての場合で、理想的な信号を得て、前述の外枠を正確かつ確実に検出することは容易なことではなく、この結果、レジストとバークとの組み合わせによっては、投影光学系の光学特性を正確に計測できなくなる蓋然性が高くなっている。
【００１７】
本発明は、かかる事情の下になされたものであり、その第１の目的は、短時間で確実に、かつ精度及び再現性良く投影光学系の光学特性を計測することができる光学特性計測方法を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の第２の目的は、高精度な露光を実現できる露光方法を提供することにある。
【００１９】
また、本発明の第３の目的は、高集積度のデバイスの生産性を向上させることができるデバイス製造方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、第１面上のパターンを第２面上に投影する投影光学系（ＰＬ）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面上に配置された所定の計測用パターン（ＭＰｎ）が前記投影光学系を介して転写された区画領域（ＤＡｉ，ｊ）を少なくとも１つ含み、その輪郭に複数の頂点を有する所定領域（ＤＢｎ）を、前記投影光学系の第２面側に配置された物体（ＷＴ）上に形成する第１工程と；前記所定領域を撮像して得られる撮像データに基づき、前記所定領域の輪郭上で隣接する頂点間の線分に交差する所定方向のピクセル列情報を用いて境界検出を行い、前記線分上の任意の点を求める第２工程と；前記求めた点を基準として、前記線分に沿って所定サイズの窓領域を走査しつつ窓領域内のピクセルデータに基づいて前記線分の少なくとも一端の頂点を検出する第３工程と；前記頂点又は前記線分の検出結果を利用して前記区画領域における像の形成状態を画像処理の手法により検出する第４工程と；前記第４工程における検出結果に基づいて前記投影光学系の光学特性を求める第５工程と；を含む光学特性計測方法である。
【００２１】
これによれば、前記第１面上に配置された所定の計測用パターンが前記投影光学系を介して転写された区画領域を少なくとも１つ含み、その輪郭に複数の頂点を有する所定領域を、前記投影光学系の第２面側に配置された物体上に形成する（第１工程）。
【００２２】
次に、所定領域を撮像して得られる撮像データに基づき、所定領域の輪郭上で隣接する頂点間の線分に交差する所定方向のピクセル列情報を用いて境界検出を行い、前記線分上の任意の点を求める（第２工程）。
【００２３】
次に、求めた点を基準として、前記線分に沿って所定サイズの窓領域を走査しつつ窓領域内のピクセルデータに基づいて前記線分の少なくとも一端の頂点を検出する。ここで、外枠を構成する線分の端点である各頂点の位置では、線分が折れ曲がるので、線分に沿って窓領域を走査した際に、頂点位置近傍部分のピクセルデータは、線分上の他の部分と明らかにピクセル値（画素値）の分布状況が異なる。このため、例えば窓領域の走査方向の位置が１画素ずつ変化するのに応じた窓領域内のピクセルデータの変化に基づき、線分の端点である、矩形領域の頂点が確実に検出される。ここで、線分の両端の頂点を検出する場合には、結果的に線分が検出されることになる。
【００２４】
従って、頂点又は線分の検出結果を利用し、前記区画領域における像の形成状態を、画像処理の手法により検出する（第３工程）。この場合、外枠を構成する任意の線分（辺）又は任意の頂点と、像の形成状態を検出すべき少なくとも１つの区画領域（以下、「検出対象領域」とも記述する）との設計上の位置関係は既知であるから、その位置関係を考慮することにより、検出対象領域を見つけることができ、見つけた検出対象領域のそれぞれについて、撮像データを用いて画像処理を行うことにより、検出対象領域の像の形成状態を検出することができる。
【００２５】
ここで、像の形成状態の検出は、物体が感光物体である場合に、その物体を現像することなく物体上に形成された潜像に対して行っても良いし、上記像が形成された物体を現像した後、物体上に形成されたレジスト像、あるいはレジスト像が形成された物体をエッチング処理して得られる像（エッチング像）などに対して行っても良い。ここで、物体上における像の形成状態を検出するための感光層は、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い。例えば、感光層は、光記録層、光磁気記録層などであっても良く、従って、感光層が形成される物体もウエハ又はガラスプレート等に限らず、光記録層、光磁気記録層が形成可能な板等であっても良い。
【００２６】
例えば、像の形成状態の検出をレジスト像、エッチング像などに対して行う場合には、ＳＥＭなどの顕微鏡は勿論、例えば露光装置のアライメント検出系、例えばアライメントマークの像を撮像素子上に結像する画像処理方式のアライメント検出系、いわゆるＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｉｍａｇｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系のアライメントセンサを用いることができる。また、像の形成状態の検出を潜像に対して行う場合には、ＦＩＡ系などを用いることができる。
【００２７】
いずれにしても、前述の如く、外枠の少なくとも一部の辺又は頂点を確実に検出し、その検出結果を利用して検出対象領域における像の形成状態を画像処理の手法で検出することができ、例えば検出対象領域における像のコントラストなどを検出することにより、パターン像の形成状態を短時間で検出することが可能になる。
【００２８】
そして、その検出結果に基づいて投影光学系の光学特性を求める（第４工程）。ここでは、客観的かつ定量的な像のコントラストなどを用いた検出結果に基づいて光学特性が求められるために、従来の方法と比較して光学特性を精度及び再現性良く計測することができる。
【００２９】
また、従来の寸法を計測する方法に比べて、計測用パターンを小さくすることができるため、マスクのパターン領域内に多くの計測用パターンを配置することが可能となる。従って、評価点の数を増加させることができるとともに、各評価点間の間隔を狭くすることができ、結果的に光学特性計測の測定精度を向上させることが可能となる。
【００３０】
従って、請求項１に記載の光学特性計測方法によれば、短時間で、確実にかつ精度及び再現性良く投影光学系の光学特性を計測することができる。
【００３１】
この場合において、請求項２に記載の光学特性計測方法の如く、前記所定領域の輪郭は、多角形であることとすることができる。
【００３２】
上記請求項１及び２に記載の各光学特性計測方法において、請求項３に記載の光学特性計測方法の如く、前記第１工程では、少なくとも１つの露光条件を変更しながら、かつ前記投影光学系の第２面側に配置された前記物体を所定のステップピッチで順次移動して前記計測用パターンを前記物体上に順次転写することにより、互いに交差する２軸方向に沿って配列された複数の区画領域から成る全体として平行四辺形の前記所定の領域を前記物体上に形成し、前記第２工程では、前記撮像データに基づき、前記所定領域の輪郭である平行四辺形の一組の対向辺に交差する所定方向のピクセル列情報を用いて境界検出を行い、前記一組の対向辺の各辺上の前記平行四辺形の頂点以外の任意の点を各１点求め、前記第３工程では、前記撮像データに基づき、前記一組の対向辺の各辺上で、前記求めた点を基準として所定サイズの窓領域を各辺に沿って走査して前記平行四辺形の４頂点を検出することとすることができる。
【００３３】
本明細書において、「露光条件」とは、照明条件（マスクの種別を含む）、像面上における露光ドーズ量等狭義の露光条件の他、投影光学系の光学特性など露光に関連する全ての構成部分の設定条件を含む広義の露光条件を意味する。
【００３４】
この場合において、請求項４に記載の光学特性計測方法の如く、前記計測用パターンは、マルチバーパターンを含み、前記複数の区画領域のそれぞれに転写された前記マルチバーパターンとこれに隣接するパターンとが、前記マルチバーパターンの像のコントラストが前記隣接するパターンによる影響を受けない距離以上離れていることとすることができる。
【００３５】
上記請求項３及び４に記載の各光学特性計測方法において、請求項５に記載の光学特性計測方法の如く、前記第１工程では、前記所定の領域内の最外周部に位置する複数の区画領域の少なくとも一部の特定の複数の区画領域が過露光の領域となるように前記露光条件の一部として前記物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量を変更することとすることができる。
【００３６】
上記請求項３〜５に記載の各光学特性計測方法において、請求項６に記載の光学特性計測方法の如く、前記第３工程では、前記撮像データに基づき、前記平行四辺形の設計値に応じた所定距離だけ離れて配置された一組の所定サイズの窓領域を、前記各辺に沿って同時に走査して前記平行四辺形の４頂点を検出することとすることができる。
【００３７】
この場合において、請求項７に記載の光学特性計測方法の如く、前記第４工程は、前記求めた４頂点に基づいて最小二乗法による平行四辺形近似を行い、回転を含めた前記所定の領域の平行四辺形の輪郭を算出する工程を含むこととすることができる。
【００３８】
この場合において、請求項８に記載の光学特性計測方法の如く、前記第４工程は、既知の区画領域の配列情報を用いて前記算出した輪郭の内部領域を等分割して、前記所定領域を構成する複数の区画領域それぞれの位置情報を算出する工程を更に含むこととすることができる。
【００３９】
上記請求項３〜８に記載の各光学特性計測方法において、請求項９に記載の光学特性計測方法の如く、前記所定の領域及び前記各区画領域は、ともに矩形の領域であることとすることができる。
【００４０】
上記請求項３〜９に記載の各光学特性計測方法において、請求項１０に記載の光学特性計測方法の如く、前記露光条件は、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置及び前記物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量の少なくとも一方を含むこととすることができる。
【００４１】
上記請求項３〜１０に記載の各光学特性計測方法において、請求項１１に記載の光学特性計測方法の如く、前記第１工程では、前記投影光学系の光軸方向に関する前記物体の位置と前記物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量をそれぞれ変更しながら、前記対象パターンを前記物体上に順次転写し、前記第４工程では、前記物体上の前記少なくとも一部の複数の区画領域における前記計測用パターンの像の有無を検出し、前記第５工程では、その像が検出された複数の区画領域に対応する前記エネルギビームのエネルギ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の相関関係により最良フォーカス位置を決定することとすることができる。
【００４２】
上記請求項１〜１１に記載の各光学特性計測方法において、請求項１２に記載の光学特性計測方法の如く、前記第１工程では、前記計測用パターンを前記第１面上に所定の位置関係で複数配置し、前記投影光学系の第２面側に配置された前記物体上に前記位置関係に応じた位置関係で前記所定領域を複数形成し、前記窓領域は、前記走査方向に直交する方向の長さが隣接する所定領域間の間隔より大きく設定されていることとすることができる。
【００４３】
上記請求項１〜１２に記載の各光学特性計測方法において、請求項１３に記載の光学特性計測方法の如く、前記第３工程では、前記窓領域内のピクセルデータに対応するピクセル値の平均値、分散、標準偏差、加算値、及び微分総和値のいずれかの変化に基づいて前記頂点を検出することとすることができる。
【００４４】
上記請求項１〜１３に記載の各光学特性計測方法において、請求項１４に記載の光学特性計測方法の如く、前記第４工程では、前記撮像データに基づき、前記所定の領域を構成する少なくとも１つの区画領域における像の形成状態を、当該区画領域のピクセルデータに関する代表値を判定値として検出することとすることができる。
【００４５】
なお、本明細書において、上記の代表値として用いられるピクセル値の加算値微分総和値、分散あるいは標準偏差などを、適宜、「スコア」あるいは「コントラストの指標値」などとも呼ぶものとする。
【００４６】
この場合において、ピクセルデータの代表値としては、種々の値を用いることができ、例えば請求項１５に記載の光学特性計測方法の如く、前記代表値は、前記区画領域内の少なくとも一部の範囲内におけるピクセルデータに対応するピクセル値の加算値、微分総和値、分散及び標準偏差のいずれかであることとすることができる。
【００４７】
上記請求項１〜１３に記載の光学特性計測方法において、請求項１６に記載の光学特性計測方法の如く、前記第４工程では、前記撮像データに基づき、テンプレートマッチングの手法により前記区画領域における像の形成状態を検出することとすることができる。
【００４８】
請求項１７に記載の発明は、露光用のエネルギビーム（ＩＬ）をマスクに照射し、前記マスク（Ｒ）に形成されたパターンを投影光学系を介して物体（Ｗ）上に転写する露光方法であって、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光学特性計測方法によって計測された前記光学特性を考慮して前記投影光学系を調整する工程と；前記調整された投影光学系を介して前記マスクに形成されたパターンを前記物体上に転写する工程と；を含む露光方法である。
【００４９】
これによれば、請求項１〜１６に記載の各光学特性計測方法によって計測された投影光学系の光学特性を考慮して最適な転写が行えるように投影光学系が調整され、その調整された投影光学系を介してマスクに形成されたパターンを物体上に転写するので、微細パターンを物体上に高精度に転写することができる。
【００５０】
請求項１８に記載の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフィ工程では、請求項１７に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法である。
【００５１】
これによれば、リソグラフィ工程で、請求項１７に記載の露光方法により微細パターンを物体上に精度良く転写することができるので、結果的に高集積度のデバイスの生産性（歩留まりを含む）を向上させることが可能となる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１９に基づいて説明する。
【００５３】
図１には、本発明に係る光学特性計測方法及び露光方法を実施するのに好適な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（スキャナーとも呼ばれる））である。
【００５４】
この露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、マスクとしてのレチクル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）が塗布された物体としてのウエハ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）などから成る主制御装置２８を中心として構成されている。
【００５５】
前記照明系ＩＯＰは、図２に示されるように、光源１、ビーム整形光学系２、エネルギ粗調器３、オプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）４、照明系開口絞り板５、ビームスプリッタ６、第１リレーレンズ７Ａ、第２リレーレンズ７Ｂ、視野絞りとしてのレチクルブラインド８（本実施形態では固定レチクルブラインド８Ａと可動レチクルブラインド８Ｂとを含む）、及び光路折り曲げ用のミラーＭ等を備えている。なお、オプティカルインテグレータ４としては、フライアイレンズ、ロッド型（内面反射型）インテグレータ、あるいは回折光学素子などを用いることができる。本実施形態では、オプティカルインテグレータ４としてフライアイレンズが用いられているので、以下では、フライアイレンズ４とも呼ぶ。
【００５６】
ここで、この照明系ＩＯＰの上記構成各部について説明する。光源１としては、ＫｒＦエキシマレーザ（発振波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（発振波長１９３ｎｍ）等が使用される。光源１は、実際には、露光装置本体が設置されるクリーンルーム内の床面、あるいは該クリーンルームとは別のクリーン度の低い部屋（サービスルーム）等に設置され、不図示の引き回し光学系を介してビーム整形光学系２の入射端に接続されている。
【００５７】
前記ビーム整形光学系２は、光源１からパルス発光されたレーザビームＬＢの断面形状を、該レーザビームＬＢの光路後方に設けられたフライアイレンズ４に効率よく入射するように整形するもので、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダ（いずれも図示省略）等で構成される。
【００５８】
前記エネルギ粗調器３は、ビーム整形光学系２後方のレーザビームＬＢの光路上に配置され、ここでは、回転板３１の周囲に透過率（＝１−減光率）の異なる複数個（例えば６個）のＮＤフィルタ（図２ではその内の２個のＮＤフィルタ３２Ａ、３２Ｄのみが示されている）を配置し、その回転板３１を駆動モータ３３で回転することにより、入射するレーザビームＬＢに対する透過率を１００％から等比級数的に複数段階で切り換えることができるようになっている。駆動モータ３３は、主制御装置２８によって制御される。
【００５９】
前記フライアイレンズ４は、エネルギ粗調器３後方のレーザビームＬＢの光路上に配置され、レチクルＲを均一な照度分布で照明するためにその射出側焦点面に多数の点光源（光源像）から成る面光源、すなわち２次光源を形成する。この２次光源から射出されるレーザビームを以下においては、「照明光ＩＬ」と呼ぶものとする。
【００６０】
前記フライアイレンズ４の射出側焦点面の近傍に、円板状部材から成る照明系開口絞り板５が配置されている。この照明系開口絞り板５には、ほぼ等角度間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための開口絞り（小σ絞り）、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り（輪帯絞り）、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り（図２ではこのうちの２種類の開口絞りのみが図示されている）等が配置されている。この照明系開口絞り板５は、主制御装置２８により制御されるモータ等の駆動装置５１により回転されるようになっており、これによりいずれかの開口絞りが照明光ＩＬの光路上に選択的に設定される。なお、開口絞り板５の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系内に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光学系の光軸に沿って可動なプリズム（円錐プリズム、多面体プリズムなど）、及びズーム光学系の少なくとも１つを含む光学ユニットを、光源１とオプティカルインテグレータ４との間に配置し、オプティカルインテグレータ４がフライアイレンズであるときはその入射面上での照明光ＩＬの強度分布、オプティカルインテグレータ４が内面反射型インテグレータであるときはその入射面に対する照明光ＩＬの入射角度範囲などを可変とすることで、照明光学系の瞳面上での照明光ＩＬの光量分布（２次光源の大きさや形状）、すなわち照明条件の変更に伴なう光量損失を抑えることが望ましい。
【００６１】
照明系開口絞り板５後方の照明光ＩＬの光路上に、反射率が小さく透過率の大きなビームスプリッタ６が配置され、更にこの後方の光路上に、前述のレチクルブラインド８を介在させて第１リレーレンズ７Ａ及び第２リレーレンズ７Ｂから成るリレー光学系が配置されている。
【００６２】
前記レチクルブラインド８を構成する固定レチクルブラインド８Ａは、レチクルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置され、レチクルＲ上で照明領域を規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レチクルブラインド８Ａの近傍に走査方向（本実施形態では、図１及び図２における紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に対応する方向の位置及び幅が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド８Ｂが配置され、走査露光の開始時及び終了時にその可動レチクルブラインド８Ｂを介して照明領域を更に制限することによって、不要な部分の露光が防止されるようになっている。さらに、可動レチクルブラインド８Ｂは走査方向と直交する非走査方向に対応する方向に関しても開口部の幅が可変であり、ウエハ上に転写すべきレチクルＲのパターンに応じて照明領域の非走査方向の幅を調整できるようになっている。
【００６３】
リレー光学系を構成する第２リレーレンズ７Ｂ後方の照明光ＩＬの光路上には、当該第２リレーレンズ７Ｂを通過した照明光ＩＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラーＭが配置されている。
【００６４】
一方、ビームスプリッタ６による反射光路上には、集光レンズ５２を介して光電変換素子よりなるインテグレータセンサ５３が配置されている。このインテグレータセンサ５３としては、例えば遠紫外域で感度があり、且つ光源ユニット１のパルス発光を検出するために高い応答周波数を有するＰＩＮ型のフォトダイオード等が使用できる。このインテグレータセンサ５３の出力ＤＰと、ウエハＷ表面上での照明光ＩＬの照度（強度）との相関係数（又は相関関数）は予め求められて、主制御装置２８内部のメモリ内に記憶されている。
【００６５】
このようにして構成された照明系ＩＯＰの作用を簡単に説明すると、光源１からパルス発光されたレーザビームＬＢは、ビーム整形光学系２に入射して、ここで後方のフライアイレンズ４に効率よく入射するようにその断面形状が整形された後、エネルギ粗調器３に入射する。そして、このエネルギ粗調器３のいずれかのＮＤフィルタを透過したレーザビームＬＢは、フライアイレンズ４に入射する。これにより、フライアイレンズ４の射出側焦点面に前述の２次光源が形成される。この２次光源から射出された照明光ＩＬは、照明系開口絞り板５上のいずれかの開口絞りを通過した後、透過率が大きく反射率が小さなビームスプリッタ６に至る。このビームスプリッタ６を透過した照明光ＩＬは、第１リレーレンズ７Ａを経てレチクルブラインド８の開口部を通過した後、第２リレーレンズ７Ｂを通過してミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域を均一な照度分布で照明する。
【００６６】
一方、ビームスプリッタ６で反射された照明光ＩＬは、集光レンズ５２を介してインテグレータセンサ５３で受光され、インテグレータセンサ５３の光電変換信号が、不図示のピークホールド回路及びＡ／Ｄ変換器を介して出力ＤＰ（ｄｉｇｉｔ／ｐｕｌｓｅ）として主制御装置２８に供給される。
【００６７】
図１に戻り、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部によって、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の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ようになっている。この走査中のレチクルステージＲＳＴの位置は、レチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡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に供給されるようになっている。なお、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工してレーザ干渉計１４の反射面（前述の移動鏡１２の反射面に相当）を形成しても良い。
【００６８】
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（図示省略）から成る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、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、及び像面湾曲などを調整できるようになっている。
【００６９】
この投影光学系ＰＬの投影倍率は、例えば１／４（あるいは１／５）などとされている。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、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（照明領域に共役な領域）にパターンの縮小像が形成される。
【００７０】
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ではこれらが代表的にＸＹステージ２０として示されている。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。
【００７１】
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、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、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。また、移動鏡２４の代わりにウエハテーブル１８の端面を鏡面加工して反射面として用いても良い。
【００７２】
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の計測値に基づいて駆動系２２を介してＸＹステージ２０を制御することにより、ウエハテーブル１８のＸＹ面内の位置（θｚ回転を含む）を制御する。
【００７３】
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ようになっている。このフォーカスセンサＡＦＳの計測値も主制御装置２８に供給されており、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Ｚ方向、θｘ方向及びθｙ方向に駆動して、投影光学系ＰＬの光軸方向に関するウエハＷの位置及び傾きを制御するようになっている。
【００７４】
このようにしてウエハテーブル１８を介してウエハＷがＸ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙの５自由度方向の位置及び姿勢制御がなされるようになっている。なお、残りのθｚ（ヨーイング）の誤差については、レーザ干渉計２６で計測されたウエハテーブル１８のヨーイング情報に基づいてレチクルステージＲＳＴとウエハテーブル１８との少なくとも一方を回転させることによって補正される。
【００７５】
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、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。
【００７６】
更に、本実施形態では、投影光学系ＰＬの側面に、ウエハＷに形成されたアライメントマークを検出するマーク検出系としてのオフ・アクシス方式の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結像式アライメントセンサの一種であるＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｉｍａｇｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系が用いられており、基準板ＦＰ上の基準マーク及びウエハ上のアライメントマークのＸ、Ｙ２次元方向の位置計測を行なうことが可能である。
【００７７】
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ＤＳをＡ／Ｄ変換し、このデジタル化された波形信号を演算処理してマーク位置を検出する。この結果は、アライメント制御装置１６から主制御装置２８に供給されるようになっている。
【００７８】
なお、アライメント検出系ＡＳは、上述のＦＩＡ系の他、コヒーレントな検出光を対象に照射し、その対象から発生する散乱光又は回折光を検出するアライメントセンサや、その対象から発生する２つの回折光（例えば同次数）を干渉させて検出するアライメントセンサなどの各種のアライメントセンサを、単独で、あるいは適宜組み合わせて用いることもできる。
【００７９】
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、例えば特開平７−１７６４６８号公報等に開示される、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマーク又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検出系が設けられている。これらのレチクルアライメント検出系の検出信号は、アライメント制御装置１６を介して主制御装置２８に供給されるようになっている。
【００８０】
次に、本発明に係る投影光学系の光学特性を計測するのに用いられるレチクルの一例について説明する。
【００８１】
図３には、投影光学系の光学特性を計測するのに用いられるレチクルＲＴの一例が示されている。この図３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３に示されるように、レチクルＲＴは、ほぼ長方形のマスク基板としてのガラス基板４２の中央に、クロム等の遮光部材から成るパターン領域ＰＡが形成されている。このパターン領域ＰＡのＹ軸方向の中央部に位置する仮想の矩形領域ＩＡＲ’内部には、その中心（すなわちレチクルＲＴの中心（レチクルセンタ）に一致）及び周辺部８箇所の含む合計９箇所に例えば２０μｍ角の開口パターン（透過領域）ＡＰ１〜ＡＰ９が形成され、当該各開口パターンの中央部にラインアンドスペースパターン（Ｌ／Ｓパターン）から成る計測用パターンＭＰ１〜ＭＰ９がそれぞれ形成されている。なお、矩形領域ＩＡＲ’は、前述の照明領域ＩＡＲにほぼ一致する大きさ及び形状となっている。
【００８２】
計測用パターンＭＰｎ（ｎ＝１〜９）のそれぞれは、一例としてＸ軸方向を周期方向とし、線幅約１．３μｍ、長さ約１２μｍ程度の５本のラインパターンが、ピッチ約２．６μｍで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。このため、本実施形態では、開口パターンＡＰｎと中心を同じくする、該各開口パターンＡＰｎの約６０％の縮小領域部分に計測用パターンＭＰｎがそれぞれ配置されている。
【００８３】
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。
【００８４】
次に、本実施形態の露光装置１００における投影光学系ＰＬの光学特性の計測方法について、主制御装置２８内のＣＰＵの処理アルゴリズムを簡略化して示す図４及び図５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。
【００８５】
先ず、図４のステップ４０２において、不図示のレチクルローダを介してレチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲＴをロードするとともに、不図示のウエハローダを介してウエハＷＴをウエハテーブル１８上にロードする。
【００８６】
次のステップ４０４において、レチクルＲＴの投影光学系ＰＬに対する位置合わせ、レチクルブラインドの設定など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基準マーク（不図示）の中点が投影光学系ＰＬの光軸とほぼ一致するように、レーザ干渉計２６の計測結果をモニタしつつ駆動系２２を介してＸＹステージ２０を移動する。次いで、レチクルＲＴ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ように、レーザ干渉計１４の計測値に基づいて、レチクルステージＲＳＴの位置を不図示のレチクルステージ駆動部を介して調整する。このとき、例えば、前述のレチクルアライメント検出系（不図示）により投影光学系ＰＬを介してレチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２と対応する前記基準マークとの相対位置を検出する。そして、レチクルアライメント検出系によって検出された前記相対位置の検出結果に基づいてレチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２と対応する前記基準マークとの相対位置誤差がともに最小となるように不図示のレチクルステージ駆動部を介してレチクルステージＲＳＴのＸＹ面内の位置を調整する。これにより、レチクルＲＴの中心（レチクルセンタ）が投影光学系ＰＬの光軸と正確にほぼ一致するとともにレチクルＲＴの回転角もレーザ干渉計２６の測長軸で規定される直交座標系の座標軸に正確に一致する。
【００８７】
また、例えば照明光ＩＬの照射領域がレチクルＲＴのパターン領域ＰＡにほぼ一致するように、照明系ＩＯＰ内の可動レチクルブラインド８Ｂの非走査方向の開口幅を調整する。
【００８８】
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に移行して、後述する第１領域の露光終了判定用のフラグＦを立てる（Ｆ←１）。
【００８９】
次のステップ４０８では、露光エネルギ量の目標値を初期化する。すなわち、カウンタｊに初期値「１」を設定して露光エネルギ量の目標値ＰｊをＰ１に設定する（ｊ←１）。本実施形態では、カウンタｊは、露光エネルギ量の目標値の設定とともに、露光の際のウエハＷＴの行方向の移動目標位置の設定にも用いられる。なお、本実施形態では、ウエハＷＴの表面にポジ型レジストが塗布され、例えばポジ型レジストに関する既知の最適露光量を中心として、露光エネルギ量をＰ１からΔＰ刻みでＰＮ（一例としてＮ＝２３）まで変化させる（Ｐｊ＝Ｐ１〜Ｐ２３）。
【００９０】
次のステップ４１０では、ウエハＷＴのフォーカス位置（Ｚ軸方向の位置）の目標値を初期化する。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ＷＴ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ＷＴの列方向の移動目標位置の設定にも用いられる。なお、本実施形態では、例えば投影光学系ＰＬに関する既知の最良フォーカス位置（設計値など）を中心としてウエハＷＴのフォーカス位置をＺ１からΔＺ刻みでＺＭ（一例としてＭ＝１３）まで変化させる（Ｚｉ＝Ｚ１〜Ｚ１３）。
【００９１】
従って、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸方向に関するウエハＷＴの位置とウエハＷＴ上に照射される照明光ＩＬのエネルギ量をそれぞれ変更しながら、計測用パターンＭＰｎ（ｎ＝１〜９）をウエハＷＴ上に順次転写するための、Ｎ×Ｍ（一例として２３×１３＝２９９）回の露光が行われることになる。投影光学系ＰＬの視野内の各評価点に対応するウエハＷＴ上の領域（以下「評価点対応領域」という）ＤＢ１〜ＤＢ５の内の後述する第１領域ＤＣ１〜ＤＣ５（図７及び図８参照）には、Ｎ×Ｍ個の計測用パターンＭＰｎが転写されることとなる。
【００９２】
ここで、評価点対応領域ＤＢｎ（ｎ＝１〜９）内の第１領域ＤＣｎとしているのは、本実施形態では、各評価点対応領域ＤＢｎは、上記のＮ×Ｍ個の計測用パターンＭＰｎが転写される矩形の第１領域ＤＣｎと、該第１領域を囲む矩形枠状の第２領域ＤＤｎとによって構成されるからである（図８参照）。
【００９３】
なお、この評価点対応領域ＤＢｎ（すなわち第１領域ＤＣｎ）は、投影光学系ＰＬの視野内でその光学特性を検出すべき複数の評価点に対応している。
【００９４】
ここで、説明は前後するが、便宜上、後述する露光によって、計測用パターンＭＰｎが転写されるウエハＷＴ上の各第１領域ＤＣｎについて、図６を用いて説明する。この図６に示されるように、本実施形態では、Ｍ行Ｎ列（１３行２３列）のマトリックス状に配置されたＭ×Ｎ（＝１３×２３＝２９９）個の仮想の区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）に計測用パターンＭＰｎがそれぞれ転写され、これら計測用パターンＭＰｎがそれぞれ転写されたＭ×Ｎ個の区画領域ＤＡｉ，ｊから成る第１領域ＤＣｎがウエハＷＴ上に形成される。なお、仮想の区画領域ＤＡｉ，ｊは、図６に示されるように、＋Ｘ方向が行方向（ｊの増加方向）となり、＋Ｙ方向が列方向（ｉの増加方向）となるように配列されている。また、以下の説明において用いられる添え字ｉ，ｊ、及びＭ，Ｎは、上述と同じ意味を有するものとする。
【００９５】
図４に戻り、次のステップ４１２では、ウエハＷＴ上の各評価点対応領域ＤＢｎ内の仮想の区画領域ＤＡｉ，ｊ（ここではＤＡ１，１（図７参照））に計測用パターンＭＰｎの像がそれぞれ転写される位置に、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（ウエハＷＴ）を移動する。
【００９６】
次のステップ４１４では、ウエハＷＴのフォーカス位置が設定された目標値Ｚｉ（この場合Ｚ１）と一致するように、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する。
【００９７】
次のステップ４１６では、露光を実行する。このとき、ウエハＷＴ上の一点における露光エネルギ量（積算露光量）が設定された目標値（この場合Ｐ１）となるように、露光量制御を行う。この露光エネルギ量の制御方法としては、例えば、次の第１〜第３の方法を、単独で、あるいは適宜組み合わせて用いることができる。
【００９８】
すなわち、第１の方法として、パルスの繰り返し周波数を一定に維持し、エネルギ粗調器３を用いてレーザビームＬＢの透過率を変化させ像面（ウエハ面）に与えられる照明光ＩＬのエネルギ量を調整する。第２の方法として、パルスの繰り返し周波数を一定に維持し、光源１に指示を与えてレーザビームＬＢの１パルス当たりのエネルギを変化させることにより像面（ウエハ面）に与えられる照明光ＩＬのエネルギ量を調整する。第３の方法として、レーザビームＬＢの透過率及びレーザビームＬＢの１パルス当たりのエネルギを一定に維持し、パルスの繰り返し周波数を変更することによって、像面（ウエハ面）に与えられる照明光ＩＬのエネルギ量を調整する。
【００９９】
これにより、図７に示されるように、ウエハＷＴ上の各第１領域ＤＣｎの区画領域ＤＡ１，１にそれぞれ計測用パターンＭＰｎ及び開口パターンＡＰｎの像が転写される。
【０１００】
図４に戻り、上記ステップ４１６の露光が終了すると、ステップ４１８において、前述のフラグＦが立っているか、すなわちＦ＝１であるか否かを判断する。この場合、前述したステップ４０６でフラグＦが立てられているので、ここでの判断は肯定され、次のステップ４２０に移行する。
【０１０１】
ステップ４２０では、ウエハＷＴのフォーカス位置の目標値がＺＭ以上であるか否かを判断することにより、所定のＺ範囲での露光が終了したか否かを判断する。ここでは、最初の目標値Ｚ１での露光が終了しただけなので、ステップ４２２に移行し、カウンタｉを１インクリメントする（ｉ←ｉ＋１）とともに、ウエハＷＴのフォーカス位置の目標値にΔＺを加算する（Ｚｉ←Ｚ＋ΔＺ）。ここでは、フォーカス位置の目標値をＺ２（＝Ｚ１＋ΔＺ）に変更した後、ステップ４１２に戻る。このステップ４１２において、ウエハＷＴ上の各第１領域ＤＣｎの区画領域ＤＡ２，１に計測用パターンＭＰｎの像がそれぞれ転写される位置にウエハＷＴが位置決めされるように、ＸＹステージ２０を所定のステップピッチＳＰだけＸＹ面内で所定方向（この場合−Ｙ方向）に移動する。ここで、本実施形態では、上記のステップピッチＳＰが、各開口パターンＡＰｎのウエハＷＴ上の投影像の寸法とほぼ一致する約５μｍに設定されている。なお、ステップピッチＳＰは、約５μｍに限らないが、５μｍすなわち各開口パターンＡＰｎのウエハＷＴ上の投影像の寸法以下であることが望ましい。この理由については後述する。
【０１０２】
次のステップ４１４では、ウエハＷＴのフォーカス位置が目標値（この場合Ｚ２）と一致するように、ウエハテーブル１８をΔＺだけ光軸ＡＸｐの方向にステップ移動し、ステップ４１６において前述と同様にして露光を行い、ウエハＷＴ上の各第１領域ＤＣｎの区画領域ＤＡ２，１に計測用パターンＭＰｎ及び開口パターンＡＰｎをそれぞれ転写する。但し、ステップピッチＳＰが開口パターンＡＰｎのウエハＷＴ上の投影像の寸法以下となっているので、各第１領域ＤＣｎの区画領域ＤＡ２，１と区画領域ＤＡ２，１との境界部分に開口パターンＡＰｎの像の一部によって形成される枠線は存在しない。
【０１０３】
以後、ステップ４２０における判断が肯定されるまで、すなわちそのとき設定されているウエハＷＴのフォーカス位置の目標値がＺＭであると判断されるまで、ステップ４１８→４２０→４２２→４１２→４１４→４１６のループの処理（判断を含む）を繰り返す。これにより、ウエハＷＴ上の各第１領域ＤＣｎの区画領域ＤＡｉ，１（ｉ＝３〜Ｍ）に計測用パターンＭＰｎ及び開口パターンＡＰｎがそれぞれ転写される。但し、この場合も、隣接する区画領域間の境界には、前述と同様の理由により枠線が存在しない。
【０１０４】
一方、区画領域ＤＡＭ，１に対する露光が終了し、上記ステップ４２０における判断が肯定されると、ステップ４２４に移行し、そのとき設定されている露光エネルギ量の目標値がＰＮ以上であるか否かを判断する。ここでは、そのとき設定されている露光エネルギ量の目標値はＰ１であるため、このステップ４２４における判断は、否定され、ステップ４２６に移行する。
【０１０５】
ステップ４２６では、カウンタｊを１インクリメントする（ｊ←ｊ＋１）とともに、露光エネルギ量の目標値にΔＰを加算する（Ｐｊ←Ｐｊ＋ΔＰ）。ここでは、露光エネルギ量の目標値をＰ２（＝Ｐ１＋ΔＰ）に変更した後、ステップ４１０に戻る。
【０１０６】
その後、ステップ４１０においてウエハＷＴのフォーカス位置の目標値が初期化された後、ステップ４１２→４１４→４１６→４１８→４２０→４２２のループの処理（判断を含む）を繰り返す。このループの処理は、ステップ４２０における判断が肯定されるまで、すなわち露光エネルギ量の目標値Ｐ２での、所定のウエハＷＴのフォーカス位置範囲（Ｚ１〜ＺＭ）についての露光が終了するまで、繰り返される。これにより、ウエハＷＴ上の各第１領域ＤＣｎの区画領域ＤＡｉ，２（ｉ＝１〜Ｍ）に計測用パターンＭＰｎ及び開口パターンＡＰｎがそれぞれ転写される。但し、この場合も、隣接する区画領域間の境界には、前述と同様の理由により枠線が存在しない。
【０１０７】
一方、露光エネルギ量の目標値Ｐ２での、所定のウエハＷＴのフォーカス位置範囲（Ｚ１〜ＺＭ）についての露光が終了すると、ステップ４２０における判断が肯定され、ステップ４２４に移行し、設定されている露光エネルギ量の目標値がＰＮ以上であるか否かを判断する。この場合、露光エネルギ量の目標値はＰ２であるため、このステップ４２４における判断は、否定され、ステップ４２６に移行する。ステップ４２６において、カウンタｊを１インクリメントするとともに、露光エネルギ量の目標値にΔＰを加算する（Ｐｊ←Ｐｊ＋ΔＰ）。ここでは、露光エネルギ量の目標値をＰ３に変更した後、ステップ４１０に戻る。以後、上記と同様の処理（判断を含む）を繰り返す。
【０１０８】
このようにして、所定の露光エネルギ量の範囲（Ｐ１〜ＰＮ）についての露光が終了すると、ステップ４２４における判断が肯定され、図５のステップ４２８に移行する。これにより、ウエハＷＴ上の各第１領域ＤＣｎには、図７に示されるように、それぞれ露光条件が異なるＮ×Ｍ（一例として２３×１３＝２９９）個の計測用パターンＭＰｎの転写像（潜像）が形成される。なお、実際には、上述のようにして、ウエハＷＴ上に計測用パターンＭＰｎの転写像（潜像）が形成されたＮ×Ｍ（一例として２３×１３＝２９９）個の区画領域が形成された段階で、各第１領域ＤＣｎ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、第１領域ＤＣｎ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。
【０１０９】
図５のステップ４２８では、前述のフラグＦが降ろされているか、すなわちＦ＝０であるか否かを判断する。ここでは、前記ステップ４０６においてフラグＦが立てられているので、このステップ４２８における判断は否定され、ステップ４３０に移行して、カウンタｉ、ｊをそれぞれ１インクリメントする（ｉ←ｉ＋１、ｊ←ｊ＋１）。これにより、カウンタｉ＝Ｍ＋１、Ｊ＝Ｎ＋１となり、露光対象の領域が、図８に示される区画領域ＤＡＭ＋１、Ｎ＋１＝ＤＡ１４，２４となる。
【０１１０】
次のステップ４３２では、フラグＦを降ろし（Ｆ←０）、図４のステップ４１２に戻る。ステップ４１２では、ウエハＷＴ上の各第１領域ＤＣｎの区画領域ＤＡＭ＋１、Ｎ＋１＝ＤＡ１４，２４に計測用パターンＭＰｎの像がそれぞれ転写される位置にウエハＷＴを位置決めし、次のステップ４１４に進む。但し、このとき、ウエハＷＴのフォーカス位置の目標値はＺＭのままなので、特に動作を行うことなく、ステップ４１６に進んで、区画領域ＤＡ１４，２４に対する露光を行う。このとき露光エネルギ量Ｐは、最大露光量ＰＮで露光が行われる。
【０１１１】
次のステップ４１８では、フラグＦ＝０となっているので、ステップ４２０、４２４をスキップして、ステップ４２８に移行する。このステップ４２８では、フラグＦが降ろされているか否かを判断するが、ここでは、Ｆ＝０であるので、この判断は肯定され、ステップ４３４に移行する。
【０１１２】
ステップ４３４では、カウンタｉ＝Ｍ＋１、かつカウンタｊ＞０を満足するか否かが判断されるが、このとき、ｉ＝Ｍ＋１、ｊ＝Ｎ＋１であるので、ここでの判断は肯定され、ステップ４３６に移行して、カウンタｊを１デクリメントし（ｊ←ｊ−１）、ステップ４１２に戻る。以後、ステップ４１２→４１４→４１６→４１８→４２８→４３４→４３６のループの処理（判断を含む）を、ステップ４３４における判断が否定されるまで、繰り返し行う。これにより、図８に示される区画領域ＤＡ１４，２３からＤＡ１４，０まで前述の最大露光量での露光が順次行われる。
【０１１３】
そして、区画領域ＤＡ１４，０に対する露光が終了すると、ｉ＝Ｍ＋１（＝１４）、ｊ＝０となるので、ステップ４３４における判断が否定され、ステップ４３８に移行する。このステップ４３８では、カウンタｉ＞０、かつカウンタｊ＝０を満足するか否かを判断するが、このとき、ｉ＝Ｍ＋１、ｊ＝０であるので、ここでの判断は肯定され、ステップ４４０に移行して、カウンタｉを１デクリメントし（ｉ←ｉ−１）、ステップ４１２に戻る。以後、ステップ４１２→４１４→４１６→４１８→４２８→４３４→４３８→４４０のループの処理（判断を含む）を、ステップ４３８における判断が否定されるまで、繰り返し行う。これにより、図８の区画領域ＤＡ１３，０からＤＡ０，０まで前述の最大露光量で露光が順次行われる。
【０１１４】
そして、区画領域ＤＡ０，０に対する露光が終了すると、ｉ＝０、ｊ＝０となるので、ステップ４３８における判断が否定され、ステップ４４２に移行する。このステップ４４２では、カウンタｊ＝Ｎ＋１であるか否かが判断されるが、このとき、ｊ＝０であるので、ここでの判断は否定され、ステップ４４４に移行して、カウンタｊをインクリメントし（ｊ←ｊ＋１）、ステップ４１２に戻る。以後、ステップ４１２→４１４→４１６→４１８→４２８→４３４→４３８→４４２→４４４のループの処理（判断を含む）を、ステップ４４２における判断が肯定されるまで、繰り返し行う。これにより、図８の区画領域ＤＡ０，１からＤＡ０，２４まで前述の最大露光量で露光が順次行われる。
【０１１５】
そして、区画領域ＤＡ０，２４に対する露光が終了すると、ｊ＝Ｎ＋１（＝２４）となるので、ステップ４４２における判断が肯定され、ステップ４４６に移行する。このステップ４４６では、カウンタｉ＝Ｍであるか否かが判断されるが、このとき、ｉ＝０であるので、ここでの判断は否定され、ステップ４４８に移行して、カウンタｉを１インクリメントし（ｉ←ｉ＋１）、ステップ４１２に戻る。以後、ステップ４１２→４１４→４１６→４１８→４２８→４３４→４３８→４４２→４４６→４４８のループの処理（判断を含む）を、ステップ４４６における判断が肯定されるまで、繰り返し行う。これにより、図８の区画領域ＤＡ１，２４からＤＡ１３，２４まで前述の最大露光量で露光が順次行われる。
【０１１６】
そして、区画領域ＤＡ１３，２４に対する露光が終了すると、ｉ＝Ｍ（＝２３）となるので、ステップ４４６における判断が肯定され、これにより、ウエハＷＴに対する露光が終了する。これにより、ウエハＷＴ上には、図８に示されるような矩形（長方形）の第１領域ＤＣｎと、これを取り囲む矩形枠状の第２領域ＤＤｎとから成る、評価点対応領域ＤＢｎ（ｎ＝１〜９）の潜像が形成される。この場合、第２領域ＤＤｎを構成する各区画領域は、明らかに過露光（オーバードーズ）状態となっている。
【０１１７】
このようにしてウエハＷＴに対する露光が終了すると、図５のステップ４５０に移行する。このステップ４５０では、不図示のウエハアンローダを介してウエハＷＴをウエハテーブル１８上からアンロードするとともに不図示のウエハ搬送系を用いてウエハＷＴを露光装置１００にインラインにて接続されている不図示のコータ・デベロッパに搬送する。
【０１１８】
上記のコータ・デベロッパに対するウエハＷＴの搬送後に、ステップ４５２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４５２における待ち時間の間に、コータ・デベロッパによってウエハＷＴの現像が行われる。この現像の終了により、ウエハＷＴ上には、図８に示されるような矩形（長方形）の第１領域ＤＣｎと、これを取り囲む矩形枠状の第２領域ＤＤｎとから成る、評価点対応領域ＤＢｎ（ｎ＝１〜９）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が投影光学系ＰＬの光学特性を計測するための試料となる。図９には、ウエハＷＴ上に形成された評価点対応領域ＤＢ１のレジスト像の一例が示されている。
【０１１９】
この図９では、評価点対応領域ＤＢ１は、（Ｎ＋２）×（Ｍ＋２）＝２５×１５＝３７５個の区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝０〜Ｍ＋１、ｊ＝０〜Ｎ＋１）によって構成され、隣接する区画領域相互間に仕切りの枠のレジスト像が存在するかのように図示されているが、これは個々の区画領域を分かり易くするためにこのようにしたものである。しかし、実際には、隣接する区画領域相互間に仕切りの枠のレジスト像は存在しない。このように枠を無くすことにより、従来問題となっていた、ＦＩＡ系のアライメントセンサなどによる画像取り込みに際して、枠による干渉に起因してパターン部のコントラスト低下が生じるのを防止できる。このため、本実施形態では、前述のステップピッチＳＰを、各開口パターンＡＰｎのウエハＷＴ上の投影像の寸法以下となるように設定したのである。
【０１２０】
また、この場合、隣接する区画領域間のマルチバーパターンから成る計測用パターンＭＰｎのレジスト像同士の距離をＬとすると、この距離Ｌは、一方の計測用パターンＭＰｎの像のコントラストに他方の計測用パターンＭＰｎの像の存在が影響を与えない程度の距離とされている。この距離Ｌは、区画領域を撮像する撮像装置（本実施形態の場合、アライメント検出系ＡＳ（ＦＩＡ系のアライメントセンサ））の解像度をＲｆ、計測用パターンの像のコントラストをＣｆ、レジストの反射率、屈折率などを含むプロセスによって定まるプロセスファクタをＰｆ、アライメント検出系ＡＳ（ＦＩＡ系のアライメントセンサ）の検出波長をλｆとした場合に、一例として、Ｌ＝ｆ（Ｃｆ、Ｒｆ、Ｐｆ、λｆ）なる関数で表すことができる。
【０１２１】
なお、プロセスファクタＰｆは、像のコントラストに影響を与えるので、プロセスファクタを含まない関数Ｌ’＝ｆ’（Ｃｆ、Ｒｆ、λｆ）なる関数によって距離Ｌを規定しても良い。
【０１２２】
また、図９からもわかるように、矩形（長方形）の第１領域ＤＣ１を取り囲む矩形枠状の第２領域ＤＤ１には、パターン残存領域が見当たらない。これは、前述の如く、第２領域ＤＤ１を構成する各区画領域の露光の際に過露光となる露光エネルギを設定したためである。このようにしたのは、後述する外枠検出の際にその外枠部のコントラストを向上させ、検出信号のＳ／Ｎ比を高くするためである。
【０１２３】
上記ステップ４５２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４５４に移行し、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４５６の投影光学系の光学特性を算出するサブルーチン（以下、「光学特性計測ルーチン」とも呼ぶ）に移行する。
【０１２４】
この光学特性計測ルーチンでは、まず、図１０のステップ５０２において、カウンタｎを参照して、ウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢｎのレジスト像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、カウンタｎは、ｎ＝１に初期化されているものとする。従って、ここでは、図９に示されるウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢ１のレジスト像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ＷＴが位置決めされる。なお、以下の光学特性計測ルーチンの説明では、評価点対応領域ＤＢｎのレジスト像を、適宜「評価点対応領域ＤＢｎ」と略述するものとする。
【０１２５】
次のステップ５０４では、ウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢｎ（ここでは、ＤＢ１）のレジスト像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。なお、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に供給するようになっている。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。なお、ここでは、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。
【０１２６】
次のステップ５０６では、アライメント検出系ＡＳからの評価点対応領域ＤＢｎ（ここでは、ＤＢ１）に形成されたレジスト像の撮像データを整理し、撮像データファイルを作成する。
【０１２７】
次のステップ５０８〜ステップ５１６では、以下に説明するようにして、評価点対応領域ＤＢｎ（ここでは、ＤＢ１）の外縁である長方形（矩形）の外枠を検出する。図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）及び図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）には、外枠検出の様子が順番に示されている。これらの図において、符号ＤＢｎが付された矩形領域が、外枠検出の対象となる評価点対応領域ＤＢｎに相当する。
【０１２８】
まず、ステップ５０８のサブルーチンにおいて、図１４（Ａ）に示されるように、評価点対応領域ＤＢｎ（ここでは、ＤＢ１）の画像中心近傍を通る縦方向ピクセル列情報を用いて境界検出を行い、評価点対応領域ＤＢｎの上辺及び下辺の大まかな位置を検出する。図１２に、このサブルーチン５０８の処理が示されている。
【０１２９】
このサブルーチン５０８では、まず、図１２のサブルーチン７０２において、最適な閾値ｔを決定（自動設定）する。図１３に、このサブルーチン７０２の処理が示されている。
【０１３０】
サブルーチン７０２では、まず、図１３のステップ８０２において、境界検出用の直線状のピクセル列、例えば図１４（Ａ）に示される直線ＬＶに沿う直線状のピクセル列のデータ（ピクセル列データ）を前述の撮像データファイルの中から抽出する。これにより、例えば図１４（Ａ）中の波形データＰＤ１に対応するピクセル値を有するピクセル列データが得られたものとする。
【０１３１】
次のステップ８０４では、そのピクセル列のピクセル値（ピクセルデータの値）の平均値と標準偏差（又は分散）を求める。
【０１３２】
次のステップ８０６では、求めた平均値と標準偏差とに基づいて閾値（スレッショルドレベルライン）ＳＬの振り幅を設定する。
【０１３３】
次のステップ８０８では、図１６に示されるように、上で設定した振り幅で閾値（スレッショルドレベルライン）ＳＬを所定ピッチで変化させ、変化位置毎に波形データＰＤ１と閾値（スレッショルドレベルライン）ＳＬとの交点数を求め、その処理結果の情報（各閾値の値と交点数）を不図示の記憶装置に記憶する。
【０１３４】
次のステップ８１０では、上記ステップ８０８で記憶した上記処理結果の情報に基づいて、求めた交点数が、対象パターン（この場合は、評価点対応領域ＤＢｎ）によって定まる交点数に一致する閾値（仮閾値と呼ぶ）ｔ０を求める。
【０１３５】
次のステップ８１２では、上記仮閾値ｔ０を含み、交点数が同じである閾値範囲を求める。
【０１３６】
次のステップ８１４では、上記ステップ８１２で求めた閾値範囲の中心を最適な閾値ｔとして決定した後、図１２のステップ７０４にリターンする。
【０１３７】
なお、ここでは、高速化を目的としてピクセル列のピクセル値の平均値と標準偏差（又は分散）を基に、離散的に（所定ステップピッチで）閾値を変化させているが、閾値の変化方法は、これに限定されるものではなく、例えば連続的に変化させるなどしても良いことは勿論である。
【０１３８】
図１２のステップ７０４では、上で決定した閾値（スレッショルドレベルライン）ｔと、前述の波形データＰＤ１との交点（すなわち、閾値ｔが波形データＰＤ１を横切る点）を求める。なお、この交点の検出は、図１６中に矢印Ａ、Ａ’で示されるように、実際にはピクセル列を外側から内側に走査することによって行われる。従って、交点は、少なくとも２点検出される。
【０１３９】
図１２に戻り、次のステップ７０６では、求めた各交点の位置からそれぞれ双方向にピクセル列を走査し、各交点の近傍のピクセル値の極大値及び極小値を、それぞれ求める。
【０１４０】
次のステップ７０８では、求めた極大値及び極小値の平均値を算出し、これを新たな閾値ｔ’とする。この場合、交点が少なくとも２点あるので、新たな閾値ｔ’も交点毎に求められることになる。
【０１４１】
次のステップ７１０では、上記ステップ７０８で求めた交点毎の、極大値と極小値との間で、閾値ｔ’と波形データＰＤ１との交点（すなわち、閾値ｔ’が波形データＰＤ１を横切る点）をそれぞれ求め、その求めた各点（ピクセル）の位置を境界位置とする。すなわち、このようにして境界位置（この場合、評価点対応領域ＤＢｎの上辺及び下辺の大まかな位置）を算出した後、図１０のステップ５１０にリターンする。
【０１４２】
このステップ５１０では、上記ステップ５０８で求めた上辺、下辺それぞれに掛かる所定面積の矩形の窓領域ＷＤ１、ＷＤ２をそれぞれ設定する。図１４（Ｂ）には、設定された窓領域ＷＤ１、ＷＤ２が実線で示されている。ここで、これらの窓領域の長手方向の寸法、すなわち検出対象である評価点対応領域の上辺又は下辺にほぼ直交する方向の長さは、検出対象である評価点対応領域と隣接する評価点対応領域との間の帯状領域（一種のストリートライン領域）の幅より大きく設定される。これは、ウエハＷＴにローテーション誤差が生じていても、次に説明する窓領域のスキャンの際に窓領域ＷＤ１、ＷＤ２が、その検出対象である評価点対応領域の上辺、下辺から外れないようにするためである。ここで、帯状領域の幅は、レチクルＲＴ上のパターンの配置と前述のステップピッチＳＰと投影光学系の投影倍率とに基づいて定まるので、結果的に、窓領域ＷＤ１、ＷＤ２の長手方向の寸法は、レチクルＲＴ上のパターンの配置と前述のステップピッチＳＰと投影光学系の投影倍率とに基づいて定められ、一例として２０μｍ程度以上に定められる。この場合、窓領域ＷＤ１、ＷＤ２の長手方向に直交する方向の寸法は、例えば１０μｍ程度以下に定められる。
【０１４３】
なお、本実施形態では評価点対応領域の上辺、下辺と直交する方向を長手方向とする窓領域ＷＤ１，ＷＤ２を設定するものとしたが、この窓領域ＷＤ１，ＷＤ２は評価点対応領域の上辺、下辺とほぼ平行な方向を長手方向とする矩形領域としても良く、その短手方向（上辺、下辺と直交する方向）の寸法は前述した長手方向の寸法と同様に設定すれば良い。
【０１４４】
次のステップ５１２では、図１４（Ｂ）に矢印で示されるように窓領域ＷＤ１、ＷＤ２を設計値を基に評価点対応領域ＤＢｎの上辺、下辺にそれぞれ沿って＋Ｘ方向（図１４（Ｂ）における右方向）にスキャン（走査）し、窓領域ＷＤ１、ＷＤ２それぞれの内部のピクセルデータにそれぞれ基づいて、評価点対応領域ＤＢｎの上辺、下辺の右端の頂点ｐ１’、ｐ２’を検出する。ここで、評価点対応領域ＤＢｎの輪郭から成る外枠を構成する線分（辺）の端点である各頂点の位置では、線分が折れ曲がるので、辺（線分）に沿って窓領域を走査した際に、頂点位置近傍部分のピクセルデータは、線分上の他の部分と明らかにピクセル値（画素値）の分布状況が異なる。このため、例えば窓領域の走査方向の位置が１画素ずつ変化するのに応じた窓領域内のピクセルデータの変化に基づき、辺（線分）の端点である、外枠の頂点が確実に検出される。この場合、例えば窓領域内のピクセルデータに対応するピクセル値の平均値、分散、標準偏差、加算値、及び微分総和値のいずれかの変化に基づいて前記頂点を検出することができる。
【０１４５】
発明者は、ウエハ上のバークとレジストとの種々の組み合わせについて、上記の窓領域のスキャンによって外枠の頂点の検出を試みた結果、殆どの場合で頂点を検出できることが確認された。これは、１つのピクセル列上のピクセルデータ（明暗波形）、あるいはその微分波形に基づいて外枠を検出する場合と異なり、一定面積の窓領域内のピクセルデータに対応するピクセル値の分布を問題としているので、バークとレジストとの影響で部分的に明暗差の逆転現象などが生じても、一定面積の領域内全体としてみればその明暗差の逆転現象の影響は非常に小さくなるためであると推測される。
【０１４６】
次のステップ５１４では、窓領域ＷＤ１、ＷＤ２を設計値を基に評価点対応領域ＤＢｎの上辺、下辺にそれぞれ沿って−Ｘ方向（図１４（Ｂ）における左方向）にスキャン（走査）し、前述と同様に、窓領域ＷＤ１、ＷＤ２それぞれの内部のピクセルデータにそれぞれ基づいて、評価点対応領域ＤＢｎの上辺、下辺の左端の頂点をそれぞれ検出する。図１４（Ｂ）には、このようにして検出された頂点ｐ０’、ｐ３’が、併せて示されている。
【０１４７】
ここで、上辺の左右両端の頂点ｐ０’、ｐ１’に基づいて上辺を検出する（算出する）ことができ、同様に、下辺の左右両端の頂点ｐ３’、ｐ２’に基づいて下辺を検出する（算出する）ことができる。しかし、本実施形態では、このような辺の算出は行わない。その代わりに、次のような処理方法を採用する。
【０１４８】
すなわち、図１０のステップ５１６において、上で求めた４頂点ｐ０’〜ｐ３’の座標値に基づいて、最小二乗法による長方形近似を行い、回転を含めた評価点対応領域ＤＢｎの外枠ＤＢＦを算出する（図１５（Ａ）参照）。
【０１４９】
ここで、このステップ５１６における処理を、図１７に基づいて詳述する。すなわち、このステップ５１６では、４頂点ｐ０〜ｐ３の座標値を用いて、最小二乗法による長方形近似を行い、評価点対応領域ＤＢｎの外枠ＤＢＦの幅ｗ、高さｈ、及び回転量θを求めている。なお、図１７において、ｙ軸は紙面の下側が正となっている。
【０１５０】
中心ｐｃの座標を（ｐｃｘ，ｐｃｙ）とすると、長方形の４頂点（ｐ０，ｐｌ，ｐ２，ｐ３）はそれぞれ次式（１）〜（４）のように表せる。
【０１５１】
【数１】
2004146703.tif 000003
【０１５２】
上記ステップ５１４で求めた４頂点ｐ０’，ｐｌ’，ｐ２’，ｐ３’の各点とそれぞれ対応する上式（１）〜（４）でそれぞれ表される頂点ｐ０，ｐｌ，ｐ２，ｐ３との距離の総和を誤差Ｅｐとする。誤差Ｅｐは、次式（５）、（６）で表せる。
【０１５３】
Ｅｐｘ＝（ｐ０ｘ−ｐ０ｘ’）２＋（ｐ１ｘ−ｐ１ｘ’）２＋（ｐ２ｘ−ｐ２ｘ’）２＋（ｐ３ｘ−ｐ３ｘ’）２…（５）
Ｅｐｙ＝（ｐ０ｙ−ｐ０ｙ’）２＋（ｐ１ｙ−ｐ１ｙ’）２＋（ｐ２ｙ−ｐ２ｙ’）２＋（ｐ３ｙ−ｐ３ｙ’）２…（６）
【０１５４】
上記式（５）、（６）を、未知変数ｐｃｘ，ｐｃｙ，ｗ，ｈ，θでそれぞれ偏微分し、その結果が０になるように連立方程式を立て、その連立方程式を解くことによって長方形近似結果が得られる。
【０１５５】
この結果、評価点対応領域ＤＢｎの外枠ＤＢＦが求められた様子が、図１５（Ａ）に実線にて示されている。
【０１５６】
図１０に戻り、次のステップ５１８では、上で検出した評価点対応領域ＤＢｎの外枠ＤＢＦを、既知の区画領域の縦方向の数＝（Ｍ＋２）＝１５、区画領域の横方向の数＝（Ｎ＋２）＝２５を用いて、等分割し、各区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝０〜１４、ｊ＝０〜２４）を求める。すなわち、外枠ＤＢＦを基準として、各区画領域を求める。
【０１５７】
図１５（Ｂ）には、このようにして求められた、第１領域ＤＣｎを構成する各区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝１〜１３、ｊ＝１〜２３）が示されている。
【０１５８】
図１０に戻り、次のステップ５２０では、各区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）について、ピクセルデータに関する代表値（以下、適宜「スコア」とも呼ぶ）を算出する。
【０１５９】
以下、スコアＥｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）の算出方法について詳述する。
【０１６０】
通常、撮像された計測対象において、パターン部分と非パターン部分にはコントラスト差がある。パターンが消失した領域内には非パターン領域輝度をもつピクセルだけが存在し、一方、パターンが残存する領域内にはパターン領域輝度をもつピクセルと非パターン領域輝度を持つピクセルとが混在する。従って、パターン有無判別を行うための代表値（スコア）として、各区画領域内でのピクセル値のばらつきを用いることができる。
【０１６１】
本実施形態では、一例として、区画領域内の指定範囲のピクセル値の分散（又は標準偏差）を、スコアＥとして採用するものとする。
【０１６２】
指定範囲内のピクセルの総数をＳ、ｋ番目のピクセルの輝度値をＩｋとすると、スコアＥは次式（７）で表せる。
【０１６３】
【数２】
2004146703.tif 000004
【０１６４】
本実施形態の場合、前述の如く、レチクルＲＴ上で、開口パターンＡＰｎ（ｎ＝１〜５）と中心を同じくする、該各開口パターンの約６０％の縮小領域部分に計測用パターンＭＰｎがそれぞれ配置されている。また、前述の露光の際のステップピッチＳＰが、各開口パターンＡＰｎのウエハＷＴ上への投影像の寸法とほぼ一致する約５μｍに設定されている。従って、パターン残存区画領域において、計測用パターンＭＰｎは、区画領域ＤＡｉ，ｊと中心を同じくし、該区画領域ＤＡｉ，ｊをほぼ６０％に縮小した範囲（領域）に存在することとなる。
【０１６５】
かかる点を考慮すると、上記の指定範囲として、例えば区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）と中心を同じくし、その領域を縮小した範囲をスコア算出に用いることができる。但し、その縮小率Ａ（％）は以下のように制限される。
【０１６６】
まず、下限については、範囲が狭すぎるとスコア算出に用いる領域が、パターン部分のみになってしまい、そうするとパターン残存部でもばらつきが小さくなってパターン有無判別には利用できなくなる。この場合には、上述のパターンの存在範囲から明らかなように、Ａ＞６０％である必要がある。また、上限については、当然１００％以下だが、検出誤差などを考慮して１００％より小さい比率にすべきである。これより、縮小率Ａは、６０％＜Ａ＜１００％に定める必要がある。
【０１６７】
本実施形態の場合、パターン部が区画領域の約６０％を占めているため、スコア算出に用いる領域（指定範囲）の区画領域に対する比を上げるほどＳ／Ｎ比が上がるものと予想される。
【０１６８】
しかるに、スコア算出に用いる領域内でのパターン部と非パターン部の領域サイズが同じになれば、パターン有無判別のＳ／Ｎ比を最大にすることができる。本実施形態では、幾つかの比率を実験的に確認した結果、例えばＡ＝９０％との場合に最も安定した結果が得られたので、Ａ＝９０％という比率を採用するものとする。勿論Ａは、９０％に限定されるものではなく、計測用パターンＭＰｎと開口パターンＡＰｎとの関係、及びステップピッチＳＰによって決定されるウエハ上の区画領域を考慮して、区画領域に対する計測用パターンＭＰｎの像が占める割合を考慮して定めれば良い。また、スコア算出に用いる指定範囲は、区画領域と中心を同じくする領域に限定されるものではなく、計測用パターンＭＰｎの像が区画領域内のどの位置に存在するかを考慮して定めれば良い。
【０１６９】
ところで、ウエハＷＴ上のバークとレジストとの組み合わせによっては、上述した式（７）で表されるスコアＥが、一部の区画領域では、パターン有無判別を行うためのスコアとして必ずしも適当でない場合があり得る。そこで、パターンが消失した領域内には非パターン領域輝度をもつピクセルだけが存在することに着目し、上式（７）の一部を変更した、次式（８）で表される各区画領域の指定範囲内におけるピクセル値のばらつきの指標を、スコアＥ’として採用しても良い。
【０１７０】
【数３】
2004146703.tif 000005
【０１７１】
上式（８）において、Ｉ＊は、計測用パターンの像が残存しない（消失した）と予想される任意の区画領域内におけるピクセル値の平均値である。従って、上式（８）で表されるスコアＥ’は、平均値としてＩ＊を用いて求められた、各区画領域内の指定範囲におけるピクセルデータに対応するピクセル値の分散であると言える。
【０１７２】
従って、ステップ５２０では、前記撮像データファイルから、各区画領域ＤＡｉ，ｊの前記指定範囲内の撮像データを抽出し、上式（７）又は（８）を用いて、各区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）のスコアＥｉ，ｊ又はＥ’ｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）を算出する。
【０１７３】
上記の方法で求めたスコアＥ又はＥ’は、パターンの有無具合を数値として表しているので、所定の閾値で二値化することによってパターン有無の判別を自動的にかつ安定して行うことが可能である。
【０１７４】
そこで、次のステップ５２２（図１１）において、区画領域ＤＡｉ，ｊ毎に上で求めたスコアＥｉ，ｊ又はＥ’ｉ，ｊと所定の閾値ＳＨとを比較して、各区画領域ＤＡｉ，ｊにおける計測用パターンＭＰの像の有無を検出し、検出結果としての判定値Ｆｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）を図示しない記憶装置に保存する。すなわち、このようにして、スコアＥｉ，ｊ又はＥ’ｉ，ｊに基づいて、区画領域ＤＡｉ，ｊ毎に計測用パターンＭＰｎの像の形成状態を検出する。なお、像の形成状態としては、種々のものが考えられるが、本実施形態では、上述の如く、スコアＥ又はＥ’がパターンの有無具合を数値として表すものであるという点に基づいて、区画領域内にパターンの像が形成されているか否かに着目することとしたものである。
【０１７５】
ここでは、スコアＥｉ，ｊ又はＥ’ｉ，ｊが閾値ＳＨ以上の場合には、計測用パターンＭＰｎの像が形成されていると判断し、検出結果としての判定値Ｆｉ，ｊを「０」とする。一方、スコアＥｉ，ｊ又はＥ’ｉ，ｊが閾値ＳＨ未満の場合には、計測用パターンＭＰｎの像が形成されていないと判断し、検出結果としての判定値Ｆｉ，ｊを「１」とする。図１８には、この検出結果の一例がテーブルデータとして示されている。この図１８は、前述の図９に対応するものである。
【０１７６】
図１８において、例えば、Ｆ１２，１６は、ウエハＷＴのＺ軸方向の位置がＺ１２で、露光エネルギ量がＰ１６のときに転写された計測用パターンＭＰｎの像の形成状態の検出結果を意味し、一例として、図１８の場合には、Ｆ１２，１６は、「１」という値になっており、計測用パターンＭＰｎの像が形成されていないと判断されたことを示している。
【０１７７】
なお、閾値ＳＨは、予め設定されている値であり、オペレータが図示しない入出力装置を用いて変更することも可能である。
【０１７８】
次のステップ５２４では、上述の検出結果に基づいて、フォーカス位置毎にパターンの像が形成されている区画領域の数を求める。すなわち、フォーカス位置毎に判定値「０」の区画領域が何個あるかを計数し、その計数結果をパターン残存数Ｔｉ（ｉ＝１〜Ｍ）とする。この際に、周囲の領域と異なる値を持ついわゆる跳び領域は無視する。例えば、図１８の場合には、ウエハＷＴのフォーカス位置がＺ１ではパターン残存数Ｔ１＝８、Ｚ２ではＴ２＝１１、Ｚ３ではＴ３＝１４、Ｚ４ではＴ４＝１６、Ｚ５ではＴ５＝１６、Ｚ６ではＴ６＝１３、Ｚ７ではＴ７＝１１、Ｚ８ではＴ８＝８、Ｚ９ではＴ９＝５、Ｚ１０ではＴ１０＝３、Ｚ１１ではＴ１１＝２、Ｚ１２ではＴ１２＝２、Ｚ１３ではＴ１３＝２である。このようにして、フォーカス位置とパターン残存数Ｔｉとの関係を求めることができる。
【０１７９】
なお、上記の跳び領域が生ずる原因として、計測時の誤認識、レーザのミスファイヤ、ゴミ、ノイズ等が考えられるが、このようにして生じた跳び領域がパターン残存数Ｔｉの検出結果に与える影響を軽減するために、フィルタ処理を行っても良い。このフィルタ処理としては、例えば評価する区画領域を中心とする３×３の区画領域のデータ（判定値Ｆｉ，ｊ）の平均値（単純平均値又は重み付け平均値）を求めることが考えられる。なお、フィルタ処理は、形成状態の検出処理前のデータ（スコアＥｉ，ｊ又はＥ’ｉ，ｊ）に対して行っても勿論良く、この場合には、より有効に跳び領域の影響を軽減できる。
【０１８０】
次のステップ５２６では、パターン残存数からベストフォーカス位置を算出するためのｎ次の近似曲線（例えば４〜６次曲線）を求める。
【０１８１】
具体的には、上記ステップ５２４で検出されたパターンの残存数を、横軸をフォーカス位置とし、縦軸をパターン残存数Ｔｉとする座標系上にプロットする。この場合、図１９に示されるようになる。ここで、本実施形態の場合、ウエハＷＴの露光にあっては、各区画領域ＤＡｉ，ｊを同一の大きさとし、かつ、行方向で隣接する区画領域間の露光エネルギの差を一定値（＝ΔＰ）とし、列方向で隣接する区画領域間のフォーカス位置の差を一定値（＝ΔＺ）としたので、パターン残存数Ｔｉが露光エネルギ量に比例するものとして扱うことができる。すなわち、図１９において、縦軸は露光エネルギ量Ｐであると考えることもできる。
【０１８２】
上記のプロット後、各プロット点をカーブフィットすることによりｎ次の近似曲線（最小自乗近似曲線）を求める。これにより、例えば図１９に点線で示されるような曲線Ｐ＝ｆ（Ｚ）が求められる。
【０１８３】
図１１に戻り、次のステップ５２８では、上記曲線Ｐ＝ｆ（Ｚ）の極値（極大値又は極小値）の算出を試みるとともに、その結果に基づいて極値が存在するか否かを判断する。そして、極値が算出できた場合には、ステップ５３０に移行して極値におけるフォーカス位置を算出して、その算出結果を光学特性の一つである最良フォーカス位置とするとともに、該最良フォーカス位置を図示しない記憶装置に保存する。
【０１８４】
一方、上記ステップ５２８において、極値が算出されなかった場合には、ステップ５３２に移行して、ウエハＷの位置変化（Ｚの変化）に対応する曲線Ｐ＝ｆ（Ｚ）の変化量が最も小さいフォーカス位置の範囲を算出し、その範囲の中間の位置を最良フォーカス位置として算出し、その算出結果を最良フォーカス位置とするとともに、該最良フォーカス位置を図示しない記憶装置に保存する。すなわち、曲線Ｐ＝ｆ（Ｚ）の最も平坦な部分に基づいてフォーカス位置を算出する。
【０１８５】
ここで、このステップ５３２のようなベストフォーカス位置の算出ステップを設けたのは、計測用パターンＭＰの種類やレジストの種類その他の露光条件によっては、例外的に上述の曲線Ｐ＝ｆ（Ｚ）が明確なピークを持たないような場合がある。このような場合にも、ベストフォーカス位置をある程度の精度で算出できるようにしたものである。
【０１８６】
次のステップ５３４において、前述のカウンタｎを参照して、全ての評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５について処理が終了したか否かを判断する。ここでは、評価点対応領域ＤＢ１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５３４における判断は否定され、ステップ５３６に進んでカウンタｎをインクリメント（ｎ←ｎ＋１）した後、図１０のステップ５０２に戻り、評価点対応領域ＤＢ２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ＷＴを位置決めする。
【０１８７】
そして、上述したステップ５０４〜５３４までの処理（判断を含む）を再度行い、上述した評価点対応領域ＤＢ１の場合と同様にして、評価点対応領域ＤＢ２について最良フォーカス位置を求める。
【０１８８】
そして、評価点対応領域ＤＢ２について最良フォーカス位置の算出が終了すると、ステップ５３４で全ての評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５について処理が終了したか否かを再度判断するが、ここでの判断は否定される。以後、ステップ５３４における判断が肯定されるまで、上記ステップ５０２〜５３６の処理（判断を含む）が繰り返される。これにより、他の評価点対応領域ＤＢ３〜ＤＢ９について、前述した評価点対応領域ＤＢ１の場合と同様にして、それぞれ最良フォーカス位置が求められることとなる。
【０１８９】
このようにして、ウエハＷＴ上の全ての評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ９について最良フォーカス位置の算出、すなわち投影光学系ＰＬに関して照明領域ＩＡＲ’と共役な露光領域内で９つの計測用パターンＭＰ１〜ＭＰ９の投影位置となる計測点（評価点）での最良フォーカス位置の算出がなされると、ステップ５３４での判断が肯定され、ステップ５３８に移行して、上で求めた最良フォーカス位置データに基づいて他の光学特性を算出する。
【０１９０】
例えば、このステップ５３８では、一例として、評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ９における最良フォーカス位置のデータに基づいて、投影光学系ＰＬの像面湾曲を算出する。また、前述した露光領域内の各計測点（評価点）での焦点深度などを求めても良い。
【０１９１】
ここで、本実施形態では、説明の簡略化のため、投影光学系ＰＬの視野内の各評価点に対応するレチクルＲＴ上の領域に計測用パターンとして前述のパターンＭＰｎのみが形成されていることを前提として、説明を行った。しかし、本発明がこれに限定されないことは勿論である。例えば、レチクルＲＴ上に、例えば各評価点に対応するレチクルＲＴ上の領域の近傍に、前述したステップピッチＳＰの整数倍、例えば８倍、１２倍などの間隔で複数の開口パターンＡＰｎを配置し、各開口パターンＡＰｎの内部に、周期方向が異なるＬ／Ｓパターンや、ピッチが異なるＬ／Ｓパターンなど複数種類の計測用パターンをそれぞれ配置しても良い。このようにすると、例えば、各評価点に対応する位置に近接して配置された周期方向が直交する１組のＬ／Ｓパターンを計測用パターンとして得られた最良フォーカス位置から各評価点における非点収差を求めることができる。さらに、投影光学系ＰＬの視野内の各評価点について、上述のようにして算出された非点収差に基づいて最小二乗法による近似処理を行うことにより非点収差面内均一性を求めるとともに、非点収差面内均一性と像面湾曲とから総合焦点差を求めることも可能となる。
【０１９２】
そして、上述のようにして求められた投影光学系ＰＬの光学特性データは、図示しない記憶装置に保存されるとともに、不図示の表示装置の画面上に表示される。これにより、図１１のステップ５３８の処理、すなわち図５のステップ４５６の処理を終了し、一連の光学特性の計測処理を終了する。
【０１９３】
次に、デバイス製造の場合における、本実施形態の露光装置１００による露光動作を説明する。
【０１９４】
前提として、上述のようにして決定された最良フォーカス位置の情報、あるいはこれに加えて像面湾曲の情報が、不図示の入出力装置を介して主制御装置２８に入力されているものとする。
【０１９５】
例えば、像面湾曲の情報が入力されている場合には、主制御装置２８は、露光に先立って、この光学特性データに基づいて、図示しない結像特性補正コントローラに指示し、例えば投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学素子（本実施形態では、レンズエレメント）の位置（他の光学素子との間隔を含む）あるいは傾斜などを変更することにより、その像面湾曲が補正されるように投影光学系ＰＬの結像特性を可能な範囲で補正する。なお、投影光学系ＰＬの結像特性の調整に用いる光学素子は、レンズエレメントなどの屈折光学素子だけでなく、例えば凹面鏡などの反射光学素子、あるいは投影光学系ＰＬの収差（ディストーション、球面収差など）、特にその非回転対称成分を補正する収差補正板などでも良い。さらに、投影光学系ＰＬの結像特性の補正方法は光学素子の移動に限られるものではなく、例えば光源１を制御して照明光ＩＬの中心波長を僅かにシフトさせる方法、又は投影光学系ＰＬの一部で屈折率を変化させる方法などを単独、あるいは光学素子の移動との組み合わせで採用しても良い。
【０１９６】
そして、主制御装置２８からの指示に応じて、不図示のレチクルローダにより転写対象となる所定の回路パターン（デバイスパターン）が形成されたレチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上にロードされる。同様に、不図示のウエハローダにより、ウエハＷがウエハテーブル１８上にロードされる。
【０１９７】
次に、主制御装置２８により、不図示のレチクルアライメント検出系、ウエハテーブル１８上の基準マーク板ＦＰ、アラインメント検出系ＡＳ等を用いて、レチクルアラインメント、ベースライン計測などの準備作業が所定の手順で行われ、これに続いてＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アラインメント）方式などのウエハアライメントが行われる。なお、上記のレチクルアライメント、ベースライン計測等の準備作業については、例えば特開平７−１７６４６８号公報（対応米国特許第５，６４６，４１３号）に詳細に開示され、また、これに続くＥＧＡについては、特開昭６１−４４４２９号公報（対応米国特許第４，７８０，６１７号）に詳細に開示されているので、ここではこれ以上の詳細説明は省略する。
【０１９８】
上記のウエハアライメントが終了すると、以下のようにしてステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われる。
【０１９９】
まず、主制御装置２８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とのＹ軸方向の相対走査を開始する。両ステージＲＳＴ、２０がそれぞれの目標走査速度に達し、等速同期状態に達すると、照明系ＩＯＰからの紫外パルス光によってレチクルＲのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始される。上記の相対走査は、主制御装置２８が、前述したレーザ干渉計２６及びレーザ干渉計１４の計測値をモニタしつつ、レチクルステージ駆動部（不図示）及び駆動系２２を制御することにより行われる。
【０２００】
主制御装置２８は、特に上記の走査露光時には、レチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動速度ＶｒとＸＹステージ２０のＹ軸方向の移動速度Ｖｗとが、投影光学系ＰＬの投影倍率（１／４倍あるいは１／５倍）に応じた速度比に維持されるように同期制御を行う。また、主制御装置２８は、走査露光中に、フォーカスセンサＡＦＳによって検出されたウエハＷのＺ軸方向の位置情報に基づき、前述した光学特性補正後の投影光学系ＰＬの像面の焦点深度の範囲内にウエハＷ表面の露光領域が収まるように、駆動系２２を介してウエハテーブル１８をＺ軸方向及び傾斜方向に駆動し、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御を行う。なお、本実施形態では、ウエハＷの露光動作に先立って、前述した各評価点における最良フォーカス位置に基づいて投影光学系ＰＬの像面を算出し、この像面がフォーカスセンサＡＦＳの検出基準となるようにフォーカスセンサＡＦＳの光学的なキャリブレーション（例えば、受光系５０ｂ内に配置される平行平面板の傾斜角度の調整など）が行われている。勿論、光学的なキャリブレーションを必ずしも行う必要はなく、例えば先に算出した像面とフォーカスセンサＡＦＳの検出基準との偏差に応じたオフセットを考慮して、フォーカスセンサＡＦＳの出力に基づいてウエハＷ表面を像面に一致させるフォーカス動作（及びレベリング動作）を行うようにしても良い。
【０２０１】
そして、レチクルＲのパターン領域の異なる領域が紫外パルス光で逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、ウエハＷ上の第１ショット領域の走査露光が終了する。これにより、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介して第１ショット領域に縮小転写される。
【０２０２】
上述のようにして、第１ショット領域の走査露光が終了すると、主制御装置２８により、駆動系２２を介してＸＹステージ２０がＸ、Ｙ軸方向にステップ移動され、第２ショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）に移動される。
【０２０３】
そして、主制御装置２８により、上述と同様に各部の動作が制御され、ウエハＷ上の第２ショット領域に対して上記と同様の走査露光が行われる。
【０２０４】
このようにして、ウエハＷ上のショット領域の走査露光とショット間のステッピング動作とが繰り返し行われ、ウエハＷ上の露光対象ショットの全てにレチクルＲのパターンが順次転写される。
【０２０５】
ウエハＷ上の全露光対象ショットへのパターン転写が終了すると、次のウエハと交換され、上記と同様にアライメント、露光動作が繰り返される。
【０２０６】
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る露光装置における、投影光学系ＰＬの光学特性計測方法によると、矩形枠状の開口パターンＡＰｎと該開口パターンＡＰｎの内部に位置する計測用パターンＭＰｎとが形成されたレチクルＲＴを、投影光学系の物体面側に配置されたレチクルステージＲＳＴ上に搭載し、投影光学系ＰＬの像面側に配置されたウエハＷＴの投影光学系ＰＬの光軸方向に関する位置（Ｚ）とウエハＷＴ上に照射される照明光ＩＬのエネルギ量Ｐをそれぞれ変更しながら、ウエハＷＴを開口パターンＡＰｎのサイズに対応する距離、すなわち開口パターンＡＰｎのウエハＷＴ上への投影像のサイズ以下のステップピッチで順次ＸＹ面内で移動して計測用パターンＭＰｎをウエハＷＴ上に順次転写する（ステップ４０８〜４４６）。これにより、ウエハＷＴ上には、マトリックス状に配置された複数の区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝０〜Ｍ＋１、ｊ＝０〜Ｎ＋１）から成る全体として矩形の評価点対応領域ＤＢｎが形成される。この場合、前述した理由により、ウエハＷＴ上には、区画領域相互間の境界に従来のような枠線が存在しない複数のマトリックス状配置の複数の区画領域（計測用パターンの像が投影された領域）が形成される。
【０２０７】
そして、ウエハＷＴの現像後に、主制御装置２８が、ＦＩＡ系のアライメントセンサから成るアライメント検出系ＡＳを用いてウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢｎを撮像する（ステップ５０４）。次いで、主制御装置２８は、取り込んだレジスト像の撮像データに基づき、評価点対応領域ＤＢｎの輪郭（矩形の外枠ＤＢＦ）上で隣接する頂点間の線分、すなわち所定の辺、例えば上辺、下辺に交差する所定方向のピクセル列情報を用いて境界検出を行い、それらの辺上の任意の点を求める（ステップ５０８）。次に、主制御装置２８は、求めた点を基準として、上辺、下辺に沿って所定サイズの窓領域ＷＤ１、ＷＤ２をそれぞれ走査しつつ窓領域ＷＤ１、ＷＤ２内のピクセルデータに基づいて上辺、下辺の両端の頂点ｐ１’，ｐ２’、ｐ０’，ｐ３’をそれぞれ検出する（ステップ５１０、５１２、５１４）。
【０２０８】
ここで、外枠ＤＢＦを構成する辺（線分）の端点である各頂点の位置では、線分が折れ曲がるので、線分に沿って窓領域を走査した際に、頂点位置近傍部分のピクセルデータは、線分上の他の部分と明らかにピクセル値（画素値）の分布状況が異なる。このため、例えば窓領域の走査方向の位置が１画素ずつ変化するのに応じた窓領域内のピクセルデータの変化に基づき、線分の端点である、外枠（矩形領域）ＤＢＦの頂点が確実に検出される。この場合、上辺、下辺の両端の頂点を検出するので、結果的にそれら上辺、下辺を検出することが可能である。
【０２０９】
次に、主制御装置２８は、前記撮像データに基づき、頂点ｐ１’，ｐ２’、ｐ０’，ｐ３’の検出結果を利用して、最小二乗法による長方形近似（平行四辺形近似の一種）を行い、回転を含めた評価点対応領域ＤＢｎの矩形の輪郭を算出する（ステップ５１６）。
【０２１０】
次に、主制御装置２８は、既知の設計上の位置関係を考慮し、検出した外枠ＤＢＦを基準として評価点対応領域ＤＢｎを構成する複数の区画領域ＤＡｉ，ｊのうち、第２領域ＤＤｎを除く第１領域ＤＣｎを構成するＭ×Ｎ個の区画領域それぞれの位置を算出する（ステップ５１８）。この算出は、外枠内の区画領域の数及び配置の情報に基づいて行われる。
【０２１１】
次いで、前記撮像データに基づき、第１領域ＤＣｎを構成するＭ×Ｎ個の区画領域における像の形成状態を画像処理の手法、前述の各区画領域ＤＡｉ，ｊのスコア（Ｅｉ，ｊ又はＥ’ｉ，ｊ）と閾値ＳＨとを比較した二値化の手法により検出する（ステップ５２０、５２２）。
【０２１２】
いずれにしても、前述の如く、外枠ＤＢＦ上の少なくとも１頂点又は１辺の位置をラフ検出し、その検出結果を利用して検出した外枠部分を基準として設計値に基づき少なくとも一部の複数の区画領域の位置を算出するので、その複数の区画領域のほぼ正確な位置を求めることが可能となる。
【０２１３】
また、本実施形態の場合、隣接する区画領域間に枠線が存在しないので、像形成状態の検出対象である複数の区画領域（主として計測用パターンの像の残存する区画領域）において、計測用パターンの像のコントラストが枠線の干渉に起因して低下することがない。このため、それらの複数の区画領域の撮像データとしてパターン部と非パターン部のＳ／Ｎ比の良好なデータを得ることができる。従って、区画領域毎の計測用パターンＭＰｎの形成状態を精度、再現性良く検出することが可能となる（ステップ５２２）。しかも、像の形成状態を客観的、定量的なスコア（Ｅｉ，ｊ又はＥ’ｉ，ｊ）を閾値ＳＨと比較してパターンの有無情報（二値化情報）に変換して検出するので、区画領域毎の計測用パターンＭＰｎの形成状態を、再現性良く検出することができるとともに、パターン有無の判別を自動的にかつ安定して行うことができる。従って、本実施形態では、二値化に際して、閾値は一つだけで足り、複数の閾値を設定しておいて閾値毎にパターンの有無具合を判別するような場合に比べて、像の形成状態の検出に要する時間を短縮することができるとともに、その検出アルゴリズムも簡略化することができる。
【０２１４】
また、主制御装置２８は、上述した区画領域毎の像の形成状態の検出結果、すなわち客観的かつ定量的な上記のスコア（Ｅｉ，ｊ又はＥ’ｉ，ｊ）、すなわち画像のコントラストの指標値を用いた検出結果に基づいて最良フォーカス位置などの投影光学系ＰＬの光学特性、を求めている（ステップ５３８）。このため、短時間で精度良く最良フォーカス位置などを求めることが可能となる。従って、この最良フォーカス位置に基づいて決定される光学特性の測定精度及び測定結果の再現性を向上させることができるとともに、結果的に光学特性計測のスループットを向上させることが可能となる。
【０２１５】
また、本実施形態では、上述の如く、像の形成状態をパターンの有無情報（二値化情報）に変換して検出するので、レチクルＲＴのパターン領域ＰＡ内に計測用パターンＭＰｎ以外のパターン（例えば、比較用の基準パターンや、位置決め用マークパターン等）を配置する必要がない。また、従来の寸法を計測する方法（ＣＤ／フォーカス法、ＳＭＰフォーカス計測法など）に比べて、計測用パターンを小さくすることができる。このため、評価点の数を増加させることができるとともに、評価点間の間隔を狭くすることが可能となる。結果的に、光学特性の測定精度及び測定結果の再現性を向上させることができる。
【０２１６】
また、本実施形態では、ウエハＷＴ上に形成される隣接する区画領域間に枠線が存在しないことに鑑み、各評価点対応領域ＤＢｎの外周縁である外枠ＤＢＦを基準として各区画領域ＤＡｉ，ｊの位置を算出する手法を採用している。そして、各評価点対応領域ＤＢｎ内の最外周部に位置する複数の区画領域から成る第２領域ＤＤｎを構成する各区画領域が過露光の領域となるように露光条件の一部としてウエハＷＴ上に照射される照明光ＩＬのエネルギ量を変更している。これにより、前述の外枠ＤＢＦの検出に際してのＳ／Ｎ比が向上し、外枠ＤＢＦの検出を高精度に行うことができ、この結果、これを基準として各第１領域ＤＣｎを構成する各区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）の位置を精度良く検出することができる。
【０２１７】
また、本実施形態に係る光学特性計測方法によると、統計処理による近似曲線の算出という客観的、かつ確実な方法を基礎として最良フォーカス位置を算出しているので、安定して高精度かつ確実に光学特性を計測することができる。なお、近似曲線の次数によっては、その変曲点、あるいはその近似曲線と所定のスライスレベルとの複数の交点等に基づいて最良フォーカス位置を算出することは可能である。
【０２１８】
また、本実施形態の露光装置によると、前述の光学特性計測方法により精度良く計測された投影光学系ＰＬの光学特性を考慮して最適な転写が行えるように投影光学系ＰＬが露光に先立って調整され、その調整された投影光学系ＰＬを介してレチクルＲに形成されたパターンがウエハＷ上に転写される。更に、上述のようにして決定された最良フォーカス位置を考慮して露光の際のフォーカス制御目標値の設定が行われるので、デフォーカスによる色むらの発生を効果的に抑制することができる。従って、本実施形態に係る露光方法によると、微細パターンをウエハ上に高精度に転写することが可能となる。
【０２１９】
なお、上記実施形態では、矩形枠状の開口パターンＡＰｎと該開口パターンＡＰｎの内部に位置する計測用パターンＭＰｎとが形成されたレチクルＲＴを、投影光学系の物体面側に配置されたレチクルステージＲＳＴ上に搭載し、投影光学系ＰＬの像面側に配置されたウエハＷＴの投影光学系ＰＬの光軸方向に関する位置（Ｚ）とウエハＷＴ上に照射される照明光ＩＬのエネルギ量Ｐをそれぞれ変更しながら、ウエハＷＴを所定のステップピッチで移動して、計測用パターンＭＰｎをウエハＷＴ上に順次転写し、マトリックス状に配置された複数の区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝０〜１４、ｊ＝０〜２４）から成る全体として矩形の評価点対応領域ＤＢｎを撮像対象である所定領域として形成するものとしたが、これは一例に過ぎないことは勿論である。
【０２２０】
なお、前述の第２領域、すなわち矩形枠状の領域、あるいはその一部の領域を形成する方法は、上記実施形態で説明した計測用パターンを過露光の状態でウエハ上に転写する、ステップ・アンド・リピート方式の露光方法以外の方法を採用しても良い。例えば、露光装置１００のレチクルステージＲＳＴ上に例えば矩形枠状の開口パターン（第２領域ＤＤｎと同様の形状のパターン）、あるいはその一部のパターンなどが形成されたレチクルを搭載し、そのレチクルのパターンを１回の走査露光で、投影光学系ＰＬの像面側に配置されたウエハ上に転写して、過露光の第２領域をウエハ上に形成することとしても良い。この他、前述した開口パターンＡＰｎと同様の開口パターンが形成されたレチクルをレチクルステージＲＳＴ上に搭載して、ステップ・アンド・リピート方式又はステップ・アンド・スキャン方式で、その開口パターンを過露光の露光エネルギ量でウエハ上に転写することにより、過露光の第２領域をウエハ上に形成することとしても良い。また、例えば上記の開口パターンを用いてステップ・アンド・スティッチ方式で露光を行い、ウエハ上に開口パターンの複数の像を隣接してあるいは繋ぎ合わせて形成することによって、過露光の第２領域をウエハ上に形成しても良い。この他、レチクルステージＲＳＴを静止させた状態でそのレチクルステージＲＳＴ上に搭載されたレチクルに形成された開口パターンを照明光で照明しながらウエハＷ（ウエハテーブル１８）を所定方向に移動して過露光の第２領域を形成しても良い。いずれにしても、上記実施形態と同様に、過露光の第２領域の存在により、その第２領域の外縁をＳ／Ｎ比の良好な検出信号に基づいて精度良く検出することが可能となる。
【０２２１】
これらの場合において、マトリックス状に配置された複数の区画領域ＤＡｉ，ｊから成る全体として矩形の第１領域ＤＣｎをウエハＷＴ上に形成する工程と、第１領域の周囲の少なくとも一部のウエハ上の領域に過露光の第２領域（例えばＤＤｎなど）を形成する工程とは、上記実施形態の場合と反対であっても良い。特に、像形成状態の検出の対象となる第１区画領域の形成のための露光を、後で行うようにした場合には、例えば感光剤として、化学増幅型レジストなどの高感度レジストを用いる場合に、計測用パターンの像の形成（転写）から現像までの時間を短くできるので、特に好適である。
【０２２２】
また、上記実施形態では、評価点対応領域ＤＢｎの輪郭を矩形とし、前述の如く、評価点対応領域ＤＢｎの矩形の輪郭上の２辺、具体的には上辺、下辺上を一組（一対）の窓領域ＷＤ１、ＷＤ２を同時にスキャンすることとしたが、これは、一組の対向辺上の一側の頂点と他側の頂点とをそれぞれ同時に検出すれば、４頂点の全てを窓領域の１回の往復スキャンのみで検出できるからである。所定の領域の輪郭が、平行四辺形の場合も同様にして４頂点を短時間に検出することができる。また、所定の領域の輪郭が、平行四辺形の場合には、前述のステップ５１６で長方形近似に代えて最小二乗法を用いた平行四辺形近似を行うこととしても良い。
【０２２３】
また、上記実施形態と同様に所定の領域が矩形又は平行四辺形である場合であっても、一組の対向辺上を一組の窓領域を同時に走査する必要はない。すなわち、一組の対向辺のそれぞれの辺上を同一の窓領域を時間的に前後して走査しても構わない。輪郭上の１つの頂点又は１辺が検出できれば、その頂点又はその辺と、像形成状態の検出対象である区画領域との設計上の位置関係を利用することにより、その区画領域の像の形成状態の検出は可能だからである。従って、撮像対象である所定領域は、計測用パターンが転写された区画領域を含み、その輪郭に複数の頂点を有する形状であれば足りる。すなわち、所定領域は、輪郭上の頂点の位置を、前述の窓領域のスキャンにより検出できる形状であれば良く、従って、その輪郭が三角形その他の多角形であっても良い。
【０２２４】
なお、上記実施形態では、評価点対応領域ＤＢｎの外枠ＤＢＦの概略位置検出に際して、窓領域ＷＤ１，ＷＤ２内のピクセルデータの代表値として、例えばそれぞれの窓領域ＷＤ１、ＷＤ２内のピクセルデータに対応するピクセル値の分散（又は標準偏差）を用いる場合について説明した。しかし、これに限らず、前記ピクセルデータの代表値は前記窓領域内のピクセルデータに対応するピクセル値の平均、加算値又は微分総和値を用いても良い。
【０２２５】
なお、上記実施形態では、計測用パターンＭＰｎの像の形成状態を、スコア（Ｅｉ，ｊ又はＥ’ｉ，ｊ）と閾値ＳＨとを比較してパターンの有無情報（二値化情報）に変換して検出する場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。上記実施形態では、評価点対応領域ＤＢｎの外枠ＤＢＦを精度良く検出し、この外枠を基準として各区画領域ＤＡｉ，ｊを演算により算出するので、各区画領域の位置を正確に求めることができる。従って、この正確に求められた各区画領域に対してテンプレートマッチングを行うこととしても良い。このようにすれば、短時間にテンプレートマッチングを行うことができる。この場合、テンプレートパターンとして、例えば像が形成された区画領域あるいは像が形成されなかった区画領域の撮像データを用いることができる。このようにしても、客観的、定量的な相関値の情報が区画領域毎に得られるので、得られた情報を、所定の閾値と比較することにより、計測用パターンＭＰｎの形成状態を二値化情報（像の有無情報）に変換することにより、上記実施形態と同様に像の形成状態を精度、再現性良く検出することができる。
【０２２６】
また、上記実施形態では、評価点対応領域ＤＢｎを構成する第２領域が正確な矩形枠状である場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、第２領域は、その外縁が少なくとも第１領域を構成する各区画領域の位置算出の基準にできれば良いので、矩形枠状の区画領域の一部の例えばコ字状（Ｕ字状）部分、あるいはＬ字状部分であっても良い。この場合、第１領域とその外側の第２領域とで構成される評価点対応領域は、全体として矩形の領域となる。
【０２２７】
また、過露光の第２領域は、必ずしもなくても良い。かかる場合であっても、第１領域の輪郭が矩形の外枠となり、第１領域内の最外周部に位置する区画領域（以下、「外縁部区画領域」と呼ぶ）の一部には、パターン像が形成されない領域が存在するので、上記実施形態と同様の手法により、その外枠の一部、すなわち第１領域とその外側の領域の境界線をＳ／Ｎ比良く検出することが可能となり、その境界線を基準として設計値に基づき他の区画領域（第１領域を構成する各区画領域）の位置を算出することができ、他の区画領域のほぼ正確な位置を求めることが可能である。同様に、過露光の第２領域は、上記実施形態のような矩形枠状あるいはその一部のような形状に限定されるものではない。例えば、第２領域の形状は、第１領域との境界線（内縁）のみが矩形枠状の形状を有し、外縁は任意形状であっても良い。これらの場合にも、第１領域内の複数の区画領域それぞれの位置をほぼ正確に知ることができるので、例えばそれぞれの区画領域に対して、上記実施形態と同様のスコア（像のコントラストの指標値）を用いた方法、あるいはテンプレートマッチング法を適用して像の形成状態を検出することにより、上記実施形態と同様に、パターン像の形成状態を短時間で検出することが可能になる。
【０２２８】
そして、その検出結果に基づいて投影光学系の光学特性を求めることにより、客観的かつ定量的な像のコントラスト又は相関値を用いた検出結果に基づいて光学特性が求めることができる。従って、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。
【０２２９】
また、上記実施形態では、各区画領域の検出の基準となる外枠ＤＢＦの検出、及び各区画領域の像の形成状態の検出にＦＩＡ系のアライメントセンサを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。すなわち、外枠ＤＢＦあるいは上述した前記外縁部区画領域と第２領域の境界線の検出、及び各区画領域の像の形成状態の検出の少なくとも一方に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）などの他の撮像装置（画像計測装置）を用いても良い。かかる場合であっても、第２領域の外枠又は内縁部を基準として、第１領域内の各区画領域の位置を精度良く求めることが可能である。
【０２３０】
また、上記実施形態と同様に、各評価点対応領域を第１領域とその周囲の第２領域とで形成する場合には、前述のステップピッチＳＰを、前述した開口パターンＡＰの投影領域サイズ以下に必ずしも設定しなくても良い。その理由は、これまでに説明した方法で、第２領域の一部を基準として、第１領域を構成する各区画領域の位置がほぼ正確に求まるので、その位置の情報を用いることにより、例えばテンプレートマッチングや、上記実施形態の場合を含むコントラスト検出をある程度の精度でかつ短時間で行うことができるからである。
【０２３１】
一方、前述のステップピッチＳＰを、前述した開口パターンＡＰの投影領域サイズ以下に設定する場合において、第１領域の外側に前述の第２領域を必ずしも形成しなくても良い。かかる場合であっても、上記実施形態と同様にして第１領域の外枠を検出することが可能であり、この検出した外枠を基準として第１領域内の各区画領域の位置を正確に求めることが可能だからである。そして、このようにして求められた各区画領域の位置の情報を用いて、例えばテンプレートマッチングや、上記実施形態のようなスコアを用いた検出（コントラスト検出）により像形成状態を検出する場合に、枠の干渉に起因するパターン部と非パターン部のコントラスト低下のないＳ／Ｎ比の良好な画像データを用いて像形成状態を精度良く検出することが可能となる。
【０２３２】
なお、上記実施形態では、ウエハＷＴのステップピッチＳＰを、通常より狭く設定することにより、ウエハＷＴ上に形成された評価点対応領域を構成する区画領域間に枠が残存しないようにして、枠の干渉によるパターン部のコントラスト低下を防止する場合について説明した。しかし、枠の存在によるパターン部のコントラスト低下は、以下のようにしても防止することができる。
【０２３３】
すなわち、前述の計測用パターンＭＰｎと同様にマルチバーパターンを含む計測用パターンが形成されたレチクルを用意し、該レチクルをレチクルステージＲＳＴ上に搭載し、ステップ・アンド・リピート方式などで前記計測用パターンをウエハ上に転写し、これにより、隣接する複数の区画領域から成り、各区画領域に転写されたマルチバーパターンとこれに隣接するパターンとが、マルチバーパターンの像のコントラストが前記隣接するパターンによる影響を受けない距離Ｌ以上離れている所定の領域をウエハ上に形成することとしても良い。
【０２３４】
この場合、各区画領域に転写されたマルチバーパターンとこれに隣接するパターンとが、マルチバーパターンの像のコントラストが隣接するパターンによる影響を受けない距離Ｌ以上離れているので、前記所定の領域を構成する複数の区画領域の少なくとも一部の複数の区画領域における像の形成状態を、画像処理の手法、テンプレートマッチング、あるいはスコア検出を含むコントラスト検出などの画像処理手法により検出する際に、それぞれの区画領域に転写されたマルチバーパターンの像のＳ／Ｎ比が良好な撮像信号を得ることができる。従って、この撮像信号に基づいて、テンプレートマッチング、あるいはスコア検出を含むコントラスト検出などの画像処理手法により各区画領域に形成されたマルチバーパターンの像の形成状態を精度良く検出することができる。
【０２３５】
例えば、テンプレートマッチングによる場合には、客観的、定量的な相関値の情報が区画領域毎に得られ、コントラスト検出の場合には、客観的、定量的なコントラスト値の情報が区画領域毎に得られるので、いずれにしても、得られた情報を、それぞれの閾値と比較することにより、マルチバーパターンの像の形成状態を二値化情報（像の有無情報）に変換することにより、各区画領域毎のマルチバーパターンの形成状態を精度、再現性良く検出することが可能となる。
【０２３６】
従って、かかる場合にも上記実施形態と同様に、上記の検出結果に基づいて投影光学系の光学特性を求めることにより、客観的かつ定量的な相関値、コントラストなどを用いた検出結果に基づいて光学特性が求められる。従って、従来の方法と比較して光学特性を精度及び再現性良く計測することができる。また、評価点の数を増加させることができるとともに、各評価点間の間隔を狭くすることができ、結果的に光学特性計測の測定精度を向上させることが可能となる。
【０２３７】
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内の中央部に配置された１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、本発明がこれに限定されないことは言うまでもない。計測用パターンとしては、周期方向が異なる少なくとも２種類のＬ／Ｓパターンや、孤立線やコンタクトホールなどを用いても良い。計測用パターンＭＰｎ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。これは、像の線幅等を計測する従来の方法とは異なり、像の形成状態をスコア（コントラスト）で検出しているからである。
【０２３８】
また、上記実施形態では、１種類のスコアに基づいて最良フォーカス位置を求めているが、これに限らず、複数種類のスコアを設定しこれらに基づいて、それぞれ最良フォーカス位置を求めても良く、あるいはこれらの平均値（あるいは重み付け平均値）に基づいて最良フォーカス位置を求めても良い。
【０２３９】
また、上記実施形態では、像の形成状態の検出に１種類の閾値を用いているが、これに限らず、複数の閾値を用いても良い。複数の閾値を求める場合、それぞれの閾値を、スコアと比較することで、区画領域の像の形成状態を検出することとしても良い。この場合、例えば第１の閾値での検出結果から最良フォーカス位置が算出困難な場合に、第２の閾値での形成状態の検出を行い、その検出結果から最良フォーカス位置を求めることなどが可能となる。
【０２４０】
また、予め複数の閾値を設定しておき、閾値毎に最良フォーカス位置を求め、それらの平均値（単純平均値あるいは重み付け平均値）を最良フォーカス位置としても良い。例えば、各閾値に応じて、露光エネルギ量Ｐが極値を示すときのフォーカス位置を順次算出する。そして、各フォーカス位置の平均値を最良フォーカス位置とする。なお、露光エネルギ量Ｐとフォーカス位置Ｚとの関係を示す近似曲線と適当なスライスレベル（露光エネルギ量）との２つの交点（フォーカス位置）を求め、両交点の平均値を、各閾値毎に算出し、それらの平均値（単純平均値あるいは重み付け平均値）を最良フォーカス位置としても良い。
【０２４１】
あるいは、各閾値毎に最良フォーカス位置を算出し、閾値と最良フォーカス位置との関係において、閾値の変動に対して、最良フォーカス位置の変化が最も小さい区間における最良フォーカス位置の平均値（単純平均値あるいは重み付け平均値）を最良フォーカス位置としても良い。
【０２４２】
また、上記実施形態では、予め設定されている値を閾値として用いているが、これに限定されるものではない。例えば、ウエハＷＴ上の計測用パターンＭＰｎが転写されていない領域を撮像し、得られたスコアを閾値としても良い。
【０２４３】
さらに、例えば前述の第１領域と第２領域とで、アライメント検出系ＡＳによる画像の取り込み回数を異ならせても良く、このようにすることにより計測時間の短縮などを図ることができる。
【０２４４】
なお、上記実施形態の露光装置１００では、主制御装置２８は、図示しない記憶装置に格納されている処理プログラムに従って、前述した投影光学系の光学特性の計測を行うことにより、計測処理の自動化を実現することができる。勿論、この処理プログラムは、他の情報記録媒体（ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ等）に保存されていても良い。さらに、計測を行う時に、図示しないサーバから処理プログラムをダウンロードしても良い。また、計測結果を、図示しないサーバに送付したり、インターネットやイントラネットを介して電子メール及びファイル転送により、外部に通知することも可能である。
【０２４５】
なお、上記実施形態では、計測用パターンＭＰｎをウエハＷＴ上の各区画領域ＤＡｉ，ｊに転写した後、現像後にウエハＷＴ上の各区画領域ＤＡｉ，ｊに形成されるレジスト像をアライメント検出系ＡＳによって撮像し、その撮像データに対して画像処理を行う場合について説明したが、本発明に係る光学特性の計測方法はこれに限定されるものではない。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）などに対して行っても良い。また、ウエハなどの物体上における像の形成状態を検出するための感光層は、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い。例えば、感光層は、光記録層、光磁気記録層などであっても良く、従って、感光層が形成される物体もウエハ又はガラスプレート等に限らず、光記録層、光磁気記録層などが形成可能な板等であっても良い。
【０２４６】
また、オペレータなどが介在することなく、前述の計測結果（最良フォーカス位置など）に基づいて投影光学系ＰＬの光学特性を調整することができる。すなわち、露光装置に自動調整機能を持たせることが可能となる。
【０２４７】
また、上記実施形態では、パターンの転写の際に変更される露光条件が、投影光学系の光軸方向に関するウエハＷＴの位置及びウエハＷＴの面上に照射されるエネルギビームのエネルギ量（露光ドーズ量）である場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、照明条件（マスクの種別を含む）、投影光学系の結像特性など露光に関連する全ての構成部分の設定条件などの何れかであれば良く、また、必ずしも２種類の露光条件を変更しながら露光を行う必要もない。すなわち、一種類の露光条件、例えば投影光学系の光軸方向に関するウエハＷＴの位置のみを変更しながら、計測用マスクのパターンを感光物体上の複数の領域に転写し、その転写像の形成状態を検出する場合であっても、上記実施形態と同様のスコアを用いたコントラスト計測、あるいはテンプレートマッチングの手法により、その検出を迅速に行うことができるという効果がある。
【０２４８】
また、上記実施形態において、最良フォーカス位置とともに最良露光量を決定することができる。すなわち、露光エネルギ量を低エネルギ量側にも設定して、上記実施形態と同様の処理を行い、露光エネルギ量毎に、その像が検出されたフォーカス位置の幅を求め、該幅が最大となるときの露光エネルギ量を算出し、その場合の露光量を最良露光量とする。
【０２４９】
また、上記実施形態では、一例として、区画領域内の指定範囲のピクセル値の分散（又は標準偏差）を、スコアＥとして採用するものとしたが、本発明がこれに限定されるものではなく、区画領域内又はその一部（例えば、前述の指定範囲）のピクセル値の加算値、微分総和値をスコアＥとしても良い。また、上記実施形態では、図３に示されるように、開口パターンの内部に遮光部によって計測用パターンＭＰｎが形成された場合について説明したが、これに限らず、図３の場合と反対に、遮光部内に光透過性のパターンから成る計測用パターンを形成しても良い。更に、上記実施形態ではレチクルのパターン領域ＰＡを遮光部としたが、パターン領域ＰＡは光透過部でも良く、この場合は前述の計測用パターンＭＰｎを設けるだけでも良いし、あるいは計測用パターンＭＰｎを囲む遮光性の枠状パターンを一緒に形成しても良い。また、ウエハに塗布するレジストはポジ型に限られるものではなくネガ型でも良い。
【０２５０】
さらに、本実施形態では、結像特性補正コントローラを介して投影光学系ＰＬの結像特性を調整するものとしたが、例えば、結像特性補正コントローラだけでは結像特性を所定の許容範囲内に制御することができないときなどは、投影光学系ＰＬの少なくとも一部を交換しても良いし、あるいは投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学素子を再加工（非球面加工など）しても良い。また、特に光学素子がレンズエレメントであるときはその偏芯を変更したり、あるいは光軸を中心として回転させても良い。このとき、露光装置１００のアライメントセンサを用いてレジスト像などを検出する場合、主制御装置２８はディスプレイ（モニタ）への警告表示、あるいはインターネット又は携帯電話などによって、オペレータなどにアシストの必要性を通知しても良いし、投影光学系ＰＬの交換箇所や再加工すべき光学素子など、投影光学系ＰＬの調整に必要な情報を一緒に通知すると良い。これにより、光学特性の計測などの作業時間だけでなく、その準備期間も短縮でき、露光装置の停止期間の短縮、すなわち稼働率の向上を図ることが可能となる。また、本実施形態では計測用パターンを静止露光方式でウエハに転写するものとしたが、静止露光方式の代わりに、あるいはそれに加えて走査露光方式で、上記実施形態と全く同様に少なくとも１つの露光条件を変えながら計測用パターンをウエハに転写することでダイナミックな光学特性を求めるようにしても良い。
【０２５１】
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。この場合には、ランプ出力制御、ＮＤフィルタ等の減光フィルタ、光量絞り等によって露光エネルギの調整を行えば良い。また、ＥＵＶ光、Ｘ線、あるいは電子線及びイオンビームなどの荷電粒子線を露光ビームとして用いる露光装置に本発明を適用しても良い。
【０２５２】
なお、上記実施形態では、本発明がステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置に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のは勿論である。すなわち、ステップ・アンド・リピート方式、ステップ・アンド・スティッチ方式又はプロキシミティ方式などの露光装置、あるいはミラープロジェクション・アライナー、及びフォトリピータなどにも好適に適用することができる。
【０２５３】
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。
【０２５４】
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、薄膜磁気へ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。
【０２５５】
《デバイス製造方法》
次に、上記説明した露光装置及び方法を使用したデバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【０２５６】
図２０には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、ＤＮＡチップ、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートが示されている。図２０に示されるように、まず、ステップ３０１（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ３０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３０３（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
【０２５７】
次に、ステップ３０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ３０１〜ステップ３０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ３０５（デバイス組立ステップ）において、ステップ３０４で処理されたウエハを用いてデバイス組立を行う。このステップ３０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。
【０２５８】
最後に、ステップ３０６（検査ステップ）において、ステップ３０５で作製されたデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
【０２５９】
図２１には、半導体デバイスの場合における、上記ステップ３０４の詳細なフロー例が示されている。図２１において、ステップ３１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ３１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ３１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ３１４（イオン打込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ３１１〜ステップ３１４それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
【０２６０】
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ３１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ３１６（露光ステップ）において、上記各実施形態の露光装置及び露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ３１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステップ３１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ３１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
【０２６１】
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０２６２】
以上のような、本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光ステップで、上記実施形態の露光装置及び露光方法が用いられるので、前述した光学特性計測方法で精度良く求められた光学特性を考慮して調整された投影光学系を介して高精度な露光が行われ、高集積度のデバイスを生産性良く製造することが可能となる。
【０２６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光学特性計測方法によれば、短時間で、精度及び再現性良く投影光学系の光学特性を求めることができるという効果がある。
【０２６４】
また、本発明に係る露光方法によれば、高精度な露光を実現できるという効果がある。
【０２６５】
また、本発明に係るデバイス製造方法によれば、高集積度のデバイスを製造することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の照明系ＩＯＰの具体的構成の一例を説明するための図である。
【図３】投影光学系の光学特性の計測に用いられるレチクルの一例を示す図である。
【図４】光学特性の計測方法を説明するためのフローチャート（その１）である。
【図５】光学特性の計測方法を示すフローチャート（その２）である。
【図６】区画領域の配列を説明するための図である。
【図７】ウエハＷＴ上に第１領域ＤＣｎが形成された状態を示す図である。
【図８】ウエハＷＴ上に評価点対応領域ＤＢｎが形成された状態を示す図である。
【図９】ウエハＷＴを現像後にＷＴ上に形成された評価点対応領域ＤＢ１のレジスト像の一例を示す図である。
【図１０】図５のステップ４５６（光学特性の算出処理）の詳細を示すフローチャート（その１）である。
【図１１】図５のステップ４５６（光学特性の算出処理）の詳細を示すフローチャート（その２）である。
【図１２】図１０のステップ５０８の詳細を示すフローチャートである。
【図１３】図１２のステップ７０２の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】図１４（Ａ）は、ステップ５０８の処理を説明するための図、図１４（Ｂ）は、ステップ５１０の処理を説明するための図である。
【図１５】図１５（Ａ）は、ステップ５１６の処理を説明するための図、図１５（Ｂ）は、ステップ５１８の処理を説明するための図である。
【図１６】外枠検出における境界検出処理を説明するための図である。
【図１７】ステップ５１６の長方形検出を説明するための図である。
【図１８】検出結果の一例を示すテーブルデータ形式の図である。
【図１９】パターン残存数（露光エネルギ量）とフォーカス位置との関係を示す図である。
【図２０】本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図２１】図２０のステップ３０４における処理のフローチャートである。
【符号の説明】
ＤＡｉ，ｊ…区画領域、ＤＢｎ…評価点対応領域（所定領域）、ＩＬ…エネルギビーム、ＭＰｎ…計測用パターン、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル（マスク）、Ｗ…ウエハ（物体）、ＷＴ…ウエハ（物体）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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