(57)【要約】物体面上に配置されたパターンを投影光学系の像面側に配置されたウエハ（ＷＴ）上に順次転写してマトリックス状の複数の区画領域（ＤＡｉ，ｊ）から成る第１領域（ＤＣｎ）をウエハ上に形成するとともに、第１領域の周囲に過露光の第２領域（ＤＤｎ）を形成する。そして、複数の区画領域（ＤＡｉ，ｊ）におけるパターンの像の形成状態を、コントラスト検出などの画像処理の手法により検出する。この場合、第１領域の外側に過露光の第２領域が存在するので、第１領域の最外周部の区画領域と第２領域の境界線をＳ／Ｎ比良く検出することができ、その境界線を基準として他の区画領域の位置をほぼ正確に算出できる。従って、パターン像の形成状態を短時間で検出することができる。
2002091440.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、
少なくとも１つの露光条件を変更しながら、前記第１面上に配置された計測用パターンを前記投影光学系の第２面側に配置された物体上に順次転写してマトリックス状に配置された複数の区画領域から成る全体として矩形の第１領域を前記物体上に形成する第１工程と；
前記第１領域の周囲の少なくとも一部の前記物体上の領域に過露光の第２領域を形成する第２工程と；
前記第１領域を構成する前記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前記計測用パターンの像の形成状態を検出する第３工程と；
前記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４工程と；を含む光学特性計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程は、前記第１工程に先立って行われることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光学特性計測方法において、
前記第２領域は、前記第１領域を取り囲む一回り大きい矩形枠状の領域の少なくとも一部であることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項４】
請求項１に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程では、前記第１面上に配置された所定のパターンを前記投影光学系の第２面側に配置された前記物体上に転写して前記第２領域を形成することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項５】
請求項４に記載の光学特性計測方法において、
前記所定のパターンは全体として矩形のパターンであり、
前記第２工程では、前記第１面上に配置された前記全体として矩形のパターンを前記投影光学系の第２面側に配置された前記物体上に走査露光方式で転写することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項６】
請求項４に記載の光学特性計測方法において、
前記所定のパターンは全体として矩形のパターンであり、
前記第２工程では、前記第１面上に配置された前記全体として矩形のパターンを前記投影光学系の第２面側に配置された前記物体上に順次転写することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項７】
請求項１に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程では、前記第１面上に配置された前記計測用パターンを前記投影光学系の第２面側に配置された前記物体上に過露光となる露光量で順次転写して前記第２領域を形成することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項８】
請求項１に記載の光学特性計測方法において、
前記第３工程では、前記第２領域の一部を基準として前記第１領域を構成する複数の区画領域それぞれの位置を算出することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項９】
請求項１に記載の光学特性計測方法において、
前記第３工程では、前記第１領域を構成する複数の区画領域及び前記第２領域に対応する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第１領域を構成する前記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検出することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の光学特性計測方法において、
前記第３工程では、前記第１領域を構成する前記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、撮像により得られた前記各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光学特性計測方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光学特性計測方法において、
前記代表値は、前記ピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つであることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の光学特性計測方法において、
前記代表値は、各区画領域内の指定範囲内におけ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光学特性計測方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の光学特性計測方法において、
前記像の形成状態の検出に際し、前記各区画領域の代表値を所定の閾値と比較して二値化することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の光学特性計測方法において、
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光学特性計測方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の光学特性計測方法において、
前記計測用パターンの転写に際しては、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、前記計測用パターンを前記物体上に順次転写し、前記像の形成状態の検出に際しては、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、前記光学特性を求めるに際しては、前記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光学特性計測方法。
【請求項１６】
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、
少なくとも１つの露光条件を変更しながら、前記第１面上に配置されたマルチバーパターンを含む計測用パターンを前記投影光学系の第２面側に配置された物体上に順次転写し、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Ｌ以上離れている所定の領域を前記物体上に形成する第１工程と；
前記所定の領域を構成する前記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検出する第２工程と；
前記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３工程と；を含む光学特性計測方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程では、画像処理の手法により前記像の形成状態を検出することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の光学特性計測方法において、
前記距離Ｌは、前記各区画領域を撮像する撮像装置の解像度をＲｆ、前記マルチパターン像のコントラストをＣｆ、プロセスによって定まるプロセスファクタをＰｆ、前記撮像装置の検出波長をλｆとした場合に、Ｌ＝ｆ（Ｃｆ、Ｒｆ、Ｐｆ、λｆ）なる関数で表されることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の光学特性計測方法において、
前記所定の領域は、前記物体上にマトリックス状に配置された複数の区画領域から成る全体として矩形の領域であることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程では、前記所定の領域の外周の輪郭から成る矩形の外枠を前記所定の領域に対応する撮像データに基づいて検出し、その検出された外枠を基準として前記所定の領域を構成する複数の区画領域それぞれの位置を算出することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項２１】
請求項１６に記載の光学特性計測方法において、
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光学特性計測方法。
【請求項２２】
請求項１６に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程では、前記所定の領域を構成する複数の区画領域に対応する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所定の領域を構成する前記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検出することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項２３】
請求項１６に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程では、前記所定の領域を構成する前記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、撮像により得られた各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光学特性計測方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の光学特性計測方法において、
前記代表値は、前記ピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つであることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の光学特性計測方法において、
前記代表値は、各区画領域内の指定範囲内におけ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光学特性計測方法。
【請求項２６】
請求項１６に記載の光学特性計測方法において、
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光学特性計測方法。
【請求項２７】
請求項１６に記載の光学特性計測方法において、
前記計測用パターンの転写に際しては、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、前記計測用パターンを前記物体上に順次転写し、前記像の形成状態の検出に際しては、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、前記光学特性を求めるに際しては、前記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光学特性計測方法。
【請求項２８】
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、
光透過部に形成される計測用パターンを前記第１面上に配置し、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面側に配置された物体を前記光透過部のサイズに対応する距離以下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、マトリックス状に配置された複数の区画領域から成る全体として矩形の所定の領域を前記物体上に形成する第１工程と；
前記所定の領域を構成する前記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検出する第２工程と；
前記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３工程と；を含む光学特性計測方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程では、前記像の形成状態を画像処理の手法により検出することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項３０】
請求項２８に記載の光学特性計測方法において、
前記ステップピッチは、前記物体上で前記光透過部の投影領域がほぼ接する、あるいは重なるように設定されることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の光学特性計測方法において、
前記物体には、その表面にポジ型のフォトレジストで感光層が形成されるとともに、前記像は前記計測用パターンの転写後に現像処理を経て前記物体上に形成され、前記ステップピッチは、前記物体上で隣接する像間の感光層が前記現像処理により除去されるように設定されることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項３２】
請求項２８に記載の光学特性計測方法において、
前記物体には、その表面にポジ型のフォトレジストで感光層が形成されるとともに、前記像は前記計測用パターンの転写後に現像処理を経て前記物体上に形成され、前記ステップピッチは、前記物体上で隣接する像間の感光層が前記現像処理により除去されるように設定されることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項３３】
請求項２８に記載の光学特性計測方法において、
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光学特性計測方法。
【請求項３４】
請求項２８に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程は、
前記所定の領域の外周の輪郭から成る矩形の外枠を前記所定の領域に対応する撮像データに基づいて検出する外枠検出工程と；
前記検出された外枠を基準として前記所定の領域を構成する複数の区画領域それぞれの位置を算出する算出工程と；を含むことを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の光学特性計測方法において、
前記外枠検出工程では、前記所定の領域の外周の輪郭から成る矩形の外枠を構成する第１辺から第４辺の各辺上でそれぞれ少なくとも２点を求め、前記求めた少なくとも８点に基づいて前記所定の領域の外枠を算出することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項３６】
請求項３４に記載の光学特性計測方法において、
前記算出工程では、既知の区画領域の配列情報を用いて前記検出した外枠の内部領域を等分割して、前記所定の領域を構成する複数の区画領域それぞれの位置を算出することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項３７】
請求項３４に記載の光学特性計測方法において、
前記外枠検出工程は、
前記所定の領域の外周の輪郭から成る矩形の外枠を構成する第１辺から第４辺のうちの少なくとも１辺について概略位置検出を行う概略位置検出工程と；
前記概略位置検出工程で算出された少なくとも１辺の概略位置の検出結果を利用して前記第１辺から第４辺の位置を検出する詳細位置検出工程と；を含むことを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の光学特性計測方法において、
前記概略位置検出工程では、前記所定の領域の画像中心近傍を通る第１方向のピクセル列情報を用いて境界検出を行い、前記所定の領域の前記第１方向の一端，他端にそれぞれ位置し前記第１方向に直交する第２方向に延びる第１辺，第２辺の概略位置をそれぞれ求め、
前記詳細位置検出工程では、
前記求めた前記第１辺の概略位置より所定距離だけ前記第２辺寄りの位置を通る前記第２方向のピクセル列、及び前記求めた前記第２辺の概略位置より所定距離だけ前記第１辺寄りの位置を通る前記第２方向のピクセル列を用いて境界検出を行い、前記所定の領域の前記第２方向の一端，他端にそれぞれ位置し前記第１方向に延びる第３辺、第４辺及び該第３辺、第４辺上の各２点を求め、
前記求めた第３辺より所定距離だけ前記第４辺寄りの位置を通る第１方向のピクセル列、及び前記求めた第４辺より所定距離だけ前記第３辺寄りの位置を通る前記第１方向のピクセル列を用いて境界検出を行い、前記所定の領域の前記第３辺、第４辺上の各２点を求め、
矩形領域である前記所定の領域の４頂点を、前記第１ないし第４辺上の各２点の点に基づいて定まる４本の直線同士の交点として求め、
前記求めた４頂点に基づいて最小二乗法による長方形近似を行い、回転を含めた前記所定の領域の矩形の外枠を算出することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の光学特性計測方法において、
前記境界検出に際して、誤検出を起こし難い境界の検出情報を用いて、誤検出を起こし易い境界の検出範囲を限定することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項４０】
請求項３８に記載の光学特性計測方法において、
前記境界検出に際しては、前記各ピクセル列のピクセル値から成る信号波形と所定の閾値ｔとの交点を求め、該求めた各交点の近傍の極大値及び極小値を求め、
求めた極大値及び極小値の平均値を新たな閾値ｔ’とし、
前記波形信号が前記極大値と極小値間で新たな閾値ｔ’を横切る位置を求め、その位置を境界位置とすることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の光学特性計測方法において、
前記閾値ｔは、
所定の範囲の振り幅で閾値を変化させつつ、該閾値と前記境界検出用に取り出した直線状のピクセル列のピクセル値から成る信号波形との交点数を求め、該求めた交点数が、前記計測用パターンによって決まる目標交点数に一致したときの閾値を仮閾値とし、該仮閾値を含み、前記交点数が前記目標交点数となる閾値範囲を求め、その求めた閾値範囲の中心を前記閾値ｔとして決定することによって設定されていることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項４２】
請求項４１に記載の光学特性計測方法において、
前記振り幅は、前記境界検出用に取り出した直線状のピクセル列におけるピクセル値の平均と標準偏差を基に設定されていることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項４３】
請求項２８に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程では、前記所定の領域に対応する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第１領域を構成する前記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検出することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項４４】
請求項２８に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程では、前記所定の領域を構成する前記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、撮像により得られた前記各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光学特性計測方法。
【請求項４５】
請求項４４に記載の光学特性計測方法において、
前記代表値は、前記ピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つであることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項４６】
請求項４４に記載の光学特性計測方法において、
前記代表値は、各区画領域内の指定範囲内におけ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光学特性計測方法。
【請求項４７】
請求項４６に記載の光学特性計測方法において、
前記指定範囲は、前記計測用パターンの像と前記区画領域との設計上の位置関係に応じて定まる縮小率で前記各区画領域を縮小した縮小領域であることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項４８】
請求項２８に記載の光学特性計測方法において、
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光学特性計測方法。
【請求項４９】
請求項２８に記載の光学特性計測方法において、
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、前記計測用パターンを前記物体上に順次転写し、
前記第２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３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光学特性計測方法。
【請求項５０】
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、
少なくとも１つの露光条件を変更しながら、前記第１面上に配置された計測用パターンを前記投影光学系の第２面側に配置された物体上の複数の領域に順次転写する第１工程と；
前記計測用パターンが異なる露光条件で転写された前記物体上の前記複数の領域を撮像し、複数のピクセルデータからなる領域毎の撮像データをそれぞれ求め、前記複数の領域の少なくとも一部の複数の領域について、該領域毎のピクセルデータに関する代表値を用いて前記計測用パターンの像の形成状態を検出する第２工程と；
前記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３工程と；を含む光学特性計測方法。
【請求項５１】
請求項５０に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程では、前記複数の領域の少なくとも一部の複数の領域について、領域毎に全てのピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つを代表値とし、該代表値と所定の閾値とを比較して前記計測用パターンの像の形成状態を検出することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項５２】
請求項５０に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程では、前記複数の領域の少なくとも一部の複数の領域について、領域毎に一部のピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つを代表値とし、該代表値と所定の閾値とを比較して前記計測用パターンの像の形成状態を検出することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項５３】
請求項５２に記載の光学特性計測方法において、
前記一部のピクセルデータは、前記各領域内の指定範囲内におけるピクセルデータであり、前記代表値は、前記ピクセルデータの加算値、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光学特性計測方法。
【請求項５４】
請求項５３に記載の光学特性計測方法において、
前記指定範囲は、前記各領域内における前記計測用パターンの配置に応じて定められた前記各領域の部分領域であることを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項５５】
請求項５０に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程では、異なる複数の閾値と前記代表値とを比較して閾値毎に前記計測用パターンの像の形成状態を検出し、
前記第３工程では、前記閾値毎に求めた前記検出結果に基づいて光学特性を計測することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項５６】
請求項５０に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程は、
前記複数の領域の少なくとも一部の複数の領域について、領域毎に全てのピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つを代表値とし、該代表値と所定の閾値とを比較して前記計測用パターンの像の第１の形成状態を検出する第１検出工程と；
前記複数の領域の少なくとも一部の複数の領域について、領域毎に一部のピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つを代表値とし、該代表値と所定の閾値とを比較して前記計測用パターンの像の第２の形成状態を検出する第２検出工程と；を含み、
前記第３工程では、前記第１の形成状態の検出結果と前記第２の形成状態の検出結果とに基づいて、前記投影光学系の光学特性を求め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５７】
請求項５６に記載の光学特性計測方法において、
前記第２工程では、異なる複数の閾値と前記代表値とを比較して閾値毎に前記計測用パターンの像の第１の形成状態及び第２の形成状態をそれぞれ検出し、
前記第３工程では、前記閾値毎に求めた前記第１の形成状態及び第２の形成状態の検出結果に基づいて光学特性を計測することを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項５８】
請求項５０に記載の光学特性計測方法において、
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光学特性計測方法。
【請求項５９】
請求項５０に記載の光学特性計測方法において、
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、前記計測用パターンの像を前記物体上の複数の領域に順次転写し、前記第２工程では、前記投影光学系の光軸方向に関する位置毎に前記像の形成状態を検出し、前記第３工程では、その像が検出された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光学特性計測方法。
【請求項６０】
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１〜５９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６１】
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６０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】
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。
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露光装置が、比較的多く用いられている。
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、投影光学系の光学性能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。
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。
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。
１つは、いわゆるＣＤ／フォーカス法として知られている計測方法である。ここでは、所定のレチクルパターン（例えば、ラインアンドスペースパターン等）を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。
他の１つは、例えば日本特許第２５８０６６８号、第２７１２３３０号、及び対応する米国特許第４，９０８，６５６号などに開示される、いわゆるＳＭＰフォーカス計測法として知られている計測方法である。ここでは、複数のフォーカス位置で、くさび形マークのレジスト像をウエハ上に形成し、フォーカス位置の違いによるレジスト像の線幅値の変化を長手方向の寸法変化に増幅させて置き換え、ウエハ上のマークを検出するアライメント系などのマーク検出系を用いてレジスト像の長手方向の長さを計測する。そして、フォーカス位置とレジスト像の長さとの相関関係を示す近似曲線の極大値近傍を所定のスライスレベルでスライスし、得られたフォーカス位置の範囲の中点を最良フォーカス位置と判断する。
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。
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してしまう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。
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。
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、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フォーカス位置などの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。この公報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。
しかるに、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。
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。
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、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。
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。
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。
発明の開示
本発明は、第１の観点からすると、第１面上のパターンを第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、少なくとも１つの露光条件を変更しながら、前記第１面上に配置された計測用パターンを前記投影光学系の第２面側に配置された物体上に順次転写してマトリックス状に配置された複数の区画領域から成る全体として矩形の第１領域を前記物体上に形成する第１工程と；前記第１領域の周囲の少なくとも一部の前記物体上の領域に過露光の第２領域を形成する第２工程と；前記第１領域を構成する前記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前記計測用パターンの像の形成状態を検出する第３工程と；前記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４工程と；を含む第１の光学特性計測方法である。
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。
これによれば、少なくとも１つの露光条件を変更しながら、第１面（物体面）上に配置された計測用パターンを投影光学系の第２面（像面）側に配置された物体上に順次転写してマトリックス状に配置された複数の区画領域から成る全体として矩形の第１領域を物体上に形成するとともに、第１領域の周囲の少なくとも一部の物体上の領域に過露光の第２領域を形成する（第１、第２工程）。
そして、第１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計測用パターンの像の形成状態を検出する（第３工程）。ここで、計測用パターンの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（潜像及び顕像の少なくとも一方）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。
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（Ｆｉｅｉｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系のアライメントセンサや、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、例えばいわゆるＬＳＡ系の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、各種のアライメントセンサをも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。
いずれにしても、第１領域の外側に過露光の第２領域（パターン像が形成されない領域）が存在するので、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）の検出の際に、隣接する外側の領域のパターン像の存在によりその外縁部区画領域の像のコントラストが低下するのが防止される。従って、前記外縁部区画領域と第２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の位置を算出することにより、他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。これにより、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おける像のコントラスト、あるいは回折光などの反射光の光量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。
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、回折光などの反射光の光量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。
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（又はレチクル）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。
従って、本発明の第１の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計測することができる。
この場合において、第１工程は、第２工程に先立って行われても良いが、前記第２工程は、前記第１工程に先立って行われることとしても良い。後者の場合には、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。
本発明の第１の光学特性計測方法では、前記第２領域は、前記第１領域を取り囲む一回り大きい矩形枠状の領域の少なくとも一部であることとすることができる。かかる場合には、第２領域の外縁部を検出することにより、その外縁部を基準として第１領域を構成する複数の区画領域の位置を容易に算出することも可能である。
本発明の第１の光学特性計測方法において、前記第２工程では、前記第１面上に配置された所定のパターンを前記投影光学系の第２面側に配置された前記物体上に転写して前記第２領域を形成することとすることができる。この場合において、所定のパターンとしては、矩形枠状のパターン、あるいはその矩形枠の一部形状、例えばコ字状（Ｕ字状）のパターンなど種々のパターンが考えられる。例えば、前記所定のパターンが全体として矩形のパターンである場合には、前記第２工程では、前記第１面上に配置された前記全体として矩形のパターンを前記投影光学系の第２面側に配置された前記物体上に走査露光方式（又はステップ・アンド・スティッチ方式）などで転写することとすることができる。あるいは、前記所定のパターンが全体として矩形のパターンである場合に、前記第２工程では、前記第１面上に配置された前記全体として矩形のパターンを前記投影光学系の第２面側に配置された前記物体上に順次転写することとすることもできる。
この他、本発明の第１の光学特性計測方法において、前記第２工程では、前記第１面上に配置された前記計測用パターンを前記投影光学系の第２面側に配置された前記物体上に過露光となる露光量で順次転写して前記第２領域を形成することとすることができる。
本発明の第１の光学特性計測方法において、前記第３工程では、前記第２領域の一部を基準として前記第１領域を構成する複数の区画領域それぞれの位置を算出することとすることができる。
本発明の第１の光学特性計測方法において、前記第３工程では、前記第１領域を構成する複数の区画領域及び前記第２領域に対応する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第１領域を構成する前記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検出することとすることができる。
本発明の第１の光学特性計測方法において、前記第３工程では、前記第１領域を構成する前記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、撮像により得られた前記各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。かかる場合には、各区画領域のピクセルデータに関する代表値という客観的かつ定量的な値を判定値として像（計測用パターンの像）の形成状態を検出するので、像の形成状態を精度、再現性良く検出することが可能となる。
この場合において、前記代表値は、前記ピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つであることとすることができる。あるいは、前記代表値は、各区画領域内の指定範囲内におけ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もできる。ここで、各区画領域内の指定範囲は勿論、代表値の算出のためピクセルデータを抽出するエリア（例えば区画領域）の形状は、矩形、円形、楕円形、あるいは三角形などの多角形、のいずれの形状であっても良い。
本発明の第１の光学特性計測方法では、前記像の形成状態の検出に際し、前記各区画領域の代表値を所定の閾値と比較して二値化することとすることができる。かかる場合には、像（計測用パターンの像）の有無を精度、再現性良く検出することが可能となる。
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、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。
本発明の第１の光学特性計測方法では、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。
本発明の第１の光学特性計測方法では、前記計測用パターンの転写に際しては、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、前記計測用パターンを前記物体上に順次転写し、前記像の形成状態の検出に際しては、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、前記光学特性を求めるに際しては、前記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。
かかる場合には、計測用パターンの転写に際しては、２つの露光条件、すなわち投影光学系の光軸方向に関する物体の位置と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しながら計測用パターンの像を物体上の複数の領域に順次転写する。この結果、物体上の各領域には、それぞれ転写時の投影光学系の光軸方向に関する物体の位置及び物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量が異なる計測用パターンの像が転写される。
そして、像の形成状態の検出に際しては、物体上の前記少なくとも一部の複数の区画領域について、例えば投影光学系の光軸方向に関する位置毎に計測用パターンの像の有無を検出する。この結果、投影光学系の光軸方向に関する位置毎に、その像が検出されたエネルギビームのエネルギ量を求めることができる。このように、像のコントラスト又は回折光などの反射光の光量などを利用した手法により、像の形成状態を検出しているため、従来の寸法を計測する方法と比較して、短時間で像の形成状態を検出することができる。また、客観的かつ定量的な像のコントラスト又は回折光などの反射光の光量などを用いているため、従来の方法と比較して、形成状態の検出精度及び検出結果の再現性を向上させることができる。
そして、前記光学特性を求めるに際しては、その像が検出されたエネルギビームのエネルギ量と投影光学系の光軸方向に関する位置との相関関係を示す近似曲線を求め、例えば、その近似曲線の極値から最良フォーカス位置を求めることができる。
本発明は、第２の観点からすると、第１面上のパターンを第２面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、少なくとも１つの露光条件を変更しながら、前記第１面上に配置されたマルチバーパターンを含む計測用パターンを前記投影光学系の第２面側に配置された物体上に順次転写し、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Ｌ以上離れている所定の領域を前記物体上に形成する第１工程と；前記所定の領域を構成する前記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検出する第２工程と；前記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３工程と；を含む第２の光学特性計測方法である。
ここで、マルチバーパターンは、複数本のバーパターン（ラインパターン）が所定間隔で配置されたパターンを意味する。また、マルチバーパターンに隣接するパターンは、該マルチバーパターンが形成された区画領域の境界に存在する枠パターン、及び隣接する区画領域のマルチバーパターンのいずれをも含む。
これによれば、少なくとも１つの露光条件を変更しながら、第１面（物体面）上に配置されたマルチバーパターンを含む計測用パターンを投影光学系の第２面（像面）側に配置された物体上に順次転写し、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物体上に形成する（第１工程）。
次いで、前記所定の領域を構成する前記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検出する（第２工程）。
ここで、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、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比が良好な検出信号を得ることができる。この場合、マルチバーパターンの像のＳ／Ｎ比が良好な検出信号を得ることができるので、例えばその検出信号の信号強度などを所定の閾値を用いて二値化することにより、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）に変換することができ、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。
そして、前記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３工程）。従って、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、前述の第１の光学特性計測方法の場合と同様の理由により、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。
この場合において、前記第２工程では、画像処理の手法により前記像の形成状態を検出することとすることができる。
すなわち、撮像信号に基づいて、テンプレートマッチング、あるいは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。
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。
本発明の第２の光学特性計測方法では、前記距離Ｌは、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り影響を受けない程度の距離であれば良く、例えば、前記距離Ｌは、前記各区画領城を撮像する撮像装置の解像度をＲｆ、前記マルチパターン像のコントラストをＣｆ、プロセスによって定まるプロセスファクタをＰｆ、前記撮像装置の検出波長をλｆとした場合に、Ｌ＝ｆ（Ｃｆ、Ｒｆ、Ｐｆ、λｆ）なる関数で表されることとすることができる。ここで、プロセスファクタは、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。
本発明の第２の光学特性計測方法では、前記所定の領域は、前記物体上にマトリックス状に配置された複数の区画領域から成る全体として矩形の領域であることとすることができる。
この場合において、前記第２工程では、前記所定の領域の外周の輪郭から成る矩形の外枠を前記所定の領域に対応する撮像データに基づいて検出し、その検出された外枠を基準として前記所定の領域を構成する複数の区画領域それぞれの位置を算出することとすることができる。
本発明の第２の光学特性計測方法において、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。かかる場合には、上記の外枠の検出に際して外枠部分の検出データ（撮像データなど）のＳ／Ｎ比が向上するので外枠検出が容易になる。
本発明の第２の光学特性計測方法において、前記第２工程では、前記所定の領域を構成する複数の区画領域に対応する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所定の領域を構成する前記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検出することとすることができる。
本発明の第２の光学特性計測方法において、前記第２工程では、前記所定の領域を構成する前記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、撮像により得られた前記各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。
この場合において、前記代表値は、前記ピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つであることとすることができる。あるいは、前記代表値は、各区画領域内の指定範囲内におけ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。
ここで、各区画領域内の指定範囲は勿論、代表値の算出のためピクセルデータを抽出するエリア（例えば区画領域）の形状は、矩形、円形、楕円形、あるいは三角形などの多角形、のいずれの形状であっても良い。
本発明の第２の光学特性計測方法では、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。
本発明の第２の光学特性計測方法では、前記計測用パターンの転写に際しては、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、前記計測用パターンを前記物体上に順次転写し、前記像の形成状態の検出に際しては、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、前記光学特性を求めるに際しては、前記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。
かかる場合には、計測用パターンの転写に際しては、２つの露光条件、すなわち投影光学系の光軸方向に関する物体の位置と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しながら計測用パターンの像を物体上の複数の領域に順次転写する。この結果、物体上の各領域には、それぞれ転写時の投影光学系の光軸方向に関する物体の位置及び物体上に照射されるエネルギビームのエネルギ量が異なる計測用パターンの像が転写される。
そして、像の形成状態の検出に際しては、物体上の前記少なくとも一部の複数の区画領域について、例えば投影光学系の光軸方向に関する位置毎に計測用パターンの像の有無を検出する。この結果、投影光学系の光軸方向に関する位置毎に、その像が検出されたエネルギビームのエネルギ量を求めることができる。このように、客観的かつ定量的な上記の相関値、コントラストなどを利用した手法により、像の形成状態を検出しているため、従来の寸法を計測する方法と比較して、短時間で像の形成状態を検出することができる。また、客観的かつ定量的な撮像データを用いているため、従来の方法と比較して、形成状態の検出精度及び検出結果の再現性を向上させることができる。
そして、前記光学特性を求めるに際しては、その像が検出されたエネルギビームのエネルギ量と投影光学系の光軸方向に関する位置との相関関係を示す近似曲線を求め、例えば、その近似曲線の極値から最良フォーカス位置を求めることができる。
本発明は、第３の観点からすると、第１面上のパターンを第２面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、光透過部に形成される計測用パターンを前記第１面上に配置し、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面側に配置された物体を前記光透過部のサイズに対応する距離以下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、マトリックス状に配置された複数の区画領域から成る全体として矩形の所定の領域を前記物体上に形成する第１工程と；前記所定の領域を構成する前記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検出する第２工程と；前記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３工程と；を含む第３の光学特性計測方法である。
ここで、「光透過部」は、その形状は問わず内部に計測用パターンが配置されていれば良い。
これによれば、光透過部に形成される計測用パターンを前記第１面上に配置し、少なくとも１つの露光条件を変更しながら、かつ投影光学系の第２面側に配置された物体を光透過部のサイズに対応する距離以下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物体上に順次転写することにより、マトリックス状に配置された複数の区画領域から成る全体として矩形の所定の領域を物体上に形成する（第１工程）。この結果、物体上には、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。
次に、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検出する（第２工程）。この場合、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存在により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検出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、このＳ／Ｎ比が良好なデータ（例えば光強度などのデータ）を所定の閾値と比較することにより、計測用パターンの像の形成状態を二値化情報（像の有無情報）に変換することができ、各区画領域毎の計測用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。
そして、前記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３工程）。従って、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、前述と同様の理由により、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。
この場合において、前記第２工程では、前記像の形成状態を画像処理の手法により検出することとすることができる。
すなわち、撮像データを用いてテンプレートマッチング法あるいはコントラスト検出法などの画像処理の手法により、像の形成状態を精度良く検出することができる。
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、計測用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、区画領域毎の計測用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。
本発明の第３の光学特性計測方法では、前記ステップピッチは、前記物体上で前記光透過部の投影領域がほぼ接する、あるいは重なるように設定されることとすることができる。
本発明の第３の光学特性計測方法では、前記物体には、その表面にポジ型のフォトレジストで感光層が形成されるとともに、前記像は前記計測用パターンの転写後に現像処理を経て前記物体上に形成され、前記ステップピッチは、前記物体上で隣接する像間の感光層が前記現像処理により除去されるように設定されることとすることができる。
本発明の第３の光学特性の計測方法において、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。かかる場合には、所定の領域の外縁の検出に際してのＳ／Ｎ比が向上する。
本発明の第３の光学特性計測方法では、前記第２工程は、前記所定の領域の外周の輪郭から成る矩形の外枠を前記所定の領域に対応する撮像データに基づいて検出する外枠検出工程と；前記検出された外枠を基準として前記所定の領域を構成する複数の区画領域それぞれの位置を算出する算出工程と；を含むこととすることができる。
この場合において、前記外枠検出工程では、前記所定の領域の外周の輪郭から成る矩形の外枠を構成する第１辺から第４辺の各辺上でそれぞれ少なくとも２点を求め、前記求めた少なくとも８点に基づいて前記所定の領域の外枠を算出することとすることができる。また、前記算出工程では、既知の区画領域の配列情報を用いて前記検出した外枠の内部領域を等分割して、前記所定の領域を構成する複数の区画領域それぞれの位置を算出することとすることができる。
本発明の第３の光学特性計測方法では、前記外枠検出工程は、前記所定の領域の外周の輪郭から成る矩形の外枠を構成する第１辺から第４辺のうちの少なくとも１辺について概略位置検出を行う概略位置検出工程と；前記概略位置検出工程で算出された少なくとも１辺の概略位置の検出結果を利用して前記第１辺から第４辺の位置を検出する詳細位置検出工程と；を含むこととすることができる。
この場合において、前記概略位置検出工程では、前記所定の領域の画像中心近傍を通る第１方向のピクセル列情報を用いて境界検出を行い、前記詳細位置検出工程では、前記所定の領域の前記第１方向の一端，他端にそれぞれ位置し前記第１方向に直交する第２方向に延びる第１辺，第２辺の概略位置をそれぞれ求め、前記求めた前記第１辺の概略位置より所定距離だけ前記第２辺寄りの位置を通る前記第２方向のピクセル列、及び前記求めた前記第２辺の概略位置より所定距離だけ前記第１辺寄りの位置を通る前記第２方向のピクセル列を用いて境界検出を行い、前記所定の領域の前記第２方向の一端，他端にそれぞれ位置し前記第１方向に延びる第３辺、第４辺及び該第３辺、第４辺上の各２点を求め、前記求めた第３辺より所定距離だけ前記第４辺寄りの位置を通る第１方向のピクセル列、及び前記求めた第４辺より所定距離だけ前記第３辺寄りの位置を通る前記第１方向のピクセル列を用いて境界検出を行い、前記所定の領域の前記第３辺、第４辺上の各２点を求め、矩形領域である前記所定の領域の４頂点を、前記第１ないし第４辺上の各２点の点に基づいて定まる４本の直線同士の交点として求め、前記求めた４頂点に基づいて最小二乗法による長方形近似を行い、回転を含めた前記所定の領域の矩形の外枠を算出することとすることができる。
この場合において、前記境界検出に際して、誤検出を起こし難い境界の検出情報を用いて、誤検出を起こし易い境界の検出範囲を限定することとすることができる。かかる場合には、特に、所定の領域内の最外周部に位置する複数の区画領域のいずれをも過露光の領域としなかった場合にも、前述の境界検出を精度良く行うことができる。
あるいは、前記境界検出に際しては、前記各ピクセル列のピクセル値から成る信号波形と所定の閾値ｔとの交点を求め、該求めた各交点の近傍の極大値及び極小値を求め、求めた極大値及び極小値の平均値を新たな閾値ｔ’とし、前記波形信号が前記極大値と極小値間で新たな閾値ｔ’を横切る位置を求め、その位置を境界位置とすることとすることができる。
この場合において、閾値ｔは、予め定めた値を用いることもできるが、前記閾値ｔは、所定の範囲の振り幅で閾値を変化させつつ、該閾値と前記境界検出用に取り出した直線状のピクセル列のピクセル値から成る信号波形との交点数を求め、該求めた交点数が、前記計測用パターンによって決まる目標交点数に一致したときの閾値を仮閾値とし、該仮閾値を含み、前記交点数が前記目標交点数となる閾値範囲を求め、その求めた閾値範囲の中心を前記閾値ｔとして決定することによって設定されていることとすることができる。
この場合において、前記振り幅は、前記境界検出用に取り出した直線状のピクセル列におけるピクセル値の平均と標準偏差を基に設定されていることとすることができる。
本発明の第３の光学特性計測方法において、前記第２工程では、前記所定の領域に対応する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所定の領域を構成する前記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検出することとすることができる。
あるいは、前記第２工程では、前記所定の領域を構成する前記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、撮像により得られた前記各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。
この場合において、前記代表値は、前記ピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つであることとすることができる。あるいは、前記代表値は、各区画領域内の指定範囲内におけ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。後者の場合、前記指定範囲は、前記計測用パターンの像と前記区画領域との設計上の位置関係に応じて定まる縮小率で前記各区画領域を縮小した縮小領域であることとすることができる。
本発明の第３の光学特性計測方法では、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。
本発明の第３の光学特性計測方法において、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、前記計測用パターンを前記物体上に順次転写し、前記第２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３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。
本発明は、第４の観点からすると、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、少なくとも１つの露光条件を変更しながら、前記第１面上に配置された計測用パターンを前記投影光学系の第２面側に配置された物体上の複数の領域に順次転写する第１工程と；前記計測用パターンが異なる露光条件で転写された前記物体上の前記複数の領域を撮像し、複数のピクセルデータからなる領域毎の撮像データをそれぞれ求め、前記複数の領域の少なくとも一部の複数の領域について、該領域毎のピクセルデータに関する代表値を用いて前記計測用パターンの像の形成状態を検出する第２工程と；前記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３工程と；を含む第４の光学特性計測方法である。
これによれば、少なくとも１つの露光条件を変更しながら計測用パターンの像を物体上の複数の領域に順次転写する（第１工程）。この結果、物体上の各領域には、それぞれ転写時の露光条件が異なる計測用パターンの像が転写される。
次に、物体上の複数の領域を撮像し、領域毎に複数のピクセルデータからなる領域毎の撮像データをそれぞれ求め、前記複数の領域の少なくとも一部の複数の領域について、該領域毎のピクセルデータに関する代表値を用いて前記計測用パターンの像の形成状態を検出する（第２工程）。この場合、領域毎のピクセルデータに関する代表値を判定値として、すなわち、代表値の大小により像の形成状態が検出される。このように、ピクセルデータに関する代表値を利用して画像処理の手法により像の形成状態を検出しているため、従来の寸法を計測する方法（例えば、前述したＣＤ／フォーカス法やＳＭＰフォーカス計測法等）と比較して、短時間で像の形成状態を検出することができる。また、客観的かつ定量的な撮像データ（ピクセルデータ）を用いているため、従来の方法と比較して、形成状態の検出精度及び再現性を向上させることができる。
そして、像の形成状態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３工程）。ここで、計測用パターンの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。
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や、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、例えぱいわゆるＬＳＡ系の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、各種のアライメントセンサをも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。
いずれにしても、客観的かつ定量的な撮像データ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。
また、前述と同様の理由により、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。
従って、第４の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計測することができる。
この場合において、前記第２工程では、前記複数の領域の少なくとも一部の複数の領域について、領域毎に全てのピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つを代表値とし、該代表値と所定の閾値とを比較して前記計測用パターンの像の形成状態を検出することとすることもできる。
あるいは、前記第２工程では、前記複数の領域の少なくとも一部の複数の領域について、領域毎に一部のピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つを代表値とし、該代表値と所定の閾値とを比較して前記計測用パターンの像の形成状態を検出することとすることもできる。
この場合において、前記一部のピクセルデータは、前記各領域内の指定範囲内におけるピクセルデータであり、前記代表値は、前記ピクセルデータの加算値、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。
この場合において、前記指定範囲は、前記各領域内における前記計測用パターンの配置に応じて定められた前記各領域の部分領域であることとすることができる。
本発明の第４の光学特性計測方法において、前記第２工程では、異なる複数の閾値と前記代表値とを比較して閾値毎に前記計測用パターンの像の形成状態を検出し、前記第３工程では、前記閾値毎に求めた前記検出結果に基づいて光学特性を計測することとすることができる。
本発明の第４の光学特性計測方法において、前記第２工程は、前記複数の領域の少なくとも一部の複数の領域について、領域毎に全てのピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つを代表値とし、該代表値と所定の閾値とを比較して前記計測用パターンの像の第１の形成状態を検出する第１検出工程と；前記複数の領域の少なくとも一部の複数の領域について、領域毎に一部のピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つを代表値とし、該代表値と所定の閾値とを比較して前記計測用パターンの像の第２の形成状態を検出する第２検出工程と；を含み、前記第３工程では、前記第１の形成状態の検出結果と前記第２の形成状態の検出結果とに基づいて、前記投影光学系の光学特性を求めることとすることができる。
この場合において、前記第２工程では、異なる複数の閾値と前記代表値とを比較して閾値毎に前記計測用パターンの像の第１の形成状態及び第２の形成状態をそれぞれ検出し、前記第３工程では、前記閾値毎に求めた前記第１の形成状態及び第２の形成状態の検出結果に基づいて光学特性を計測することとすることができる。
本発明の第４の光学特性計測方法では、露光条件としては種々のものが考えられるが、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。
本発明の第４の光学特性計測方法において、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、前記計測用パターンの像を前記物体上の複数の領域に順次転写し、前記第２工程では、前記投影光学系の光軸方向に関する位置毎に前記像の形成状態を検出し、前記第３工程では、その像が検出された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。
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物体上に転写する露光方法であって、本発明の第１〜第４の光学特性計測方法のいずれか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。
これによれば、本発明の第１〜第４の光学特性計測方法のいずれか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。
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ることにより、物体上に微細パターンを物体上に精度良く転写することができ、これにより、より高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができる。従って、本発明は更に別の観点からすると、本発明の露光方法を用いるデバイス製造方法であるとも言える。
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２０に基づいて説明する。
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、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。
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、レチクルブラインド８等を備えている。なお、オプティカルインテグレータとしては、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。
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の入射端に接続されている。
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。
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。
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パルス照明光ＩＬの光路上に選択的に設定される。なお、照明系開口絞り板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（円錐プリズム又は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、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）、すなわちレチクルＲの照明条件の変更に伴う光量損失を抑えることが好ましい。
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２８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。
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の表面上でのパルス照明光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内部の記憶装置内に記憶されている。
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ＤＰ（ｄｉｇｉｔ／ｐｕｌｓｅ）として主制御装置２８に供給される。
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上には不図示のバキュームチャック等を介してレチクルＲが吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、不図示の駆動系によってＸ軸方向（図１における紙面左右方向）、Ｙ軸方向（図１における紙面直交方向）及びθｚ方向（ＸＹ面に直交するＺ軸回りの回転方向）に微小駆動可能とされている。これにより、レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲのパターンの中心（レチクルセンタ）が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸｐとほぼ一致する状態でレチクルＲを位置決め（レチクルアライメント）できるようになっている。図１では、このレチクルアライメントが行われた状態が示されている。
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に、その光軸ＡＸｐの方向がＸＹ面に直交するＺ軸方向となるように配置されている。この投影光学系ＰＬとしては、ここでは両側テレセントリックな縮小系であって、Ｚ軸方向の共通の光軸ＡＸｐを有する複数枚のレンズエレメント（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。
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、レチクルＲのパターンとウエハＷ上の被露光領域との位置合わせ（アライメント）が行われた状態で、パルス照明光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上の被露光領域にパターンの縮小像が形成される。
前記ＸＹステージ２０は、実際には不図示のベース上をＹ軸方向に移動するＹステージと、このＹステージ上をＸ軸方向に移動するＸステージとで構成されているが、図１ではこれらが代表的に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。
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。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も良い。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。
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を位置決めする。
また、ウエハＷ表面のＺ軸方向の位置及び傾斜量は、例えば特開平５−１９０４２３号公報及びこれに対応する米国特許第５，５０２，３１１号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。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。
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。
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は、ＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ  Ｓｔｅｐ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系、ＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系と呼ばれるアライメントセンサを有しており、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。
ここで、ＬＳＡ系は、レーザ光をマークに照射して、回折・散乱された光を利用してマーク位置を計測する最も汎用性のあるセンサであり、従来から幅広いプロセスウエハに使用されている。ＦＩＡ系は、ハロゲンランプ等のブロードバンド（広帯域）光でマークを照明し、このマーク画像を画像処理することによってマーク位置を計測する画像処理方式の結像式アライメントセンサであり、アルミ層やウエハ表面の非対称マークに有効に使用される。
本実施形態では、これらのアライメントセンサを、適宜目的に応じて使い分け、ウエハ上の各被露光領域の正確な位置計測を行なうファインアライメント等を行なうようになっている。この他、アライメント検出系ＡＳとして、例えばコヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する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を単独で、あるいは上記ＦＩＡ系、ＬＳＡ系などと適宜組み合わせて用いることは可能である。
アライメント制御装置１６は、アライメント検出系ＡＳを構成する各アライメントセンサからの情報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。
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号公報及びこれに対応する米国特許第５，６４６，４１３号等に開示される、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマーク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顕微鏡が設けられている。これらのレチクルアライメント顕微鏡の検出信号は、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。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。
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。
図３には、投影光学系ＰＬ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、ほぼ正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４隅の部分の合計５箇所に、例えば２０μｍ角の開口パターン（透過領域）ＡＰ１〜ＡＰ５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〜ＭＰ５がそれぞれ形成されている。計測用パターンＭＰｎ（ｎ＝１〜５）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（遮光部）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。
なお、本実施形態では各計測用パターンをＹ軸方向に細長く延びるバーパターン（ラインパターン）で構成するものとしたが、このバーパターンはＸ軸方向とＹ軸方向とでそのサイズが異なれば良い。
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。
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。
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。なお、ウエハＷＴには、その表面にポジ型のフォトレジストで感光層が形成されているものとする。
次のステップ４０４において、レチクルアライメント、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、レチクルステージＲＳＴの位置を調整する。このとき、例えば、前述のレチクルアライメント顕微鏡（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顕微鏡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駆動系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。すなわち、レチクルアライメントが完了する。
また、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内のレチクルブラインド８の開口の大きさ及び位置を調整する。
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）。
次のステップ４０８では、露光エネルギ量（ウエハＷＴ上に照射される照明光ＩＬの積算エネルギ量に相当し、露光ドーズ量とも呼ばれる）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、例えばフォトレジストの感度特性から定まる最適な露光エネルギ量（予想値など）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）。
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）。
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上に照射されるパルス照明光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＝１〜５）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。
ここで、評価点対応領域ＤＢｎ（ｎ＝１〜５）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）。
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。
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（＝２３×１３＝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。
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。
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。
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（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は、照明光ＩＬのパルスエネルギ量と、各区画領域の露光時にウエハ上に照射される照明光ＩＬのパルス数との少なくとも一方を変更することで調整できるので、そ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。
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。
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の像が転写される。
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。
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。
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の像をそれぞれ転写する。
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がそれぞれ転写される。
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。
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。
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の像が順次転写される。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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１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。
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。
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＝１〜５）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。
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。
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＝１〜５）のレジスト像が形成され、このレジスト像が形成されたウエハＷＴが投影光学系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。
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するためである。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。
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の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、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。
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。
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。
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。
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。
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のＦＩＡ系アライメントセンサ（以下、適宜「ＦＩＡセンサ」と略述する）を用いて撮像し、その撮像データを取り込む。なお、ＦＩＡセンサは、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。
次のステップ５０６では、ＦＩＡセンサ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。
次のステップ（サブルーチン）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１４Ａ〜図１４Ｃ及び図１５Ａ、図１５Ｂ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。
まず、サブルーチン５０８において、図１４Ａ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。
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。
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１４Ａ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１４Ａ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図１０のステップ５１０では、図１４Ｂに示されるように、上記ステップ５０８で求めた上辺より少し下側の横方向（Ｘ軸方向にほぼ平行な方向）の直線ＬＨ１上のピクセル列、及び、求めた下辺より少し上側の横方向の直線ＬＨ２上のピクセル列を用いて、前述のステップ５０８と同様の手法で境界検出を行い、評価点対応領域ＤＢｎの左辺及び右辺上の点を各２点、合計４点求める。図１４Ｂ中には、このステップ５１０における境界検出に用いられる、上記直線ＬＨ１上のピクセル列データのピクセル値に対応する波形データＰＤ２、上記直線ＬＨ２上のピクセル列データのピクセル値に対応する波形データＰＤ３がそれぞれ示されている。また、この図１４Ｂ中には、ステップ５１０で求められた点Ｑ１〜Ｑ４も併せて示されている。
図１０に戻り、次のステップ５１２では、図１４Ｃに示されるように、上記ステップ５１０で求めた左辺上の２点Ｑ１、Ｑ２より少し右側の縦方向の直線ＬＶ１上のピクセル列、及び、求めた右辺上の２点Ｑ３、Ｑ４より少し左側の縦方向の直線ＬＶ２上のピクセル列を用いて、前述のステップ５０８と同様の手法で境界検出を行い、評価点対応領域ＤＢｎの上辺及び下辺上の点を各２点、合計４点求める。図１４Ｃ中には、このステップ５１２における境界検出に用いられる、上記直線ＬＶ１上のピクセル列データのピクセル値に対応する波形データＰＤ４、上記直線ＬＶ２上のピクセル列データのピクセル値に対応する波形データＰＤ５がそれぞれ示されている。また、この図１４Ｃ中には、ステップ５１２で求められた点Ｑ５〜Ｑ８も併せて示されている。
図１０に戻り、次のステップ５１４では、図１５Ａに示されるように、上記ステップ５１０、５１２においてそれぞれ求めた、評価点対応領域ＤＢｎの左辺、右辺、上辺及び下辺上の各２点（Ｑ１，Ｑ２）、（Ｑ３，Ｑ４）、（Ｑ５，Ｑ６）、（Ｑ７，Ｑ８）に基づいて、各辺上の２点で決まる直線同士の交点として、矩形領域（長方形領域）である評価点対応領域ＤＢｎの外枠の４頂点ｐ０’、ｐ１’、ｐ２’、ｐ３’を求める。ここで、この頂点の算出方法について、頂点ｐ０’を算出する場合を例にとって、図１７に基づいて詳述する。
図１７に示されるように、頂点ｐ０’が、境界位置Ｑ２からＱ１へ向かうベクトルＫ１のα倍（α＞０）の位置にあり、同時にＱ５からＱ６へ向かうベクトルＫ２のβ倍（β＜０）の位置にあるとするとき、次の連立方程式（１）が成り立つ。（ここで、添え字ｘ，ｙは、それぞれ各点のｘ座標、ｙ座標を表す。）
2002091440.tif 000003
上記の連立方程式（１）を解けば、頂点ｐ０’の位置（ｐ０ｘ’，ｐ０ｙ’）が求められる。
残りの頂点ｐ１’、ｐ２’、ｐ３’についても、同様の連立方程式を立て、それを解くことにより、それぞれの位置を求めることができる。
図１０に戻り、次のステップ５１６では、図１５Ｂに示されるように、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。
ここで、このステップ５１６における処理を、図１８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１８において、ｙ軸は紙面の下側が正となっている。
中心ｐｃの座標を（ｐｃｘ，ｐｃｙ）とすると、長方形の４頂点（ｐ０，ｐ１，ｐ２，ｐ３）はそれぞれ次式（２）〜（５）のように表せる。
2002091440.tif 000004
上記ステップ５１４で求めた４頂点ｐ０’，ｐ１’，ｐ２’，ｐ３’の各点とそれぞれ対応する上式（２）〜（５）でそれぞれ表される頂点ｐ０，ｐ１，ｐ２，ｐ３との距離の総和を誤差Ｅｐとする。誤差Ｅｐは、次式（６）、（７）で表せる。
2002091440.tif 000005
上記式（６）、（７）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。
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１５Ｂに実線にて示されている。
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。
図１５Ｃ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。
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。
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。
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かできる。
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。
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すると、スコアＥは次式（８）で表せる。
2002091440.tif 000006
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。
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。
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。
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。
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。従って、幾つかの比率を実験的に確認して、最も安定した結果が得られる比率として、Ａ＝９０％という比率を採用するものとした。勿論縮小率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。
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（８）を用いて、各区画領域ＤＡｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）のスコアＥｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）を算出する。
上記の方法で求めたスコア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。
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。
ここでは、スコアＥｉ，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１９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１９は、前述の図９に対応するものである。
図１９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１９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。
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。
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１９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。
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）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高次の近似曲線（例えば４〜６次曲線）を求める。
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２０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量の差を一定値（＝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２０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。
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高次の近似曲線（最小二乗近似曲線）を求める。これにより、例えば図２０に点線で示されるような曲線Ｐ＝ｆ（Ｚ）が求められる。
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。
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ＷＴ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。
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。
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１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。
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。
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〜ＤＢ５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。
このようにして、ウエハＷＴ上の全ての評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５について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。
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〜ＤＢ５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。
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、複数種類の計測用パターンにおける最良フォーカス位置（平均値など）を求めることができるだけでなく、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。
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。
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。
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、例えば露光光源を制御してパルス照明光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。
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。
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顕微鏡、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４−３２４９２３号公報及びこれに対応する米国特許第５，２４３，１９５号等に詳細に開示され、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。
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・リピート方式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上の最初のショット領域（ファースト・ショット領域）が露光位置（投影光学系ＰＬの直下）に一致するようにウエハテーブル１８が位置決めされる。この位置決めは、主制御装置２８により、レーザ干渉計２６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、駆動系２２等を介してＸＹステージ２０を移動することによって行われる。
このようにして、ウエハＷが所定の露光位置に移動すると、主制御装置２８は、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表面の露光対象のショット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て面位置の調整を行う。そして、主制御装置２８は、前述した露光を行う。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。
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、ウエハテーブル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上に照射されるパルス照明光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。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。
そして、ウエハＷＴの現像後に、該ウエハＷＴ上に形成された評価点対応領域ＤＢｎを構成する複数の区画領域のうち、第２領域ＤＤｎを除く第１領域ＤＣｎを構成するＭ×Ｎ個の領域における像の形成状態を画像処理の手法、具体的には、主制御装置２８が、アライメント検出系ＡＳのＦＩＡセンサを用いてウエハＷＴ上の評価点対応領域ＤＢｎを撮像し、取り込んだレジスト像の撮像データを用いて前述の各区画領域ＤＡｉ，ｊのスコアＥｉ，ｊと閾値ＳＨとを比較した二値化の手法により検出する。
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ＭＰ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。しかも、像の形成状態を客観的、定量的なスコアＥｉ，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ＭＰの形成状態を、再現性良く検出することができる。
また、本実施形態では、パターンの有無具合を数値として表したスコアＥｉ，ｊを用いて像の形成状態をパターン有無情報（二値化情報）に変換して検出するので、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。
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（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。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。
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ＭＰ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。
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上に照射されるパルス照明光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。
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。
また、本実施形態の露光装置によると、本実施形態に係る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。
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ＭＰ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。
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、全体として矩形の第１領域の外周全域に渡って形成される必要はなく、矩形枠状の区画領域の一部、例えばコ字状（Ｕ字状）部分であっても良い。
また、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も、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、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。
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領域の形成のためのための露光を、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。
また、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。かかる場合であっても、第１領域の外側に過露光の第２領域（パターン像が形成されない領域）が存在するので、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）の検出の際に、隣接する外側の領域のパターン像の存在によりその外縁部区画領域の像のコントラストが低下するのが防止される。従って、前記外縁部区画領域と第２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。これにより、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。
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、あるいは相関値を用いた検出結果に基づいて光学特性を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。
また、全体として矩形の第１領域を構成するＮ×Ｍ個の区画領域を全て露光するものとしたが、Ｎ×Ｍ個の区画領域の少なくとも１個、すなわち曲線Ｐ＝ｆ（Ｚ）の決定に明らかに寄与しない露光条件が設定される区画領域（例えば、図９で右上隅及び右下隅に位置する区画領域など）については必ずしもその露光を行わなくても良い。この場合、第１領域の外側に形成される第２領域はその形状が矩形でなくその一部に凹凸を持つ形状となるように形成しても良い。換言すればＮ×Ｍ個の区画領域のうち露光された区画領域のみを囲むように第２領域を形成しても良い。
また、前記外縁部区画領域と第２領域の境界線を検出する場合には、アライメント検出系のＦＩＡ系センサ以外のアライメントセンサ、例えばＬＳＡ系などの散乱光あるいは回折光の光量などを検出するアライメントセンサを用いても良い。
かかる場合であっても、第２領域の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。
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。
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。
但し、この場合には、第１領域内の最外周の区画領域でパターンが残っている区画領域が並ぶ辺上では境界の誤検出を起こし易くなる。このため、誤検出を起こし難い境界の検出情報を用いて、誤検出を起こし易い境界の検出範囲を限定することによって対処することが望ましい。上記実施形態に則して説明すれば、誤検出を起こし難い区画領域が並ぶ右辺で検出した境界の情報を基に、誤検出を起こし易い区画領域が並ぶ左辺上の境界位置の検出範囲を限定する。また、第１領域の上下辺上の境界検出では、誤検出を起こし難い右側の検出情報を用いて左側の境界位置の検出範囲を限定することとすれば良い（図９参照）。
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。
すなわち、前述の計測用パターンＭＰ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。
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。
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。
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。
なお、上記実施形態では、前述の外枠ＤＢＦの検出の際の境界の検出で、ピクセル列データ（生データ）を用い、そのピクセル値の大小（明暗差）により境界位置を検出する場合について説明したが、これに限らず、ピクセル列データ（グレーレベルの生データ）の微分波形を用いても良い。
図２１Ａは、境界検出に際して得られたグレーレベルの生データを示し、図２１Ｂは、図２１Ａの生データをそのまま微分した微分データを示す。この微分データが、ノイズや残存パターンによって外枠部分の信号出力が目立ちにくい場合には、図２１Ｃのようにスムージングフィルタを施してから微分しても良い。このようにしても、外枠の検出が可能である。
なお、上記実施形態では、レチクルＲＴ上の計測用パターンＭＰｎとして開口パターンＡＰ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、密集パターンと孤立パターンのいずれを用いても良いし、その両方のパターンを併用したり、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たりしても良い。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。
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。
また、上記実施形態では、ピクセルデータを抽出するエリアを矩形としているが、これに限定されるものではなく、例えば、円形や楕円形、あるいは三角形などであっても良い。また、その大きさも任意に設定することができる。すなわち、計測用パターンＭＰｎの形状に合わせて抽出エリアを設定することによりノイズを減少させ、Ｓ／Ｎ比を高くすることが可能である。
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。複数の閾値を用いる場合、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。
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。
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。
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。
なお、前述の外枠検出を行わない場合には、評価点対応領域ＤＢｎに形成されたレジスト像を必ずしも１度に撮像する必要はない。例えば、撮像データの分解能を向上させる必要がある場合には、アライメント検出系ＡＳのＦＩＡセンサの倍率を上げ、ウエハテーブル１８をＸＹ２次元方向に所定距離ステッピングさせる動作と、ＦＩＡセンサ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、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。さらに、例えば前述の第１領域と第２領域とで、ＦＩＡセンサ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。
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。
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（例えば光学顕微鏡など）を用いても良い。また、画像処理以外の方法で外枠検出を行う場合などに、ＬＳＡ系のアライメントセンサなどを用いることも可能である。さらに、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。
また、外枠基準による各区画領域の位置算出を行わないのであれば、ウエハ上の評価点対応領域を、上記実施形態の如く、マトリックス状に配置された複数の区画領域によって構成する必要はない。すなわち、ウエハ上のいずれの位置にパターンの転写像が転写されていても、その撮像データを用いてスコアを求めることは十分に可能だからである。すなわち、撮像データファイルが作成できれば良いからである。
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、上記実施形態中で説明した外枠検出のアルゴリズムは一例であって、これに限らず、例えば前述した境界検出と同様の手法により、評価点対応領域ＤＢｎの４辺（上辺、下辺、左辺及び右辺）でそれぞれ少なくとも２点を検出することとしても良い。このようにしても、検出された少なくとも８点に基づいて例えば前述と同様の頂点検出、長方形近似などが可能である。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。
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を図２２〜図３０に基づいて説明する。本第２の実施形態においては、前述した第１の実施形態に係る露光装置１００と同様の構成の露光装置を用いて、投影光学系のＰＬの光学特性の計測及び露光が行われる。この露光装置は、前述した露光装置１００と比べて、主制御装置内部のＣＰＵの処理アルゴリズムが異なるのみで、その他の部分の構成などは前述の露光装置１００と同一である。従って、以下においては、重複説明を避ける観点から、同一部分には同一の符号を用いるとともに、その説明を省略するものとする。
本第２の実施形態では、光学特性の計測に際し、計測用パターンとして図２２に示されるような計測用パターン２００が形成された計測用レチクル（ＲＴ’とする）が用いられる。この計測用レチクルＲＴ’は、前述の計測用レチクルＲＴと同様に、ほぼ正方形のガラス基板の中央に、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、このパターン領域ＰＡ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４隅の部分の合計５箇所にそれぞれ設けられる光透過部内に、計測用パターン２００が形成されている。また、レチクルアライメントマークも同様に形成されている。
ここで、計測用レチクルＲＴ’のパターン領域ＰＡに形成された計測用パターン２００について、図２２を用いて説明する。
計測用パターン２００は、本第２の実施形態では、一例として図２２に示されるように、複数本のバーパターン（遮光部）から成る４種類のパターン、すなわち、第１パターンＣＡ１、第２パターンＣＡ２、第３パターンＣＡ３、及び第４パターンＣＡ４から構成されている。ここで、第１パターンＣＡ１は、所定の線幅を有するラインアンドスペース（以下、「Ｌ／Ｓ」と略述する）パターンであり、周期方向は紙面左右方向（Ｘ軸方向：第１の周期方向）である。第２パターンＣＡ２は、前記第１パターンＣＡ１を紙面内で反時計回りに９０度回転させた形状であり、第２の周期方向（Ｙ軸方向）を有している。第３パターンＣＡ３は、前記第１パターンＣＡ１を紙面内で反時計回りに４５度回転させた形状であり、第３の周期方向を有している。第４パターンＣＡ４は、前記第１パターンＣＡ１を紙面内で時計回りに４５度回転させた形状であり、第４の周期方向を有している。すなわち、各パターンＣＡ１〜ＣＡ４は、周期方向が異なる以外は同一形成条件（周期、デューティ比など）で形成されたＬ／Ｓパターンである。
また、前記第２パターンＣＡ２は、前記第１パターンＣＡ１の紙面下側（＋Ｙ側）に配置され、前記第３パターンＣＡ３は、前記第１パターンＣＡ１の紙面右側（＋Ｘ側）に配置され、前記第４パターンＣＡ４は、前記第３パターンＣＡ３の紙面下側（＋Ｙ側）に配置されている。
また、レチクルＲＴ’のパターン領域ＰＡ内には、レチクルＲＴ’のアライメントが行われた状態で、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する位置毎に前記計測用パターン２００がそれぞれ配置されている。
次に、本第２の実施形態の露光装置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２３及び図２４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。
先ず、図２３のステップ９０２において、前述のステップ４０２と同様に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、ウエハＷＴをウエハテーブル１８上にロードする。なお、ウエハＷＴには、その表面にポジ型のフォトレジストで感光層が形成されているものとする。
次のステップ９０４において、前述のステップ４０４と同様の手順でレチクルアライメント、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。
次のステップ９０８では、前述のステップ４０８と同様に露光エネルギ量の目標値を初期化する。すなわち、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用いられる前述のカウンタ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）。なお、本実施形態においても、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）。
次のステップ９１０では、前述のステップ４１０と同様に、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、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用いられる前述のカウンタ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）。本第２の実施形態においても、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）。
従って、本第２の実施形態では、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上に照射されるパルス照明光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２００ｎ（ｎ＝１〜５）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には、図２５に示されるように、Ｎ×Ｍ個の計測用パターン２００ｎがそれぞれ転写されることとなる。なお、この評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５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。そこで、本実施形態では、データ処理を効率化するため、各評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５を仮想的にＮ×Ｍ個のマトリックス状の区画領域にそれぞれ分割し、各区画領域をＤＡｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）で表記することとする。なお、区画領域ＤＡｉ，ｊは、前述の第１の実施形態と同様に、＋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。
図２３に戻り、次のステップ９１２では、ウエハＷＴ上の各評価点対応領域ＤＢｎ（ｎ＝１〜５）の仮想の区画領域ＤＡｉ，ｊ（ここではＤＡ１，１（図２５参照））に計測用パターン２００ｎの像がそれぞれ転写される位置に、前述のステップ４１２と同様にしてＸＹステージ２０（ウエハＷＴ）を移動する。
次のステップ９１４では、前述のステップ４１４と同様に、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、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。
次のステップ９１６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（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、前述の第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。
これにより、図２５に示されるように、ウエハＷＴ上の各評価点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５の区画領域ＤＡ１，１にそれぞれ対応する計測用パターン２００ｎの像が転写される。
次のステップ９２０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９２２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９１２に戻る。このステップ９１２において、ウエハＷＴ上の各評価点対応領域ＤＢｎの区画領域ＤＡ２，１に計測用パターン２００ｎ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だけＸＹ面内で所定方向（この場合−Ｙ方向）に移動する。
次のステップ９１４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９１６において前述と同様にして露光を行い、ウエハＷＴ上の各評価点対応領域ＤＢｎの区画領域ＤＡ２，１に計測用パターン２００ｎの像をそれぞれ転写する。
以後、ステップ９２０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９２０→９２２→９１２→９１４→９１６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上の各評価点対応領域ＤＢｎの区画領域ＤＡｉ，１（ｉ＝３〜Ｍ）に計測用パターン２００ｎがそれぞれ転写される。
一方、区画領域ＤＡＭ，１に対する露光が終了し、上記ステップ９２０における判断が肯定されると、ステップ９２４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。この場合、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９２４における判断は、否定され、ステップ９２６に移行する。
ステップ９２６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９１０に戻る。
その後、ステップ９１０においてウエハＷＴのフォーカス位置の目標値を初期化した後、ステップ９１２→９１４→９１６→９２０→９２２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９２０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上の各評価点対応領域ＤＢｎの区画領域ＤＡｉ，２（ｉ＝１〜Ｍ）に計測用パターン２００ｎの像が順次転写される。
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９２０における判断が肯定され、ステップ９２４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、設定されている露光エネルギ量の目標値はＰ２であるため、このステップ９２４における判断は、否定され、ステップ９２６に移行する。ステップ９２６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９１０に戻る。以後、上記と同様の処理（判断を含む）を繰り返す。
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９２４における判断が肯定され、ステップ９５０に移行する。これにより、ウエハＷＴ上の各評価点対応領域ＤＢｎには、図２５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２００ｎの転写像（潜像）が形成される。
ステップ９５０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。
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９５２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９５２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２５に示されるような矩形（長方形）の評価点対応領域ＤＢｎ（ｎ＝１〜５）のレジスト像が形成され、このレジスト像が形成されたウエハＷＴが投影光学系ＰＬの光学特性を計測するための試料となる。
上記ステップ９５２の待ち状態で、不図示のコータ・デベロッパの制御系が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９５４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９０２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９５６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。
この光学特性計測ルーチンでは、まず、図２４のステップ９５８において、前述のステップ５０２と同様にして、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２５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。
次のステップ９６０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のＦＩＡセンサを用いて撮像し、その撮像データを取り込む。なお、ＦＩＡセンサから供給される複数のピクセルデータから成る撮像データは、本第２の実施形態においても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が大きくなるものとする。
また、ここでは、評価点対応領域ＤＢ１に形成されたレジスト像を１度に撮像するものとしたが、例えば、撮像データの分解能を向上させる必要がある場合には、アライメント検出系ＡＳのＦＩＡセンサの倍率を上げ、ウエハテーブル１８をＸＹ２次元方向に所定距離ステッピングさせる動作と、ＦＩＡセンサ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、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。
次のステップ９６２では、ＦＩＡセンサ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、パターンＣＡ１〜ＣＡ４毎に、各区画領域ＤＡｉ，ｊの撮像データファイルを作成する。すなわち、各区画領域ＤＡｉ，ｊには、４つのパターンＣＡ１〜ＣＡ４の像が転写されているので、図２６に示されるように、区画領域ＤＡｉ，ｊをさらに４つの矩形エリアに分割し、パターンＣＡ１の像が転写されている第１エリアＡＲＥＡ１内のピクセルデータをパターンＣＡ１の撮像データ、パターンＣＡ２の像が転写されている第２エリアＡＲＥＡ２内のピクセルデータをパターンＣＡ２の撮像データ、パターンＣＡ３の像が転写されている第３エリアＡＲＥＡ３内のピクセルデータをパターンＣＡ３の撮像データ、パターンＣＡ４の像が転写されている第４エリアＡＲＥＡ４内のピクセルデータをパターンＣＡ４の撮像データとして、撮像データファイルを作成する。
図２４に戻り、次のステップ９６４において、対象パターンを第１パターンＣＡ１に設定し、前記撮像データファイルから、各区画領域ＤＡｉ，ｊにおける第１パターンＣＡ１の撮像データを抽出する。
次のステップ９６６では、区画領域ＤＡｉ，ｊ毎に第１エリアＡＲＥＡ１内に含まれる全てのピクセルデータを加算してピクセルデータに関する代表値としてのコントラストを求め、その加算値（加算結果）を第１のコントラストＫ１ｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）とする。
次のステップ９６８では、第１のコントラストＫ１ｉ，ｊに基づいて区画領域ＤＡｉ，ｊ毎に第１パターンＣＡ１の像の形成状態を検出する。なお、像の形成状態の検出としては、種々のものが考えられるが、本第２の実施形態では、前述の第１の実施形態と同様に、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。すなわち、前記各区画領域ＤＡｉ，ｊの第１パターンＣＡ１の第１のコントラストＫ１ｉ，ｊと所定の第１の閾値Ｓ１とを比較して、各区画領域ＤＡｉ，ｊにおける第１パターンＣＡ１の像の有無を検出する。ここでは、第１のコントラストＫ１ｉ，ｊが第１の閾値Ｓ１以上の場合には、第１パターンＣＡ１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Ｆ１ｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）を「０」とする。一方、第１のコントラストＫ１ｉ，ｊが所定の第１の閾値Ｓ１未満の場合には、第１パターンＣＡ１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Ｆ１ｉ，ｊを「１」とする。これにより、図２７のような検出結果が、第１パターンＣＡ１について得られる。この検出結果は、図示しない記憶装置に保存される。なお、第１の閾値Ｓ１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。
図２４に戻り、次のステップ９７０において、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前述の第１の実施形態と同様にして求める。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２７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＝１、Ｚ２ではＴ２＝１、Ｚ３ではＴ３＝２、Ｚ４ではＴ４＝５、Ｚ５ではＴ５＝７、Ｚ６ではＴ６＝９、Ｚ７ではＴ７＝１１、Ｚ８ではＴ８＝９、Ｚ９ではＴ９＝７、Ｚ１０ではＴ１０＝５、Ｚ１１ではＴ１１＝２、Ｚ１２ではＴ１２＝１、Ｚ１３ではＴ１３＝１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。
この場合も、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、前述と同様のフィルタ処理を行っても良い。
図２４に戻り、次のステップ９７２では、上記のフォーカス位置とパターン残存数Ｔｉとの関係において、山状のカーブが出ているか否かを確認する。例えば、図２７の検出結果が第１パターンＣＡ１について得られた場合には、中央のフォーカス位置（＝Ｚ７）でのパターン残存数Ｔ７が１１であり、両端のフォーカス位置（＝Ｚ１，Ｚ１３）でのパターン残存数（Ｔ１，Ｔ１３）が１であるため、山状のカーブが出ていると判断（ステップ９７２での判断を肯定）し、ステップ９７４に移行する。
ステップ９７４では、フォーカス位置とパターン残存数Ｔｉとの関係から、フォーカス位置と露光エネルギ量との関係を求める。すなわち、パターン残存数Ｔｉを露光エネルギ量に変換する。この場合も、第１の実施形態と同様の理由により、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。
従って、フォーカス位置と露光エネルギ量との関係は、フォーカス位置とパターン残存数Ｔｉとの関係と同様な傾向を示す（図２８参照）。
次に図２４のステップ９７４において、上記のフォーカス位置と露光エネルギ量との関係に基づいて、例えば、図２８に示されるように、フォーカス位置と露光エネルギ量との相関関係を示す高次の近似曲線（例えば４〜６次曲線）を求める。
次のステップ９７６において、上記近似曲線において、ある程度の極値が求められるかどうかを判断する。そして、この判断が肯定された場合、すなわち極値が求められた場合には、ステップ９７８に移行し、その極値近傍を中心に、例えば、図２９に示されるように、再度、フォーカス位置と露光エネルギ量との相関関係を示す高次の近似曲線（例えば４〜６次曲線）を求める。
そして、次のステップ９８０において、上記高次の近似曲線の極値を求め、その場合のフォーカス位置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。これにより、第１パターンＣＡ１の第１のコントラストＫ１ｉ，ｊに基づく最良フォーカス位置を求めることができる。
次のステップ９８２では、像の形成状態の検出に用いたコントラストが第１のコントラストＫ１ｉ，ｊであるか否かを判断する。そして、この判断が肯定された場合、すなわち第１のコントラストＫｉ，ｊである場合には、ステップ９８８に移行し、各区画領域ＤＡｉ，ｊにおける対象パターン、この場合第１パターンＣＡ１の第２のコントラストを算出する。具体的には、前記撮像データファイルから、第１パターンＣＡ１の撮像データを抽出する。そして、区画領域ＤＡｉ，ｊ毎に、図３０に示されるように、前記第１エリアＡＲＥＡ１の中央部に設定され前記第１エリアＡＲＥＡ１の約４分の１の面積を有する第１サブエリアＡＲＥＡ１ａ内に含まれる全てのピクセルデータを加算してピクセルデータに関する代表値としてのコントラストを求め、その加算値（加算結果）を第１パターンＣＡ１の第２のコントラストＫ２ｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）とする。すなわち、第１パターンＣＡ１のＬ／Ｓパターンを構成する両端のラインパターンの撮像データを除外して、コントラストを求める。従って、第１サブエリアＡＲＥＡ１ａの大きさは、第１パターンＣＡ１の大きさに依存して決められる。
その後、図２４のステップ９６８に戻り、前記第１のコントラストＫ１ｉ，ｊの代わりに第２のコントラストＫ２ｉ，ｊを用いて、前述と同様に、ステップ９６８→９７０→９７２→９７４→９７６→９７８→９８０の処理、判断を繰り返す。これにより、第１パターンＣＡ１の第２のコントラストＫ２ｉ，ｊに基づく最良フォーカス位置を求めることができる。
一方、ステップ９８２における判断が否定された場合、すなわち像の形成状態の検出に用いたコントラストが第１のコントラストＫ１ｉ，ｊでない場合には、そのときの対象パターン、この場合第１パターンＣＡ１での処理が終了したと判断し、ステップ９８４に移行する。
ステップ９８４では、処理が終了した対象パターンが第４パターンＣＡ４であるか否かを判断する。ここでは、処理が終了した対象パターンは第１パターンＣＡ１であるので、ステップ９８４における判断は否定され、ステップ９９６に移行し、対象パターンを次の対象パターン、この場合第２パターンＣＡ２に変更し、ステップ９６６に戻る。
ステップ９６６では、各区画領域ＤＡｉ，ｊにおける対象パターン、この場合第２パターンＣＡ２の第１のコントラストＫ１ｉ，ｊを前述の第１パターンの場合と同様にして算出する。これにより、区画領域ＤＡｉ，ｊ毎に第２エリアＡＲＥＡ２内に含まれる全てのピクセルデータの加算値が第２パターンＣＡ２の第１のコントラストＫ１ｉ，ｊとして算出される。
そして、前述の第１パターンＣＡ１の場合と同様に、ステップ９６８→９７０→９７２→９７４→９７６→９７８→９８０の処理、判断を繰り返す。これにより、第２パターンＣＡ２の第１のコントラストＫ１ｉ，ｊに基づく最良フォーカス位置を求めることができる。
次のステップ９８２において、像の形成状態の検出に用いたコントラストが第１のコントラストＫ１ｉ，ｊであるか否かを判断するが、ここでは第１のコントラストＫ１ｉ，ｊが用いられているので、ここでの判断は肯定され、ステップ９８８に移行し、各区画領域ＤＡｉ，ｊにおける対象パターン、この場合第２パターンＣＡ２の第２のコントラストを前述と同様の手順で算出する。これにより、区画領域ＤＡｉ，ｊ毎に、図３０に示されるように、前記第２エリアＡＲＥＡ２の中央部に設定され前記第２エリアＡＲＥＡ２の約４分の１の面積を有する第２サブエリアＡＲＥＡ２ａ内に含まれる全てのピクセルデータの加算値が第２のコントラストＫ２ｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）として算出される。
そして、ステップ９６８に戻り、第２のコントラストＫ２ｉ，ｊを用いて、前述と同様に、ステップ９６８→９７０→９７２→９７４→９７６→９７８→９８０の処理、判断を繰り返す。これにより、対象パターンである第２パターンＣＡ２の第２のコントラストＫ２ｉ，ｊに基づく最良フォーカス位置を求めることができる。
一方、上記の如くして第２パターンＣＡ２での処理が終了すると、ステップ９８２における判断が否定され、ステップ９８４に移行する。
ステップ９８４では、処理が終了した対象パターンが第４パターンＣＡ４であるか否かを判断する。ここでは、処理が終了した対象パターンは第２パターンＣＡ２であるので、ステップ９８４での判断は否定され、ステップ９９６に移行し、対象パターンを次の対象パターン、この場合第３パターンＣＡ３に変更し、ステップ９６６に戻る。
ステップ９６６では、各区画領域ＤＡｉ，ｊにおける対象パターン、この場合第３パターンＣＡ３の第１のコントラストＫ１ｉ，ｊを前述と同様にして算出する。これにより、区画領域ＤＡｉ，ｊ毎に第３エリアＡＲＥＡ３内に含まれる全てのピクセルデータの加算値が第３パターンＣＡ３の第１のコントラストＫ１ｉ，ｊとして算出される。
そして、ステップ９６８→９７０→９７２→９７４→９７６→９７８→９８０の処理、判断を繰り返す。これにより、第３パターンＣＡ３の第１のコントラストＫ１ｉ，ｊに基づく最良フォーカス位置を求めることができる。
次のステップ９８２において、形成状態の検出に用いたコントラストが第１のコントラストＫ１ｉ，ｊであるか否かを判断するが、ここでは第１のコントラストＫ１ｉ，ｊが用いられているので、ここでの判断は肯定され、ステップ９８８に移行し、各区画領域ＤＡｉ，ｊにおける対象パターン、この場合第３パターンＣＡ２の第２のコントラストを前述と同様の手順で算出する。これにより、区画領域ＤＡｉ，ｊ毎に、図３０に示されるように、前記第３エリアＡＲＥＡ３の中央部に設定され前記第３エリアＡＲＥＡ３の約４分の１の面積を有する第３サブエリアＡＲＥＡ３ａ内に含まれる全てのピクセルデータの加算値が第２のコントラストＫ２ｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）として算出される。
そして、ステップ９６８に戻り、第２のコントラストＫ２ｉ，ｊを用いて、前述と同様に、ステップ９６８→９７０→９７２→９７４→９７６→９７８→９８０の処理、判断を繰り返す。これにより、対象パターンである第３パターンＣＡ３の第２のコントラストＫ２ｉ，ｊに基づく最良フォーカス位置を求めることができる。
一方、上記の如くして第３パターンＣＡ３での処理が終了すると、ステップ９８２における判断が否定され、ステップ９８４に移行する。
ステップ９８４では、処理が終了した対象パターンが第４パターンＣＡ４であるか否かを判断する。ここでは、処理が終了した対象パターンは第３パターンＣＡ３であるので、ステップ９８４での判断は否定され、ステップ９９６に移行し、対象パターンを次の対象パターン、この場合第４パターンＣＡ４に変更し、ステップ９６６に戻る。
ステップ９６６では、各区画領域ＤＡｉ，ｊにおける対象パターン、この場合第４パターンＣＡ４の第１のコントラストＫ１ｉ，ｊを前述と同様にして算出する。これにより、区画領域ＤＡｉ，ｊ毎に第４エリアＡＲＥＡ４内に含まれる全てのピクセルデータの加算値が第４パターンＣＡ４の第１のコントラストＫ１ｉ，ｊとして算出される。
そして、ステップ９６８→９７０→９７２→９７４→９７６→９７８→９８０の処理、判断を繰り返す。これにより、第４パターンＣＡ４の第１のコントラストＫ１ｉ，ｊに基づく最良フォーカス位置を求めることができる。
次のステップ９８２において、像の形成状態の検出に用いたコントラストが第１のコントラストＫ１ｉ，ｊであるか否かを判断するが、ここでは第１のコントラストＫ１ｉ，ｊが用いられているので、ここでの判断は肯定され、ステップ９８８に移行し、各区画領域ＤＡｉ，ｊにおける対象パターン、この場合第４パターンＣＡ４の第２のコントラストを前述と同様の手順で算出する。これにより、区画領域ＤＡｉ，ｊ毎に、図３０に示されるように、前記第４エリアＡＲＥＡ４の中央部に設定され前記第４エリアＡＲＥＡ３の約４分の１の面積を有する第３サブエリアＡＲＥＡ４ａ内に含まれる全てのピクセルデータの加算値が第４パターンＣＡ４の第２のコントラストＫ２ｉ，ｊ（ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ）として算出される。
そして、ステップ９６８に戻り、第２のコントラストＫ２ｉ，ｊを用いて、前述と同様に、ステップ９６８→９７０→９７２→９７４→９７６→９７８→９８０の処理、判断を繰り返す。これにより、対象パターンである第４パターンＣＡ４の第２のコントラストＫ２ｉ，ｊに基づく最良フォーカス位置を求めることができる。
一方、上記の如くして第４パターンＣＡ４での処理が終了すると、ステップ９８２の判断が否定され、更にステップ９８４における判断が肯定され、ステップ９８６に移行する。このステップ９８６では、前述のカウンタｎを参照して未処理の評価点対応領域があるか否かを判断する。この場合、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、ここでの判断は肯定され、ステップ９８７に移行してカウンタｎを１インクリメント（ｎ←ｎ＋１）した後、ステップ９５８に戻り、カウンタｎを参照して次の評価点対応領域、この場合、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。
以後、ステップ９５８以下の処理、判断を繰り返して、前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の第１パターン〜第４パターンのそれぞれについて、第１のコントラスト及び第２のコントラストに基づいてそれぞれ最良フォーカス位置を求める。
そして、評価点対応領域ＤＢ２の第４パターンＣＡ４での処理が終了すると、ステップ９８４における判断が肯定され、ステップ９８６に移行し、前述のカウンタｎを参照して未処理の評価点対応領域があるか否かを判断する。ここでは、評価点対応領域ＤＢ１，ＤＢ２についてだけ処理が終了しただけなので、ここでの判断は肯定され、ステップ９８７に移行してカウンタｎを１インクリメントした後、ステップ９５８に戻る。以後、前記ステップ９５８以下の処理をステップ９８６における判断が否定されるまで繰り返して、他の評価点対応領域ＤＢ３〜ＤＢ５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、第１パターン〜第４パターンのそれぞれについて、第１のコントラスト及び第２のコントラストに基づいてそれぞれ最良フォーカス位置を求める。
この一方、上記ステップ９７６における判断が否定された場合、すなわち前記近似曲線に極値なしと判断された場合には、ステップ９９０に移行し、像の形成状態の検出に用いた閾値が第２の閾値Ｓ２であったか否かを判断する。そして、このステップ９９０における判断が否定された場合、すなわち、形成状態の検出に用いた閾値が第１の閾値Ｓ１であった場合には、ステップ９９４に移行して、第２の閾値Ｓ２（≠第１の閾値Ｓ１）を用いて像の形成状態の検出を行う。なお、第２の閾値Ｓ２は、第１の閾値Ｓ１と同様に、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。このステップ９９４では、前述したステップ９６８と同様の手順で像の形成状態の検出が行われる。そして、このステップ９９４での像の形成状態の検出が終了すると、ステップ９７０に移行して、以後前記と同様の処理、判断を繰り返す。
一方、上記ステップ９９０における判断が肯定された場合、すなわち像の形成状態の検出に用いた閾値が第２の閾値Ｓ２であった場合には、ステップ９９２に移行して、計測不可能であると判定して、その旨（計測不可能）の情報を検出結果として図示しない記憶装置に保存した後、ステップ９８２に進む。
さらに、前述と反対に、上記ステップ９７２における判断が否定された場合、すなわちフォーカス位置とパターン残存数Ｔｉとの関係において、山状のカーブが出ていないと判断された場合には、ステップ９９０に進み、以後前記と同様の処理、判断を行う。
このようにして、ウエハＷＴ上の全ての計測点対応領域ＤＢ１〜ＤＢ５について最良フォーカス位置の算出又は計測不能の判定がなされると、ステップ９８６での判断は否定され、ステップ９９８に移行し、上で求めた最良フォーカス位置データに基づいて、一例として次のようにして他の光学特性を算出する。
すなわち、例えば、評価点対応領域毎に、各パターンＣＡ１〜ＣＡ４の第２のコントラストから求めた最良フォーカス位置の平均値（単純平均値又は重み付け平均値）を算出し、投影光学系ＰＬの視野内の各評価点の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。
また、例えば第１パターンＣＡ１の第２のコントラストから求めた最良フォーカス位置と、第２パターンＣＡ２の第２のコントラストから求めた最良フォーカス位置とから非点収差を求めるとともに、第３パターンＣＡ３の第２のコントラストから求めた最良フォーカス位置と、第４パターンＣＡ４の第２のコントラストから求めた最良フォーカス位置とから非点収差を求める。そして、それらの非点収差の平均値から投影光学系ＰＬの視野内の各評価点での非点収差を求める。
さらに、例えば投影光学系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。
また、例えば、各パターンＣＡ１〜ＣＡ４について、第１のコントラストから求めた最良フォーカス位置と、第２のコントラストから求めた最良フォーカス位置との差から投影光学系のコマ収差の影響を求めるとともに、パターンの周期方向とコマ収差の影響との関係を求める。
このようにして求められた投影光学系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。
このようにして、図２３のステップ９５６の処理を終了し、一連の光学特性の計測処理を完了する。
デバイス製造の場合における、本第２の実施形態の露光装置による露光処理動作は、前述した第１の実施形態の露光装置１００の場合と同様にして行われるので、詳細説明については省略する。
以上説明したように、本第２の実施形態に係る光学特性計測方法によると、像の転写領域のピクセルデータに関する代表値としてのコントラストと所定の閾値とを比較することにより、像の形成状態を検出するという、画像処理手法を用いているために、従来の目視により寸法を計測する方法（例えば、前述したＣＤ／フォーカス法など）と比較して、像の形成状態を検出するのに要する時間を短縮することが可能となる。
また、画像処理という客観的かつ定量的な検出手法を用いているため、従来の寸法を計測する方法と比較して、パターン像の形成状態を精度良く検出することができる。そして、客観的かつ定量的に求められた形成状態の検出結果に基づいて、最良フォーカス位置を決定しているため、短時間で精度良く最良フォーカス位置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。
また、従来の寸法を計測する方法（例えば、前述したＣＤ／フォーカス法や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ため、レチクルのパターン領域ＰＡ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。
また、本第２の実施形態では、計測用パターンの像の転写領域のコントラストと所定の閾値とを比較することにより、計測用パターンの像の形成状態を検出しているために、レチクルＲＴのパターン領域ＰＡ内に計測用パターン以外のパターン（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く、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可能となる。これにより、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。
本第２の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。
また、本第２の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。
さらに、本第２の実施形態では、第１のコントラストは、パターンの像が転写されている転写エリア全体のピクセルデータの加算値であるために、Ｓ／Ｎ比が高く、像の形成状態と露光条件との関係を精度良く求めることができる。
また、本第２の実施形態では、第２のコントラストは、Ｌ／Ｓパターンの像が転写されている転写エリアのピクセルデータから、Ｌ／Ｓパターンを構成するラインパターンの両端に位置するラインパターンのピクセルデータを除外しているために、像の形成状態の検出結果に対する投影光学系のコマ収差の影響を除くことができ、光学特性を精度良く求めることが可能となる。
しかも、第１のコントラストに基づく最良フォーカス位置と第２のコントラストに基づく最良フォーカス位置との差から、投影光学系の光学特性の一つであるコマ収差の影響を抽出することができる。
なお、上記第２の実施形態では、レチクルＲＴ’上の計測用パターン２００ｎは、周期方向のみが異なる４種類のＬ／Ｓ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。計測用パターンとしては、密集パターンと孤立パターンのいずれを用いても良いし、その両方のパターンを併用したり、少なくとも１種類のＬ／Ｓパターン、例えば１種類のＬ／Ｓパターンのみであっても良く、また、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、像の形成状態をコントラストで検出しているからである。
また、上記第２の実施形態では、２種類のコントラスト（第１のコントラストと第２のコントラスト）でそれぞれ最良フォーカス位置を求めているが、いずれか一方のコントラストで最良フォーカス位置を求めても良い。
さらに、上記第２の実施形態では、パターンが形成されている部分のピクセルデータはパターンが形成されていない部分よりも大きいものとしているが、これに限定されるものではない。また、上記実施形態では、ピクセルデータの加算値からコントラストを求めているが、これに限定されず、例えばピクセルデータの微分総和値、分散あるいは標準偏差を算出し、その算出結果をコントラストとしても良い。そして、例えばパターンの残らないところのピクセルデータを基準とし、それに対してコントラストが黒に偏っている場合あるいは白に偏っている場合を、パターンが形成されていると判断することも可能である。
なお、上記第２の実施形態において、第２のコントラストとして、前述したピクセルデータに関する代表値（スコア）を採用することとしても良い。この場合、パターン有無判別を行うための代表値（スコア）として、各領域（上記実施形態では第１エリアＡＲＥＡ１〜第４エリアＡＲＥＡ４）内でのピクセル値のばらつきを用いることかできる。例えば、領域内指定範囲のピクセル値の分散（又は標準偏差、加算値、微分総和値など）を、スコアＥとして採用することができる。
例えば、パターンＣＡ１〜ＣＡ４がそれぞれ転写される領域（ＡＲＥＡ１〜ＡＲＥＡ４）とほぼ中心を同じくする該領域（ＡＲＥＡ１〜ＡＲＥＡ４）のほぼ６０％に縮小した範囲に存在するものとすると、上記の指定範囲として、例えば領域（ＡＲＥＡ１〜ＡＲＥＡ４）と中心を同じくし、その領域をＡ％（−例として６０％＜Ａ％＜１００％）程度に縮小した範囲をスコア算出に用いることができる。
この場合、パターン部が領域（ＡＲＥＡ１〜ＡＲＥＡ４）の約６０％を占めているため、スコア算出に用いる領域の領域（ＡＲＥＡ１〜ＡＲＥＡ４）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。従って、例えばＡ％＝９０％という比率を採用することができる。この場合も、幾つかの比率を実験的に確認して、最も安定した結果が得られる比率にＡ％を定めることが望ましい。
上記の方法で求めたスコアＥは、パターン有無具合を数値として表しているので、前述と同様に、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となる。
上述したスコアＥと同様にして決定されたピクセルデータに関する代表値をパターンの形成状態の検出に用いる場合には、例えば１種類のＬ／Ｓパターンのみを計測用パターンとして用いる場合などにも、パターンの有無の判別を正確に行うことが期待される。この場合、上記第２の実施形態に即して説明すると、パターン残存領域について、領域ＤＡｉ，ｊ内に１つのＬ／Ｓパターンの像のみが形成されることになるが、スコアＥと同様にして決定されたピクセルデータに関する代表値を用いる場合には、安定してパターン有無の判別を行うことができるので、必ずしも上記第２の実施形態のように２種類のコントラスト値の検出を行う必要はない。
また、上記第２の実施形態では、ピクセルデータを抽出するエリアを矩形としているが、これに限定されるものではなく、例えば、円形や楕円形、あるいは三角形などであっても良い。また、その大きさも任意に設定することができる。すなわち、計測用パターンの形状に合わせて抽出エリアを設定することによりノイズを減少させ、Ｓ／Ｎ比を高くすることが可能である。勿論、これらの場合にも、ピクセルデータの全てではなく、その一部のデータのみを用いても良く、その一部のピクセルデータの加算値、微分総和値、分散及び標準偏差の少なくとも１つを代表値とし、該代表値と所定の閾値とを比較して計測用パターンの像の形成状態を検出することとしても良い。
また、上記第２の実施形態では、像の形成状態の検出に２種類の閾値を用いているが、これに限定されるものではなく、少なくとも１つの閾値であれば良い。
さらに、上記第２の実施形態では、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のみ、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ているが、予め複数の閾値Ｓｍを設定しておき、各閾値Ｓｍ毎に最良フォーカス位置Ｚｍ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Ｚｂｅｓｔとしても良い。図３１には、一例として、５種類の閾値Ｓ１〜Ｓ５を用いた検出結果に基づく、露光エネルギ量Ｐとフォーカス位置Ｚとの関係が簡略化して示されている。これにより、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が順次算出される。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Ｚｂｅｓｔ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Ｚｂｅｓｔとしても良い。
あるいは、閾値Ｓｍ毎に最良フォーカス位置Ｚｍを算出し、図３２に示されるように、閾値Ｓｍと最良フォーカス位置Ｚｍとの関係において、閾値Ｓｍの変動に対して、最良フォーカス位置Ｚｍの変化が最も小さい区間における最良フォーカス位置Ｚｍの平均値（図３２では、Ｚ２とＺ３の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Ｚｂｅｓｔとしても良い。
また、上記第２の実施形態では、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が転写されていない領域を撮像し、得られたコントラストを閾値としても良い。
さらに、上記第２の実施形態では、Ｎ×Ｍ個の区画領域を全て露光するものとしたが、前述した第１の実施形態と全く同様にＮ×Ｍ個の区画領域の少なくとも１個について露光を行わなくても良い。
なお、上記第２の実施形態の露光装置では、主制御装置が、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等により、外部に通知することも可能である。
また、上記第２の実施形態と同様の処理を行う際に、露光エネルギ量Ｐとフォーカス位置Ｚとの関係において、図３３に示されるように、極値が複数含まれる場合がある。このような場合、最大の極値を有する曲線Ｇのみに基づいて、最良フォーカス位置を算出するようにしても良いが、小さい極値を有する曲線Ｂ，Ｃも必要な情報を含む場合があるため、これを無視することなく、曲線Ｂ，Ｃをも用いて最良フォーカス位置を算出することが望ましい。例えば、曲線Ｂ，Ｃの極値に対応するフォーカス位置の平均値と、曲線Ｇの極値に対応するフォーカス位置との平均値（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するなどである。
なお、上記第２の実施形態では、各パターンの線幅がすべて同一の場合について説明しているが、これに限定されるものではなく、異なる線幅を有するパターンが含まれていても良い。これにより、光学特性に及ぼす線幅の影響を求めることができる。
また、上記第２の実施形態において、ウエハ上の評価点対応領域を、前述の如く、マトリックス状の区画領域に分割することは必ずしも必要ではない。すなわち、ウエハ上のいずれの位置にパターンの転写像が転写されていても、その撮像データを用いてコントラストを求めることは十分に可能だからである。すなわち、撮像データファイルが作成できれば良いからである。
なお、上記第１の実施形態で説明した技術と、第２の実施形態で説明した技術とを適宜組み合わせても良い。例えば、上記第１の実施形態で、計測用パターンとして、第２の実施形態と同様のパターンを用いても良い。このようにすると、第２の実施形態と同様に、投影光学系ＰＬの像面湾曲に加え、投影光学系ＰＬの視野内の各評価点での非点収差、非点収差面内均一性、更には非点収差面内均一性と像面湾曲とから総合焦点差などを、上記第１の実施形態と同様にして高精度に求めることができる。
なお、上記第１、第２の実施形態では、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、露光装置のアライメント検出系を用いてレジスト像などを検出する場合、主制御装置はディスプレイ（モニター）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、上記第１、第２の実施形態では、計測用パターンをウエハ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。
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（例えば光学顕微鏡など）を用いても良い。また、撮像装置としてＬＳＡ系のアライメント検出系ＡＳを用いることも可能である。転写像のコントラスト情報が得られれば良いからである。さらに、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。
また、上記第１、第２の実施形態では、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ウエハなどの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、コントラスト計測（スコアを用いた計測を含む）、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。例えば、エネルギ量のかわりに、ラインパターンの線幅、もしくはコンタクトホールのピッチ等の変化によって投影光学系の光学特性を計測することができる。
また、上記第１、第２の実施形態において、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。
さらに、上記第１及び第２の実施形態において、図１の露光装置はウエハ上に転写すべきパターンに応じてレチクルの照明条件を変更可能となっているので、例えば露光装置で使用される複数の照明条件でそれぞれ上記各実施形態と同様の処理を行い、照明条件毎に前述の光学特性（最良フォーカス位置など）を求めることが好ましい。また、ウエハ上に転写すべきパターンの形成条件（例えばピッチ、線幅、位相シフト部の有無、密集パターンか孤立パターンかなど）が異なるときは、例えばパターン毎にその形成条件と同一あるいは近い形成条件の計測用パターンを用いて、上記各実施形態と同様の処理を行い、形成条件毎に前述の光学特性を求めるようにしても良い。
また、上記第１及び第２の実施形態において、投影光学系ＰＬの光学特性として前述の計測点における焦点深度などを求めるようにしても良い。また、ウエハに形成する感光層（フォトレジスト）はポジ型だけでなくネガ型を用いても良い。
さらに、本発明が適用される露光装置の光源は、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに限らず、Ｆ２レーザ（波長１５７ｎｍ）、あるいは他の真空紫外域のパルスレーザ光源であっても良い。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。
なお、上記実施形態では、本発明がステップ・アンド・リピート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・スキャン方式、ステップ・アンド・スティッチ方式、ミラープロジェクション・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。例えば、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に本発明を適用する場合、特に第１の実施形態でステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を用いる場合には、前述の開口パターンＡＰと同様の正方形、あるいは矩形の開口パターンが形成されたレチクルを、そのレチクルステージ上に搭載して、走査露光方式によって、前述の矩形枠状の第２領域を形成することができる。かかる場合には、前述の実施形態の場合に比べて第２領域の形成に要する時間を短縮することができる。
さらに、投影光学系ＰＬは、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれでも良いし、縮小系、等倍系、及び拡大系のいずれでも良い。
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評価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、最良フォーカス位置や像面湾曲等の投影光学系ＰＬの光学特性、及び最良露光量などを求めることができる。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、積算エネルギ量）を所望の値に調整することが可能である。
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、角型のガラスプレート上に液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、プラズマディスプレイや有機ＥＬなどの表示装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置、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広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
なお、上記各実施形態では、露光装置が静止露光方式を用いるものとしたが、走査露光方式の露光装置を用いても、上記実施形態と同様の処理を行うことで投影光学系の光学特性を計測することができる。また、走査露光方式の露光装置では、前述の計測用パターンを用いてウエハを露光するとき、レチクルとウエハとをほぼ静止させて計測用パターンを転写し、レチクルステージやウエハステージの移動精度などの影響を含まない光学特性を求めることが望ましい。勿論、走査露光方式にて計測用パターンを転写し、ダイナミックな光学特性を求めるようにしても良い。
《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３４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３４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３５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３５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（ステップ３１６）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。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明に係る光学特性計測方法は、投影光学系の光学特性の計測に適している。また、本発明に係る露光方法は、ウエハ等の物体の高精度な露光に適している。また、本発明に係るデバイス製造方法は、高集積度の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ＩＯＰの具体的構成の一例を説明するための図である。
図３は、第１の実施形態において、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は、第１の実施形態における主制御装置内ＣＰＵの光学特性の計測時の処理アルゴリズムを示すフローチャート（その１）である。
図５は、第１の実施形態におけるＣＰＵの光学特性の計測時の処理アルゴリズムを示すフローチャート（その２）である。
図６は、第１領域を構成する区画領域の配列を説明するための図である。
図７は、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は、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は、ウエハＷＴを現像後にウエハ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を示す図である。
図１０は、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は、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は図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は、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１４Ａは、ステップ５０８の処理を説明するための図、図１４Ｂは、ステップ５１０の処理を説明するための図、図１４Ｃはステップ５１２の処理を説明するための図である。
図１５Ａは、ステップ５１４の処理を説明するための図、図１５Ｂは、ステップ５１６の処理を説明するための図、図１５Ｃは、ステップ５１８の処理を説明するための図である。
図１６は、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は、ステップ５１４の頂点検出を説明するための図である。
図１８は、ステップ５１６の長方形検出を説明するための図である。
図１９は、第１の実施形態における像形成状態の検出結果の一例をテーブルデータ形式で示す図である。
図２０は、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２１Ａ〜図２１Ｃは、境界検出に微分データを用いる場合の変形例を説明するための図である。
図２２は、本発明の第２の実施形態において、投影光学系の光学特性の計測に用いられるレチクルに形成された計測用パターンを説明するための図である。
図２３は、第２の実施形態に係る主制御装置内ＣＰＵの光学特性の計測時の処理アルゴリズムを示すフローチャートである。
図２４は、図２３のステップ９５６（光学特性の算出処理）の詳細を説明するためのフローチャートである。
図２５は、第２の実施形態におけるウエハＷＴ上の評価点対応領域を構成する区画領域の配置を示す図である。
図２６は、各区画領域における各パターンの撮像データ領域を説明するための図である。
図２７は、第２の実施形態において、第１パターンＣＡ１の像の形成状態の検出結果の一例をテーブルデータ形式で示す図である。
図２８は、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、第１段階の近似曲線とともに示す図である。
図２９は、露光エネルギ量とフォーカス位置との関係とともに第２段階の近似曲線を示す図である。
図３０は、各区画領域における各パターンの撮像データ領域（サブ領域）を説明するための図である。
図３１は、第２の実施形態の変形例を説明するための図であって、複数の閾値における、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３２は、第２の実施形態の別の変形例を説明するための図であって、閾値とフォーカス位置との関係を示す図である。
図３３は、第２の実施形態のその他の変形例を説明するための図であって、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３４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３５は、図３４のステップ３０４における処理の一例を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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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２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【国際調査報告】
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