JP6470528B2 - 検出装置、計測装置、露光装置、物品の製造方法、および計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、原版と基板との位置合わせに係るマークを検出する検出装置、計測装置、露光装置、物品の製造方法、および計測方法に関する。

半導体デバイスなどの製造工程（リソグラフィ工程）で用いられる装置の１つとして、マスクのパターンを投影光学系を介して基板に転写する露光装置がある。露光装置では、基板に形成された複数のショット領域の各々にマスクのパターンを高い重ね合わせ精度で転写することができるように、マスクと基板とを精度よく位置合わせすることが求められている。特許文献１には、基板上に設けられたマークの位置をＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）方式を用いて検出し、その検出結果に基づいてマスクと基板とを位置合わせする方法が提案されている。ＴＴＬ方式とは、マスクと投影光学系とを介して基板上のマークを検出する方式のことである。

特開昭６３−３２３０３号公報

基板上の複数のマークをＴＴＬ方式によって検出し、基板に形成された複数のショット領域の配列情報を求めている間、例えば投影光学系の内部における温度の変化や光学部品の振動などにより、投影光学系の状態が変動しうる。この場合、基板上の複数のマークをそれぞれ検出するときの投影光学系の状態が互いに異なってしまうため、ショット領域の配列情報を精度よく求めることができず、基板の露光時においてマスクと基板とを精度よく位置合わせすることが困難になりうる。

そこで、本発明は、重ね合わせ精度の点で有利な技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての検出装置は、投影光学系を介して配置された、原版または原版基準部材上の原版マークと基板または基板基準部材上の基板マークとを検出する検出装置であって、第１マークと第２マークとが形成された検出基準部材を含み、前記原版または原版基準部材の遮光領域上に前記第１マークを結像し、且つ前記原版または原版基準部材と前記投影光学系とを介して前記基板または基板基準部材上に前記第２マークを結像する光学系と、前記原版マーク、前記基板マーク、前記光学系により前記原版または原版基準部材の前記遮光領域上に結像された前記第１マーク、および、前記光学系により前記基板または基板基準部材上に結像された前記第２マークを撮像する撮像部と、を含むことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、重ね合わせ精度の点で有利な技術を提供することができる。

第１実施形態の露光装置の構成を示す概略図である。 基準プレートの各マーク、マスクマーク、基板マーク、および撮像部で得られた画像を示す図である。 マスクマークと基板マークとの相対位置を計測する方法を示すフローチャートである。 基準プレートの各マーク、マスクマーク、基板マーク、および撮像部で得られた画像を示す図である。 第３実施形態の露光装置の構成を示す概略図である。 マスクマークと基板マークとの相対位置を計測する方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。また、本発明は、特に、反射部分がある投影光学系（例えばオフナー型光学系や、ダイソン型光学系）のように光路長に対して空気の占める割合が大きい投影光学系を用いる場合に有効である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態の露光装置１００について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の露光装置１００の構成を示す概略図である。第１実施形態では、スリット光により基板を走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置について説明するが、それに限られるものではなく、例えばステップ・アンド・リピート方式の露光装置についても本発明を適用することができる。第１実施形態の露光装置１００は、例えば、マスクステージ１０と、基板ステージ２０と、投影光学系３０と、照明光学系４０と、検出部５０（検出装置）と、制御部９０とを含みうる。制御部９０は、例えばＣＰＵやメモリなどを有し、マスク１１のパターンを投影光学系３０を介して基板２１に形成された複数のショット領域の各々に転写する処理（基板２１を露光する処理）を制御する。

光源（不図示）から射出された光は、照明光学系４０に入射し、例えばＸ方向に長い帯状または円弧状の露光領域をマスク上に形成する。マスク１１（原版）および基板２１（例えばガラスプレート）は、マスクステージ１０および基板ステージ２０によってそれぞれ保持されており、投影光学系３０を介して光学的にほぼ共役な位置（投影光学系３０の物体面および像面）に配置される。投影光学系３０は、例えば所定の投影倍率（例えば１倍や１／２倍）を有し、マスク１１に形成されたパターンを基板２１に投影する。マスクステージ１０および基板ステージ２０は、投影光学系３０の光軸方向（Ｚ方向）に直交する方向（第１実施形態ではＹ方向）に、互いに同期しながら、投影光学系３０の投影倍率に応じた速度比で走査する。これにより、マスク１１に形成されたパターンを、基板上におけるショット領域に転写することができる。そして、このような走査露光を、基板ステージ２０をステップ移動させながら、基板上における複数のショット領域の各々について繰り返すことにより、１枚の基板２１における露光処理を完了することができる。

露光装置１００では、基板上の各ショット領域にマスク１１のパターンを転写する際、基板上における複数のショット領域の配列情報に基づいて、マスク１１と基板２１との位置合わせが行われる。この配列情報は、基板２１の露光を開始する前において、基板上における幾つかのショット領域（サンプルショット領域）にそれぞれ設けられたマークの位置を求めることにより事前に取得されうる。そのため、露光装置１００は、基板上のマークをＴＴＬ方式を用いて検出する検出部５０（検出装置）を有する。ＴＴＬ方式とは、投影光学系３０とを介して基板上のマークを検出する方式のことである。即ち、検出部５０は、マスク上のマークの位置の検出、およびマスクと投影光学系とを介しての基板上のマークの位置の検出を行う。これにより、制御部９０は、検出部５０による検出結果に基づいて、マスク上のマークと基板上のマークとの相対位置（ＸＹ方向）を求めることができる。ここで、検出部５０および制御部９０は、マスク上のマークと基板上のマークとの相対位置を計測する計測装置を構成しうる。また、以下では、マスク上のマークをマスクマーク１２（原版マーク）と呼び、基板上のマークを基板マーク２２と呼ぶ。

検出部５０は、図１に示すように、例えば、対物レンズ５１、リレーレンズ５２および５３、照明系レンズ５４、ビームスプリッタ５７および５８、撮像部６０、光源７０、視野絞り７３、対物絞り７４を含みうる。光源７０から射出された光は、照明系レンズ５４によって平行光にされた後、視野絞り７３を通過してビームスプリッタ５８で反射される。ビームスプリッタ５８で反射された光は、リレーレンズ５３を通過し、ビームスプリッタ５７で反射される。ビームスプリッタ５７で反射された光は、対物絞り７４および対物レンズ５１を通過し、マスクマーク１２を照明するとともに、投影光学系を介して基板マーク２２を照明する。

ここで、マスクマーク１２および基板マーク２２の構成例について説明する。図２（ｂ）および（ｃ）は、マスクマーク１２および基板マーク２２の一例をそれぞれ示す図である。マスクマーク１２は、図２（ｂ）に示すように、例えば、光を透過する透過部材（例えばガラス部材）で構成されたマスク上の一部の領域（透過領域１２ａ）に、光を遮断する遮光部材（例えばＣｒ膜）によって形成されうる。第１実施形態におけるマスクマーク１２は、遮光部材によって形成されたパターン１２Ｒおよび１２Ｌを含む。マスク上には、マスクマーク１２の＋Ｙ方向側に、後述する第１マーク８２Ｄが結像される遮光領域１２ｂが設けられている。遮光領域１２ｂは、マスクマーク１２と同様に、光を遮断する遮光部材によって構成される。一方で、基板マーク２２は、図２（ｃ）に示すように、例えば、光を透過する透過部材（例えばガラス部材）で構成された基板上に設けられた遮光部材（遮光領域２２ｂ）の一部を除去することによって、光を透過させるように形成される。第１実施形態における基板マーク２２は、遮光部材の除去によって形成されたパターン２２ｃを含みうる。

撮像部６０は、リレーレンズ５２、ビームスプリッタ５７、対物絞り７４、および対物レンズ５１からなる光学系を介して、マスクマーク１２および基板マーク２２の撮像を行う。例えば、マスクマーク１２および基板マーク２２が上述の構成を有する場合では、基板マーク２２と投影光学系３０を介して基板上に投影されたマスクマーク１２とが撮像部６０によって同時に（並行に）撮像される。そのため、マスクマーク１２で反射された光が撮像部６０に入射することを抑制することが好ましい。したがって、光源７０の波長に対する偏光ビームスプリッタの機能をビームスプリッタ５７に持たせるとともに、光源７０から射出された光の位相をシフトさせる機能を投影光学系３０に持たせるとよい。これにより、マスクマーク１２で反射された光をビームスプリッタ５７で反射させ、当該光が撮像部６０に入射することを抑制することができる。光の位相をシフトさせる機能を投影光学系３０に持たせる方法としては、例えば、λ／４板や位相膜を投影光学系３０の内部の光路上に配置する方法がある。

露光装置１００は、上述のように、複数の基板マーク２２の各々について、マスクマーク１２と基板マーク２２の相対位置を順に計測していくことで、基板２１に形成された複数のショット領域の配列情報を求めることができる。しかしながら、ショット領域の配列情報を求めるために複数の基板マーク２２を検出部５０によって検出している間、例えば投影光学系３０の内部における温度の変化や光学部品の振動などにより、投影光学系３０の状態が変動しうる。例えば、複数の基板２１のそれぞれに対して露光工程を行う場合、ｎ枚目の基板２１についての配列情報を求める工程は、ｎ枚目の基板２１の露光工程とｎ−１枚目の基板２１の露光工程との間に行われることとなる。この場合、ｎ枚目の基板２１についての配列情報を求める工程は、ｎ−１枚目の基板２１の露光工程が終了したときと比べて、投影光学系３０の内部の温度が変動（下降）している状態で行われる。つまり、投影光学系３０の内部において屈折率が変化し、複数の基板マーク２２をそれぞれ検出するときの投影光学系３０の状態が互いに異なりうる。その結果、複数の基板マーク２２において、当該相対位置の計測結果に生じる誤差が互いに異なってしまうため、ショット領域の配列情報を精度よく求めることが困難になりうる。

そこで、第１実施形態の露光装置１００は、マスク上に結像される第１マーク８２Ｕ（第１基準マーク）と基板上に結像される第２マーク８２Ｄ（第２基準マーク）とが形成された基準プレート８０（検出基準部材）を検出部５０に含む。そして、露光装置１００は、マスク上に結像された第１マーク８２Ｕ、および基板上に結像された第２マーク８２Ｄに基づいて、投影光学系３０の状態が一定であると仮定した場合におけるマスクマーク１２と基板マーク２２との相対位置を求める。まず、第１実施形態の検出部５０の構成について説明する。検出部５０は、上述した構成に加え、例えば、基準プレート８０、光源７１および７２、レンズ５５および５６、ビームスプリッタ５９を含みうる。基準プレート８０は、例えば図２（ａ）に示すように構成されうる。図２（ａ）は、基準プレート８０の構成例を示す図である。基準プレート８０は、例えば、光を透過する透過部材（例えばガラス部材）で構成されたプレートの一部の領域（透過領域８２ａ）に、光を遮断する遮光部材（例えばＣｒ膜）によって形成された第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄを含みうる。また、基準プレート８０には、マスクマーク１２および基板マーク２２の位置の検出に影響がでないように、遮光領域８２ｂが設けられている。遮光領域８２ｂは、第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄと同様に、光を遮断する遮光部材によって構成されている。

光源７２（第１光源）から射出された光（第１光）は、レンズ５６およびビームスプリッタ５９を通過して、基準プレート８０の第１マーク８２Ｕを照明する。照明された第１マーク８２Ｕは、ビームスプリッタ５８、リレーレンズ５３、ビームスプリッタ５７、対物絞り７４、および対物レンズ５１からなる光学系によって、マスク上の遮光領域１２ｂに結像される。一方で、光源７１（第２光源）から射出された光（第２光）は、レンズ５５を通過し、ビームスプリッタ５９で反射されて、基準プレート８０の第２マーク８２Ｄを照明する。照明された第２マーク８２Ｄは、当該光学系によってマスク上の透過領域１２ａに結像されるとともに、投影光学系３０を介して基板上の遮光領域２２ｂに結像される。マスク上に形成された第１マークの像および基板上に形成された第２マークの像は、リレーレンズ５２、ビームスプリッタ５７、対物絞り７４、および対物レンズ５１からなる光学系によって撮像部上に形成される。撮像部６０は、マスクマーク１２および基板マーク２２とともに、マスク１１に結像された第１マーク８２Ｕおよび基板２１に結像された第２マーク８２Ｄを撮像する。つまり、撮像部６０は、基準プレート８０に形成された第１マーク８２Ｕについては投影光学系３０を介さずに、第２マーク８２Ｄについては投影光学系３０を介してそれぞれ撮像することができる。図２（ｄ）は、撮像部６０で得られた画像６２を示す図である。画像６２におけるパターン６２Ｌおよび６２Ｒは、マスクマーク１２のパターン１２Ｒおよび１２Ｌにそれぞれ対応し、画像６２におけるパターン６２Ｃは、基板マーク２２のパターン２２ｃに対応する。また、画像６２におけるパターン６２Ｕおよび６２Ｄは、第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄにそれぞれ対応する。

ここで、ビームスプリッタ５７に、光源７０の波長に加え、光源７１の波長に関しても偏光ビームスプリッタの機能を持たせるとよい。これにより、基板２１で反射された光源７１からの光を撮像部６０に入射させ、基板上に結像された第２マーク８２Ｄを撮像部６０に撮像させることができる。また、光源７２の波長に関しては、ビームスプリッタ５７にハーフミラーの機能を持たせるとよい。光源７２からの光は、マスク１１で反射されて、投影光学系３０を通らずにビームスプリッタ５７に入射することにより、ビームスプリッタ５７から射出されたときと偏光状態が変わらないからである。つまり、光源７２の波長に関する偏光ビームスプリッタの機能をビームスプリッタ５７に持たせてしまうと、マスクで反射された光源７２からの光をビームスプリッタ５７で反射させてしまい、撮像部６０に入射させることができないからである。このように、光源７１および光源７２は、互いに波長の異なる光（第１光および第２光）をそれぞれ射出するように構成されることが好ましい。

また、第１実施形態では、第１マーク８２Ｕを照明するための光源７２と、第２マーク８２Ｄを照明するための光源７１とが別々に設けられている。これは、撮像部６０で得られる画像６２における第１マーク８２Ｕと第２マーク８２Ｄとのコントラストが許容範囲に収まるように、第１マーク８２Ｕを照明する光の強度と第２マーク８２Ｄを照明する光の強度とを個別に調整するためである。このように、光源７１および光源７２は、互いに強度の異なる光（第１光および第２光）をそれぞれ射出するように構成されることが好ましい。なお、第１マーク８２Ｕを照明する光の強度と第２マーク８２Ｄを照明する光の強度とを個別に調整することができるのであれば、１つの光源で基準プレート８０を照明してもよい。

次に、第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄを用いて、マスクマーク１２と基板マーク２２との相対位置を計測する方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、マスクマーク１２と基板マーク２２との相対位置を計測する方法を示すフローチャートである。以下の説明において、画像上でのマスクマーク１２の位置とは、例えば、画像上でのマスクマーク１２におけるパターン１２Ｒの重心位置とパターン１２Ｌの重心位置との平均値を示す。また、画像上での基板マーク２２の位置とは、例えば、基板マーク２２におけるパターン２２ｃの重心位置を示す。

Ｓ１１では、制御部９０は、マスクマーク１２、基板マーク２２、マスク１１に結像された第１マーク８２Ｕ、および基板２１に結像された第２マーク８２Ｄを、検出部５０の撮像部６０に同時に（並行に）撮像させる。Ｓ１２では、制御部９０は、撮像部６０で得られた画像６２から、当該画像上での第１マーク８２Ｕの位置と第２マーク８２Ｄの位置との差Ｓを求める。Ｓ１３では、制御部９０は、Ｓ１２で求めた差Ｓの基準値Ｒからのずれ量Ｑ（変化量（＝Ｒ−Ｓ））を求める。基準値Ｒとは、例えば、投影光学系３０が基準状態であるときに撮像部６０で得られた画像上での第１マーク８２Ｕの位置と第２マーク８２Ｄの位置との差のことであり、相対位置の計測を開始する前に予め決定されうる。即ち、基準値Ｒは、撮像部６０で得られた画像上における第１マーク８２Ｕと第２マーク８２Ｄとの間の初期の相対位置の情報に基づいて決定されうる。基準値Ｒの決定方法については、後述する。Ｓ１４では、制御部９０は、撮像部６０で得られた画像６２から、当該画像上でのマスクマーク１２の位置と基板マーク２２の位置との差Ｐを求める。Ｓ１５では、制御部９０は、画像上でのマスクマーク１２の位置と基板マーク２２の位置との差Ｐから、Ｓ１３で求めたずれ量Ｑを差し引き、差Ｐからずれ量Ｑを差し引いた値に基づいてマスクマーク１２と基板マーク２２の相対位置を決定する。Ｓ１６では、制御部９０は、次に検出部５０によって検出すべき基板マーク２２（次の基板マーク２２）があるか否かを判断する。次の基板マーク２２がある場合はＳ１１に戻り、次の基板マーク２２がない場合は、マスクマーク１２と基板マーク２２との相対位置の計測を終了する。これにより、制御部９０は、複数の基板マーク２２の各々について、投影光学系３０の状態が一定であると仮定した場合におけるマスクマーク１２と基板マーク２２との相対位置を求めることができる。そのため、制御部９０は、複数の基板マーク２２の各々についての当該相対位置に基づいて、ショット領域の配列情報を精度よく求めることができる。

次に、基準値Ｒの決定方法について説明する。制御部９０は、例えば、露光装置１００を立ち上げた直後など基板２１への露光処理を開始する前に、マスク上に結像された第１マーク８２Ｕおよび基板上に結像された第２マーク８２Ｄを撮像部６０に撮像させる。そして、制御部９０は、撮像部６０で得られた画像上における第１マーク８２Ｕと第２マーク８２Ｄとの間の初期の相対位置の情報を記憶する。これにより、制御部９０は、記憶した情報に基づいて、撮像部６０で得られた画像上での第１マーク８２Ｕの位置と第２マーク８２Ｄの位置との差を求め、当該差を基準値Ｒとして決定することができる。

ここで、基準値Ｒを決定する別の方法として、第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄの両方をマスク上に結像させ、それらを撮像部６０で撮像することによって基準値Ｒを決定してもよい。例えば、露光処理の開始前において、第１マーク８２Ｕを結像させるマスク上の領域、および第２マーク８２Ｄを結像させるマスク上の領域の両方に遮光部材が設けられたマスクを用いて、第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄを当該マスク上に結像させる。制御部９０は、マスク上に結像した第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄの両方を撮像部６０に撮像させ、撮像部６０で得られた画像における第１マーク８２Ｕの位置と第２マーク８２Ｄの位置との差を求める。これにより、制御部９０は、求めた差を基準値Ｒとして決定することができる。

ところで、上述したように、ビームスプリッタ５７には、光源７１の波長に関して偏光ビームスプリッタの特性を持たせている。そのため、投影光学系３０を通過せずにマスクで反射される光源７１からの光は、ビームスプリッタ５７で反射してしまい撮像部６０に入射しない。即ち、マスク上に結像した第２マーク８２Ｄを撮像部６０で撮像することができない。そこで、第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄの両方をマスク上に結像させる方法では、ビームスプリッタ５７と対物レンズ５１との間にλ／４板を挿入するとよい。これにより、光源７１からの光を撮像部６０に入射させることができ、マスク上に結像した第２マーク８２Ｄを撮像部６０で撮像することができる。

また、基準値Ｒを決定する別の方法として、第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄの両方を基板上に結像させ、それらを撮像部６０で撮像することによって基準値Ｒを決定してもよい。例えば、露光処理の開始前において、光源７１からの光および光源７２からの光の両方を透過させるように構成させたマスクを用いて、第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄを基板上の遮光領域２２ｂに結像させる。制御部９０は、基板上に結像した第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄの両方を撮像部６０に撮像させ、撮像部６０で得られた画像における第１マーク８２Ｕの位置と第２マーク８２Ｄの位置との差を求める。これにより、制御部９０は、求めた差を基準値Ｒとして決定することができる。

上述したように、第１実施形態の露光装置１００では、マスク上に結像させる第１マーク８２Ｕと基板上に結像させる第２マーク８２Ｄとを有する基準プレート８０が検出部５０に設けられている。露光装置１００は、検出部５０の撮像部６０によって、マスクマーク１２および基板マーク２２とともに、マスク上に結像した第１マーク８２Ｕおよび基板上に結像した第２マーク８２Ｄを撮像する。そして、露光装置１００（制御部９０）は、撮像部６０で得られた画像６２におけるマスクマーク１２の位置と基板マーク２２の位置の差を、画像６２における第１マーク８２Ｕの位置と第２マーク８２Ｄの位置との差の基準値からのずれ量で補正する。これにより、複数の基板マーク２２の各々について、投影光学系３０の状態が基準状態であるとき、即ち、投影光学系３０の状態が一定であると仮定した場合におけるマスクマーク１２と基板マーク２２との相対位置を求めることができる。そのため、露光装置１００は、複数の基板マーク２２の各々について当該相対位置を求めている間に投影光学系３０の状態が変化する場合であっても、ショット領域の配列情報を精度よく求めることができる。

ここで、第１実施形態では、マスクマーク１２がマスク上に設けられ、基板マーク２２が基板上に設けられている例について説明したが、それに限られるものではない。例えば、マスクステージ上に搭載された原版基準部材の上にマスクマーク１２が設けられ、基板ステージ上に搭載された基板基準部材の上に基板マーク２２が設けられていてもよい。

＜第２実施形態＞
投影光学系３０の内部において温度分布が生じている場合では、投影光学系３０の内部における光路の位置によって屈折率が異なりうる。そのため、第２実施形態では、マスクマーク１２、基板マーク２２、第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄが配置される画像上の領域が第１実施形態に比べて狭くなるように、それらのマークが構成されている。ここで、第２実施形態の露光装置は、第１実施形態の露光装置１００と装置構成が同等であるため、以下では、装置構成についての説明を省略する。

図４（ａ）は、基準プレート８０の構成例を示す図である。基準プレート８０は、例えば、光を透過する透過部材（例えばガラス部材）で構成されたプレートの一部の領域（透過領域８４ａ）に、光を遮断する遮光部材（例えばＣｒ膜）によって形成された第１マーク８４Ｕを含みうる。また、基準プレート８０は、透過領域８４ａ以外の領域（遮光領域８４ｂ）には遮断部材が設けられており、その遮光領域８４ｂの一部を除去することによって形成された第２マーク８４Ｄを含む。この第２マーク８４Ｄは、撮像部６０で得られた画像６４における位置が基板マーク２２と合うように、基準プレート８０に形成されている。例えば、第２マーク８４Ｄは、当該画像６４において、第２マーク８４Ｄの各パターン要素と基板マーク２２の各パターン要素とが重なり合わず、第２マーク８４Ｄの重心と基板マーク２２の重心とが一致するように基準プレート８０に形成されうる。即ち、第２マーク８４Ｄは、基板マーク２２と位置合わせされている場合、第２マーク８４Ｄの像の重心と基板マーク２２の像の重心とが一致しつつ、第２マーク８４Ｄの像と基板マーク２２の像とが重なり合わないように基準プレート８０に形成されうる。

図４（ｂ）および（ｃ）は、マスクマーク１２および基板マーク２２の一例をそれぞれ示す図である。マスクマーク１２は、図４（ｂ）に示すように、例えば、光を透過する透過部材（例えばガラス部材）で構成されたマスク上の一部の領域（透過領域１２ａ）に、光を遮断する遮光部材によって形成されうる。第２実施形態におけるマスクマーク１２は、遮光部材によって形成されたパターン１２Ｅを含む。マスク上には、基準プレート８０の第１マーク８４Ｕを結像するための遮光領域１２ｂが設けられている。遮光領域１２ｂは、マスクマーク１２と同様に、光を遮断する遮光部材によって構成されている。一方で、基板マーク２２は、図４（ｃ）に示すように、例えば、光を透過する透過部材（例えばガラス部材）で構成された基板上に設けられた遮光部材（遮光領域２２ｂ）の一部を除去することによって、光を透過させるように形成される。第２実施形態における基板マーク２２は、遮光部材の除去によって形成されたパターン２２Ｆを含みうる。

図４（ｄ）は、撮像部６０で得られた画像６４を示す図である。画像６４におけるパターン６４Ｅは、マスクマーク１２のパターン１２Ｅに対応し、画像６４におけるパターン６４Ｆは、基板マーク２２のパターン２２Ｆに対応する。また、画像６４におけるパターン６４Ｕおよびパターン６４Ｄは、第１マーク８４Ｕおよび第２マーク８４Ｄにそれぞれ対応する。

上述したように、第２実施形態では、撮像部６０で得られた画像６４において基板マーク２２と第２マーク８４Ｄとの位置が合うようにそれらのマークが構成される。これにより、投影光学系３０の内部において温度分布が生じている場合であっても、その影響を第１実施形態より低減することができる。そのため、第２実施形態では、第１実施形態より精度よくショット領域の配列情報を求めることができる。

＜第３実施形態＞
第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄをマスク上および基板上にそれぞれ結像するための光学系がテレセントリシティ（光軸に対する主光線の傾き角）がゼロでない場合、デフォーカスによって検出部５０による検出結果に誤差が生じうる。特に、第２マーク８２Ｄを結像させる基板２１の面には、基板２１の厚みのばらつきや、基板２１を保持する基板ステージ２０の保持面の平坦度などの影響によって歪みが生じうる。そのため、その歪みに起因するデフォーカスにより、検出部５０で検出された第２マーク８２Ｄの位置の検出結果に誤差が生じることがある。そのため、第３実施形態の露光装置３００は、第１マーク８２Ｕをマスク上に結像させる光（光源７２からの光）のテレセントリシティを調整する第１調整部１７２を含みうる。また、露光装置３００は、第２マーク８２Ｄをマスク上に結像させる光（光源７１からの光）のテレセントリシティを調整する第２調整部１７１を含みうる。ここで、第３実施形態の露光装置３００は、第１調整部１７２および第２調整部１７１の両方を含むように構成されているが、第１調整部１７２および第２調整部１７１の少なくとも一方を含むように構成されていてもよい。また、テレセントリシティは、テレセントリシティ度とも呼ばれる。

図５は、第３実施形態の露光装置３００の構成を示す概略図である。第３実施形態の露光装置３００では、光源７２とレンズ５６との間の光路上に、対物絞り７４と共役な関係にある瞳面が形成され、その瞳面の近傍に第１調整部１７２が設けられている。例えば、光源７２とレンズ５６との間の光路上にレンズ１５６および２５６を設けることにより、レンズ５６とレンズ１５６との間に、対物絞り７４と共役な関係にある瞳面が形成される。そして、その瞳面の近傍に第１調整部１７２が設けられうる。同様に、露光装置３００では、光源７１とレンズ５５との間の光路上に、対物絞り７４と共役な関係にある瞳面が形成され、その瞳面の近傍に第２調整部１７１が設けられている。例えば、光源７１とレンズ５５との間の光路上にレンズ１５５および２５５を設けることにより、レンズ５５とレンズ１５５との間に、対物絞り７４と共役な関係にある瞳面が形成される。そして、その瞳面の近傍に第２調整部１７１が設けられうる。

第１調整部１７２および第２調整部１７１は、例えば平行平板をそれぞれ含み、それを傾けることで対物絞り７４上の有効光源の位置を調整することができる。このように、第１調整部１７２および第２調整部１７１はそれぞれ、各調整部における平行平板を傾けて有効光源の位置を調整することにより、光学系のテレセントリシティを調整することができる。その結果、デフォーカスによって検出部５０による検出結果に生じる誤差を低減させることができる。ここで、第１調整部１７２および第２調整部１７１は、Ｘ方向における有効光源の位置を調整するための平行平板、およびＹ方向における有効光源の位置を調整するための平行平板をそれぞれ含むように構成されるとよい。また、テレセントリシティの目標値（目標テレセントリシティ）は、光源７０から射出されて基板マーク２２を照射する光のテレセントリシティでもよいし、ゼロ値であってもよい。さらに、光源７０から射出されて基板マーク２２を照射する光のテレセントリシティを調整する調整部を検出部５０に設けてもよい。

＜第４実施形態＞
第１実施形態では、撮像部６０で得られた画像６２における第１マーク８２Ｕと第２マーク８２Ｄとの差Ｓの基準値Ｒを、露光装置１００を立ち上げた直後など基板２１への露光処理を開始する前に予め決定する例について説明した。第４実施形態の露光装置は、複数の基板マーク２２の各々を、マスクマーク１２、第１マーク８２Ｕおよび第２マーク８２Ｄとともに撮像部６０に撮像させる。そして、それによって得られた複数の画像６２における第１マーク８２Ｕの位置と第２マーク８２Ｄの位置との差の平均値を基準値Ｒとしている。ここで、第４実施形態の露光装置は、第１実施形態の露光装置１００と装置構成が同等であるため、以下では、装置構成についての説明を省略する。

第４実施形態において、マスクマーク１２と基板マーク２２との相対位置を計測する方法について、図６を参照しながら説明する。図６は、マスクマーク１２と基板マーク２２との相対位置を計測する方法を示すフローチャートである。Ｓ４１では、制御部９０は、マスクマーク１２、基板マーク２２、マスク１１に結像された第１マーク８２Ｕ、および基板２１に結像された第２マーク８２Ｄを、検出部５０の撮像部６０に同時に撮像させる。Ｓ４２では、制御部９０は、次に検出部５０によって検出すべき基板マーク２２（次の基板マーク２２）があるか否かを判断する。次の基板マーク２２がある場合はＳ４１に戻り、次の基板マーク２２が無い場合はＳ４３に進む。Ｓ４３では、制御部９０は、Ｓ４１およびＳ４２の工程を繰り返す行うことによって撮像部６０で得られた複数の画像６２の各々について、各画像上での第１マーク８２Ｕの位置と第２マーク８２Ｄの位置との差Ｓを求める。例えば、制御部９０は、Ｓ４１およびＳ４２の工程によって３枚の画像６２が得られた場合、各画像６２から差Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３を求めることができる。Ｓ４４では、制御部９０は、Ｓ４３において各画像６２から求めた差Ｓの平均値を求め、当該平均値を基準値Ｒに決定する。例えば、制御部９０は、３枚の画像６２が得られた場合、各画像６２から求めた差Ｓ１、Ｓ２およびＳ３の平均値Ｓ’を基準値Ｒに決定する。

Ｓ４５では、制御部９０は、各画像６２について、Ｓ４３で求めた差Ｓの基準値Ｒからのずれ量Ｑ（変化量（＝Ｒ−Ｓ））を求める。Ｓ４６では、制御部９０は、撮像部６０で得られた複数の画像６２の各々について、各画像上でのマスクマーク１２の位置と基板マーク２２の位置との差Ｐを求める。Ｓ４７では、制御部９０は、各画像上でのマスクマーク１２の位置と基板マーク２２の位置との差Ｐから、Ｓ４５で各画像６２について求めたずれ量Ｑをそれぞれ差し引く。そして、制御部９０は、差Ｐからずれ量Ｑを差し引いた値に基づいてマスクマーク１２と基板マーク２２の相対位置を各画像６２について決定する。これにより、制御部９０は、複数の基板マーク２２の各々について、投影光学系３０の状態が一定であると仮定した場合におけるマスクマーク１２と基板マーク２２との相対位置を求めることができる。そのため、制御部９０は、複数の基板マーク２２の各々についての当該相対位置に基づいて、ショット領域の配列情報を精度よく求めることができる。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等の電子デバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１１：マスク、１２：マスクマーク、２１：基板、２２：基板マーク、３０：投影光学系、５０：検出部、６０：撮像部、８０：基準プレート

Claims (15)

1. 投影光学系を介して配置された、原版または原版基準部材上の原版マークと基板または基板基準部材上の基板マークとを検出する検出装置であって、
   第１マークと第２マークとが形成された検出基準部材を含み、前記原版または原版基準部材の遮光領域上に前記第１マークを結像し、且つ前記原版または原版基準部材と前記投影光学系とを介して前記基板または基板基準部材上に前記第２マークを結像する光学系と、
   前記原版マーク、前記基板マーク、前記光学系により前記原版または原版基準部材の前記遮光領域上に結像された前記第１マーク、および、前記光学系により前記基板または基板基準部材上に結像された前記第２マークを撮像する撮像部と、
   を含むことを特徴とする検出装置。
2. 前記光学系は、第１光を用いて前記原版または原版基準部材の前記遮光領域上に前記第１マークを結像し、前記第１光とは波長の異なる第２光を用いて前記基板または基板基準部材上に前記第２マークを結像することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記光学系は、第１光を用いて前記原版または原版基準部材の前記遮光領域上に前記第１マークを結像し、前記第１光とは強度の異なる第２光を用いて前記基板または基板基準部材上に前記第２マークを結像することを特徴とする請求項１又は２に記載の検出装置。
4. 前記第１光を射出する第１光源と、前記第２光を射出する第２光源とを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の検出装置。
5. 前記第１マークは、前記光学系によって前記原版または原版基準部材の前記遮光領域上に結像され、前記基板または基板基準部材上には結像されないことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の検出装置。
6. 前記第２マークは、前記原版または原版基準部材の光透過領域と前記投影光学系とを介して、前記基板または基板基準部材上に結像されることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の検出装置。
7. 前記撮像部で得られる画像において前記第１マークの像と前記第２マークの像とが互いに異なる位置に配置されるように、前記光学系によって前記第１マークおよび前記第２マークがそれぞれ結像されることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の検出装置。
8. 前記第１マークの像を形成するための光のテレセントリシティを調整する第１調整部および前記第２マークの像を形成するための光のテレセントリシティを調整する第２調整部のうち少なくとも一方を更に含むことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の検出装置。
9. 前記第２マークは、前記基板マークと位置合わせされている場合、前記第２マークの像の重心と前記基板マークの像の重心とが一致しつつ、前記第２マークの像と前記基板マークの像とが重なり合わないように、前記検出基準部材に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の検出装置。
10. 前記撮像部は、前記原版マーク、前記基板マーク、前記光学系により前記原版または原版基準部材の前記遮光領域上に結像された前記第１マーク、および、前記光学系により前記基板または基板基準部材上に結像された前記第２マークを並行して撮像することを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の検出装置。
11. 原版または原版基準部材上の原版マークと基板または基板基準部材上の基板マークとの相対位置を計測する計測装置であって、
    請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の検出装置と、
    前記検出装置の撮像部で得られた画像における前記原版マークの像と前記基板マークの像との相対位置、および、前記画像における前記第１マークの像と前記第２マークの像との相対位置に基づいて、前記原版マークと前記基板マークとの相対位置を求める制御部と、
    を含むことを特徴とする計測装置。
12. 前記制御部は、前記原版マークの像と前記基板マークの像との相対位置を、前記第１マークの像と前記第２マークの像との相対位置の変化量で補正することにより、前記原版マークと前記基板マークとの相対位置を求めることを特徴とする請求項１１に記載の計測装置。
13. 前記制御部は、前記第１マークの像と前記第２マークの像との初期の相対位置の情報を予め記憶することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の計測装置。
14. 原版を介して基板を露光する露光装置であって、
    前記原版からの光を前記基板上に投影する投影光学系と、
    前記原版または原版基準部材上の原版マークと前記基板または基板基準部材上の基板マークとの相対位置を計測する請求項１１乃至１３のうちいずれか１項に記載の計測装置と、
    を有することを特徴とする露光装置。
15. 請求項１４に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で露光された前記基板を現像する工程と、を含み、
    現像された前記基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。

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