JP2002289495A

JP2002289495A - 露光装置、露光装置の製造方法及びマイクロデバイスの製造方法

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Publication number: JP2002289495A
Application number: JP2001084744A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Chiba; 洋千葉
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-10-04

Abstract

(57)【要約】【課題】レチクルアライメント系に残存する収差を極
めて小さく調整することが可能な露光装置を提供するこ
とである。【解決手段】レチクルＲに形成された転写パターンを
ウエハＷに露光するために、レチクルの位置を検出する
レチクルアライメント系を備えた露光装置において、レ
チクルアライメント系は、レチクルに形成されたレチク
ルマークＲＭからの光を集光する検出光学系（１４９，
１４８，１４５，１５０，１５２）と、検出光学系を介
した光を光電変換する光電変換部(１５４，１５５)とを
有し、レチクルアライメント系の検査をするために、レ
チクルアライメント系の検出視野内に設置される段差を
有する位相パターンをデフォーカスさせるデフォーカス
手段１０１と、光電変換部にて光電検出される位相パタ
ーンの像の情報に基づいて検出光学系の光学特性を計測
する計測手段１２５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、転写パターンが
形成されたレチクルの位置を検出するレチクルアライメ
ント系を備えた露光装置、この露光装置の製造方法及び
この露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、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ングラフィ工程では、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、
レチクルという。）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、ウエハという）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。即ち、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ＦＩＡ
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系のベースラインを求め
る。その後、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。ま
た、露光光を用いたＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）型
のアライメントでは、投影光学系を介してウエハ上のア
ライメントマークの像をセンサ（ＶＲＡセンサ等）で検
出し、その検出結果とその時のウエハステージの位置関
係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わせて転写される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レチク
ルアライメント系、ウエハアライメント系の光学系に球
面収差、コマ収差、光束ケラレ（結像開口絞りが光軸に
対して非対称に偏心して光束が遮られること)が残存し
ていると正確な位置合わせを行うことができず、レチク
ルとウエハとの重ねにずれが生じてしまう。従って、ウ
エハアライメント系の光学系の収差を小さくするだけで
なく、レチクルアライメント系の光学系に残存する球面
収差、コマ収差、光束ケラレの量を正確に計測し、レチ
クルアライメント系の光学系に残存する球面収差、コマ
収差、光束ケラレの量を小さくするように調整を行う必
要がある。

【０００９】この発明の課題は、レチクルアライメント
系に残存する収差を極めて小さく調整することが可能な
露光装置及びこの露光装置の製造方法を提供することで
ある。また、この露光装置を用いたマイクロデバイスの
製造方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の露光装置
は、レチクルに形成された転写パターンを感光性基板に
露光するために、前記レチクルの位置を検出するレチク
ルアライメント系を備えた露光装置において、前記レチ
クルアライメント系は、前記レチクルに形成されたレチ
クルマークからの光を集光する検出光学系と、前記検出
光学系を介した光を光電変換する光電変換部とを有し、
前記レチクルアライメント系の検査をするために、前記
レチクルアライメント系の検出視野内に設置される段差
を有する位相パターン又は前記位相パターンの像をデフ
ォーカスさせるデフォーカス手段と、前記光電変換部に
て光電検出される前記位相パターンの像の情報に基づい
て前記検出光学系の光学特性を計測する計測手段とを備
えることを特徴とする。

【００１１】また、請求項２記載の露光装置は、前記位
相パターンが前記レチクルを保持するレチクルステージ
上又は前記レチクル上に形成されていることを特徴とす
る。

【００１２】この請求項１及び請求項２記載の露光装置
によれば、デフォーカス手段により、レチクルアライメ
ント系の検査をするためにレチクルアライメント系の検
出視野内に設置される段差を有する位相パターン又は位
相パターンの像をデフォーカスさせ、計測手段により光
電変換部にて光電検出される位相パターンの像の情報に
基づいて検出光学系の光学特性を計測する。従って、レ
チクルアライメント系の光学特性の計測を極めて精密に
行うことができレチクルアライメント系の検査を正確に
行うことができる。

【００１３】また、請求項３記載の露光装置は、前記デ
フォーカス手段が前記検出光学系を構成する少なくとも
１つのレンズを前記検出光学系の光軸に沿って移動させ
るレンズ移動手段を有することを特徴とする。

【００１４】この請求項３記載の露光装置によれば、デ
フォーカス手段が検出光学系を構成する少なくとも１つ
のレンズを検出光学系の光軸に沿って移動させるレンズ
移動手段を有するため、位相パターン自体を移動させる
ことなく位相パターンの像をデフォーカスさせることが
できる。

【００１５】また、請求項４記載の露光装置は、前記デ
フォーカス手段が前記レチクルを保持するレチクルステ
ージを前記レチクルの表面に対して法線方向に移動させ
るレチクルステージ移動手段を有することを特徴とす
る。

【００１６】この請求項４記載の露光装置によれば、デ
フォーカス手段がレチクルを保持するレチクルステージ
をレチクルの表面に対して法線方向に移動させるレチク
ルステージ移動手段を有するため、位相パターン自体の
位置を移動させることにより位相パターンをデフォーカ
スさせることができる。

【００１７】また、請求項５記載のマイクロデバイスの
製造方法は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の
露光装置を用いて前記レチクルの転写パターンを感光性
基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光
された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むこと
を特徴とする。

【００１８】この請求項５記載のマイクロデバイスの製
造方法によれば、レチクルの転写パターンを感光性基板
上に結像させる際に位置合わせを極めて正確に行うこと
ができるため、スループット良く、高品質のマイクロデ
バイスを製造することができる。

【００１９】また、請求項６記載の露光装置の製造方法
は、レチクルに形成された転写パターンを感光性基板に
露光するために、前記レチクルの位置を検出するレチク
ルアライメント系と、前記レチクルに形成された転写パ
ターンの像を前記感光性基板に投影する投影光学系とを
備えた露光装置の製造方法において、第１計測パターン
を用いて前記レチクルアライメント系の光学特性を計測
する第１計測工程と、前記第１計測工程の計測結果に基
づいて、前記レチクルアライメント系の光学特性を調整
する第１調整工程と、第２計測パターンを用いて前記投
影光学系及び前記レチクルアライメント系の光学特性を
計測する第２計測工程と、前記第２計測工程の計測結果
に基づいて、前記レチクルアライメント系の光学特性を
調整する第２調整工程とを含むことを特徴とする。

【００２０】また、請求項７記載の露光装置の製造方法
は、前記第１計測工程が前記レチクルの設置位置又はそ
の近傍に設置された前記第１計測パターンを用いて前記
レチクルアライメント系の光学特性を計測する工程を含
み、前記第２計測工程が前記感光性基板の設置位置又は
その近傍に設置された前記第２計測パターンを用いて前
記投影光学系及び前記レチクルアライメント系の光学特
性を計測する工程を含むことを特徴とする。

【００２１】また、請求項８記載の露光装置の製造方法
は、前記第１計測工程が前記レチクルの設置位置又はそ
の傍に設置された前記第１計測パターン又は前記第１計
測パターンの像をデフォーカスさせながら前記レチクル
アライメント系の光学特性を計測する工程を含み、前記
第２計測工程が前記感光性基板の設置位置又はその近傍
に設置された前記第２計測パターン又は前記第２計測パ
ターンの像をデフォーカスさせながら前記投影光学系及
び前記レチクルアライメント系の光学特性を計測する工
程を含むことを特徴とする。

【００２２】この請求項６〜請求項８記載の露光装置の
製造方法によれば、第１計測工程により、例えばレチク
ル上等に形成された第１計測パターンを用いてレチクル
アライメント系の光学特性を計測し、この１計測工程の
計測結果に基づいて、第１調整工程によりレチクルアラ
イメント系の光学特性を調整する。また、第２計測工程
により例えば感光性基板上等に形成された第２計測パタ
ーンを用いて投影光学系及びレチクルアライメント系の
光学特性を計測し、この第２計測工程の計測結果に基づ
いて、第２調整工程によりレチクルアライメント系の光
学特性を調整する。従って、投影光学系の光学特性を考
慮した状態でレチクルアライメント系の光学光学特性の
調整を行うため、極めて精度良く位置合わせを行うこと
が可能なレチクルアライメント系を有する露光装置を製
造することができる。

【００２３】また、請求項９記載の露光装置の製造方法
は、レチクルに形成された転写パターンの像を感光性基
板に投影する投影光学系と、前記レチクルの位置を検出
するレチクルアライメント系と、前記感光性基板の位置
を検出する基板アライメント系とを有する露光装置の製
造方法において、第１計測パターンを用いて前記レチク
ルアライメント系の光学特性を計測する第１計測工程
と、前記第１計測工程の計測結果に基づいて、前記レチ
クルアライメント系の光学特性を調整する第１調整工程
と、前記第１計測パターンと所定の関係で形成された第
２計測パターンを用いて前記基板アライメント系の光学
特性を計測する第２計測工程と、前記第２計測工程の計
測結果に基づいて、前記基板アライメント系の光学特性
を調整する第２調整工程とを含むことを特徴とする。

【００２４】また、請求項１０記載の露光装置の製造方
法は、請求項９に記載の発明にて用いられる第１計測パ
ターンの計測マークのピッチをＰｒ、請求項９に記載の
発明にて用いられる第２計測パターン計測マークのピッ
チをＰｗ、投影光学系の投影倍率をＭｐｌとするとき、
Ｐｗ＝Ｍｐｌ×Ｐｒの関係を満たすことを特徴とする。

【００２５】また、請求項１１記載の露光装置の製造方
法は、レチクルに形成された転写パターンの像を感光性
基板に投影する投影光学系と、前記レチクルの位置を検
出するレチクルアライメント系と、前記感光性基板の位
置を検出する基板アライメント系とを有する露光装置の
製造方法において、所定の計測パターンを用いて前記レ
チクルアライメント系の光学特性を計測する第１計測工
程と、前記第１計測工程の計測結果に基づいて、前記レ
チクルアライメント系の光学特性を調整する第１調整工
程と、前記所定の計測パターンを用いて前記基板アライ
メント系の光学特性を計測する第２計測工程と、前記第
２計測工程の計測結果に基づいて、前記基板アライメン
ト系の光学特性を調整する第２調整工程とを含むことを
特徴とする。

【００２６】また、請求項１２記載のマイクロデバイス
の製造方法は、請求項６〜請求項１１の何れか一項に記
載の製造方法により製造された露光装置を用いてレチク
ルの転写パターンを感光性基板上に露光する露光工程
と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現
像する現像工程とを含むことを特徴とする。

【００２７】この請求項１２記載のマイクロデバイスの
製造方法によれば、レチクルの転写パターンを感光性基
板上に結像させる際に位置合わせを極めて正確に行うこ
とができるため、スループット良く、高品質のマイクロ
デバイスを製造することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態に
かかる検査用レチクルＴＲの平面図である。この検査用
レチクルＴＲは、レチクルアライメント系の光学特性
（光束ケラレ、コマ収差、球面収差等）の検査に用いら
れるものであって、ガラス製の基板(ガラス基板)により
製造されている。この検査用レチクルＴＲの裏面のレチ
クルパターンが位置する領域ＰＡの外側には、この領域
ＰＡに沿って、周期的な位相変化を繰り返す位相パター
ン(段差パターン)ＴＲＭ（ＴＲＭ１０〜ＴＲＭ１６、Ｔ
ＲＭ２０〜ＴＲＭ２６）が反射型の段差パターンとして
形成されている。

【００２９】図２は、検査用レチクルＴＲの裏面に形成
された位相パターンＴＲＭの形状を示すものであり、位
相パターンＴＲＭの凸部と凹部との段差Ｄ、位相パター
ンＴＲＭの凸部と凹部とのデューティ比（ｌ：ｓ）、位
相パターンＴＲＭの凸部の左右の対称性、即ち凸部の左
側のエッジ角度Ａと右側のエッジ角度Ｂの対称性、位相
パターンＴＲＭの凸部の左右のエッジ角度、即ち凸部の
左側のエッジ角度Ａ及び右側のエッジ角度Ｂは、図３に
示す条件を満たす値になるように形成されている。

【００３０】図３は、反射型の段差パターンとしての位
相パターンＴＲＭの形状の詳細を示す図である。この位
相パターンＴＲＭは、反射型の段差パターンであること
から、図６にて後述する検査装置(又は図１５に示す投影
露光装置のレチクルアライメント系)等にて段差パター
ン側とは反対側から落射照明される。従って、反射型の
位相パターンＴＲＭの凹部と凸部との段差Ｄにより生じ
る位相差は、反射型の位相パターンＴＲＭが形成されて
いる基板の屈折率をＮとすると、段差Ｄに関係する位相
差の式は、［（λ／４）（２ｎ＋１）−λ／２０］／
（２Ｎ）≦Ｄ≦［（λ／４）（２ｎ＋１）＋λ／２０］
／（２Ｎ）となる。また、位相パターンＴＲＭの凸部と
凹部とのデューティ比（ｌ／ｓ）は、４９／５１≦ｌ／
ｓ≦５１／４９である。また、位相パターンＴＲＭの凸
部の左右の対称性、即ち凸部の左側のエッジ角度Ａと右
側のエッジ角度Ｂの対称性は、−２０°≦Ａ−Ｂ≦２０
°である。更に、位相パターンＴＲＭの凸部の左右のエ
ッジ角度、即ち凸部の左側のエッジ角度A及び右側のエ
ッジ角度Ｂは、７０°≦Ａ≦１１０° ７０°≦Ｂ≦１
１０°である。

【００３１】位相パターンＴＲＭの凸部と凹部との段差
Ｄに関係する位相差が上述の範囲内である場合には、後
述する光束ケラレ及びコマ収差の検査装置を用いた計測
方法により、レチクルアライメント系の照明光学系と結
像光学系の光学特性である光束ケラレの量及びコマ収差
の量を正確に計測することができる。また、位相パター
ンＴＲＭの凸部と凹部とのデューティ比が上述の範囲内
である場合には、後述する検査装置を用いた球面収差の
計測方法により、レチクルアライメント系の照明光学系
と結像光学系の光学特性である球面収差の量を正確に計
測することができる。このとき、球面収差のみを正確に
計測する場合には、位相パターンＴＲＭの段差Ｄにより
生ずる位相差は、上記の範囲よりもゆるくでき、［(λ／
４）（２ｎ＋１）−λ／１０)］／（２Ｎ）≦Ｄ≦
［（λ／４）（２ｎ＋１）＋λ／１０］／（２Ｎ）とす
ることができる。更に、位相パターンＴＲＭの凸部の左
右のエッジ角度の対称性が上述の範囲内である場合、位
相パターンＴＲＭの凸部の左右のエッジ角度が上述の範
囲内である場合には、後述する検査装置を用いた光束ケ
ラレの計測方法により、光束ケラレの量を正確に計測す
ることができる。なお、光束ケラレを正確に計測する場
合には、位相パターンＴＲＭの段差Ｄにより生ずる位相
差は、上記の範囲、すなわち、［（λ／４）（２ｎ＋
１）−λ／２０］／（２Ｎ）≦Ｄ≦［（λ／４）（２ｎ
＋１）＋λ／２０］／（２Ｎ）とすることが好ましい。

【００３２】図４は、検査用レチクルＴＲを製造するた
めの投影露光装置の概略構成図である。この図４におい
て投影光学系ＰＬの物体面には所定のパターン(位相パ
ターンに対応するパターン)が形成されたマスクＭが配
置され、投影光学系ＰＬの像面には、フォトレジストが
塗布されたガラス基板が配置されている。マスクＭはマ
スクステージＭＳ上に保持され、ガラス基板Ｓは基板ス
テージＳＳ上に保持されている。マスクＭの上方には、
マスクＭを均一照明するための照明光学系が配置されて
いる。

【００３３】照明光学系には、超高圧水銀ランプ（ｇ
線：４３６nm又はｉ線：３６５nm）により構成される光
源２が設けられ、光源２において発生した照明光がコリ
メータレンズ４、フライアイレンズ（オプティカルイン
テグレータ）６に入射する。フライアイレンズの出射側
には可変絞り８が設けられており、可変絞り８を通過し
た照明光は、リレーレンズ１０、ミラー１２を介し、ミ
ラー１２においてほぼ垂直下方に反射されてマスクＭを
均一照明する。なお、光源は、水銀ランプに限らずエキ
シマレーザ（２４８nm）や（１９３nm）、更には、エキ
シマレーザ光源よりも短い波長を供給する光源を用いて
も良い。

【００３４】上述のマスクステージＭＳは、投影光学系
ＰＬの光軸ＡＸと直交する面内(ＸＹ平面内)で２次元的
に移動可能に設けられている。また、基板ステージＳＳ
は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する面内(ＸＹ平
面内)で２次元的に移動可能に設けられている。

【００３５】次に、図５を参照して、検査用レチクルＴ
Ｒの製造方法について説明する。まず、位相パターンＴ
ＲＭを形成するためのガラス基板Ｓを準備し(ステップ
Ｓ１０)、その表面にフォトレジストを塗布する(ステッ
プＳ１１)。

【００３６】次に、このフォトレジストが塗布されたガ
ラス基板Ｓを図４に示す投影露光装置の投影光学系ＰＬ
の像面に設定し、投影光学系ＰＬを用いてマスクＭに形
成された転写パターン(位相パターン)をフォトレジスト
を塗布したガラス基板Ｓに露光する（ステップＳ１
２）。この場合に露光量を変化させながら、ステップ・
アンド・リピート方式によりガラス基板Ｓに対して複数
個の転写パターン(位相パターン)を繰返し露光する。な
お、図１は、ガラス基板Ｓ上に露光量を変化させなが
ら、複数個の位相パターンＴＲＭ１０〜ＴＲＭ１６、Ｔ
ＲＭ２０〜ＴＲＭ２６を繰返し露光した状態を示すもの
であり、位相パターン毎に露光量を変化させて露光が行
われている。

【００３７】次に、現像機を用いてガラス基板Ｓ上のフ
ォトレジストの現像を行ない（ステップＳ１３）、ガラ
ス基板Ｓに形成された位相パターンＴＲＭ１０〜ＴＲＭ
１６、ＴＲＭ２０〜ＴＲＭ２６の中から位相パターンの
凸部と凹部とのデューティ比が最適な値になっている位
相パターンを決定する。即ち、決定された位相パターン
がレチクルアライメント系の光学系の検査に用いられる
位相パターンとなる。

【００３８】次に、ガラス基板Ｓ上をフォトレジストの
パターンをマスクとしてドライエッチングを行うことに
よって、位相パターンＴＲＭ１０〜ＴＲＭ１６、ＴＲＭ
２０〜ＴＲＭ２６がガラス基板Ｓ上に形成される（ステ
ップＳ１５）。この場合に、ドライエッチングの途中
で、ステップＳ１４において決定された位相パターン
(レチクルアライメント系の光学系の検査に用いられる
位相パターン)以外の位相パターンを用いて、位相パタ
ーンの段差(エッチング進み具合)を段差計測器を用いて
計測し、位相パターンの段差が足りない場合には、更に
はドライエッチングを継続して最適な位相パターンの段
差を形成する。次に、ガラス基板Ｓ上に残存しているフ
ォトレジストを剥離し、ガラス基板Ｓの洗浄を行うこと
により最適なデューティ比の位相パターンを含む検査用
レチクルＴＲが完成する（ステップＳ１６）。

【００３９】この検査用レチクルの製造方法によれば、
露光量を変化させながら位相パターンのパターンをフォ
トレジストにそれぞれ露光するため、露光量の違いによ
りデューティ比がそれぞれ異なる位相パターンＴＲＭが
ガラス基板上に形成される。従って、最適なデューティ
比となっている位相パターンＴＲＭを含む検査用レチク
ルＴＲを製造することができる。

【００４０】次に、製造された検査用レチクルＴＲの評
価について説明する。この検査用レチクルＴＲの評価
は、位相パターンＴＲＭの形状、即ち位相パターンの段
差、デューティ比、対称性及びエッジ角度が図３に示さ
れる値になっているか否かについて行われる。

【００４１】まず、位相パターンＴＲＭの段差の計測
は、特表平８‐５０２３５７号公報等に開示された段差
測定装置を用いて行う。この段差測定装置においては、
カウンタバランスされたスタイラスアームの先端部に取
付けられたスタイラスチップにより検査用レチクルＴＲ
の位相パターンＴＲＭの表面が走査され、位相パターン
ＴＲＭの表面形状に基づいて引起されるスタイラスチッ
プの撓みが電気信号に変換されて出力される。この出力
された電気信号に基づいて位相パターンＴＲＭの段差が
求められる。

【００４２】また、位相パターンＴＲＭのデューティ比
の計測は、特開平４‐６５６１９号等に開示されている
座標測定装置を用いて行う。この座標測定装置において
は、検査用レチクルＴＲの位相パターンＴＲＭがレーザ
光源から対物レンズを介して投射されるスポット光によ
り走査されると、位相パターンＴＲＭのエッジ部で散
乱、回折が生じるるため、この散乱光等を対物レンズの
周囲に設けられた４つの受光素子により検出することに
より位相パターンＴＲＭのエッジ部分の計測が行われ、
この座標からデューティ比が求められる。

【００４３】更に、位相パターンＴＲＭの対称性及びエ
ッジ角度の計測は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い
て行う。即ち、検査用レチクルＴＲと同条件のもとで露
光量を変えて形成した複数の位相パターンを有するダミ
ーの検査用レチクルＴＲを準備し、そのダミーの検査用
レチクル内の所望の位相パターンＴＲＭに直交する方向
に薄く切断し、走査型電子顕微鏡を用いて測定し、走査
型電子顕微鏡による断面像に基づいて位相パターンＴＲ
Ｍの対称性及びエッジ角度の計測を行う。更には、検査
用レチクルＴＲ内の所望の位相パターンＴＲＭを切断す
ることなく、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等を用いて検査
用レチクルＴＲ内の所望の位相パターンＴＲＭを直接的
に評価することも可能である。

【００４４】また、検査用レチクルＴＲの評価は、投影
露光装置に備えられるレチクルアライメント系と同等な
光学系(顕微鏡)である検査光学系を有する検査装置を用
いて行うことも可能である。図６は、投影露光装置に備
えられるレチクルアライメント系と同等な構成の検査光
学系を用いた検査装置を概略的に示す図である。なお、
図６においては、検査装置の光学系の光軸に対して平行
にＺ軸が、光軸に垂直な平面内において図６の紙面に平
行な方向にＸ軸が、Ｚ軸及びＸ軸に垂直な方向にＹ軸が
それぞれ設定されている。

【００４５】図６に示す検査装置は、照明光を供給する
ための光源(光ファイバ等)２０を備えている。光源２０
からの光は、平行平板２１を介してコンデンサーレンズ
２２に入射する。コンデンサーレンズ２２を介した照明
光は、一旦集光された後、照明リレーレンズ２３に入射
する。照明リレーレンズ２３を介して平行光となった照
明光は、ハーフミラー２４を透過した後、平行平板２５
及び開口絞り２６、第１対物レンズ２７に、順次入射す
る。第１対物レンズ２７で集光された照明光は、反射ミ
ラー２８の反射面で図中下方に反射された後、検査用レ
チクルＴＲ上に形成された位相パターンＴＲＭを照明す
る。

【００４６】このように、光源２０、平行平板２１、コ
ンデンサーレンズ２２、照明リレーレンズ２３、ハーフ
ミラー２４、平行平板２５、開口絞り２６、第１対物レ
ンズ２７及び反射ミラー２８は、位相パターンＴＲＭに
照明光を照射するための照明光学系を構成している。な
お、平行平板２１及び２５は、共に光学調整用のもので
ある。

【００４７】照明光に対する位相パターンＴＲＭからの
反射光は、反射ミラー２８、第１対物レンズ２７、開口
絞り２６及び平行平板２５を介して、ハーフミラー２４
に入射する。ハーフミラー２４で図中上方に反射された
光は、レンズ２９及びミラー３０を介してレンズ３１に
入射する。ここでレンズ２９及びレンズ３１は、第２対
物レンズを構成する。また、開口絞り２６は、第１対物
レンズ２７及び第２対物レンズ２９，３１を一体の検出
光学系としてとられた場合の瞳の位置に設けられてい
る。

【００４８】レンズ３１を介した光は、ＸＹ分岐ハーフ
ミラー３２に入射する。そして、ＸＹ分岐ハーフミラー
３２で反射された光はＹ方向用ＣＣＤ３３に、ＸＹ分岐
ハーフミラー３２を透過した光はＸ方向用ＣＣＤ３４に
入射する。

【００４９】このように、反射ミラー２８、第１対物レ
ンズ２７、開口絞り２６、平行平板２５、ハーフミラー
２４、レンズ２９、ミラー３０及びレンズ３１は、照明
光に対する位相パターンＴＲＭ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を構成している。
また、Ｙ方向用ＣＣＤ３３及びＸ方向用ＣＣＤ３４は、
結像光学系を介して形成された位相パターン像を光電変
換により検出する像検出手段を構成している。

【００５０】こうして、Ｙ方向用ＣＣＤ３３及びＸ方向
用ＣＣＤ３４の撮像面には、位相パターン像が形成され
る。Ｙ方向用ＣＣＤ３３及びＸ方向用ＣＣＤ３４からの
出力信号(光電変換信号)は、主制御系３５に供給され
る。

【００５１】主制御系３５は、ステージ制御信号をステ
ージ制御系３６に出力する。ステージ制御系３６は、ス
テージ制御信号にしたがって、検査用レチクルＴＲを支
持するレチクルステージ３７をＸＹ平面内、Ｚ方向(レ
チクル表面に対する法線方向)に適宜駆動する。また、
ステージ制御系３６は、ステージ制御信号にしたがっ
て、検査用レチクルステージ３７を支持するレチクル回
転機構３８を適宜駆動する。即ち、レチクル回転機構３
８は、ステージ制御信号にしたがって、検査用レチクル
を支持しているレチクルステージ３７を、検査用レチク
ルに形成された位相パターン上に立てた法線回りに１８
０°回転させる。

【００５２】図６に示す検査装置により検査用レチクル
ＴＲの評価を行う場合、即ち、検査用レチクルＴＲの位
相パターンＴＲＭの形状（位相パターンの段差、デュー
ティ比、対称性及びエッジ角度）が図３に示される値に
なっているか否かについて評価を行う場合には、この検
査装置の光学特性をほぼ完全な状態(許容可能な収差範
囲)に調整しておくことが望ましい。

【００５３】次に、図７を参照して、図６に示す検査装
置を用いて行われる、検査用レチクルＴＲの位相パター
ンＴＲＭの段差の評価、即ち検査用レチクルＴＲの位相
パターンＴＲＭの段差が図３に示す値となっているか否
かの評価について説明する。なお、この位相パターンＴ
ＲＭの段差の評価には、基準検査用レチクル（上述の段
差測定装置により実際の段差を計測する検査用レチク
ル）と被検査用レチクル（図６に示す検査装置を用いて
段差を求める検査用レチクル）が用いられる。

【００５４】まず、上述の段差測定装置を用いて基準検
査用レチクルの位相パターンの段差を実際に計測する
(ステップＳ２０)。次に、図６に示す検査装置を用い位
相パターン(２４μｍＬ／Ｓ)の明視野像における位相パ
ターンのライン部とスペース部の信号強度が等しいフォ
ーカス位置において、図６に示す検査装置を位相差検出
系として用い基準検査レチクルの位相パターンの信号強
度比（△ＩＬ／△ＩＳ(＝ｌ₀)）を計測する(ステップＳ
２１)。ここで、図６に示す検査装置を位相差検出系と
して用いるには、開口絞り２６の位置にλ／２の位相差
を与える位相差板ＰＨを設置する。なお、図８の(ａ)
は、図６に示す検査装置により検出した位相パターンの
明視野像の信号強度を示すものであり、図８の(ｂ)は、
図６に示す検査装置を位相差検出系として用いた場合に
位相差検出系により検出した位相パターンの信号強度を
示すものである。

【００５５】次に、図６に示す検査装置を位相差検出系
として用いて、即ち基準検査用レチクルの信号強度比を
計測したのと同一の検査装置を用いて被検査用レチクル
の信号強度比（△ＩＬ／△ＩＳ(＝ｌ' )）を計測する
(ステップＳ２２)。

【００５６】次に、予めシミュレーションにより求めて
おいた△ＩＬ／△ＩＳの値と段差との関係(相関関係)及
び上記計測で求めた実測値の差（ｌ'−ｌ₀）から被検査
用レチクルの位相パターンの段差の大きさを求め(ステ
ップＳ２３)、位相パターンの段差の大きさが図３に示
す値となっているか否かの評価を行う。

【００５７】次に、図９を参照して、図６に示す検査装
置を用いて行われる、検査用レチクルＴＲの位相パター
ンＴＲＭのデューティ比の評価、即ち検査用レチクルＴ
Ｒの位相パターンＴＲＭのデューティ比が図３に示す値
となっているか否かの評価について説明する。なお、こ
の位相パターンＴＲＭのデューティ比の評価には、基準
検査用レチクル（座標測定装置により実際のデューティ
比を計測する検査用レチクル）と被検査用レチクル（図
６に示す検査装置を用いてデューティ比の計測を行う検
査用レチクル）が用いられる。また、基準検査用レチク
ル、被検査用レチクルには、２４μｍＬ／Ｓ及び１２μ
ｍＬ／Ｓの２種類の線幅の位相パターンが形成されてい
るものを用いる。

【００５８】まず、上述の座標測定装置を用いて基準検
査用レチクルの位相パターンのデューティ比を実際に計
測する(ステップＳ３０)。次に、図６に示す検査装置を
用いて基準検査用レチクルの位相パターン（第１基準パ
ターン(２４μｍＬ／Ｓ)及び第２基準パターン（１２μ
ｍＬ／Ｓ)）の凹部に対応する位相パターン像の像強度
と凸部に対応する位相パターン像の像強度との差異を定
量化した指標αが０となるフォーカス位置(Ｚ₁及びＺ₂)
の計測を行い、その差（Ｚ₁−Ｚ₂）(＝Ｚ₀)を求める(ス
テップＳ３１)。

【００５９】ここで図１０は、位相パターン像の光強度
に応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶ
を、計測方向Ｓに対してプロットした図であって、位相
パターンの凹部に対応する位相パターン像の像強度と凸
部に対応する位相パターン像の像強度との差異を定量化
した指標αを説明するための図である。

【００６０】上述したように、位相パターンＴＲＭの像
が撮像素子であるＣＣＤ（３３，３４）の撮像面に形成
される。従って、図１０では、撮像素子（３３，３４）
からの撮像信号(光電変換信号)Ｖを非計測方向に積分し
た積分信号ΣＶを計測方向Ｓに対してプロットしてい
る。図１０に示すように、積分信号ΣＶは、計測方向Ｓ
に沿って周期ＢＰ（Ｂ：結像光学系の倍率；Ｐ：レチク
ル上における位相パターンＴＲＭのピッチ）毎に変化す
る。位相パターンの凹部に対応する位相パターン像の像
強度と凸部に対応する位相パターン像の像強度との差異
を定量化するために、積分信号ΣＶの分布においてｉ番
目の位相パターンの凹部に対応する積分信号ΣＶをＶio
（ｉ＝１，２，３…）とし、ｉ番目の位相パターンの凸
部に対応する積分信号ΣＶをＶit（ｉ＝１，２，３…）
とする。

【００６１】そして、位相パターンの凹部および凸部に
それぞれ対応する位相パターン像の像強度の間の差異の
指標αを、次の式（１）により求める。 α＝Σ｛Ｖit−Ｖio／（Ｖit＋Ｖio）｝／（２ｎ）（１）ここで、ｎは周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和
記号である。

【００６２】図１１は、周期の異なる２種類の位相パタ
ーンに対するデフォーカス量Ｚと指標αとの関係を示す
図である。被検光学系に収差が無く、更に２種類の位相
パターンのデューティ比が理想状態(ｌ／ｓ＝５０／５
０)である場合、デフォーカス量Ｚと指標αの関係はパ
ターンのピッチに依存せず、両方ともＬ３になる。とこ
ろが位相パターンのデューティ比が理想状態でなくなる
と、デフォーカス量Ｚと指標αの関係は、直線Ｌ１やＬ
２のようになる。この直線Ｌ１やＬ２がＺ軸と交差する
Ｚ１やＺ２の量は、検査に用いるパターンのピッチとデ
ューティ比に依存する。このデューティ比に依存するＺ
１とＺ２との差分(△Ｚ＝Ｚ₁−Ｚ₂)を用いて位相パター
ンのデューティ比の検査が行われる。

【００６３】ここで被検光学系に球面収差が残存してい
ると、上記△Ｚは収差量に応じて変化する。しかし球面
収差による△Ｚ_SAとデューティ比による△Ｚ_Dutyとの相
関は非常に小さいため、△Ｚ＝△Ｚ_SA＋△Ｚ_Dutyと記載
することができ、△Ｚ_SAは、被検光学系だけに依存しパ
ターンに依存しない。そのためデューティ比の分かって
いる基準検査用レチクルとの差分で検査を行うことによ
り、位相パターンのデューティ比の検査を正確に行うこ
とができる。

【００６４】また、光学系にコマ収差や光束ケラレが残
存していると、上記直線Ｌ１〜Ｌ３は直線ではなくなる
が、△Ｚの量は変化しない。

【００６５】次に、図６に示す検査装置、即ち基準検査
用レチクルの位相パターン（第１基準パターン（２４μ
ｍＬ／Ｓ)及び第２基準パターン（１２μｍＬ／Ｓ)）の
凹部に対応する位相パターン像の像強度と凸部に対応す
る位相パターン像の像強度との差異を定量化した指標α
が０となるフォーカス位置(Ｚ₁及びＺ₂)の計測を行った
のと同一の検査装置を用いて被検査用レチクルの（Ｚ₁
−Ｚ₂）(＝△Ｚ)を計測する(ステップＳ３２)。即ち、
被検査用レチクルの位相パターン（第１被検パターン
(２４μｍＬ／Ｓ)及び第２被検パターン（１２μｍＬ／
Ｓ)）の凹部に対応する位相パターン像の像強度と凸部
に対応する位相パターン像の像強度との差異を定量化し
た指標αが０となるフォーカス位置(Ｚ₁及びＺ₂)の計測
を行い、その差（Ｚ₁−Ｚ₂） (＝△Ｚ)を求める。

【００６６】次に、予めシミュレーションにより求めて
おいた(Ｚ₁−Ｚ₂)の値とデューティ比との関係(相関関
係)及び上記計測で求めた実測値の差（△Ｚ−Ｚ₀）から
被検査用レチクルのデューティ比の大きさを求め(ステ
ップＳ３３)、図３に示す値となっているか否かの評価
を行う。

【００６７】次に、図１２を参照して、図６に示す検査
装置を用いて行われる、検査レチクルＴＲの位相パター
ンＴＲＭの凸部の対称性（凸部の右側のエッジ角度と左
側のエッジ角度との対称性）の評価、即ち検査用レチク
ルＴＲの位相パターンＴＲＭの凸部の対称性が図３に示
す値となっているか否かの評価について説明する。な
お、この位相パターンＴＲＭの凸部の対称性の評価に
は、被検査用レチクル（図６に示す検査装置を用いて対
称性の計測を行う検査用レチクル）のみが用いられる。

【００６８】まず、図６に示す検査装置を用いて被検査
用レチクルの位相パターン像の非対称性の指標β₀の計
測を行う。ここで図１３は、位相パターン像の光強度に
応じた信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶを、
計測方向Ｓに対してプロットした図であって、位相パタ
ーン像の非対称性の指標βを説明するための図である。
即ち、位相パターンの像がＹ方向用ＣＣＤ３３及びＸ方
向用ＣＣＤ３４の撮像面に形成されるため、図１３は、
Ｙ方向用ＣＣＤ３３及びＸ方向用ＣＣＤ３４からの撮像
信号(光電変換信号)Ｖを非計測方向に積分したΣＶを計
測方向Ｓに対してプロットしたものである。図１３に示
すように、積分信号ΣＶは計測方向Ｓに沿って周期ＢＰ
（Ｂ：パターンから撮像面までの倍率；Ｐ：パターンの
ピッチ）毎に変化している。位相パターン像の非対称性
を定量化するために、積分信号ΣＶの分布においてｉ番
目の周期における図中左右の信号極小値をそれぞれＶiL
及びＶiR（ｉ＝１，２，３…）とする。また、積分信号
ΣＶの両端部分を除き各周期に亘る全体領域において、
信号の最大値及び最小値をそれぞれＶmax及びＶminとす
る。

【００６９】そして、位相パターン像の非対称性の指標
βを次の式（２）により求める。 β＝Σ｛（ＶiL−ＶiR／ｎ）×（１／（Ｖmax−Ｖmin））｝（２）ここで、ｎは、周期数であり、Σは、ｉ＝１〜ｎまでの
総和記号である。

【００７０】なお、上述の式（２）では、指標βを（Ｖ
max−Ｖmin）で規格化（無次元化）しているが、かなら
ずしも規格化する必要はない。

【００７１】次に、被検査用レチクルを１８０°回転さ
せる(ステップＳ４１)。即ち、ステージ制御系３６から
レチクル回転機構３８に対して制御信号を出力して、レ
チクルステージ３７を１８０°回転させることにより、
位相パターンＴＲＭを１８０°回転させる。この１８０
°回転させた状態の位相パターンＴＲＭを、図６に示す
検査装置、即ち、指標β₀を計測したのと同一の光学系
を用いて被検査用レチクルの位相パターンの指標β₁₈₀
を計測する(ステップＳ４２)。次に（β₀−β₁₈ ₀）／２
より被検査用レチクルの対称性が図３に示す値となって
いるか否かの評価を行う(ステップＳ４３)。

【００７２】次に、図１４を参照して、図６に示す検査
装置を用いて行われる、検査用レチクルＴＲの位相パタ
ーンＴＲＭの凸部のエッジ角度の評価、即ち検査用レチ
クルＴＲの位相パターンＴＲＭのエッジ角度が図３に示
す値となっているか否かの評価について説明する。な
お、この位相パターンＴＲＭの凸部のエッジ角度の評価
には、基準検査用レチクル（ＳＥＭにより実際のエッジ
角度を計測する検査用レチクル）と被検査用レチクル
（図６に示す検査装置を用いてエッジ角度の計測を行う
検査用レチクル）が用いられる。

【００７３】まず、上述のＳＥＭを用いて基準検査用レ
チクルの位相パターンのエッジ角度を実際に計測する
(ステップＳ５０)。次に、図６に示す検査装置を用いて
基準検査用レチクルの指標β′₀を計測すると共に、基
準検査用レチクルを１８０°回して基準検査用レチクル
の指標β′₁₈₀を計測する。２つの計測結果から基準検
査用レチクルの非対称性として、β_S′＝（β′₀−β′
₁₈₀）／２を求める（ステップＳ５１）。また、図６に
示す検査装置、即ち基準検査用レチクルの指標
（β′₀、β′₁₈₀）を計測したのと同一の検査光学系を
用いて被検査用レチクルの指標β″₀を計測すると共
に、被検査用レチクルを１８０°回転させて被検査用レ
チクルの指標β″₁₈₀を計測する。２つの計測結果から
被検査用レチクルの非対称性として、β_S″＝（β″₀−
β″₁₈₀）／２を求める（ステップＳ５２）。

【００７４】次に、予めシミュレーションにより求めて
おいた指標βの値とエッジ角度との関係（相関関係）、
及び基準検査用レチクルの非対称性を考慮した基準検査
用レチクルの実測値と被検査用レチクルの非対称性を考
慮した被検査用レチクルの実測値との差（β″₀−
β_S″）−（β′₀−β_S′）から被検査用レチクルのエ
ッジ角度を求め、被検査用レチクルのエッジ角度が図３
に示す値となっているかの評価を行う（ステップＳ５
３）。

【００７５】なお、以上の図１４に示したフローチャー
トでは、基準検査用レチクルと被検査用レチクルとの双
方のレチクルの非対称性をそれぞれ求める工程（ステッ
プＳ５１及びステップＳ５２の一部の工程）と双方のレ
チクルの非対称性の影響を除去（補正）する工程（ステ
ップＳ５３の一部の工程）によって双方のレチクルの非
対称性を考慮したが、双方のレチクルの対称性が良い場
合には双方のレチクルの非対称性を考慮しなくても良
い。この場合には、ステップＳ５３では、予めシミュレ
ーションにより求めておいた指標βの値とエッジ角度と
の関係（相関関係）、及び基準検査用レチクルの実測値
と被検査用レチクルの実測値との差（β″ ₀−β′₀）又
は（β″₁₈₀−β′₁₈₀）から被検査用レチクルのエッジ
角度を求めることができる。

【００７６】以上説明したように、投影露光装置に備え
られているレチクルアライメント系ＲＡと同等な光学系
を有する検査装置を用いて、位相パターンの形状、即ち
位相パターンの段差、位相パターンのデューティ比、位
相パターンの凸部の左右のエッジ角度の対称性及び位相
パターンの凸部の左右のエッジ角度の大きさが図３に示
す値となっているか否かを容易に評価することができ
る。即ち、この評価方法によれば、段差測定装置、座標
測定装置及び走査型電子顕微鏡を用いて位相パターンの
形状の評価を行った基準検査用レチクルがあれば、被検
査用レチクルの位相パターンの形状の評価の際には、段
差測定装置、座標測定装置及び走査型電子顕微鏡等の特
別な装置が無くても位相パターンの形状の評価を行うこ
とができる。

【００７７】図１５は、投影露光装置(露光装置)の構成
を概略的に示す図である。なお、図１５においては、投
影露光装置の投影光学系ＰＬの光軸に対して平行にＺ軸
が、光軸に垂直な平面内において図１５の紙面に平行な
方向にＸ軸が、Ｚ軸及びＸ軸に垂直な方向にＹ軸がそれ
ぞれ設定されている。

【００７８】この投影露光装置は、適当な露光光でマス
クとしてのレチクルＲを均一に照明するための露光用照
明光学系（図示せず）を備えている。レチクルＲはレチ
クルステージ１０１上においてＸＹ平面とほぼ平行に支
持されており、そのパターン領域ＰＡには転写すべき回
路パターンが形成されている。レチクルステージ１０１
は、レチクルステージ制御部１４０によって、レチクル
Ｒの表面とほぼ平行なＸＹ平面内において二次元的に駆
動されると共にレチクルＲの表面に立てた法線の方向で
あるＺ軸方向にも駆動されるようになっている。レチク
ルＲを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して感光性基
板であるウエハ（またはガラスプレート）Ｗに達し、ウ
エハＷ上にはレチクルＲのパターン像が形成される。

【００７９】なお、ウエハＷは、ウエハホルダ１２１を
介してＺステージ１２２上においてＸＹ平面とほぼ平行
に支持されている。Ｚステージ１２２は、ウエハステー
ジ制御部１２４によって、投影光学系ＰＬの光軸に沿っ
て駆動されるようになっている。Ｚステージ１２２は更
に、ＸＹステージ１２３上に支持されている。ＸＹステ
ージ１２３は、ウエハステージ制御部１２４によって、
投影光学系ＰＬの光軸に対して垂直なＸＹ平面内におい
て二次元的に駆動されるようになっている。

【００８０】投影露光の際には、レチクルＲのパターン
領域ＰＡとウエハＷ上の各露光領域とを光学的に位置合
わせ（アライメント）する必要がある。そこで、この投
影露光装置には、ウエハＷの位置検出を行いウエハＷの
アライメントを行うウエハアライメントＦＩＡ系及びレ
チクルＲの位置検出を行いレチクルＲのアライメントを
行うレチクルアライメント系ＲＡが設けられている。

【００８１】図１５に示すウエハアライメント系ＦＩＡ
は、照明光（アライメント光ＡＬ１）を供給するため
に、例えばハロゲンランプのような光源１０３を備えて
いる。光源１０３からの光は、例えば光ファイバのよう
なライトガイド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照明光は、
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平行平板１２９
ａ、コンデンサーレンズ１２９に入射する。

【００８２】コンデンサーレンズ１２９を介したアライ
メント光ＡＬ１は、一旦集光された後、照明視野絞りＦ
ＳＩ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ＡＬ１は、ハーフプリズム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ＡＬ１は、反射プリズム１
０８の反射面で図中下方に反射された後、ウエハＷ上に
形成されたアライメントマークＡＭ１を照明する。

【００８３】このように、光源１０３、ライトガイド１
０４、照明開口絞り１２７、平行平板１２９ａ、コンデ
ンサーレンズ１２９、照明視野絞り（図示せず）、照明
リレーレンズ１０５、ハーフプリズム１０６、第１対物
レンズ１０７及び反射プリズム１０８は、アライメント
マークＡＭ１に照明光を照射するための照明光学系を構
成している。

【００８４】照明光に対するアライメントマークＡＭ１
からの反射光は、反射プリズム１０８及び第１対物レン
ズ１０７を介して、ハーフプリズム１０６に入射する。
ハーフプリズム１０６で図中上方に反射された光は、第
２対物レンズ１１１を介して、指標板１１２上にアライ
メントマークＡＭ１の像を形成する。指標板１１２を介
した光は、リレーレンズ系を構成するリレーレンズ１１
３，平行平板１１３ａ及びリレーレンズ１１４を介し
て、ＸＹ分岐ハーフプリズム１１５に入射する。そし
て、ＸＹ分岐ハーフプリズム１１５で反射された光はＹ
方向用ＣＣＤ１１６に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１１５
を透過した光はＸ方向用ＣＣＤ１１７に入射する。な
お、リレーレンズ系（１１３，１１３ａ，１１４）の平
行光路中には、必要に応じて結像開口絞り１３０が配置
されている。

【００８５】このように、反射プリズム１０８、第１対
物レンズ１０７、ハーフプリズム１０６、第２対物レン
ズ１１１、指標板１１２、リレーレンズ系（１１３，１
１３ａ，１１４）、結像開口絞り１３０及びハーフプリ
ズム１１５は、照明光に対するアライメントマークＡＭ
１からの反射光に基づいてアライメントマーク像を形成
するための結像光学系（検出光学系）を構成している。
また、Ｙ方向用ＣＣＤ１１６及びＸ方向用ＣＣＤ１１７
は、結像光学系を介して形成されたマーク像を検出する
ための像検出手段(光電変換部)を構成している。

【００８６】こうして、Ｙ方向用ＣＣＤ１１６及びＸ方
向用ＣＣＤ１１７の撮像面には、アライメントマークの
マーク像が指標板１１２の指標パターン像とともに形成
される。Ｙ方向用ＣＣＤ１１６及びＸ方向用ＣＣＤ１１
７からの出力信号は、信号処理系１１８に供給される。
更に、信号処理系１１８において信号処理（波形処理）
により得られたアライメントマークＡＭ１の位置情報
は、主制御部１２５に供給される。

【００８７】主制御部１２５は、信号処理系１１８から
のウエハアライメントマークＡＭ１の位置情報に基づい
て、ウエハステージ制御信号をウエハステージ制御部１
２４に出力する。ウエハステージ制御部１２４は、ステ
ージ制御信号にしたがってＸＹステージ１２３を適宜駆
動し、ウエハＷのアライメントを行う。

【００８８】また、主制御部１２５には、例えば、キー
ボード等の入力手段１２６を介して、照明開口絞り１２
７、結像開口絞り１３０、および第２対物レンズ１１１
を適切な時期に駆動させるべき情報（ウエハアライメン
ト系ＦＩＡの光学特性を検査するための検査用ウエハＴ
Ｗがウエハステージ（１２１〜１２３）に搬送されてく
る時期や順番等の情報を含むウエハ搬送マップ等）が入
力される。そして、主制御部１２５は、ウエハアライメ
ント系制御部１３１を介して各駆動部（Ｄ１１、Ｄ１
２、Ｄ１３、Ｄ１４）を駆動させ、経時的に変化する光
学特性として、ウエハアライメント系ＦＩＡにおける照
明光学系側のケラレ（又は照明テレセントリシティ）、
ウエハアライメント系ＦＩＡにおける結像光学系側のケ
ラレ、あるいはウエハアライメント系ＦＩＡにおける結
像光学系のコマ収差、球面収差等をそれぞれ補正するこ
とができる。

【００８９】まず、ウエハアライメント系ＦＩＡにおけ
る照明光学系側のケラレ（又は照明テレセントリシテ
ィ）は、光軸に直交する方向に移動する照明開口絞り１
２７と、光軸に対して傾斜する平行平板１２９ａの少な
くとも一方を駆動系Ｄ１１を介して駆動させることによ
り調整される。

【００９０】また、ウエハアライメント系ＦＩＡにおけ
る結像光学系側のケラレは、光軸に直交する方向に移動
する結像開口絞り１３０と、光軸に対して傾斜する平行
平板１１３ａの少なくとも一方を駆動系Ｄ１２を介して
駆動させることにより調整される。

【００９１】ここで、ウエハアライメント系ＦＩＡにお
ける照明光学系側及び結像光学系側のケラレは、後述す
る図１７（ｂ）と同様な手法により求めることができ
る。まず、図３に示す条件を満たす検査用マークが形成
された図２１に示す検査用のウエハＴＷ（検査用基板：
図２１〜図２３を参照）を、不図示のウエハ搬送装置を
介してウエハホルダ２１２上に載置する。そして、主制
御部１２５は、ウエハステージ制御部１２４を介してＺ
ステージ１２２をＺ方向（投影光学系の光軸方向または
検査用のウエハＴＷの法線方向）に移動させて、光電検
出器（１１６、１１７）及び信号処理部１１８を介して
得られる検査用のウエハＴＷのマーク像に関する光電検
出情報とウエハステージ制御部１２４内の位置計測系
（干渉計等）からの位置情報とから、図１７（ｂ）に示
す指標βとデフォーカス量の関係を求め、最終的に調整
量（補正量）を求める。この結果に基づいて、主制御系
１２５は、ウエハアライメント系制御部１３１を介して
各駆動部（Ｄ１１、Ｄ１２）を駆動させ、これによっ
て、ウエハアライメント系ＦＩＡにおける照明光学系側
及び結像光学系側のケラレが調整（補正）される。な
お、ウエハアライメント系ＦＩＡにおける照明光学系側
のケラレ調整は照明テレセントリシティを調整すること
にも相当する。このため、主制御部１２５は、検査用の
ウエハＴＷを用いてＺステージ１２２をＺ方向（投影光
学系の光軸方向または検査用のウエハＴＷの法線方向）
に移動させながら、デフォーカス量と検査用のウエハＴ
Ｗのマーク像の横ずれ量との関係から照明テレセントリ
シティの調整量（補正量）を求めても良い。さらには、
前者及び後者の双方の手法を併用してウエハアライメン
ト系ＦＩＡにおける照明光学系側のケラレ（照明テレセ
ントリシティ）を調整しても良い。

【００９２】次に、ウエハアライメント系ＦＩＡにおけ
る結像光学系のコマ収差は、光軸直交する方向に移動す
る第２対物レンズ１１１の１部を駆動系Ｄ１３を介して
駆動させることにより調整される。

【００９３】ここで、ウエハアライメント系ＦＩＡにお
ける結像光学系のコマ収差は、後述する図１７（ａ）と
同様な手法により求めることができる。まず、図３に示
す条件を満たす検査用マークが形成された図２１に示す
検査用のウエハＴＷ（検査用基板：図２１〜図２３を参
照）を、不図示のウエハ搬送装置を介してウエハホルダ
２１２上に載置する。そして、主制御部１２５は、ウエ
ハステージ制御部１２４を介してＺステージ１２２をＺ
方向（投影光学系の光軸方向または検査用のウエハＴＷ
の法線方向）に移動させて、光電検出器（１１６、１１
７）及び信号処理部１１８を介して求められる検査用の
ウエハＴＷのマーク像に関する光電検出情報とウエハス
テージ制御部１２４の位置計測系（干渉計等）からの位
置情報から、図１７（ａ）に示す指標βとデフォーカ
ス量の関係を求め、最終的に調整量（補正量）を求め
る。この結果に基づいて、主制御部１２５は、ウエハア
ライメント系制御部１３１を介して駆動部Ｄ１３を駆動
させることによって、ウエハアライメント系ＦＩＡにお
ける結像光学系のコマ収差が調整（補正）される。

【００９４】また、ウエハアライメント系ＦＩＡにおけ
る結像光学系の球面収差は、光軸方向に移動する第２対
物レンズ１１１の１部を駆動系Ｄ１４を介して駆動させ
ることにより調整される。

【００９５】ここで、ウエハアライメント系ＦＩＡにお
ける結像光学系の球面収差は、後述する図１９と同様な
手法により求めることができる。まず、図３に示す条件
を満たす検査用マークが形成された図２１に示す検査用
のウエハＴＷ（検査用基板：図２１〜図２３を参照）
を、不図示のウエハ搬送装置を介してウエハホルダ２１
２上に載置する。そして、主制御部１２５は、ウエハス
テージ制御部１２４を介してＺステージをＺ方向（投影
光学系の光軸方向または検査用のウエハＴＷの法線方
向）に移動させて、光電検出器（１１６、１１７）及び
信号処理部１１８を介して得られる検査用のウエハＴＷ
のマーク像に関する光電検出情報とウエハステージ制御
部１２４の位置計測系（干渉計等）からの位置情報か
ら、図１９の指標αとデフォーカス量の関係を求め、最
終的に調整量（補正量）を求める。この結果に基づい
て、主制御部１２５は、ウエハアライメント系制御部１
３１を介して駆動部Ｄ１４を駆動させることによって、
ウエハアライメント系ＦＩＡにおける結像光学系の球面
収差が調整（補正）される。

【００９６】以上においては、ウエハアライメント系Ｆ
ＩＡの光学特性を計測する際に、検査用のウエハＴＷを
用いた例を述べたが、図１５に示すウエハホルダ２１２
の一端に、図３に示す条件を満たす計測マーク（計測マ
ーク）ＴＲＭが形成された計測マーク板（基準マーク
板）２００を配置し、この計測マーク板（基準マーク
板）２００を用いてウエハアライメント系ＦＩＡの光学
特性を計測しても良い。

【００９７】また、図１５に示すレチクルアライメント
系ＲＡは、照明光を供給するために光源(光ファイバ等)
１４１を備えている。光源１４１からの光ＡＬ２は、平
行平板１４２を介してコンデンサーレンズ１４３に入射
する。コンデンサーレンズ１４３を介した照明光は、一
旦集光された後、照明リレーレンズ１４４に入射する。
照明リレーレンズ１４４を介して平行光となった照明光
は、ハーフミラー１４５を透過した後、平行平板１４６
及び開口絞り１４７、第１対物レンズ１４８に、順次入
射する。第１対物レンズ１４８で集光された照明光は、
反射ミラー１４９の反射面で図中下方に反射された後、
レチクルＲ上に形成されたアライメントマークＡＭ２を
照明する。

【００９８】このように、光源１４１、平行平板１４
２、コンデンサーレンズ１４３、照明リレーレンズ１４
４、ハーフミラー１４５、平行平板１４６、開口絞り１
４７、第１対物レンズ１４８及び反射ミラー１４９は、
アライメントマークＡＭ２に照明光を照射するための照
明光学系を構成している。

【００９９】照明光に対するアライメントマーク(レチ
クルマーク)ＡＭ２からの反射光は、反射ミラー１４
９、第１対物レンズ１４８、開口絞り１４７及び平行平
板１４６を介して、ハーフミラー１４５に入射する。ハ
ーフミラー１４５で図中上方に反射された光は、レンズ
１５０及びミラー１５１を介してレンズ１５２に入射す
る。ここでレンズ１５０及びレンズ１５２は、第２対物
レンズを構成する。また、開口絞り１４７は、第１対物
レンズ１４８及び第２対物レンズ１５０，１５２を一体
の検出光学系としてとられた場合の瞳の位置に設けられ
ている。

【０１００】レンズ１５２を介した光は、ＸＹ分岐ハー
フミラー１５３に入射する。そして、ＸＹ分岐ハーフミ
ラー１５３で反射された光はＹ方向用ＣＣＤ１５４に、
ＸＹ分岐ハーフミラー１５３を透過した光はＸ方向用Ｃ
ＣＤ１５５に入射する。

【０１０１】このように、反射ミラー１４９、第１対物
レンズ１４８、開口絞り１４７、平行平板１４６、ハー
フミラー１４５、レンズ１５０、ミラー１５１及びレン
ズ１５２は、照明光に対するアライメントマークＡＭ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(検出光学系)を構成している。また、Ｙ方向用ＣＣ
Ｄ１５４及びＸ方向用ＣＣＤ１５５は、結像光学系を介
して形成された位相パターン像を光電変換により検出す
る像検出手段を構成している。

【０１０２】こうして、Ｙ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ方
向用ＣＣＤ１５５の撮像面には、アライメントマーク像
が形成される。Ｙ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ方向用ＣＣ
Ｄ１５５からの出力信号(光電変換信号)は、主制御部１
２５に供給される。この主制御部１２５においては、光
電検出された位相パターンＴＲＭ像の情報に基づいて検
出光学系の光学特性の計測を行う。

【０１０３】主制御部１２５は、レチクルステージ制御
信号をレチクルステージ制御部１４０に出力する。レチ
クルステージ制御部１４０は、ステージ制御信号にした
がって、レチクルＲを支持するレチクルステージ１０１
をＸＹ平面内及びＺ軸方向に適宜駆動し、レチクルＲの
アライメントを行う。

【０１０４】また、主制御部１２５には、例えば、キー
ボード等の入力手段１２６を介して、開口絞り１４７、
第１対物レンズ１４８、および第２対物レンズ（１５
０、１５２）を適切な時期に駆動させるべき情報（レチ
クルアライメント系ＲＡの光学特性を検査するための検
査用レチクルＴＲがレチクルステージ１０１に搬送され
てくる時期や順番等の情報を含むレチクル搬送マップ
等）が入力される。そして、主制御部１２５は、レチク
ルアライメント系制御部１５６を介して各駆動部（Ｄ２
１、Ｄ２２、Ｄ２３、Ｄ２４）を駆動させ、経時的に変
化する光学特性として、レチクルアライメント系ＲＡに
おける照明光学系側のケラレ（又は照明テレセントリシ
ティ）、レチクルアライメント系ＲＡにおける結像光学
系側のケラレ、あるいはレチクルアライメント系ＲＡに
おける結像光学系のコマ収差、球面収差等をそれぞれ補
正することができる。

【０１０５】まず、レチクルアライメント系ＲＡにおけ
る照明光学系側のケラレ（又は照明テレセントリシテ
ィ）は、光軸に直交する方向に移動する照明開口絞り１
４２ａと、光軸に対して傾斜する平行平板１４２の少な
くとも一方を駆動系Ｄ２１を介して駆動させることによ
り調整される。

【０１０６】また、レチクルアライメント系ＲＡにおけ
る結像光学系側のケラレは、光軸に直交する方向に移動
する結像開口絞り１４７と、光軸に対して傾斜する平行
平板１４６の少なくとも一方を駆動系Ｄ２２を介して駆
動させることにより調整される。

【０１０７】ここで、レチクルアライメント系ＲＡにお
ける照明光学系側及び結像光学系側のケラレは、後述す
る図１７(ｂ)と同様な手法により求めることができる。
まず、図３に示す条件を満たす検査用マークが形成され
た図１に示す検査用のレチクルＴＲを、不図示のレチク
ル搬送装置を介してレチクルステージ１０１上に載置す
る。そして、主制御部１２５は、レチクルステージ制御
部１４０を介してレチクルステージ１０１をＺ方向（投
影光学系の光軸方向または検査用のレチクルＴＲの法線
方向）へ移動（又はレチクルアライメント制御部１５６
及び駆動部Ｄ２４５を介して第１対物レンズ系の少なく
とも１部を光軸方向へ移動）させて、光電検出器（１５
４、１５５）を介して得られる検査用のレチクルＴＲの
マーク像に関する光電検出情報、およびレチクルステー
ジ制御部１４０の位置計測系（干渉計等）からの位置情
報とから、図１７（ｂ）に示す指標βとデフォーカス量
の関係を求め、最終的に調整量（補正量）を求める。こ
の結果に基づいて、主制御部１２５は、レチクルアライ
メント系制御部１５６を介して各駆動部（Ｄ２１、Ｄ２
２）を駆動させ、これによって、レチクルアライメント
系ＲＡにおける照明光学系側及び結像光学系側のケラレ
が調整（補正）される。なお、レチクルアライメント系
ＲＡにおける照明光学系側のケラレ調整は照明テレセン
トリシティを調整することにも相当する。このため、主
制御部１２５は、検査用のレチクルＴＲを用いて、レチ
クルステージ制御部１４０を介してレチクルステージ１
０１をＺ方向（投影光学系の光軸方向または検査用のレ
チクルＴＲの法線方向）へ移動（又はレチクルアライメ
ント制御部１５６及び駆動部Ｄ２３を介して第１対物レ
ンズ系の少なくとも１部を光軸方向へ移動）ながら、デ
フォーカス量と検査用のレチクルＴＲのマーク像の横ず
れ量との関係から照明テレセントリシティの調整量（補
正量）を求めても良い。さらには、前者及び後者の双方
の手法を併用してレチクルアライメント系ＲＡにおける
照明光学系側のケラレ（照明テレセントリシティ）を調
整しても良い。

【０１０８】次に、レチクルアライメント系ＲＡにおけ
る結像光学系のコマ収差は、光軸に直交する方向に移動
する第２対物レンズ１５０の１部を駆動系Ｄ２３を介し
て駆動させることにより調整される。

【０１０９】ここで、レチクルアライメント系ＲＡにお
ける結像光学系のコマ収差は、後述する図１７（ａ）と
同様な手法により求めることができる。まず、図３に示
す条件を満たす検査用マークが形成された図１に示す検
査用のレチクルＴＲを、不図示のレチクル搬送装置を介
してレチクルステージ１０１上に載置する。そして、主
制御部１２５は、レチクルステージ制御部１４０を介し
てレチクルステージ１０１をＺ方向（投影光学系の光軸
方向または検査用のレチクルＴＲの法線方向）へ移動
（又はレチクルアライメント制御部１５６及び駆動部Ｄ
２４を介して第１対物レンズ系の少なくとも１部を光軸
方向へ移動）させて、光電検出器（１５４、１５５）を
介して得られる検査用のレチクルＴＲのマーク像に関す
る光電検出情報、およびレチクルステージ制御部１４０
の位置計測系（干渉計等）からの位置情報とから、図１
７（ａ）に示す指標βとデフォーカス量の関係を求め、
最終的に調整量（補正量）を求める。この結果に基づい
て、主制御部１２５は、レチクルアライメント制御部１
５６を介して駆動部Ｄ２３を駆動させることによって、
レチクルアライメント系ＲＡにおける結像光学系のコマ
収差が調整（補正）される。

【０１１０】また、レチクルアライメント系ＲＡにおけ
る結像光学系の球面収差は、光軸方向に移動する第２対
物レンズ１１１の１部を駆動系Ｄ２４を介して駆動させ
ることにより調整される。

【０１１１】ここで、レチクルアライメント系ＲＡにお
ける結像光学系の球面収差は、後述する図１９と同様な
手法により求めることができる。まず、図３に示す条件
を満たす検査用マークが形成された図１に示す検査用の
レチクルＴＲを、不図示のレチクル搬送装置を介してレ
チクルステージ１０１上に載置する。そして、主制御部
１２５は、レチクルステージ制御部１４０を介してレチ
クルステージ１０１をＺ方向（投影光学系の光軸方向ま
たは検査用のレチクルＴＲの法線方向）へ移動（又はレ
チクルアライメント制御部１５６及び駆動部Ｄ２４を介
して第１対物レンズ系の少なくとも１部を光軸方向へ移
動）させて、光電検出器(１５４、１５５)を介して得ら
れる検査用のレチクルＴＲのマーク像に関する光電検出
情報、およびレチクルステージ制御部１４０の位置計測
系（干渉計等）からの位置情報とから、図１９の指標α
とデフォーカス量の関係を求め、最終的に調整量（補正
量）を求める。この結果に基づいて、主制御部１２５
は、レチクルアライメント制御部１５６を介して駆動部
Ｄ２４を駆動させることによって、レチクルアライメン
ト系ＲＡにおける結像光学系の球面収差が調整（補正）
される。

【０１１２】以上においては、レチクルアライメント系
ＲＡの光学特性を計測する際に、検査用のウエハＴＷを
用いた例を述べたが、レチクルステージ１０１の一端
に、図３に示す条件を満たす計測マーク（計測マーク）
ＲＦＭが形成された計測マーク板（基準マーク板）１９
８を配置し、この計測マーク板（基準マーク板）１９８
を用いてレチクルアライメント系ＲＡの光学特性を計測
しても良い。

【０１１３】この図１５に示す投影露光装置の製造は、
レチクルアライメント系の照明光学系及び結像光学系の
光学特性の調整工程を含んだ工程として行われる。即
ち、図１６に示すように、まず、露光用照明光学系及び
投影光学系ＰＬを有する露光装置の準備を行う(ステッ
プＳ６０)。次に、ウエハアライメント系及びレチクル
アライメント系の設置を行う(ステップＳ６１)。

【０１１４】次に、図３に示す形状の位相パターンＴＲ
Ｍを有する検査用レチクルＴＲをレチクルステージ１０
１上に載置する。ここでレチクルステージ１０１上に載
置する検査用レチクルＴＲは、位相パターンＴＲＭの形
状を段差測定装置、座標測定装置及び走査型電子顕微鏡
等を用いて評価したもの、又はレチクルアライメント系
と同等な光学系を有する検査装置を用いて評価を行った
ものを用いる。そして、レチクルステージ１０１上に載
置された検査用レチクルＴＲの位相パターンＴＲＭを、
レチクルアライメント系の観察視野内(検出視野内)に位
相パターンＴＲＭを位置させて、位相パターンＴＲＭを
Ｙ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ方向用ＣＣＤ１５５により
計測する。即ち、Ｙ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ方向用Ｃ
ＣＤ１５５の撮像面には、位相パターンＴＲＭのマーク
像が形成され、Ｙ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ方向用ＣＣ
Ｄ１５５により光電変換(光電検出)される。Ｙ方向用Ｃ
ＣＤ１５４及びＸ方向用ＣＣＤ１５５からの出力信号
は、主制御部１２５に供給される。従って、光電検出に
て得られた情報に関する出力信号に基づいて、球面収
差、コマ収差及び光束ケラレの量を正確に計測する(ス
テップＳ６２)。

【０１１５】ここで図１５に示すレチクルアライメント
系ＲＡによる、このレチクルアライメン系ＲＡの光学系
(被検光学系)が有するコマ収差の量、光束ケラレの量、
球面収差の量の計測方法について説明する。

【０１１６】まず、コマ収差、光束ケラレの計測には、
上述の位相パターン像の非対称性の指標βを用いる。即
ち、図１７は、主制御部１２５の指令に基づきレチクル
アライメント系制御部１５６が第１対物レンズ１４８を
構成するレンズの中のＡＦレンズを光軸方向に移動させ
ることにより、又は第１対物レンズ１４８を構成する全
てのレンズを一体として光軸方向に移動させることによ
り、Ｙ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ方向用ＣＣＤ１５５の
撮像面に形成される位相パターンＴＲＭのマーク像をデ
フォーカスさせた場合の、各デフォーカス状態での位相
パターン像の非対称性の指標βの変化と諸収差との関係
を示す図である。被検光学系にコマ収差のみが存在する
場合、図１７（ａ）において直線Ｌ４で示すように、指
標βはデフォーカス量Ｚに依存してほぼ線形的に変化す
る。そして、この直線Ｌ４の傾き（β／Ｚ）（＝ａ）は
コマ収差量にほぼ比例するため、この直線Ｌ４の傾き
（β／Ｚ）（＝ａ）に基づいてコマ収差量を求めること
ができる。

【０１１７】なお、検査用レチクルの位相パターンにつ
いての（β／Ｚ）（＝ａ）の計測値に、この計測値と基
準検査用レチクル（段差測定装置、座標測定装置及び走
査型電子顕微鏡等を用いて位相パターンの評価を行った
基準検査用レチクル）についての（β／Ｚ）（＝ａ）の
計測値との差をオフセット量として考慮することによ
り、更に正確にコマ収差量を求めることができる。

【０１１８】また、被検光学系において光束ケラレが存
在する場合、図１７（ｂ）に示すように、指標βはデフ
ォーカス方向及びデフォーカス量Ｚに依存して遇関数と
なる。そして、この関数Ｌ５の直線Ｌ６に対する折れ曲
がり量（β／Ｚ）（＝ｂ）は、光束ケラレ量にほぼ比例
するため、折れ線Ｌ５の直線Ｌ６に対する折れ曲がり量
（β／Ｚ）（＝ｂ）に基づいて、光束ケラレ量を求める
ことができる。

【０１１９】なお、検査用レチクルの位相パターンにつ
いての（β／Ｚ）（＝ｂ）の計測値に、この計測値と基
準検査用レチクル（段差測定装置、座標測定装置及び走
査型電子顕微鏡等を用いて位相パターンの評価を行った
基準検査用レチクル）についての（β／Ｚ）（＝ｂ）の
計測値との差をオフセット量として考慮することによ
り、更に正確に光束ケラレ量を求めることができる。

【０１２０】次に、球面収差の計測には、検査用レチク
ルの位相パターン（２４μｍＬ／Ｓ及び１２μｍＬ／
Ｓ）の凹部に対応する位相パターン像の像強度と凸部に
対応する位相パターン像の像強度との差異を定量化した
指標αが０となるフォーカス位置(Ｚ₁及びＺ₂)の差（Ｚ
₁−Ｚ₂）を用いる。

【０１２１】図１８は、主制御部１２５の指令に基づき
レチクルアライメント系制御部１５６が第１対物レンズ
１４８を構成するレンズの中のＡＦレンズを光軸方向に
移動させることにより、又は第１対物レンズ１４８を構
成する全てのレンズを一体として光軸方向に移動させる
ことにより、Ｙ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ方向用ＣＣＤ
１５５の撮像面に形成される位相パターンＴＲＭのマー
ク像をデフォーカスさせた場合の、各デフォーカス状態
での、位相パターンの凹部及び凸部にそれぞれ対応する
位相パターン像の像強度の間の差異の指標αの変化と球
面収差との関係を示す図である。なお、図１８におい
て、Ｚ＝０は被検光学系の近軸像面位置に対応してい
る。また、α＝０は、位相パターンの凹部に対応する位
相パターン像の像強度と凸部に対応する位相パターン像
の像強度とが等しくなる状態に対応している。被検光学
系（この場合は結像光学系）において球面収差が存在し
ない場合、指標αはデフォーカス量Ｚの値に応じてほぼ
正比例した変化を示す。即ち、指標αの変化を示す直線
Ｌ７において、α＝０のときＺ＝０となる。

【０１２２】一方、被検光学系において補正オーバーの
球面収差が存在する場合は、指標αの変化を示す直線Ｌ
８及びＬ９において、α＝０のときのＺの値は負とな
る。また、α＝０のときのＺの絶対値は、その球面収差
量の大きさに応じて大きくなる。即ち、補正オーバーの
球面収差が比較的大きく存在する場合の指標αの変化を
示す直線Ｌ８がＺ軸（α＝０の軸線）と交わるときのＺ
の絶対値の方が、補正オーバーの球面収差が比較的小さ
く存在する場合の指標αの変化を示す直線Ｌ９がＺ軸と
交わるときのＺの絶対値よりも大きくなる。このよう
に、補正オーバーの球面収差が存在する場合、位相パタ
ーンの凹部に対応する位相パターン像の像強度と凸部に
対応する位相パターン像の像強度とが等しくなるデフォ
ーカス位置が、その球面収差量の大きさに応じてＺ＝０
の近軸像面位置から負の方向へ離れる傾向となる。

【０１２３】また、被検光学系において補正アンダーの
球面収差が存在する場合は、指標αの変化を示す直線Ｌ
１０及びＬ１１において、α＝０のときのＺの値は正と
なる。また、α＝０のときのＺの値は、その球面収差量
の大きさに応じて大きくなる。即ち、補正アンダーの球
面収差が比較的大きく存在する場合の指標αの変化を示
す直線Ｌ１０がＺ軸（α＝０の軸線）と交わるときのＺ
の値の方が、補正アンダーの球面収差が比較的小さく存
在する場合の指標αの変化を示す直線Ｌ１１がＺ軸と交
わるときのＺの値よりも大きくなる。このように、補正
アンダーの球面収差が存在する場合、位相パターンの凹
部に対応する位相パターン像の像強度と凸部に対応する
位相パターン像の像強度とが等しくなるデフォーカス位
置が、その球面収差量の大きさに応じてＺ＝０の近軸像
面位置から正の方向へ離れる傾向となる。

【０１２４】図１９は、周期の異なる２種類の位相パタ
ーンに関するデフォーカス量Ｚと指標αとの関係を示す
図であって、（ａ）は被検光学系において球面収差が存
在する場合を、（ｂ）は球面収差が存在しない場合をそ
れぞれ示している。周期の小さい位相パターンの方が周
期の大きい位相パターンの場合よりもパターンから生じ
る回折光の回折角度が大きく、球面収差の影響をより受
け易い。従って、被検光学系において球面収差が存在す
る場合、周期の小さい位相パターンに対して得られる直
線Ｌ１３がＺ軸と交差する位置Ｚ２の方が、周期の大き
い位相パターンに対して得られる直線Ｌ１２がＺ軸と交
差する位置Ｚ１よりもＺ＝０の近軸像面位置から離れ
る。

【０１２５】一方、被検光学系において球面収差が存在
しない場合は、周期の小さい位相パターンに対して得ら
れる直線Ｌ１５がＺ軸と交差する位置Ｚ２も、周期の大
きい位相パターンに対して得られる直線Ｌ１４がＺ軸と
交差する位置Ｚ１も、Ｚ＝０の近軸像面位置と一致す
る。以上より、Ｚ２とＺ１との差分（Ｚ₂−Ｚ₁）は被検
光学系に残存する球面収差の大きさに比例し、且つ差分
（Ｚ₂−Ｚ₁）の正負の符号は球面収差の補正オーバー及
び補正アンダーに対応していることが分かる。換言する
と、周期の異なる２種類の位相パターンを用いて位相パ
ターン像をデフォーカスさせた場合に得られる指標αと
デフォーカス量Ｚとの関係から、上述の差分（Ｚ₂−
Ｚ₁）に基づいて被検光学系の球面収差の大きさおよび
その補正状態を求めることができる。

【０１２６】なお、検査用レチクルの位相パターン（２
４μｍＬ／Ｓ及び１２μｍＬ／Ｓ）の凹部に対応する位
相パターン像の像強度と凸部に対応する位相パターン像
の像強度との差異を定量化した指標αが０となるフォー
カス位置(Ｚ₁及びＺ₂)の差（Ｚ₁−Ｚ₂）の計測値に、こ
の計測値と基準検査用レチクル（段差測定装置、座標測
定装置及び走査型電子顕微鏡等を用いて位相パターンの
評価を行った検査用レチクル）について計測した（Ｚ₁
−Ｚ₂）の計測値との差をオフセット量として考慮する
ことにより、更に正確に球面収差を求めることができ
る。

【０１２７】次に、レチクルアライメント系ＲＡの照明
光学系及び結像光学系の少なくとも一方の光学特性の調
整を行う(ステップＳ６３)。即ち、球面収差が存在する
場合には、第１対物レンズ１４８を構成するレンズを保
持する間隔環の交換、又は第１対物レンズ１４８を構成
するレンズの間隔を調整するための調整機構の作動等を
行い第１対物レンズ１４８を構成するレンズの間隔を変
更することにより球面収差を小さくするように調整を行
う。更に、第２対物レンズ１５２のレンズ間隔を変更し
て球面収差を調整することも可能である。また、コマ収
差が存在する場合には、第２対物レンズを構成する一部
のレンズ１５０を光軸に垂直な平面内で動かすことによ
りコマ収差を小さくするように調整を行う。更に、レチ
クルアライメント系ＲＡの結像光学系に光束ケラレが存
在する場合には、平行平板１４６を光軸に対して傾ける
こと及び開口絞り１４７を光軸に対して垂直な平面内で
動かすことの少なくとも一方の調整により光束ケラレを
小さくするように調整を行う。

【０１２８】また、レチクルアライメント系ンＲＡの照
明光学系に光束ケラレ(照明テレセンの悪化)が存在する
場合には、平行平板１４２を光軸に対して傾けること及
び開口絞り１４２ａを光軸に対して垂直な平面内で動か
すことの少なくとも一方の調整により光束のケラレを小
さく調整する。照明光学系側又は結像光学系側の複数の
ケラレ調整をする場合には、何れか一方の調整により光
束ケラレを小さくするための粗調整を行い、他方の調整
により光束ケラレを小さくするための微調整を行うよう
にしても良い。

【０１２９】この光学特性の調整により球面収差、コマ
収差及び光束ケラレの量が許容できる範囲以内になった
場合には、投影露光装置の製造が終了する(ステップＳ
６４)。一方、球面収差、コマ収差及び光束ケラレの量
の内の何れかの量が許容できる範囲以内になっていない
場合には、ステップＳ６２〜ステップＳ６４の処理を繰
り返す。

【０１３０】この製造方法により製造されたレチクルア
ライメント系ＲＡを有する投影露光装置によれば、レチ
クルアライメント系ＲＡの照明光学系及び結像光学系の
光学特性の調整が正確に行われていることからレチクル
パターンの投影像の位置合わせを極めて正確に行うこと
ができる。

【０１３１】なお、この投影露光装置の製造方法におい
ては、投影露光装置の本体にレチクルアライメント系Ｒ
Ａを設置した後に、検査用レチクルＴＲの位相パターン
ＴＲＭの計測を行う(ステップＳ６２)と共にレチクルア
ライメント系ＲＡの光学特性の調整を行っているが(ス
テップＳ６３)、投影露光装置の本体にレチクルアライ
メント系ＲＡを設置する前に、検査用レチクルＴＲの位
相パターンＴＲＭの計測を行うと共にレチクルアライメ
ント系ＲＡの光学特性の調整を行って、光学特性の調整
が終了したレチクルアライメント系ＲＡを投影露光装置
本体に設置するようにしても良い。

【０１３２】また、投影露光装置の製造において、レチ
クルアライメント系ＲＡにテレセントリシティの悪化が
生じる場合には、テレセントリシティの悪化を小さくす
るための調整も必要になる。ここでテレセントリシティ
の崩れとは、光学系の光軸に対して光源と開口絞りが対
称的に偏心しているため、検出面を光軸方向にデフォー
カスさせると検出面上において像に位置ずれが生じる現
象をいう。また、照明テレセンリシティの崩れと照明光
束のケラレとの間には密接な関係があり、ある場合には
照明テレセンリシティの崩れとして扱われ、また別の場
合には照明光束のケラレとして扱われる。

【０１３３】レチクルアライメント系ＲＡにおける照明
テレセンリシティの崩れは、前述の如く、検査用のレチ
クルＴＲを用いて図１７（ｂ）に示す指標βとデフォー
カス量の関係から求めることも可能であるが、以下に説
明する手法で求めることもできる。好ましくは、前述の
手法及び以下に述べる手法との併用にて照明テレセンリ
シティの崩れを求めながら、平行平板１４２と開口絞り
１４２ａの少なくとも一方を調整して、照明テレセンリ
シティを調整することが好ましい。

【０１３４】レチクルステージ１０１上に検査用レチク
ルＴＲに代えて、平面ガラス（レチクルパターンの形成
されていないもの）を載置し、投影光学系ＰＬに光源１
４１からの光を導き、ウエハステージ上に設置されてい
る図３に示す条件を満たす検査用基準マークＷＦＭを有
する基準マーク板２００をレチクルアライメント系ＲＡ
の観察視野内に位置させる。そして、第１対物レンズ１
４８を構成するレンズの中のＡＦレンズを駆動部Ｄ２４
を介して光軸方向に移動（又は第１対物レンズ１４８を
構成する全てのレンズを駆動部Ｄ２４を介して一体とし
て光軸方向に移動）させることにより、Ｙ方向用ＣＣＤ
１５４及びＸ方向用ＣＣＤ１５５の撮像面に形成される
基準マークＷＦＭのマーク像をデフォーカスさせる。

【０１３５】なお、レチクルアライメント系ＲＡにおけ
る各光電検出器(１５４、１５５)の受光面上に形成され
る検査用基準マーク板ＷＦＭの像をデフォーカスさせる
手法は、対物レンズ１４８を構成する少なくとも１つの
レンズを移動させることに限らず、検査用基準マーク板
２００のマークＷＦＭをレチクルアライメント系ＲＡの
検出視野内に位置させると同時に、ウエハステージ（１
２１、１２２、１２３）の図１５の紙面と直交する面内
（ＸＹ面内）での位置をウエハステージ制御部１２４内
に配置された不図示の干渉計でモニターしながら、ウエ
ハステージ制御部１２４を介してウエハステージ（１２
１、１２２、１２３）を検査用基準マーク板２００の法
線方向（Ｚ方向）に移動させても良い。

【０１３６】テレセンが残存している場合には、基準マ
ークＷＦＭのマーク像に横ずれが生じることから、この
横ずれ量を計測することによりテレセン量の測定を行う
ことができる。テレセンを小さくするための調整は、平
行平板１４２を光軸に対して傾けることにより、又は開
口絞り１４２ａやファイバ(光源１４１)の射出端等を移
動させることにより行う。

【０１３７】また、テレセン量の計測は、レチクルアラ
イメント系ＲＡにより検査用レチクルＴＲを計測するこ
とによっても行うことができる。即ち、検査用レチクル
ＴＲをレチクルアライメント系ＲＡの観察視野内(検出
視野内)に位置させ、レチクルアライメント系ＲＡの第
１対物レンズ１４８を構成するレンズの中のＡＦレンズ
を光軸方向に移動させることにより、又は第１対物レン
ズ１４８を構成する全てのレンズを光軸方向に一体とし
て移動させることにより、Ｙ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ
方向用ＣＣＤ１５５の撮像面に形成される位相パターン
ＴＲＭのマーク像をデフォーカスさせる。テレセンが残
存している場合には、位相パターンＴＲＭのマーク像に
横ずれが生じることから、この横ずれ量を計測すること
によりテレセン量の測定を行うことができる。

【０１３８】また、上述の説明においては、第１対物レ
ンズ１４８を構成するレンズの中のＡＦレンズを光軸方
向に移動させることにより、又は第１対物レンズ１４８
を構成する全てのレンズを一体として光軸方向に移動さ
せることにより、Ｙ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ方向用Ｃ
ＣＤ１５５の撮像面に形成される位相パターンＴＲＭの
マーク像をデフォーカスさせているが、レチクルステー
ジ制御部１４０からレチクルステージ１０１に対して制
御信号を出力することにより、レチクルステージ１０１
をＺ軸方向に移動させて位相パターンＴＲＭをデフォー
カスさせるようにしても良い。また、Ｙ方向用ＣＣＤ１
５４及びＸ方向用ＣＣＤ１５５を被検光学系の光軸方向
に移動させることにより、Ｙ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ
方向用ＣＣＤ１５５の撮像面に形成される位相パターン
ＴＲＭのマーク像をデフォーカスさせるようにしても良
い。

【０１３９】次に、図２０に示すフローチャートを参照
して、図１５に示す投影露光装置の他の製造方法の説明
を行う。この図２０に示す投影露光装置の製造方法にお
いても、レチクルアライメント系ＲＡの照明光学系及び
結像光学系の光学特性の調整工程を含んでいる。即ち、
図２０に示すように、まず、露光用のレチクルＲを照明
する露光用照明光学系及びレチクルＲのパターン像を観
光性基板に投影する投影光学系ＰＬを有する露光装置
(本体)の準備を行う(ステップＳ７０)。次に、露光装置
(本体)にウエハアライメント系ＦＩＡ及びレチクルアラ
イメント系ＲＡの設置を行う(ステップＳ７１)。

【０１４０】次に、図３に示す形状の位相パターンＴＲ
Ｍを有する検査用レチクルＴＲをレチクルステージ１０
１上に載置する。ここでレチクルステージ１０１上に載
置する検査用レチクルＴＲは、位相パターンＴＲＭの形
状を段差測定装置、座標測定装置及び走査型電子顕微鏡
等を用いて評価したもの、又はレチクルアライメント系
ＲＡと同等な光学系を有する検査装置を用いて評価を行
ったものを用いる。そして、レチクルステージ１０１上
に載置された検査用レチクルＴＲの位相パターンＴＲＭ
を、レチクルアライメント系ＲＡの観察視野内(検出視
野内)に位相パターンＴＲＭ位置させて、位相パターン
ＴＲＭをＹ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ方向用ＣＣＤ１５
５により計測する(ステップＳ７２)。即ち、Ｙ方向用Ｃ
ＣＤ１５４及びＸ方向用ＣＣＤ１５５の撮像面には、位
相パターンＴＲＭのマーク像が形成され、Ｙ方向用ＣＣ
Ｄ１５４及びＸ方向用ＣＣＤ１５５により光電変換(光
電検出)される。Ｙ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ方向用Ｃ
ＣＤ１５５からの出力信号は、主制御部１２５に供給さ
れる。従って、光電検出にて得られた情報に関する出力
信号に基づいて、球面収差、コマ収差及び光束ケラレの
量を図１７〜図１９にて説明した手法によって正確に計
測する。

【０１４１】次に、計測された球面収差、コマ収差及び
光束ケラレの量に基づいて、レチクルアライメント系Ｒ
Ａの光学系に含まれる球面収差、コマ収差及び光束ケラ
レを小さくするように光学特性の調整を行う(ステップ
Ｓ７３)。なお、ステップＳ７２で行う検査用レチクル
ＴＲの位相パターンの計測、ステップＳ７３で行うレチ
クルアライメント系ＲＡの光学特性の調整は、図１６に
示す投影露光装置の製造方法のステップＳ６２で行う検
査用レチクルの位相パターンの計測、ステップＳ６３で
行うレチクルアライメント系ＲＡの光学特性の調整と同
様な方法により行われる。この光学特性の調整により球
面収差、コマ収差及び光束ケラレの量が許容できる範囲
以内になった場合には(ステップＳ７４)、ステップＳ７
５に進む。

【０１４２】次に、図２１に示す形状の位相パターンＴ
ＷＭを有する検査用ウエハＴＷをウエハステージ（１２
１〜１２３）上に載置して、投影光学系ＰＬに光源１４
１からの光を導き検査用ウエハＴＷ上に形成されている
位相パターンＴＷＭをレチクルアライメント系ＲＡの観
察視野内(検出視野内)に位置させて、位相パターンＴＷ
ＭをＹ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ方向用ＣＣＤ１５５に
より計測する(ステップＳ７５)。即ち、Ｙ方向用ＣＣＤ
１５４及びＸ方向用ＣＣＤ１５５の撮像面には、位相パ
ターンＴＷＭのマーク像が形成され、Ｙ方向用ＣＣＤ１
５４及びＸ方向用ＣＣＤ１５５により光電変換(光電検
出)される。Ｙ方向用ＣＣＤ１５４及びＸ方向用ＣＣＤ
１５５からの出力信号は、主制御部１２５に供給され
る。従って、光電検出にて得られた情報に関する出力信
号に基づいて、レチクルアライメント系ＲＡの光学系及
び投影光学系ＰＬの両光学系を一体の光学系として、球
面収差、コマ収差及び光束ケラレの量を正確に計測す
る。次に、計測された球面収差、コマ収差及び光束ケラ
レの量に基づいて、レチクルアライメント系ＲＡ及び投
影光学系ＰＬを一体とした光学系に含まれる球面収差、
コマ収差及び光束ケラレを小さくするようにレチクルア
ライメント系ＲＡの光学特性の調整を行う(ステップＳ
７６)。

【０１４３】なお、図２２及び図２３は、検査用ウエハ
ＴＷに形成された位相パターンＴＷＭの形状を示すもの
である。即ち、この検査用ウエハＴＷは、シリコン製の
基板により構成されており、その表面に周期的な位相変
化を繰り返す位相パターン(段差パターン)ＴＷＭが形成
されている。図２２は、位相パターンＴＷＭの形状を示
すものであり、位相パターンＴＷＭの凸部と凹部との段
差ｄ、位相パターンＴＷＭの凸部と凹部とのデューティ
比（ｌ：ｓ）、位相パターンＴＷＭの凸部の左右の対称
性、即ち凸部の左側のエッジ角度Ａと右側のエッジ角度
Ｂの対称性、位相パターンＴＷＭの凸部の左右のエッジ
角度、即ち凸部の左側のエッジ角度Ａ及び右側のエッジ
角度Ｂは、図２３に示す条件を満たす値になるように形
成されている。

【０１４４】図２３は、位相パターンＴＷＭの形状の詳
細を示す図である。この図に示すように段差パターンと
しての位相パターンＴＷＭの凸部と凹部との段差により
生ずる位相差ｄは、位置検出装置の照明光の波長をλと
するとき、（λ／４）（２ｎ＋１）−λ／２０≦ｄ≦
（λ／４）（２ｎ＋１）＋λ／２０（ただしｎは整数）
である。また、位相パターンＴＷＭの凸部と凹部とのデ
ューティ比（ｌ／ｓ）は、４９／５１≦ｌ／ｓ≦５１／
４９である。また、位相パターンＴＷＭの凸部の左右の
対称性、即ち凸部の左側のエッジ角度Aと右側のエッジ
角度Bの対称性は、−２０°≦Ａ−Ｂ≦２０°である。
更に、位相パターンＴＷＭの凸部の左右のエッジ角度、
即ち凸部の左側のエッジ角度A及び右側のエッジ角度Ｂ
は、７０°≦Ａ≦１１０°、７０°≦Ｂ≦１１０°であ
る。

【０１４５】また、製造された検査用ウエハＴＷの位相
パターンＴＷＭの形状、即ち位相パターンの段差、デュ
ーティ比、対称性及びエッジ角度が図２３に示される値
になっているか否かの評価は、検査用レチクルＴＲの評
価と同様にして、段差測定装置、座標測定装置、走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて行う。また、検査用ウ
エハＴＷの評価は、検査用レチクルＴＲの評価と同様な
方法を用いて投影露光装置に備えられる位置検出装置と
同等な光学系(顕微鏡)である検査光学系を用いて行うこ
とも可能である。

【０１４６】上述のステップＳ７５における、レチクル
アライメント系ＲＡの光学系及び投影光学系ＰＬの両光
学系を一体の光学系とした、球面収差、コマ収差及び光
束ケラレの量の計測は、ステップＳ７２で行う検査用レ
チクルＴＲの位相パターンの計測と同様な方法により行
われる。また、ステップＳ７６で行うレチクルアライメ
ント系ＲＡの光学特性の調整は、ステップＳ７３で行う
光学特性の調整と同様な方法により行われる。この光学
特性の調整により球面収差、コマ収差及び光束ケラレの
量が許容できる範囲以内になった場合に(ステップＳ７
７)、投影露光装置の製造が終了する(ステップＳ７
７)。一方、球面収差、コマ収差及び光束ケラレの量の
内の何れかの量が許容できる範囲以内になっていない場
合には、ステップＳ７５〜ステップＳ７７の処理を繰り
返す。

【０１４７】この製造方法により製造されたレチクルア
ライメント系ＲＡを有する投影露光装置によれば、レチ
クルアライメント系ＲＡの照明光学系及び結像光学系の
光学特性の調整が正確に行われていることからレチクル
パターンの投影像の位置合わせを極めて正確に行うこと
ができる。

【０１４８】なお、この投影露光装置の製造方法におい
ては、投影露光装置の本体にレチクルアライメント系Ｒ
Ａを設置した後に、検査用レチクルＴＲの位相パターン
ＴＲＭの計測を行う(ステップＳ７２)と共にレチクルア
ライメント系ＲＡの光学特性の調整を行っているが(ス
テップＳ７３)、投影露光装置の本体にレチクルアライ
メント系ＲＡを設置する前に、検査用レチクルＴＲの位
相パターンＴＲＭの計測を行うと共にレチクルアライメ
ント系ＲＡの光学特性の調整を行って、光学特性の調整
が終了したレチクルアライメント系ＲＡを投影露光装置
本体に設置するようにしても良い。

【０１４９】また、上述の実施の形態においては、図３
に示す形状の位相パターンＴＲＭを有する検査用レチク
ルＴＲを用いて図１５に示す投影露光装置に備えられて
いるレチクルアライメント系ＲＡの光学特性の調整を行
っているが、図１５に示す投影露光装置のレチクルアラ
イメント系ＲＡの照明光学系の照明光が照射可能なレチ
クルステージ１０１におけるレチクル設置位置の近傍の
位置に、図３に示す形状の位相パターンＴＲＭを有する
基準マーク板１９８を設置し(図２４参照)、この基準マ
ーク板１９８を用いて投影露光装置に備えられているレ
チクルアライメント系ＲＡの光学特性の調整を行うよう
にしても良い。この場合には、基準マーク板１９８の表
面をレチクルＲの表面の高さとほぼ同じ高さとなるよう
に設置する。

【０１５０】また、上述の実施の形態においては、図２
３に示す形状の位相パターンＴＷＭを有する検査用ウエ
ハＴＷを用いて図１５に示す投影露光装置に備えられて
いるレチクルアライメント系ＲＡの光学特性の調整を行
っているが、図１５に示す投影露光装置のウエハホルダ
１２１上のレチクルアライメント系ＲＡの照明光学系の
照明光が照射可能なウエハ設置位置の近傍の位置に、図
２３に示す形状の位相パターンＴＲＭを有する基準マー
ク板２００を設置し(図２５参照)、この基準板２００を
用いて投影露光装置に備えられているレチクルアライメ
ント系ＲＡの光学特性の調整を行うようにしても良い。
この場合には、基準マーク板２００の表面をウエハＷの
表面の高さとほぼ同じ高さとなるように設置する。

【０１５１】以上の実施の形態において、ウエハステー
ジ(１２１、１２２、１２３)上に設置された検査用基準
マーク板２００に形成される周期パターン状の検査マー
クのピッチ、又はウエハステージ(１２１、１２２、１
２３)上に載置される検査用のウエハＴＷに形成される
周期パターン状の検査マークのピッチをＰｗ、レチクル
ステージ１０１上に設置された検査用基準マーク板１９
８に形成される周期パターン状の検査マークのピッチ、
又は検査用レチクルＴＲに形成される周期パターン状の
検査マークのピッチをＰｒ、投影光学系ＰＬの投影倍率
をＭｐｌとすると、Ｐｗ＝Ｍｐｌ×Ｐｒの関係が成り立
つ。例えば、検査用レチクルＴＲの検査マークのピッチ
Ｐｒを１２μｍとし、投影光学系ＰＬの投影倍率Ｍｐｌ
を１／４とした場合、上記の関係から検査用基準マーク
板ＷＦＭの検査マークのピッチＰｗは３μｍとなる。な
お、改めて述べるまでもないが、検査用マークＴＷＭを
備えた検査用ウエハＴＷや検査用マークＷＦＭを備えた
検査用基準マーク板２００は、前述の図４〜図１４に示
す如く、検査用レチクルＴＲの製造手法と同様な手法で
製造することができる。

【０１５２】ところで、以上の図２０においては主にレ
チクルアライメント系ＲＡを検査用レチクルＴＲや検査
用基準マーク板（１９８、２００）を用いて、レチクル
アライメント系ＲＡを高精度に調整して露光装置を製造
することについて説明したが、図２６に示す如く、検査
用レチクルＴＲや検査用基準マーク板（１９８、２０
０）を用いてレチクルアライメント系ＲＡを高精度に調
整し、さらに検査用基板としての検査用ウエハＴＷや基
板ステージ上に設けられた検査用基準マーク板２００を
用いて、ウエハアライメント系(基板アライメント系)Ｆ
ＩＡを高精度に調整して露光装置を製造することも可能
である。

【０１５３】図２６を参照しながら簡単に説明すると、
ステップＳ７００では、露光用のレチクルＲを照明する
ための露光用照明光学系及びレチクルＲのパターン像を
感光性基板（ウエハ等）に投影するための投影光学系Ｐ
Ｌを有する露光装置（露光装置本体）を準備する。

【０１５４】次に、ステップＳ７１０では、ステップＳ
７００にて準備された露光装置（露光装置本体）にウエ
ハアライメント系（基板アライメント系）ＦＩＡとレチ
クルアライメント系ＲＡとをそれぞれ設置する。

【０１５５】ステップＳ７１０が完了すると、ステップ
Ｓ７２０では、例えば図３に示す条件を満たす検査用レ
チクルＴＲをレチクルステージ１０１上に設定し、例え
ば図１７〜図１９に示す如き前述と同様な計測手法を用
いて、レチクルアライメント系ＲＡにて光束のケラレ
（テレセントリシィも含む）、コマ収差、球面収差を光
電的に検出する。なお、ステップＳ７２０における計測
工程は、検査用レチクルＴＲの代わりに、レチクルステ
ージ１０１上の一端に設けられた図３に示す条件を満た
す検査用基準マーク板１９８、あるいはウエハステージ
（１２１、１２２、１２３）上の一端に設けられた図２
３に示す条件を満たす検査用基準マーク板２００を用い
て、レチクルアライメント系ＲＡにて光束のケラレ（テ
レセントリシィも含む）、コマ収差、球面収差を光電的
に検出することも可能である。

【０１５６】ステップＳ７３０では、ステップＳ７２０
にて検出された各計測値に基づいて、レチクルアライメ
ント系ＲＡにおける光束のケラレ（テレセントリシィも
含む）、コマ収差、球面収差は前述の如き手法により調
整（補正）される。因みに、レチクルアライメント系Ｒ
Ａにおける光束のケラレ（テレセントリシィも含む）の
調整（補正）は、光軸と直交に移動する照明開口絞り１
４２ａ、光軸に対して傾斜する平行平板１４２、光軸と
直交に移動する開口絞り１４７、及び光軸に対して傾斜
する平行平板１４６の少なくとも１つを調整すれば良
い。また、レチクルアライメント系ＲＡにおけるコマ収
差の調整（補正）は、第２対物レンズ１５０の１部を光
軸と直交する方向に調整すれば良く、レチクルアライメ
ント系ＲＡにおける球面収差の調整（補正）は、第１対
物レンズ１４８や第２対物レンズ１５２を構成するレン
ズ間隔を調整すれば良い。

【０１５７】ステップＳ７４０では、レチクルアライメ
ント系ＲＡにおける光学性能が許容値となるか否かが判
断され、もし、レチクルアライメント系ＲＡにおける光
学性能が許容できない場合には、レチクルアライメント
系ＲＡにおける光学性能が許容値となる迄、ステップＳ
７２０の計測工程、ステップＳ７３０の調整工程が繰り
返される。最終的に、レチクルアライメント系ＲＡにお
ける光学性能が許容値となると、ステップＳ７５０へ移
行する。

【０１５８】ステップＳ７５０では、例えば図２３に示
す条件を満たす検査用ウエハＴＷをウエハステージ（１
２１、１２２、１２３）上に設定し、例えば図１７〜図
１９に示す如き前述と同様な計測手法を用いて、ウエハ
アライメント系ＦＩＡにて光束のケラレ（テレセントリ
シィも含む）、コマ収差、球面収差を光電的に検出す
る。なお、ステップＳ７５０における計測工程は、検査
用ウエハＴＷの代わりに、ウエハステージ（１２１、１
２２、１２３）上の一端に設けられた図２３に示す条件
を満たす検査用基準マーク板２００を用いて、ウエハア
ライメント系ＦＩＡにて光束のケラレ（テレセントリシ
ィも含む）、コマ収差、球面収差を光電的に検出するこ
とも可能である。

【０１５９】ステップＳ７６０では、ステップＳ７５０
にて検出された各計測値に基づいて、ウエハアライメン
ト系ＦＩＡにおける光束のケラレ（テレセントリシィも
含む）、コマ収差、球面収差は前述の如き手法により調
整（補正）される。因みに、ウエハアライメント系ＦＩ
Ａにおける光束のケラレ（テレセントリシィも含む）の
調整（補正）は、光軸と直交に移動する照明開口絞り１
２７、光軸に対して傾斜する平行平板１２９ａ、光軸に
対して傾斜する平行平板１１３ａ、及び光軸と直交に移
動する開口絞り１３０の少なくとも１つを調整すれば良
い。また、ウエハアライメント系ＦＩＡにおけるコマ収
差の調整（補正）は、第２対物レンズ１１１の１部を光
軸と直交する方向に調整すれば良く、ウエハアライメン
ト系ＦＩＡにおける球面収差の調整（補正）は、第１対
物レンズ１０７や第２対物レンズ１１１を構成するレン
ズ間隔を調整すれば良い。

【０１６０】ステップＳ７７０では、ウエハアライメン
ト系ＦＩＡにおける光学性能が許容値となるか否かが判
断され、もし、ウエハアライメント系ＦＩＡにおける光
学性能が許容できない場合には、ウエハアライメント系
ＦＩＡにおける光学性能が許容値となる迄、ステップＳ
７５０の計測工程、ステップＳ７６０の調整工程が繰り
返される。最終的に、ウエハアライメント系ＦＩＡにお
ける光学性能が許容値となると、ステップＳ７７０は終
了し、露光装置が完成する。

【０１６１】以上の図２６の例では、レチクルアライメ
ント系ＲＡにおける光学性能計測および調整の完了後、
ウエハアライメント系ＦＩＡにおける光学性能計測およ
び調整を行う例を示したが、レチクルアライメント系Ｒ
Ａにおける光学性能計測および調整の手順と、ウエハア
ライメント系ＦＩＡにおける光学性能計測および調整の
手順を逆にしても良く、さらには、双方のアライメント
系の計測および調整の作業を同時に行うことも可能であ
る。

【０１６２】なお、ウエハアライメント系ＦＩＡにおけ
る光学性能の計測および調整については、特願2000-004
906号において記載している。

【０１６３】以下、図２７のフローチャートを参照し
て、図１５に示す投影露光装置を用いて感光性基板とし
てのウェハ等に所定の回路パターンを形成するマイクロ
デバイスとしての半導体デバイスの製造方法を説明す
る。

【０１６４】先ず、図２７のステップＳ３０１におい
て、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のス
テップＳ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金
属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステッ
プＳ３０３において、図１５に示す投影露光装置を用い
て、マスク上のパターンの像がその投影光学系（投影光
学モジュール）を介して、その１ロットのウェハ上の各
ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ
Ｓ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレ
ジストの現像が行われた後、ステップＳ３０５におい
て、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマス
クとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパ
ターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショ
ット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路
パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等の
デバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法
によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デ
バイスをスループット良く得ることができる。

【０１６５】また、図１５に示す投影露光装置では、プ
レート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パター
ン、電極パターン等）を形成することによって、マイク
ロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。
以下、図２８のフローチャートを参照して液晶表示素子
の製造方法の説明を行う。図２８において、パターン形
成工程Ｓ４０１では、図１５に示す投影露光装置を用い
てマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布され
たガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ
ー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によっ
て、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターン
が形成される。その後、露光された基板は、現像工程、
エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工程を経るこ
とによって、基板上に所定のパターンが形成され、次の
カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２へ移行する。

【０１６６】次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２で
は、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３
つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、
又はＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複
数水平走査線方向に配列したカラーフィルタを形成す
る。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２の後に、
セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て
工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１にて得ら
れた所定パターンを有する基板、及びカラーフィルタ形
成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタ等を用いて
液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工
程Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１に
て得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ
形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタとの間に
液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。

【０１６７】その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４
にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動
作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り
付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示
素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを
有する液晶表示素子をスループット良く得ることができ
る。

【０１６８】

【発明の効果】この発明の露光装置によれば、デフォー
カス手段により、レチクルアライメント系の検査をする
ためにレチクルアライメント系の検出視野内に設置され
る段差を有する位相パターン又は位相パターンの像をデ
フォーカスさせ、計測手段により光電変換部にて光電検
出される位相パターンの像の情報に基づいて検出光学系
の光学特性を計測するため、レチクルアライメント系の
光学特性の計測を極めて精密に行うことができレチクル
アライメント系の検査を正確に行うことができるる。

【０１６９】また、この発明の露光装置の製造方法によ
れば、投影光学系の光学特性を考慮した状態でレチクル
アライメント系の光学光学特性の調整を行うため、極め
て精度良く位置合わせを行うことが可能なレチクルアラ
イメント系を有する露光装置を製造することができる。

【０１７０】また、この発明のマイクロデバイスの製造
方法によれば、レチクルの転写パターンを感光性基板上
に結像させる際に位置合わせを極めて正確に行うことが
できるため、スループット良く、高品質のマイクロデバ
イスを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態にかかる検査用レチクル
の平面図である。

【図２】この発明の実施の形態にかかる検査用レチクル
の位相パターンの形状を示す図である。

【図３】この発明の実施の形態にかかる検査用レチクル
の位相パターンの形状の詳細を示す図である。

【図４】この発明の実施の形態にかかる検査用レチクル
の製造を行う投影露光装置の概略構成図である。

【図５】この発明の実施の形態にかかる検査用レチクル
の製造方法を説明するためのフローチャートである。

【図６】この発明の実施の形態にかかる検査用レチクル
の評価に用いられる検査装置の概略構成図である。

【図７】この発明の実施の形態にかかる検査用レチクル
の位相パターンの段差の評価を説明するためのフローチ
ャートである。

【図８】この発明の実施の形態にかかる検査用レチクル
の位相パターン像の信号強度を説明するための図であ
る。

【図９】この発明の実施の形態にかかる検査用レチクル
の位相パターンのデューティ比の評価を説明するための
フローチャートである。

【図１０】この発明の実施の形態で用いられる位相パタ
ーンの凹部に対応する位相パターンの像強度と位相パタ
ーンの凸部に対応する位相パターンの像強度との差異を
定量化した指標αを説明するための図である。

【図１１】この発明の実施の形態で用いられる周期の異
なる２種類の位相パターンに関するデフォーカス量Ｚと
指標αの関係を示す図である。

【図１２】この発明の実施の形態にかかる検査用レチク
ルの位相パターンの対称性の評価を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図１３】この発明の実施の形態で用いられる位相パタ
ーン像の非対称性指標βを説明するための図である。

【図１４】この発明の実施の形態にかかる検査用レチク
ルの位相パターンのエッジ角度の評価を説明するための
フローチャートである。

【図１５】この発明の実施の形態にかかるレチクルアラ
イメント系を備えた投影露光装置の概略構成図である。

【図１６】この発明の実施の形態にかかる投影露光装置
の製造方法を説明するためのフローチャートである。

【図１７】この発明の実施の形態で用いられる各デフォ
ーカス状態での位相パターン像の非対称性指標βの変化
と諸収差の関係を示す図である。

【図１８】この発明の実施の形態で用いられる各デフォ
ーカス状態での指標αの変化と球面収差との関係を示す
図である。

【図１９】この発明の実施の形態で用いられる周期の異
なる２種類の位相パターンに関するデフォーカス量Ｚと
指標αの関係を示す図である。

【図２０】この発明の実施の形態にかかる投影露光装置
の他の製造方法を説明するためのフローチャートであ
る。

【図２１】この発明の実施の形態にかかる検査用ウエハ
の平面図である。

【図２２】この発明の実施の形態にかかる検査用ウエハ
の位相パターンの形状を示す図である。

【図２３】この発明の実施の形態にかかる検査用ウエハ
の位相パターンの形状の詳細を示す図である。

【図２４】この発明の実施の形態にかかるレチクルステ
ージ上のレチクル及び基準マーク板を示す図である。

【図２５】この発明の実施の形態にかかる投影露光装置
のステージ上に基準板を設置した状態を示す図である。

【図２６】この発明の実施の形態にかかる投影露光装置
の更に他の製造方法を説明するためのフローチャートで
ある。

【図２７】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバ
イスの製造方法を説明するためのフローチャートであ
る。

【図２８】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバ
イスの製造方法を説明するためのフローチャートであ
る。

【符号の説明】

ＴＲ…検査用レチクル、ＴＲＭ…位相パターン、２０…
光源、２２…コンデンサレンズ、２３…照明リレーレン
ズ、２４…ハーフミラー、２７…第１対物レンズ、２８
…反射ミラー、２９，３１…第２対物レンズ、３２…ハ
ーフミラー、３３…Ｙ方向用ＣＣＤ、３４…Ｘ方向用Ｃ
ＣＤ、１０１…レチクルステージ、１２４…ウエハステ
ージ制御部、１２５…主制御部、１３１…ウエハアライ
メント制御部、１４０…レチクルステージ制御部、１５
６…レチクルアライメント系制御部、１４１…光源、１
４３…コンデンサレンズ、１４４…照明リレーレンズ、
１４５…ハーフミラー、１４８…第１対物レンズ、１４
９…反射ミラー、１５０，１５２…第２対物レンズ、１
５３…ハーフミラー、１５４…Ｙ方向用ＣＣＤ、１５５
…Ｘ方向用ＣＣＤ、１９８，２００…基準マーク板。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レチクルに形成された転写パターンを感
光性基板に露光するために、前記レチクルの位置を検出
するレチクルアライメント系を備えた露光装置におい
て、前記レチクルアライメント系は、前記レチクルに形成さ
れたレチクルマークからの光を集光する検出光学系と、
前記検出光学系を介した光を光電変換する光電変換部と
を有し、前記レチクルアライメント系の検査をするために、前記
レチクルアライメント系の検出視野内に設置される段差
を有する位相パターン又は前記位相パターンの像をデフ
ォーカスさせるデフォーカス手段と、前記光電変換部にて光電検出される前記位相パターンの
像の情報に基づいて前記検出光学系の光学特性を計測す
る計測手段とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記位相パターンは、前記レチクルを保
持するレチクルステージ上又は前記レチクル上に形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】前記デフォーカス手段は、前記検出光学
系を構成する少なくとも１つのレンズを前記検出光学系
の光軸に沿って移動させるレンズ移動手段を有すること
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の露光装置。
【請求項４】前記デフォーカス手段は、前記レチクル
を保持するレチクルステージを前記レチクルの表面に対
して法線方向に移動させるレチクルステージ移動手段を
有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の露
光装置。
【請求項５】請求項１〜請求項４の何れか一項に記載
の露光装置を用いて前記レチクルの転写パターンを感光
性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像す
る現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイス
の製造方法。
【請求項６】レチクルに形成された転写パターンを感
光性基板に露光するために、前記レチクルの位置を検出
するレチクルアライメント系と、前記レチクルに形成さ
れた転写パターンの像を前記感光性基板に投影する投影
光学系とを備えた露光装置の製造方法において、第１計測パターンを用いて前記レチクルアライメント系
の光学特性を計測する第１計測工程と、前記第１計測工程の計測結果に基づいて、前記レチクル
アライメント系の光学特性を調整する第１調整工程と、第２計測パターンを用いて前記投影光学系及び前記レチ
クルアライメント系の光学特性を計測する第２計測工程
と、前記第２計測工程の計測結果に基づいて、前記レチクル
アライメント系の光学特性を調整する第２調整工程と、
を含むことを特徴とする露光装置の製造方法。
【請求項７】前記第１計測工程は、前記レチクルの設
置位置又はその近傍に設置された前記第１計測パターン
を用いて前記レチクルアライメント系の光学特性を計測
する工程を含み、前記第２計測工程は、前記感光性基板の設置位置又はそ
の近傍に設置された前記第２計測パターンを用いて前記
投影光学系及び前記レチクルアライメント系の光学特性
を計測する工程を含むことを特徴とする請求項６記載の
露光装置の製造方法。
【請求項８】前記第１計測工程は、前記レチクルの設
置位置又はその近傍に設置された前記第１計測パターン
又は前記第１計測パターンの像をデフォーカスさせなが
ら前記レチクルアライメント系の光学特性を計測する工
程を含み、前記第２計測工程は、前記感光性基板の設置位置又はそ
の近傍に設置された前記第２計測パターン又は前記第２
計測パターンの像をデフォーカスさせながら前記投影光
学系及び前記レチクルアライメント系の光学特性を計測
する工程を含むことを特徴とする請求項６記載の露光装
置の製造方法。
【請求項９】レチクルに形成された転写パターンの像
を感光性基板に投影する投影光学系と、前記レチクルの
位置を検出するレチクルアライメント系と、前記感光性
基板の位置を検出する基板アライメント系とを有する露
光装置の製造方法において、第１計測パターンを用いて前記レチクルアライメント系
の光学特性を計測する第１計測工程と、前記第１計測工程の計測結果に基づいて、前記レチクル
アライメント系の光学特性を調整する第１調整工程と、前記第１計測パターンと所定の関係で形成された第２計
測パターンを用いて前記基板アライメント系の光学特性
を計測する第２計測工程と、前記第２計測工程の計測結果に基づいて、前記基板アラ
イメント系の光学特性を調整する第２調整工程と、を含
むことを特徴とする露光装置の製造方法。
【請求項１０】前記第１計測パターンの計測マークの
ピッチをＰｒ、前記第２計測パターンの計測マークのピ
ッチをＰｗ、投影光学系の投影倍率をＭｐｌとすると
き、Ｐｗ＝Ｍｐｌ×Ｐｒの関係を満たすことを特徴とす
る請求項９記載の露光装置の製造方法。
【請求項１１】レチクルに形成された転写パターンの
像を感光性基板に投影する投影光学系と、前記レチクル
の位置を検出するレチクルアライメント系と、前記感光
性基板の位置を検出する基板アライメント系とを有する
露光装置の製造方法において、所定の計測パターンを用いて前記レチクルアライメント
系の光学特性を計測する第１計測工程と、前記第１計測工程の計測結果に基づいて、前記レチクル
アライメント系の光学特性を調整する第１調整工程と、前記所定の計測パターンを用いて前記基板アライメント
系の光学特性を計測する第２計測工程と、前記第２計測工程の計測結果に基づいて、前記基板アラ
イメント系の光学特性を調整する第２調整工程と、を含
むことを特徴とする露光装置の製造方法。
【請求項１２】請求項６〜請求項１１の何れか一項に
記載の製造方法により製造された露光装置を用いてレチ
クルの転写パターンを感光性基板上に露光する露光工程
と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像す
る現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイス
の製造方法。