JP2009158720A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原版と基板の相対位置検出に要する時間を短縮し、露光装置のスループットを向上させるとともに、原版と基板の相対位置検出の精度を向上させる。
【解決手段】 本発明の露光装置は、原版を露光光で照明する照明光学系と、原版の像を基板に投影する投影光学系と、原版を保持し駆動する原版ステージと、基板を保持し駆動する基板ステージと、原版と基板との相対位置を検出する位置検出装置とを備える。原版ステージに保持された原版及び基準プレートの少なくとも一方には、相異なる複数の第１マークが設けられる。位置検出装置は、複数の第１マークから照明条件に応じて第１マークを選択し、選択された第１マークと基板ステージに設けられた第２マークとを用いて原版と基板との相対位置を検出する機能を有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、露光装置及び該露光装置を使用するデバイス製造方法に関する。

近年、半導体素子の製造技術の進展は目覚ましく、また、それに伴う微細加工技術の進展も著しい。特に光加工技術はサブミクロンの解像度を有する縮小投影露光装置、通称ステッパーが主流であり、更なる解像度向上に向けて光学系の開口数（ＮＡ）の拡大や、露光波長の短波長化が図られている。

露光波長の短波長化に伴って、露光光源もｇ線、ｉ線の高圧水銀ランプからＫｒＦ更にＡｒＦのエキシマレーザーに変移してきている。

更には、解像度の向上及び露光時の焦点深度確保の為、ウエハと投影光学系の空間を液浸状態にして露光する液浸露光装置が登場して来ている。

投影パターンの解像度の向上に伴って、投影露光装置に於けるウエハとマスク（レチクル）とを相対的に位置合わせするアライメント及びウエハ面の位置検出についても高精度化が必要とされている。投影露光装置は高解像度の露光装置であると同時に高精度な位置検出装置としての機能も要求されている。

別な観点として露光装置が高スループットである事も重要であり、これを達成する露光装置として、ステージを複数構成したツーステージタイプの露光装置がある。ツーステージタイプの露光装置においては、ウエハの位置を検出（アライメント、フォーカス）する計測空間（以降、計測空間）と、その測定結果を基に、露光を行う露光空間（以降、露光空間）の少なくとも２つの空間を有している。計測空間と露光空間へのウエハ搬送方法の一つとして、複数の駆動ステージを構成し、それらを交互に入れ替えるものがある。

計測空間には、ウエハ上に構成されたアライメントマークを光学的に検出するアライメント検出系が構成されており、その検出系からの位置情報より露光空間での露光位置を決定する。一つのステージが計測空間から露光空間へ移動する際に、その相対位置を管理する必要がある為、ステージ上には基準マークが構成されている。

この基準マークを計測空間において、アライメント検出系で測定し、その基準マークに対して、ウエハ上のアライメントマークを検出する。その後、ステージが露光空間に移動し、露光空間側でレチクルと基準マークの相対位置を検出する事で、計測空間と露光空間の相対位置が保証される。したがって、ツーステージタイプの露光装置においては、ステージ上に構成された基準マークを２つのステーションで測定する必要がある。

更に露光が終了した後は、再度計測空間側にステージが移動し、次のウエハの位置検出及び基準マークの位置検出を行う。以上の様に複数のウエハを露光する場合、基準マークも計測空間、露光空間、計測空間と言う具合に繰り返し計測が行われる。

従来から露光空間側での上記基準マークの検出方法として、基準マークが露光光が透過する透過部と光を遮光する遮光部とからなるパターンを有し、その透過部から抜けた光量から位置を検出する方法が提案されている(特許文献１参照)。

レチクル又はレチクルと等価な面（以下、「レチクル基準プレート」）にも開口部を持つパターンを構成し、その開口部を露光光で照明する。レチクル又はレチクル基準プレートの開口部を透過した光は投影光学系によって、ウエハステージに構成された基準マーク上に、レチクル又はレチクル基準プレートの開口部の像を結ぶ。この開口部の像に対して、上記基準マークの開口部を相対変化（平面方向及び垂直方向）させる。すると、基準マークの開口部を透過した光量が変化するので、その変化を示すプロファイル（以下、「光量変化プロファイル」）からレチクル又はレチクル基準プレートとウエハステージの相対位置を検出（以下、「基準マーク計測」）する。

こうしたレチクル又はレチクル基準プレートとウエハステージの相対位置合わせは、上記のツーステージタイプの露光装置に限らず、シングルステージの場合にも用いられる場合がある。その場合、ウエハ上のマークを検出する位置検出系と露光時の位置、所謂、ベースライン測定や、投影光学系の像面にウエハステージを合わせるフォーカスキャリブレーションなどに用いられる。

一方、露光装置としては、スループットと言う観点で出来るだけ性能を上げる必要がある。そうした観点で、上記のレチクル又はレチクル基準プレートとウエハステージの相対位置計測に掛ける時間を極力低減しなくてはならない。

特にツーステージタイプの露光装置においては、基準マーク計測が毎ウエハで発生する為、そのスループットへの影響は大きいと言える。

図３は、従来のレチクル又はレチクル基準プレートに構成した開口部分（以下、「キャリブレーションマーク」）の模式図を示す。レチクル２上又はレチクル基準プレート１７、１８上には、図３（a）に示す様に、位置補正マーク（以下、「キャリブレーションマーク群」）２４が構成されている。図３(b)は図３(a)に示しているキャリブレーションマーク群２４aを詳細に示した図である。Ｘ方向の位置を計測する為の開口部（キャリブレーションマーク）６０１と、Ｙ方向の位置を計測する為の開口部（キャリブレーションマーク）６０２が、キャリブレーションマーク群２４aに対して、図示した向きに構成されている。

図４は、ウエハステージ上に構成された基準マークをＺ軸方向（レチクル側から見下ろす）から観察した上記レチクル上又はレチクル基準プレートのキャリブレーションマークに対応した基準マーク側のキャリブレーションマークを示している。すなわち、キャリブレーションマーク６０１に対応して、基準マーク側キャリブレーションマーク２１が、キャリブレーションマーク６０２に対して、基準マーク側キャリブレーションマーク２２が、それぞれ構成されている。

図４（b）は、この基準マークを断面方向から観察した模式図を示している。本図において、開口部（基準マーク側キャリブレーションマーク）３１、３２が構成されており、３１は６０１に対応し、３２は６０２に対応したものとなっている。尚、基準マーク側キャリブレーションマーク３１、３２を透過した光が光電変換素子３３、３３'に入射し、その光量を測定する。光電変換素子３３、３３'は個別に検出可能になっており、両方の基準マーク側キャリブレーションマーク３１、３２に光が同時に入射したとしても、分離して検出が可能になっている。なお、光電変換素子３３、３３'を個別のセンサーとしているが、共通のセンサーで構成してもよい。この場合、Ｘ方向とＹ方向の両方を同時検出することになる。

レチクル２上又はレチクル基準プレート１７、１８上のキャリブレーションマーク６０１、６０２を露光光で照明し、位置検出を行う際、実際の露光で用いる照明条件で検出することが望ましい。なぜならば、照明条件を切替る動作時間分だけスループットが低下するからである。ここでの照明条件には、露光光の照明領域内の照度分布、有効光源分布や配光特性などが含まれる。また、照明条件には、解像度や焦点深度を向上させるために、光軸の中心を外した位置に絞りを入れ、フォトマスクに対して露光光束を斜めに入射させる照明方式、所謂、変形照明も含まれる。ここで、有効光源とは、照明光学系の瞳面における光強度分布であり、被照射面に入射する光の角度分布である。

従来、照明条件によらず、Ｘ方向の位置を計測する為のキャリブレーションマーク６０１と、Ｙ方向の位置を計測するためのキャリブレーションマーク６０２の両方で、上記のレチクルとウエハステージの相対位置計測をしていた。
特開２００５−１７５４００号公報

基準マークを用いてフォーカスキャリブレーションをするには、レチクル２上の２ヶ所に構成されているＸ方向マーク６０１とＹ方向マーク６０２との平均値を投影光学系のベストフォーカスとしてキャリブレーションすることが可能である。

しかしながら、例えば、二重極照明でフォーカスキャリブレーションする場合、二重極照明はＸ方向又はＹ方向の片方の解像度を向上させるための照明条件であるため、Ｘ方向とＹ方向との両方の計測は不要である。しかし、従来技術では、照明条件によらず、ＸマークとＹマークとの平均値を検出結果としているため、不要な計測が発生するという問題があった。

例えば、二重極照明でＸ方向の解像度向上及び焦点深度の拡大を目的としている場合を考える。この条件では、フォーカス方向（Ｚ方向）に関してキャリブレーションを行う際、Ｘ方向のキャリブレーションマークのみで位置検出をすることで十分に目的を達成することが可能である。従って、Ｙ方向のキャリブレーションマークのフォーカス位置検出は不要となる。

また、この場合、Ｙ方向マークのフォーカス計測精度は、Ｘ方向マークのフォーカス計測精度よりも劣っている。従って、Ｘ方向とＹ方向の両方のフォーカス計測値の平均値を真値とする場合、Ｙ方向マークの計測精度の影響によって真値からのズレが大きくなる場合がある。

つまり、Ｘ方向のみを計測し、不要なＹ方向の計測をしないことで、スループットと計測精度の向上を達成できる。

一方、露光装置には、生産性向上のためにスループットの向上が求められており、フォーカスキャリブレーションに対する精度向上と共に、計測時間を短縮することが大きな課題となっている。

また、照明条件によって最適なマーク形状、例えば、開口部の幅（以下、「マーク幅」）や開口部の間隔（以下、「マーク間隔」）などが異なることが判っている。しかし、従来技術では、照明条件によらず、常に同じマークを用いて計測しているため、最良の精度ではないという課題があった。

本発明は、原版と基板の相対位置検出の精度を向上させることを目的とする。

本発明は、原版を露光光で照明する照明光学系と、前記原版の像を基板に投影する投影光学系と、前記原版を保持し駆動する原版ステージと、前記基板を保持し駆動する基板ステージと、前記原版と前記基板との相対位置を検出する位置検出装置とを備える露光装置であって、前記原版ステージに保持された前記原版及び基準プレートの少なくとも一方には、相異なる複数の第１マークが設けられ、前記位置検出装置は、前記複数の第１マークから照明条件に応じて第１マークを選択し、該選択された第１マークと前記基板ステージに設けられた第２マークとを用いて前記原版と前記基板との相対位置を検出する機能を有することを特徴とする。

本発明によれば、原版と基板の相対位置検出の精度を向上させることができる。

本発明の実施形態においては、原版ステージ（レチクルステージ）に保持されたレチクル又はレチクル基準プレート上に複数の第１マークが設けられ、基板ステージ（ウエハステージ）に第２マークが設けられる。以下の説明では、複数の第１マークをキャリブレーションマーク群と呼び、第２マークを基準マークと呼ぶこととする。基準マーク及びキャリブレーションマーク群に関して、マーク形状が相異なる複数のマークを構成して、基準マークの位置検出を行う。このとき、レチクル上又はレチクル基準プレート上に配置されたこれら複数のキャリブレーションマークの中で、計測に使用するキャリブレーションマークの選択方法に工夫を施す事で、スループットの向上とともに高精度化を可能にする。

具体的には、照明条件に応じて、例えば、方向の異なる２つのマークのどちらか片方だけを選択し、原版と可動ステージとの相対位置を検出する。このとき、照明条件及びマーク形状に依存する光量変化プロファイルの特徴を選択基準とする。こうしたことで、高スループットかつ高精度な検出を可能とする。

一例として、レチクル上に構成するキャリブレーションマーク群に関して、スリットの方向及びスリットの短手方向の長さ（スリット幅）、スリットの間隔が互いに異なる複数のマークを構成する。例えば、スリットの方向についてはＸ方向とＹ方向の２種類、スリット幅・スリットの間隔について３種類であるならば、計６種類のマークとなる。それらに対応したマークを基準マーク側にも構成する。ここで、例えば、照明条件が二重極照明である場合、スリットの方向が異なるＸマークとＹマークの内、二重極照明によって通常照明条件よりも解像度が増す方向のキャリブレーションマークだけをフォーカス検出に用いる。また、スリット幅が異なるキャリブレーションマークを計測し、その光量変化プロファイルを評価し、最適なスリット幅を選択する。このとき、Ｘマーク又はＹマークの片方だけで基準マーク検出することでスループットが向上する。また、最適なスリット幅で基準マーク検出を行うことで、位置合わせ精度が向上する。つまり、レチクル上に複数構成されたキャリブレーションマークを照明条件に応じて選択し、その選択したキャリブレーションマークで基準マーク位置検出を行う事で、高スループット且つ高精度での検出が可能となる。

このように、レチクルステージ側のキャリブレーションマーク群とウエハステージ側の基準マークとの相対位置を検出する際に、照明条件に応じてキャリブレーションマークを使い分けて、高スループット且つ高精度な検出が可能となる。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

［実施例１］
図１を用いて、シングルステージタイプの露光装置の概要を説明する。露光光を照明する照明光学系１から照射された光は、不図示のレチクルステージ上に構成されたレチクルセットマーク１２，１２'を基準に配置されたレチクル２を照明する。レチクル２はレチクルステージ上のレチクルセットマーク１２、１２'とレチクル２上に構成された不図示のレチクルセットマークを同時に観察可能なレチクルアライメントスコープ１１により位置決めされている。

レチクル２上のパターンを透過した光は、投影光学系３により、その像をウエハ６上に結像し、ウエハ６上に露光パターンを形成する。ウエハ６は、ＸＹＺ及び回転方向に駆動可能なウエハステージ８上に保持されている。ウエハステージ８上には、後述するベースライン計測用の基準マーク１５が構成されている。

一方、ウエハ６上にはアライメントマーク（不図示）が構成されており、それらアライメントマーク位置を専用の位置検出器４にて測定する。ウエハステージ８は、干渉計ミラー７を参照する干渉計９で常に、その位置が測定されている。干渉計９の測定結果及び、位置検出器４によるアライメントマーク計測結果から、ウエハ６上に形成されたチップの配列情報を算出する。なお、ウエハを初めて露光する際には、ウエハ上にアライメントマークが形成されていないため、チップの配列情報としてチップ配列の設計情報を用いることができる。

また、ウエハ６に露光する際に、投影光学系３が形成する像のフォーカス位置に対して、位置合わせを行う必要があるが、そのウエハ６のフォーカス方向の位置を検出するフォーカス位置検出系５が構成されている。光源５０１から出射した光が、照明レンズ５０２、スリットパターン５０３、ミラー５０５を通り、そのスリットパターンをウエハ６上に斜め方向から投影する。ウエハ６上に投影されたスリットパターンは、ウエハ表面で反射し、対向側に構成された検出レンズ５０７によって、ＣＣＤ等の光電変換素子５０８に到達する。光電変換素子５０８によって得られるスリットパターン像の位置からウエハ６のフォーカス方向の測定が可能となる。

露光装置はレチクルとウエハとの相対位置を検出する機能を有する位置検出装置を備え、さらに位置検出装置は制御器１４と、制御器１４の制御部によって制御される位置検出器４と、フォーカス位置検出系５等とを有する。また、位置検出装置（制御器１４の制御部）は、後述するように、キャリブレーションマーク群２４ａから照明条件に応じてそれに適合したキャリブレーションマークを選択する。

上記の様に、位置検出器４でウエハ６上に形成されているチップ配列情報を検出するが、それに先立って、位置検出器４とレチクル２の相対位置関係（ベースライン）を求める必要がある。

ベースラインの測定方法の概略を図２、３、４を用いて説明する。図３(a)は、レチクル２上に構成されたキャリブレーションマーク群２４ａを示している。また、図３(b)は、図３(a)に示しているキャリブレーションマーク群２４ａを詳細に説明したものである。Ｙ方向を計測する為のキャリブレーションマーク６０２、及びＸ方向を計測する為のキャリブレーションマーク６０１が、キャリブレーションマーク群２４ａに対して、図示した向きに構成されている。キャリブレーションマーク６０２はＸ方向に長手方向を持つスリット及び遮光部の繰り返しパターンとして構成されている。また、キャリブレーションマーク６０１は、６０２と直交するＹ方向に並んだスリットを持つマークとして構成されている。

本実施例においては、ＸＹ座標系を図示の様に定義した際に、ＸＹの方向にあった計測マークとして説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、ＸＹ軸に対して４５°或いは１３５゜傾いた計測マークを構成しても良い。それら構成しているマークの向きは、本実施例の向き限定されるものではない。

照明光学系１によって露光光がこれらキャリブレーションマーク６０１，６０２に照明される。そうすると、これらキャリブレーションマーク６０１，６０２のスリットを抜けた光は、投影光学系３によって、その開口パターン像をウエハ側のベストフォーカス位置に形成する。

一方、ウエハステージ８上には、基準マーク１５が構成されている。基準マーク１５について、詳細に図４を用いて説明する。図４は、レチクルとウエハステージの相対位置を検出する検出部の一部を表す。基準マーク１５は、上述したレチクル２上のキャリブレーションマーク６０１、６０２の投影像と同じ大きさを持つ、開口パターン（以下、「基準マーク側キャリブレーションマーク」）２１、２２を有している。基準マーク１５を断面方向から示したのが図４（b）である。基準マーク側キャリブレーションマーク２１、２２は、露光光に対して遮光特性を持つ遮光部３０と複数のスリット（以下、「基準マーク側キャリブレーションマーク」）３１、３２によって、形成されている（本図では開口部は１本のみ）。制御部によって選択されたキャリブレーションマークを照明して、基準マーク側キャリブレーションマーク３１、３２を透過した光は、基準マーク１５の下に構成されている光電変換素子３３、３３'に到達する。光電変換素子３３、３３'によって基準マーク側キャリブレーションマーク３１、３２を透過した光の強度を測定する事が可能となっている。そして、検出部は、照明されたキャリブレーションマークからの光強度に基づいて、レチクルとウエハステージとの相対位置を検出する。

更に基準マーク１５上には、キャリブレーションマーク６０１，６０２に相当する基準マーク側キャリブレーションマーク２１、２２以外に、位置検出器４で検出可能な位置計測マーク２３が構成されている。位置計測マーク２３が、位置検出器４の観察領域に駆動され、位置検出器４により検出された結果と、同時に計測された干渉計の結果より、位置計測マーク２３の位置が求められる。

次に上記の基準マーク１５を用いて、投影光学系に対する位置検出器４の相対位置（ベースライン、図２中にＢ．Ｌ．として示す）を求める方法について、詳細に説明する。先ずレチクル２上に構成されたキャリブレーションマーク６０１、６０２を投影光学系３の露光光が通過する所定の位置に駆動される。ここでは、キャリブレーションマーク６０１を例にして以降では説明を行う。他のキャリブレーションマーク６０２に関しても、同様な考え方が適用可能である為である。

所定の位置に駆動されたキャリブレーションマーク６０１に対して、露光光が照明光学系１によって、照明される。照明光学系１には照明形状を切替る機構 (不図示)が構成されており、露光パターンに応じて適切な照明条件を選択することが出来るようになっている。図１４に、照明形状を切替る機構の一部である絞りＳの一例を示す。１つの円盤上に絞りが７つ構成され、円盤が回転することで絞りの切り替えを行う構造になっている。イ、ハ、ホは通常照明条件の大σの絞り、ロ及びニはダイポール照明の絞り、ヘは極小σの絞り、トはクロスポール照明の絞りである。なお、ここでのσとは、投影光学系のＮＡに対する照明光の透過する領域の割合（投影光学系の入射側ＮＡを照明光学系の射出側ＮＡで割った値）のことである。投影光学系のＦｕｌｌ−ＮＡ（最大ＮＡ）だけ照明光が透過する場合をσ１としたとき、σ１に近いものを大σとし、投影光学系に照明光が透過しない場合をσ０としたとき、σ０に近いものを小σとしている。

キャリブレーションマーク６０１の透過部を抜けた光は、投影光学系３によって、ウエハ空間上の結像位置にそのマークパターン像として結像する。マークパターン像に対して、同形状の基準マーク側キャリブレーションマーク２１を、ウエハステージ８を駆動し、一致する位置に配置する。その時、基準マーク１５がキャリブレーションマーク６０１の結像面（ベストフォーカス面）に配置されている状態で、基準マーク側キャリブレーションマーク２１をＸ方向に駆動させながら、光電変換素子３３の出力値をモニタする。

基準マーク側キャリブレーションマーク２１のＸ方向の位置と光電変換素子３３の出力値をプロットした時の模式的なグラフを図５に示す。図５において、横軸が基準マーク側キャリブレーションマーク２１のＸ方向の位置であり、縦軸が光電変換素子３３の出力値Ｉである。この様に、キャリブレーションマーク６０１と基準マーク側キャリブレーションマーク２１の相対位置を変化させると、得られる出力値も変化する。このキャリブレーションマークの相対位置に対する出力値の変化（以下、「光量変化プロファイル」）４００の内、キャリブレーションマーク６０１を通過した光が、基準マーク側キャリブレーションマーク２１のスリットと一致している所（Ｘ０）で最大光量となる。この一致した位置Ｘ０を求める事で、キャリブレーションマーク６０１の投影光学系３によるウエハ空間側の投影像の位置を求める事が可能となる。尚、検出位置Ｘ０の算出方法は、得られた光量変化プロファイル４００に対して、所定の領域で重心計算や関数近似等によって、ピーク位置を求める事で、安定した高精度な計測値が得られる。

以上はキャリブレーションマーク６０１を用いた計測に関して説明した。しかし、キャリブレーションマーク６０２に対応するスリットパターンを用いて、同様に検出する事でキャリブレーションマーク６０２の投影光学系３による投影像の位置を検出可能な事は明白であろう。

上述では投影像のベストフォーカス面に基準マーク１５がある前提で説明したが、実際の露光装置においては、フォーカス方向（Ｚ方向）に関しても不定の場合がある。その場合、基準マーク１５をＸ０の位置で、Ｚ方向に駆動しながら、光電変換素子３３の出力値をモニタする事で、ベストフォーカス面を求める事が可能である。その場合、図５に示したグラフにおいて、横軸をフォーカス位置、縦軸を出力値Ｉと考えれば、同様な処理によってベストフォーカス面を算出する事が可能である。

基準マーク１５がＸＹ方向にずれて、且つＺ方向にもずれている場合、いずれかの方向から計測を行い、所定の精度で求めた後、別の方向の位置を検出する。以上を交互に繰り返す事によって、最終的には最適位置が算出可能である。例えば、Ｚ方向にずれている状態で、Ｘ方向に駆動し、Ｘ方向の精度の低い計測を行い、おおよそのＸ方向の位置を算出する。その後、その位置でＺ方向に駆動して、ベストフォーカス面を算出する。次にベストフォーカス面で再度、Ｘ方向に駆動して計測する事で、Ｘ方向の最適位置を高精度に求める事が可能である。通常、この様に交互の計測を一度行えば、高精度な計測は可能である。以上の例ではＸ方向からの計測を先に開始したが、Ｚ方向の計測から行っても最終的には高精度な測定が可能である。

光量変化プロファイルの特徴は、キャリブレーションマークのマーク形状、すなわちスリットの短手方向の長さ（マーク幅）やスリットの間隔（マーク間隔）を変えることで、変化することが判っている。ここで、光量変化プロファイルは、ウエハステージの位置を変化させたときのキャリブレーションマーク群及び基準マークを透過する光量の変化を示すプロファイルを意味する。例えば、マーク幅を広くすることで焦点深度が深くなり、Ｚ方向に大きくずれていてもＸ計測可能となる。一方、マーク幅を狭くすることで、光量変化プロファイルのコントラストが向上する。また、マーク間隔を変化させることで、最大透過光量を増減させることができる。ここでの出力値やコントラストは、得られた光量変化プロファイルに対して、所定の領域で重心計算や関数近似等によって、ピーク位置を求める場合、安定した高精度な計測値が得るためのパラメータとなる。

以上の様に、ＸＹ方向に対して、キャリブレーションマーク６０１，６０２の投影像の位置を算出した後、基準マーク１５を位置検出器４側に駆動して、位置計測マーク２３の位置を検出する。ウエハステージ８の駆動量及び位置検出器４の検出結果を用いる事で、投影光学系３（レチクル２）と位置検出器４との相対位置（ベースライン）の算出が可能となる。さらに、位置検出装置はチップの配列情報からレチクルとウエハとの相対位置を検出する。

以上のベースライン計測は、ウエハステージが一つのみ構成される所謂、シングルステージタイプの露光装置において、実施される。一方、ウエハステージが２個（複数）構成されているステージタイプの露光装置においては、ベースラインと言う概念ではないが、基準マーク１５を位置検出器４と投影光学系３によるキャリブレーションマークとの相対位置検出に用いる。

ツーステージタイプの露光装置の模式図を図６に示す。本図を用いて、基準マーク１５の使用方法について説明する。

ツーステージタイプの露光装置においては、ウエハのアライメント、フォーカス等計測を行う計測空間１００と、その計測結果に基づいて露光を行う露光空間１０１との２つの領域に分けられる。それら空間を２つのウエハステージが交互に入れ替わり、計測、露光を繰り返す事になる。ウエハステージ８上に構成されている基準マーク１５等は、上述において説明済みのものと同じとする。

計測空間１００では、位置検出器４で基準マーク１５上の位置計測マーク２３の位置を算出する。その位置に対して、ウエハ６上に構成されたアライメントマーク（不図示）を同様に検出して、ウエハ６上に形成されているチップの配列情報を算出する。つまり、基準マーク１５に対するチップの配列情報として算出し、装置に記憶する。また、フォーカスに関しても同様に、基準マーク１５のＺ方向の位置に対するウエハ６の高さとして、検出する。具体的には、基準マーク１５をフォーカス位置検出系５によって、そのＺ方向の位置を検出する。次に、ウエハステージ８をＸＹ駆動して、ウエハ６全面のＺ方向の位置を検出する。その計測をウエハステージ８のＸＹ方向の位置に関するウエハ６のＺ方向の位置として求め、それを装置内に記憶する。ＸＹの位置に対するＺ方向の位置を算出する事を以降、フォーカスマッピングと呼ぶ。このフォーカスマッピングも基準マーク１５の位置基準で行われている。

以上の様に、計測空間１００では、チップの配列情報及びフォーカスマッピング情報のいずれも基準マーク１５に対して求められており、その基準マーク１５とウエハの相対位置を変化させないまま、ウエハステージ８を露光空間へ移動させる。

次に、移動されたウエハステージ８に対して、それに構成されている基準マーク１５とレチクル２上に構成されたキャリブレーションマークとの相対位置を求める。算出方法は先に述べた方法と同様である。この様にして、レチクル２と基準マーク１５の相対位置（ＸＹＺ）が求められると、基準マーク１５からのウエハ６の相対位置が求められている為、レチクル２とウエハ６上の各チップとの相対位置情報が求まる。その情報に基づいて、露光動作が開始される。

以上の様に、ツーステージタイプの露光装置においても、レチクル２上に構成されたキャリブレーションマーク６０１，６０２と、基準マーク１５上の基準マーク側キャリブレーションマーク２１，２２とを用いて、その相対位置が検出される。シングルステージタイプの露光装置の場合、このキャリブレーションマークの計測はベースライン計測時になる為、適宜行われる事が通例となっている。それは、理論的には投影光学系３と位置検出器４の相対位置が安定している場合、一度測定してしまえばその値は変化しない為である。露光装置はスループット性能も重要な要素であり、こうしたベースライン計測は極力頻度を減らしたいとされている。

一方、ツーステージタイプの露光装置においては、ウエハステージ８が計測空間から露光空間に移る時に、ウエハステージ８の位置が不定（必要精度に対して、満足していない）状態になってしまう場合がある。そうした場合、ウエハごとに、上記のキャリブレーションマーク計測が必要になる。したがって、スループットと言う観点では出来るだけ、このキャリブレーションマーク計測に掛ける時間を極力短くしたいとされている。

その為には、図３で示したキャリブレーションマーク６０１，６０２の全てを無条件に検出に用いるのではなく、照明条件に応じて適切なキャリブレーションマークだけを用いて検出することが求められる。

以下では、高スループットを考慮した場合に、照明条件及びそれに対応したレチクル２上のキャリブレーションマークの選択条件について、説明する。本実施例では、この高スループットを達成する為に良好な、キャリブレーションマークの選択方法を開示する。

図３及び図４に戻り、キャリブレーションマークの配置方法について、説明する。図３において、遮光帯４０の内側に実素子パターンが形成された露光エリア４１が構成されている。その遮光帯４０の周辺部にキャリブレーションマーク群２４ａが構成されている。

なお、以上の説明では、Ｘ方向とＹ方向に配置されたマークの選択方法について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＸＹ軸に対して４５°或いは１３５゜傾いた計測マークを構成しても良い。それら構成しているマークの向きは、本実施例の向きに限定されるものではない。また、キャリブレーションマーク群である必要はなく、複数のキャリブレーションマークの位置及び個数は限定されるものではない。本実施例で必要な事は、マーク形状が異なる複数のキャリブレーションマークを、照明条件に応じて選択出来る様になっている事である。

露光装置において、レチクルに垂直に入射させていた照明光を、斜めに入射させて、解像度を上げ、焦点深度を深く改善する照明技術、所謂、変形照明を用いることがある。

この変形照明は、図１４に示すような絞りや、プリズムやＣＧＨなどの回折光学素子を照明光学系中に挿入すること等で実現する。照明光の傾斜により、レチクルから発生する１次及び０次回折光の方向も変化し、従来の解像限界より微細なパターンからの回折光の、投影光学系透過が可能になり、解像度の向上が達成される。さらにパターン投影像の焦点深度も拡大され、これにより半導体デバイス製造の歩留まりの向上を達成できる。

変形照明で用いる絞りとして，輪状に光を透過させる輪帯照明や２つの孔から光を透過させる二重極照明（図７）などがある。

例えば、照明条件が二重極照明の場合を説明する。図７は二重極照明の模式図である。最大照明領域８０に対して、特殊な絞りにより２つの円状の孔から光を透過させることで、二重極照明領域８１が実現する。

図７は、二重極照明の２つの有効照明領域がＸ方向に並んでいる。この場合、実際に露光されるパターンについては、Ｙ方向に伸びたパターンの解像度向上及び焦点深度の拡大を目的としている。したがって、フォーカス方向（Ｚ方向）に関してキャリブレーションを行う場合、Ｘ方向のキャリブレーションマークのみで位置検出をすることで十分に目的を達成することが可能である。したがって、Ｙ方向のキャリブレーションマークのフォーカス位置検出は不要となる。

また、この場合、Ｙ方向マークのフォーカス計測精度は、Ｘ方向マークのフォーカス計測精度よりも劣っている。したがって、Ｘ方向とＹ方向の両方のフォーカス計測値の平均値を露光時に合わせたいフォーカス値（以下、「真値」）とする場合、Ｙ方向マークの計測精度の影響によって真値からのズレが大きくなる場合がある。図９を例に、上記フォーカス位置検出の真値とのズレについて説明する。ここでは、光量変化プロファイル９００をＸ方向のキャリブレーションマークの検出結果、光量変化プロファイル９０１をＹ方向のキャリブレーションマークの検出結果とする。上記照明条件での目的から、真値は光量変化プロファイル９００による検出結果Ｚ０である。しかし、光量変化プロファイル９０１による検出結果Ｚ１を考慮することで、真値からのズレが発生する。

例えば、投影光学系の収差状態にもよるが、Ｚ０とＺ１のフォーカス値の差が10nm程度発生する場合がある。この場合に、平均値を真値とすると、5nmのキャリブレーション誤差（オフセット）が発生する。従って、この例でのダイポール計測では、Ｚ０のみの計測を行うことで、適正な位置検出が可能となる。

このように、Ｘ方向のみをフォーカス計測することで、不要なＹ方向のフォーカス計測をしないことによるスループットと計測精度の向上を達成できる。

一方、ＸＹ平面上の位置合わせにおいては、Ｘ方向とＹ方向の両キャリブレーションマークでの位置検出が必要である。従って、フォーカス方向はＸ方向のキャリブレーションマークのみの位置検出を実施し、ＸＹ平面上の位置合わせでは両キャリブレーションマークで位置検出を実施する。

以上の様に、二重極照明に必要な方向のキャリブレーションマークだけを用いて検出することは、スループット向上と高精度化を可能にする。

また、照明条件に対する最適なマーク形状を制御器１４の記憶部に記憶させ、この記憶部を参照することで、一度選択した内容を利用して基準マーク位置計測をすることにより、さらにスループットを向上させることも可能である。

また、照明条件に対する最適なマーク形状を基準マーク位置計測で得られる光量変化プロファイルのシミュレーション値から予め選択しておき、さらにスループットを向上させることも可能である。

尚、上記ではキャリブレーションマーク６０１，６０２は、レチクル２上に構成されている前提で説明したが、これに限定されるものではない。例えば、スキャンステージタイプの露光装置の場合、レチクル２側のレチクルステージ１９も駆動可能になっている。このレチクルステージ１９上のレチクル２とは異なる位置に、レチクル２と同等な部材で作成され、固定されたレチクル基準プレート１７，１８上にキャリブレーションマーク６０１，６０２を構成しても良い。このレチクル基準プレート１７，１８上のキャリブレーションマークを用いてもウエハ空間側の基準マーク１５の同様な計測が可能である。

また、複数のキャリブレーションマークをレチクル２およびレチクル基準プレート１７，１８の双方に形成しておき、これらのマークから選択できるように構成しておくことも可能である。

尚、レチクル基準プレート１７，１８を用いて、基準マーク１５との相対位置を検出する意味としては、上記のウエハステージ８の位置を検出する為以外に、投影光学系３の光学性能（収差）等を測定する為に用いられる。それは、常に同じレチクル基準プレートを用いて測定する事が可能な為、経時的な変化等を捉え易くなる、レチクル２のパターンの描画精度を排除できる等と言ったメリットがある。

また、本実施例では、一組のＸマーク、Ｙマークの選択について説明したが、ＸマークとＹマークとの組が、複数あってもよい。例えば、レチクル上にＸ方向が異なる位置に複数の組のマークを構成しておくことで、Ｘ方向のフォーカス位置の変化、所謂、像面の傾きや湾曲を計測することやＸ方向の倍率や歪曲を計測することが可能である。

［実施例２］
照明条件によっては、キャリブレーションマーク及び基準マーク側キャリブレーションマークの形状を最適化することにより、スループット及び検出精度を向上させることができる。ここでの照明条件とは、先述の変形照明だけでなく、有効光源の照度分布や配光分布、開口角（NA）などの照明光学系１の光学条件全般を含む。

基準マーク１５をＺ方向に駆動しながら、光電変換素子３３の出力値をモニタする事で、ベストフォーカス面を求める場合、図９に示すような、光量変化プロファイル９００が得られるとする。しかし、照明条件によっては、例えば照度ムラのある照明条件やポールバランスの悪い照明条件では、９０１のように、光量変化プロファイルに歪みが生じ、真値Ｚ０がＺ１へシフトしてしまい、位置合わせ精度の悪化になる。他にも、全体光量の低い照明条件での光量変化プロファイルは、真値の検出精度が悪化する。また、複数のピークがある光量変化プロファイルでは、誤検出の可能性が非常に高くなる。

また、照明条件を切替えて、光量変化プロファイルを最適化しようとする場合、照明条件を切替える動作時間分だけスループットが低下する。

実施例２では、これらの問題を解決するため、照明条件により生じる基準マーク計測の変化に対し、図８(a)に示すような、マーク幅やマーク間隔が異なる複数のマーク形状からなるキャリブレーションマーク群２４bを使用する。

そして、照明条件を切替えずに、最適なキャリブレーションマークを選択することで、光量変化プロファイルを最適化する。その結果、スループットと計測精度の向上を可能にする。

図８(b)は図８(a)に示しているキャリブレーションマーク群２４bを詳細に説明したものである。キャリブレーションマーク６０３，６０４は、先述のキャリブレーションマーク６０１，６０２と間隔は同じで線幅が異なる。また、６０５，６０６は、キャリブレーションマーク６０３，６０４と線幅は同じで間隔が異なるキャリブレーションマークを示している。例えば、各キャリブレーションマークのマーク幅及びマーク間隔を以下のようにする。
キャリブレーションマーク６０１，６０２：マーク幅＝0.2um、マーク間隔＝0.8μm
キャリブレーションマーク６０３，６０４：マーク幅＝0.4um、マーク間隔＝0.8μm
キャリブレーションマーク６０５，６０６：マーク幅＝0.2um、マーク間隔＝0.4μm
なお、キャリブレーションマーク６０１，６０３，６０５のマーク長手方向はＹ方向であり、キャリブレーションマーク６０２，６０４，６０６のマーク長手方向はＸ方向である。

つまり、キャリブレーションマーク群２４ｂは、長手方向及びマーク幅・マーク間隔の異なる複数のマークを構成しており、長手方向についてはＸ方向とＹ方向の２種類、マーク幅・マーク間隔について３種類の計６種類のキャリブレーションマークを有する。

なお、図８(a)では、キャリブレーションマーク群を一箇所にしか構成していないが、その限りではない。また、キャリブレーションマーク群である必要もない。つまり、複数のキャリブレーションマークの位置及び個数は限定されるものではない。例えば、同キャリブレーションマークによる異なる位置での基準マーク位置計測をすることで、投影光学系の像面の傾きや湾曲、倍率や歪曲を計測することができる。

また、マークの形状についても、図８(b)に限定されるものではない。つまり、長手方向及びマーク幅・マーク間隔のマーク形状は限定されるものではない。

次に、こうした配置にする事の有効性について、詳細に説明する。

照明条件によって、最適なマーク形状が異なることが判明している。例えば、照明条件が大σと小σとで比較すると、ＮＡが異なることから、大σの解像度に対して小σの解像度は低下する。従って、図１２のように、大σの光量変化プロファイルが９００であるのに対して、小σの光量変化プロファイルは９０２になる場合がある。つまり、照明条件によっては光量が低下し、検出精度が悪化する。このような場合は、マーク線幅を太くすることで、例えば、0.2μmから0.4μmにすることで、９０２の光量変化プロファイルの光量を向上させることができる。その結果、検出精度の向上を達成することができる。

また、照明条件が大σの輪帯と小σの輪帯とで比較すると、絞りＳを透過する光量の差から、大σの輪帯の光量に対して小σの輪帯の光量は低下する。従って、図１２のように、大σの輪帯の光量変化プロファイルが９００であるのに対して、小σの輪帯の光量変化プロファイルは９０２になる場合がある。つまり、照明条件によっては光量が低下し、検出精度が悪化する。このような場合は、マーク間隔を狭くすることで、例えば、0.8μmから0.4μmにすることで、９０２の光量変化プロファイルの光量を向上させることができる。その結果、検出精度の向上を達成することができる。

また、照明条件によっては、不要な回折光が発生する。その結果、センサーに全光量を受光できなくなり、光量低下となる。この場合でも、マーク幅やマーク間隔を変化させること、例えば、マーク間隔を0.4μmから0.6μm広くすることで、上記と同様に、光量変化プロファイルの光量を向上させることができる。その結果、検出精度の向上を達成することができる。

また、例えば、照明ムラがある場合、マークの方向によっては光量変化プロファイルの対称性が悪化する。従って、図９のように、０°方向マークでの光量変化プロファイルが９００であるのに対して、９０°方向マークでの光量変化プロファイルは９０１になる場合がある。つまり、マーク方向によっては対称性が悪化し、検出値にズレが生じることがある。このような場合は、マーク方向を選択することで、例えば、４５°方向マークや１３５°方向マークでも基準マーク検出を行い、それらの中から適切なマーク方向を選択することで、検出精度の向上を達成することができる。

以上の説明では、ある照明条件に対して、マーク幅、マーク間隔、マーク方向を個別に選択しているが、その限りではない。照明条件やマークの特性及び光量変化プロファイルに応じて、総合的な選択をしてもよい。

しかし、従来の方式では、同じマーク形状での基準マーク計測に照明条件毎のオフセットを加算している。そこで、精度向上を図るべく、最適なマーク形状のキャリブレーションマークで基準マーク計測をすることが、より好ましいといえる。その最適なマーク形状を選択するためには、レチクル２上の最低２ヶ所に配置されたキャリブレーションマークを測定する必要がある。そして、照明条件とそれに適合したキャリブレーションマークとを対応付ける情報を記憶し、当該記憶された情報に基いて照明条件に対応するキャリブレーションマークを選択することで、スループット向上と高精度化を可能にする。制御器１４の記憶部が上記記憶を行い、制御器１４の制御部が上記選択を行う。

次に、選択方法について説明する。照明条件に対する最適なマーク形状は、各マークに対する光電変換素子からの電気信号を個別に検出する事で判断する。最適なマーク形状の判断指標としては、光量変化プロファイルの対称性やピーク強度、半値幅などのパラメータや基準となる光量変化プロファイルに対する乖離量などがある。

ここでは、キャリブレーションマーク６０１で基準マーク計測をした光量変化プロファイルとして、図９に示した光量変化プロファイル９００を得たとする。そして、この光量変化プロファイル９００を基準とする。そして、照明条件を変えて基準マーク計測をした結果、光量変化プロファイル９０１を得たとする。この光量変化プロファイル９０１では、基準となる光量変化プロファイル９００に対し、例えば、出力値のピーク位置（最大光量）がＺ０に対してＺ１と異なる結果になる。また、光量変化プロファイルの対称性や最大光量、半値幅も異なる。

対称性の判断指標Δについて図９,１０で詳細に説明する。図９で得られた光量変化プロファイル９００及び９０１の強度を、最大光量Ｉ０、Ｉ１強度でそれぞれ正規化する。その結果、正規化した光量Ｉ'と相対的な位置Ｚ'に対して、光量変化プロファイル９００は図１０に示す光量変化プロファイル９００'、光量変化プロファイル９０１は図１１に示す光量変化プロファイル９０１'のようになる。このとき、正規化した最大光量αは１となる。図１０(a)において、光量がβ〜γ（α＜β＜γ）の領域の着目すると、相対光量βにおけるＺの値はβ１とβ２の２つの値をとることになる。同様に、相対光量γに対してもγ１とγ２の値をとる。ここで、｜β１−γ１｜＝βγ１、｜β２−γ２｜＝βγ２を算出し、対称性をあらわす値ΔとしてΔ９００＝｜βγ１−βγ２｜を定義する。対称性が最良の場合は、対称性を示す関数Δは零になる。逆に、対称性が悪化するに従って、Δの値は零よりも大きくなっていく。従って、Δ９００の値を評価することで、最適なマーク形状を選択することができる。

図１０(b)では、｜β３−γ３｜＝βγ３、｜β４−γ４｜＝βγ４から、Δ９０１＝｜βγ３−βγ４｜を算出することができる。同様に、光量変化プロファイル９０１を得た照明条件で、キャリブレーションマーク６０３及び６０５でも、基準マーク計測を実施する。そして、それぞれのキャリブレーションマークでの基準マーク計測で得られた光量変化プロファイルのΔを算出する。その結果、同照明条件で、キャリブレーションマークを６０１、６０３、６０５と変化させたときの、それぞれのΔ（Δ９０１,Δ９０３,Δ９０５）を得ることができる。そのΔ値を比較評価し、絶対値が一番小さいΔ値を得たキャリブレーションマークの検出結果を、この照明条件の真値と判断する。

例えば、Δ９０１＞Δ９０３＞Δ９０５であったならば、キャリブレーションマーク６０５が最適なマーク形状と判断する。

具体例を図１１で説明する。照明条件が輪帯であるときにキャリブレーションマーク６０１を基準マーク計測して光量変化プロファイルＡＮ１が得られたとする。このときのΔはΔＡＮ１＝０．２とする。同様に、同照明条件でキャリブレーションマーク６０３及び６０５での光量変化プロファイルがそれぞれＡＮ３、ＡＮ５で、ΔがΔＡＮ３＝０．１５、ΔＡＮ５＝０．０５とする。このとき、ΔＡＮ１＞ΔＡＮ３＞ΔＡＮ５なので、キャリブレーションマーク６０５での基準マーク計測の検出結果、すなわちＡＮ５を真値と判断する。

なお、ここでは、Δの絶対値を評価しているが、基準となる光量変化プロファイル９００'の対称性Δとの差分で評価しても良い。なぜなら、基準となる変化プロファイルとの乖離量が大きいことは、オフセットが大きいと判断することが出来るからである。従って、基準となる光量変化プロファイルの対称性の指標Δとの乖離量が最小となるΔ値を得たキャリブレーションマークの検出結果を、この照明条件の真値と判断する。

また、ここでの対称性の指標Δは上記数式に限定されない。何らかの対称性を評価できる指標であればよい。

また、光量変化プロファイルの最大光量や半値幅においても、絶対量や基準となる光量変化プロファイルとの比較によって評価しても良い。

図１２は、最大光量がＩ０の基準とする光量変化プロファイル９００に対して、最大光量がＩ０よりも低いＩ２の光量変化プロファイル９０２を示している。

光量が低い場合、ノイズとの割合（Ｓ/Ｎ比）が悪化し、検出値の再現性が悪化することになる。従って、最大光量が高くなるキャリブレーションマークで基準マーク計測を行うことは、検出精度の向上に繋がる。例えば、同照明条件で、キャリブレーションマークを６０１、６０３、６０５と変化させたときの、それぞれの最大光量Ｉ（Ｉa,Ｉb,Ｉc）を得ることができる。そのＩ値を比較評価し、絶対値が最大となるＩ値を得たキャリブレーションマークの検出結果を、この照明条件の真値と判断する。

例えば、Ｉa＞Ｉb＞Ｉcであったならば、キャリブレーションマーク６０１が最適なマーク形状と判断する。

なお、ここでは、Ｉの絶対値を評価しているが、基準となる変化プロファイル９００の最大光量Ｉ０との差分で評価しても良い。なぜなら、基準となる変化プロファイルとの乖離量が大きいことは、オフセットが大きいと判断することが出来るからである。従って、Ｉ０との乖離量が最小となるＩ値を得たキャリブレーションマークの検出結果を、この照明条件の真値と判断する。

図１３は、基準とする光量変化プロファイル９００の半値幅ε０＝｜ε２−ε３｜に対して、半値幅がε'＝｜ε１−ε４｜とε０よりも半値幅が広い光量変化プロファイル９０３を示している。

半値幅が広い場合、例えば重心計算で位置を算出する誤差に対する精度が低下するため、検出値の再現性が悪化することがある。従って、半値幅が狭くなるキャリブレーションマークで基準マーク計測を行うことは、検出精度の向上に繋がる。例えば、同照明条件で、キャリブレーションマークを６０１、６０３、６０５と変化させたときの、それぞれの半値幅ε（εa,εb,εc）を得ることができる。そのε値を比較評価し、絶対値が最小ε値を得たキャリブレーションマークの検出結果を、この照明条件の真値と判断する。

例えば、εa＞εb＞εcであったならば、キャリブレーションマーク６０５が最適なマーク形状と判断する。

なお、ここでは、εの絶対値を評価しているが、基準となる変化プロファイル９００のピーク強度ε０との差分で評価しても良い。なぜなら、基準となる変化プロファイルとの乖離量が大きいことは、オフセットが大きいと判断することが出来るからである。従って、ε０との乖離量が最小となるε値を得たキャリブレーションマークの検出結果を、この照明条件の真値と判断する。

また、あるステージ位置での検出光量の再現性σで評価しても良い。この再現性は、検出精度にかかわる値である。キャリブレーションマークを６０１、６０３、６０５と変化させたときの、それぞれの検出光量の再現性σ（σa,σb, σc）を得ることができる。そのσ値を比較評価し、絶対値が最小のσ値を得たキャリブレーションマークの検出結果を、この照明条件の真値と判断する。

以上のように、光量変化プロファイルの対称性Δや最大光量値Ｉ、半値幅εの絶対量や基準となる光量変化プロファイルのそれとの比較、検出値の再現性σの絶対値によって、最適なマーク形状を評価し、判断するが出来る。そして、これらの組み合わせを評価しても良い。

例えば、各Δ、Ｉ、ε、σの絶対値に重み付けをし、その和Ｓの大小や基準となる変化プロファイルからの乖離量で判断する。この場合の重み付け量は、その装置の特性や構成されたマーク群の特性などで任意に決定することが出来る。

また、実施例１の手法と実施例２の手法とを組合せることも可能である。すなわち、Ｘ方向マークとＹ方向マークのそれぞれの検出結果を評価し、計測必要性の有無を判断する。不要な場合は、実施例１と同様の効果として、スループット向上と高精度化が期待できる。

また、光量変化プロファイルの評価・比較だけではなく、検出結果の再現性や絶対値の評価・比較でも良い。例えば、検出結果の再現性Σで評価する場合を説明する。キャリブレーションマーク６０１、６０３、６０５と変化させたときの、それぞれの検出結果の再現性Σ（Σa,Σb,Σc）を得ることができる。そのΣ値を比較評価し、絶対値が最小のΣ値を得たキャリブレーションマークの検出結果を、この照明条件の真値と判断する。

また、検出結果の絶対値Ａで評価する場合を説明する。キャリブレーションマーク６０１、６０３、６０５と変化させたときの、それぞれの検出結果の絶対値Ａ（Ａa,Ａb,Ａc）を得ることができる。そのＡ値を比較評価し、その値と基準となる変化プロファイルの検出結果との差分が最小となるＡ値を得たキャリブレーションマークの検出結果を、この照明条件の真値と判断する。

また、同じキャリブレーションマークから求めた基準マーク計測の検出結果から求めた倍率の評価・比較によって最適のキャリブレーションマークを選択しても良い。

図８(c)に示したように、レチクル２のＸＹ平面上に同じキャリブレーションマーク群２４bが複数構成されている。それぞれのキャリブレーションマークの位置での基準マーク計測の結果から、投影光学系のＸ方向倍率及びＹ方向倍率を求めることが出来る。

基準となる変化プロファイルを計測したキャリブレーションマークの基準マーク計測から検出したＸ位置とそのキャリブレーションマークのＸ方向の位置から求めたＸ方向倍率をＢxとする。他の照明条件において、同様に、キャリブレーションマーク６０１、６０３、６０５での倍率Ｂ(Ｂa,Ｂb,Ｂc)を得ることができる。そのＢ値を比較評価し、Ｂxとの乖離量が最小となるＢ値を得たキャリブレーションマークの検出結果を、この照明条件の真値と判断する。

以上の説明では、Ｘ方向倍率における比較評価をしたが、Ｙ方向倍率においても同様である。

以上の説明では、計６種類のキャリブレーションマークにおいて、基準となる条件での計測に対し、キャリブレーションマーク６０１、６０３、６０５での計測を比較したが、これに限定されるものではない。既知の照明条件やマークの特性に応じて、比較対象とするキャリブレーションマークを加減してもよい。また、大小の比較だけではなく、ある閾値を設定し、その閾値から判断しても良い。また、基準となる条件でのキャリブレーションマークの選択も同様である。

また、照明条件に対する最適なマーク形状を制御器１４の記憶部に記憶させ、この記憶を参照することで、一度選択した内容を利用して基準マーク位置計測をすることにより、さらにスループットを向上させることも可能である。

また、照明条件に対する最適なマーク形状を基準マーク位置計測で得られる光量変化プロファイルのシミュレーション値から予め選択しておき、さらにスループットを向上させることも可能である。

本実施例で必要な事は、照明条件に対して、レチクル上又は又はレチクル基準プレート上に任意に構成された、マーク形状が異なるキャリブレーションマークを選択出来る様になっている事である。

［デバイス製造方法］
次に、図１５及び図１６を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１５は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいて原版であるマスク（レチクル）を製作する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いて基板であるウエハを製造する。ウエハの他に、基板として液晶基板等を用いることができる。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

図１６は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、上記の露光装置によって、キャリブレーションマークを使い分けて、マスクとウエハの相対位置合わせが行われ、マスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは言うまでも無く、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

実施例１に係るシングルステージタイプの露光装置を示す模式図 シングルステージタイプの露光装置におけるベースラインの説明図 レチクル上のキャリブレーションマーク群の構成図 基準マークを示す模式図 光量変化プロファイルを示す図 実施例１に係るツーステージタイプの露光装置を示す模式図 レチクル上を照明する二重極照明の模式図 実施例２に係るレチクル上のマーク構成図 実施例２に係る基準マークから得られる光量変化プロファイルを示す模式図 実施例２に係る基準マークから得られる光量変化プロファイルを示す模式図 実施例２に係る基準マークから得られる光量変化プロファイルを示す模式図 実施例２に係る基準マークから得られる光量変化プロファイルを示す模式図 実施例２に係る基準マークから得られる光量変化プロファイルを示す模式図 絞りの例 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャート 図１５に示すフローチャートのステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャート

符号の説明

１：照明光学系、２：レチクル、３：投影光学系、４：位置検出器、５：フォーカス位置検出系、６：ウエハ、７：干渉計ミラー、８：ウエハステージ、９：干渉計、１０：ステージ制御系、１１：レチクルアライメント検出系、１２：レチクルセットマーク、１４：制御系、１５：基準マーク、１６：干渉計ミラー、１７,１８：レチクル基準プレート、１９：レチクルステージ、２１,２２,３１,３２：基準マーク側キャリブレーションマーク、２３：位置計測マーク、２４：キャリブレーションマーク群、３０：遮光部、３３,５０,５１：光電変換素子、６０１〜６０６：キャリブレーションマーク、４００,９００〜９０３、ＡＮ１、ＡＮ３、ＡＮ５：光量変化プロファイル

Claims (10)

1. 原版を露光光で照明する照明光学系と、前記原版の像を基板に投影する投影光学系と、前記原版を保持し駆動する原版ステージと、前記基板を保持し駆動する基板ステージと、前記原版と前記基板との相対位置を検出する位置検出装置とを備える露光装置であって、
   前記原版ステージに保持された前記原版及び基準プレートの少なくとも一方には、相異なる複数の第１マークが設けられ、
   前記位置検出装置は、前記複数の第１マークから照明条件に応じて第１マークを選択し、該選択された第１マークと前記基板ステージに設けられた第２マークとを用いて前記原版と前記基板との相対位置を検出する機能を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記複数の第１マークは、それぞれが１つ又は複数のスリットを含み、前記スリットの方向、前記スリットの短手方向の長さ及び長手方向の長さの少なくとも１つが互いに異なる少なくとも２つの第１マークを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記複数の第１マークは、それぞれが複数のスリットを含み、前記スリットの方向及び間隔の少なくとも一方が互いに異なる少なくとも２つの第１マークを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記照明条件は、有効光源又は照明領域の照度分布であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の露光装置。
5. 前記照明条件と前記照明条件に適合した第１マークとを対応付ける情報を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記位置検出装置は、前記記憶部に記憶された情報に基いて前記複数の第１マークから照明条件に応じて１つの第１マークを選択することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記照明条件に適合した第１マークは、前記基板ステージの位置を変化させたときの前記第１マーク及び前記第２マークを透過する光量の変化を示すプロファイルの最大光量、半値幅、対称性、及び、再現性、並びに、前記光量の変化のプロファイルと基準となる光量の変化のプロファイルとの乖離量の少なくとも１つに基いて、決定されることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記照明条件に適合した第１マークは、前記基板ステージの位置を変化させたときの前記第１マーク及び前記第２マークを透過する光量の変化を示すプロファイルから求めた前記投影光学系の倍率と、基準となる前記投影光学系の倍率との乖離量に基いて決定されることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
8. 前記位置検出装置は、前記照明条件が二重極照明である場合に、前記二重極照明の２つの有効照明領域が並んだ方向に対して、前記第１マークのスリットの長手方向が直交する第１マークを選択することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の露光装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記露光された基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。
10. 照明光学系により照明される原版と、前記原版のパターンの像が投影される基板との相対位置を検出する位置検出方法において、
    前記照明光学系の照明条件を設定する設定ステップと、
    該設定された照明条件に応じて、ステージに保持された前記原版及び基準プレートの少なくとも一方に設けられた相異なる複数の第１マークから１つの第１マークを選択する選択ステップと、
    該選択された第１マークを該設定された照明条件で照明する照明ステップと、該照明された第１マークと前記基板のステージに設けられた第２マークとを用いて前記原版と前記基板ステージとの相対位置を検出する検出ステップとを
    有することを特徴とする位置検出方法。