JP2002208545A

JP2002208545A - 光学特性検出方法及び露光方法

Info

Publication number: JP2002208545A
Application number: JP2000394186A
Authority: JP
Inventors: Yuho Kanatani; 有歩金谷; Mitsuru Kobayashi; 満小林
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-26

Abstract

(57)【要約】【課題】結像式の光学系の光学特性をより精密に把握
する。【解決手段】主制御系２０は、形態の異なる複数の計
測用マークＧＭが形成されたマーク板ＦＭの光軸方向に
関する位置を変化させつつ、結像式の光学系、例えばマ
ーク検出系ＡＳ内の光学系を用いて前記計測用マークを
繰り返し撮像することを行い、各計測用マークの撮像信
号それぞれ、すなわち各計測用マークの光軸方向位置に
応じた撮像信号に基づいて光学系の所定の収差（光軸方
向に関する収差、例えば、ベストフォーカス位置、コマ
収差、球面収差など）をそれぞれ求める。この場合、各
計測マークとして、視野内の一部領域に対応する大きさ
のマークを用いてその撮像信号を取り込むか、あるいは
視野全面を占めるマークの撮像信号を取り込んで、視野
内の一部領域の信号のみを用いて演算処理を行うことに
より、視野内の一部領域に対応する光学特性を検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学特性検出方法
及び露光方法に係り、更に詳しくは、ＦＩＡ（Field Im
age Alignment）センサ、その他の画像処理方式の結像
式のマーク検出系を構成する光学系の光学特性を検出す
る光学特性検出方法、及び該光学特性検出方法によりマ
ーク検出系の光学特性を検出し、そのマーク検出系を用
いて露光に先立って基板の位置を検出する露光方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
のマイクロデバイスを製造するリソグラフィ工程では、
種々の露光装置が用いられている。近年では、例えば半
導体露光装置としては、フォトマスク又はレチクル（以
下、「レチクル」と総称する）に形成された微細なパタ
ーンをフォトレジスト等の感光剤が塗布された半導体ウ
エハやガラスプレート等の基板（以下、「ウエハ」と総
称する）上に投影光学系を介して転写する、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、このステッパに改良を加えたステップ・ア
ンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるス
キャニング・ステッパ）等の投影露光装置が、主として
用いられている。

【０００３】ところで、半導体素子等を製造する場合に
は、異なる回路パターンをウエハ上に幾層にも積み重ね
て形成する必要があるため、回路パターンが描画された
レチクルと、ウエハ上の各ショット領域に既に形成され
たパターンとを正確に重ね合わせることが重要である。
このレチクルとウエハとの位置合わせ（アライメント）
の要求精度は、パターンの微細化と共に厳しくなってき
ており、アライメントにはさまざまな工夫がなされてい
る。

【０００４】ステッパ等におけるウエハの位置検出は、
ウエハ上に形成された位置合わせマーク（アライメント
マーク）を検出することにより行われる。このアライメ
ントマークを検出する方式として、例えばハロゲンラン
プ等を光源とする波長帯域幅の広い光で照明し、ＣＣＤ
カメラなどで撮像したアライメントマークの画像データ
を画像処理してマーク位置を計測するＦＩＡ（Field Im
age Alignment）系のオフアクシス・アライメントセン
サなどが知られている。このＦＩＡ系のアライメントセ
ンサによると、レジスト層による薄膜干渉の影響を受け
ず、アルミマークや非対称マーク等についても高精度な
位置検出が可能である。

【０００５】また、レチクルの位置検出は、同様に、レ
チクルに形成された位置合わせマーク（アライメントマ
ーク）を検出することにより行われるが、この場合に
は、検出光束として露光光を用いるものが一般的であ
る。例えば、露光光をレチクル上に形成されたアライメ
ントマークに照射し、ＣＣＤカメラなどで撮像したアラ
イメントマークの画像データを画像処理してマーク位置
を計測するＶＲＡ（VisualReticle Alignment）方式の
センサなどが知られている。

【０００６】これらの光学式アライメントセンサを用い
たレチクルとウエハとのアライメントは、概略次の手順
で行われる。すなわち、まず、レチクル上のアライメン
トマークの像をウエハステージ上の基準マークの投影光
学系を介した像と同時にＶＲＡセンサで検出し、その検
出結果に基づいてレチクルパターンの投影位置を算出す
る。次に、ウエハステージを例えば所定距離移動してＦ
ＩＡ系のセンサでウエハステージ上の基準マークを検出
し、その検出結果に基づいてＦＩＡ系のベースライン量
を求める。しかる後、ウエハ上のアライメントマークを
ＦＩＡ系のセンサで検出し、その検出結果とそのときの
ウエハステージの位置座標とに基づいて、所定の演算処
理を行い、ウエハ上の各ショット領域の位置座標を求め
る。

【０００７】そして、上記の結果をもとに、レチクル
（レチクルステージ）とウエハ（ウエハステージ）との
相対位置関係を制御して、ステップ・アンド・リピート
方式又はステップ・アンド・スキャン方式で露光を行う
ことにより、ウエハ上の各ショット領域にレチクルのパ
ターンが順次重ね合せて転写される。

【０００８】従って、上記のアライメントセンサを構成
する結像光学系に収差（あるいはそれに類する光学系の
問題）が存在する場合、アライメントマークの検出位置
にずれが生じ、結果的にレチクルとウエハとの重ね合せ
にずれが生じてしまう。

【０００９】一般に、上記の結像光学系の収差によるア
ライメントマークの位置ずれは、そのアライメントマー
クの線幅やフォーカスに依存するため、アライメントセ
ンサはこれらの状態の変化に対して安定な状態に調整さ
れていなければならない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のアライメントセ
ンサの調整方法としては、例えばＦＩＡ系の視野内の大
部分を占めるようなマルチマーク等から成る計測マーク
を用い、その計測マークをアライメントセンサで撮像
し、その撮像信号から得られる各マークの位置（計測
値）を平均して計測マーク全体の位置を求めることが一
般的になされていた。この方法によると、複数のマーク
について平均することで計測値が安定し、また視野全体
についての平均的な光学状態を検出できるという利点が
あった。

【００１１】しかしながら、最近では、アライメントマ
ークが多様化し、アライメントマークによっては、検出
領域がアライメントセンサの視野内の一部に限定される
ことがある。このようなアライメントマークの検出結果
を用いてレチクルとウエハとの精密な位置合わせを正確
に行うためには、より精密に光学系の収差状態を把握す
ることが必要であり、可能な場合には収差がなくなるよ
うに調整を行うことが望ましい。

【００１２】このような理由により、実際に位置計測に
使用されるアライメントマークに対応する視野内の一部
領域に限定した結像光学系の光学特性（収差等）の検出
方法、さらには、視野内での収差分布を検出できるよう
な方法が必要である。

【００１３】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第１の目的は、結像式のマーク検出系を構成す
る光学系の光学特性をより精密に把握することを可能に
する光学特性検出方法を提供することにある。

【００１４】また、本発明の第２の目的は、露光時にお
ける基板の位置ずれを効果的に抑制して精度の高い露光
を実現することができる露光方法を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、結像式の光学系の光学特性を検出する光学特性検出
方法であって、相互に平行に配置された線幅の異なる少
なくとも１組のラインパターンを含む計測用マークの前
記光学系の光軸方向に関する位置を変化させつつ、前記
光学系を介して前記計測用マークを繰り返し撮像する第
１工程と；前記撮像の結果として得られる撮像信号に基
づいて所定の演算処理を行って前記光学系の視野内の一
部領域に対応する前記光学系の光学特性を求める第２工
程と；を含む。

【００１６】本明細書において、光学特性とは、収差、
すなわち光学収差の他、光束ケラレ（光学系を通過する
有効光線束が途中のレンズその他の光学素子や鏡筒など
によって遮られる現象）などをも含む、光学系の状態一
般を意味する。また、「光学系」は、マーク検出系内の
光学系や投影光学系など、画像処理方式によるマークの
検出（撮像）の際に用いられる全ての光学系を含む。

【００１７】これによれば、相互に平行に配置された線
幅の異なる少なくとも１組のラインパターンを含む計測
用マーク（計測用マークが形成された部材）の光学系
（投影光学系やマーク検出系内の光学系など）の光軸方
向に関する位置を変化させつつ、光学系を介して前記計
測用マークを繰り返し撮像する。そして、それぞれの撮
像結果として得られる、計測用マークの光軸方向位置に
応じた撮像信号に基づいて、所定の演算処理を行って、
光学系の視野内の一部領域に対応する光学系の光学特
性、具体的には、光軸方向に関する光学特性を求める。
これにより、光学系の光学特性をより精密に把握するこ
とが可能になる。

【００１８】ここで、計測用マークとして、光学系の視
野内の一部領域に対応する大きさのマークを用いること
により、視野内の一部領域に対応する光学系の光学特性
を求めても良いし、マークとしては視野内の全域に対応
する大きさあるいはそれ以上の大きさのマークを用い、
撮像信号として視野内の一部領域に対応する信号のみを
用いて演算を行うことにより、視野内の一部領域に対応
する光学系の光学特性を求めても良い。

【００１９】上記請求項１に記載の光学特性検出方法に
おいて、請求項２に記載の発明の如く、前記第２工程で
は、前記撮像信号に基づいて得られる前記１組のライン
パターンの間隔をフォーカスの関数として所定次数の関
数（例えば二次関数）で近似した際に得られる係数（例
えば２次係数）を指標値として前記光学系のコマ収差を
求めることとすることができる。

【００２０】請求項３に記載の発明は、結像式の光学系
の光学特性を検出する光学特性検出方法であって、部分
的に反射率の異なる強度マークから成る計測用マークの
前記光学系の光軸方向に関する位置を変化させつつ、前
記光学系を介して前記計測用マークを繰り返し撮像する
第１工程と；前記撮像の結果として得られる撮像信号に
基づいて所定の演算処理を行って前記光学系の視野内の
一部領域に対応する前記光学系の光学特性を求める第２
工程と；を含む。

【００２１】これによれば、部分的に反射率の異なる強
度マークから成る計測用マーク（計測用マークが形成さ
れた部材）の光学系（投影光学系やマーク検出系内の光
学系など）の光軸方向に関する位置を変化させつつ、光
学系を介して前記計測用マークを繰り返し撮像する。そ
して、それぞれの撮像結果として得られる、計測用マー
クの光軸方向位置に応じた撮像信号に基づいて、所定の
演算処理を行って、光学系の視野内の一部領域に対応す
る光学系の光学特性、具体的には、光軸方向に関する光
学特性を求める。これにより、光学系の光学特性をより
精密に把握することが可能になる。この場合も、光学系
の視野内の一部領域に対応する光学系の光学特性は、請
求項１と同様にして、マークの大きさにかかわらず求め
ることができる。

【００２２】この場合において、請求項４に記載の発明
の如く、前記第２工程では、前記撮像信号に基づいて得
られるマーク信号波形を処理して得られるフォーカスに
よって変化する関数に基づいて前記光学系のコマ収差を
求めることとすることができる。

【００２３】請求項５に記載の発明は、結像式の光学系
の光学特性を検出する光学特性検出方法であって、形態
の異なる複数の計測用マークのそれぞれについて、前記
光学系の光軸方向に関する位置を変化させつつ、前記光
学系を介して前記計測用マークを繰り返し撮像すること
を行い、前記各計測用マークの撮像信号それぞれに基づ
いて前記光学系の所定の収差をそれぞれ求める第１工程
と；前記第１工程の結果を用いて、前記計測された前記
所定の収差の次数より高次の所定の収差を算出する第２
工程と；を含む。

【００２４】これによれば、形態の異なる複数の計測用
マークのそれぞれについて、光学系（投影光学系やマー
ク検出系内の光学系など）の光軸方向に関する位置を変
化させつつ、光学系を介して前記計測用マークを繰り返
し撮像することを行い、各計測用マークの撮像信号それ
ぞれ、すなわち各計測用マークの光軸方向位置に応じた
撮像信号に基づいて光学系の所定の収差（光軸方向に関
する収差、例えば、ベストフォーカス位置、コマ収差、
球面収差など）をそれぞれ求める。そして、複数の計測
用マークそれぞれの撮像信号に基づいて求めた所定の収
差の複数の計測結果を用いて、計測された所定の収差の
次数より高次の所定の収差を算出する。この高次の所定
の収差の算出は、例えば連立方程式を解く等を実行する
ことにより行うことができる。これにより、光学系の光
学特性をより精密に（より高次の収差をも）把握するこ
とが可能になる。

【００２５】この場合において、請求項６に記載の発明
の如く、前記第１及び第２工程では、前記光学系の視野
内の一部に対応する領域における前記所定の収差を求め
ることとすることができる。

【００２６】上記請求項５及び６に記載の各光学特性検
出方法において、請求項７に記載の発明の如く、前記所
定の収差がコマ収差である場合、前記複数の計測用マー
クのうちの１つの計測用マークは、相互に平行に配置さ
れた線幅の異なる１組のラインパターンを含むマークで
あり、他の計測用マークは、所定ピッチで形成されたラ
インパターンを含む位相マークであることとすることが
できる。

【００２７】この場合において、請求項８に記載の発明
の如く、前記複数の計測用マークのうちの更に他の計測
用マークは、所定ピッチで形成されたラインパターンを
含み且つ該ラインパターンとスペースパターンとの反射
率が異なる強度マークであることとすることができる。

【００２８】上記請求項５及び６に記載の各光学特性検
出方法において、請求項９に記載の発明の如く、前記所
定の収差がコマ収差である場合、前記複数の計測用マー
クのうちの１つの計測用マークは、所定ピッチで形成さ
れたラインパターンを含み且つ該ラインパターンとスペ
ースパターンとの反射率が異なる強度マークであり、他
の計測用マークは、所定ピッチで形成されたラインパタ
ーンを含む位相マークであることとすることができる。

【００２９】上記請求項５及び６に記載の各光学特性検
出方法において、請求項１０に記載の発明の如く、前記
所定の収差が球面収差である場合、前記複数の計測用マ
ークは、それぞれ異なるピッチで形成された少なくとも
３種類の計測用マークを含むこととすることができる。

【００３０】上記請求項１〜１０に記載の各光学特性検
出方法において、請求項１１に記載の発明の如く、前記
計測用マークを前記光軸に垂直な面内の位置を変化させ
つつ、前記光学系を介して前記計測用マークの撮像を行
うこととしても良い。かかる場合には、計測用マークが
視野内の一部領域に対応する大きさのマークである場
合、そのマークの光軸に垂直な面内の位置を変化させる
度毎に、その計測用マークの占める視野内の一部領域に
対応する光学系の光学特性が得られ、結果的に視野内の
光学特性の分布を求めることができる。

【００３１】上記請求項１〜１１に記載の各光学特性検
出方法において、請求項１２に記載の発明の如く、前記
計測用マークは、所定のパターンが転写される基板が載
置される基板ステージ上に設けられていることとするこ
とができる。

【００３２】この場合において、請求項１３に記載の発
明の如く、前記基板ステージは、第１基準マークが形成
された第１基準部材を備えており、前記計測用マーク
は、前記第１基準部材上に形成された前記第１基準マー
クの一部であることとすることができるし、請求項１４
に記載の発明の如く、前記計測用マークは、前記所定の
パターンの転写に使用されないテスト基板上に形成され
ていることとすることもできる。

【００３３】上記請求項１〜１４に記載の各光学特性検
出方法において、請求項１５に記載の発明の如く、前記
光学系は、前記計測用マークを撮像して得た前記マーク
の撮像信号に基づいて、前記光軸と直交する方向におけ
る二次元平面内での前記マークの位置に関する情報を求
めるマーク検出系に設けられた光学系であることとする
ことができる。

【００３４】この場合において、請求項１６に記載の発
明の如く、前記マーク検出系は、所定のパターンを基板
上に投影する投影光学系を介さずに、前記基板上に形成
されたマークを検出するオフアクシス方式のマーク検出
系であることとすることができる。あるいは、請求項１
７に記載の発明の如く、前記マーク検出系は、所定のパ
ターンを基板上に投影する投影光学系を介して、前記基
板上に形成されたマークを検出する方式のマーク検出系
であることとすることもできる。

【００３５】上記請求項１〜１４に記載の各光学特性検
出方法において、請求項１８に記載の発明の如く、前記
光学系は、所定のパターンを基板上に投影する投影光学
系であることとすることができる。

【００３６】この場合において、請求項１９に記載の発
明の如く、前記基板上に形成されたマークを前記投影光
学系を介して検出するマーク検出系による前記計測用マ
ークの前記撮像結果に基づいて、前記投影光学系の光学
特性を検出することとすることができる。

【００３７】上記請求項１７に記載の光学特性検出方法
において、請求項２０に記載の発明の如く、前記所定の
パターンは、マスクマークが形成されたマスク上に形成
されるとともに、所定の波長を有するエネルギビームに
より前記投影光学系を介して前記基板上に転写されるも
のであり、前記マーク検出系は、前記所定の波長とほぼ
同じ波長を有する照明ビームを用いて、前記マスクマー
クと前記基板上に形成されたマークとを一括して撮像す
る方式のマーク検出系であることとすることができる。

【００３８】この場合において、請求項２１に記載の発
明の如く、前記マスクは、第２基準マークが形成された
第２基準部材を備えたマスクステージ上に載置可能であ
り、前記マーク検出系の前記光学特性を検出する際に
は、前記第２基準部材を介して、前記計測用マークを撮
像することとすることができる。

【００３９】この場合において、請求項２２に記載の発
明の如く、前記第２基準部材上には、前記第２基準マー
クが形成された領域と、前記照明ビームを透過させる無
地領域とが形成されており、前記マーク検出系の前記光
学特性を検出する際には、前記第２基準マーク及び前記
無地領域のいずれかを介して、前記計測用マークを撮像
することとすることができる。

【００４０】請求項２３に記載の発明は、エネルギビー
ムにより基板を露光して所定のパターンを前記基板上に
形成する露光方法であって、請求項１〜２２のいずれか
一項に記載の光学特性検出方法を用いて、前記光学系の
光学特性を検出し、その光学特性の検出結果に基づい
て、前記基板と前記所定パターンとの相対的な位置関係
を調整し、前記調整後の前記相対位置関係の下で、前記
基板を露光する露光方法である。

【００４１】これによれば、まず、請求項１〜２２に記
載の各光学特性の検出方法を用いて、光学系の光学特性
を検出する。このため、光学系の光学特性をより精密に
把握することができる。例えば、その検出領域が光学系
の視野内の一部に限定されるような場合であってもより
精密にその検出領域に対応する光学系の光学特性を把握
することができ、ひいては視野内の光学特性の分布につ
いても把握することができる。

【００４２】次いで、その光学特性の検出結果に基づい
て、基板と所定パターンとの相対的な位置関係を調整
し、その調整後の相対位置関係の下で、基板を露光す
る。

【００４３】従って、基板と所定パターンとの相対的な
位置ずれを効果的に抑制して高精度な露光を実現するこ
とができる。この場合、例えば光学系が投影光学系であ
れば、その収差によるパターンの結像位置の変動が調整
（補正）され、光学系がマーク検出系の光学系であれ
ば、その光学系の収差によるマーク位置の計測誤差が調
整（補正）された状態で、パターンと基板との重ね合せ
精度が良好な露光が実現される。

【００４４】請求項２４に記載の発明は、エネルギビー
ムにより基板を露光して所定のパターンを前記基板上に
形成する露光方法であって、請求項１５〜１７のいずれ
か一項に記載の光学特性検出方法を用いて、前記マーク
検出系を構成する前記光学系の光学特性を検出し、前記
マーク検出系を用いて、前記基板上に形成された位置合
わせマークの位置を検出し、その検出結果を前記検出さ
れた光学特性に基づいて補正し、その補正後の位置情報
に基づいて前記基板の移動位置を規定する静止座標系上
における前記基板の位置座標を算出し、前記算出された
位置座標に応じて前記基板の位置を制御しつつ、前記基
板を露光する露光方法である。

【００４５】これによれば、まず、請求項１５〜１７に
記載の各光学特性の検出方法を用いて、結像式のマーク
検出系を構成する光学系の光学特性を検出する。このた
め、結像式のマーク検出系の光学系の光学特性をより精
密に把握することができる。例えば、検出領域がマーク
検出系の視野内の一部に限定されるような場合であって
もより精密にその検出領域に対応する光学特性を把握す
ることができ、ひいては視野内の光学特性の分布につい
ても把握することができる。

【００４６】次いで、そのマーク検出系を用いて、基板
上に形成された位置合わせマークの位置を検出し、その
検出結果を先に把握した（検出された）光学特性に基づ
いて補正し、その補正後の位置合わせマークの位置情報
に基づいて基板の移動位置を規定する静止座標系上にお
ける基板の位置座標を算出する。そして、その位置座標
に応じて基板の位置を制御しつつ、基板を露光する。

【００４７】従って、マーク検出系を構成する光学系の
光学特性（収差等）に起因する位置合わせマーク（アラ
イメントマーク）の位置検出誤差を補正して、基板の位
置を制御しつつ基板の露光が行われる。従って、基板の
位置ずれを効果的に抑制して高精度な露光を実現するこ
とができる。

【００４８】

【発明の実施の形態】《第１の実施形態》以下、本発明
の第１の実施形態を図１〜図１３に基づいて説明する。

【００４９】図１には、本発明の光学特性検出方法及び
露光方法を実施するのに好適な露光装置１００の概略構
成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・
アンド・スキャン方式の投影露光装置である。この露光
装置１００は、照明系１０、マスクとしてのレチクルＲ
を保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、
基板としてのウエハＷが搭載される基板ステージとして
のウエハステージＷＳＴ、レチクルステージＲＳＴ及び
ウエハステージＷＳＴを制御するステージ制御系１９、
並びに装置全体を統括制御する主制御系２０等を備えて
いる。

【００５０】前記照明系１０は、例えば特開平１０−１
１２４３３号公報などに開示されるように、光源、フラ
イアイレンズ等からなる照度均一化光学系、リレーレン
ズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド、及びダイ
クロイックミラー等（いずれも不図示）を含んで構成さ
れている。この照明系１０は、不図示のレチクルブライ
ンドで規定されＸ軸方向（図１における紙面内左右方
向）に細長く延びるレチクルＲ上のスリット状の照明領
域部分を、照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明す
る。ここで、照明光ＩＬとしては、ＫｒＦエキシマレー
ザ光（波長２４８ｎｍ）などの遠紫外光、ＡｒＦエキシ
マレーザ光（波長１９３ｎｍ）あるいはＦ₂レーザ光
（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光などが用いられ
る。照明光ＩＬとして、超高圧水銀ランプからの紫外域
の輝線（ｇ線、ｉ線等）を用いることも可能である。

【００５１】前記レチクルステージＲＳＴ上には、その
パターン面（図１における下面）に回路パターンＰＡが
形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着等により固定
されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニア
モータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータを含
むレチクルステージ駆動部１２によって、レチクルＲの
位置決めのため、照明系１０の光軸（後述する投影光学
系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆
動可能であるとともに、所定の走査方向（ここでは図１
における紙面直交方向であるＹ軸方向とする）に指定さ
れた走査速度で駆動可能となっている。

【００５２】レチクルステージＲＳＴのステージ移動面
内の位置は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル
干渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、
例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。
レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位
置情報はステージ制御系１９及びこれを介して主制御系
２０に供給される。ステージ制御系１９では、主制御系
２０からの指示に応じ、レチクルステージＲＳＴの位置
情報に基づいてレチクルステージ駆動部１２を介してレ
チクルステージＲＳＴを駆動制御する。

【００５３】前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージ
ＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの
方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとして
は、例えば両側テレセントリックで所定の縮小倍率（例
えば１／５、又は１／４）を有する屈折光学系が使用さ
れている。このため、照明光学系からの照明光ＩＬによ
ってレチクルＲの照明領域が照明されると、このレチク
ルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介
してその照明領域内のレチクルＲの回路パターンＰＡの
縮小像（部分倒立像）が表面にレジスト（感光剤）が塗
布されたウエハＷ上に形成される。

【００５４】前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系
ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置さ
れ、このウエハステージＷＳＴ上には、ウエハテーブル
２５が載置されている。このウエハテーブル２５上に不
図示のウエハホルダを介してウエハＷが例えば真空吸着
等によって固定されている。ウエハテーブル２５は、ボ
イスコイルモータ等を含む駆動部によって投影光学系Ｐ
Ｌの光軸に直交する面に対し、任意方向に傾斜可能で、
かつ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）にも微動
可能に構成されている。また、このウエハテーブル２５
はＺ軸回りの微小回転動作も可能になっている。

【００５５】ウエハステージＷＳＴは、走査方向（Ｙ軸
方向）の移動のみならず、ウエハＷ上の複数のショット
領域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させること
ができるように、走査方向に直交する非走査方向（Ｘ軸
方向）にも移動可能に構成されている。このウエハステ
ージＷＳＴはモータ等を含む駆動系によりＸＹ２次元方
向に駆動される。このように、ウエハテーブル２５の駆
動部とウエハステージＷＳＴの駆動系とは、それぞれ別
々に設けられるが、図１においては、これらが纏めてウ
エハ駆動装置２４として示されている。従って、以下に
おいては、このウエハ駆動装置２４によって、ウエハス
テージＷＳＴがＸＹ２次元方向に駆動されるとともに、
ウエハテーブル２５がＺ、θｘ、θｙ、θｚの４自由度
方向に微少駆動されるものとして説明を行う。

【００５６】ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位
置は、ウエハテーブル２５上に設けられた移動鏡１７を
介して、ウエハレーザ干渉計システム１８によって、例
えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されてい
る。ここで、実際には、ウエハテーブル２５上には、走
査方向（Ｙ方向）に直交する反射面を有するＹ移動鏡と
非走査方向（Ｘ方向）に直交する反射面を有するＸ移動
鏡とが設けられ、これに対応してウエハレーザ干渉計１
８もＹ移動鏡に垂直に干渉計ビームを照射するＹ干渉計
と、Ｘ移動鏡に垂直に干渉計ビームを照射するＸ干渉計
とが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動
鏡１７、ウエハレーザ干渉計システム１８として示され
ている。すなわち、本実施形態では、ウエハステージＷ
ＳＴの移動位置を規定する静止座標系（直交座標系）
が、ウエハレーザ干渉計システム１８のＹ干渉計及びＸ
干渉計の測長軸によって規定されている。以下において
は、この静止座標系を「ステージ座標系」とも呼ぶ。

【００５７】ウエハステージＷＳＴのステージ座標系上
における位置情報（又は速度情報）はステージ制御系１
９、及びこれを介して主制御系２０に供給される。ステ
ージ制御系１９では、主制御系２０の指示に応じ、ウエ
ハステージＷＳＴの上記位置情報（又は速度情報）に基
づき、ウエハ駆動装置２４を介してウエハステージＷＳ
Ｔを制御する。

【００５８】また、ウエハテーブル２５上のウエハＷの
近傍には、基準マーク板ＦＭが固定されている。この基
準マーク板ＦＭの表面は、ウエハＷの表面と同じ高さに
設定され、この表面には後述する光学特性を計測するた
めの複数の計測用マーク（ＧＭとする）、いわゆるベー
スライン計測用の基準マーク、及びレチクルアライメン
ト用の基準マークその他のマークが形成されている。

【００５９】さらに、この露光装置１００は、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顕微鏡Ａ
Ｓを備えている。このアライメント顕微鏡ＡＳは、所定
の波長幅を有する照明光を基準マーク板ＦＭ上のマー
ク、あるいはウエハＷ上の位置検出用マークとしてのア
ライメントマーク(以下、適宜「ウエハマーク」とも呼
ぶ）に照射し、それらのマークの像と、ウエハと共役な
面内に配置された指標板上の指標マークの像とを、対物
レンズ等によって撮像素子（ＣＣＤ等）の受光面上に結
像し、その結果として得られる撮像信号に所定の処理を
施して、前記指標マークの中心に対する検出対象のマー
クの位置情報を算出し、その位置情報を主制御系２０へ
向けて出力する。

【００６０】このアライメント顕微鏡ＡＳは、例えばハ
ロゲンランプなどの光源１０３、光ファイバなどのライ
トガイド１０４、照明開口絞り１２７、コンデンサレン
ズ１２９、照明リレーレンズ１０５、ビームスプリッタ
１０６、第１対物レンズ１０７、反射用プリズム１０
８、第２対物レンズ１１１、指標板１１２、リレーレン
ズ系（１１３，１１４）、結像開口絞り１３０、ビーム
スプリッタ１１５、Ｙ方向用ＣＣＤ１１６、Ｘ方向用Ｃ
ＣＤ１１７、及び信号処理系１１８等を備えている。

【００６１】このアライメント顕微鏡ＡＳの作用を説明
すると、光源１０３からのアライメント光ＡＬは、ライ
トガイド１０４を介して所定位置まで導かれる。ライト
ガイド１０４の射出端から射出されたアライメント光Ａ
Ｌは、必要に応じて照明開口絞り１２７で制限された
後、適当な断面形状を有する照明光束となってコンデン
サレンズ１２９に入射する。

【００６２】コンデンサレンズ１２９から出射されたア
ライメント光ＡＬは、一旦集光された後、不図示の照明
視野絞りを介して照明リレーレンズ１０５に入射する。
照明リレーレンズ１０５を介して平行光となったアライ
メント光ＡＬは、ビームスプリッタ１０６を透過した
後、第１対物レンズ１０７に入射する。第１対物レンズ
１０７で集光されたアライメント光ＡＬは、反射用プリ
ズム１０８の反射面で鉛直下方に反射された後、ウエハ
ステージＷＳＴ上の検出対象のマーク、例えば基準マー
ク板ＦＭ上の計測用マークＧＭ、その他の基準マーク、
又はウエハＷ上のアライメントマークを照明する。

【００６３】アライメント光ＡＬにより照明された上記
の検出対象のマーク（以下、便宜上、「マークＭ」と呼
ぶ）からの反射光は、反射用プリズム１０８及び第１対
物レンズ１０７を介して、ビームスプリッタ１０６に入
射する。そして、このビームスプリッタ１０６により鉛
直上方に反射された光は、第２対物レンズ１１１を介し
て、指標マーク（不図示）が形成された指標板１１２上
にマークＭの像を形成する。

【００６４】指標板１１２から出射される光は、リレー
レンズ系（１１３，１１４）を通過し、その通過中に必
要に応じて結像開口絞り１３０により制限され、ビーム
スプリッタ１１５に入射する。そして、ビームスプリッ
タ１１５で分割された一方の光（反射光）はＹ方向用Ｃ
ＣＤ１１６に、他方の光（透過光）はＸ方向用ＣＣＤ１
１７に入射する。

【００６５】こうして、Ｙ方向用ＣＣＤ１１６及びＸ方
向用ＣＣＤ１１７の撮像面には、マーク像が指標板１１
２の指標マーク像とともに形成される。Ｙ方向用ＣＣＤ
１１６及びＸ方向用ＣＣＤ１１７からの出力信号は、信
号処理系１１８に供給され、該信号処理系１１８で所定
の信号処理（例えば、ノイズ除去など）及びＡ／Ｄ変換
がなされ、そのデジタル化された画像信号、すなわち画
像データが主制御系２０に供給される。主制御系２０で
は、その画像データに基づいて、指標中心を基準とする
マークＭの位置を算出し、その算出結果とそのときの干
渉計システム１８の計測値とに基づいて、ステージ座標
系におけるマークＭの位置座標を算出する。

【００６６】上述の説明からわかるように、本実施形態
では、光源１０３、ライトガイド１０４、照明開口絞り
１２７、コンデンサレンズ１２９、照明視野絞り（不図
示）、照明リレーレンズ１０５、ビームスプリッタ１０
６、第１対物レンズ１０７、及び反射用プリズム１０８
によって、マークＭにアライメント光を照射するための
照明光学系が構成されている。また、反射用プリズム１
０８、第１対物レンズ１０７、ビームスプリッタ１０
６、第２対物レンズ１１１、指標板１１２、リレーレン
ズ系（１１３，１１４）、結像開口絞り１３０およびビ
ームスプリッタ１１５によって、アライメント光ＡＬに
対するマークＭからの反射光に基づいてマーク像を形成
するための結像光学系が構成されている。

【００６７】露光装置１００には、さらに、投影光学系
ＰＬの最良結像面に向けて複数のスリット像を形成する
ための結像光束を光軸ＡＸ方向に対して斜め方向より供
給する不図示の照射光学系と、その結像光束のウエハＷ
の表面での各反射光束をそれぞれスリットを介して受光
する不図示の受光光学系とから成る斜入射方式の多点フ
ォーカス検出系が、投影光学系ＰＬを支える支持部（図
示省略）に固定されている。この多点フォーカス検出系
としては、例えば特開平５−１９０４２３号公報に開示
されるものと同様の構成のものが用いられ、ステージ制
御系１９はこの多点フォーカス検出系からのウエハ位置
情報に基づいてウエハテーブル２５をＺ方向及び傾斜方
向に駆動する。

【００６８】主制御系２０は、マイクロコンピュータ又
はワークステーションを含んで構成され、装置の構成各
部を統括して制御する。また、主制御系２０には、例え
ばキーボードのような入力装置１２６を介して、照明開
口絞り１２７に対する指令や結像開口絞り１３０に対す
る指令が供給される。主制御系２０は、これらの指令に
基づき、駆動系１２８を介して照明開口絞り１２７を駆
動したり、駆動系１３１を介して結像開口絞り１３０を
駆動したりする。

【００６９】また露光装置１００は、レチクルＲと照明
系１０との間に、レチクルＲ上に形成された位置決め用
マーク（レチクルアライメントマーク）、又はレチクル
ステージＲＳＴ上に設けられているレチクルフィデュー
シャル板（レチクルＦＭ板）７０上に形成されたレチク
ルフィデューシャルマーク（以下、「レチクルＦＭ」あ
るいは「ＲＦＭ」と略述する）を、撮像方式で検出する
ビデオレチクルアライメント（ＶＲＡ）系（以下、「Ｒ
Ａ系」と略述する）５０Ａ，５０Ｂを有している。ＲＡ
系５０Ａ，５０Ｂは、内部に結像式の光学系（不図示）
をそれぞれ備えている。

【００７０】レチクルＦＭ板７０上には、基準マーク板
ＦＭ上に形成された計測用マークＧＭと同様のマーク形
態を持つ計測用マークが、ＲＦＭとして形成されてい
る。なお、図１においては、作図の便宜上から、レチク
ルＦＭ板７０がレチクルステージＲＳＴ上面のレチクル
Ｒの右側に配置された状態が示されているが、実際に
は、レチクルＦＭ板７０は、レチクルステージＲＳＴ上
面のレチクルＲの図１における紙面奥側（＋Ｙ側）にＸ
軸方向に延設されている。従って、レチクルステージＲ
ＳＴを走査方向に移動することにより、レチクルＦＭ板
７０を照明光ＩＬの照明領域に位置させることができる
ようになっている。

【００７１】前記各ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂはそれぞれミ
ラー５１Ａ，５１Ｂにより反射された光をＣＣＤなどの
撮像素子で受光して、マークの撮像信号を得るものであ
る。そして、得られたマークの撮像信号が、主制御系２
０に送られるようになっている。なお、これらのＲＡ系
自体の構成は、例えば特開平６−２２４１０３号公報や
特開平４−２１７２６０号公報等に開示されており、公
知であるため、ここでは簡単な説明にとどめるものとす
る。

【００７２】ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂは、図１から容易に
想像されるように、投影光学系ＰＬ下に基準マーク板Ｆ
Ｍを位置決めすることにより、その基準マーク板ＦＭ上
に形成された計測用マークＧＭを、投影光学系ＰＬを介
して撮像して検出することができる。また、図１に示さ
れるように、ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂでは、ウエハＷ上に
形成されたアライメントマークを、投影光学系ＰＬを介
して撮像して検出することもできる。ＲＡ系５０Ａ，５
０Ｂは、このように投影光学系ＰＬの像面側に配置され
たマークを計測する際には、投影光学系ＰＬ（及びレチ
クルＲ）を介して検出するため、ＴＴＲ（Through The
Reticle）アライメント方式と呼ばれるマーク検出系で
ある。

【００７３】ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂでは、投影光学系Ｐ
Ｌの物体面側に配置されたマーク（上述したしチクルア
ライメントマークやＲＦＭ）と、投影光学系ＰＬの像面
側に配置されたマーク（上述したウエハアライメントマ
ークやＦＭ）とを同時に撮像することが可能である。

【００７４】なお、ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂで使用する検
出用ビーム（検出光）としては、露光用ビーム（露光
光）の波長とは異なる波長を持つ検出光や、露光光とほ
ぼ同じ波長を持つ検出光のいずれをも使用することがで
きる。露光光とは異なる波長の光（ビーム）を検出光と
する場合には、該検出光に対して投影光学系ＰＬで発生
する色収差を適正に補正する色収差補正用の光学部材
を、ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂの検出光路中に配置すること
が望ましい。また、露光光と同じ波長の光（ビーム）を
検出光として使用し、且つウエハ上のアライメントマー
クを検出する際には、ウエハ上のレジストがマーク検出
時に感光してしまわないような露光量に（そのレジスト
の適正露光量を超えないように）検出光の光量を調整す
る必要がある。

【００７５】ＴＴＲ駆動系５２Ａ，５２Ｂは、ミラー５
１Ａ，５１Ｂをそれぞれ駆動してＸＹ平面内における各
ミラー（５１Ａ，５１Ｂ）の位置を調整するとともに、
該ミラーの位置に応じてＲＡ系５０Ａ，５０Ｂの位置を
も調整するものである。このＴＴＲ駆動系５２の動作は
主制御系２０により制御される。

【００７６】また、露光装置１００は、図１に示される
ように、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間に、ミラー
６１で反射された光をＣＣＤなどの撮像素子で受光し
て、マークの撮像信号を得るＴＴＬ（Through The Len
s）方式のアライメント系（マーク検出系）６０を備え
ている。このＴＴＬ方式のアライメント系（以下、「Ｔ
ＴＬアライメント系」と略述する）６０は、その内部に
結像式の光学系（不図示）を備えている。

【００７７】ＴＴＬアライメント系６０は、図１から容
易に想像されるように、投影光学系ＰＬ下に基準マーク
板ＦＭを位置決めした際にその基準マーク板ＦＭ上に形
成された計測用マークＧＭを、投影光学系ＰＬを介して
撮像して検出するものである。また、ＴＴＬアライメン
ト系６０は、ウエハＷ上に形成されたアライメントマー
クを、投影光学系ＰＬを介して撮像して検出することも
できる。そして、得られたマークの撮像信号は、主制御
系２０に送られるようになっている。

【００７８】なお、ＴＴＬアライメント系６０も、上述
したＲＡ系（５０Ａ，５０Ｂ）と同様に、検出用ビーム
（検出光）としては、露光用ビーム（露光光）の波長と
は異なる波長を持つ検出光や、露光光とほぼ同じ波長を
持つ検出光のいずれをも使用することができる。

【００７９】ＴＴＬ駆動系６２は、ミラー６１を駆動し
て、ＸＹ平面内におけるミラー６１の位置を調整すると
ともに、該ミラー６１の位置に応じてＴＴＬアライメン
ト系６０の位置をも調整するものである。このＴＴＬ駆
動系６２の動作は主制御系２０により制御される。

【００８０】次に、上述のようにして構成された露光装
置１００におけるアライメント顕微鏡ＡＳを構成する光
学系、特に結像光学系の光学特性の検出方法について説
明する。

【００８１】まず、光学特性の検出に用いられる計測用
マークについて、図２〜図８に基づいて説明する。図２
には、基準マーク板ＦＭの平面図が一部省略して示され
ている。この図２に示されるように、基準マーク板ＦＭ
の上面には、所定間隔を隔てて計測用マークＧＭ１，Ｇ
Ｍ２，ＧＭ３，ＧＭ４，ＧＭ５及びＧＭ６が形成されて
いる。

【００８２】計測用マークＧＭ１は、図２におけるＡ−
Ａ線断面を拡大して示す拡大断面図である図３（Ａ）に
示されるように、３本のラインパターンがＸ軸方向に沿
ってピッチＰ１（Ｐ１は、例えば１２μｍ）の間隔で配
置されたデューティ比５０％のラインアンドスペース
（以下、「Ｌ／Ｓ」と略記する）マークである。この計
測用マークＧＭ１は、基準マーク板ＦＭを構成するＳｉ
（シリコン）基板ＧＳｂの表面に形成されている。この
計測用マークＧＭ１を構成する各ラインパターンとして
は、線幅Ｌ１（Ｌ１は、例えば６μｍ）で、基準マーク
板ＦＭの表面から下方に深さＨ１（Ｈ１は例えば０．０
８μｍ（８０ｎｍ））だけ凹んだ凹状パターンが用いら
れている。すなわち、計測用マークＧＭ１は、各ライン
パターン部分が周囲に比べて凹んでいる段差マーク（位
相マーク）である。

【００８３】計測用マークＧＭ２は、図２におけるＢ−
Ｂ線断面を拡大して示す拡大断面図である図４（Ａ）に
示されるように、線幅の太いラインパターンと線幅の細
いラインパターンとがＸ軸方向に沿ってピッチＰ２（Ｐ
２は、例えば１２μｍ）の間隔で交互に配置されたＬ／
Ｓマークである。この計測用マークＧＭ２は、基準マー
ク板ＦＭを構成するＳｉ基板ＧＳｂの表面に形成されて
いる。この計測用マークＧＭ２を構成するラインパター
ンとしては、線幅Ｌ２（Ｌ２は、例えば６μｍ）のライ
ンパターンと、線幅Ｌ３（Ｌ３は、例えば０．５μｍ）
のラインパターンとが用いられている。これらのライン
パターンは、基準マーク板ＦＭの表面から下方に深さＨ
２（Ｈ２は、例えば０．０８μｍ（８０ｎｍ））だけ凹
んだ凹状パターンが用いられている。すなわち、計測用
マークＧＭ２は、各ラインパターン部分が周囲に比べて
凹んでいる段差マーク（位相マーク）である。

【００８４】計測用マークＧＭ３は、図２におけるＣ−
Ｃ線断面を拡大して示す拡大断面図である図５（Ａ）に
示されるように、５本のラインパターンがＸ軸方向に沿
ってピッチＰ３（Ｐ３は、例えば６μｍ）の間隔で配置
されたＬ／Ｓマークである。この計測用マークＧＭ３を
構成するラインパターンとしては、線幅Ｌ４（Ｌ４は、
例えば３μｍ）のラインパターンが用いられている。こ
れらのラインパターンは、基準マーク板ＦＭを構成する
Ｓｉ基板ＧＳｂの表面に蒸着されたクロム膜Ｃｒから成
る。すなわち、計測用マークＧＭ３は、各ラインパター
ン部分と周囲部分とが反射率の異なる強度マーク（明暗
マーク）である。

【００８５】計測用マークＧＭ４は、図２におけるＤ−
Ｄ線断面を拡大して示す拡大断面図である図６（Ａ）に
示されるように、３本のラインパターンがＸ軸方向に沿
ってピッチＰ４（Ｐ４は、例えば８μｍ）の間隔で配置
されたデューティ比５０％のＬ／Ｓマークである。この
計測用マークＧＭ４は、前述した計測用マークＧＭ１と
同様にして形成された段差マーク（位相マーク）であ
る。この計測用マークＧＭ４を構成する各ラインパター
ンとしては、線幅Ｌ５（Ｌ５は、例えば４μｍ）で、深
さＨ３（Ｈ３は例えば０．０８μｍ（８０ｎｍ））であ
る。

【００８６】計測用マークＧＭ５は、図２におけるＥ−
Ｅ線断面を拡大して示す拡大断面図である図７（Ａ）に
示されるように、３本のラインパターンがＸ軸方向に沿
ってピッチＰ５（Ｐ５は、例えば６μｍ）の間隔で配置
されたデューティ比５０％のＬ／Ｓマークである。この
計測用マークＧＭ５は、前述した計測用マークＧＭ１と
同様にして形成された段差マーク（位相マーク）であ
る。この計測用マークＧＭ５構成する各ラインパターン
としては、線幅Ｌ６（Ｌ６は、例えば３μｍ）で、深さ
Ｈ４（Ｈ４は例えば０．０８μｍ（８０ｎｍ））であ
る。

【００８７】計測用マークＧＭ６は、図２におけるＦ−
Ｆ線断面を拡大して示す拡大断面図である図８（Ａ）に
示されるように、２本のラインパターンがＸ軸方向に沿
ってピッチＰ６（Ｐ６は、例えば１０μｍ）の間隔で配
置されたＬ／Ｓマークである。この計測用マークＧＭ６
を構成するラインパターンとしては、線幅Ｌ７（Ｌ７
は、例えば１μｍ）のラインパターンが用いられてい
る。この計測用マークＧＭ６は、前述した計測用マーク
ＧＭ３と同様にして形成された強度マーク（明暗マー
ク）である。

【００８８】上記の計測用マークＧＭ１〜ＧＭ６は、い
ずれもアライメント顕微鏡ＡＳの視野内の一部領域に対
応する大きさの微小マークである。

【００８９】以下、計測用マークＧＭ１〜ＧＭ６その他
のマークが形成された基準マーク板ＦＭを用いて、アラ
イメント顕微鏡ＡＳを構成する結像光学系の光学特性を
検出する方法について説明する。

【００９０】まず、低次コマ収差を検出（計測）する方
法について説明する。この低次コマ収差の検出方法に
は、計測用マークＧＭ１，ＧＭ４，ＧＭ５のようなデュ
ーティ比５０％の位相マークを用いる第１の検出方法
と、計測用マークＧＭ２のようなマークを用いる第２の
検出方法と、計測用マークＧＭ３のようなマークを用い
る第３の検出方法とがある。

【００９１】（低次コマ収差の第１の検出方法）まず、
ステージ制御系１９は、主制御系２０の指示に応じて、
基準マーク板ＦＭ上のいずれかのデューティ比５０％の
位相マーク、例えば計測用マークＧＭ１がアライメント
顕微鏡ＡＳの検出視野内に位置するように干渉計システ
ム１８の計測値をモニタしつつウエハ駆動装置２４を介
してウエハステージＷＳＴを移動する（図１参照）。

【００９２】この状態で、図１に示されるように、主制
御系２０では、光源１０３の発光を開始して前述したよ
うにして計測用マークＧＭ１及び指標マークの画像デー
タの取り込みを行う。

【００９３】この場合、計測用マークＧＭ１部分の画像
データを処理して得られるマーク信号波形は、仮に結像
光学系にコマ収差が殆どないものとすると、例えば、図
３（Ｂ）のような波形となる。反対にある程度以上のコ
マ収差が存在すると、図９（Ａ）に示されるように、左
右非対称な信号波形となる。

【００９４】ここで、マーク信号波形の非対称性の指標
として、次式（１）で表されるマーク信号波形の非対称
性の度合い示す像質値Ｑを定義する。

【００９５】Ｑ＝（Ｉ_L−Ｉ_R）／（Ｉ_max−Ｉ_min） ……（１）

【００９６】上式（１）において、Ｉ_Lは、図９（Ａ）
に示されるマーク（ラインパターン）の信号波形におけ
る左ボトム点の信号強度を示し、Ｉ_Rは、図９（Ａ）の
信号波形における右ボトム点の信号強度を示し、Ｉ_max
は、図９（Ａ）の信号波形における最大信号強度を示
し、Ｉ_minは最小信号強度を示す。

【００９７】上記の画像データの取り込みに際して、主
制御系２０では、ステージ制御系１９に対して所定ステ
ップピッチでウエハテーブル２５のＺ位置を変化させる
ように指令を与える。これにより、種々のデフォーカス
状態で、計測用マークＧＭ１及び指標マークの画像デー
タが、信号処理系１１８から主制御系２０に供給され
る。

【００９８】これにより、マーク信号波形の非対称性の
度合い示す像質値Ｑをフォーカスを変化させながら計測
することができる。そして、像質値Ｑを、フォーカス
（Ｚ）の関数として二次関数でフィットすることによ
り、例えば図９（Ｂ）に示されるような関数Ｑ（Ｚ）が
得られる。主制御系２０では、この関数Ｑ（Ｚ）の一次
係数、すなわちＱ（Ｚ）の傾きを低次コマ収差計測のた
めの指標（以下、便宜上「指標α」と呼ぶ）とする。図
９（Ｂ）において、Ｚ₀は、近軸像面位置を示す。

【００９９】式（１）からもわかるように、計測値はラ
インパターン１本毎に得られる。また、像質値計測は再
現性が良く、５画面程度平均すればラインパターン１本
でも計測が可能である。したがって各ラインパターンの
ある面内位置での低次コマ収差を計測することが可能で
ある。

【０１００】主制御系２０では、計測用マークＧＭ１が
アライメント顕微鏡ＡＳの視野内で移動するように、基
準マーク板ＦＭが載置されたウエハステージＷＳＴのＸ
Ｙ位置を順次所定ピッチで変化させ、上記の低次コマ収
差の検出を繰り返し行う。これにより、アライメント顕
微鏡ＡＳの視野内における結像光学系の低次コマ収差の
分布（指標αの分布）を検出することができる。

【０１０１】勿論、他の計測用マークＧＭ４，ＧＭ５を
用いても上記と同様の結像光学系の低次コマ収差及びそ
の視野内分布の検出が可能である。

【０１０２】（低次コマ収差の第２の検出方法）まず、
ステージ制御系１９は、主制御系２０の指示に応じて、
基準マーク板ＦＭ上の計測用マークＧＭ２がアライメン
ト顕微鏡ＡＳの検出視野内に位置するように干渉計シス
テム１８の計測値をモニタしつつウエハ駆動装置２４を
介してウエハステージＷＳＴを移動する（図１参照）。

【０１０３】この状態で、図１に示されるように、主制
御系２０では、光源１０３の発光を開始して前述したよ
うにして計測用マークＧＭ２及び指標マークの画像デー
タの取り込みを行う。

【０１０４】この場合、計測用マークＧＭ２部分の画像
データを処理して得られるマーク信号波形は、例えば、
図４（Ｂ）のような波形となる。この波形の特徴の一つ
として、細い方のラインパターンの波形が、シングル波
形となっていることが挙げられる。この計測用マークＧ
Ｍ２のような線幅の異なるラインパターンを含む計測用
マークの画像の取り込みを、計測用マークのＺ位置を変
化させつつ行い、線幅Ｌ２のラインパターンと線幅Ｌ３
のラインパターンとの間隔δの変化を見てみると、結像
光学系に低次コマ収差があるときは、Ｚ位置に応じてそ
の間隔δが大きく変化する。これは、線幅の太いライン
パターンはコマ収差の影響を受け難いのに対し、線幅の
細いラインパターンはコマ収差の影響を大きく受けるた
めである。

【０１０５】上記の画像データの取り込みに際して、主
制御系２０では、ステージ制御系１９に対して所定ステ
ップピッチでウエハテーブル２５のＺ位置を変化させる
ように指令を与える。これにより、種々のデフォーカス
状態で、計測用マークＧＭ２及び指標マークの画像デー
タが、信号処理系１１８から主制御系２０に供給され
る。

【０１０６】これにより、間隔δをフォーカスを変化さ
せながら計測することができる。そして、間隔δをフォ
ーカス（Ｚ）の関数として二次関数でフィットすること
により、例えば図１０に示されるような関数δ（Ｚ）が
得られる。主制御系２０では、この関数δ（Ｚ）の２次
係数を低次コマ収差計測のための指標（以下、便宜上
「指標β」と呼ぶ）とする。図１０において、Ｚ₀は、
近軸像面位置を示す。

【０１０７】なお、上述した例では、間隔δをフォーカ
ス（Ｚ）の関数として二次関数でフィッティングしてい
るが、本発明はこれに限らず、マークの形状（ピッチ、
幅、段差など）や検出光学系の特性（Ｎ．Ａ．など）に
応じた最適な次数の関数を選択して、この選択した関数
でフィッティングをして得られた係数を指標として用い
るようにしても良い。

【０１０８】上述の説明からもわかるように、太い方の
ラインパターンは計測の基準として使うもので、細い方
のラインパターンが収差に対して敏感に変化する。従っ
て、計測値は細い方のラインパターン１本毎に得られ
る。相対的な間隔計測なので、干渉計の再現性やステー
ジの安定性などに影響されにくい計測が可能である。ま
た、細い方のラインパターンのある面内位置での低次コ
マ収差を計測することが可能である。

【０１０９】主制御系２０では、計測用マークＧＭ２が
アライメント顕微鏡ＡＳの視野内で移動するように、基
準マーク板ＦＭが載置されたウエハステージＷＳＴのＸ
Ｙ位置を順次所定ピッチで変化させ、上記の低次コマ収
差の検出を繰り返し行う。これにより、アライメント顕
微鏡ＡＳの視野内における結像光学系の低次コマ収差の
分布（指標βの分布）を検出することができる。

【０１１０】（低次コマ収差の第３の検出方法）まず、
ステージ制御系１９は、主制御系２０の指示に応じて、
基準マーク板ＦＭ上の計測用マークＧＭ３がアライメン
ト顕微鏡ＡＳの検出視野内に位置するように干渉計シス
テム１８の計測値をモニタしつつウエハ駆動装置２４を
介してウエハステージＷＳＴを移動する（図１参照）。

【０１１１】この状態で、図１に示されるように、主制
御系２０では、光源１０３の発光を開始して前述したよ
うにして計測用マークＧＭ３及び指標マークの画像デー
タの取り込みを行う。

【０１１２】この場合、計測用マークＧＭ３部分の画像
データを処理して得られるマーク信号波形は、例えば、
図５（Ｂ）のような波形となる。この計測用マークＧＭ
３のような強度マークから成る計測用マークの画像の取
り込みを、計測用マークのＺ位置を変化させつつ行い、
計測用マークの位置、すなわちマーク中心位置（この場
合Ｘ位置）の変化を見てると、結像光学系に低次コマ収
差があるときは、Ｚ位置に応じてそのマーク位置が変化
する。

【０１１３】上記の画像データの取り込みに際して、主
制御系２０では、ステージ制御系１９に対して所定ステ
ップピッチでウエハテーブル２５のＺ位置を変化させる
ように指令を与える。これにより、種々のデフォーカス
状態で、計測用マークＧＭ３及び指標マークの画像デー
タが、信号処理系１１８から主制御系２０に供給され
る。

【０１１４】これにより、マーク位置Ｘをフォーカスを
変化させながら計測することができる。そして、マーク
位置Ｘをフォーカス（Ｚ）の関数として二次関数でフィ
ットすることにより、例えば図１１に示されるような関
数Ｘ（Ｚ）が得られる。主制御系２０では、この関数Ｘ
（Ｚ）に基づいて、所定の演算を行うことにより、低次
コマ収差を求めることができる。図１１において、Ｚ₀
は、近軸像面位置を示す。

【０１１５】主制御系２０では、計測用マークＧＭ３が
アライメント顕微鏡ＡＳの視野内で移動するように、基
準マーク板ＦＭが載置されたウエハステージＷＳＴのＸ
Ｙ位置を順次所定ピッチで変化させ、上記の低次コマ収
差の検出を繰り返し行う。これにより、アライメント顕
微鏡ＡＳの視野内における結像光学系の低次コマ収差の
分布を検出することができる。

【０１１６】（高次コマ収差の検出方法）高次コマ収差
は、上述した３つの低次コマ収差の検出結果の任意の組
み合わせに基づいて所定の演算を行うことにより、求め
ることができる。すなわち、前述した低次コマ収差の指
標α、指標β、あるいはその他の低次コマ収差に関連す
るパラメータは、実際には、より高次のコマ収差にも依
存している。従って、これらのパラメータを、低次コマ
収差と高次コマ収差の線形結合であるものとして、連立
方程式を立て、これを解くことにより、高次コマ収差を
求めることができる。

【０１１７】以下、これについて具体的に説明する。

【０１１８】例えば、前述した低次コマ収差の第１の検
出方法で得られる指標α、低次コマ収差の第２の検出方
法で得られる指標βの値は、

【０１１９】指標α＝Ｃ１×低次コマ収差＋Ｃ２×高次コマ収差 ……（２−１）指標β＝Ｃ３×低次コマ収差＋Ｃ４×高次コマ収差 ……（２−２）と表すことができる。係数Ｃ１〜Ｃ４は、予めシミュレ
ーションを行って求めておき、これを主制御系２０内の
メモリに記憶しておく。

【０１２０】ここで、指標α，βの値は主に低次コマ収
差によって決まる。すなわち、Ｃ１≫Ｃ２かつＣ３≫Ｃ４ ……（３）が成立し、高次コマ収差の項を無視しても低次コマ収差
を求めることができる。

【０１２１】しかしながら、一般的に、低次コマ収差と
高次コマ収差の影響の仕方は計測方法により異なるた
め、

【０１２２】Ｃ１／Ｃ３≠Ｃ２／Ｃ４ ……（４）が成立する。

【０１２３】従って、上記の式（２−１）、式（２−
２）を連立方程式とした場合に、その連立方程式の解が
存在する。すなわち、

【０１２４】高次コマ収差＝(Ｃ３・α−Ｃ１・β)/（Ｃ２・Ｃ３−Ｃ１・Ｃ４）…（５）を求めることができる。

【０１２５】そこで、主制御系２０は、式（５）に基づ
いて、高次コマ収差を算出する。

【０１２６】前述した低次コマ収差の第１の検出方法と
第３の検出方法との組み合わせ、第２の検出方法と第３
の検出方法との組み合わせに基づいても、上記と同様の
連立方程式を解くことにより高次コマ収差を求めること
ができる。さらに、第１〜第３の検出方法の全ての組み
合わせに基づいて、例えば、一次コマ収差（低次コマ収
差）、二次コマ収差及び三次コマ収差を未知数とする三
元一次連立方程式を立て、これを解くことにより、高次
コマ収差（二次コマ収差、三次コマ収差）を求めること
ができる。

【０１２７】また、主制御系２０では、前述した如く、
第１〜第３の検出方法のそれぞれで求めた結像光学系の
低次コマ収差の分布データに基づいて、視野内の位置の
データ毎に、上記と同様の処理を行うことにより、結果
的に、高次コマ収差についても視野内の分布を求めるこ
とができる。

【０１２８】次に、球面収差を検出（計測）する方法に
ついて説明する。

【０１２９】低次球面収差の検出方法には、計測用マー
クＧＭ１，ＧＭ４，ＧＭ５のようなデューティ比５０％
の位相マークを用いる第１の検出方法と、これらのマー
クとともに計測用マークＧＭ６のようなマークを用いる
第２の検出方法とがある。

【０１３０】（低次球面収差の第１の検出方法）この場
合、まず、低次球面収差を計測するため、次式（６）で
表される、段差マーク（位相マーク）の凹部に対応する
信号強度と凸部に対応する信号強度との差異の指標とし
て頭揃い度γを定義する。

【０１３１】 γ＝（Ｉ_out−Ｉ_in）／（Ｉ_out＋Ｉ_in） ……（６）

【０１３２】上式（６）において、Ｉ_outは、図１２
（Ａ）に示されるマークの信号波形におけるマーク凸部
に対応する信号強度を示し、Ｉ_inは、図１２（Ａ）の信
号波形におけるマーク凹部に対応する信号強度を示す。

【０１３３】前述した低次コマ収差の第１の検出方法と
全く同様の手順で、主制御系２０では、種々のデフォー
カス状態における計測用マークＧＭ１及び指標マークの
画像データの取り込みを行う。この際、主制御系２０で
は、段差マーク（位相マーク）の凹部に対応する信号強
度と凸部に対応する信号強度との差異の指標である頭揃
い度γを、フォーカスを変化させながら計測する。そし
て、これを二次関数でフィットすることにより、仮に結
像光学系に球面収差がない場合には、図１２（Ｂ）に示
されるような曲線が得られる。すなわち、この図１２
（Ｂ）に示される曲線は、近軸像面位置Ｚ＝Ｚ₀で頭揃
い度γ＝０となっている。従って、実際に計測したフォ
ーカス（Ｚ）の関数である頭揃い度γ（Ｚ）のγ＝０の
直線との交点のＺ座標（Ｚ₁とする）と近軸像面位置Ｚ
＝Ｚ₀との差、すなわちΔＺ＝Ｚ₁−Ｚ₀に基づいて球面
収差を算出することができる。

【０１３４】そこで、近軸像面位置が予め求められ、そ
の値が主制御系２０内のメモリに記憶されている場合に
は、主制御系２０では、上記の計測によって求めたΔＺ
の絶対値に基づいて球面収差の大きさを算出し、その符
号に基づいて補正オーバーの球面収差であるか、補正ア
ンダーの球面収差であるかを検出する。

【０１３５】また、主制御系２０では、計測用マークＧ
Ｍ４、ＧＭ５を用いても、上記と同様にして低次球面収
差を求めることができる。

【０１３６】しかしながら、前述した近軸像面位置の事
前計測は、必ずしも必要ではない。すなわち、ピッチ
（周期）の異なる位相マークでは、ピッチの小さいマー
クほど球面収差の影響を多く受ける。従って、周期の異
なる位相マークについて、頭揃い度γ（Ｚ）とγ＝０の
直線との交点のＺ座標（便宜上Ｚ_1n（ｎ＝１，２，…
…）をそれぞれ求めることにより、それらの差に基づい
ても球面収差を算出することができるからである。

【０１３７】そこで、主制御系２０では、例えば計測用
マークＧＭ１，ＧＭ４を用いて、頭揃い度γ（Ｚ）とγ
＝０の直線との交点のＺ座標Ｚ₁₁，Ｚ₁₂をそれぞれ求
め、その差分（Ｚ₁₂−Ｚ₁₁）に基づいて低次球面収差を
算出しても良い。この場合、差分（Ｚ₁₂−Ｚ₁₁）の絶対
値に基づいて球面収差の大きさを算出し、その符号に基
づいて補正オーバーの球面収差であるか、補正アンダー
の球面収差であるかを検出する。

【０１３８】同様に、計測用マークＧＭ５を用いて頭揃
い度γ（Ｚ）とγ＝０の直線との交点のＺ座標Ｚ₁₃を求
め、差分（Ｚ₁₃−Ｚ₁₂）に基づいて低次球面収差の大き
さと補正状態とを求めても良い。あるいは、差分（Ｚ₁₃
−Ｚ₁₁）に基づいて低次球面収差の大きさと補正状態と
を求めても良い。

【０１３９】式（６）からもわかるように、計測値はラ
インパターン１本毎に得られる。また、頭揃い度計測は
再現性が良く、５画面程度平均すればラインパターン１
本でも計測が可能である。したがって各ラインパターン
のある面内位置での低次コマ収差を計測することが可能
である。

【０１４０】主制御系２０では、計測用マークＧＭ１，
ＧＭ４，ＧＭ５のそれぞれがアライメント顕微鏡ＡＳの
視野内で移動するように、基準マーク板ＦＭが載置され
たウエハステージＷＳＴのＸＹ位置を順次所定ピッチで
変化させ、上記の頭揃い度の検出を繰り返し行い、それ
ぞれの位置における検出結果に基づいて、前述と同様に
して低次球面収差の算出を行う。これにより、アライメ
ント顕微鏡ＡＳの視野内における結像光学系の低次球面
収差の分布を検出することができる。

【０１４１】（低次球面収差の第２の検出方法）この方
法は、複数のフォーカス計測結果の組み合わせに基づい
て、低次球面収差を演算にて算出する方法である。

【０１４２】フォーカス計測の第１の方法としては、前
述した計測用マークＧＭ１，ＧＭ４，ＧＭ５の頭揃い位
置の計測方法をそのまま用いる。

【０１４３】フォーカス計測の第２の方法として、計測
用マークＧＭ６を用いて、以下のような計測を行う。

【０１４４】この場合、まず、次式（７）で表される、
強度マークの信号強度の最大値と最小値との差異の指標
としてコントラストηを定義する。

【０１４５】 η＝Ｉ_max−Ｉ_min ……（７）

【０１４６】上式（７）において、Ｉ_maxは、図１３
（Ａ）に示されるマークの信号波形における信号強度の
最大値を示し、Ｉ_minは、図１３（Ａ）の信号波形にお
ける信号強度の最小値を示す。

【０１４７】前述した低次コマ収差の第１の検出方法と
全く同様の手順で、主制御系２０では、種々のデフォー
カス状態における計測用マークＧＭ６及び指標マークの
画像データの取り込みを行う。この際、主制御系２０で
は、コントラストηを、フォーカスを変化させながら計
測する。そして、これを二次関数でフィットすることに
より、図１３（Ｂ）に示されるような曲線が得られる。
この図１３（Ｂ）において、Ｚ＝Ｚ₀は近軸像面位置で
ある。

【０１４８】主制御系２０では、図１３（Ｂ）のコント
ラストηをフォーカス（Ｚ）の関数とした曲線η（Ｚ）
におけるコントラストγが最大となるフォーカス位置
Ｚ’を求める。この場合、計測値はラインパターンの１
本毎に得られる。信号コントラストも再現性が良いの
で、５画面程度を平均して計測すればラインパターン１
本でも計測が可能である。したがって各ラインパターン
のある面内位置でのフォーカス位置が計測できる。

【０１４９】そして、主制御系２０では、上記のフォー
カス位置Ｚ’と、前述したＺ₁₁，Ｚ ₁₂，Ｚ₁₃のいずれか
とを用いて、それぞれのフォーカス位置を、低次球面収
差と高次球面収差との線形結合とみなした連立方的式を
立て、その連立方程式から高次球面収差の項を消去する
ことにより、低次球面収差を算出する。勿論この場合
も、各方程式の係数は、予めシミュレーションにより求
めておく必要がある。

【０１５０】また、この場合も、計測用マークＧＭ６を
アライメント顕微鏡ＡＳの視野内で移動させながら、各
ＸＹ位置において、コントラスト最大となるＺ位置Ｚ’
を求めておき、対応するＺ₁₁，Ｚ₁₂，Ｚ₁₃のいずれかと
を用いて、各位置毎に低次球面収差を求めることによ
り、アライメント顕微鏡ＡＳの視野内における結像光学
系の低次球面収差の分布を検出することができる。

【０１５１】（高次球面収差の検出）高次球面収差は、
上述した種々の低次球面収差の検出結果の任意の組み合
わせに基づいて所定の演算を行うことにより、求めるこ
とができる。すなわち、上述した低次球面収差の第２の
検出方法で説明した、連立方程式から高次球面収差の項
ではなく、低次球面収差の項を消去することにより、高
次球面収差を求めることができる。

【０１５２】あるいは、前述した低次球面収差の第１の
検出方法で求めた計測用マークのフォーカス値Ｚ_1nのう
ちの任意の二つの組み合わせについて、低次球面収差と
高次球面収差との線形結合とする二元一次連立方程式を
立て、これを解くことによって高次球面収差を求めるこ
とができる。さらに、フォーカス値Ｚ₁₁，Ｚ₁₂，Ｚ₁₃の
全てについて、例えば、一次球面収差（低次球面収
差）、二次球面収差及び三次球面収差を未知数とする三
元一次連立方程式を立て、これを解くことにより、高次
球面収差（二次球面収差、三次球面収差）を求めること
ができる。

【０１５３】また、主制御系２０では、前述と同様に、
視野内の任意の位置のデータ毎に、上記と同様に処理す
ることにより、結果的に、高次球面収差についても視野
内の分布を求めることができる。

【０１５４】次に、結像光学系の光束ケラレの検出方法
について簡単に説明する。この光束ケラレの検出に際し
ては、主制御系２０は、前述した低次コマ収差の第１の
検出方法と全く同様の計測用マークを用いて、同様にし
て、マーク信号波形の非対称性の度合い示す像質値Ｑを
フォーカスを変化させながら計測する。そして、像質値
Ｑを、フォーカス（Ｚ）の関数として二次関数でフィッ
トした関数Ｑ（Ｚ）を得る。そして、その関数Ｑ（Ｚ）
の２次係数を光束ケラレ計測のための指標とする。すな
わち、Ｑ（Ｚ）の曲り具合を評価するのである。

【０１５５】低次コマ収差の第１の検出方法と同様に、
各計測用マークのある面内位置に対応する光束ケラレを
求めることができるとともに、アライメント顕微鏡ＡＳ
の視野内における結像光学系の光束ケラレの分布を検出
することができる。

【０１５６】次に、露光装置１００における露光処理工
程における動作について簡単に説明する。前提として、
前述した種々の検出方法により、アライメント顕微鏡Ａ
Ｓを構成する結像光学系の光学特性、例えば低次、高次
のコマ収差、低次、高次の球面収差、光束ケラレ等の視
野内分布が予め求められ、不図示のメモリに記憶されて
いるものとする。

【０１５７】まず、主制御系２０の管理の下、不図示の
レチクルローダ、ウエハローダによって、レチクルロー
ド、ウエハロードが行なわれる。

【０１５８】次いで、主制御系２０からの指示に応じ、
ステージ制御系１９によりウエハ駆動装置２４が制御さ
れ、レチクルＲ上の一対のレチクルアライメントマーク
と、これに対応する基準マーク板ＦＭ上の一対のレチク
ルアライメント用基準マークとを、前述した一対のＲＡ
系５０Ａ，５０Ｂにより同時に検出可能となる位置に、
ウエハステージＷＳＴが移動される（位置決めされ
る）。そして、主制御系２０により、ＲＡ系５０Ａ，５
０Ｂを用いてレチクルアライメントマークと対応するレ
チクルアライメント用基準マークとの位置関係がそれぞ
れ検出される。

【０１５９】次いで、主制御系２０の指示に基づき、ス
テージ制御系１９によりウエハ駆動装置２４が制御さ
れ、アライメント顕微鏡ＡＳにより基準マーク板ＦＭ上
のベースライン計測用基準マークが検出可能となる位置
に、ウエハステージＷＳＴが移動される。そして、主制
御系２０により、アライメント顕微鏡ＡＳを用いてベー
スライン計測用基準マークの検出が行われるが、これに
先立って、主制御系２０では、メモリ内に記憶している
近軸像面位置を基準として、最適なフォーカス状態とな
るように、ステージ制御系１９に対してウエハテーブル
２５のＺ目標位置を与える。これにより、ステージ制御
系１９によってウエハ駆動装置２４を介してウエハテー
ブル２５のＺ位置が設定され、最適なフォーカス状態
で、ベースライン計測用基準マークの位置（この場合、
アライメント顕微鏡ＡＳの指標中心に対するベースライ
ン計測用基準マークの位置、すなわち指標中心とベース
ライン計測用基準マークとの位置関係）が精度良く検出
される。そして、主制御系２０では、レチクルアライメ
ントマークと対応するレチクルアライメント用基準マー
クとの位置関係と、アライメント顕微鏡ＡＳの指標中心
とベースライン計測用基準マークとの位置関係と、それ
ぞれの計測時の干渉計計測値と、設計上のベースイラン
距離とに基づいてベースライン量（アライメント光学系
ＡＳの指標中心とレチクルパターンの投影位置との位置
関係）を算出する。

【０１６０】その後、主制御系２０では、例えばＥＧＡ
（エンハンスト・グローバル・アライメント）等のウエ
ハアライメントを実行する。すなわち、主制御系２０で
は、ウエハＷ上の予め選択した少なくとも３つのショッ
ト領域（サンプルショット）にそれぞれ付設されたアラ
イメントマーク（ウエハマーク）をアライメント顕微鏡
ＡＳの検出視野内に順次位置させるような、ウエハステ
ージＷＳＴの目標位置をステージ制御系１９に与える。
この目標位置に応じて、ステージ制御系１９によりウエ
ハ駆動装置２４を介してウエハステージＷＳＴが順次位
置決めされる。この位置決めの都度、主制御系２０で
は、ウエハマークをアライメント顕微鏡ＡＳを用いて検
出する。このウエハマークの検出も、上記のベースライ
ン計測時と同様にして設定された最適なフォーカス状態
のもとで行われることは勿論である。

【０１６１】次いで、主制御系２０では、ウエハマーク
の検出結果である指標中心に対するウエハマークの位置
と、そのときの干渉計システム１８の計測値とに基づい
て、各ウエハマークのステージ座標系上の位置座標をそ
れぞれ算出する。このとき、主制御系２０では、各ウエ
ハマークの位置座標を、既知のアライメント顕微鏡ＡＳ
を構成する結像光学系の諸収差（コマ収差、球面収差な
ど）の視野内分布がそのマーク計測に与える影響を考慮
して、補正する。この場合、アライメント計測には、コ
マ収差が最も影響を与えるので、少なくとも低次コマ収
差に起因する誤差を補正することが望ましい。

【０１６２】そして、主制御系２０では、その補正後の
ウエハマークの位置座標を用いて、例えば特開昭６１−
４４４２９号公報などに開示される最小自乗法を用いた
統計演算を行い、ウエハＷ上の全てのショット領域の配
列座標を算出する。

【０１６３】このようなウエハアライメントの終了後、
以下のようにしてステップ・アンド・スキャン方式の露
光動作が行なわれる。

【０１６４】この露光動作にあたって、主制御系２０か
らのアライメント結果に基づく指示に応じて、ステージ
制御系１９が干渉計システム１８の計測値をモニタしつ
つウエハＷのファーストショット（第１番目のショット
領域）の露光のための走査開始位置にウエハステージＷ
ＳＴを移動する。そして、ステージ制御系１９では、レ
チクル駆動部１２、ウエハ駆動装置２４を介してレチク
ルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとのＹ軸方向
の走査を開始し、両ステージＲＳＴ、ＷＳＴがそれぞれ
の目標走査速度に達すると、照明光ＩＬによってレチク
ルＲのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始さ
れる。

【０１６５】ステージ制御系１９では、特に上記の走査
露光時にレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動速度
ＶｒとウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動速度Ｖｗ
とが投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比に維持さ
れるようにレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージ
ＷＳＴを同期制御する。

【０１６６】そして、レチクルＲのパターン領域の異な
る領域が紫外パルス光で逐次照明され、パターン領域全
面に対する照明が完了することにより、ウエハＷ上のフ
ァーストショットの走査露光が終了する。これにより、
レチクルＲの回路パターンが投影光学系ＰＬを介してフ
ァーストショットに縮小転写される。

【０１６７】このようにして、ファーストショットの走
査露光が終了すると、主制御系２０からの指示に応じ、
ステージ制御系１９により、ウエハステージＷＳＴが
Ｘ、Ｙ軸方向にステップ移動され、セカンドショット
（第２番目のショット領域）の露光のための走査開始位
置に移動される。

【０１６８】そして、主制御系２０の管理の下、セカン
ドショットに対して上記と同様の走査露光が行われる。

【０１６９】このようにして、ウエハＷ上のショット領
域の走査露光と次ショット領域露光のためのステッピン
グ動作とが繰り返し行われ、ウエハＷ上の全ての露光対
象ショット領域にレチクルＲの回路パターンが順次転写
される。

【０１７０】以上詳細に説明したように、本実施形態の
露光装置１００で行われる、アライメント顕微鏡ＡＳを
構成する光学系（特に結像光学系）の検出方法による
と、所定ピッチの位相マーク（段差マーク）から成る計
測用マークＧＭ１，ＧＭ４，ＧＭ５（視野内の一部領域
に対応する大きさの計測用マーク）が形成された基準マ
ーク板ＦＭのアライメント顕微鏡ＡＳの光軸方向（Ｚ軸
方向）に関する位置を変化させつつ、アライメント顕微
鏡ＡＳを用いて計測用マークを繰り返し撮像する。そし
て、それぞれの撮像結果として得られる、各計測用マー
クのＺ位置に応じた撮像信号に基づいて、所定の演算処
理を行って、アライメント顕微鏡ＡＳの視野内の一部領
域に対応する光学系の光学特性を求める。これにより、
アライメント顕微鏡ＡＳを構成する光学系の光学特性を
より精密に把握することが可能になる。

【０１７１】この場合において、マーク信号波形の非対
称性の度合いを示す像質値をフォーカスの関するとして
二次関数で近似した際の一次係数を指標値αとして光学
系のコマ収差（低次コマ収差）を求めることができる。

【０１７２】また、本実施形態の露光装置１００で行わ
れる、アライメント顕微鏡ＡＳを構成する光学系（特に
結像光学系）の検出方法によると、相互に平行に配置さ
れた線幅の異なるラインパターンを含む計測用マークＧ
Ｍ２（視野内の一部領域に対応する大きさの計測用マー
ク）が形成された基準マーク板ＦＭのアライメント顕微
鏡ＡＳの光軸方向（Ｚ軸方向）に関する位置を変化させ
つつ、アライメント顕微鏡ＡＳを用いて計測用マークＧ
Ｓ２を繰り返し撮像する。そして、それぞれの撮像結果
として得られる、計測用マークＧＭ２のＺ位置に応じた
撮像信号に基づいて、所定の演算処理を行って、アライ
メント顕微鏡ＡＳの視野内の一部領域に対応する光学系
の光学特性を求める。これにより、アライメント顕微鏡
ＡＳを構成する光学系の光学特性をより精密に把握する
ことが可能になる。

【０１７３】この場合において、前記撮像信号に基づい
て得られる線幅の太いラインパターンと線幅の細いライ
ンパターンの間隔をフォーカスの関数として二次関数で
近似した関数δ（Ｚ）の２次係数を指標値βとして光学
系のコマ収差（低次コマ収差）を求めることができる。

【０１７４】また、本実施形態の露光装置１００で行わ
れる、アライメント顕微鏡ＡＳを構成する光学系（特に
結像光学系）の検出方法によると、部分的に反射率の異
なる強度マークから成る計測用マークＧＭ３（視野内の
一部領域に対応する大きさの計測用マーク）が形成され
た基準マーク板ＦＭのＺ軸方向に関する位置を変化させ
つつ、アライメント顕微鏡ＡＳを用いて計測用マークＧ
Ｍ３を繰り返し撮像する。そして、それぞれの撮像結果
として得られる、計測用マークＧＭ３のＺ位置に応じた
撮像信号に基づいて、所定の演算処理を行って、アライ
メント顕微鏡ＡＳの視野内の一部領域に対応する光学系
の光学特性を求める。これにより、アライメント顕微鏡
ＡＳを構成する光学系の光学特性をより精密に把握する
ことが可能になる。

【０１７５】この場合において、前記撮像信号に基づい
て得られるマーク信号波形を処理して得られるフォーカ
スによって変化するマーク位置の関数Ｘ（Ｚ）に基づい
て光学系の低次コマ収差を求めることができる。

【０１７６】また、本実施形態の露光装置１００で行わ
れる、アライメント顕微鏡ＡＳを構成する光学系（特に
結像光学系）の検出方法によると、形態の異なる複数の
計測用マークＧＭ１〜ＧＭ６（視野内の一部領域に対応
する大きさの計測用マーク）のそれぞれについて、光学
系の光軸方向（Ｚ軸方向）に関する位置を変化させつつ
アライメント顕微鏡ＡＳを用いて計測用マークＧＭ１〜
ＧＭ６を繰り返し撮像することを行い、各計測用マーク
の撮像信号それぞれ、すなわち各計測用マークのＺ位置
に応じた撮像信号に基づいて光学系の所定の収差（光軸
方向に関する収差、例えば、ベストフォーカス位置、コ
マ収差、球面収差など）又はその指標値をそれぞれ求め
る。そして、複数の計測用マークそれぞれの撮像信号に
基づいて求めた所定の収差又はその指標値の複数の計測
結果を用いて連立方程式を解くことにより、計測された
所定の収差（例えばコマ収差又は球面収差など）の次数
より高次の所定の収差（コマ収差又は球面収差）を算出
する。これにより、アライメント顕微鏡ＡＳを構成する
光学系の光学特性をより精密に（より高次の収差を検出
できるという意味において精密に）把握することが可能
になる。この場合も、アライメント顕微鏡ＡＳの視野内
の一部に対応する前記所定の収差が求められる。

【０１７７】また、前記計測用マークＧＭ１〜ＧＭ６を
光軸に垂直なＸＹ面内の位置を変化させつつ、アライメ
ント顕微鏡ＡＳにより、各計測用マークの撮像を行うこ
とにより、各計測用マークのＸＹ面内の位置を変化させ
る度毎に、当該各計測用マークの占める視野内の一部領
域に対応する光学系の光学特性が得られ、結果的に視野
内の光学特性の分布を求めることができる。

【０１７８】また、本実施形態の露光装置１００で行わ
れる露光方法によると、ウエハのアライメントに先立っ
て、上述した種々の光学特性の検出方法を用いて、アラ
イメント顕微鏡ＡＳを構成する光学系の視野内の一部領
域に対応する光学特性、並びに視野内の光学特性の分布
を検出し、光学系の光学特性をより精密に把握するとと
もに、その検出結果をメモリ内に記憶しておく。

【０１７９】そして、実際に、ウエハアライメントを行
う際には、アライメント顕微鏡ＡＳを用いて、ウエハＷ
上に形成されたアライメントマークのＸＹ面内の位置を
検出し、その検出結果を先に把握した（検出された）光
学特性に基づいて補正する。そして、その補正後の位置
座標に基づいて、所定の統計演算（ＥＧＡ演算）を行っ
てウエハの移動位置を規定する静止座標系（ステージ座
標系）上におけるウエハＷの位置情報、より具体的には
ウエハＷ上の各ショット領域のＸＹ配列座標を算出する
ので、ウエハＷ上の各ショット領域の配列座標を精度良
く算出することができる。

【０１８０】露光の際には、上記のようにして精度良く
算出されたウエハＷ上の各ショット領域の配列座標（及
びベースライン量）に基づいて、ウエハＷのＸＹ面内の
位置を制御する。従って、露光時のウエハＷの位置を精
度良く制御することができ、パターン転写位置誤差の極
めて小さい高精度な露光が可能となる。すなわち、走査
露光時のウエハＷとレチクルＲとの相対位置関係を所望
の状態に維持することが可能となり、レチクルＲのパタ
ーンをウエハＷ上の各ショット領域に精度良く重ね合せ
て転写することができる。

【０１８１】なお、上記実施形態では、ウエハアライメ
ント方式としてＥＧＡ方式を採用する場合について説明
したが、これに代えてダイ・バイ・ダイ方式を採用して
も良い。この場合には、ウエハ上の各ショット領域に付
設されたアライメントマーク（ウエハマーク）をアライ
メント顕微鏡ＡＳを用いて検出し、その検出結果、すな
わちアライメント顕微鏡ＡＳの指標中心を基準とするウ
エハマークの位置と、そのときの干渉計システム１８の
計測値とに基づいてステージ座標系におけるウエハマー
クの位置座標を検出するので、その検出結果を先に把握
した（検出された）光学特性に基づいて補正し、その補
正後のウエハマークの位置情報に基づいて各ショット領
域の位置を算出することとすれば良い。

【０１８２】また、上記実施形態では、各計測用マーク
として、アライメント顕微鏡ＡＳの視野内の一部領域に
対応する大きさのマークを用いることにより、視野内の
一部領域に対応する光学系の光学特性を求める場合につ
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、各計測用マークが、視野全体を覆うこと
ができるだけの大きさを有する場合、すなわち各計測用
マークが非常に多くの本数のラインパターンから成りそ
れらのラインパターンの占める領域が視野全体又はそれ
以上の領域を占める場合には、視野全体の撮像信号（マ
ーク信号）を取り込み、信号処理の過程で、視野内の一
部領域に対応する信号のみを用いて演算を行うことによ
り、視野内の一部領域に対応する光学系の光学特性を求
めても良い。また、このような視野内の一部領域に対応
する信号のみを用いて、視野内の各領域について演算を
行うことにより、視野内の光学特性の分布を求めること
ができる。

【０１８３】また、上記実施形態では、低次コマ収差の
第１の検出方法として、マーク信号波形の非対称性の度
合い示す像質値Ｑをフォーカスを変化させながら計測
し、像質値Ｑを、フォーカス（Ｚ）の関数として二次関
数でフィットする場合について説明したが、この方法で
は、コマ収差以外の収差（光束ケラレを含む）が光学系
に存在する場合には精度が悪化することがある。これ
は、像質値Ｑをフォーカスの関数とした二次関数Ｑ
（Ｚ）は、前述の如く、光束ケラレについても感度をも
っており、光束ケラレはＱ（Ｚ）のグラフを曲げるよう
に働く。従って、フォーカス範囲を精度良く選ばなけれ
ばグラフの傾きが変わって見えることがある。コマ収差
の値が変化すると、Ｑ（Ｚ）のグラフの傾きはあるフォ
ーカス位置を軸にして変化する。この軸となる点を中心
にして計測範囲を決定すれば良いのだが、この点は球面
収差の状態により変化してしまうため予測が難しい。

【０１８４】このフォーカス範囲の選択については、コ
マ収差の視野内分布を利用することが可能である。なぜ
ならば、コマ収差の視野内分布が存在することは、動的
にコマ収差を変化させて計測することと同じだからであ
る。

【０１８５】なお、上記実施形態では、計測用マークＧ
Ｍ１〜ＧＭ６が基準マーク板ＦＭ上に形成された場合に
ついて説明したが、本発明がこれに限定されないことは
勿論である。例えば、基準マーク板ＦＭ上には、計測用
マークＧＭ１〜ＧＭ６のいずれか１つ、２つ、３つ、４
つあるいは５つのみを設けても良い。あるいは、基準マ
ーク板ＦＭ上には、計測用マークＧＭ１〜ＧＭ６の内の
任意の計測用マークを９０度回転させたＹ方向の計測用
マークを、計測用マークＧＭ１〜ＧＭ６とともに、ある
いはこれに代えて形成しても良い。

【０１８６】あるいは、計測用マークＧＭ１〜ＧＭ６の
少なくとも１つと同様の計測用マークをウエハＷ上に形
成することも可能である。この場合には、アライメント
顕微鏡ＡＳを構成する光学特性の検出に先立って、その
計測用マークが形成されたウエハＷ上の領域がＸＹ面に
平行になるように、多点焦点位置検出系の検出結果に基
づいてウエハテーブル２５をＸＹ面に対して傾斜駆動す
ることが望ましい。

【０１８７】また、上述した計測用マークＧＭを、計測
専門に使用されるテストウエハ（基準ウエハ）上に形成
しておき、そのテストウエハを基板ステージ上に載置し
た状態で上述した光学特性測定を行うようにしても良
い。

【０１８８】《第２の実施形態》以下、本発明の第２の
実施形態を説明する。この第２の実施形態は、前述した
ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂ又はＴＴＬアライメント系６０
（図１参照）を用いて、投影光学系ＰＬ（結像式の光学
系の一種）の光学特性を測定する点に特徴を有する。

【０１８９】また、この第２の実施形態は、ＲＡ系５０
Ａ，５０Ｂに設けられている結像式の光学系の光学特
性、及びＴＴＬアライメント系６０に設けられている結
像式の光学系の光学特性を測定することも特徴としてい
る。

【０１９０】まず、ＴＴＬアライメント系６０内の結像
光学系の光学特性を求める方法について述べる。

【０１９１】ＴＴＬアライメント系６０の光学系の光学
特性は、前述した基準マーク板ＦＭに形成された計測用
マークＧＭ（あるいは基準マーク板ＦＭと同一の素材か
ら成るマーク形成部材上に形成された計測用マークＧＭ
と同じ形態のマーク）を用いて、前述した第１の実施形
態と同様の手法を用いて、露光装置１００にＴＴＬアラ
イメント系６０を組み込む前に測定しておく。

【０１９２】あるいは、投影光学系ＰＬを露光装置に組
み込む前に、ＴＴＬアライメント系６０を露光装置１０
０に組み込んでおき、その状態で基準マーク板ＦＭ上の
計測用マークＧＭを用いて、ＴＴＬアライメント系６０
の光学系の光学特性を、露光装置１００の完成前に、前
述した第１の実施形態と同様の手法を用いて予め測定し
ておくようにしても良い。

【０１９３】そして、以上のようにして求めたＴＴＬア
ライメント系６０内の光学系の光学特性の情報は、主制
御系２０内のメモリに記憶させておく。

【０１９４】次に、ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂ内の結像光学
系の光学特性を求める方法について述べる。

【０１９５】ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂの光学系の光学特性
も、上記ＴＴＬアライメント系６０と同様の手法で求め
ることができる。すなわち、ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂを露
光装置１００に組み込む前に上記第１の実施形態と同様
の手法を用いて測定しておくか、あるいは投影光学系Ｐ
Ｌを露光装置１００に組み込む前にＲＡ系５０Ａ，５０
Ｂを露光装置１００に組み込んだ状態で、露光装置の完
成前に上記第１の実施形態と同様の手法を用いて測定す
る。

【０１９６】なお、ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂの光学系の光
学特性は、露光装置１００の完成後（露光装置１００に
投影光学系ＰＬもＲＡ系５０Ａ，５０Ｂも組み込んだ状
態で）も、レチクルＦＭ（ＲＦＭ）を使用することによ
り測定することができる。ＲＦＭは前述した如く、計測
用マークＧＭと同じ形態のマークである。このＲＦＭ
を、上記第１の実施形態と同様の手法（この場合にはレ
チクルステージＲＳＴを光軸方向に変位させながら撮像
することになる）で測定することにより、ＲＡ系５０
Ａ，５０Ｂの光学系の種々の光学特性を求めることがで
きる。なお、ＲＦＭを用いて計測する際には、ＲＦＭを
通過した光が、投影光学系ＰＬや、更にその下方の基板
ステージ上で反射しあるいは回折してＲＡ系に戻ってく
る戻り光で測定結果に悪影響が生じないように、ＲＦＭ
の直下に高反射率の板（あるいは反射率がほぼ０の板）
を配置するようにすることが望ましい。

【０１９７】そして、以上のようにして求めたＲＡ系５
０Ａ，５０Ｂ内の光学系の光学特性の情報は、主制御系
２０内のメモリに記憶させておく。

【０１９８】次に、ＴＴＬアライメント系６０を用いて
投影光学系ＰＬの光学特性を測定する方法について述べ
る。

【０１９９】ＴＴＬアライメント系６０内の光学系を介
した検出視野は、投影光学系ＰＬの投影視野（有効露光
フィールド）よりも小さい。このため、ＴＴＬアライメ
ント系６０で投影光学系ＰＬの投影視野内における該投
影光学系ＰＬの光学特性（結像特性）を測定するために
は、投影視野内を複数の領域に分割し、その分割領域を
順次計測する必要がある。すなわち、投影視野の全体を
一度に計測するのでは無く、投影視野を複数の小領域に
分割し、各小領域毎に何回かに分けて計測する必要があ
る。

【０２００】そこで、主制御系２０は、ＴＴＬ駆動系６
２を介して、ミラー６１、及びＴＴＬアライメント系６
０を二次元平面内（図１中のＸＹ平面内）で順次移動さ
せて、各移動先毎に（各分割領域毎に）、基準マーク板
ＦＭ上又はテストウエハ上などに形成された計測用マー
クＧＭを用いて、上記第１の実施形態と同様の手法で、
投影光学系ＰＬの光学特性の計測を行う。なお、基板マ
ーク板ＦＭを用いる場合には、基板マーク板ＦＭは投影
視野全体をカバーしていないので、ミラー６１、ＴＴＬ
アライメント系６０の移動に応じて基板マーク板ＦＭも
適宜移動させる必要がある。

【０２０１】なお、ミラー６１及びＴＴＬアライメント
系６０の、二次元平面内における一度の移動量は、ＴＴ
Ｌアライメント系６０の検出視野の大きさに応じて、主
制御系２０により算出される。

【０２０２】このようにして測定された投影光学系ＰＬ
の光学特性の情報は、投影光学系ＰＬの光学特性の情報
と、ＴＴＬアライメント系６０内の光学系自身の光学特
性情報とが複合された情報となっている。このため、主
制御系２０では、ＴＴＬアライメント系６０で測定され
た投影光学系ＰＬの光学特性の情報を、上述した方法で
測定され且つ主制御系２０内のメモリに予め記憶されて
いるＴＴＬアライメント系６０の光学系の光学特性の情
報を用いて補正演算する（減算する）。

【０２０３】以上により、投影光学系ＰＬだけの光学特
性を算出することができる。

【０２０４】次に、ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂを用いて投影
光学系ＰＬの光学特性を測定する方法について述べる。

【０２０５】ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂそれぞれの検出視野
も、ＴＴＬアライメント系６０と同様に、投影光学系Ｐ
Ｌの投影視野（有効露光フィールド）よりも小さい。こ
のため、ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂを用いて投影光学系ＰＬ
の投影視野内における該投影光学系ＰＬの光学特性（結
像特性）を測定する場合にも、投影視野内を複数の領域
に分割し、その分割領域を順次計測する必要がある。

【０２０６】そこで、主制御系２０は、ＴＴＲ駆動系５
２Ａ，５２Ｂをそれぞれ介して、ミラー５１Ａ，ＲＡ系
５０Ａ、及びミラー５１Ｂ，ＲＡ系５０Ｂを二次元平面
内（図１中のＸＹ平面内）で順次移動させて、各移動先
毎に（各分割領域毎に）、基準マーク板ＦＭ上、又はテ
ストウエハ上などに形成された計測用マークＧＭを用い
て、上記第１の実施形態と同様の手法で、投影光学系Ｐ
Ｌの光学特性の計測を行う。なお、基準マーク板ＦＭを
用いる場合には、基準マーク板ＦＭは投影視野全体を力
バーしていないので、ミラー５１Ａ，ＲＡ系５０Ａ、及
びミラー５１Ｂ，ＲＡ系５０Ｂの移動に応じて基準マー
ク板ＦＭも適宜移動させる必要がある。

【０２０７】なお、ミラー５１Ａ，ＲＡ系５０Ａ、及び
ミラー５１Ｂ，ＲＡ系５０Ｂの、二次元平面内における
一度の移動量は、ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂの検出視野の大
きさに応じて、主制御系２０により算出される。

【０２０８】この場合において、主制御系２０では、Ｒ
Ａ系５０Ａ，５０Ｂの一方のみを用いて、投影光学系Ｐ
Ｌの投影視野内を複数領域に分割した各分割領域毎に、
上記の光学特性の計測を行っても良いし、ＲＡ系５０
Ａ，５０Ｂを同時に用いて、２つの分割領域毎に、上記
計測を行うようにしても良い。後者の場合には、計測時
間の短縮が可能である。

【０２０９】このようにして測定された投影光学系ＰＬ
の光学特性情報は、投影光学系ＰＬの光学特性の情報
と、ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂ内の光学系自身の光学特性情
報とが複合された情報となっている。このため、主制御
系２０は、ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂそれぞれで測定された
投影光学系ＰＬの光学特性の情報を、上述した方法で測
定され且つ主制御系２０内のメモリに予め記憶されてい
るＲＡ系５０Ａ，５０Ｂの光学系の光学特性の情報を用
いて補正演算する（減算する）。

【０２１０】以上により、投影光学系ＰＬだけの光学特
性を算出することができる。

【０２１１】ところで、レチクルＦＭ板７０と基準マー
ク板ＦＭ（あるいはテストウエハ）は、必ずしも同一の
材質で形成されているとは限らない。このため、レチク
ルＦＭ板７０上に形成されたＲＦＭと、基準マーク板Ｆ
Ｍ上に形成された計測用マークＧＭとがたとえ同一形態
であったとしても、両マークを測定して得られた結果
（ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂの光学特性情報）は必ずしも一
致するとは限らない。

【０２１２】このため、ＲＡ系５０Ａ，５０Ｂ内の光学
系の光学特性情報を、投影光学系ＰＬの光学特性の計測
の際に用いた計測用マークＧＭ（基準マーク板ＦＭ上、
又はテストウエハ上のマーク）とは異なるマーク（例え
ばＲＦＭ）で求めていた場合には、ＲＡ系５０Ａ，５０
ＢがＲＦＭを計測した場合に得られたＲＡ系５０Ａ，５
０Ｂの光学特性値と、ＲＡ系５０Ａ，５０ＢがＧＭを計
測した場合に得られたＲＡ系５０Ａ，５０Ｂの光学特性
値との間の差異（マーク間オフセット）を考慮する必要
がある。

【０２１３】そこで、上記マーク間オフセットを、予め
実験やシミュレーションなどで求めて主制御系２０内の
メモリに記憶しておき、投影光学系ＰＬだけの光学特性
を算出する際に、そのマーク間オフセットをも用いて補
正演算を行うようにすることが望ましい。

【０２１４】《第３の実施形態》以下、本発明の第３の
実施形態を図１４〜図１８に基づいて説明する。この第
３の実施形態では、前述した露光装置１００が用いられ
る。この第３の実施形態は、ＷＩＳ（wafer induced sh
ift）の影響を低減するマークが用いられる点に特徴を
有する。ＷＩＳの影響を低減するマークとして、図１４
（Ａ）、（Ｂ）に示されるようなマークが考えられる。
ここで、ＷＩＳとは、物体（ウエハ）上に形成されたマ
ークの位置を計測する際に、マーク構造そのものの影響
（例えば、マークが非対称に形成された場合：図１５
（Ａ）参照）により生じる位置計測誤差を表すものであ
る。

【０２１５】図１５（Ａ）には、断面形状が非対称であ
るＳｉ段差マークＭの一例が示されている。このマーク
Ｍを撮像すると、図１５（Ｂ）に示されるような撮像信
号Ｓｇが得られる。今、この撮像信号Ｓｇに基づいてマ
ークＭの位置をスライス法により検出する場合を考える
と、この撮像信号Ｓｇを、図１５（Ｂ）に示されるよう
なスライスレベルＳＬでスライスし、そのスライスレベ
ルと撮像信号Ｓｇとの４つの交点の平均値Ｍｃ’がマー
クＭの位置として検出される。しかしながら、このマー
クＭの実際の中心位置は、図１５（Ｂ）に示される位置
Ｍｃ（計測値Ｍｃ’からＷＩＳだけずれた位置）であ
る。このように、マーク形状等に非対称があると、本来
のあるべき位置と、実際の計測位置との間にＷＩＳだけ
シフトが生じ、これが計測誤差となる。

【０２１６】図１４に戻り、図１４（Ａ）は、各３本の
ラインパターンＬＰＯ，ＬＰＴが所定のピッチＰで形成
されたマルチマークを示し、図１４（Ｂ）は、図１４
（Ａ）のＧ−Ｇ線断面図を示す。この図１４（Ｂ）に示
されるように、左側の３本のラインパターンＬＰＯは、
凹部により形成されるラインパターンであり、右側の３
本のラインパターンＬＰＴ（図１４（Ａ）中で斜線が付
されたパターン）は、凸部により形成されるラインパタ
ーンである。

【０２１７】このようにラインパターンの半分が凹で、
もう半分が凸で形成されたマルチマークを計測対象とす
ることにより、例えば凹部で生じたＷＩＳを、凸部で生
じたＷＩＳによって相殺することができ、マーク全体と
してみればＷＩＳの影響を受けない計測結果を得ること
ができる。

【０２１８】以下、図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）を用い
て、図１４のマーク構造によりＷＩＳが低減される原理
について説明する。図１６（Ａ）には、各１本のライン
パターンＬＰＯとラインパターンＬＰＴとから成るＳｉ
段差マークＭ１の平面図が示され、図１６（Ｂ）には、
マークＭ１の断面図が示されている。このマークＭ１を
アライメント顕微鏡ＡＳを用いて撮像すると、図１６
（Ｃ）に示されるような波形の撮像信号Ｓｇ１が得られ
る。そして、この撮像信号Ｓｇ１に基づいてマークＭ１
の位置をスライス法により検出する際に、図１６（Ｃ）
に示されるように、凹マーク部分では右側にシフトする
ＷＩＳが生じるが、凸マーク部分では左側にシフトする
ＷＩＳが生じることになり、マーク全体として見ればＷ
ＩＳは相殺されることになる。

【０２１９】この実施形態では、基準マーク板ＦＭ上あ
るいはウエハ上に形成された図１４（Ａ）及び図１４
（Ｂ）に示されるようなマークを用いて、主制御系２０
が、上記第１の実施形態と同様にして、上述した種々の
光学特性の計測（例えばマーク検出系としてのアライメ
ント顕微鏡ＡＳを構成する光学系のコマ収差や球面収差
や光束ケラレ等の計測を、フォーカスを振りながら計測
する）を行う。これにより、ＷＩＳの影響を受けないア
ライメント顕微鏡ＡＳの収差、即ちアライメント顕微鏡
ＡＳのより正確な収差を計測することが可能となる。ま
た、マルチマークの凹部と凸部とで独立に位置計測を行
い、その結果を分析することにより、アライメント顕微
鏡を構成する光学系の様々な分析を行うこと（収差など
の種々の分析を行うこと）も可能となる。

【０２２０】図１７及び図１８（Ａ），図１８（Ｂ）
は、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）のマークの変形例を
示したものであり、これらいずれのマークを計測対象と
しても上述したような効果を得ることができる。

【０２２１】図１７は、図１４に示されるマーク構造
（非斜線部が凹ラインパターンで斜線部が凸ラインパタ
ーン）が適用された二次元マルチマークの一例を示す。

【０２２２】ところで、ラインパターンが偶数（２ｎ）
本であれば、ラインパターンを凹と凸とで半々の数に設
定できるが、もしラインパターンが奇数（２ｎ＋１）本
だった場合には、ラインパターン数を凹と凸とで半々に
できない。このような場合には、例えば図１８（Ａ）に
示されるように、ラインパターンの上下で凹凸を分ける
ようにすれば良い。図１８（Ａ）では、５本のラインパ
ターンからなるマルチマークが示されている。図１８
（Ａ）の各ラインパターンはそれぞれ、上側部分が凹部
により、下側部分が凸部により形成されている。各ライ
ンパターンにおける凹部と凸部との面積比は１：１であ
り、マーク全体としての凹部と凸部との面積比も１：１
である。

【０２２３】なお、図１８（Ａ）の構成は、ラインパタ
ーン数が奇数本のマークに限られず偶数本のマークに対
しても適用可能である。また、図１８（Ａ）の構成は、
図１８（Ｂ）に示されるように、二次元マルチマークに
対しても適用可能である。

【０２２４】なお、ラインパターンの本数としては上述
した図１４〜図１８（Ｂ）の各例の本数に限られるもの
では無く、任意の本数であっても本発明は適用可能であ
る。

【０２２５】また、凹ラインパターンと凸ラインパター
ンの配置は図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）、図１７等に
示されるものに限られず、例えば、凹ラインパターンと
凸ラインパターンとが交互に配置されたマークであって
も良い。また、奇数本数のラインパターンを持つマーク
の場合には、凹と凸の配置が図１８（Ａ）等のものに限
られず、図１８（Ａ）の配置を上下反転させたものであ
っても構わない。

【０２２６】上記第３の実施形態では、図１４（Ａ）及
び図１４（Ｂ）、図１７、図１８（Ａ）及び１８（Ｂ）
に示されるようなマークを用いて、マーク検出系（アラ
イメント顕微鏡ＡＳ）の光学特性（収差や、光束ケラレ
等）を計測する場合について説明したが、このような光
学特性の計測に限られず、図１４（Ａ）及び図１４
（Ｂ）、図１７、図１８（Ａ）及び１８（Ｂ）のマーク
をアライメント用マークとして使用するようにしても良
い。このようなマークを例えばウエハやガラス基板など
の感光基板上にウエハマークとして形成して、ウエハア
ライメント時の計測対象として使用することにより、Ｗ
ＩＳの影響を低減したアライメントを行うことができ、
基板の位置合わせをより正確に行える、という利点があ
る。

【０２２７】すなわち、本第３の実施形態では、結像式
のマーク検出系を構成する光学系の光学特性を検出する
光学特性検出方法であって、凹部により形成されたライ
ンパターンと凸部により形成されたラインパターンとを
含む計測用マークの前記光学系の光軸方向に関する位置
を変化させつつ、前記マーク検出系を用いて前記計測用
マークを繰り返し撮像する第１工程と、前記撮像した結
果として得られる撮像信号に基づいて所定の演算処理を
行って前記マーク検出系の視野内の一部領域に対応する
前記光学系の光学特性を求める第２工程と、を含む光学
特性検出方法を採用した。また、前記計測用マークの凹
部のラインパターンと凸部のラインパターンの本数又は
前記両ラインパターンの占める面積を半々とした。ま
た、本実施形態では、複数のラインパターンを含むマル
チマークの位置情報を検出する位置検出方法であって、
凹部により形成されたラインパターンと凸部により形成
されたラインパターンとを含み且つ基板上に形成された
計測用マークを、マーク検出系を用いて撮像する第１工
程と、前記撮像した結果として得られる撮像信号に基づ
いて所定の演算処理を行って前記計測用マークの位置情
報を求める第２工程と、を含む位置検出方法を採用し
た。また、前記計測用マークの凹部のラインパターンと
凸部のラインパターンの本数又は前記両ラインパターン
の占める面積を半々とした。また、前記第２工程により
計測された前記計測用マークの位置情報に基づいて前記
基板の位置決めを行って、該位置決めされた基板に所定
のパターンを転写する工程を含む露光方法を採用するこ
とができる。

【０２２８】以上のような構成によりこの第３の実施形
態では、上述した作用効果を得ることができる。

【０２２９】《第４の実施形態》以下、本発明の第４の
実施形態を図１９〜図２２に基づいて説明する。前述し
たＲＡ系５０Ａ、５０Ｂのうちの一方のＲＡ系５０Ａ
は、ウエハＷ上に形成されたウエハマークと、レチクル
Ｒ上に形成されたレチクルマークとを、露光光ＩＬ又は
露光光ＩＬとは別光源から発生され、且つ露光光ＩＬと
ほぼ同じ波長を有する照明光（以下、便宜上「照明光Ｉ
Ｌ」と呼ぶ）を用いて撮像し、両マーク間のＸＹ（２次
元）平面内における相対位置関係を測定する、露光光Ｔ
ＴＲアライメント系（以下「ＥＴＴＲ系」と呼ぶ）とし
ても使用される。このため、以下の説明においては、Ｒ
Ａ系５０Ａを、適宜「ＥＴＴＲ系５０Ａ」と呼ぶものと
する。

【０２３０】この第４の実施形態では、ＥＴＴＲ系５０
Ａを構成する光学系の光学特性、及びＥＴＴＲ系５０Ａ
の計測精度を、露光装置１００の組立完了後に測定する
方法について説明する。

【０２３１】本実施形態は、ＥＴＴＲ系５０Ａの光学系
の種々の光学特性（計測精度も含む）を、レチクルステ
ージＲＳＴ上に配設されたレチクルＦＭ板７０を用いて
測定する点に特徴を有する。

【０２３２】ＥＴＴＲ系５０Ａは、図１９に示されるよ
うに、レンズ２１２、ハーフミラー２１４、レンズ２１
６、及び焦点調節用の内焦系２２０、収差調整機構２３
０、ミラー２３２、レンズ２３４、及び撮像素子２４０
等を備えている。

【０２３３】このＥＴＴＲ系５０Ａのアライメント計測
時の作用を説明する。まず、照明光ＩＬの光路内に挿脱
可能なミラー２００が、図中の矢印Ａ方向に駆動され
て、照明光ＩＬの光路内に配置される（図１９の状
態）。なおミラー２００は図１９の矢印Ａ、Ａ’の方向
に駆動可能であり、ＥＴＴＲ系５０Ａによるアライメン
ト計測を行わない時には、図中の矢印Ａ’方向に駆動さ
れ、所定の待機位置で待機する。

【０２３４】照明系１０からの照明光ＩＬは、ミラー２
００で反射され、光ファイバー２１０によってＥＴＴＲ
系５０Ａに導かれる。そして、この照明光ＩＬは、レン
ズ２１２、ハーフミラー２１４、レンズ２１６、焦点調
節用の内焦系２２０、ミラー５１Ａを介して、レチクル
Ｒ（又はレチクルＦＭ板７０）上に照射される。また、
レチクルＲ（又はレチクルＦＭ板７０）を通過した照明
光ＩＬは投影光学系ＰＬを介してウエハＷ（基準マーク
板ＦＭ）上へ照射される。

【０２３５】なお、ミラー５１Ａは、図１９中の矢印
Ｂ、Ｂ’方向に駆動可能であり、ＥＴＴＲ系５０Ａによ
るアライメント計測時には矢印Ｂ方向に駆動されて照明
光ＩＬの光路内に配置（図１９の状態）され、ＥＴＴＲ
系５０Ａによるアライメント計測が行われない時には、
矢印Ｂ’方向に駆動されて所定の待機位置で待機する。
また、図１９においても、図１と同様に、作図の便宜上
から、レチクルＦＭ板７０がレチクルステージＲＳＴ上
面のレチクルＲの右側に配置されているが、実際には、
レチクルＦＭ板７０は、レチクルステージＲＳＴ上面の
レチクルＲの図１における紙面奥側（＋Ｙ側）にＸ軸方
向に延設されていることは前述した通りである。

【０２３６】レチクルＲ（又はレチクルＦＭ板７０）、
及びウエハＷ（又は基準マーク板ＦＭ）で反射された光
（各マークからの反射光）は、ミラー５１Ａで反射され
た後、内焦系２２０、レンズ２１６を介してハーフミラ
ー２１４に入射し、該ハーフミラー２１４で反射された
光は、収差調整機構２３０、ミラー２３２、レンズ２３
４を介して（ウエハＷ（又は基準マーク板ＦＭ）で反射
された光は投影光学系ＰＬ及びレチクルＲ（又はレチク
ルＦＭ板７０）をもさらに介して）、ＣＣＤで構成され
る撮像素子２４０上に結像する。なお、図示は省略され
ているが、実際には、撮像素子２４０としてはＸ方向計
測用の撮像素子とＹ方向計測用の撮像素子とがそれぞれ
独立に設けられている。

【０２３７】前記収差調整機構２３０は、撮像素子２４
０にマーク像を結像させるまでの光学系（すなわち、投
影光学系ＰＬ〜レンズ２３４までの光路内に存在する光
学系）の収差（コマ収差など）を調整するものであり、
例えば、収差調整機構２３０の内部に設けられた光学部
材の一部を前後（図中Ｘ軸方向）に駆動したり、又は照
明光ＩＬの光軸に対して傾斜させることにより、光学系
の収差を調整するものである。この収差調整機構２３０
は、本実施形態では、図１の主制御系２０によって制御
されるようになっており、主制御系２０では、後述する
収差測定方法により測定された収差情報に基づいて収差
調整機構２３０を制御して光学系の収差調整を行うよう
になっている。なお、収差調整機構２３０は、オペレー
タが手動（マニュアル）で操作可能に構成することも可
能である。

【０２３８】次にレチクルＦＭ板７０の構成について図
２０（Ａ）〜図２０（Ｃ）に基づいて説明する。図２０
（Ａ）には、レチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上に
載置した状態で、レチクルステージＲＳＴを上方から見
た平面図が示され、図２０（Ｂ）には、図２０（Ａ）の
Ｈ−Ｈ線断面図が示されている。

【０２３９】レチクルステージＲＳＴ上に搭載されたレ
チクルＲには、図２０（Ａ）に示されるように、その中
央部にパターン領域ＰＡが形成されており、該パターン
領域ＰＡ内には例えば半導体デバイス等のデバイス製造
用の回路パターンが例えばクロム等により形成されてい
る。また、このパターン領域ＰＡのＸ軸方向両外側には
レチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２が例えばク
ロム等で形成されると共に、レチクルアライメントマー
クＲＭ２の近傍には、ＥＴＴＲ系５０Ａによるアライメ
ント計測時に使用されるＥＴＴＲマークＲＭ３も形成さ
れている。このＥＴＴＲマークＲＭ３は、所定のピッチ
で形成された複数本（ここでは３本）のラインパターン
（ライン・アンド・スぺースパターン）が、Ｙ軸方向に
所定間隔を隔てて配置された一対のマークから成る。

【０２４０】また、レチクルステージＲＳＴ上の＋Ｙ側
端部近傍（レチクルＲの載置領域とは異なる領域）に
は、前述したレチクルＦＭ板７０が設けられている。こ
のレチクルＦＭ板７０は、レチクルＲと同様の素材（例
えば石英など）で、且つ図２０（Ｂ）に示されるように
レチクルＲとほぼ等しい厚みを有し、レチクルステージ
ＲＳＴ上に接着剤などで機械的に固定されている。この
レチクルＦＭ板７０上には、前述した基準マーク（ＲＦ
Ｍ）が例えばクロム等で複数形成されている。なお、図
２０（Ｂ）から明らかなように、レチクルステージＲＳ
Ｔの、レチクルＲ、及びレチクルＦＭ板７０に対応する
部分には、開口部３００ａ，３００ｂがそれぞれ形成さ
れている。

【０２４１】また、レチクルＦＭ板７０を拡大して示す
図２０（Ｃ）から分かるように、レチクルＦＭ板７０に
は、前述のアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２と同様の
構成である基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２と、前述のＥ
ＴＴＲマークＲＭ３と同様の構成であるＥＴＴＲマーク
ＲＦＭ３と、パターンが一切形成されていない無地領域
としての素ガラス領域ＲＦＭ４とが形成されている。

【０２４２】ところで、ＥＴＴＲ系５０Ａの光学特性又
は計測精度の測定方法は、測定する光学特性又は計測精
度の対象（内容）に応じて、幾つかの種類に分けられ
る。以下、これら各種測定方法について、図２１等を適
宜参照しつつ説明する。なお、図２１は、以下に述べる
第１、第２、第３の測定方法でそれぞれ用いられるウエ
ハステージ側（基準マーク板ＦＭ）のマークとレチクル
ステージ側（レチクルＦＭ板７０）のマークとを示す一
覧表である。なお、以下に説明する第１、第２、第３の
測定方法は、主制御系２０及びその管理下にある制御系
によって実行されるが、説明の簡略化のため、以下にお
いては制御系に関する説明は省略する。

【０２４３】（第１の測定方法）第１の測定方法は、レ
チクルステージ側のマークとウエハステージ側のマーク
との図１９中のＺ軸方向に関する位置関係を固定した状
態で、レチクルステージ側のマークとウエハステージ側
のマークとの二次元平面内（ＸＹ平面内）における相対
位置関係を測定する方法である。この測定方法は、主に
ＥＴＴＲ系５０Ａの計測精度の１つである計測再現性を
測定する際に用いられる。

【０２４４】なお、この計測においては、ウエハテーブ
ル２５上に設けられた基準マーク板ＦＭ上に形成された
計測用マークＧＭ及びレチクルＦＭ板７０に形成された
ＥＴＴＲマークＲＦＭ３が用いられる（図２１及び図２
参照）。

【０２４５】この第１の測定方法では、マークＧＭの像
がＥＴＴＲマークＲＦＭ３の中央領域（ラインパターン
が形成されていない領域）に結像されるように（すなわ
ち、マークＧＭをＥＴＴＲマークＲＦＭ３の一対のライ
ンパターンで挟み込むように）ウエハステージＷＳＴを
位置決めした後に、ＥＴＴＲ系５０ＡでマークＧＭとＥ
ＴＴＲマークＲＦＭ３とを複数回（例えば数十回）撮像
し（各マーク信号を複数回にわたって取り込み）、各撮
像毎に得られた撮像信号に基づいて、マークＧＭとＥＴ
ＴＲマークＲＦＭ３との相対位置関係（相対位置情報）
を撮像の度毎に計測する。そして、複数回の撮像の結果
得られた複数個の相対位置情報に関する特徴量（例えば
標準偏差σや３σ）を算出し、その特徴量が予め決めら
れている所定の許容範囲内に収まっているか否かを判断
する。ここで、特徴量が所定の許容範囲外であると判断
された場合には、所望の規格の計測再現性が得られてい
ないので、その旨が不図示の表示装置に表示される。オ
ペレータは、この表示を見て、ＥＴＴＲ系５０Ａの一部
の部品、又は全ての部品の交換を行う。

【０２４６】（第２の測定方法）この第２の測定方法
は、図１９中のＺ軸方向に関してレチクル側のマークを
固定した状態で、ウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に駆
動することにより、ウエハステージ側のマークを上下動
させながらレチクルステージ側のマークとウエハステー
ジ側のマークとのＸＹ２次元平面内における相対位置関
係（上下動に伴う相対位置関係の変化）を測定する方法
である。この第２の測定方法は、主にＥＴＴＲ系５０Ａ
のコマ収差を計測する際に用いられる。

【０２４７】なお、第２の測定方法による計測の際に使
用するレチクルステージ側のマークとしては、第１の測
定方法と同様に、ウエハテーブル２５上に設けられた基
準マーク板ＦＭ上に形成された計測用マークＧＭと、レ
チクルＦＭ板７０に形成されたＥＴＴＲマークＲＦＭ３
を使用する（図２１参照）。なお、この第２の測定方法
で使用する計測用マークＧＭとしては、第１の測定方法
で使用する計測用マークＧＭ（例えばマークＧＭ１）よ
りも、ライン幅、ピッチが狭いマーク（例えばマークＧ
Ｍ４）が用いられる。

【０２４８】この第２の測定方法では、まず上述の第１
の測定方法と同様に、マークＧＭをＥＴＴＲマークＲＦ
Ｍ３のラインパターンで挟み込むように、ウエハステー
ジＷＳＴを位置決めし、その後に、レチクルステージ側
のマークのＺ位置を固定した状態で且つウエハステージ
側のマークをＺ軸方向に駆動しながら（具体的には、べ
ストフォーカス状態（例えばＺ＝０とする）を挟んだ所
定のデフォーカス範囲内の複数点にウエハステージＷＳ
Ｔをステップ移動しながら）、ＥＴＴＲマークＲＦＭ３
とマークＧＭとを、ＥＴＴＲ系５０Ａで複数回撮像す
る。これによりマークＧＭのＺ位置がそれぞれ異なる状
態で両マークＲＦＭ３，ＧＭを撮像した結果が得られ
る。この複数回の撮像において、マークＧＭはＺ方向に
移動するが、ＥＴＴＲマークＲＦＭ３のＺ位置は変更さ
れないため、各撮像結果に基づいて、ＥＴＴＲマークＲ
ＦＭ３の像の撮像信号を基準としたマークＧＭの像の、
ＸＹ平面上（例えばＹ方向）における位置変化（ＥＴＴ
ＲマークＲＦＭ３とマークＧＭとの相対位置変化）が求
められる。

【０２４９】この場合において、仮に被検光学系（ここ
ではＥＴＴＲ系５０Ａ）に収差がなければ、図２２中に
示される直線ＬＡのように、マークＧＭの像位置（マー
クＧＭとマークＲＦＭ３との相対位置）Ｘは、デフォー
カス量に関わらず一定となる。しかしながら、ＥＴＴＲ
系５０Ａに収差が残存していれば、図２２中に示される
曲線ＬＢのように、マークＧＭの像位置（ＥＴＴＲマー
クＲＦＭ３との相対位置）Ｘは、デフォーカス状態に応
じて高次曲線状に変化することになる。

【０２５０】従って、所定のデフォー力ス範囲における
曲線ＬＢのＸ方向のずれ量ａは、光学系の収差量（横収
差量）にほぼ比例するので、この第２の測定方法によれ
ば、ずれ量ａに基づいて収差量を求めることができる。
なお、この収差量の求め方については、例えば特開平９
−４９７８１号公報などに開示され公知であるから、こ
こでは詳細説明は省略する。また、この第２の測定方法
を用いて、被検光学系（ＥＴＴＲ系５０Ａ）の縦収差量
も求めることができるが、これに関しても上記公報に開
示されているため、説明は省略する。

【０２５１】以上のようにして、第２の測定方法を用い
て、ＥＴＴＲ系５０Ａの光学特性（収差）を求めること
ができる。そして、この方法で求められた収差量に基づ
いて、上述した収差調整機構２３０内部の収差に敏感な
不図示の光学部材（レンズや平行平板ガラスなど）を、
照明光ＩＬの光軸に対してシフト（前後、左右、回転な
ど）させたり傾斜（チルト）させることにより、ＥＴＴ
Ｒ系５０Ａの収差を減少させる（好ましくはほぼゼロと
する）。

【０２５２】（第３の計測方法）この第３の計測方法
は、図１９中のＺ軸方向にウエハステージＷＳＴを駆動
することにより、ウエハステージ側のマークを上下動さ
せながら、ウエハステージ側のマークの信号波形の対称
性の指標（例えば前述した像質値Ｑ）や、マーク像（位
相パターン）の凹凸部の像強度の差異の指標（例えば前
述した頭揃い度γ）などを測定する方法である。なお、
この測定方法は、主にＥＴＴＲ系５０Ａの球面収差、コ
マ収差、光束ケラレ、フォーカスなどを計測する際に用
いられる。

【０２５３】なお、第３の測定方法による計測の際に
は、レチクルＦＭ板７０上に形成された素ガラス領域Ｒ
ＦＭ４を使用する（図２１参照）。これは、レチクルス
テージ側のマークは計測に使用されないが、レチクルＲ
と同様の厚みが存在しないことによるデフォーカスの発
生を防止するため、素ガラス領域ＲＦＭ４を使用するこ
ととしたものである。

【０２５４】一方、ウエハステージ側のマークとして
は、ウエハテーブル２５上の基準マーク板ＦＭ上に形成
された計測用マークＧＭを使用する（図２１参照）

【０２５５】この第３の測定方法では、まず計測対象マ
ークＧＭをＥＴＴＲ系５０Ａの観察視野内に位置決めす
るようにウエハステージＷＳＴを駆動すると共に、レチ
クルステージＲＳＴを駆動して素ガラス領域ＲＦＭ４を
ＥＴＴＲ系５０Ａの観察視野内に位置決めする。その
後、レチクルステージＲＳＴのＺ軸方向の位置を固定し
た状態で、ウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に駆動しな
がら（具体的には、べストフォーカス状態（Ｚ＝０）を
挟んだ所定のデフォーカス範囲内の複数点にウエハステ
ージＷＳＴをステップ移動しながら）、素ガラス領域Ｒ
ＦＭ４を介してマークＧＭをＥＴＴＲ系５０Ａで複数回
撮像する。そして、撮像されたマークＧＭの複数の撮像
信号に基づいて、前述した第１の実施形態と同様の手法
を用いて、ＥＴＴＲ系５０Ａのコマ収差（低次、高次）
や、球面収差（低次、高次）や、光束ケラレを検出す
る。

【０２５６】なお、ＥＴＴＲ系５０Ａのコマ収差や光束
ケラレを求める場合には、図２１に示される「第３の測
定方法（１）」の組み合わせを使用し、ＥＴＴＲ系５０
Ａの球面収差を求める場合には「第３の測定方法
（２）」に示した組み合わせを使用すれば良い。

【０２５７】また、ＥＴＴＲ系５０Ａの焦点位置（べス
トフォーカス位置）を求める場合には、「第３の測定方
法（３）」の組み合わせを使用すれば良い。具体的に
は、図２１に示したフォーカス計測用マークをＺ方向の
複数点に位置決めしつつ、各位置毎にＥＴＴＲ系５０Ａ
で撮像して得られた撮像信号のコントラストηを求め、
そのコントラストηが最大のときのフォーカス計測用マ
ークのＺ位置をＥＴＴＲ系５０Ａの焦点位置として決定
するようにすれば良い。

【０２５８】以上のようにして、第３の測定方法を用い
て、ＥＴＴＲ系５０Ａの各種の光学特性を求めることが
できる。そして、第３の測定方法で求められた光学特性
（コマ収差、球面収差）の量に基づいて、上述した収差
調整機構２３０内部の不図示の光学部材（レンズや平行
平板ガラスなど）を、照明光ＩＬの光軸に対してシフト
（前後、左右、回転など）させたり傾斜（チルト）させ
たりすることにより、ＥＴＴＲ系５０Ａの収差を減少さ
せる（好ましくはほぼゼロとする）。また、収差調整機
構２３０内部又はこれに併設された不図示の可変開口絞
りを、測定されたケラレ量に基づいて照明光軸に対して
適宜駆動することで、光束ケラレを補正する。

【０２５９】以上説明したように、本第４の実施形態の
光学特性検出方法によれば、レチクルを用いることなく
ＥＴＴＲ系５０Ａの光学特性の計測を行うことから、レ
チクルステージＲＳＴ上にレチクルを装填（ロード）す
るという作業を介さずに光学特性の計測を行うことがで
きるので、光学特性の計測時間を短縮できるという効果
がある。

【０２６０】なお、上記第４の実施形態中の説明では、
ウエハ側の基準マークＧＭとして、基準マーク板７０上
の基準マークを用いることとしたが、本発明がこれに限
られるものではなく、テストウエハ（基準ウエハ）その
他のウエハステージＷＳＴ上に載置可能なマーク形成部
材であれば如何なる部材に形成されたマークＧＭを使用
しても良いことは言うまでもない。

【０２６１】また、上記各実施形態では、本発明がスキ
ャニング・ステッパに適用された場合について説明した
が、これに限らず、ステップ・アンド・リピート方式の
ステッパ等の静止型の露光装置にも適用できる。かかる
場合には、静止露光を行う際に、ウエハを露光位置（レ
チクルパターンの投影位置）に精度良く位置決めするこ
とができ、レチクルのパターンをウエハ上の所望の区画
領域に精度良く重ね合せて転写することができる。

【０２６２】なお、複数のレンズから構成される照明光
学系、投影光学系、並びにアライメント顕微鏡ＡＳを露
光装置本体に組み込み、光学調整をするとともに、多数
の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージ
を露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に
総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより、
上記実施形態の露光装置を製造することができる。な
お、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理さ
れたクリーンルームで行うことが望ましい。

【０２６３】なお、本発明は、半導体製造用の露光装置
に限らず、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造
に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に
転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる
デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光
装置、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン及びＤ
ＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適
用することができる。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。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶ
ＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に
透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英
ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、ホタル石、
フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。ま
た、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露
光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メン
ブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコ
ンウエハなどが用いられる。

【０２６４】さらに、本発明に係る光学特性検出方法
は、露光装置に限らず、結像式の光学系を備えた装置で
あれば、適用が可能である。

【０２６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光学
特性検出方法によると、結像式の光学系の光学特性をよ
り精密に把握することができるという効果がある。

【０２６６】また、本発明に係る露光方法によれば、露
光時における基板の位置ずれを効果的に抑制して精度の
高い露光を実現することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学特性検出方法及び露光方法を実施
するのに好適な露光装置の概略構成を示す図である。

【図２】基準マーク板ＦＭを一部省略して示す平面図で
ある。

【図３】図３（Ａ）は、図２のＡ−Ａ線断面を拡大して
示す計測用マークＧＭ１の拡大断面図、図３（Ｂ）は図
３（Ａ）の計測用マーク部分の画像データを処理して得
られるマーク信号波形を示す図である。

【図４】図４（Ａ）は、図２のＢ−Ｂ線断面を拡大して
示す計測用マークＧＭ２の拡大断面図、図４（Ｂ）は、
図４（Ａ）の計測用マーク部分の画像データを処理して
得られるマーク信号波形を示す図である。

【図５】図５（Ａ）は、図２のＣ−Ｃ線断面を拡大して
示す計測用マークＧＭ３の拡大断面図、図５（Ｂ）は、
図５（Ａ）の計測用マーク部分の画像データを処理して
得られるマーク信号波形を示す図である。

【図６】図６（Ａ）は、図２のＤ−Ｄ線断面を拡大して
示す計測用マークＧＭ４の拡大断面図、図６（Ｂ）は、
図６（Ａ）の計測用マーク部分の画像データを処理して
得られるマーク信号波形を示す図である。

【図７】図７（Ａ）は、図２のＥ−Ｅ線断面を拡大して
示す計測用マークＧＭ５の拡大断面図、図７（Ｂ）は、
図７（Ａ）の計測用マーク部分の画像データを処理して
得られるマーク信号波形を示す図である。

【図８】図８（Ａ）は、図２のＦ−Ｆ線断面を拡大して
示す計測用マークＧＭ６の拡大断面図、図８（Ｂ）は図
８（Ａ）の計測用マーク部分の画像データを処理して得
られるマーク信号波形を示す図である。

【図９】低次コマ収差の第１の検出方法を説明するため
の図であって、図９（Ａ）は、像質値Ｑの定義を説明す
るための図、図９（Ｂ）は、像質値Ｑをフォーカスを変
化させながら計測して得られるフォーカス（Ｚ）の関数
Ｑ（Ｚ）を示す図である。

【図１０】低次コマ収差の第２の検出方法を説明するた
めの図である。

【図１１】低次コマ収差の第３の検出方法を説明するた
めの図である。

【図１２】低次球面収差の第１の検出方法を説明するた
めの図であって、図１２（Ａ）は、頭揃い度γの定義を
説明するための図、図１２（Ｂ）は、球面収差がない場
合に、頭揃い度γをフォーカスを変化させながら計測し
て得られる関数曲線の一例を示す図である。

【図１３】球面収差の第２の検出方法の前提となるフォ
ーカス計測方法を説明するための図であって、図１３
（Ａ）は、コントラストηの定義を説明するための図、
図１３（Ｂ）は、コントラストηを、フォーカスを変化
させながら計測して得られる二次曲線の一例を示す図で
ある。

【図１４】図１４（Ａ）は、各３本のラインパターンＬ
Ｐ０，ＬＰＴが所定のピッチＰで形成されたマルチマー
クを示す平面図、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＧ−
Ｇ線断面図である。

【図１５】ＷＩＳについて説明するための図であって、
図１５（Ａ）は、断面形状が非対称であるＳｉ段差マー
クの断面図、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のマークＭ
をスライス法により検出する様子を示す図である。

【図１６】図１４のマーク構造によりＷＩＳが低減され
る原理について説明するための図であって、図１６
（Ａ）は、Ｓｉ段差マークＭ１を示す平面図、図１６
（Ｂ）は、マークＭ１の断面図、図１６（Ｃ）はマーク
Ｍ１の撮像信号に基づいてマークＭの位置をスライス法
により検出する際にＷＩＳが相殺される様子を示す図で
ある。

【図１７】図１４のマークの変形例を示す平面図であ
る。

【図１８】図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、図１４の
マークのその他の変形例を示す図である。

【図１９】第４の実施形態に係るＥＴＴＲ系の構成を、
レチクルステージ、投影光学系、ウエハステージととも
に示す概略図である。

【図２０】図２０（Ａ）は、レチクルＲが載置された状
態のレチクルステージを示す平面図であり、図２０
（Ｂ）は、図２０（Ａ）のＨ−Ｈ線断面図であり、図２
０（Ｃ）は、レチクルＦＭ板を拡大して示す平面図であ
る。

【図２１】第４の実施形態に係る各測定方法でそれぞれ
用いられるウエハステージ側のマークとレチクルステー
ジ側のマークとを示す一覧表である。

【図２２】ウエハステージ側のマークのＺ軸方向位置
と、ウエハステージ側のマークとレチクルステージ側の
マークとの相対位置の関係を示す線図である。

【符号の説明】１０６…ビームスプリッタ（光学系の一部）、１０７…
第１対物レンズ（光学系の一部）、１０８…反射用プリ
ズム（光学系の一部）、１１１…第２対物レンズ（光学
系の一部）、１１２…指標板（光学系の一部）、１１
３，１１４…リレーレンズ（光学系の一部）、１１５…
ビームスプリッタ（光学系の一部）、１３０…結像開口
絞り（光学系の一部）、ＡＳ…マーク検出系、ＦＭ…基
準マーク板（第１基準部材）、ＧＭ１〜ＧＭ６…計測用
マーク、Ｒ…レチクル（マスク）、ＲＳＴ…レチクルス
テージ（マスクステージ）、ＲＦＭ４…素ガラス領域
（無地領域）、Ｗ…ウエハ（基板）、ＷＳＴ…ウエハス
テージ（基板ステージ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA03 BB27 CC19 FF01 FF04 GG02 JJ03 JJ05 JJ26 LL02 LL12 LL30 LL50 NN20 PP12 PP24 QQ03 QQ31 5F046 DB05 EA03 EA09 FA10 FC04 FC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結像式の光学系の光学特性を検出する光
学特性検出方法であって、相互に平行に配置された線幅の異なる少なくとも１組の
ラインパターンを含む計測用マークの前記光学系の光軸
方向に関する位置を変化させつつ、前記光学系を介して
前記計測用マークを繰り返し撮像する第１工程と；前記
撮像の結果として得られる撮像信号に基づいて所定の演
算処理を行って前記光学系の視野内の一部領域に対応す
る前記光学系の光学特性を求める第２工程と；を含む光
学特性検出方法。
【請求項２】前記第２工程では、前記撮像信号に基づ
いて得られる前記１組のラインパターンの間隔をフォー
カスの関数として所定次数の関数で近似した際に得られ
る係数を指標値として前記光学系のコマ収差を求めるこ
とを特徴とする請求項１に記載の光学特性検出方法。
【請求項３】結像式の光学系の光学特性を検出する光
学特性検出方法であって、部分的に反射率の異なる強度マークから成る計測用マー
クの前記光学系の光軸方向に関する位置を変化させつ
つ、前記光学系を介して前記計測用マークを繰り返し撮
像する第１工程と；前記撮像の結果として得られる撮像
信号に基づいて所定の演算処理を行って前記光学系の視
野内の一部領域に対応する前記光学系の光学特性を求め
る第２工程と；を含む光学特性検出方法。
【請求項４】前記第２工程では、前記撮像信号に基づ
いて得られるマーク信号波形を処理して得られるフォー
カスによって変化する関数に基づいて前記光学系のコマ
収差を求めることを特徴とする請求項３に記載の光学特
性検出方法。
【請求項５】結像式の光学系の光学特性を検出する光
学特性検出方法であって、形態の異なる複数の計測用マークのそれぞれについて、
前記光学系の光軸方向に関する位置を変化させつつ、前
記光学系を介して前記計測用マークを繰り返し撮像する
ことを行い、前記各計測用マークの撮像信号それぞれに
基づいて前記光学系の所定の収差をそれぞれ求める第１
工程と；前記第１工程の結果を用いて、前記計測された
前記所定の収差の次数より高次の所定の収差を算出する
第２工程と；を含む光学特性検出方法。
【請求項６】前記第１及び第２工程では、前記光学系
の視野内の一部に対応する領域における前記所定の収差
を求めることを特徴とする請求項５に記載の光学特性検
出方法。
【請求項７】前記所定の収差はコマ収差であり、前記複数の計測用マークのうちの１つの計測用マーク
は、相互に平行に配置された線幅の異なる１組のライン
パターンを含むマークであり、他の計測用マークは、所
定ピッチで形成されたラインパターンを含む位相マーク
であることを特徴とする請求項５又は６に記載の光学特
性検出方法。
【請求項８】前記複数の計測用マークのうちの更に他
の計測用マークは、所定ピッチで形成されたラインパタ
ーンを含み且つ該ラインパターンとスペースパターンと
の反射率が異なる強度マークであることを特徴とする請
求項７に記載の光学特性検出方法。
【請求項９】前記所定の収差はコマ収差であり、前記複数の計測用マークのうちの１つの計測用マーク
は、所定ピッチで形成されたラインパターンを含み且つ
該ラインパターンとスペースパターンとの反射率が異な
る強度マークであり、他の計測用マークは、所定ピッチ
で形成されたラインパターンを含む位相マークであるこ
とを特徴とする請求項５又は６に記載の光学特性検出方
法。
【請求項１０】前記所定の収差は球面収差であり、前記複数の計測用マークは、それぞれ異なるピッチで形
成された少なくとも３種類の計測用マークを含むことを
特徴とする請求項５又は６に記載の光学特性検出方法。
【請求項１１】前記計測用マークを前記光軸に垂直な
面内の位置を変化させつつ、前記光学系を介して前記計
測用マークの撮像を行うことを特徴とする請求項１〜１
０のいずれか一項に記載の光学特性検出方法。
【請求項１２】前記計測用マークは、所定のパターン
が転写される基板が載置される基板ステージ上に設けら
れていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一
項に記載の光学特性検出方法。
【請求項１３】前記基板ステージは、第１基準マーク
が形成された第１基準部材を備えており、前記計測用マークは、前記第１基準部材上に形成された
前記第１基準マークの一部であることを特徴とする請求
項１２に記載の光学特性検出方法。
【請求項１４】前記計測用マークは、前記所定のパタ
ーンの転写に使用されないテスト基板上に形成されてい
ることを特徴とする請求項１２に記載の光学特性検出方
法。
【請求項１５】前記光学系は、前記計測用マークを撮
像して得た前記マークの撮像信号に基づいて、前記光軸
と直交する方向における二次元平面内での前記マークの
位置に関する情報を求めるマーク検出系に設けられた光
学系であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか
一項に記載の光学特性検出方法。
【請求項１６】前記マーク検出系は、所定のパターン
を基板上に投影する投影光学系を介さずに、前記基板上
に形成されたマークを検出するオフアクシス方式のマー
ク検出系であることを特徴とする請求項１５に記載の光
学特性検出方法。
【請求項１７】前記マーク検出系は、所定のパターン
を基板上に投影する投影光学系を介して、前記基板上に
形成されたマークを検出する方式のマーク検出系である
ことを特徴とする請求項１５に記載の光学特性検出方
法。
【請求項１８】前記光学系は、所定のパターンを基板
上に投影する投影光学系であることを特徴とする請求項
１〜１４のいずれか一項に記載の光学特性検出方法。
【請求項１９】前記基板上に形成されたマークを前記
投影光学系を介して検出するマーク検出系による前記計
測用マークの前記撮像結果に基づいて、前記投影光学系
の光学特性を検出することを特徴とする請求項１８に記
載の光学特性検出方法。
【請求項２０】前記所定のパターンは、マスクマーク
が形成されたマスク上に形成されるとともに、所定の波
長を有するエネルギビームにより前記投影光学系を介し
て前記基板上に転写されるものであり、前記マーク検出系は、前記所定の波長とほぼ同じ波長を
有する照明ビームを用いて、前記マスクマークと前記基
板上に形成されたマークとを一括して撮像する方式のマ
ーク検出系であることを特徴とする請求項１７に記載の
光学特性検出方法。
【請求項２１】前記マスクは、第２基準マークが形成
された第２基準部材を備えたマスクステージ上に載置可
能であり、前記マーク検出系の前記光学特性を検出する際には、前
記第２基準部材を介して、前記計測用マークを撮像する
ことを特徴とする請求項２０に記載の光学特性検出方
法。
【請求項２２】前記第２基準部材上には、前記第２基
準マークが形成された領域と、前記照明ビームを透過さ
せる無地領域とが形成されており、前記マーク検出系の前記光学特性を検出する際には、前
記第２基準マーク及び前記無地領域のいずれかを介し
て、前記計測用マークを撮像することを特徴とする請求
項２１に記載の光学特性検出方法。
【請求項２３】エネルギビームにより基板を露光して
所定のパターンを前記基板上に形成する露光方法であっ
て、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の光学特性検出方
法を用いて、前記光学系の光学特性を検出し、その光学特性の検出結果に基づいて、前記基板と前記所
定パターンとの相対的な位置関係を調整し、前記調整後の前記相対位置関係の下で、前記基板を露光
する露光方法。
【請求項２４】エネルギビームにより基板を露光して
所定のパターンを前記基板上に形成する露光方法であっ
て、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の光学特性検出
方法を用いて、前記マーク検出系を構成する前記光学系
の光学特性を検出し、前記マーク検出系を用いて、前記基板上に形成された位
置合わせマークの位置を検出し、その検出結果を前記検
出された光学特性に基づいて補正し、その補正後の位置
情報に基づいて前記基板の移動位置を規定する静止座標
系上における前記基板の位置座標を算出し、前記算出された位置座標に応じて前記基板の位置を制御
しつつ、前記基板を露光する露光方法。