(57)【要約】フォーカス位置と像面におけるドーズ量をそれぞれ所定間隔で変更しながら、計測用パターンと基準パターンとを含むマークを、投影光学系を介してウエハ上のマトリックス状の複数の区画領域の各々に順次転写する。その後、ウエハを現像し、現像後のウエハ上の複数の区画領域の各々を撮像し、各撮像データに対してテンプレートマッチングを行う。基準パターンとしては、オーバードーズ時にも消失することがない、計測用パターンとの位置関係が既知のパターンが用いられるので、基準パターンを基準として、迅速かつ容易に各撮像データに対するテンプレートマッチングを行う。そして、区画領域毎に客観的かつ定量的に求められたマッチング結果に基づいて、着目する露光条件（最良フォーカス位置）を決定する（ステップ２３７〜２４９）。
2002029870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面上に配置されたパターンを投影光学系を介して第２面上に配置された物体上に転写するための露光条件の決定方法であって、
少なくとも１つの着目する露光条件を変更しながら、所定の計測用パターンと表面に感光層を有する物体上で前記計測用パターンに比べて線幅が太く形成される基準パターンとを含むテスト露光用パターンを、前記投影光学系を介して前記物体上の複数の部分領域の各々に順次転写する第１工程と；
前記テスト露光用パターンが異なる露光条件下で転写された前記物体上の前記複数の部分領域を撮像し、各部分領域の撮像データと、前記基準パターンに応じた画像データを含む所定のテンプレートパターンデータとを用いてパターンマッチングを行う第２工程と；
前記パターンマッチングの結果に基づき、前記着目する露光条件の少なくとも１つを決定する第３工程と；を含む露光条件の決定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の露光条件の決定方法において、
前記第１工程では、２つの着目する露光条件を変更しながら、前記転写を行い、
前記第２工程では、前記パターンマッチングの結果として前記テンプレートパターンデータと前記各部分領域の撮像データとの相関値をそれぞれ求め、
前記第３工程では、前記２つの着目する露光条件をそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の曲線図形を算出する基準として予め定めた閾値と前記相関値とを比較し、その比較の結果に基づいて算出された前記曲線図形に基づいて、前記着目する露光条件の少なくとも１つを決定することを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の露光条件の決定方法において、
前記曲線図形は、近似曲線であることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項４】
請求項２に記載の露光条件の決定方法において、
前記物体上の前記複数の部分領域は、全体で１つの矩形領域を形成するように前記物体上にマトリックス状に配置され、
前記曲線図形は、前記矩形領域内に現れる山状のカーブを含む図形であり、
前記複数の部分領域の撮像に際しては、前記山状のカーブが存在すると経験上予測できる前記矩形領域の一部領域のみを撮像することを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の露光条件の決定方法において、
前記撮像対象の領域を複数に分割した分割領域毎に前記撮像を行うことを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項６】
請求項１に記載の露光条件の決定方法において、
前記テンプレートパターンデータは、前記第１工程で前記テスト露光用パターンが転写された前記物体上の複数の部分領域の撮像データの中から選択された、前記計測用パターンの像が実質的に存在しない少なくとも１つの部分領域の撮像データであることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項７】
請求項１に記載の露光条件の決定方法において、
前記テンプレートパターンデータは、前記第１工程で前記テスト露光用パターンが転写された前記物体上の複数の部分領域の撮像データの中から選択された、最も解像された前記計測用パターンの転写像が存在する確率の高い少なくとも１つの部分領域の撮像データであることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項８】
請求項７に記載の露光条件の決定方法において、
前記第３工程に先立って、前記第１工程で前記テスト露光用パターンが転写された前記物体上の複数の部分領域の撮像データの中から選択された、前記計測用パターンの像が実質的に存在しない少なくとも１つの部分領域の撮像データをテンプレートパターンデータとして、前記各撮像データとのパターンマッチングを行う第４工程を更に含むことを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項９】
請求項１に記載の露光条件の決定方法において、
前記撮像の対象は、前記感光層に形成される潜像であることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の露光条件の決定方法において、
前記感光層はフォトレジストで構成され、前記撮像の対象は、前記物体を現像して得られるレジスト像であることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の露光条件の決定方法において、
前記基準パターンは、前記現像によって前記物体上に形成される前記レジスト像が消滅しない程度の太さを有することを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の露光条件の決定方法において、
前記基準パターンは、前記計測用パターンの転写像の回転方向の検出が可能となるものであることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の露光条件の決定方法において、
前記基準パターンは、前記計測用パターンの周囲に配置された線幅の太い枠状パターンであることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の露光条件の決定方法において、
前記基準パターンは、前記計測用パターンの転写像の拡大縮小率の検出が可能となるものであることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の露光条件の決定方法において、
前記着目する露光条件は、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露光条件の決定方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の露光条件の決定方法において、
前記計測用パターンは、デューティ比１／ｎ（ｎ≠０）のライン・アンド・スペースパターン及びコンタクトホールの周期パターンのいずれかを含むことを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の露光条件の決定方法において、
前記計測用パターンは、孤立線、孤立コンタクトホールのいずれかを含むことを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項１８】
第１面上に配置されたパターンを投影光学系を介して第２面上に配置された物体上に転写するための露光条件の決定方法であって、
２つの着目する露光条件を変更しながら、表面に感光層を有する物体上の複数の部分領域の各々に前記投影光学系を介して計測用パターンを順次転写する第１工程と；
前記計測用パターンが異なる露光条件下でそれぞれ転写された前記物体上の複数の部分領域を撮像し、該複数の部分領域の撮像データの中から前記計測用パターンの像が実質的に存在しない少なくとも１つの部分領域の撮像データをテンプレートパターンデータとして選択する第２工程と；
前記選択された少なくとも１つのテンプレートパターンデータと前記各部分領域の撮像データとをパターンマッチングし、それぞれの相関値を求めるとともに、前記２つの着目する露光条件をそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の近似曲線を算出する基準として予め定めた閾値と前記相関値とを比較する第３工程と；
前記比較結果に基づいて算出された近似曲線に基づいて、前記着目する露光条件の少なくとも１つを決定する第４工程と；を含む露光条件の決定方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の露光条件の決定方法において、
前記閾値は、予めパターンマッチングによって得られた相関値の分布に基づいて決定されていることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の露光条件の決定方法において、
前記相関値の分布は、前記パターンマッチングの結果得られた前記各部分領域についての相関値を規格化することによって得られたものであることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の露光条件の決定方法において、
前記第２工程では、前記テンプレートデータとして前記条件を満足する少なくとも２つの部分領域の撮像データを選択し、
前記選択された１つのテンプレートデータを用いて前記第３工程の処理を行った際に前記近似曲線が算出不能であった場合に、前記残りのテンプレートデータの少なくとも１つを用いて前記第３工程の処理を行うことを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項２２】
請求項１８に記載の露光条件の決定方法において、
前記撮像の対象は、前記感光層に形成される潜像であることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項２３】
請求項１８に記載の露光条件の決定方法において、
前記感光層はフォトレジストで構成され、前記撮像の対象は、前記物体を現像して得られるレジスト像であることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項２４】
請求項１８に記載の露光条件の決定方法において、
前記着目する露光条件は、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露光条件の決定方法。
【請求項２５】
請求項１８に記載の露光条件の決定方法において、
前記計測用パターンは、デューティ比１／ｎ（ｎ≠０）のライン・アンド・スペースパターン及びコンタクトホールの周期パターンのいずれかを含むことを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項２６】
請求項１８に記載の露光条件の決定方法において、
前記計測用パターンは、孤立線、孤立コンタクトホールのいずれかを含むことを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項２７】
第１面上に配置されたパターンを投影光学系を介して第２面上に配置された物体上に転写するための露光条件の決定方法であって、
２つの着目する露光条件を変更しながら、表面に感光層を有する物体上の複数の部分領域の各々に前記投影光学系を介して計測用パターンを順次転写する第１工程と；
前記計測用パターンが異なる露光条件下でそれぞれ転写された前記物体上の前記複数の部分領域を撮像し、該複数の部分領域の撮像データの中から最も解像された前記計測用パターンの転写像が存在する確率が高い少なくとも１つの部分領域の撮像データを第１テンプレートパターンデータとして選択する第２工程と；
前記選択された第１テンプレートパターンデータと前記各部分領域の撮像データとをパターンマッチングし、それぞれの相関値を求めるとともに、前記２つの着目する露光条件をそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の曲線図形を算出する基準として予め定めた閾値と前記相関値とを比較する第３工程と；
前記算出された曲線図形に基づいて、前記着目する露光条件の少なくとも１つを決定する第４工程と；を含む露光条件の決定方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の露光条件の決定方法において、
前記物体上の前記複数の部分領域は、全体で１つの矩形領域を形成するように前記物体上にマトリックス状に配置され、
前記曲線図形は、前記矩形領域内に現れる山状のカーブを含む図形であり、
前記複数の部分領域の撮像に際しては、前記山状のカーブが存在すると経験上予測できる前記矩形領域の一部領域のみを撮像することを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の露光条件の決定方法において、
前記撮像対象の領域を複数に分割した分割領域毎に前記撮像を行うことを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項３０】
請求項２７に記載の露光条件の決定方法において、
前記第２工程に先立って、前記複数の部分領域の撮像データの中から前記計測用パターンの像が実質的に存在しない少なくとも１つの部分領域の撮像データを第２テンプレートパターンデータとして選択する第５工程と；
前記選択された少なくとも１つの第２テンプレートパターンデータと前記各部分領域の撮像データとをパターンマッチングし、それぞれの相関値を求めるとともに、各相関値を前記２つの着目する露光条件をそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の曲線図形を算出する基準として予め定めた閾値と比較する第６工程と；を更に含み、
前記第２工程では、前記第６工程で得られた前記曲線図形に基づいて前記最も解像された計測用パターンの転写像が存在すると推定される少なくとも１つの部分領域の撮像データを前記第１テンプレートパターンデータとして選択することを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の露光条件の決定方法において、
前記物体上の前記複数の部分領域は、全体で１つの矩形領域を形成するように前記物体上にマトリックス状に配置され、
前記第２テンプレートパターンの選択は、前記矩形領域内の少なくとも一部領域で所定の検出図形を順次移動させつつ、各移動位置毎に前記検出図形内のデータの平均値を求めることにより、各区画領域内の計測用パターンの転写像の有無の判定した結果に基づいて行われることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項３２】
請求項２７に記載の露光条件の決定方法において、
前記第３工程では、異なる複数の閾値について、前記相関値との比較を繰り返し行って、閾値毎に前記曲線図形を算出し、
前記第４工程では、前記閾値毎に算出された前記曲線図形の少なくとも２つに基づいて前記着目する露光条件の少なくとも１つを決定することを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項３３】
請求項２７に記載の露光条件の決定方法において、
前記着目する露光条件は、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露光条件の決定方法。
【請求項３４】
請求項２７に記載の露光条件の決定方法において、
前記撮像の対象は、前記感光層に形成される潜像であることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項３５】
請求項２７に記載の露光条件の決定方法において、
前記感光層はフォトレジストで構成され、前記撮像の対象は、前記物体を現像して得られるレジスト像であることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項３６】
請求項２７に記載の露光条件の決定方法において、
前記計測用パターンは、デューティ比１／ｎ（ｎ≠０）のライン・アンド・スペースパターン及びコンタクトホールの周期パターンのいずれかを含むことを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項３７】
請求項２７に記載の露光条件の決定方法において、
前記計測用パターンは、孤立線、孤立コンタクトホールのいずれかを含むことを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項３８】
第１面上に配置されたパターンを投影光学系を介して第２面上に配置された物体上に転写するための露光条件の決定方法であって、
少なくとも１つの着目する露光条件を変更しながら、表面に感光層を有する物体上の複数の部分領域の各々に前記投影光学系を介して計測用パターンを順次転写する第１工程と；
前記計測用パターンが異なる露光条件下でそれぞれ転写された前記物体上の前記複数の部分領域の各々のパターンの形成状態に関する情報を得る第２工程と；
前記第２工程で得られた各部分領域におけるパターンの形成状態に関する情報を、着目する露光条件を算出する基準として予め定められた異なる複数の閾値と繰り返し比較して、閾値の変化にかかわらず閾値に基づいて算出される前記着目する露光条件が所定の範囲内に収まる状況が所定範囲に渡って連続する区間を検出し、その区間に対応する前記着目する露光条件に基づいて最良露光条件を決定する第３工程と；を含む露光条件の決定方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の露光条件の決定方法において、
前記第２工程では、前記物体上の前記複数の部分領域の各々を撮像し、その結果得られた各撮像データを所定のテンプレートパターンデータに対してマッチングしてそれぞれの相関値を求め、
前記第３工程では、前記各相関値と前記閾値とを繰り返し比較することを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項４０】
請求項３９に記載の露光条件の決定方法において、
前記撮像の対象は、前記感光層に形成される潜像であることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項４１】
請求項３９に記載の露光条件の決定方法において、
前記感光層はフォトレジストで構成され、前記撮像の対象は、前記物体を現像して得られるレジスト像であることを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項４２】
請求項３８に記載の露光条件の決定方法において、
前記第３工程では、前記検出された区間に対応する前記着目する露光条件の平均値及び重みづけ平均値のいずれかを最良露光条件として決定することを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項４３】
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基板上に転写する露光方法であって、
請求項１に記載の露光条件の決定方法によって決定された前記着目する露光条件を考慮して露光の際の露光条件を設定する工程と；
前記設定された露光条件下で、前記マスクに形成されたパターンを前記投影光学系を介して前記基板に転写する工程と；を含む露光方法。
【請求項４４】
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基板上に転写する露光方法であって、
請求項１８に記載の露光条件の決定方法によって決定された前記着目する露光条件を考慮して露光の際の露光条件を設定する工程と；
前記設定された露光条件下で、前記マスクに形成されたパターンを前記投影光学系を介して前記基板に転写する工程と；を含む露光方法。
【請求項４５】
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基板上に転写する露光方法であって、
請求項２７に記載の露光条件の決定方法によって決定された前記着目する露光条件を考慮して露光の際の露光条件を設定する工程と；
前記設定された露光条件下で、前記マスクに形成されたパターンを前記投影光学系を介して前記基板に転写する工程と；を含む露光方法。
【請求項４６】
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基板上に転写する露光方法であって、
請求項３８に記載の露光条件の決定方法によって決定された前記着目する露光条件を考慮して露光の際の露光条件を設定する工程と；
前記設定された露光条件下で、前記マスクに形成されたパターンを前記投影光学系を介して前記基板に転写する工程と；を含む露光方法。
【請求項４７】
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４３〜４６のいずれか一項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。
【請求項４８】
マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置の露光条件をコンピュータに決定させるためのプログラムであって、
少なくとも１つの着目する露光条件を変更しながら、表面に感光層を有する物体上の複数の部分領域の各々に前記投影光学系を介して計測用パターンを順次転写する手順と；
前記物体上の前記複数の部分領域の各々に異なる露光条件下で転写された前記転写像を撮像し、各部分領域の撮像データと所定のテンプレートパターンデータとを用いてパターンマッチングを行う手順と；
前記パターンマッチングの結果に基づき、前記着目する露光条件の少なくとも１つを決定する手順と；を前記コンピュータに実行させるプログラム。
【請求項４９】
請求項４８に記載のプログラムが記録されたコンピュータによる読み取りが可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、露光条件の決定方法、露光方法、デバイス製造方法及び記録媒体に係り、更に詳しくは、マスクに形成されたパターンを基板へ転写する際の露光条件の決定方法、該露光条件の決定方法によって決定された露光条件下で露光を行う露光方法、該露光方法を利用したデバイスの製造方法、及び前記露光条件の決定プログラムを記録した記録媒体に関する。
背景技術
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投影露光装置が、比較的多く用いられている。
この種の露光装置による露光では、ウエハ上の被露光領域に照射される露光光のエネルギ量（露光ドーズ量）や、露光時においてウエハ上に転写されるべきレチクルのパターンの像面とウエハ上の被露光領域との位置関係、すなわちウエハ上の被露光領域のフォーカス誤差によって、ウエハに転写されたパターンの形状が変化することが知られている。すなわち、露光ドーズ量が少ない場合にはウエハ上の露光したい領域が十分に露光されず、露光ドーズ量が多い場合にはウエハ上の露光したくない領域まで露光されてしまう。また、ウエハ上の被露光領域の投影光学系の光軸方向に関する位置が、投影光学系による前記パターンの像面の焦点深度内に収まっていない場合、すなわちフォーカス誤差がある場合には、ウエハ上の被露光領域に形成されるレチクルパターン像はぼけたものとなってしまい、パターンの忠実な縮小像をウエハ上へ転写することができない。従って、パターンの忠実な縮小像をウエハに転写するにあたっては、露光ドーズ量とウエハの光軸方向位置（以下、適宜「フォーカス位置」と呼ぶ）とを最適化して露光を行うことが必要となる。
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、投影光学系の結像性能を向上させることが必要である。そのため、投影光学系の結像特性を正確に計測し、評価することが重要となっている。
投影光学系の結像特性、例えば像面（最良結像面）の正確な計測は、それぞれの計測点におけるベストフォーカス位置を正確に計測できることが前提となる。
上述した最適露光条件の検出や、ベストフォーカス位置の検出を同時に行う方法として、所定のレチクルパターン（例えば、ライン・アンド・スペースのパターン等）をテストパターンとして、このテストパターンを様々な露光ドーズ量で様々なウエハのフォーカス位置でテスト用ウエハにテスト露光し、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）の形成状態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて目視にて判断する方法が知られている。すなわち、目視によって最良の転写状態と判断されたレジスト像を形成するためのテスト露光を行った露光ドーズ量をベスト露光ドーズ量としたり、そのときのウエハの投影光学系の光軸方向に関する位置をベストフォーカス位置としたりしていた。あるいは、目視によって転写パターンの有無を判定し、転写パターン有りと判断された露光ドーズ量範囲の中点及びウエハのフォーカス位置範囲の中点をベスト露光ドーズ及びベストフォーカス位置としていた。
しかし、上述した従来の露光条件の決定方法では、テスト露光の結果を目視で判断しているので、テスト露光条件を大まかに設定した場合には、テスト露光の内から最良転写状態を見出したり、転写パターンの有無を判断したりすることは容易であるが、最良露光条件を精度良く求めることはできなかった。一方、テスト露光条件を細かく設定した場合には、まずテスト露光にかかる時間が長くなるとともに、最良露光条件の候補が多数となることが予想され、あるいは転写パターンの有無の境界の判断が困難となるため、安定して、かつ精度良く最良露光条件を判断することは困難であった。
かかる背景の下、上述の目視による露光条件の決定方法の有する不都合を改善すべく、テスト露光によってパターンが転写されたウエハを現像し、現像後にウエハ上に形成される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露光条件を決定する発明が、例えば特開平１１−２３３４３４号公報などに開示されている。
しかしながら、その後パターン線幅が微細化し、そのような微細パターンをテストパターンとした場合に、単にパターンマッチングを採用したのみでは、テンプレートパターンの種類によっては、露光条件の決定に至るまでに長時間を要すること、テンプレートパターンの種類によっては、必ずしも真の最良露光条件の決定が困難であること、さらにはパターンマッチングの結果得られる相関係数と所定の閾値とを比較する場合が比較的多いが、この閾値を適切に設定するには熟練を要することなど、改善の余地があることが判明した。
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、安定して、かつ精度良く最良露光条件を求めることができる露光条件の決定方法を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、最良露光条件による高精度な露光を確実に実現できる露光方法を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、高集積度のデバイスを生産性良く製造する方法を提供することにある。
また、本発明の第４の目的は、露光装置における露光条件の決定プロセスの自動化を実現するプログラム及び該プログラムが記録された記録媒体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面上に配置されたパターンを投影光学系を介して第２面上に配置された物体上に転写するための露光条件の決定方法であって、少なくとも１つの着目する露光条件を変更しながら、所定の計測用パターンと表面に感光層を有する物体上で前記計測用パターンに比べて線幅が太く形成される基準パターンとを含むテスト露光用パターンを、前記投影光学系を介して前記物体上の複数の部分領域の各々に順次転写する第１工程と；前記テスト露光用パターンが異なる露光条件下で転写された前記物体上の前記複数の部分領域を撮像し、各部分領域の撮像データと、前記基準パターンに応じた画像データを含む所定のテンプレートパターンデータとを用いてパターンマッチングを行う第２工程と；前記パターンマッチングの結果に基づき、前記着目する露光条件の少なくとも１つを決定する第３工程と；を含む第１の露光条件の決定方法である。
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を含む広義の露光条件を意味する。
これによれば、まず、少なくとも１つの着目する露光条件を変更しながら、所定の計測用パターンと表面に感光層を有する物体上で前記計測用パターンに比べて線幅が太く形成される基準パターンとを含むテスト露光用パターンを、投影光学系を介して前記物体上の複数の部分領域の各々に順次転写する（第１工程）。この結果、少なくとも１つの着目する露光条件が相互に異なる露光（テスト露光）が、表面に感光層を有する物体上の部分領域毎に行われ、各部分領域に異なる露光条件下で計測用パターン及び基準パターンを含むテスト露光用パターンがそれぞれ転写される。
次に、前記テスト露光用パターンが異なる露光条件下で転写された物体上の複数の部分領域を撮像し、各部分領域の撮像データと、前記基準パターンに応じた画像データを含む所定のテンプレートパターンデータとを用いてパターンマッチングを行う（第２工程）。この場合、基準パターンとしては、表面に感光層を有する物体上で計測用パターンに比べて線幅が太く形成されるパターンが用いられているので、例えば露光エネルギ量が必要以上に高く計測用パターンの像が消失するようなオーバードーズ時にも基準パターンは消失することがない。ここで、「基準パターンが、表面に感光層を有する物体上で計測用パターンに比べて線幅が太く形成される」とは、基準パターンが例えばマスク上に形成される場合に、マスク上において基準パターンの線幅が計測用パターンの線幅より太い（物理的な意味で）結果、物体上に形成された基準パターンの転写像の線幅が計測用パターンの転写像の線幅より太くなる場合の他、露光条件の決定に当たっての露光エネルギ量の可変範囲において、物体表面の感光層に、計測用パターンの転写像が形成されないような場合であっても基準パターンの転写像が形成されるような場合をも含む。すなわち、ここに言う「線幅が太い」とは、通常の物理的な意味における太いのみでなく、「無い」に対する「有る」をも含む。従って、基準パターンは、マスク上で、太さを有する線状パターンに限らず、後に基準と成り得る何らかの転写像が上記感光層に形成されるものであれば、その形状を問わない。従って、マスク上の計測用パターンが形成される部分的な領域の境界線を基準パターンとすることも可能である。
また、基準パターンは、計測用パターンとの位置関係が既知であるから、各撮像データ中の基準パターンの転写像のデータとテンプレートパターンデータに含まれる基準パターンに応じた画像データとを基準とすることにより、物体上の複数の部分領域それぞれに形成された転写像の撮像データとテンプレートパターンデータとを容易にマッチングさせることができ、これにより、マッチング度（両者の相関度）を各部分領域について求めることができるとともに、テンプレートマッチングに要する時間の短縮が可能となる。この場合、目視といった官能的な手法ではなく、パターンマッチングという客観的かつ定量的な手法によって、部分領域毎にパターンの転写状態を求める。
そして、部分領域毎に客観的かつ定量的に求められたパターンマッチングの結果に基づいて、着目する露光条件の少なくとも１つを決定する（第３工程）。
従って、本発明の第１の露光条件の決定方法によれば、テスト露光条件をむやみに細かくすることなく、安定して、かつ精度良く、しかも迅速に着目する露光条件を求めることができる。
この場合において、前記第１工程では、２つの着目する露光条件を変更しながら、前記転写を行い、前記第２工程では、前記パターンマッチングの結果として前記テンプレートパターンデータと前記各部分領域の撮像データとの相関値をそれぞれ求め、前記第３工程では、前記２つの着目する露光条件をそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の曲線図形を算出する基準として予め定めた閾値と前記相関値とを比較し、その比較の結果に基づいて算出された前記曲線図形に基づいて、前記着目する露光条件の少なくとも１つを決定することとしても良い。かかる場合には、テンプレートパターンデータと各部分領域の撮像データとをパターンマッチングし、それぞれの相関値（マッチング度を示す値）を求める。そして、２つの着目する露光条件をそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の曲線図形を算出する基準として予め定めた閾値と前記相関値とを比較し、その比較の結果に基づいて部分領域の相関値の分布マップ上において前記閾値を基準として相関値の大小の境を示す輪郭図形に対応する曲線図形を算出し、その算出した曲線図形に基づいて、着目する露光条件の少なくとも１つを決定する。従って、その露光条件を、安定して、かつ精度良く、しかも迅速に決定することができる。
この場合において、前記曲線図形は、近似曲線であることとすることができる。かかる場合には、テンプレートパターンデータと各部分領域の撮像データとをパターンマッチングし、それぞれの相関値を求めるとともに、２つの着目する露光条件をそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の近似曲線を算出する基準として予め定めた閾値と前記相関値とを比較し、その比較の結果に基づいて複数の境界点を求め、それらの境界点をカーブフィットして近似曲線を算出する。そして、その算出された近似曲線に基づいて、例えばその近似曲線のピーク点（ボトム点）、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着目する露光条件の少なくとも１つを求めることが可能となる。
本発明の第１の露光条件の決定方法では、前述の２次元座標系上の曲線図形に基づいて、着目する露光条件の少なくとも１つを決定する場合に、前記物体上の前記複数の部分領域は、全体で１つの矩形領域を形成するように前記物体上にマトリックス状に配置され、前記曲線図形は、前記矩形領域内に現れる山状のカーブを含む図形であり、前記複数の部分領域の撮像に際しては、前記山状のカーブが存在すると経験上予測できる前記矩形領域の一部領域のみを撮像することとすることができる。
この場合において、前記撮像対象の領域を複数に分割した分割領域毎に前記撮像を行うこととすることができる。
本発明の第１の露光条件の決定方法では、テンプレートパターンデータとしては、種々のデータを用いることができる。テンプレートパターンデータは、例えばテスト露光用パターンと投影光学系の投影倍率とに基づいて算出されたパターンデータであっても良いし、あるいは前記テンプレートパターンデータは、前記第１工程で前記テスト露光用パターンが転写された前記物体上の部分領域の撮像データの中から選択された、前記計測用パターンの像が実質的に存在しない少なくとも１つの部分領域の撮像データであることとしても良い。かかる場合には、撮像データの中から計測用パターンの像が実質的に存在しない少なくとも１つの部分領域の撮像データ（以下、適宜「白パターンのデータ」と呼ぶ）がテンプレートパターンデータとして選択されているので、計測用パターンの転写像が消滅する境界付近の検出精度が非常に高くなる。また、この場合、閾値を高く設定しても特に問題はないため、結果的に誤認識が殆どなくなり、理想的なパターン検出が可能となる。
本発明の第１の露光条件の決定方法では、前記テンプレートパターンデータは、前記第１工程で前記テスト露光用パターンが転写された前記物体上の部分領域の撮像データの中から選択された、最も解像された前記計測用パターンの転写像が存在する確率の高い少なくとも１つの部分領域の撮像データ（以下、適宜「黒パターンのデータ」と呼ぶ）であることとしても良い。
この場合において、前記第３工程に先立って、前記第１工程で前記テスト露光用パターンが転写された前記物体上の部分領域の撮像データの中から選択された、前記計測用パターンの像が実質的に存在しない少なくとも１つの部分領域の撮像データをテンプレートパターンデータとして、前記各撮像データとのパターンマッチングを行う第４工程を更に含むこととすることができる。かかる場合には、白パターンのデータをテンプレートパターンデータとして各撮像データのパターンマッチングを行い、計測用パターンの転写像が消滅する境界付近を精度良く検出する。そして、その結果に基づいて境界線の輪郭から最も解像された計測用パターンの転写像が存在する確率の高い部分領域を確実に検出してその部分領域の中から選択した任意の部分領域の撮像データ（黒パターンのデータ）をテンプレートパターンデータとすることにより、確実に所望の条件のテンプレートパターンデータを選択することが可能になる。
本発明の第１の露光条件の決定方法では、感光層がフォトレジストで構成される場合には、基準パターンとしては種々のパターンを用いることができ、例えば前記基準パターンは、前記現像によって前記物体上に形成されるレジスト像が消滅しない程度の太さを有することとすることができる。すなわち、基準パターンの太さを、レジストの特性と露光条件とを考慮して、物体上にレジスト像が残る程度の太さとすれば良い。
本発明の第１の露光条件決定方法では、前記基準パターンは、前記計測用パターンの転写像の回転方向の検出が可能となるものであることとすることができる。かかる場合には、パターンマッチング時に物体上の転写像が基準状態、例えば初期状態から回転しているような場合であっても、その転写像の撮像データとテンプレートパターンデータとのマッチングを迅速に行うことが可能になる。
この場合において、前記基準パターンは、前記計測用パターンの周囲に配置された線幅の太い枠状パターンであることとすることができる。
本発明の第１の露光条件の決定方法では、基準パターンは、転写像の撮像データに基づいて前記計測用パターン像の回転のみならずその拡大縮小率（倍率）をも検出できるものであっても良い。
本発明は、第２の観点からすると、第１面上に配置されたパターンを投影光学系を介して第２面上に配置された物体上に転写するための露光条件の決定方法であって、２つの着目する露光条件を変更しながら、表面に感光層を有する物体上の複数の部分領域の各々に前記投影光学系を介して計測用パターンを順次転写する第１工程と；前記計測用パターンが異なる露光条件下でそれぞれ転写された前記物体上の複数の部分領域を撮像し、該複数の部分領域の撮像データの中から前記計測用パターンの像が実質的に存在しない少なくとも１つの部分領域の撮像データをテンプレートパターンデータとして選択する第２工程と；前記選択されたテンプレートパターンデータと前記各撮像データとをパターンマッチングし、それぞれの相関値を求めるとともに、前記２つの着目する露光条件をそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の近似曲線を算出する基準として予め定めた閾値と前記相関値とを比較する第３工程と；前記比較結果に基づいて算出された近似曲線に基づいて、前記着目する露光条件の少なくとも１つを決定する第４工程と；を含む第２の露光条件の決定方法である。
これによれば、まず、２つの着目する露光条件を変更しながら、表面に感光層を有する物体上の複数の部分領域の各々に投影光学系を介して計測用パターンを順次転写する（第１工程）。この結果、少なくとも１つの着目する露光条件が相互に異なる露光（テスト露光）が、１つの物体上の部分領域毎に行われ、各部分領域に異なる露光条件での計測用パターンの転写像がそれぞれ形成される。
次に、上記のテスト露光により計測用パターンが異なる露光条件下で転写された物体上の複数の部分領域を撮像し、該複数の部分領域の撮像データの中から計測用パターンの像（転写像）が実質的に存在しない少なくとも１つの部分領域の撮像データをテンプレートパターンデータとして選択する（第２工程）。
次いで、その選択されたテンプレートパターンデータ（白パターンのデータ）と各部分領域の撮像データとをパターンマッチングし、それぞれの相関値を求めるとともに、前記２つの着目する露光条件をそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の近似曲線を算出する基準として予め定めた閾値と前記相関値とを比較し、その比較の結果に基づいて複数の境界点を求め、それらの境界点をカーブフィットして近似曲線を算出する（第３工程）。ここで、テンプレートパターンデータとして白パターンのデータが選択されているので、計測用パターンの転写像が消滅する境界付近の検出精度が非常に高くなる。また、この場合、閾値を高く設定しても特に問題はないため、結果的に誤認識が殆どなくなり、理想的なパターン検出が可能となる。
そして、上記の比較の結果に基づいて算出された近似曲線に基づいて、例えばその近似曲線のピーク点（ボトム点）、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着目する露光条件を求める（第４工程）。
従って、本発明の第２の露光条件決定方法によれば、安定して、かつ精度良く着目する露光条件を求めることができる。
この場合において、前記閾値は、予めパターンマッチングによって得られた相関値の分布に基づいて決定されていても良い。
この場合において、前記相関値の分布は、前記パターンマッチングの結果得られた前記各部分領域についての相関値を規格化することによって得られたものであることとすることができる。
白パターンのデータをテンプレートパターンデータとする場合、閾値を適切に決定するのは容易でないが、これらの方法によれば、閾値を容易かつ適切に決定することができる。
本発明の第２の露光条件の決定方法において、前記第２工程では、前記テンプレートデータとして前記条件を満足する少なくとも２つの部分領域の撮像データを選択し、前記選択された１つのテンプレートデータを用いて前記第３工程の処理を行った際に前記近似曲線が算出不能であった場合に、前記残りのテンプレートデータの少なくとも１つを用いて前記第３工程の処理を行う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面上に配置されたパターンを投影光学系を介して第２面上に配置された物体上に転写するための露光条件の決定方法であって、２つの着目する露光条件を変更しながら、表面に感光層を有する物体上の複数の部分領域の各々に前記投影光学系を介して計測用パターンを順次転写する第１工程と；前記計測用パターンが異なる露光条件下でそれぞれ転写された前記物体上の前記複数の部分領域を撮像し、該複数の部分領域の撮像データの中から最も解像された前記計測用パターンの転写像が存在する確率が高い少なくとも１つの部分領域の撮像データを第１テンプレートパターンデータとして選択する第２工程と；前記選択された第１テンプレートパターンデータと前記各部分領域の撮像データとをパターンマッチングし、それぞれの相関値を求めるとともに、前記２つの着目する露光条件をそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の曲線図形を算出する基準として予め定めた閾値と前記相関値とを比較する第３工程と；前記算出された曲線図形に基づいて、前記着目する露光条件の少なくとも１つを決定する第４工程と；を含む第３の露光条件の決定方法である。
これによれば、まず、２つの着目する露光条件を変更しながら、表面に感光層を有する物体上の複数の部分領域の各々に投影光学系を介して計測用パターンを順次転写する（第１工程）。この結果、少なくとも１つの着目する露光条件が相互に異なる露光（テスト露光）が、表面に感光層を有する物体上の部分領域毎に行われ、各部分領域に異なる露光条件下で計測用パターンがそれぞれ転写される。
次に、上記のテスト露光により異なる露光条件下で計測用パターンが転写された物体上の複数の部分領域を撮像し、該複数の部分領域の撮像データの中から最も解像された計測用パターンの転写像が存在する確率が高い少なくとも１つの部分領域の撮像データを第１テンプレートパターンデータとして選択する（第２工程）。
次いで、その選択された第１テンプレートパターンデータ（黒パターンのデータ）と各部分領域の撮像データとをパターンマッチングし、それぞれの相関値を求めるとともに、２つの着目する露光条件をそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の曲線図形を算出する基準として予め定めた閾値と前記相関値とを比較し、その比較の結果に基づいて前記曲線図形を算出する（第３工程）。
そして、算出された曲線図形に基づいて、着目する露光条件の少なくとも１つを求める（第４工程）。
従って、本発明の第３の露光条件の決定方法によれば、目視という主観的な要因を排除して、安定して、かつ精度良く着目する露光条件を求めることができる。
この場合において、前記物体上の前記複数の部分領域は、全体で１つの矩形領域を形成するように前記物体上にマトリックス状に配置されている場合、前記曲線図形は、前記矩形領域内に現れる山状のカーブを含む図形であり、前記複数の部分領域の撮像に際しては、前記山状のカーブが存在すると経験上予測できる前記矩形領域の一部領域のみを撮像することとすることができる。
この場合において、前記撮像対象の領域を複数に分割した分割領域毎に前記撮像を行うこととすることができる。
本発明の第３の露光条件の決定方法では、前記第２工程に先立って、前記複数の部分領域の撮像データの中から前記計測用パターンの像が実質的に存在しない少なくとも１つの部分領域の撮像データを第２テンプレートパターンデータとして選択する第５工程と；前記選択された第２テンプレートパターンデータと前記各部分領域の撮像データとをパターンマッチングし、それぞれの相関値を求めるとともに、各相関値を前記２つの着目する露光条件をそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の曲線図形を算出する基準として予め定めた閾値と比較する第６工程と；を更に含み、前記第２工程では、前記第６工程で得られた前記曲線図形に基づいて前記最も解像された計測用パターンの転写像が存在すると推定される少なくとも１つの部分領域の撮像データを前記第１テンプレートパターンデータとして選択することとすることができる。
かかる場合には、白パターンのデータを第２テンプレートパターンデータとして各部分領域の撮像データとのパターンマッチングを行い、計測用パターンの転写像が消滅する境界付近を精度良く検出する。そして、その結果に基づいて境界線の輪郭から最も鮮明な像が存在する確率の高い部分領域を確実に検出してその部分領域の中から選択した任意の部分領域の撮像データを第１テンプレートパターンデータとすることにより、確実に所望の条件を満たす第１テンプレートパターンデータを選択することが可能になる。
この場合において、前記物体上の前記複数の部分領域は、全体で１つの矩形領域を形成するように前記物体上にマトリックス状に配置される場合、前記第２テンプレートパターンの選択は、前記矩形領域内の少なくとも一部領域で所定の検出図形を順次移動させつつ、各移動位置毎に前記検出図形内のデータの平均値を求めることにより、各区画領域内の計測用パターンの転写像の有無を判定した結果に基づいて行われることとすることができる。
本発明の第３の露光条件の決定方法では、前記第３工程では、異なる複数の閾値について、前記相関値との比較を繰り返し行って、閾値毎に前記曲線図形を算出し、前記第４工程では、前記閾値毎に算出された前記曲線図形の少なくとも２つに基づいて前記着目する露光条件の少なくとも１つを決定することとすることができる。
上述の本発明の第１ないし第３の露光条件の決定方法では、いずれも、前記撮像の対象は、前記感光層に形成される潜像であることとすることができる。あるいは、前記感光層がフォトレジストで構成される場合には、前記撮像の対象は、前記物体を現像して得られるレジスト像であることとすることもできる。ここで、感光層は、フォトレジストに限らず、光記録層、光磁気記録層などを含み、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基板をも含む。
また、本発明の第１ないし第３の露光条件の決定方法では、いずれも、着目する露光条件としては種々のものが考えられるが、前記着目する露光条件は、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。かかる場合には、目視という主観的な要因を排除して、ベストフォーカス位置及び像面におけるベスト露光ドーズ量の少なくとも一方を、安定して、かつ精度良く決定することができる。
さらに、本発明の第１ないし第３の露光条件の決定方法では、いずれも、計測用パターンとしては種々のパターンを用いることができる。例えば、前記計測用パターンは、デューティ比（ライン部とスペース部との幅の比）１／ｎ（ｎ≠０）のライン・アンド・スペースパターン及びコンタクトホールの周期パターンのいずれかを含むことととしても良いし、あるいは前記計測用パターンは、孤立線、孤立コンタクトホールのいずれかを含むこととしても良い。前者の場合、周期パターンが孤立パターンと見做されるデューティ比１／ｎは、一例として１／３が境界となる。
また、本発明の第１ないし第３の露光条件の決定方法では、いずれも、物体上の複数の部分領域の撮像に際しては、例えば前述の山状のカーブ、あるいは近似曲線のピーク点となる境界点が存在すると経験上予測できる矩形領域の一部領域のみを撮像しても良いが、これに限らず、撮像の結果得られた複数の部分領域の撮像データのうちの一部の部分領域の撮像データのみを使用しても良く、あるいは一部の部分領域についてのみ前述の相関値を求めても良い。いずれにしても処理時間の短縮が可能である。
本発明は、第４の観点からすると、第１面上に配置されたパターンを投影光学系を介して第２面上に配置された物体上に転写するための露光条件の決定方法であって、少なくとも１つの着目する露光条件を変更しながら、表面に感光層を有する物体上の複数の部分領域の各々に前記投影光学系を介して計測用パターンを順次転写する第１工程と；前記計測用パターンが異なる露光条件下でそれぞれ転写された前記物体上の前記複数の部分領域の各々のパターンの形成状態に関する情報を得る第２工程と；前記第２工程で得られた各部分領域におけるパターンの形成状態に関する情報を、着目する露光条件を算出する基準として予め定められた異なる複数の閾値と繰り返し比較して、閾値の変化にかかわらず閾値に基づいて算出される前記着目する露光条件が所定の範囲内に収まる状況が所定範囲に渡って連続する区間を検出し、その区間に対応する前記着目する露光条件に基づいて最良露光条件を決定する第３工程と；を含む第４の露光条件の決定方法である。
これによれば、まず、少なくとも１つの露光条件を変更しながら、表面に感光層を有する物体上の複数の部分領域の各々に投影光学系を介して計測用パターンを順次転写する（第１工程）。この結果、少なくとも１つの着目する露光条件が相互に異なる露光（テスト露光）が、表面に感光層を有する物体上の部分領域毎に行われ、各部分領域に異なる露光条件下で計測用パターンがそれぞれ転写される。
次に、上記のテスト露光により異なる露光条件下で計測用パターンが転写された物体上の複数の部分領域の各々のパターンの形成状態に関する情報を得る（第２工程）。ここで、パターンの形成状態に関する情報は、部分領域の検出方法によって定まる。すなわち、例えば、部分領域を撮像する場合には、その撮像データ、あるいは撮像データを用いて何らかの処理をして得た情報となり、例えば、部分領域に対してレーザ光を走査し、その反射光、散乱光を検出する場合には、それらの光の強度信号、あるいはその強度信号に何らかの信号処理を施した信号等となる。また、周波数の僅かに異なるレーザ光を部分領域に照射して、部分領域から発生する回折光の干渉光を検出するいわゆるヘテロダイン検出方式を採用する場合には、位相情報あるいはその位相情報を用いて何らかの処理をして得た情報となる。その他の検出方式を採用した場合には、その検出方式に応じた情報となる。
そして、第２工程で得られた各部分領域におけるパターンの形成状態に関する情報を、着目する露光条件を算出する基準として予め定められた異なる複数の閾値と繰り返し比較して、閾値の変化にかかわらず閾値に基づいて算出される前記着目する露光条件が所定の範囲内に収まる状況が所定範囲に渡って連続する区間を検出し、その区間に対応する前記着目する露光条件に基づいて最良露光条件を決定する（第３工程）。すなわち、各部分領域におけるパターンの形成状態に関する情報と、複数の閾値とを繰り返し比較するという処理と、その結果露光条件が所定の範囲内に収まる状況が所定範囲に渡って連続する区間を検出するという処理とによって、容易かつ確実に最良露光条件を決定することができるので、閾値の決定の困難さを解消することができる。
この場合において、前記第２工程では、前記物体上の前記複数の部分領域の各々を撮像し、その結果得られた各撮像データを所定のテンプレートパターンデータに対してマッチングしてそれぞれの相関値を求め、前記第３工程では、前記各相関値と前記閾値とを繰り返し比較することとしても良い。
この場合において、前記撮像の対象は、前記感光層に形成される潜像であることとすることができる。あるいは、前記感光層がフォトレジストで構成される場合には、前記撮像の対象は、前記物体を現像して得られるレジスト像であることとすることもできる。ここで、感光層は、フォトレジストに限らず、光記録層、光磁気記録層などを含み、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基板をも含む。
本発明の第４の露光条件の決定方法では、第３工程における最良露光条件の決定方法としては、例えば検出された区間の中央の閾値に対応する露光条件を最良露光条件として決定するなど種々の方法が考えられるが、例えば、前記第３工程では、前記検出された区間に対応する前記着目する露光条件の平均値及び重みづけ平均値のいずれかを最良露光条件として決定することとしても良い。
本発明は、第５の観点からすると、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基板上に転写する露光方法であって、本発明の第１ないし第４の露光条件の決定方法のうちのいずれかによって決定された前記着目する露光条件を考慮して露光の際の露光条件を設定する工程と；前記設定された露光条件下で、前記マスクに形成されたパターンを前記投影光学系を介して前記基板に転写する工程と；を含む露光方法である。
これによれば、本発明の第１ないし第４の露光条件の決定方法のうちのいずれかによって決定された前記着目する露光条件を考慮して露光の際の露光条件が設定され、その露光条件（少なくとも決定された着目する露光条件は最良露光条件となっている）の下で、露光用のエネルギビームをマスクに照射し、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写するので、微細パターンを基板上に高精度に転写することができる。
また、リソグラフィ工程において、本発明の露光方法を用いて露光を行うことにより、基板上にパターンを精度良く形成することができ、これにより、より高集積度のマイクロデバイスを生産性（歩留まりを含む）良く製造することができる。従って、本発明は、別の観点からは、本発明の露光方法を用いるデバイス製造方法であると言える。
また、少なくとも１つの着目する露光条件を変更しながら、表面に感光層を有する物体上の複数の部分領域の各々に前記投影光学系を介して計測用パターンを順次転写する手順と；前記物体上の前記複数の部分領域の各々に異なる露光条件下で転写された前記転写像を撮像し、各撮像データと所定のテンプレートパターンデータとを用いてパターンマッチングを行う手順と；前記パターンマッチングの結果に基づき、前記着目する露光条件の少なくとも１つを決定する手順と：を、露光装置の制御用コンピュータに実行させることにより、前述の本発明の露光条件の決定方法が実現され、露光装置の露光条件の決定を自動化することができる。従って、本発明は、更に別の観点からすると、そのような手順をコンピュータに実行させるプログラム、あるいは該プログラムが記録されたコンピュータによる読み取りが可能な記録媒体であると言える。
なお、上記の露光条件の決定を自動化するに際しては、撮像装置として、露光装置に備えた画像処理方式のアライメント検出系を用いることができる。
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１２Ｂに基づいて説明する。
図１には、本発明に係る露光条件決定方法及び露光方法を実施するのに好適な第１の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・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）である。
この露光装置１００は、エネルギビームとしての露光用照明光を射出する照明系１０、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、投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハＷを保持してＸＹ平面内をＸＹ２次元方向に移動する基板テーブル１８を有するステージ装置１４、及びこれらの制御系等を備えている。この制御系には、主制御装置２０及び記憶装置２９等が含まれている。
前記照明系１０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としてのフライアイレンズ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、レチクルブラインド８等を備えている。
ここで、この照明系１０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）、ＡｒＦエキシマレーザ（発振波長１９３ｎｍ）あるいはＦ２レーザ（発振波長１５７ｎｍ）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の入射端に接続されている。なお、光源１として、金属蒸気レーザあるいはＹＡＧレーザの高調波発生装置等のパルス光源や、超高圧水銀ランプ等を用いることも可能である。
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。
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１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２０によって制御される。
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、「パルス照明光ＩＬ」と呼ぶものとする。なお、フライアイレンズ４に代えて、オプティカルインテグレータとしてロッド型（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ても良い。
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１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２０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パルス照明光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光学素子（回折光学素子など）、照明光学系の光軸に沿って可動な光学素子（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との間に配置しても良い。
照明系開口絞り板５後方のパルス照明光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、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。
レチクルブラインド８は、レチクルＲのパターン面に対する共役面に配置され、例えば２枚のＬ字型の可動ブレード、あるいは上下左右に配置された４枚の可動ブレードから成り、可動ブレード同士で囲まれて形成される開口がレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲ（この照明用域ＩＡＲは、通常は、レチクルＲのパターン領域より僅かに大きい矩形状の領域である）を規定する。この場合、各可動ブレードの位置を調整することにより、開口の形状を任意の矩形状に設定することが可能である。各可動ブレードは、例えばレチクルＲのパターン領域の形状に併せて不図示のブラインド駆動装置を介して主制御装置２０によって駆動制御されるようになっている。
リレー光学系を構成する第２リレーレンズ７Ｂ後方のパルス照明光ＩＬの光路上には、当該第２リレーレンズ７Ｂを通過したパルス照明光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。
このようにして構成された照明系１０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の射出側焦点面に多数の点光源（光源像）より成る面光源、すなわち２次光源が形成される。この２次光源から射出されたパルス照明光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を透過した露光光としてのパルス照明光ＩＬは、第１リレーレンズ７Ａを経てレチクルブラインド８の矩形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（例えば正方形）の照明領域ＩＡＲを均一な照度分布で照明する。
一方、ビームスプリッタ６で反射されたパルス照明光ＩＬ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ＤＳとして主制御装置２０に供給される。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ＤＳと、ウエハＷの表面上でのパルス照明光ＩＬの照度（露光量）との相関係数は予め求められて、主制御装置２０に併設された記憶装置２９内に記憶されている。
図１に戻り、前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが、例えば静電吸着あるいは真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの位置決めのため、少なくとも照明光学系の光軸ＩＸ（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直な平面内で２次元的に（Ｘ軸方向及びこれに直交するＹ軸方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）に）微少駆動可能に構成されている。
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）２２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のステージ移動面内の位置はレチクル干渉計２２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２２として示されている。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Ｘ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Ｘ干渉計の計測値に基づきレチクルステージＲＳＴのＸ位置に加え、θｚ回転（ヨーイング）も計測でき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前述の反射面を形成しても良い。
前記レチクル干渉計２２からのレチクルステージＲＳＴの位置情報はステージ制御系１９及びこれを介して主制御装置２０に送られ、ステージ制御系１９では主制御装置２０からの指示に応じてレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクル駆動部（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
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ＡＸ（照明光学系の光軸ＩＸに一致）の方向が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ＡＸを有する複数枚のレンズエレメント６０ａ、６０ｂ、……のみから成る屈折光学系が用いられている。この投影光学系ＰＬの投影倍率は、例えば１／５（あるいは１／４）などとされている。このため、照明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲの回路パターンの縮小像が表面にフォトレジストが塗布されたウエハＷ上に形成される。
前記レンズエレメントのうち、レチクルステージＲＳＴに最も近い一番上のレンズエレメント６０ａは、リング状の支持部材６２により保持され、この支持部材６２は、伸縮可能な駆動素子、例えばピエゾ素子６４ａ，６４ｂ，６４ｃ（紙面奥側の駆動素子６４ｃは図示せず）によって、３点支持されるとともに鏡筒部６６と連結されている。上記の駆動素子６４ａ，６４ｂ，６４ｃによって、レンズエレメント６０ａの周辺３点を独立に、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に移動させることができるようになっている。すなわち、レンズエレメント６０ａを駆動素子６４ａ，６４ｂ，６４ｃの変位量に応じて光軸ＡＸに沿って平行移動させることができるとともに、光軸ＡＸと垂直な平面（ＸＹ平面）に対して任意に傾斜させることもできる。そして、これらの駆動素子６４ａ，６４ｂ，６４ｃに与えられる電圧が、主制御装置２０からの指令に基づいて結像特性補正コントローラ６８によって制御され、これによって駆動素子６４ａ，６４ｂ，６４ｃの変位量が制御されるようになっている。なお、図１中、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸは鏡筒部６６に固定されているレンズエレメント６０ｂその他のレンズエレメント（図示省略）の光軸に一致している。
また、本実施形態においては、投影光学系ＰＬの光軸方向中央部近傍の特定のレンズエレメント相互間には密封室６９が形成されており、この密封室６９の内圧が不図示の圧力調整機構（例えばベローズポンプ等）によって調整されるようになっている。この圧力調整機構も主制御装置２０からの指令に基づいて結像特性補正コントローラ６８によって制御され、これによって密封室６９の内圧が調整されるようになっている。
ここで、レンズエレメント６０ａの光軸ＡＸ方向の移動や傾斜により投影光学系ＰＬの倍率を変更したり、ディストーションや投影光学系ＰＬの結像面（フォーカス位置など）を変更したりできる。また、投影光学系ＰＬ内部の密封室６９の内圧を変化させることにより倍率や投影光学系ＰＬの結像面を変更できる。また、図示は省略されているが、投影光学系ＰＬでレンズエレメント６０ａを含む複数のレンズエレメントが可動となっており、投影光学系ＰＬの倍率、ディストーション、コマ収差、及び像面湾曲などを調整可能であるとともに、光源１の発振波長を変化させて投影光学系ＰＬの結像特性を調整可能となっている。
なお、投影光学系ＰＬの結像特性（例えば、フォーカス位置、倍率、及び収差（ディストーションなど）の少なくとも１つ）を調整する機構は本実施形態の構成に限られるものではなく任意で良いし、例えば圧力調整機構を設けることなくレンズエレメントの駆動機構のみでも良い。
前記ステージ装置１４は、不図示のベース上をＹ軸方向（図１における左右方向）に往復移動可能なＹステージ１６と、このＹステージ１６上をＹ軸方向と直交するＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に往復移動可能なＸステージ１２と、このＸステージ１２上に設けられた基板テーブル１８とを有している。また、基板テーブル１８上に、ウエハホルダ２５が載置され、このウエハホルダ２５によって基板としてのウエハＷが静電吸着あるいは真空吸着によって保持されている。
基板テーブル１８は、Ｘステージ１２上にＸＹ方向に位置決めされかつＺ軸方向の移動及び傾斜が許容された状態で取り付けられている。この基板テーブル１８は、異なる３点の支持点で不図示の３本の軸によって支持されており、これら３本の軸が駆動機構としてのウエハ駆動装置２１によって独立してＺ軸方向に駆動され、これによって基板テーブル１８上に保持されたウエハＷの面位置（Ｚ軸方向位置及びＸＹ平面に対する傾斜）が所望の状態に設定されるようになっている。
基板テーブル１８上にはウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）２８からのレーザビームを反射する移動鏡２７が固定され、外部に配置されたウエハ干渉計２８により、基板テーブル１８のＸＹ面内での位置が例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。
ここで、実際には、基板テーブル１８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ウエハＹ干渉計とウエハ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２７、ウエハ干渉計２８として示されている。この場合、ウエハＹ干渉計とウエハＸ干渉計はそれぞれ測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウエハ干渉計２８の各測長軸の計測値に基づいて、基板テーブル１８のＺ軸方向を除く、５自由度方向（Ｘ、Ｙ、θｚ、θｘ、θｙ）の位置情報を計測できるようになっている。ウエハ干渉計２８で計測される基板テーブル１８の位置情報（又は速度情報）はステージ制御系１９及びこれを介して主制御装置２０に送られ、ステージ制御系１９では主制御装置２０からの指示に応じて前記位置情報（又は速度情報）に基づいてウエハ駆動装置２１（これは、Ｘステージ１２、Ｙステージ１６の駆動系及び基板テーブル１８の駆動系の全てを含む）を介してＹステージ１６、Ｘステージ１２を制御する。なお、基板テーブル１８の端面を鏡面加工して反射面（前述の移動鏡の反射面に相当）を形成しても良い。
また、基板テーブル１８上には、後述するオフ・アクシス方式のアライメント検出系ＡＬＧの検出中心から投影光学系ＰＬの光軸までの距離を計測するベースライン計測用の基準マークその他の基準マークが形成された基準マーク板ＦＭが固定されている。
更に、露光装置１００には、ウエハＷ表面の露光領域ＩＡ（前述した照明領域ＩＡＲに共役なウエハＷ上の領域）内部分及びその近傍の領域のＺ軸方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出するための斜入射方式のフォーカス検出系（焦点検出系）の一つである、多点フォーカス位置検出系が設けられている。この多点フォーカス位置検出系は、図１に示されるように、光ファイバ束８０、ミラー８１、集光レンズ８２、パターン形成板８３、レンズ８４、ミラー８５及び照射対物レンズ８６から成る照射光学系４０と、集光対物レンズ８７、回転方向振動板８８、結像レンズ８９、受光用スリット板９８及び多数のフォトセンサを有する受光器９０から成る受光光学系４２とから構成されている。この多点フォーカス位置検出系の詳細な構成等については、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号等に開示されている。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、上記公報及び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。
ここで、この多点フォーカス位置検出系（４０、４２）の構成各部について、その作用とともに説明する。露光光とは異なるウエハＷ上のフォトレジストを感光させない波長の照明光が、図示しない照明光源から光ファイバ束８０を介して導かれている。光ファイバ束８０から射出された照明光は、ミラー８１及び集光レンズ８２を経てパターン形成板８３を照明する。
このパターン形成板８３上には不図示の複数のスリット状の開口パターンがマトリクス状配置で形成されている。このパターン形成板８３の各スリット状の開口パターンを透過した照明光（開口パターンの像光束）は、レンズ８４、ミラー８５及び照射対物レンズ８６を経てウエハＷの表面（被露光面）に投影され、ウエハＷの表面の露光領域ＩＡ内部分（及びその近傍の領域）にはパターン形成板８３上のスリット状の開口パターンの像が結像される。
そして、ウエハＷの表面からの反射光束が、光軸ＡＸに対して前記照射光学系４０からの像光束と対称に所定角度だけ傾斜した方向に進んで、集光対物レンズ８７、回転方向振動板８８及び結像レンズ８９を経て受光器９０の手前側に配置された受光用スリット板９８上に再結像される。この再結像された像が受光器９０で検出され、センサ選択回路９３を介して信号処理装置９１により、回転振動周波数の信号で同期検波される。この信号処理装置９１により同期検波して得られた多数のフォーカス信号が主制御装置２０に供給される。
そして、主制御装置２０は、ウエハＷの照明領域ＩＡ内に結像された開口パターンに関するフォーカス信号に基づいて、ステージ制御系１９及びウエハ駆動装置２１を介して、ウエハＷの露光領域ＩＡのフォーカス合わせやレベリング調整を行う。
なお、本実施形態の多点フォーカス位置検出系は上記構成（図１）に限られるものではなく任意で構わない。
また、図１の装置には、投影光学系ＰＬの側面に配置され、ウエハＷ上に形成された位置検出用マーク（アライメントマーク）を観測する結像式アライメントセンサから成るオフ・アクシス方式のアライメント検出系ＡＬＧと、このアライメント検出系ＡＬＧの観測結果及びウエハ干渉計２８からのウエハＷの位置情報を入力し、ウエハＷ上における位置検出用マークの位置情報を求める不図示の画像処理装置とを備えている。アライメント検出系ＡＬＧとしては、ここでは、例えば特開平２−５４１０３号公報及びこれに対応する米国特許第４，９６２，３１８号などに開示されているようなＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｉｍａｇｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系のアライメントセンサが用いられている。この場合、画像処理装置で求められた位置検出用マークの位置情報は、主制御装置２０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。
前記主制御装置２０は、マイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成り、情報記録が可能な記憶装置としてのハードディスク２９が併設されている。このハードディスク２９の内部には、後述する露光条件の決定プログラムがインストールされている。
この露光装置１００では、露光の際に、アライメント検出系ＡＬＧの検出信号に基づいて主制御装置２０によりステージ制御系１９及びウエハ駆動装置２１等を介してレチクルＲとウエハＷとの位置合わせ（アライメント）が行なわれ、また、多点フォーカス位置検出系（４０、４２）の検出信号に基づいて、レチクルＲのパターン面とウエハＷ表面とが投影光学系ＰＬに関して共役となるように、かつ投影光学系ＰＬの結像面とウエハＷ表面とが一致する（ウエハ表面が投影光学系ＰＬの最良結像面の焦点深度の範囲内に入る）ように、主制御装置２０によりステージ制御系１９及びウエハ駆動装置２１を介して基板テーブル１８がＺ軸方向及び傾斜方向に駆動制御されて面位置の調整（合わせ面の設定）が行なわれる。
なお、本実施形態ではウエハＷを駆動する代わりに、あるいはそれと組み合わせて、レチクルＲの位置及び投影光学系ＰＬの結像面（フォーカス位置）の少なくとも一方を変化させても良い。
次に、上述のようにして構成された露光装置１００における露光条件の決定方法について説明する。この露光条件の決定方法の説明に先立って、最良露光条件の検出の原理の概略を、図３Ａ〜図４Ｂに基づいて説明する。
まず、前提となる露光条件の検出原理について、図３Ａ〜図３Ｃに基づいて説明する。図３Ａに示されるように、レチクルＲには、強度（露光エネルギ）Ｉの露光用照明光ＩＬが照射されており、ウエハＷは投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（すなわち、Ｚ軸方向）の位置Ｚに配置されている。また、図３ＢにはレチクルＲに形成されたテストパターンＰＲの概念図が示され、図３ＣにはウエハＷ上の１つのショット領域に転写されたパターンＰＷの概念図が示されている。
ここで、図３Ｂに示されるように、レチクルＲのパターン面には、ライン幅ＬＲ、配列周期２ＬＲのライン・アンド・スペースパターン（Ｌ／Ｓパターン）から成るテストパターンＰＲが形成されているものとする。このテストパターンＰＲがウエハＷ上に転写されたパターンＰＷは、図３Ｃに示されるように、ライン幅ＬＷ、配列周期ＬＷＰを有するＬ／Ｓパターンとなる。
理想的な露光では、投影光学系ＰＬの投影倍率をβとすると、
ＬＷ＝β・ＬＲ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）
ＬＷＰ＝２β・ＬＲ　　　　　　　　　　　　　　　　　…（２）
である。しかし、露光エネルギＩ（より正確には、ウエハＷ上の１点に与えられる積算露光量（積算エネルギ量）Ｐ＝ΣＩ）やウエハＷのＺ軸方向の位置（以下、「フォーカス位置」とも呼ぶ）Ｚ、その他の露光条件が変化すると、（２）式の関係は維持されるがパターンＰＷのライン幅ＬＷは変化するので、（１）式の関係が成立するとは限らない。
従って、レチクルＲに形成されたテストパターンＰＲを、様々な積算露光量及びフォーカス位置の組み合わせの露光条件下で、ウエハＷ上に転写する。そして、そのウエハＷ上に転写された転写像（例えばウエハの現像後に得られるレジスト像）に基づき、例えば（１）式からのずれが最も小さい転写像を見つけ出せば、その転写像に対応する露光条件を最良露光条件（最良フォーカス位置、最良露光ドーズ量）として、決定することができる。
このためには、例えば、上述した（１）式の関係を満足する理想的なパターンの画像データをテンプレートパターンデータとし、各露光条件でウエハＷに転写された各パターンＰＷを撮像装置で撮像する。そして、その撮像データと上記のテンプレートパターンデータとのパターンマッチングを行い、各撮像データのそれぞれについて相関係数Ｃを求める。そして、その相関係数の２次元座標系（Ｐ，Ｚ）における分布を求めた後、相関係数Ｃの閾値を設定して、その閾値にほぼ一致する境界点の集合が形成する図形に基づいて、最良露光条件を求めることとすれば良い。
しかしながら、実際には、前述の如く、解像限界程度の線幅のパターンを含むテストパターンを用いる場合には、上述のような理想的なパターンの画像データをテンプレートパターンデータとしても、真の最良露光条件を決定することは容易ではない。これは、計測用パターンの種類によって、最適なテンプレートパターンは異なり、このテンプレートパターンの設定次第でパターンが消滅する境界領域付近の相関値が低くなり、その境界付近を検出することが困難となったり、また、最良露光条件の決定を精度良く行うためには、適切な閾値の設定が必要となるが、この閾値の設定は熟練者でなければ容易に行うことができない、等の理由による。
そこで、本実施形態では、パターンマッチングの有する客観的かつ定量的という利点を生かしつつ、発想を転換して上記の転写像のパターンが消滅する境界領域付近を積極的にかつ簡易な手法で検出することとした。
このため、図４Ａに示されるようなテスト露光用パターンとしてのテストマークＲＭが形成されたテストレチクルＲＴを用いるとともに、テンプレートパターンデータとして、テストマークＲＭが転写されたウエハＷ上の区画領域（部分領域）のうち、パターンマッチングの対象である計測用パターンＰＲの転写像が実質的に存在しない部分領域の撮像データを用いることとした。
ここで、テストレチクルＲＴ上のマークＰＲについて説明する。テストレチクルＲＴのパターン面には、図４Ａに示されるように、幅がＤＲで１辺の長さがＬ１の正方形枠状の基準パターンＦＲと、この基準パターンＦＲのほぼ中央位置に配置された計測用パターンＰＲとから成るテストマークＲＭがマーク形成領域に形成されている。計測用パターンＰＲは、ライン幅ＬＲ、配列周期ｎ×ＬＲ（ｎは２以上の整数）のライン・アンド・スペースパターンであり、基準パターンＦＲとの位置関係は既知である。
テストマークＲＭがウエハＷＴ上に転写されたパターンＷＭは、図４Ｂに示されるように、幅がＤＷで１辺の長さがＬ２の正方形枠状のパターンＦＷのほぼ中央位置にライン幅ＬＷ、配列周期ＬＷＰを有するＬ／ＳパターンＰＷが配置されたパターンとなる。
すなわち、計測用パターンＰＲの転写像が実質的に存在しない部分領域の撮像データをテンプレートパターンデータとする場合には、計測用パターンＰＲのデータのみを用いたのでは、その転写像の撮像データに対するテンプレートマッチングは困難であることに鑑みて、図４Ａに示されるような、枠状の基準パターンＦＲと計測用パターンＰＲとを有するテストマークＲＭが形成されたテストレチクルＲＴを用いることとしたものである。
そして、後述するパターンマッチングの際には、その基準パターンＦＲのウエハＷＴ上への転写像ＦＷの撮像データを基準としてテンプレートマッチングを行うようにしたものである。
通常、線幅ＬＲは例えば０．６５〜１μｍ程度であり、線幅ＤＲは例えば５μｍ程度とされるので、計測用パターンＰＲの転写像ＰＷが消滅するような露光条件下にあっても、基準パターンＦＲの転写像ＦＷは、消滅しないものと考えられる。
以下、図５〜図１２Ｂに基づいて、本実施形態における露光条件の決定方法についてより詳細に説明する。図５及び図６には、ハードディスク２９内の露光条件の決定プログラムに従って、主制御装置２０のＣＰＵによって実行される露光条件の決定に関する一連の処理アルゴリズムに対応するフローチャートが示されている。ここでは、説明の簡略化のため、１枚のテストウエハＷＴに対して露光を行い、その露光結果を利用して露光条件を決定する場合について説明する。
この制御アルゴリズムがスタートするのは、オペレータにより、不図示の入出力装置を介して、露光条件の決定開始のコマンドが入力され、これに応じて、ハードディスク２９から主制御装置２０のメインメモリに露光条件の決定プログラムがロードされたときである。なお、後述する区画領域ＤＡｉｊの行番号を示すカウンタｉ（フォーカスの目標値Ｚｉに対応）、及び列番号を示すカウンタｊ（露光エネルギの目標値Ｐｊに対応）、並びにショット領域の番号を示すカウンタｋは、いずれも１に初期化（初期設定）されているものとする。
まず、図５のステップ２０１において、不図示のレチクルローダを用いて計測用マスクとしてのテストレチクルＲＴ（以下、「レチクルＲＴ」と略述する）をレチクルステージＲＳＴ上にロードする。レチクルＲＴには、図７に示されるように、そのパターン領域ＰＡの中央部及び四隅部にテストマークＲＭ（図４Ａ参照）がそれぞれ形成された５箇所のマーク形成領域が設けられている。この場合、計測用パターンＰＲにおけるラインパターンの配列周期は例えば５ＬＲとされている。また、テストマークＲＭの形成領域以外のパターン領域ＰＡは遮光パターンとなっている。
図５に戻り、引き続き、ステップ２０３において、不図示のウエハ搬送系に対して、物体としてのウエハＷＴのロードを指示する。これにより、ウエハ搬送系により、ウエハＷＴが基板テーブル１８上にロードされる。
次に、ステップ２０５において、カウンタｊを参照して、露光量の制御目標値をＰｊ、この場合初期値（＝Ｐ１）に設定する。なお、本実施形態では、露光条件の決定にあたって、後述するステップ２１１の露光の際の露光エネルギ量をＰ１からΔＰ刻みでＰＮ（Ｎ＝例えば２３）まで変化させる。この露光エネルギ量の設定は、ここでは、エネルギ粗調器３あるいは光源１を用いて行われるものとする。すなわち、光源１がパルス光源（エキシマレーザなど）であるときはウエハＷＴ上での照明光ＩＬの強度（１パルス当たりのエネルギ）とウエハＷＴに照射すべき照明光ＩＬのパルス数との少なくとも一方を変更することによって露光エネルギ量を調整する。このとき、光源１に指示を与えてその制御パラメータ（印加電圧など）を調整することでレーザビームＬＢの１パルス当たりの発振エネルギを変化させること、及び粗調器４に指示を与えてその透過率（レーザビームＬＢの透過エネルギ）を変化させることとの少なくとも一方によって、照明光ＩＬの１パルス当たりのエネルギを調整できる。なお、照明光ＩＬのパルス数を変更するときに光源１の発振周波数を調整しても良く、例えば所定の露光エネルギ量をウエハＷＴに与えるのに必要な時間を最短とすることなどが可能となる。また、光源１が連続光源（水銀ランプなど）であるときはウエハＷＴ上での照明光ＩＬの強度（照度）とその照射時間（露光時間）との少なくとも一方を変更することによって露光エネルギ量を調整する。このとき、光源１に指示を与えてその制御パラメータ（電流など）を調整することで照明光ＩＬの強度を調整でき、不図示のシャッタの開時間を制御することで照明光ＩＬの照射時間（露光時間）を調整できる。なお、図１の露光装置が走査露光方式（ステップ・アンド・スキャン方式など）であるときは、光源１がパルス光源及び連続光源のいずれであっても、前述した照明光ＩＬの強度、及びパルス数又は照射時間に、走査露光時におけるウエハＷＴの走査速度、及びウエハＷＴの走査方向に関するウエハＷＴ上での照明光ＩＬの幅を加えた４つのファクターの少なくとも１つを変更することで露光エネルギ量を調整すれば良い。
次いで、ステップ２０７において、カウンタｉを参照して、露光時におけるウエハＷＴのフォーカス位置（Ｚ軸方向の位置）の目標値としてＺｉ、この場合初期値（＝Ｚ１）を設定する。なお、本実施形態では、露光条件の決定にあたって、フォーカス位置をＺ１からΔＺ刻みでＺＭ（Ｍ＝例えば１３）まで変化させる。
引き続き、ステップ２０９において、カウンタｉ、カウンタｊ及びカウンタｋを参照して、ウエハＷＴ上のｋ番目のショット領域、この場合第１ショット領域（ファースト・ショット領域）内の次に説明する５個の計測領域ＤＢ１〜ＤＢ５をそれぞれ構成するマトリックス状の複数の部分領域としての区画領域ＤＡｉ，ｊ、この場合区画領域ＤＡ１，１にレチクルＲＴ上の５個のテストマークＲＭが同時に転写される位置に基板テーブル１８を移動する。この移動は、ステージ制御系１９及びウエハ駆動装置２１等を介して行われる。
図８には、ウエハＷＴ上における５個の計測領域ＤＢ１〜ＤＢ５を構成する区画領域ＤＡｉ，ｊの配列が示されている。ウエハＷＴ上には、複数のショット領域がマトリックス状の配置で形成されるが、図８には、その内の１つのショット領域ＳＡが取り出して示されている。このショット領域ＳＡ内には、図８に示されるように、計測用露光（テスト露光）で転写される５個のテストマークＲＭに応じて５個の計測領域ＤＢ１〜ＤＢ５が存在する。これらの計測領域ＤＢ１〜ＤＢ５のそれぞれは、Ｍ行Ｎ列のマトリックス状に仮想的に分割されており、これらの分割された領域が、１つのテストマークＲＭが１回の露光によって転写される部分領域としての区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝１，２，……，Ｍ、ｊ＝１，２，……，Ｎ）となっている。また、区画領域ＤＡｉ，ｊは、図９に示されるように、＋Ｘ方向が行方向（ｊの増加方向）であり、＋Ｙ方向が列方向（ｉの増加方向）であるマトリックス状にウエハＷＴ上に配列されている。
図５に戻り、次に、ステップ２１１において、ウエハＷＴに対する第１回目の露光を実行する。この露光中、積算露光量が、上記ステップ２０５で設定した積算露光量の目標値（この場合Ｐ１）となるように、主制御装置２０では、前述の如くして露光エネルギ量を調整する。また、この露光中、主制御装置２０では、多点フォーカス位置検出系（４０、４２）の検出信号に基づいて、ウエハＷＴ表面のＺ位置が、上記ステップ２０７で設定したフォーカス位置の目標値（この場合Ｚ１）に一致するように、ステージ制御系１９及びウエハ駆動装置２１を介して基板テーブル１８を駆動制御して、面位置の調整（合わせ面の設定）を行う。
ステップ２１１の露光が終了すると、ステップ２１３において、そのとき設定されている露光エネルギ量の目標値での、所定のＺ位置範囲についての露光が完了したか否かを例えばカウンタｉを参照して判断する。ここでは、カウンタｉ＝１であり、フォーカス位置Ｚ１として区画領域ＤＡ１，１にテストマークＲＭが転写されただけなので、このステップ２１３における判断は否定されステップ２１５に移行する。
ステップ２１５では、カウンタｉをインクリメント（ｉ←ｉ＋１）するとともに、フォーカス位置の目標値をＺｉ＋１、この場合Ｚ２に更新した後、ステップ２０９に戻る。このステップ２０９では、カウンタｉ及びカウンタｊを参照して、次の区画領域ＤＡｉ，ｊ、この場合区画領域ＤＡ２，１へテストマークＲＭを転写するための位置に基板テーブル１８を前述と同様にして移動する。そして、ステップ２１１において、区画領域ＤＡ１，１の場合と同様にして、区画領域ＤＡ２，１に対してテストマークＲＭを転写するための露光を行う。
以後、ステップ２１３において、所定のＺ位置範囲について露光がなされたと判断されるまで、区画領域ＤＡｉ，１（ｉ＝３〜Ｍ）に関するテストマークＲＭの転写のための露光が順次実行される。このようにして、目標エネルギ量Ｐ１における露光が終了すると、ステップ２１３における判断が肯定され、ステップ２１７に移行する。
ステップ２１７では、所定の露光エネルギ量範囲（積算露光量範囲）についての露光が完了したか否かを、例えばカウンタｊを参照して判断する。ここでは、ｊ＝１であり、露光エネルギ量Ｐ１の場合についてのみ露光が終了しただけなので、このステップ２１７における判断は否定され、ステップ２１９に移行する。
ステップ２１９では、カウンタｊをインクリメント（ｊ←ｊ＋１）するとともに、露光エネルギ量の目標値を（Ｐｊ＋ΔＰ）、この場合Ｐ２に更新した後、ステップ２０７に戻る。
そして、ステップ２０７で、前述と同様にして露光時におけるウエハＷＴのフォーカス位置（Ｚ方向位置）の目標値としてＺ１を設定した後、ステップ２０９→２１１→２１３→２１５の処理、判断を繰り返す。これにより、フォーカス位置の目標値を順次更新しながら、区画領域ＤＡｉ，２（ｉ＝１〜Ｍ）に関するテストマークＲＭの転写のための露光が行われる。
このようにして、区画領域ＤＡｉ，２（ｉ＝１〜Ｍ）についてのテストマークＲＭの転写が終了すると、ステップ２１３における判断が肯定され、以後、ステップ２１７において、所定の露光エネルギ範囲について露光がなされたと判断されるまで、第１ショット領域内の区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ，ｊ＝３〜Ｎ）に関するテストマークＲＭの転写のための露光が順次実行される。このようにして、所定の露光エネルギ範囲について露光が終了し、第１ショット領域内の計測領域ＤＢ１〜ＤＢ５を構成する区画領域ＤＡｉ，ｊの全てについてテストマークＲＭが転写されると、ステップ２１７における判断が肯定され、ステップ２２１に移行する。
このステップ２２１では、ウエハＷＴ上の次のショット領域（この場合は第２ショット領域（セカンド・ショット領域）である）に対して露光を行うか否か、すなわち、予定ショット数の露光が終了していないか否かを、例えばショット領域の番号を示すカウンタｋを参照して判断する。そして、この判断が肯定された場合には、ステップ２２２に進んでカウンタｋをインクリメント（ｋ←ｋ＋１）した後、ステップ２０５に戻り、以後、第２ショット領域内の各区画領域ＤＡｉ，ｊについて上記と同様のテストマークＲＭの転写が行われる。そして、第２ショット領域内の全ての区画領域ＤＡｉ，ｊについての露光が終了すると、ステップ２１７の判断が肯定され、ステップ２２１に進んで次のショット領域に対して露光を行うか否かが前述と同様にして判断される。そして、この判断が肯定されると、ステップ２２２に進んでカウンタｋをインクリメントした後、ステップ２０５に戻り、以後、予定数のショット領域に対する露光が終了するまで、上記処理、判断が繰り返される。そして、予定数のショット領域に対する露光が終了すると、ステップ２２１における判断が否定され、ステップ２２３に進む。
ステップ２２３では、不図示のウエハ搬送系にウエハＷＴのアンロードを指示する。これにより、ウエハ搬送系によって、基板テーブル１８からウエハＷＴがアンロードされて不図示の現像装置、例えばコータ・デベロッパに送られる。
次のステップ２２５では、不図示のコータ・デベロッパの制御系にウエハＷＴの現像を指示する。これにより、コータ・デベロッパによって、ウエハＷＴの現像が行われ、ウエハＷＴ上の各ショット領域内部の計測領域ＤＢ１〜ＤＢ５をそれぞれ構成する各区画領域ＤＡｉ，ｊに転写されたパターン（少なくとも基準パターンが含まれる）のレジスト像が形成される。図１０には、現像が終了したウエハＷ上の計測領域ＤＢｎ（ｎ＝１，２，３，４，５）の一例が模式的に示されている。この図１０において、色の濃い区画領域ほど計測用パターンＰＲの鮮明なレジスト像が存在し、色の薄い領域ほど計測用パターンＰＲのレジスト像の鮮明度が低く、白抜きの領域は、計測用パターンのレジスト像（転写像）が実質的に消滅している（実質的に存在しない）領域（以下、便宜上「白パターンの領域」と呼ぶ）となっている。但し、いずれの区画領域ＤＡｉ，ｊにも基準パターンの転写像（レジスト像）ＦＷは存在している。
ウエハＷＴの現像が終了したことを、コータ・デベロッパの制御系からの通知により確認すると、最良露光条件を決定するサブルーチン２２７に移行する。
図６には、サブルーチン２２７のフローチャートが示されている。この図６に示されるように、サブルーチン２２７では、まず、ステップ２３０において、不図示のウエハ搬送系にウエハＷＴのロードを指示する。これにより、前述のステップ２０３と同様に、ウエハ搬送系によって基板テーブル１８上にウエハＷＴがロードされる。このウエハＷＴのロード後、アライメント検出系ＡＬＧ（図１参照）を用いて、例えばＥＧＡ（エンハンストグローバルアライメント）方式のウエハアライメントを行う。なお、ＥＧＡ方式のウエハアライメントについては、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おり、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。
次に、ステップ２３１において、ウエハＷＴ上の第１ショット領域内の最初の計測領域ＤＢ１がアライメント検出系ＡＬＧで検出可能となる位置に、ウエハＷＴを位置決めする。この位置決めは、上記のウエハアライメントの結果に基づいて干渉計２８の計測値をモニタしつつ、ステージ制御系１９及びウエハ駆動装置２１を介してＸステージ１２及びＹステージ１６の移動を制御することにより行われる。
次のステップ２３２では、ウエハＷＴ上の第１ショット領域内の最初の計測領域ＤＢ１（各区画領域ＤＡｉ，ｊ）に形成されたレジスト像を、アライメント検出系ＡＬＧを用いて撮像し、その撮像データを取り込む。なお、ここでは、計測領域ＤＢ１の全領域、すなわちＭ×Ｎ個の区画領域ＤＡｉ，ｊに形成されたレジスト像の全体を１度に撮像するものとしたが、例えば、各区画領域の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ＡＬＧの倍率を上げ、基板テーブル１８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ＡＬＧによるレジスト像の撮像とを交互に順次繰り返すことによって、例えば区画領域毎に撮像データの取り込みを行うこととしても良い。
次いで、ステップ２３３において、テンプレートパターンデータを設定する。ここでは、区画領域ＤＡｉ，ｊの中から計測用パターンの像が実質的に存在しない少なくとも１つの撮像データ（白パターンのデータ）を選択し、これをテンプレートパターンデータとして設定するものとする。一例として、図１０に示される区画領域ＤＡ２，２２及び区画領域ＤＡ１２，２２の撮像データがテンプレートパターンデータとして選択されたものとし、以下においては、区画領域ＤＡ２，２２の撮像データをテンプレート１，区画領域ＤＡ１２，２２の撮像データをテンプレート２と便宜上呼ぶものとする。
ステップ２３５において、テンプレート１を用いてサーチを行う。このステップ２３５におけるサーチは、次のようにして行われる。
（１）まず、各区画領域ＤＡｉ，ｊに転写されたパターンの撮像データと、テンプレート１とのパターンマッチングを行い、相関係数Ｃｉ，ｊを各区画領域ＤＡｉ，ｊについてそれぞれ求める。このパターンマッチングは、テンプレート１中の基準パターンＦＲの転写像の画像データと、各区画領域ＤＡｉ，ｊの撮像データ中の基準パターンの転写像の撮像データとを基準として行われる。すなわち、枠状のパターン同士が一致したときに各区画領域ＤＡｉ，ｊの撮像データが検出できたものとして、その枠内の領域について相関係数Ｃｉ，ｊを求めるのである。
（２）次に、相関係数Ｃｉ，ｊの最大値及び最小値（通常はゼロ）に基づいて、最大値Ｃｉ，ｊｍａｘが１０００、最小値Ｃｉ，ｊｍｉｎがゼロとなるように、相関係数を規格化し、規格化後の相関係数の分布に基づいて、閾値を例えば７００〜９００程度の比較的高い値に設定する。白パターンのデータをテンプレートパターンデータとする場合、閾値を適切に決定するのは容易でないが、かかる方法によれば、閾値を容易かつ適切に決定することができる。
（３）次いで、各区画領域ＤＡｉ，ｊの相関係数Ｃｉ，ｊと閾値とを比較して、それぞれの区画領域ＤＡｉ，ｊの撮像データを０，１に二値化する。図１１には、この二値化後のデータの一例がテーブルデータとして示されている。
次に、ステップ２３７で、上記ステップ２３５で得られたサーチ結果、すなわち、上記の二値化後のデータを各区画領域ＤＡｉ，ｊと対応づけてＲＡＭ内の所定領域に記憶する。
次に、ステップ２３９において、サーチ結果、すなわち０，１のデータを、区画領域の配列順に並べ替え、フォーカスステップ毎（図１１における行毎）にパターンが幾つ残存しているか、すなわち「０」が何個あるかを検出する。この際に、周囲の区画領域と異なる値を持ついわゆる跳び領域は無視する。この結果、例えば、図１１の場合のフォーカスステップ毎のパターン数は、同図中の左端に示されるような値となる。
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数の検出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、例えば評価するポイント（区画領域）を中心とする３×３の区画領域のデータの平均値を求めることが考えられる。なお、フィルタ処理は、二値化前のデータ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。
次のステップ２４１では、上記ステップ２３９の結果に基づいて、山状のカーブが出ているか否かを確認する。図１１の場合には、中央のフォーカスステップが１１，両端のフォーカスステップが１の山状になっているので、ステップ２４１における判断は肯定され、ステップ２４３に移行する。
ステップ２４３では、図１２Ａに示されるように、各フォーカスステップ毎にパターン数を露光エネルギ量に変換してプロットする。ここで、前述の如く、ウエハＷＴの露光にあっては、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、列方向で隣接するフォーカス位置の差を一定値（＝ΔＺ）としたので、ウエハＷＴ上の区画領域ＤＡｉ，ｊの配列がそのまま２次元座標（Ｐ，Ｚ）における座標値（Ｐｊ，Ｚｉ）の配列に一致している。このため、上記の如く、各フォーカスステップ毎のパターン数が露光エネルギ量に比例するものとして扱えるのである。そして、図１２Ａに示されるように、上記各プロット点をｎ次の近似曲線（例えば４〜６次曲線）を用いてカーブフィットすることにより、関数フィッティングを行う。
次のステップ２４５では、上記ステップ２４３でカーブフィットした近似曲線である程度の極値が求められるかどうかを判断することにより、フィッティングが可能であったかどうかを判断し、この判断が肯定された場合には、次のステップ２４７に進んで、その求まった極値の周辺のプロット点を中心に、図１２Ｂに示されるように、ｎ次の近似曲線で再度カーブフィッティングを行う。
そして、次のステップ２４９では、ステップ２４７でフィッティングされたｎ次近似曲線の極値をベストフォーカス位置（最良露光条件の一つ）として算出し、その算出結果をＲＡＭ内の結果記憶用の領域に記憶した後、ステップ２５７に進む。
ステップ２５７では、予定数の計測点の全て、より詳細にはウエハＷＴ上の計測を予定していた全てのショット領域内の全ての計測領域について最良露光条件の決定のためのテンプレートマッチングが終了したか否かを判断することにより、次の計測点に移動するか否かを判断する。そして、この判断が肯定された場合には、ステップ２３１に戻り、以後上記と同様の処理、判断を繰り返す。
一方、上記ステップ２４５における判断が否定された場合には、ステップ２５１に移行し、テンプレート２を用いてサーチしたか否かを判断する。そして、この判断が否定された場合には、ステップ２５３に移行して、テンプレート２を用いてサーチを行う。このステップ２５３では、前述したステップ２３５と同様の手順でサーチが行われる。そして、このステップ２５３のサーチが終了すると、ステップ２３７に移行してステップ２５３で得られたサーチ結果、すなわち、前述と同様の二値化後のデータを各区画領域ＤＡｉ，ｊと対応づけてＲＡＭ内の所定の領域に記憶した後、以後上記と同様の処理、判断を繰り返す。
一方、上記ステップ２５１における判断が肯定された場合には、ステップ２５５に進み、計測不可能であると判定して、その旨（計測不可能）の情報をＲＡＭ内の結果記憶用の領域に記憶した後、ステップ２５７に進む。
また、前述と反対に、上記ステップ２４１における判断が否定された場合には、ステップ２５１に進み、以後上記と同様の処理、判断を行う。
このようにして、ウエハＷＴ上の計測を予定していた全てのショット領域内の全ての計測領域について最良露光条件の決定又は計測不能の判定がなされると、ステップ２５７の判断が否定され、図５のメインルーチンのステップ２２９にリターンする。
そして、図５のステップ２２９において、サブルーチン２２７でＲＡＭ内の結果記憶用の領域に記憶したデータ、より正確にはステップ２４９で算出したベストフォーカス位置のデータ又はステップ２５５における計測不能の判定結果のデータをハードディスク２９に記憶するとともに、不図示の表示装置の画面上に表示した後、本ルーチンの一連の処理を終了する。
その後、上記ステップ２２５で表示された結果に基づいて、例えばオペレータが、各計測領域ＤＢｎにおけるベストフォーカス位置の算出値の複数ショット領域についての平均値をそれぞれの計測点（テストマークＲＭに対応する投影光学系ＰＬのイメージフィールド内の点）のベストフォーカス位置として算出する。さらに、５つの計測点のベストフォーカス位置の算出結果に基づいて、投影光学系ＰＬの像面湾曲を算出することもできる。勿論、これらのベストフォーカス位置の算出や、像面湾曲の算出を、主制御装置２０が自動的に行うようにしても良い。なお、複数ショットではなく、１つのショット領域のみからフォーカス位置を算出しても良い。
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。
前提として、上述のようにして決定されたベスト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２０に入力されているものとする。
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２０では、露光に先立って、結像特性補正コントローラ６８を介してレンズエレメント６０ａを駆動し、あるいは密閉室６９内の圧力を調整して、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。
まず、主制御装置２０からの指示に応じて、不図示のレチクルローダにより、転写したい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、ウエハローダ（前述したウエハ搬送系の一部）により、露光したいウエハＷが基板テーブル１８上にロードされる。
次に、主制御装置２０により、不図示のレチクル顕微鏡、基板テーブル１８上の基準マーク板ＦＭ、アライメント検出系ＡＬＧ等を用いて、レチクルアラインメント、アライメント検出系ＡＬＧのベースライン計測及びＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アラインメント）等のウエハアライメント等の準備作業が所定の手順に従って行われる。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４−３２４９２３号公報及びこれに対応する米国特許第５２４３１９５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おり、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。
このような準備作業の後、ウエハＷの露光動作が行われる。この露光動作にあたって、まず、ウエハＷのＸＹ位置が、ウエハＷ上の最初のショット領域（ファースト・ショット領域）の露光のための位置となるように、基板テーブル１８が移動される。この移動は、主制御装置２０により、ウエハ干渉計２８によって計測されたウエハＷのＸＹ位置情報（又は速度情報）に基づき、ステージ制御系１９及びウエハ駆動装置２１等を介して行われる。
このようにして、ウエハＷが露光位置に移動すると、主制御装置２０では、前述した露光を行う。この露光開始に先立って、主制御装置２０では、多点フォーカス位置検出系（４０，４２）によって検出されたウエハのＺ位置情報に基づき、前述した結像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表面の露光対象のショット領域が収まるように、ウエハ駆動装置２１を介して基板テーブル１８をＺ軸方向及び傾斜方向に駆動して面位置の調整（オートフォーカス・オートレベリング）を行っている。
このようにしてファースト・ショット領域に対する露光、すなわちレチクルパターンの転写が終了すると、基板テーブル１８が１ショット領域分だけステッピングされて、前ショット領域と同様に露光が行われる。
以後、このようにして、ステッピングと露光とが順次繰り返され、ウエハＷ上に必要なショット数のパターンが転写される。
以上詳細に説明したように、本第１の実施形態の露光装置１００に係る露光条件の決定方法によると、２つの着目する露光条件であるフォーカス位置と像面における露光ドーズ量（エネルギ量）、すなわち積算露光量をそれぞれ所定ステップ間隔で変更しながら、所定の計測用パターンＰＲと基準パターンＦＲとを含むテストマークＲＭが形成されたレチクルＲＴ（図４Ａ参照）に照明光ＩＬを照射して、テストマークＲＭを投影光学系ＰＬを介してその表面にレジストが塗布されたウエハＷＴ上の各ショット領域内の複数の計測領域ＤＢｎをそれぞれ構成するマトリックス状の複数の区画領域ＤＡｉ，ｊの各々に順次転写する（図５ステップ２０５〜２２１）。この結果、フォーカス位置及び像面における露光ドーズ量が相互に異なる露光（テスト露光）が、ウエハＷＴ上の区画領域ＤＡｉ，ｊに対して行われ、各区画領域ＤＡｉ，ｊに異なる露光条件下でテストマークＲＭがそれぞれ転写される。
その後、ウエハＷＴは、アンロードされ、現像後に露光装置１００の基板テーブル１８上に再度ロードされる。
次に、現像後のウエハＷＴ上の各ショット領域内の複数の計測領域ＤＢｎをそれぞれ構成するマトリックス状の複数の区画領域ＤＡｉ，ｊを撮像し、各区画領域ＤＡｉ，ｊの撮像データと所定のテンプレートパターンデータとを用いてパターンマッチングを行う（図６ステップ２３１〜２３５、２５３）。
本実施形態の場合、基準パターンＦＲとしては計測用パターンＰＲと比べて線幅が太いパターンが用いられているので、露光エネルギ量（露光ドーズ量）が必要以上に高く計測用パターンＦＲの像ＦＷが消失するようなオーバードーズ時にも消失することがない。また、基準パターンＦＲは、計測用パターンＰＲとの位置関係が既知であるから、各撮像データ中の基準パターンの転写像ＦＷのデータとテンプレートパターンデータに含まれる基準パターンに応じた画像データとを基準とすることにより、ウエハＷＴ上の複数の区画領域ＤＡｉ，ｊそれぞれに形成された転写像の撮像データとテンプレートパターンデータとを容易にマッチングさせることができる。これにより、マッチング度（２つのパターンデータの相関度）を各区画領域ＤＡｉ，ｊについて求めることができるとともに、テンプレートマッチングに要する時間の短縮が可能となる。この場合、目視といった官能的な手法ではなく、パターンマッチングという客観的かつ定量的な手法によって、区画領域毎にパターンの転写状態を精度良く求めることができる。
そして、区画領域毎に客観的かつ定量的に求められたパターンマッチングの結果に基づいて、着目する露光条件の１つであるベストフォーカス位置（最良フォーカス位置）を決定する（図６ステップ２３７〜２４９）。
従って、本実施形態に係る露光条件決定方法によると、テスト露光条件をむやみに細かくすることなく、安定して、かつ精度良く、しかも迅速に着目する露光条件（ベストフォーカス位置）を求めることができる。
また、本実施形態では、撮像データの中から計測用パターンの像が実質的に存在しない少なくとも１つの部分領域の撮像データ（白パターンのデータ）がテンプレートパターンデータとして選択されているので、計測用パターンの転写像が消滅する境界付近を簡単な処理で実用に耐える精度で検出することができる。また、この場合、閾値を高く設定しても特に問題はないため、結果的に誤認識が殆どなくなり、理想的なパターン検出が可能となっている。但し、テンプレートパターンデータは、これに限らず、例えば計測用パターンと投影光学系ＰＬの投影倍率とに基づいて算出されたパターンデータを用いることも可能である。
また、本実施形態に係る露光条件決定方法によると、テンプレートパターンデータと各区画領域の撮像データとをパターンマッチングし、それぞれの相関値（マッチング度）を求めた後、露光ドーズ量とベストフォーカス位置とをそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の近似曲線を算出する基準として予め定めた閾値と前記相関値とを比較し、その比較の結果に基づいて複数の境界点を求め、それらの境界点をカーブフィットして近似曲線を算出する（図６のステップ２３７〜２４７）。そして、その算出された近似曲線に基づいて、その近似曲線の極値（ピーク点（ボトム点））に基づいてベストフォーカス位置を求める（図６ステップ２４９）。なお、上記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ベストフォーカス位置等の露光条件を算出することは可能である。
このように、本実施形態に係る露光条件決定方法によると、関数フィッティング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ベストフォーカス位置を簡単な演算により算出するので、安定して高精度かつ確実に最良露光条件の一つであるベストフォーカス位置を決定することができる。
また、本実施形態に係る露光方法によると、上述のようにして決定されたベスト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して、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。
なお、上記実施形態では、レチクルＲＴ上の計測用パターンＰＲは、ライン部とスペース部とのデューティ比が１／３以下であるライン・アンド・スペースパターンであるものとしたが、本発明がこれに限定されないことは言うまでもない。上記実施形態で、ライン部とスペース部とのデューティ比が１／４であるライン・アンド・スペースパターンを用いたのは、計測用パターンを孤立線にした場合には、得られる信号強度が小さくなり過ぎることを考慮してこのようにしたものである。従って、十分な信号強度が得られるのであれば、計測用パターンとしては、ライン部とスペース部とのデューティ比が１である通常のＬ／Ｓパターンは勿論、コンタクトホールの周期パターン、孤立線、あるいはコンタクトホールのいずれかを含むパターンを用いても良い。計測用パターンとしてライン・アンド・スペースパターンを用いる場合には、デューティ比は、任意で良く、その値が小さくなると、実質上孤立パターンと見做すことができる。
上記実施形態のように、白パターンのデータをテンプレートパターンデータとして、パターンマッチングを行うのであれば、現状の露光装置の最小線幅程度の孤立線を計測用パターンとしても、十分な精度でベストフォーカス位置を検出することができる。
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態の露光装置について、図１３〜図１５に基づいて、かつ図５及び図７を参照しつつ説明する。この第２の実施形態の露光装置は、装置構成等は、前述した第１の実施形態の露光装置１００と同様になっており、最良露光条件の決定の際の制御アルゴリズムが一部、第１の実施形態と相違するのみである。そこで、以下においては、相違点を中心として説明するとともに、第１の実施形態と同等の構成部分については、同一の符号を用いるものとする。
この第２の実施形態においても、メインルーチンの制御アルゴリズムは、図５のフローチャートと全く同様になっており、サブルーチン２２７のみが相違する。図１３には、この第２の実施形態に係る主制御装置２０内部のＣＰＵによる最良露光条件を決定する制御アルゴリズム（図５のサブルーチン２２７の他の例）のフローチャートが示されている。
前提として、本実施形態で用いられるテストレチクルＲＴには、図７と同様に、そのパターン領域ＰＡの中央部及び四隅部にそれぞれテストマークＲＭ（図４Ａ参照）が形成された５個のマーク形成領域が設けられているが、計測用パターンの配列周期は２ＬＲとされている。すなわち、計測用パターンとしてデューティ比１のＬ／Ｓパターンが形成されたテストレチクルＲＴが使用されるものとする。この場合も、テストマークＲＭの形成領域以外のパターン領域ＰＡは遮光パターンとなっている。
図１３のサブルーチンの処理が開始するのは、前述の如く、図５のステップ２２５においてウエハＷＴの現像が行われ、その終了を、コータ・デベロッパの制御系からの通知により、主制御装置２０内部のＣＰＵが確認したときである。
図１３のサブルーチン２２７では、まず、ステップ２６０において、不図示のウエハ搬送系に現像後のウエハＷＴのロードを指示する。これにより、前述と同様に、ウエハ搬送系によって基板テーブル１８上にウエハＷＴがロードされる。このウエハＷＴのロード後、アライメント検出系ＡＬＧを用いて、前述と同様にＥＧＡ方式のウエハアライメントを行う。
次に、ステップ２６２において、上記のウエハアライメントの結果に基づいて、ウエハＷＴ上の第１ショット領域内の最初の計測領域ＤＢ１がアライメント検出系ＡＬＧで検出可能となる位置に、ウエハＷＴを前述と同様にして位置決めする。
次のステップ２６４では、ウエハＷＴ上の第１ショット領域内の最初の計測領域ＤＢ１（各区画領域ＤＡｉ，ｊ）に形成されたレジスト像を、アライメント検出系ＡＬＧを用いて撮像し、その撮像データを取り込む。なお、ここでは、計測領域ＤＢ１の全領域、すなわちＭ×Ｎ個の区画領域ＤＡｉ，ｊに形成されたレジスト像の全体を１度に撮像するものとしたが、例えば、各区画領域の撮像データの分解能を向上させる必要がある場合には、前述と同様に、アライメント検出系ＡＬＧの倍率を上げ、基板テーブル１８のステッピングさせる動作と、レジスト像の撮像とを交互に順次繰り返すことによって、例えば区画領域毎に撮像データの取り込みを行うこととしても良い。
次いで、ステップ２６６において、区画領域ＤＡｉ，ｊの中から選択した計測用パターンの像が実質的に存在しない特定の第１の区画領域ＤＡ１２，２２の撮像データ（前述した第１の実施形態におけるテンプレート１に相当）を用いてサーチを行う。このステップ２６６におけるサーチは、前述した第１の実施形態におけるステップ２３５と全く同様にして行われ、そのサーチ結果（二値化後のデータ）が各区画領域ＤＡｉ，ｊと対応づけてＲＡＭ内の所定領域に記憶される。
次のステップ２６８では、上記ステップ２６６のサーチ結果のデータを読み出し、区画領域の配列順に並べ替える。図１４には、この並べ替えられた後のサーチ結果のデータの一例がテーブルデータとして示されている。
次に、ステップ２７０において、上記の並べ替えた後のデータに基づいてテンプレートとして最適な区画領域ＤＡｉ，ｊを次のようにして検出する。
すなわち、例えば、図１４に示されるように、データの両端±２フォーカス分を未評価領域として、ドーズの大きい方向から、図１４に示されるような検出用十字配列ＣＡを順次移動させつつ、各移動位置毎に該検出用十字配列内のデータの平均値を求めることにより、各区画領域内の計測用パターンの転写像の有無の判定を行う。
このようにして計測用パターンの転写像が存在する区画領域から成る山状の図形のピーク位置を含むフォーカス行を求め、そのフォーカス行に十分な数のパターンが存在すること、すなわち山の高さが十分に高いことを確認する。そして、そのフォーカス行に十分な数のパターンが存在することが確認できたときには、そのフォーカス行のドーズの小さい方から２番目の区画領域の画像データをテンプレートパターンデータとして検出する。図１４には、フォーカス７の行に十分な数のパターンが存在することが確認され、テンプレートパターンデータとして区画領域ＤＡ７，２の撮像データが検出された様子が示されている。
一方、山状の図形のピーク位置を含むフォーカス行を求め、そのフォーカス行に十分な数のパターンが存在しない場合には、検出失敗とする。
このようにして、ステップ２７０の処理を行った後、次のステップ２７２で、テンプレートとして最適な区画領域ＤＡｉ，ｊの検出に成功したか否かを判断し、この判断が肯定された場合には、次のステップ２７４に進む。
ステップ２７４では、検出したテンプレートパターンデータを用いて次のようにしてサーチを行う。
すなわち、各区画領域ＤＡｉ，ｊに転写されたパターンの撮像データと、テンプレートパターンデータとのパターンマッチングを行い、相関係数Ｃｉ，ｊを各区画領域ＤＡｉ，ｊについてそれぞれ求める。このパターンマッチングは、テンプレートパターンデータ中の基準パターンＦＲの転写像ＦＷの画像データと、各区画領域ＤＡｉ，ｊの撮像データ中の基準パターンＦＲの転写像ＦＷの撮像データとを基準として行われる。すなわち、枠状のパターン同士が一致したときに各区画領域ＤＡｉ，ｊの撮像データが検出できたものとして、その枠内の領域について相関係数Ｃｉ，ｊを求めるのである。相関係数Ｃｉ，ｊは、０〜１０００の値に規格化される。
次のステップ２７６では、サーチ結果、すなわち各区画領域の相関係数Ｃｉ，ｊのデータを、各区画領域と対応づけてＲＡＭ内の所定領域に記憶する。
次のステップ２７８では、サーチ結果のデータ（各区画領域の相関係数Ｃｉ，ｊ）を読み出し、区画領域の配列順に並べ替えた後、ステップ２８０に進んで、前述した種々の要因で生じる跳び領域の影響を軽減すべく、フィルタ処理を行う。このフィルタ処理としては、例えば評価するポイント（区画領域）を中心とする３×３の区画領域のデータの平均値を求めることにより行われる。
次のステップ２８２では、閾値ｍの場合についてベストフォーカス位置Ｚｍを算出する。ここで、閾値ｍは、初期状態では、例えばｍ＝５００に設定されているものとする。閾値ｍについてのベストフォーカス位置Ｚｍの算出は、フォーカス位置を縦軸とし、露光ドーズ量（露光エネルギ量）を横軸とする座標系上で、閾値ｍ≦Ｃｉ，ｊなる関係を満たす区画領域ＤＡｉ，ｊから成る図形（通常境界線が山形の図形となる）を求め、その山形図形の例えば頂点に対応する点のフォーカス位置（Ｚ）を求めることにより行われる。
次のステップ２８４では、例えば閾値ｍ＝９９９であるか否かを判断し、この判断が否定されると、ステップ２８６に進んでｍをインクリメント（例えば１）した後、ステップ２８２に戻り、以後ステップ２８４における判断が肯定されるまで、ステップ２８２→２８４→２８６の処理、判断を繰り返す。これにより、図１５に簡略化して示されるように、閾値ｍに応じた多数の山形の図形の各頂点のフォーカス位置Ｚｍが順次算出される。
なお、上記ステップ２８２において、各山形図形と適当なスライスレベル（露光量Ｐ）との２つの交点を求め、両交点のＺ座標の平均値を、閾値ｍの場合のベストフォーカス位置としても良い。
そして、閾値ｍ＝９９９となって、ステップ２８４における判断が肯定されると、ステップ２８８に進んで、閾値ｍが５００〜９９９であるそれぞれの場合について得られた５００個のベストフォーカス位置Ｚｍの平均値ΣＺｍ／５００を演算する。そして、この演算結果を最良露光条件であるベストフォーカス位置ＺｂｅｓｔとしてＲＡＭの結果記憶用の領域に記憶した後、ステップ２９６に移行する。なお、ステップ２８８では、上記の単純平均に限らず、閾値ｍの変化にかかわらずベストフォーカス位置Ｚｍの値が殆ど変化しない所定の範囲内に収まる状況が一定期間以上連続する区間（ｍａ≦ｍ≦ｍｂ）を見つけ、その区間（ｍａ≦ｍ≦ｍｂ）におけるＺｍの平均値（又は重み付け平均値）をＺｂｅｓｔとして算出することとしても良い。
次のステップ２９６では、予定数の計測点の全て、より詳細にはウエハＷＴ上の計測を予定していた全てのショット領域内の全ての計測領域について最良露光条件の決定のためのテンプレートマッチングが終了していないか否かを判断することにより、次の計測点に移動するか否かを判断する。そして、この判断が肯定された場合には、ステップ２６２に戻り、以後上記と同様の処理、判断を繰り返す。
この一方、上記ステップ２７２における判断が否定された場合には、ステップ２９０に移行して、２度目の検出失敗であるか否かを判断する。そして、この判断が否定された場合、すなわち１度目の検出失敗である場合には、ステップ２９２に進んで、区画領域ＤＡｉ，ｊの中から選択した計測用パターンの像が実質的に存在しない特定の第２の区画領域ＤＡ２，２２の撮像データ（前述した第１の実施形態におけるテンプレート２に相当）を用いてサーチを行う。このステップ２９２におけるサーチは、前述した第１の実施形態におけるステップ２３５と全く同様にして行われ、そのサーチ結果（二値化後のデータ）が各区画領域ＤＡｉ，ｊと対応づけてＲＡＭ内の所定領域に記憶される。
その後、ステップ２６８に戻り、以後上記ステップ２６８以降の処理、判断を繰り返す。
一方、上記ステップ２９０における判断が肯定された場合には、ステップ２９４に進み、計測不可能であると判定して、その旨（計測不可能）の情報をＲＡＭ内の結果記憶用の領域に記憶した後、ステップ２９６に進む。
このようにして、ウエハＷＴ上の計測を予定していた全てのショット領域内の全ての計測領域について最良露光条件の決定又は計測不能の判定がなされると、ステップ２９６の判断が否定され、図５のメインルーチンのステップ２２９にリターンする。
そして、図５のステップ２２９において、サブルーチン２２７でＲＡＭ内の結果記憶用の領域に記憶したデータ、より正確にはステップ２８８で算出したベストフォーカス位置のデータ又はステップ２９４における計測不能の判定結果のデータをハードディスク２９に記憶するとともに、不図示の表示装置の画面上に表示した後、本ルーチンの一連の処理を終了する。
その後、上記ステップ２２９で表示された結果に基づいて、例えばオペレータが、各計測領域ＤＢｎにおけるベストフォーカス位置の算出値の複数ショット領域についての平均値をそれぞれの計測点（テストマークＲＭに対応する点）のベストフォーカス位置として算出する。さらに、５つの計測点のベストフォーカス位置の算出結果に基づいて、投影光学系ＰＬの像面湾曲を算出することもできる。勿論、これらのベストフォーカス位置の算出や、像面湾曲の算出を、主制御装置２０が自動的に行うようにしても良い。
また、この第２の実施形態においても、上述のようにして決定されたベストフォーカス位置を考慮して露光時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して、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。
以上説明したように、本第２の実施形態に係る露光条件の決定方法によると、テンプレートパターンデータ（この場合黒パターンのデータ）と、レチクルＲＴ上のテストマークＲＭのレジスト像が形成されたウエハＷＴ上の各区画領域ＤＡｉ，ｊの撮像データとをパターンマッチングし、それぞれの相関値（マッチング度）を求めるとともに、像面上の露光ドーズ量とフォーカス位置とをそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の曲線図形を算出する基準として予め定めた異なる複数の閾値について、相関値との比較を繰り返し行って、閾値毎に曲線図形を算出し、それらの閾値毎に算出された曲線図形に基づいてベストフォーカス位置を検出する（図１３ステップ２７４〜２８８）。
従って、本第２の実施形態に係る露光条件決定方法によると、前述した第１の実施形態と同様に、テスト露光条件をむやみに細かくすることなく、安定して、かつ精度良く、しかも迅速に着目する露光条件（ベストフォーカス位置）を求めることができる。
また、本第２の実施形態では、各計測点毎に最適なテンプレートパターンデータの自動検出を行っている。すなわち、レチクルＲＴのテストマークＲＭが転写されたウエハＷＴ上の区画領域ＤＡｉ，ｊの撮像データの中から選択された、計測用パターンの像が実質的に存在しない少なくとも１つの区画領域の撮像データ（白パターンのデータ）をテンプレートパターンデータとして、各撮像データとのパターンマッチングを行い、計測用パターンの転写像が消滅する境界付近を精度良く検出する（図１３ステップ２６６〜２７０）。そして、その結果に基づいて境界線の輪郭から最も解像された計測用パターンの転写像が存在する確率の高い区画領域を確実に検出してその区画領域の中から所定の基準により選択した区画領域の撮像データをテンプレートパターンとすることにより、確実に所望の条件のテンプレートパターンを選択している。このような、テンプレートの自動検出を行うことによって、精度の向上は勿論、露光条件の異なるウエハの連続計測も可能になる。
これまでの説明から明らかなように、上記各実施形態の露光装置では、ハードディスク２９内に予めインストールされた露光条件の決定プログラムに従って、主制御装置２０が前述した露光条件の決定を行うようになっているので、露光装置の露光条件の決定の自動化が実現されている。勿論、ハードディスクにインストールされた露光条件の決定プログラムは、他の情報記録媒体（ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＭＯ等）に予めインストールされているものでも良い。
これまでの説明から明らかなように、第１、第２の実施形態においてそれぞれ説明した図６、図１３のサブルーチン２２７は、所定の基準に基づいて択一的に選択する制御アルゴリズム（露光条件判定プログラム）を採用することが可能である。この場合の所定の基準としては、計測用マスクとしてのテストレチクルＲＴ上の計測用パターンの種類、例えばライン部とスペース部のデューティ比が所定の閾値以下であるか否かを基準とすることができる。このような制御アルゴリズムは、簡単な変更により実現可能である。
なお、上記第２の実施形態において、前述の第１の実施形態と同様に、予め定めた１つの閾値と前記相関値とを比較し、その比較の結果に基づいて、曲線図形を算出し、その算出した曲線図形に基づいて、ベストフォーカス位置を決定することとしても良い。この場合において、前述の第１の実施形態と同様に、算出した曲線図形をカーブフィッティングして、近似曲線を求め、この近似曲線に基づいて前述と同様にしてベストフォーカス位置を決定することとしても良い。
また、前述した第１の実施形態において、第２の実施形態と同様に、像面上の露光ドーズ量とフォーカス位置とをそれぞれ座標軸とする２次元座標系上の曲線図形を算出する基準として予め定めた異なる複数の閾値について、各区画領域の相関値との比較を繰り返し行い、閾値毎に曲線図形を算出することとしても良い。この場合、それらの閾値毎に算出された曲線図形に基づいて閾値毎にベストフォーカス位置をそれぞれ検出し、それらの閾値毎のベストフォーカス位置の平均値を真のベストフォーカス位置とする。あるいは、上記の単純平均に限らず、閾値の変化にかかわらずベストフォーカス位置の値が殆ど変化しない所定の範囲内に収まる状況が一定期間以上連続する閾値の区間を見つけ、その区間におけるベストフォーカス位置の平均値（又は重み付け平均値）を真のベストフォーカス位置として算出することとしても良い。
上記各実施形態と同様の処理を行う際に、閾値を超える相関値を有する区画領域から成る図形として、図１６に示されるような山形が複数含まれるような図形（擬解像を含む図形）が得られることがある。このような場合、中央の山形図形Ａのみに基づいて、ベストフォーカス位置を算出するようにしても良いが、擬解像領域も必要情報を含むため、これを無視することなく、図１６の上端、下端の低い山形の図形Ｂ，Ｃをも用いてベストフォーカス位置を算出する制御アルゴリズムを用意しておくことが望ましい。例えば、図形Ｂ，Ｃの頂点のフォーカス値の平均値と、図形Ａの頂点のフォーカス値との平均値をベストフォーカス位置とするなどである。
また、上記実施形態では、計測領域ＤＢｎの全領域をアライメント検出系ＡＬＧを用いて１度に撮像する、あるいは各区画領域ＤＡｉ，ｊ毎に撮像するものとしたが、前者では、各区画領域の撮像データの分解能（アライメント検出系ＡＬＧの分解能）が不十分であり、かつ後者では、撮像データの取得に時間が掛かりすぎるような場合も考えられる。このような場合、例えば図１７Ａに示されるように、フォーカス位置とパターン残存数との関係において山状のカーブが存在すると経験上予測できる計測領域ＤＢｎ内の一部領域のみを選択的に撮像しても良い。図１７Ａでは、一例として３つの部分領域（ＯＡ１、ＯＡ２、ＯＡ３）を選択して撮像する場合が示されているが、これに限定されるものではない。これによって、計測領域ＤＢｎの全領域を撮像する場合に比べて、撮像データの取得及び画像処理に要する全体の時間を短縮できるとともに、アライメント検出系ＡＬＧの分解能が向上し、測定精度を向上させることができる。
この場合において、テスト露光用パターンあるいは計測用パターンを小さくすることにより、一例として図１７Ｂに示されるように、計測領域の大きさが小さく（例えば、１／４程度に）なると、分解能を低下させることなく、１つの選択領域ＯＡ４の撮像で画像処理に必要なデータを取得することができ、撮像データの取得及び画像処理に要する全体の時間を更に短縮することが可能となる。いずれの場合も、従来の目視による方法に比べて、計測結果におけるばらつき（３σ）を小さくすることができる。
なお、上記各実施形態では、テストマークＲＭのパターンをウエハ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ＦＩＡ系のアライメント検出系ＡＬＧによって撮像し、その撮像データに対してテンプレートマッチングを行う場合について説明したが、本発明に係る露光条件の決定方法はこれに限定されるものではない。例えば、アライメント検出系ＡＬＧとして、区画領域に対してレーザ光を走査し、その反射光、散乱光を検出する方式や、区画領域にコヒーレントビームをほぼ垂直に照射し、当該マークから発生する同次数の回折光（±１次、±２次、……、±ｎ次回折光）を干渉させて検出するアライメント検出系でも良い。この場合、次数毎に回折光を独立に検出し、少なくとも１つの次数での検出結果を用いるようにしても良いし、波長が異なる複数のコヒーレントビームをアライメントマークに照射し、波長毎に各次数の回折光を干渉させて検出しても良い。このような場合であっても、上記各実施形態と同様の手順でウエハ上の複数の区画領域の各々に投影光学系ＰＬを介してテスト露光用パターンを順次転写し、現像等を経てテスト露光用パターンが転写されたウエハ上の複数の部分領域の各々に形成されたレジスト像を、それぞれのアライメント検出系で検出することにより、パターンの形成状態に関する情報を得ることができる。かかる情報としては、例えば前者では、前述の反射光、散乱光の強度信号、あるいはその強度信号に何らかの信号処理を施した信号となる。また、後者では、位相情報あるいはその位相情報を用いて何らかの処理をして得た情報となる。その他の検出方式を採用した場合には、その検出方式に応じた情報となる。なお、これらの場合には、パターンマッチングの基準となる基準パターンは不要である。すなわち、テスト露光用パターンとして前述の計測用パターンのみを含むパターンを用いることができる。
そして、得られた各区画領域におけるパターンの形成状態に関する情報を、上記第２の実施形態と同様に、着目する露光条件を算出する基準として予め定められた異なる複数の閾値と繰り返し比較して、閾値の変化にかかわらず閾値に基づいて算出される着目する露光条件が所定の範囲内に収まる状況が所定範囲に渡って連続する区間を検出し、その区間に対応する着目する露光条件に基づいて最良露光条件を決定する。このようにすることにより、容易かつ確実に最良露光条件を決定することができるので、閾値の決定の困難さを解消することができる。
また、上記各実施形態において、例えば、撮像の対象は、露光の際にレジストに形成された潜像であっても良く、また、撮像装置として露光装置外に設けられた専用の撮像装置を用いても良い。
また、上記各実施形態では、基準パターンとして、枠状パターンＦＲが形成されたレチクルＲＴを用いて計測用露光を行う場合について説明したが、これに限らず、基準パターンとしては種々のパターンを用いることができる。基準パターンは、計測用パターンの位置基準になるものであれば良く、そのためには、例えば現像によってウエハＷＴ上に形成されるレジスト像が消滅しない程度の太さを有するものであれば良い。すなわち、基準パターンの太さを、レジストの特性と露光条件とを考慮して、基板上にレジスト像が残る程度の太さとすれば良い。
但し、区画領域の撮像データは回転した状態のデータとして取り込まれることが考えられるため、基準パターンは、パターンマッチングの際に、計測用パターンの転写像の回転方向の検出が可能となるものであることが望ましい。かかる場合には、パターンマッチング時に物体上の転写像が基準状態（例えば初期状態）から回転しているような場合であっても、その転写像の撮像データとテンプレートパターンデータとのマッチングを迅速に行うことが可能になるからである。勿論、基準パターンは、転写像の撮像データに基づいて計測用パターン像の回転のみならずその拡大縮小率（倍率）をも検出できるものであっても良い。
また、上記各実施形態では、着目する露光条件、すなわち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（フォーカス位置）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、着目する露光条件は、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、例えばフォーカス位置のみ、あるいは露光ドーズ量のみを変更しながら、計測用マスクのパターンを物体上の複数の部分領域に転写し、その転写像の撮像データにテンプレートマッチングを行う場合であても、基準パターンの存在により、そのマッチングを迅速に行うことができるという効果がある。
また、最良露光条件の決定の対象となる着目する露光条件も１つに限られるものではない。例えば、上記各実施形態において、ベストフォーカスとともにベスト露光ドーズ量を決定する場合には、ドーズステップを低ドーズ側にも設定して、上記各実施形態と同様の処理を行い、得られた曲線図形中のフォーカスの幅が最大となるドーズステップをベスト露光ドーズ量として決定することができる。
また、基板（物体）上の計測用パターンが転写される領域も、上記の如くマトリックス状配置の領域にすることは必ずしも必要ではない。すなわち、基板上のいずれの位置にパターンの転写像が形成されていても、その撮像データを用いてパターンマッチングを行うことは十分に可能だからである。
一方、上記各実施形態の如く、マトリックス状の配置の領域にする場合には、計測用マスク上に基準パターンを必ずしも設ける必要はない。マトリックス状の配置の領域を一度に撮像した撮像データに対してテンプレートマッチングを行うことは可能だからである。
また、上記各実施形態では、計測用のレチクルＲＴのパターン領域の中央部及び四隅部の５箇所にテストマークＲＭが形成される場合について説明したが、これに限らず、最良露光条件を求める所望の位置分解能に応じて、テストマークＲＭを計測用のレチクルＲＴに形成することが可能である。
さらに、計測用レチクルＲＴに形成されるパターンとして同一周期方向のＬ／Ｓパターンを使用したが、互いに近接した位置に形成された縦線、横線、斜め線等の複合Ｌ／Ｓパターンとすることもできる。この場合には、非点収差等の収差測定も可能となる。また、計測用パターンとして周期パターンを用いる場合、その周期パターンは、ライン・アンド・スペース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。
また、上記各実施形態では、テンプレートパターンとのパターンマッチングとして相関係数を算出するパターンマッチングを使用したが、例えばパターン間の差分を算出するパターンマッチングを使用してもよい。この場合には、最良露光条件でパターンマッチング結果が最小となり、最良露光条件から離れる程パターンマッチング結果が大きくなるが、この点を考慮すれば上記各実施形態と同様にして最良露光条件を決定することができる。
また、上記各実施形態では、光源としてレーザ光源を使用したが、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、本発明は、紫外線を光源にする縮小投影露光装置、波長１０ｎｍ前後の軟Ｘ線を光源にする縮小投影露光装置、波長１ｎｍ前後を光源にするＸ線露光装置、ＥＢ（電子ビーム）やイオンビームによる露光装置などあらゆるウエハ露光装置、液晶露光装置等の何れにも好適に適用できる。また、ステップ・アンド・リピート機、ステップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・スティッチング機を問わない。
例えば、走査型露光装置の場合、非走査方向に細長い矩形又は円弧状のスリット状の照明領域が形成されるが、この照明領域に対応する投影光学系のイメージフィールド内の領域の内部に計測点を配置することにより、上記実施形態と全く同様にして、露光条件、例えば露光ドーズ量、ベストフォーカス位置や像面湾曲等の投影光学系ＰＬの結像特性など決定し、あるいは計測することができる。また、パルス光源を用いた走査型露光装置の場合、パルス光源から像面に照射される１パルス当たりのエネルギ量、パルス繰り返し周波数、照明領域の走査方向の幅（いわゆるスリット幅）、及び走査速度の少なくとも１つを調整することにより、像面における露光ドーズ量（露光エネルギ量、積算露光量）を所望の値に調整することが可能である。
なお、例えばＹ軸方向を走査方向として、レチクルとウエハを相対走査させて露光する場合には、ウエハが＋Ｙ方向に移動する際の最良フォーカス位置と、−Ｙ方向に移動する際の最良フォーカス位置とは、必ずしも一致しないことがあり、このような場合、多点焦点位置検出系（４０、４２）の検出オフセットを異ならせる必要がある。従って、走査型露光装置では、ウエハが＋Ｙ方向に移動する場合及び−Ｙ方向に移動する場合における最良フォーカス位置をそれぞれ計測することが望ましい。
《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。
図１８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、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１８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。
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。
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。
図１９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１９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。
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。
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。
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、上記各実施形態の露光装置及び露光方法が用いられるので、前述した露光条件決定方法で精度良く求められた最良露光条件にて、高精度な露光が行われ、高集積度のデバイスを製造することが可能となる。
産業上の利用可能性
本発明の露光条件の決定方法、露光条件の決定プログラム及びそれを記録した記録媒体は、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板へ転写する投影露光装置における露光条件の決定に適している。また、本発明の露光方法は、基板上に精度良くパターンを転写するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、高集積度のマイクロデバイスの製造に適している。
【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２は図１の照明系１０の具体的構成の一例を説明するための図である。
図３Ａ〜図３Ｃは、露光条件の検出原理を説明するための図である。
図４Ａ及び図４Ｂは、第１の実施形態における露光条件の検出原理を説明するための図である。そのうち、図４Ａはテストレチクルを一部省略して示す平面図、図４Ｂは図４Ａのテストレチクルのパターンが転写された計測用ウエハを示す平面図である。
図５は、露光条件の決定の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る。
図６は、図５のサブルーチン２２７のフローチャートである。
図７は、レチクルＲＴの全体を示す平面図である。
図８は、ウエハＷＴ上の１つのショット領域内の区画領域の配置を示す図である。
図９は、区画領域の配列を説明するための図である。
図１０は、現像が終了したウエハＷ上の計測領域ＤＢｎの一例を模式的に示す図である。
図１１は、二値化後のデータの一例をテーブルデータ形式で示す図である。
図１２Ａは、第１段階の関数フィッティングを説明するための図、図１２Ｂは、第２段階の関数フィッティングを説明するための図である。
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る図５のサブルーチン２２７のフローチャートである。
図１４は、区画領域の配列順に並べ替えられた後のサーチ結果のデータの一例をテーブルデータ形式で示す図である。
図１５は、閾値ｍに応じた多数の山形の図形の各頂点のフォーカス位置Ｚｍが順次算出される様子を簡略化して示す図である。
図１６は、山形が複数含まれるような図形（偽解像を含む図形）の一例を示す図である。
図１７Ａは、第１、第２の実施形態で採用可能なウエハ上の計測領域の撮像方法のその他の一例を説明するための図、図１７Ｂは、テスト露光用パターンのサイズを小さくした場合における計測領域の撮像方法の一例を説明するための図である。
図１８は、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１９は、図１８のステップ３０４における処理のフローチャートである。
【図１】
2002029870.tif 000003
【図２】
2002029870.tif 000004
【図３Ａ】
2002029870.tif 000005
【図３Ｂ】
2002029870.tif 000006
【図３Ｃ】
2002029870.tif 000007
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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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１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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