WO1999040613A1

WO1999040613A1 - Procede de reglage d'un detecteur de position

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Publication number: WO1999040613A1
Application number: PCT/JP1999/000551
Authority: WO
Inventors: Naomasa Shiraishi; Nobutaka Magome
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 1999-08-12
Also published as: JP4352614B2; JP4591584B2; US6538740B1; AU2300099A; JP2009004811A

Description

明細位置検出装置の調整方法技術分野

本発明は、被検マークからの光束を受光することによってその被検マークの位置等を検出するための位置検出装置の調整方法に関し、例えば半導体集積回路、撮像素子（C C D等）、液晶ディスプレイ、若しくは薄膜磁気へッド等の微細パターンを形成するためのリソグラフイエ程で用いられる露光装置に備えられたァライメントセンサ、又は基板上の複数の層間の重ね合わせ誤差を計測するための重ね合わせ誤差測定装置等を調整する際に使用して好適なものである。背景技術

半導体集積回路等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパ夕一ンの像を投影光学系を介して、フォトレジストが塗布されたウェハ（又はガラスプレー卜等）上の各ショット領域に転写する投影露光装置（ステッパー等）が使用されている。例えば半導体集積回路は、ウェハ上に数十層に亘る回路パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成されるため、例えば 2層目以降の回路パ夕一ンをウェハ上に投影露光する際には，ウェハ上の各ショッ卜領域内にそれまでのプロセスで形成されている回路パ夕一ン（既存のパターン）と、これから露光するレチクルのパターンの像との位置合わせ（ァライメント）を高精度に行う必要がある。そのため、投影露光装置には、ウェハ上の各ショット領域に回路パターンと共に付設されているァライメントマーク（ウェハマーク）の位置を検出するためのァライメントセンサが備えられている。ァライメントセンサには種々の方式があるが、最近ではウェハマ一クの非対称性の影響を受けにくい、結像方式（画像処理方式）が主流となりつつある。これは、顕微鏡と同様な構成の光学系を備え、対物レンズで拡大したウェハマークの像を撮像素子で撮像し、その画像信号からそのウェハマークの位置を検出する方式である。

また、投影露光装置により重ね合わせ露光されたパターンの、既存のパターンとの重ね合わせ精度の確認のために、重ね合わせ誤差測定装置 (レジストレ一シヨン計測装置）が使用されている。重ね合わせ誤差測定装置に備えられる位置検出装置も、露光装置に備えられている結像方式のァライメントセンサと同様の光学系であるが、計測ターゲットは単一のウェハマークの位置（絶対位置）ではなく、下層のマーク（既存のマーク）と上層のマーク（新規のマーク）との相対位置ずれ量となる。

これらのァライメントセンサ、又は重ね合わせ誤差測定装置内の位置検出装置の光学系に光学特性の誤差、即ち結像系等の検出用の光学系の収差（コマ収差等）、又は照明系の調整誤差（照明系開口絞りの位置ずれ等）等が残存すると、その光学特性の誤差に起因して位置検出値に誤差が生じてしまう。この誤差は、装置に起因する誤差という意味で、一般に T I S (Too l I nduced Sh i f t)と呼ばれている。

これに関して最近、その T I Sを小さくするための位置検出装置の光学系の調整方法として、評価用の基板上に近接して、互いに段差量の異なる 2種類の凹凸のマーク（段差マーク）を設けておき、それらのマ一クの間隔の計測値に基づいてその光学系の調整を行う方法（以下、「異段差マーク法」と呼ぶ）が提案されている。この異段差マーク法は、例えば T. Kanda, K. M i s ima, E. Murakam i and H. Ina : Pro SP IE, V 01. 3051, pp. 846-855 ( 1997) で開示されており、具体的には、ウェハ上の 2つの段差量の異なる凹凸のマークの間隔 D 1を計測した後、そのゥェハを 1 80° 回転させて再びそれら 2つの凹凸のマークの間隔 D 2を計測する方法である。この場合、回転角 0° での計測値と回転角 1 80 ° での計測値との差分の 1 Z 2、即ち（D 1 _D 2 ) 2が T I Sであり、この T I Sが許容範囲内になるように、光学系の調整が行われる。また、重ね合わせ誤差測定装置では、多くの場合、外枠のマークと内枠のマークとからなるボックス ·イン ·ボックスマークが計測対象となる。そこで、評価用の基板上の外枠のマークの中心に対して計測される内枠のマークの中心の 2次元的な位置ずれ量を（ΔΧ Ι , Δ Y 1 ) として、そのウェハを 1 80° 回転させて再び計測して得られる両マークの中心の 2次元的な位置ずれ量を（ΔΧ2， Δ Υ 2) とすると、重ね合わせ誤差測定装置の T I Sである（Ta, Tb) は、（（ΔΧ 1 +ΔΧ2) /2, (ΔΥ 1 +ΔΥ 2) Ζ2) となる。この場合にも、その T I Sとしての（Ta, Tb) が許容範囲内になるように、光学系の調整が行われる。

上記の如く従来は、位置検出装置の装置に起因する誤差である T I S を補正するために、異段差マーク法が提案されていた。しかしながら、この異段差マーク法では、段差量が互いに異なる状態で、かつそれぞれ所定の段差に設定された 2種類の凹凸のマークを近接して正確に形成するのが困難であるという不都合があつた。

また、仮に異なる段差の凹凸のマークを正確に形成できたとしても、異段差マ一ク法は、照明系開口絞りの位置ずれを調整するのには有効であるが、検出用の光学系の収差の調整については必ずしも高精度に行うことができない場合があった。

更に、従来は、 T I Sを補正するために、所定の基板上の評価用の一対のマークの間隔、又は相対位置ずれ量を計測した後、その基板を 1 8 0° 回転させて再びその一対のマークの間隔、又は相対位置ずれ量を計測してその T I sを求めていたため、計測に時間を要するという不都合があった。また、通常はそのように T I Sを求めて、所定の光学部材の調整を行った後に、実際に T I Sが許容範囲内に入るまで、その基板を 1 8 0 ° 回転させて計測を行うという動作と、所定の光学部材の調整動作とを繰り返す必要があるため、計測及び調整に要する時間が非常に長くなると共に、その基板の回転角を正確に 1 8 0 ° に設定できない場合に、計測誤差が残存するという不都合があった。

また、その基板が載置されるステージ上に、その基板を 1 8 0 ° 回転できる回転ステージを設けるのではステージの構造が複雑化し、かつ大型化するため、あまり実用的ではない。そこで、そのステージ上の基板上の一対のマークの間隔等を計測した後、そのステージからその基板を一旦取り外してから、その基板を 1 8 0 ° 回転させてから再度そのステ —ジ上に載置するものとすると、その基板に異物が付着する恐れがあると共に、その基板の着脱作業が煩雑であった。

更に、従来は、一度異なる段差の 2つのマークの間隔を検出した後、それらのマークを 1 8 0 ° 回転して再び間隔を検出し、このように検出された 2つの間隔の差分の 1 / 2を T I Sとしていた。これは、その 2 回の間隔の検出結果の平均値を、その異なる段差の 2つのマークの間隔の基準値（真値）とみなすことを意味する。しかしながら、そのように段差の異なる 2つのマークを 1 8 0 ° 回転すると、全体としてのマークの形状が変化して、間隔の検出結果に T I S以外のディストーション等の誤差が混入する恐れがあった。

本発明は斯かる点に鑑み、必要な特性計測用のマークを容易に正確に形成できる位置検出装置の調整方法を提供することを第 1の目的とする _c 本発明は更に、必要な特性計測用のマークを正確に形成できると共に，検出用の光学系の所定の収差、又は照明系の調整残差を高精度に補正することができる位置検出装置の調整方法を提供することを第 2の目的とする。

また、本発明は、装置に起因する誤差（T I S) を短時間に、かつ高精度に計測できる光学系の調整方法を提供することを第 3の目的とする。更に本発明は、上記の調整方法を実施する際に使用できる評価用の基板を提供することを第 4の目的とする。

また、本発明は、装置に起因する誤差（T I S) を高精度に調整できる位置検出装置の調整方法を提供することを第 5の目的とする。

本発明は更に、必要な特性計測用のマークを正確に形成できると共に、検出用の光学系の所定の収差、又は照明系の調整残差を高精度に補正することができる位置検出装置の調整方法を提供することを第 6の目的とする。

更に本発明は、そのような調整方法を使用できる位置検出装置、又はパターン検出装置を提供することを第 7の目的とする。

更に本発明は、その位置検出装置を備えた露光装置、このような露光装置の製造方法、及び上記の調整方法を使用するデバイスの製造方法を提供することをも目的とする。発明の開示

本発明による第 1の位置検出装置の調整方法は、一つ又は複数個の被検マークからの光束を集光する検出用の光学系（ 1 0, 9， 1 2, 1 5, 1 6， 2 1) を備え、この検出用の光学系によって集光された光束に基づいてその一つの被検マークの位置、又はそれら複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置の調整方法であって、所定の基板（1 1) 上に所定の計測方向にそれぞれ凹部（3 1 a, 32 a) と凸部（3 l b, 32 b) とが交互に周期的に配列されると共に、互いにその凹部の幅とその凸部の幅との比率が異なる複数個の格子状マーク（DM 1 , DM2) を近接して形成しておき、その検出用の光学系を介してそれら複数個の格子状マーク（DM1， DM 2) のその計測方向への間隔（M d) を計測し、この計測値に基づいてその検出用の光学系の所定の光学特性を調整するものである。

斯かる本発明によれば、特性計測用のマークとして、例えば幅 aの凹部（3 1 a) と幅 bの凸部（3 1 b) とを周期的に配列した第 1の格子状マーク（DM 1) と、幅 cの凹部（32 a) と幅 dの凸部（32 b) とを周期的に配列した第 2の格子状マーク（DM2) とが使用される。この際に、第 1の格子状マーク（DM1) の凹部の幅と凸部の幅との比率（a ： b、又は aZb) は、第 2の格子状マーク（DM2) の凹部の幅と凸部の幅との比率（c ： d、又は cZd) とは異なっている。なお、凹部（3 1 a) の 1ピッチに対するデューティ比は 100 X aZ (a + b) (%) 、凹部（32 a) の 1ピッチに対するデューティ比は 1 00 X cZ (c +d) (%) であり、これらのデュ一ティ比も異なっている _c 本発明によれば、複数の格子状マークの段差は実質的に同一でよく、凹部の幅と凸部の幅との比率のみが異なればよいため、例えば遮光部と透過部との比率が異なる複数の原版パターンが形成されたマスクを用いることによって、通常のリソグラフイエ程で容易に、かつ正確にそれらの格子状マ一クを形成することができる。

このように本発明は、凹部の幅と凸部の幅との比率、ひいては凹部 (又は凸部）の幅の 1ピッチに対する比率を％で表したデューティ比が互いに異なる複数の格子状マークを使用するため、その調整方法を「異比率マーク法」と呼ぶことができる。この場合、検出用の光学系に例えばコマ収差等の非対称収差が残存していると、各マーク像の位置は、そのデューティ比に応じてシフトする。従って、各マーク像の間隔を計測すると、非対称収差の残存する状態では、各マーク像の間隔の計測値は基準値（設計値等）からずれ、非対称収差の無い状態では基準値通りとなる。これを利用して、各マ一ク像の間隔を計測しつつ、その計測値が基準値になるように光学特性の調整を行えば、容易に非対称収差を許容範囲まで追い込むことが可能となる。

また、それら複数個の格子状マーク（DM1， DM2) の一つの格子状マークのその凹部の幅とその凸部の幅との比率は 1 ： 1であることが望ましい。この凹部の幅と凸部の幅との比率が 1 ： 1のマークの像は、非対称な収差によつて横ずれが殆ど生じないため、間隔を比較する際の基準マークとして使用できる。

また、その検出用の光学系は、一例としてそれら複数個の格子状マークの像を所定の観察面上に投影する結像光学系であり、その検出用の光学系の調整対象の光学特性の一例はコマ収差である。コマ収差に対してそれらのマーク像の間隔は高感度に変化するため、コマ収差を高精度に補正できる。

次に、本発明による第 2の位置検出装置の調整方法は、一つ又は複数個の被検マークを照明する照明系（1〜8) と、その被検マークからの光束を集光する検出用の光学系（1 0, 9, 1 2, 1 5， 1 6， 2 1) とを備え、この検出用の光学系によって集光された光束に基づいてその一つの被検マークの位置、又はそれら複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置の調整方法であって、所定の基板（1 1) 上で所定の計測方向にそれぞれ凹部（33 a, 35 b) と凸部（33 b, 35 a) とが交互に周期的に配列されると共に、互いにその凹部とその凸部とを反転した形状の 2個の格子状マーク（HM1 , HM2) を近接して形成しておき、その検出用の光学系を介してそれらの格子状マークのその計測方向への間隔を計測し、この計測値に基づいてその照明系の所定の光学特性を調整するものである。

本発明によれば、それらの格子状マークの第 1の格子状マーク（HM 1) の凹部（33 a) の幅が凸部（33 b) の幅より狭いものとすると、例えばその凹部（33 a) で喑レベルとなる画像が得られる。これに対応して、第 2の格子状マーク（HM2) では凸部（35 a) の幅が凹部 (35 b) の幅より狭くなるため、凸部（35 a) で喑レベルとなる画像が得られる。即ち、第 1の格子状マーク（HM 1) と第 2の格子状マーク（HM2) とでは、喑レベルの画像が得られる部分で段差が生じていることになる。このため、照明系の調整残差、例えば開口絞りの位置ずれ、又は開口絞りの位置での照度分布のむら等があると、それら 2つの格子状マークの像の間隔の計測値がシフ卜することから、その間隔を所定の基準値に追い込むように調整することによって、照明系の調整残差を補正できる。この場合にも、それらの格子状マークは、所定のマスクを使用することによって容易に、かつ正確に形成できる。

この場合、その照明系の調整対象の光学特性の一例は、その照明系内の開口絞り（3) の光軸に垂直な平面内での位置である。

更に、上記の第 2の調整方法において、その基板（1 1) 上のそれら 2個の格子状マーク（HM1， HM 2) を第 1の格子状マークとして、その基板上にその計測方向にそれぞれ凹部と凸部とが交互に周期的に配列されると共に、互いにその凹部の幅とその凸部の幅との比率が異なる 2個の第 2の格子状マーク（DM1， DM2) を更に近接して形成しておき、その第 1の格子状マーク（HM1, HM2) の間隔に基づいてその照明系のその所定の光学特性を調整した後、その検出用の光学系を介してその第 2の格子状マーク（DM1, DM 2) のその計測方向への間隔を計測し、この計測値に基づいてその検出用の光学系の所定の光学特性を調整するようにしてもよい。これは本発明の第 2の調整方法と第 1の調整方法（異比率マーク法）とを併用することを意味する。このとき、その第 1の格子状マーク（H M l, HM 2) を用いる照明系の所定の光学特性の調整では、その検出用の光学系の収差の影響を受けない。そこで、まずその第 1の格子状マ —ク（HM 1， HM2) を用いて照明系を調整し、その後、異比率マ一ク法（第 1の調整方法）により例えば結像光学系の非対称収差を調整することで、両者を独立に調整することができ好都合である。

また、上記の第 1、又は第 2の調整方法において、それら複数個の格子状マーク（DM 1 , DM 2 ； HM 1 , HM 2 ) は、その基板上でその計測方向に直列に近接して形成されていることが望ましい。これによつて、それらのマーク像の計測方向の間隔をいわゆるアッベ誤差の無い状態で高精度に計測でき、光学誤差を高精度に補正できる。更に、その凹部（3 1 a, 32 a ； 33 a, 35 b) の段差、及びその凸部（3 1 b， 32 b ; 33 b, 35 a) の段差は実質的にそれぞれ 40〜 60 nmの範囲内であることが望ましい。これによつて、コントラストの高い画像が得られるため、高精度に複数のマークの間隔の検出を行うことができる。

次に、本発明による第 1の位置検出装置は、一つ又は複数個の被検マークからの光束を集光する検出用の光学系（1 0， 9， 1 2， 1 5， 1 6, 2 1) と、この検出用の光学系によって集光された光束を受光する光電検出器（22) と、を備え、その光電検出器の検出信号に基づいてその一つの被検マークの位置、又はそれら複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置において、その検出用の光学系内で所定の光学特性に影響を与える少なくとも一部の光学部材（16) を（例えばその検出用の光学系の光軸に垂直な平面内で）位置決めする位置決め部材 (1 6 a, 16 b, 1 7 a, 1 7 b) と、その検出用の光学系、及びその光電検出器を介して検出される所定の複数個の格子状マークの所定の計測方向に対する間隔に基づいて、その所定の光学特性の誤差を低減させるためにその位置決め部材を駆動する制御演算系（23) と、を備えたものである。斯かる本発明によれば、本発明による第 1の位置検出装置の調整方法が使用できる。

次に、本発明による第 2の位置検出装置は、一つ又は複数個の被検マ —クを照明する照明系（1〜8) と、その被検マークからの光束を集光する検出用の光学系（1 0， 9, 1 2, 1 5, 1 6, 2 1) と、この検出用の光学系によって集光された光束を受光する光電検出器（22) と、を備え、その光電検出器の検出信号に基づいてその一つの被検マークの位置、又はそれら複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置において、その照明系内で所定の光学特性に影響を与える少なくとも一部の光学部材（3) を（例えばその照明系の光軸に垂直な平面内で）位置決めする位置決め部材（4 a, 4 b, 5 a, 5 b) と、その検出用の光学系、及びその光電検出器を介して検出される所定の複数個の格子状マークの所定の計測方向に対する間隔に基づいて、その所定の光学特性の誤差を低減させるようにその位置決め部材を駆動する制御演算系 (23) と、を備えたものである。斯かる本発明によれば、本発明の第 2の位置検出装置の調整方法が使用できる。

次に、本発明による光学系の調整方法は、被検物に対して照明光を照射する照明系（1〜3， 6〜8) と、その被検物からの光束を集光する検出光学系（1 0, 9, 1 2， 15， 1 6, 2 1) との少なくとも一方の所定の光学特性を調整するための光学系の調整方法であって、評価用の基板（1 1A) 上に第 1、及び第 2の被検マ一ク（HM 1 , HM 2 ； 2 8 A) を所定の位置関係で形成すると共に、それら 2つの被検マークをその位置関係を保った状態で所定角度回転した状態の第 3、及び第 4 の被検マ一ク（HM3 , HM4 ； 2 8 B ) を形成しておき、その検出光学系を介してその基板上の第 1、及び第 2の被検マーク（HM 1 , HM 2 ； 2 8 A) の相対位置を計測し、その基板を回転させることなくその検出光学系を介してその基板上の第 3、及び第 4の被検マーク（HM3 , HM4 ； 2 8 B) の相対位置を計測し、それら 2組の被検マークについて計測された相対位置に基づいてその照明系、又はその検出光学系の少なくとも一方の調整を行うものである。

斯かる本発明によれば、まずその基板上の第 1、及び第 2の被検マ一クの相対位置（例えば間隔 D 1とする）を計測した後、その基板を回転させることなく、その基板上の第 3、及び第 4の被検マークの相対位置 (例えば間隔 D 2とする）を計測する。この結果、装置に起因する誤差である T I S (Tool Induced Shift)は、一例として（D 1 -D 2) / 2 となり、この誤差が所定の許容範囲内に収まるように、照明系、又は検出光学系の少なくとも一方の調整が行われる。この際に、その基板の回転を行う必要は無く、また、その検出光学系の観察視野内にそれら 2組の被検マークを順次収めるだけであれば、通常の 2次元に位置決めできるステージを使用できるため、短時間にその誤差の計測を高精度に行うことができる。

この場合、一例としてそれら第 1及び第 2の被検マークについて計測される間隔と、それら第 3及び第 4の被検マ一クについて計測される間隔とが等しくなるように、その照明系、又は前記検出光学系の少なくとも一方の調整を行うようにすればよい。これによつて、実質的に T I S が最小になるように調整が行われる。

また、それら第 1及び第 2の被検マークとして、一対のボックス 'ィン 'ボックスマーク（2 8 A) を使用してもよい。この場合には、例えば重ね合わせ誤差測定装置の T I Sが計測される。また、その第 1及び第 2の被検マークとして、所定方向にそれぞれ凹部（3 3 a， 35 b) と凸部（33 b， 35 a) とが交互に周期的に配列されると共に、互いにその凹部とその凸部とを反転した形状の一対の格子状マーク（HM1, HM2) を使用してもよい。この場合には、例えば照明系の開口絞りの中心の位置ずれに起因する誤差が高精度に計測、及び調整できる。

また、その第 1及び第 2の被検マークとして、所定方向にそれぞれ凹部（3 1 a， 32 a) と凸部（3 1 b， 32 b) とを所定のピッチで配列して形成されると共に、互いにその凹部の幅とその凸部の幅との比率、ひいては凹部（又は凸部）の幅の 1ピッチに対する比率を％で表したデユーティ比が互いに異なる一対の格子状マーク（DM1, DM 2) を使用してもよい。この場合には、検出光学系のコマ収差のような非対称収差に起因する誤差を計測し、調整することができる。

また、その基板上のその第 3及び第 4の被検マークは、その第 1及び第 2の被検マ一クを 1 80° 回転したマークであることが望ましい。これによって、従来の定義通りの T I Sを計測することができる。

また、本発明による第 1の評価用の基板は、複数個の被検マークが形成された評価用の基板（1 1 A； 1 1 B) であって、第 1及び第 2の被検マ一ク（HM 1, HM 2 , 28 A； DM 1 , DM 2) が所定の位置関係で形成されると共に、その 2つの被検マークをその位置関係を保った状態で所定角度回転した状態の第 3及び第 4の被検マーク（HM3， H M4, 28 B ； D M 2 , D M 4 ) が形成されたものである。この基板を用いることによって、本発明による光学系の調整方法が実施できる。次に、本発明による第 2の評価用の基板は、複数個の被検マークが形成された評価用の基板（1 1) であって、凹部と凸部とが交互に配列されると共に、その凹部の幅とその ΰ部の幅との比率が互いに異なる少なくとも 2つの第 1の被検マーク（DM1, DM2) が形成されたものである。この基板を用いると、上記の異比率マーク法で位置検出装置の調整を行うことができる。

また、その基板は、一例としてデバイスパターンを直接、又はマスク (R) を介してワークピース（W) 上に転写するリソグラフイエ程を含むデバイス製造工程で用いられる装置に組み込まれる光学装置の調整に用いられる。その基板は、一例として、その光学装置で検出対象とする物体と形状及び大きさが実質的に同一であり、これによつてホルダ等を新たに製造する必要が無い。

また、本発明によるパターン検出装置は、対物光学系（1 0) を介して被検物に照明光を照射する照明系（1〜3, 6〜8) と、その被検物から発生してその対物光学系（1 0) を通る光束を受光する検出系（9， 1 2, 1 5， 1 6, 1 8, 2 1 ) とを備えたパターン検出装置において、第 1方向に並ぶ一対の第 1マーク（HM 1 , HM2) と、その第 1方向と交差する（1 80° 回転した場合を含む）第 2方向に沿って並び、かつその一対の第 1マークと同一構成の一対の第 2マーク（HM3, HM 4 ； 2 5 Y) とが一体的に設けられた可動部材（1 1A) と、その対物光学系を介してその一対の第 1マークを検出して得られる相対位置情報と、その一対の第 2マークを検出して得られる相対位置情報とに基づいて、その照明系、その対物光学系、及びその検出系内の少なくとも一部の光学系（3， 16) を調整する調整機構（4 a, 4 b， 5 a, 5 b, 1 6 a, 1 6 b, 1 7 a, 1 7 b) とを備えたものである。

斯かるパターン検出装置によれば、本発明による光学系の調整方法が使用できる。更に、光学特性を 2次元的に調整することもできる。

次に、本発明による第 3の位置検出装置の調整方法は、一つ又は複数個の被検マークを照明する照明系（1〜3， 6〜8) と、その被検マ一クからの光束を集光する検出用の光学系（ 10 , 9， 1 2， 1 5, 1 6， 2 1) とを備え、この検出用の光学系によって集光された光束に基づいてその一つの被検マークの位置、又はその複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置の調整方法であって、凹凸パターンよりなる中心部（DM22 ； ΗΜ22) と、この中心部を所定の計測方向に沿つて挟むように対称に配列されたそれぞれ凹凸パターンよりなる 2つの端部（DM2 1, DM 23 ； HM 21 , HM 23 ) とを有する評価用マ一ク（DX， HX) が形成された基板（1 1 C) をその検出用の光学系の被検領域に設置し、その検出用の光学系を介してその中心部とその 2つの端部とのその計測方向に対するそれぞれの相対的な位置関係（間隔、偏差等）を検出し、この検出結果に基づいてその照明系、又はその検出用の光学系の所定の光学特性を調整するものである。

斯かる本発明によれば、一例としてその評価用マークの中心部と両側の端部とのそれぞれの間隔が検出され、これらの間隔をそれぞれ所定の基準値（実質的な真値）と比較することで、装置に起因する誤差（T I S) が求められる。この際に、その基準値を決定する方法としては、その評価用マークを 1 80° 回転してそれらの間隔を再び計測し、 2回の計測結果の平均値をその基準値とする方法が考えられる。この場合、本発明による評価用マークはその中心部に対して計測方向に対称（線対称）であるため、その評価用マークを 1 80 ° 回転しても、計測方向の形状は実質的に同一である。従って、装置に起因する誤差以外のディスト一シヨン等の誤差が混入することがなくなり、装置に起因する誤差のみを高精度に求めることができ、ひいてはその誤差を高精度に調整できる。

また、その評価用マークを構成するその中心部及びその 2つの端部は、互いに凹部の幅と凸部の幅との比率が異なる格子状マーク（異比率マ一ク）であるときには、評価用マークを正確に形成できると共に、一例としてその検出用の光学系の結像光学状態、特にコマ収差の誤差を高精度に計測できる。

一方、その評価用マークを構成するその中心部及びその 2つの端部は、互いに凹部と凸部とが反転している格子状マーク（異段差マーク）であるときには、その照明系の照明状態のずれ（照明開口絞りのずれ、照度分布の不均一性等）を高精度に計測できる。

次に、本発明による第 3の位置検出装置は、一つ又は複数個の被検マークを照明する照明系（ 1〜 3, 6〜8) と、その被検マークからの光束を集光する検出用の光学系（ 1 0， 9 , 1 2 , 1 5, 1 6 , 2 1 ) と、この検出用の光学系によって集光された光束を受光する光電検出器（2 2) と、を備え、その光電検出器の検出信号に基づいてその一つの被検マークの位置、又はそれら複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置において、その照明系、及びその検出用の光学系内で所定の光学特性に影響を与える少なくとも一部の光学部材（3 ； 1 6) を位置決めする位置決め部材と、その検出用の光学系、及びその光電検出器を介して検出される所定の評価用マークの少なくとも 3箇所（DM 2 1〜 DM 2 3 ； HM 2 1〜HM 2 3) の相対的な位置関係に基づいて、その所定の光学特性の誤差を低減させるためにその位置決め部材を駆動する制御演算系（2 3) と、を備えたものである。この装置によって、本発明の第 3の位置検出装置の調整方法が使用できる。

次に、本発明の露光装置は、上記の本発明の位置検出装置と、マスクを保持するマスクステージ（54， 5 5) と、そのマスクのパターンが転写されると共に位置合わせ用のァライメン卜マークが形成された基板 (W) を位置決めする基板ステージ（ 5 8 , 5 9 ) と、を備えた露光装置であって、その位置検出装置によってその基板上のァライメントマークの位置を検出し、この検出結果に基づいてそのマスクとその基板との位置合わせを行うものである。本発明の位置検出装置の光学系の調整を本発明の調整方法を用いて行っておくことによって、高い重ね合わせ精度が得られる。

また、本発明のデバイスの製造方法は、本発明の位置検出装置の調整方法を用いて所定のデバイスを製造するためのデバイスの製造方法であつて、その調整方法を用いて所定の位置検出装置の光学系の調整を行ない、この調整後の位置検出装置を用いて所定の基板上のァライメントマ —クの位置を検出し、この検出結果に基づいてその基板とマスクとの位置合わせを行った後、その基板上にそのマスクのパターンを転写するェ程を含むものである。この場合、高い重ね合わせ精度が得られるため、高機能のデバイスを高い歩留りで量産することができる。

次に、本発明による露光装置の製造方法は、マスク（R ) を介してェネルギ一ビームで感光性の基板（W) を露光する露光装置の製造方法において、その基板が移動する座標系上でそのエネルギービームの照射領域の外側に光軸が配置されるように、その基板上のァライメントマ一ク ( 3 8， 4 0 X , 4 0 Y ) を検出するマーク検出系（6 3 ) を設け、互いに凹部と凸部とが交互に配列される少なくとも 2つの被検マークのその配列方向に関する間隔を検出するために、その少なくとも 2つの被検マークをそのマーク検出系で検出し、そのマーク検出系の光学的な特性を調整するために、その検出された間隔に基づいて、そのマーク検出系の少なくとも 1つの光学素子を移動、又は交換するものである。

この場合、本発明による異比率マーク法等の調整方法の適用によってそのマーク検出系が高精度に調整できるため、高い重ね合わせ精度が得られる。図面の簡単な説明図 1は、本発明の第 1の実施の形態の位置検出装置を示す一部を断面図とした構成図である。図 2は、その実施の形態で調整用に使用されるウェハ上の複数の格子状マ一クを示す平面図である。図 3は、図 2中の検出用の光学系の特性調整用のマーク、及びこのマークの像より得られる画像信号を示す図である。図 4は、図 2中の照明系の特性調整用のマ —ク、及びこのマークの像より得られる画像信号を示す図である。図 5 は、本発明の第 2の実施の形態で調整用に使用されるウェハ上の複数対の被検マ一クを示す平面図である。図 6は、図 5中の 2対のボックス，イン ' ボックスマーク 2 8 A , 2 8 Bを示す拡大平面図である。図 7は、図 5中の照明系の特性調整用のマーク、及びこのマークの像より得られる画像信号を示す図である。図 8は、その第 2の実施の形態で調整用に使用できる別のマークの例を示す拡大平面図である。図 9は、その第 2 の実施の形態で調整用に使用できる別のウェハ上の複数対の被検マークを示す平面図である。図 1 0は、図 9中の一対のマーク 2 9 X、及びこのマークの像より得られる画像信号を示す図である。図 1 1は、本発明の第 3の実施の形態で調整用に使用されるウェハ上の複数の評価用マークを示す平面図である。図 1 2は、図 1 1中の検出用の光学系の特性調整用のマーク、及びこのマークの像より得られる画像信号を示す図である。図 1 3は、図 1 1中の照明系の特性調整用のマーク、及びこのマークの像より得られる画像信号を示す図である。図 1 4は、図 1の位置検出装置をァライメントセンサとして備えた投影露光装置を示す構成図である。図 1 5 ( a ) は図 1 4中のァライメントセンサで検出対象となるウェハマークの一例を示す平面図、図 1 5 ( b ) はそのァライメントセンサで検出対象となるウェハマークの他の例を示す平面図である。図 1 6は、図 1の位置検出装置を備えた重ね合わせ誤差計測装置を示す構成図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の好適な第 1の実施の形態につき図 1〜図 4を参照して説明する。

図 1は、本例の位置検出装置を示し、この図 1において、本例の位置検出装置による被検面上に調整用のウェハ 1 1の表面が配置されている。ウェハ 1 1の表面には、後述のように複数対の凹凸の格子状マーク（段差マーク）が形成されている。

図 1において、ハロゲンランプ等の光源 1を発した広帯域の照明光 A L 1は、照明系の光軸 A X 1に沿って、コンデンサレンズ 2、照明系の開口絞り（以下、「σ絞り」と呼ぶ） 3、第 1 リレーレンズ 6、視野絞り 7及び第 2リレ一レンズ 8を経て、ハーフプリズム 9に入射する。ノーフプリズム 9で下方に反射された照明光 A L 1は、対物レンズ群 1 0 を介して調整用のウェハ 1 1を落射照明する。 σ絞り 3によって、照明系のコヒ一レンスファクタである σ値が設定される。

ウェハ 1 1で反射された光束 A L 2は、対物レンズ群 1 0を通ってハ —フプリズム 9に入射する。そして、ハーフプリズム 9を透過した光束 A L 2は、第 3リレーレンズ 1 2を介して、指標板 1 3のパターン面にウェハ 1 1上の格子状マークの像を形成する。即ち、指標板 1 3のパ夕 —ン面は、ウェハ 1 1の表面と共役であり、そのパターン面には投影露光装置においてァライメントを行う際の検出位置の基準となる指標マーク 1 4 a， 1 4 bが形成されている。但し、本例の位置検出装置を、重ね合わせ誤差測定装置として使用する場合には、指標板 1 3は必ずしも必要ではない。

指標板 1 3を透過した光束 A L 2は、第 4リレーレンズ 1 5、コマ収差補正用の光学系（以下、「コマ補正光学系」と呼ぶ） 1 6、開口絞り 1 8、フィールドレンズ 2 1を経て、 C C D型等の 2次元の撮像素子 2 2の撮像面上に、ウェハ 1 1上の格子状マーク及び指標マーク 1 4 a， 1 4 bの像を形成する。撮像素子 2 2から読み出された画像信号 Sは、制御演算系 2 3に供給されている。本例では、対物レンズ群 1 0、ハーフプリズム 9、第 3リレーレンズ 1 2、第 4リレーレンズ 1 5、コマ補正光学系 1 6、及びフィールドレンズ 2 1より、検出用の光学系としての結像光学系が構成されている。以下、この結像光学系の光軸 A X 2に平行に Z軸を取り、 Z軸に垂直な平面内で図 1の紙面に平行に X軸を、図 1の紙面に垂直に Y軸を取って説明する。

この場合、結像光学系中の開口絞り 1 8は、その開口径によってこの結像光学系の開口数（N A ) を決定すると共に、その位置によって、この結像光学系のべストフォ一カス位置に対するウェハ 1 1の表面の光軸 A X 2方向への位置ずれ量（デフォーカス量）に伴う、マーク位置の検出結果のずれ（以下、「テレセンずれ」と呼ぶ）に影響を与える。そこで、開口絞り 1 8を、保持部材 1 9 a , 1 9 bによって保持すると共に、制御演算系 2 3の制御のもとで送りねじ方式、ピエゾ素子のような伸縮自在の駆動素子方式、ボイスコイルモータ（V C M) 方式、又はリニアモ一夕方式等の開口絞り位置調整機構 2 0 a , 2 0 bにより保持部材 1 9 a， 1 9 bをシフトさせることで、開口絞り 1 8の中心を X方向及び Y方向に任意の量だけシフトできるように構成されている。そして、計測を開始する前に予めそのテレセンずれが生じないように、開口絞り 1 8の位置は調整されている。

本例の位置検出装置において、対物レンズ群 1 0及びその他の光学系は、全て極めて高い精度で製造及び組み立てが行われるが、それでもなお、製造誤差に伴う各種収差が残存してしまう。このような残存収差が所定の許容範囲を超えると、それが位置検出精度を必要な精度よりも悪化させることになる。位置検出精度を悪化させる収差は主にコマ収差であり、これは、各光学部材の偏芯や、研磨面の精度不足のために発生する。従って、被検物（被検マーク）がその結像光学系の光軸 A X 2上にある場合でも、このようなコマ収差の悪影響を受けてしまうことになる。コマ補正光学系 1 6は、このような残存コマ収差を補正するための光学系であり、その位置の変化によって、その結像光学系のコマ収差の状態を変化させることができる。そのため、コマ補正光学系 1 6を、保持部材 1 6 a , 1 6 bによって保持すると共に、制御演算系 2 3の制御のもとでコマ補正光学系位置調整機構 1 7 a , 1 7 bにより保持部材 1 6 a , 1 6 bをシフトさせることで、コマ補正光学系 1 6の中心を X方向及び Y方向に任意の量だけシフトできるように構成されている。なお、コマ補正光学系 1 6以外の少なくとも一つの光学素子を移動して、結像光学系の光学特性、即ちコマ収差以外の収差、テレセントリシティ、及び焦点位置などを調整可能に構成し、コマ補正光学系 1 6の移動によつて生じ得るその光学特性の変動をほぼ相殺するようにその少なくとも一つの光学素子を移動させるようにしてもよい。

ところで、光学系に残存するコマ収差が非常に多い場合、このコマ補正光学系 1 6の位置調整量が多くなり、結像光束の主光線の位置を、光軸 A X 2から、大きくずらしてしまう場合がある。

そして、前述の開口絞り 1 8の位置と、主光線との位置関係が大きく変化し、最悪の場合、コマ補正光学系 1 6の位置調整を行う度に、開口絞り 1 8の位置も再調整する必要が生じる恐れがある。

そこで、開口絞り 1 8とコマ補正光学系 1 6との位置関係を、図 1 とは逆にし、開口絞り 1 8を、コマ補正光学系 1 6より、ウェハに近い側に配置することで、このような再調整の懸念を全くなくすこともできる ₍ コマ補正光学系 1 6は、結像光学系中の、瞳面（開口絞り 1 8 ) の近傍に配置されることが望ましいが、もちろんリレー系を介してその共役面に配置してもよい。リレー光学系を介して共役面に配置することで、配置する空間に対する自由度が増すという利点がある。

一方、光源 1から第 2リレーレンズ 8までの照明系中の σ絞り 3も、その位置と上記の結像光学系中の開口絞り 1 8の位置との関係が変化すると、被検マークの検出位置に悪影響が及ぶ。但し、前述の如く、開口絞り 1 8の位置を調整する（動かす）と、テレセンずれが生じてしまうので、両者の位置関係は、 σ絞り 3の位置の調整により整合させるものとする。そのために、 σ絞り 3を、保持部材 4 a, 4 bによって保持すると共に、制御演算系 23の制御のもとで σ絞り位置調整機構 5 a， 5 bにより保持部材 4 a， 4 bをシフトさせることで、 σ絞り 3の中心をウェハ 1 1上での X方向及び Υ方向に対応する方向に任意の量だけシフ卜できるように構成されている。

次に、図 1の位置検出装置の光学系の調整方法の一例につき説明するまず、本例の調整用のウェハ 1 1上の複数対の凹凸の格子状マーク（段差マーク）にっき説明する。

図 2は、図 1中の調整用のウェハ 1 1を示す平面図であり、この図 2 において、ウェハ 1 1としては一例としてシリコンウェハが使用される _c ウェハ 1 1の表面には、それぞれ X方向に周期的な凹凸のパターンからなり、かつ直列に配列された第 1マーク DM 1、及び第 2マーク DM 2 よりなる X軸の一対のマーク（DM1， DM2) 、並びにこの一対のマ —クを 90° 回転した形状の第 1マーク DM 1 1、及び第 2マーク DM 1 2よりなる Y軸の一対のマーク（DM 1 1， DM 12) が形成されている。これらの 2対のマーク（DM1， DM 2 ) 、及びマーク（DM1 1， DM 1 2) は、検出用の光学系の特性調整用として使用される。また、ウェハ 1 1の表面には、 X方向に周期的な凹凸のパターンからなる第 1マーク HM1と、このマークに対して X方向に直列に配置され、かつ凹凸のパ夕一ンを反転した形状の第 2マーク HM 2とよりなる X軸の一対のマーク（HM 1, HM 2) 、並びにこの一対のマークを 90 ° 回転した形状の第 1マーク HM 1 1、及び第 2マーク HM 1 2よりなる Y軸の一対のマーク（HM 1 1, HM 1 2 ) も形成されている。これらの 2対のマーク（HM 1, HM 2) 及びマーク（HM1 1 , HM 1 2) は、照明系の特性調整用として使用される。

これらの凹凸の格子状マークは、ウェハ 1 1として例えばシリコンゥェハを使用した場合には、この表面へのフォトレジストの塗布、対応するレチクルパターンの投影像の露光、フォトレジストの現像、エツチング、及びレジスト剥離等の工程によって、極めて高精度に形成することができる。

図 3 (A) は、図 2に示す検出用の光学系の特性調整用の X軸の一対のマーク（DM 1， DM2) を示す拡大平面図、図 3 (B) は図 3 (A) の断面図であり、第 1マーク DM1は、ウェハ 1 1の表面に、線幅 aの細長い 5本の線状の凹パターン 31 aを、所定の段差 Hdで X方向にピツチ Pで格子状に形成したパターンであり、そのピッチ Pは、 5〜20 m程度である。また、第 2マーク DM2も同様に、ウェハ 1 1の表面に、線幅 cの細長い 5本の線状の凹パターン 32 aを、段差 Hdで X方向に同一のピッチ Pで格子状に形成したパターンである。そして、計測方向である X方向において、第 1マーク DM 1の中心と第 2マーク DM 2の中心との間隔は、設計値で Ddに設定されている。この間隔 Ddは、 50〜 1 00 m程度である。

また、各マーク DM 1, DM2の段差（深さ） Hdは、 40〜1 00 nm程度とすることが望ましい。この段差 H dがあまりに小さいとそれらのマーク像のコントラストが低下し（マーク部が十分に暗くならなレ、位置検出精度が低下する。逆に、段差 Hdが 1 0 O nm程度よりも高段差になると、段差部による幾何光学的なケラレ等の悪影響が生じて、高精度な計測が難しくなる。更に、各マークについて良好なコントラス卜の像を得るためには、段差 Hdは、 40〜60 nmであることが望ましい。

そして、本例では第 1マーク DM 1の凹パターン 31 aの幅 aと凸パターン 3 1 bの幅 b ( a + b = P) との比率（a ： b、又は a/b) と、第 2マーク DM2の凹パターン 32 aの幅 cと凸パターン 32 bの幅 d ( c + d = P) との比率（c ： d、又は cZd) とは異なっている。言い換えると、第 1マーク DM 1の凹パターン 3 1 aの幅 aのピッチ Pに対するデューティ比（l O O X a/P (%) ) と、第 2マーク DM2の凹パターン 32 aの幅 cのピッチ Pに対するデュ一ティ比（ 100 X c ノ P (%) ) とは異なっている。一例として、本例では、第 1マーク D M 1の凹パターン 3 1 aのデューティ比は 50 %に設定され、凹パ夕一ン 3 1 aの幅 aと凸パ夕一ン 3 1 bの幅 bとの比率は、以下のように設定されている。

a ： b = 1 ： 1、又は aZb = 1 (1 1)

一方、第 2マーク DM2の凹パターン 32 aのデュ一ティ比は 1 0 % 程度に設定され、凹パターン 32 aの幅 cと凸パターン 32 bの幅 dとの比率は、ほぼ以下のように設定されている。

c : d= l : 9、又は cZd = l/ 9 (1 2)

このように X方向に近接して配置された 2つのマーク DM 1 , DM 2 を、図 1の位置検出装置で観察した場合に、それらの像を撮像素子 22 で X方向に読み出して得られる画像信号を図 3 (C) の画像信号 SDとする。なお、この画像信号 SDは、図 3 (A) の 2つのマークの像を X 方向に走査して得られる画像信号を非計測方向（Y方向）に平均化したものでもよい。

図 3 (C) において、横軸は計測方向の位置 Xを表しており、位置 X は実際には、図 1のウェハ 1 1の表面から撮像素子 2 2の撮像面への倍率ひを用いて、撮像素子 2 2の撮像面での所定の基準点からの位置に 1 Ζ ο;を乗じて得られる位置を表している。図 3 (C) の画像信号 S Dにおいて、第 1マーク DM 1の像に対応する部分 I D 1では、第 1マーク DM 1のエッジ部分が暗部となり、第 2マーク DM 2の像に対応する部分 I D 2でも、同様にエッジ部分が暗部となっている。

図 1の制御演算系 2 3は、その画像信号 S Dより、部分 I D 1の中心位置 X d l と、部分 I D 2の中心位置 X d 2との間隔 Mdを求める。この間隔 Mdは、検出用の光学系に収差の無い状態では、図 3 (A) の設計上の間隔 D dとなるはずである。ところが、検出用の光学系にコマ収差が残存していると、両マーク DM 1 , DM 2の凹パターン 3 1 a， 3 2 aの幅のデューティ比の違いにより、コマ収差による像位置の変化量が異なるため、間隔 Mdは、 D dとは一致しない。また、計測された間隔 Mdと基準となる間隔 D dとの大小関係から、残存コマ収差の大小のみでなく、符号の判定も可能であるため、その間隔 Mdの間隔 D dに対する誤差 AMd ( = D d -Md) の符号及び大きさに基づいて、図 1の制御演算系 2 3は、その誤差 AMdが小さくなるように、コマ補正光学系位置調整機構 1 7 a, 1 7 b介してコマ補正光学系 1 6の位置を調整する。

上記のコマ補正光学系 1 6の位置の調整後に、再度、両マーク DM 1 , DM 2の像の間隔 Mdを計測し、この基準値 D dに対する誤差 AMdが許容範囲から外れていれば、再度上記の調整を行う。以上の工程をその誤差 AMdが許容範囲内に収まるまで繰り返すことで、検出用の光学系のコマ収差の調整は完了する。本例の調整方法は、異なるデューティ比のマーク間隔を計測する方法であるため、「異比率マーク法」と呼ぶことにする。

なお、上記の位置検出過程における各マーク像の位置検出アルゴリズムにはスライス法、及び相関法等の各種の方法があるが、本例においては、それらの何れを使用してもよい。例えばスライス法では、所定のスライスレベルにおける、画像信号 S Dのスライス位置に基づいて位置検出が行われ、相関法では、画像信号 SDを所定の基準波形と比較し、その基準波形との相関度の最も高い位置がマーク像の位置とされる。なお、図 3 (C) では指標マーク 1 4 a， 1 4 bの像に対応する信号波形は図示省略しているが、例えば指標マーク 1 4 a， 1 4 bに対するマ一ク D M l , DM 2の位置ずれ量をそれぞれ検出してから上記間隔 Mdを求めるようにしてもよい。

また、図 3 (A) の両マーク DM 1 , DM2の間隔 D dは、設計値としては既知ではあるが、実際のマークの間隔 D dには、それらのマークを転写する際に使用されたレチクルのパターンの製造誤差や、ウェハ 1 1上に段差を形成する際のエッチング誤差等の製造誤差が混入している _c そこで、上記の調整前に、その基準となる間隔 D dの実際の値を計測することが望ましい。このためには、例えば従来技術で引用した T. Kand a, K. Mis ima, E. Murakami and H. Ina: Pro SPIE, Vol.3051, pp. 846-855 (1997) (以下、「文献 1」と呼ぶ）に開示されているように、図 3 (A) の 2つのマーク DM 1 , DM2の像の間隔（Md lとする）を計測した後、ウェハ 1 1を 1 8 0 ° 回転して同じ 2つのマーク DM 1 _; DM2の像の間隔（Md 2とする）を計測し、次式で表されるように、それら 2つの計測値の平均値 <Md>をその基準となる間隔 D dの代わりに採用すればよい。

<Md>= (Md l +Md 2) /2 ( 1 3) W

26 これによつて、図 1の検出用の光学系に残存収差があっても、コマ収差による 2つのマーク像の間隔 Mdの誤差 AMdを高精度に検出することができる。

ところで、一般に位置検出装置は、 2次元方向（X方向、 Y方向）のマーク位置、あるいは相対位置関係の計測を行う必要がある。そこで、上記の X方向に関する調整と同様に、図 2のウェハ 1 1上の Y軸の一対のマーク（DM 1 1 , DM 1 2) の像の間隔を計測することで、 Y方向に関するコマ収差の調整も行うことができる。

次に、図 1の照明系の調整方法につき説明する。このためには、まず図 2の調整用のウェハ 1 1上の X軸の一対のマーク（HM1, HM 2 ) を用いる。

図 4 (A) は、図 2に示す照明系の特性調整用の X軸の一対のマーク (HM 1 , HM2) を示す拡大平面図、図 4 (B) は図 4 (A) の断面図であり、第 1マーク HM1は、ウェハ 1 1の表面に、線幅 eの細長い線状の 5本の凹パターン 33 aを、所定の段差 H hで X方向にピッチ P 2で格子状に形成したパターンであり、そのピッチ P 2は、 5〜20 m程度である。一方、第 2マーク HM2は、その外周が彫り込み部 34 で囲まれると共に、線幅 eの細長い線状の 5本の凸パターン 35 aを、ピッチ P 2で格子状に形成したパターンである。

そして、両マーク HM1 , HM2の中心の X方向への間隔の設計値は

Dhであり、間隔 Dhは、 50〜1 00 m程度である。この場合、第 1マーク HM1は、凹パターン 33 aの幅が eで、凸パターン 33 の幅が f (= P 2 - e ) のマークであり、第 2マーク HM2は、凸パターン 35 aの幅が eで、凹パターン 35 bの幅が f のマークであり、両マーク HM 1， HM2は、凹凸関係のみが反転したマークとなっている。即ち、第 1マーク HM1の凹パターン 33 aのデュ一ティ比と、第 2マ —ク HM2の凸パ夕一ン 35 aのデューティ比とは等しく設定されている。

このように近接して配置された 2つのマーク HM 1， HM2を図 1の位置検出装置で観察した場合に、それらの像を撮像素子 22で X方向に読み出して得られる画像信号（又は、これを非計測方向に平均化した信号）を図 4 (C) の画像信号 SHとする。図 4 (C) の画像信号 SHにおいて、第 1マーク HM 1及び第 2マーク HM 2に対応する部分 I H 1 及び I H2では、それぞれマーク部分が暗部となっている。そして、図 1の制御演算系 23において、画像信号 S Hの部分 I H 1の中心の位置 Xh l、及び部分 I H 2の中心の位置 Xh 2を検出し、これらの間隔 M hを求める。この場合も、その間隔 Mhは、図 1のウェハ 1 1の表面から撮像面への倍率 aを用いて、撮像面での間隔に 1 Zひを乗じて得られる値である。

照明系の調整残差が無い状態では、そのように求められた間隔 Mhは、基準となる間隔 Dhに等しいはずであるが、照明系の調整誤差が残存していると、観察される 2つのマーク HM 1， HM2の像の位置のシフト量が、各マークの段差によって異なってくるため、計測される間隔 Mh は、基準となる間隔 Dhとは異なってくる。

具体的に本例では、図 1の照明系の σ絞り 3の位置に応じて、 2つのマーク ΗΜ1， ΗΜ2の像の間隔 Mhの基準となる間隔 Dhに対する誤差 AMh ( = D h -Mh) の符号及び大きさが変化する。そこで、図 1 の制御演算系 23は、その誤差 ΔΜΙΊが小さくなるように、 σ絞り位置調整機構 5 a, 5 bを介して σ絞り 3の位置を調整する。その後、再度 2つのマーク HM1， HM 2の像の間隔 Mhの誤差 Z Mhを計測し、この誤差 AMhが許容範囲内に収まるまで、 σ絞り 3の位置を調整することで、 σ絞り 3の位置調整は完了する。上記マーク MH 1 , MH 2の段差 Hhも、図 3のマーク MD 1， MD 2の段差 Hdと同様に 4 0〜 1 0 0 nm程度であることが望ましい。この理由も上記と同様である。更に、より良好なコントラストの画像信号 S Hを得るためには、段差 Hhも、 4 0〜6 0 nm程度であることが望ましい。

また、第 1マーク HM 1の凹パターン 3 3 aのデューティ比（ 1 0 0 X e /P 2 (%) ) 、及び第 2マーク HM 2の凸パターン 3 5 aのデュ一ティ比（ 1 0 0 X e ZP 2 ( ) ) は、 1 0 %程度であることが望ましい。これも、デューティ比があまりに小さいとマーク像のコントラス卜が低下し、位置検出結果の再現性が悪化するためである。また、デュ —ティ比があまりに大きいと、 σ絞り 3の変位による（照明系の調整残差による）、第 1マーク ΗΜ 1の凹パターン 3 3 aの像と第 2マーク Η M 2の凸パターン 3 5 aの像とにおける相対的な位置ずれ量の変化量が小さくなり、調整感度が低下するためである。

また、上記の X方向に関する調整と同様に、図 2のウェハ 1 1上の Y 軸の一対のマーク（HM 1 1 , HM 1 2) の像の間隔を計測することで、 Y方向に関する照明系の調整残差の調整も行うことができる。

更に、図 4の場合にも、その基準となる間隔 D hの実際の値を計測することが望ましい。このためには、図 3の場合と同様に、図 4 (A) の 2つのマーク HM 1 , HM 2の像の間隔（Mh lとする）を計測した後、ウェハ 1 1を 1 8 0 ° 回転して同じ 2つのマーク HM 1 , HM 2の像の間隔（Mh 2とする）を計測し、それら 2つの計測値の平均値をその基準となる間隔 D hの代わりに採用すればよい。

なお、上記の実施の形態における図 1のコマ収差補正光学系 1 6の位置調整と、 σ絞り 3の位置調整とは、それぞれを独立に行ってもよい。但し、上記の σ絞り 3の位置調整に際しては、その検出用の光学系（結像光学系）にコマ収差が残存していても、コマ収差の影響を受けることなく調整が可能となるため、始めに σ絞り 3の位置調整を行った後に、コマ補正光学系 1 6を動かしてコマ収差の調整を行うと効率的である。また、本例では、図 1中のコマ補正光学系 1 6を調整して、残存コマ収差を調整除去するものとしたが、これに限らず、対物レンズ群 1 0やハーフプリズム 9等の他の光学部材の位置又は回転角を調整して、残存コマ収差を調整除去してもよい。また、照明状態の調整に際しても、 σ 絞り 3の位置を調整するだけでなく、光源 1の位置、又は第 1 リレーレンズ 6若しくは第 2リレーレンズ 8の位置若しくは回転角を調整するようにしてもよい。

〔第 2の実施の形態〕

次に、本発明の第 2の実施の形態につき図 1及び図 5〜図 1 0を参照して説明する。本例でも調整対象となるのは図 1の位置検出装置であるため、その装置構成の説明は省略して、その光学系の調整方法につき説明する。本例では、図 1の調整用のウェハ 1 1の代わりにウェハ 1 1 A が設置される。このウェハ 1 1 Αの表面には、複数対の被検マークが形成されている。まず、その複数対の被検マークにつき説明する。

図 5は、図 1中でウェハ 1 1の代わりに設置される調整用のウェハ 1 1 Aを示す平面図であり、この図 5において、ウェハ 1 1 Aとしては一例としてシリコンウェハが使用される。ウェハ 1 1 Aの表面には、内枠のマーク 2 7 Aと、これを囲む外枠のマーク 2 7 Bとを所定の位置関係で配置してなる第 1のボックス ·イン ·ボックスマーク 2 8 Aが形成されている。そして、この第 1のボックス 'イン 'ボックスマーク 2 8 A の近傍に、その内枠のマーク 2 7 A及び外枠のマーク 2 7 Bの位置関係を維持した状態で、その一対のマーク 2 7 A， 2 7 Bを一体として 1 8 0。回転した配置の内枠のマーク 27 C及び外枠のマーク 27 Dからなる第 2のボックス ·イン 'ボックスマーク 28 Bが形成されている。図 6は、図 5中のボックス 'イン 'ボックスマーク 28 A， 28 Bを示す拡大平面図であり、この図 5において、第 1のボックス ·イン *ポックスマ一ク 28 Aは、それぞれ矩形の枠状の凸パターン（又は凹パ夕 —ンでも可）よりなる内枠のマーク 27 A及び外枠のマーク 27 Bより構成されている。同じく、第 2のボックス ·イン ·ボックスマーク 28 Bも、それぞれ内枠のマーク 27 A及び外枠のマーク 27 Bと同じ形状の内枠のマーク 27 C及び外枠のマーク 27 Dより構成されている。この場合、第 1のボックス 'イン 'ボックスマーク 28 Aにおいて、外枠のマーク 27 Bの中心 Aに対する内枠のマーク 27 Aの中心の X方向、 Y方向への位置ずれ量（設計値）を（dX l, d Y 1) 、第 2のボックス ·イン 'ボックスマーク 28 Bにおける、外枠のマーク 27Dの中心 Bに対する内枠のマーク 27 Cの中心の X方向、 Y方向への位置ずれ量 (設計値）を（dX2， d Y 2) とすると、設計上は次の関係が成立している。

(d X 2 , d Y 2 ) =一 (d X 1 , d Y 1 ) (2 1) なお、実際にはマスクパターンの描画誤差及び製造プロセスによる誤差が存在するが、このような誤差は位置検出装置で必要とされる検出精度よりも小さければよい。それらの位置ずれ量は、例えば予め走查型電子顕微鏡（SEM) 等で高精度に計測して確認しておいてもよい。

この場合、それらのボックス 'イン 'ボックスマーク 28 Α， 28 Β の外枠のマークに対する内枠のマークの位置ずれ量を図 1の位置検出装置を介して検出すると、検出光学系の非対称収差等によって、計測される位置ずれ量には（2 1) 式の関係が成立しないことがある。後述のように、それを利用してその非対称収差等を調整することができる。更に図 5において、ウェハ 1 1 Aの表面には、 X方向に周期的な凹凸のパターンからなる第 1マーク HM 1と、このマークに対して X方向に近接して直列に配置され、かつ凹凸のパターンを反転した形状の第 2マ —ク HM2とよりなる X軸の一対のマーク 25 X、及びこの一対のマ一ク 25 Xに近接して配置されると共に、この一対のマーク 25 Xを 1 8 0° 回転した形状の一対のマーク 26 Xが形成されている。即ち、一対のマーク 26 Xは、第 1マーク HM 1及び第 2マーク HM 2を互いの位置関係を維持した状態で、一体として 1 80° 回転して得られる第 3マ —ク HM 3及び第 4マーク HM 4から構成されている。第 1マーク HM 1と第 2マーク HM2との X方向の設計上の間隔を Dhとすると、第 3 マーク HM 3と第 4マ一ク HM 4との X方向の設計上の間隔も D hである。

なお、図 5では、一対のマーク 26 Xは、一対のマーク 25 Xに対して計測方向（X方向）に近接して配置されているが、一対のマーク 25 Xに対して非計測方向（Y方向）に近接して配置しても良い。更に、ゥェハ 1 1 A上には、一対のマーク 25 X、及び一対のマーク 26 Xを更に一体として 90° 回転した形状の Y軸の一対のマーク 2 5 Y、及び一対のマーク 26 Υも形成されている。これらの 4対のマーク 25 X， 2 6 X, 25 Υ, 26 Υは、一例として照明系の特性調整用として使用される。

上記の凹凸のボックス ·イン ·ボックスマーク及び格子状マ一クは、ウェハ 1 1 Αとして例えばシリコンウェハを使用した場合には、この表面へのフォトレジストの塗布、対応するレチクルパターンの投影像の露光、フォトレジストの現像、エッチング、及びレジスト剥離等の工程によって、極めて高精度に形成することができる。

次に、図 1の位置検出装置の検出光学系（結像光学系）の調整方法の一例につき説明する。このためには、図 1の位置検出装置の対物レンズ群 10の視野の中心（光軸 AX 2) の近傍に、図 5のウェハ 1 1 A上の 2つのボックス 'イン 'ボックスマーク 28 A及び 28 Bの外枠のマ一クの中心を順次移動して、それぞれ外枠のマーク 27 Bの中心に対する内枠のマーク 27 Aの中心の位置ずれ量（δ X I，（5Y 1) 、及び外枠のマーク 27 Dの中心に対する内枠のマーク 27 Cの中心の位置ずれ量 ((5 2, δ Υ2) を計測する。この計測値は、図 1の撮像素子 22の画像信号 Sを処理して得られる撮像素子 22上での位置ずれ量に、ゥェハ 1 1 Αの表面から撮像素子 22の撮像面までの倍率 αの逆数（1/α) を乗じて得られる値である。また、ウェハ 1 1 Αを X方向、又は Y方向に移動するのは、投影露光装置に備えられているウェハステージ、又は重ね合わせ誤差測定装置に備えられている XYステージを用いて高速に行うことができる。

その後、図 1の制御演算系 23は、 2つのボックス ·イン 'ボックスマーク 28A, 28 Bのそれぞれの位置ずれ量の計測値の（ 2 1 ) 式からのずれ量（δΧ, (5 Υ) を次のように算出する。このずれ量

δ Υ) が、図 1の位置検出装置の検出光学系の T I S (Tool Induced Sh ift)の一部に相当する。

δΧ= ((5X 1 + 5X2) /2 ( 22 A)

δΥ= (δΥ 1 + δΥ2) / 2 ( 22 Β)

そして、制御演算系 23は、そのずれ量（<5Χ, δΥ) が（0, 0) に近付くように、一例としてコマ補正光学系位置調整機構 1 7 a, 1 7 bを介してコマ補正光学系 1 6の X方向、 Y方向の位置を調整する。その後、図 1の位置検出装置の観察視野内に再び、図 5のウェハ 1 1 A上の 2つのボックス 'イン 'ボックスマーク 28 A及び 28 Bの外枠のマークの中心を順次移動して、上記の内枠のマーク 27 Aの中心の位置ずれ量（δ Χ 1， δ Υ Ι ) 、及び内枠のマーク 2 7 Cの中心の位置ずれ量（(5 X 2， <5 Y 2) を計測する。そして、これらの値を（2 2 A) ， (2 2 B) 式に代入して求められるずれ量（<5 X, δ Υ) が所定の許容範囲内に収まるまで、コマ補正光学系 1 6の位置調整及び位置ずれ量の計測を繰り返す。これによつて、検出光学系の非対称収差の主要部であるコマ収差の調整が完了したことになる。

次に、図 1の照明系の調整方法につき説明する。このためには、まず図 5の調整用のウェハ 1 1 Α上の X軸の 2対のマーク 2 5 X及び 2 6 X を用いる。そして、一方の一対のマーク 2 5 Xの中心を図 1の位置検出装置の観察視野の中心付近に移動する。

図 7 (A) は、図 5の一方の一対のマーク 2 5 X、即ちマーク HM 1 , HM2を示す拡大平面図、図 7 (B) は図 7 (A) の断面図であり、第 1マーク HM 1は、ウェハ 1 1 Aの表面に、線幅 eの細長い線状の 5本の凹パターン 3 3 aを、所定の段差 Hhで X方向にピッチ P 2で格子状に形成したパターンであり、そのピッチ P 2は、 5〜2 0 /im程度である。一方、第 2マーク HM 2は、その外周が彫り込み部 34で囲まれると共に、線幅 eの細長い線状の 5本の凸パ夕一ン 3 5 aを、ピッチ P 2 で格子状に形成したパターンである。

そして、両マーク HM 1 , HM2の中心の X方向への間隔の設計値は D hであり、間隔 Dhは、 5 0〜： L 0 0 xm程度である。この場合、第 1マーク HM 1は、凹パターン 3 3 aの幅が eで、凸パ夕一ン 3 3 の幅が f (=P 2 - e) のマークであり、第 2マ一ク HM2は、凸パ夕一ン 3 5 aの幅が eで、凹パターン 3 5 bの幅が f のマークであり、両マーク HM 1 , HM2は、凹凸関係のみが反転したマークとなっている。即ち、第 1マーク HM 1の凹パターン 3 3 aのデューティ比と、第 2マ —ク HM 2の凸パ夕一ン 3 5 aのデューティ比とは等しく設定されている。

上記のマーク MH 1, MH2の段差 Hhは、 40〜： L O O nm程度であることが望ましい。これは良好なコントラス卜の画像信号を得るためである。更に、より良好なコントラストの画像信号 SHを得るためには、段差 Hhは、 40〜60 nm程度であることが望ましい。

また、第 1マーク HM 1の凹パターン 33 aのデューティ比（1 00 X e/P 2 (%) ) 、及び第 2マーク HM2の凸パターン 35 aのデュ —ティ比（ 1 00 X e ZP 2 (%) ) は、 10 %程度であることが望ましい。これも、デュ一ティ比があまりに小さいとマーク像のコントラス卜が低下し、位置検出結果の再現性が悪化するためである。また、デュ —ティ比があまりに大きいと、 σ絞り 3の変位による（照明系の調整残差による）、第 1マーク ΗΜ 1の凹パターン 33 aの像と第 2マーク Η M2の凸パターン 35 aの像とにおける相対的な位置ずれ量の変化量が小さくなり、調整感度が低下するためである。

このように近接して配置された 2つのマーク HM 1, HM2を図 1の位置検出装置で観察した場合に、それらの像を撮像素子 22で X方向に読み出して得られる画像信号（又は、これを非計測方向に平均化した信号）を図 7 (C) の画像信号 SHとする。図 7 (C) の画像信号 SHにおいて、第 1マーク HM 1及び第 2マーク HM 2に対応する部分 I H 1 及び I H2では、それぞれマーク部分が暗部となっている。そして、図 1の制御演算系 23において、画像信号 SHの部分 I H 1の中心の位置 Xh l、及び部分 I H 2の中心の位置 X h 2を検出し、これらの間隔 M h 1を求める。その間隔 Mh 1は、図 1のウェハ 1 1 Aの表面から撮像面への倍率ひを用いて、撮像面での間隔に l/αを乗じて得られる値である。

次に、図 5の X軸の他方の一対のマーク 26 Xを図 1の位置検出装置の観察視野の中心付近に移動して、図 7の場合と同様に、撮像素子 22 の画像信号を処理することによって、第 3マーク HM 3の像の中心と第 4マーク HM 4の像の中心との X方向の間隔をウェハ 1 1 A上での長さに換算した間隔 Mh 2を求める。

その後、図 1の制御演算系 23は、 2対のマーク 25 X, 26 Xのそれぞれの間隔の計測値の理想状態からのずれ量 δ MXを次のように算出する。このずれ量 (5 MXが、図 1の位置検出装置の照明系の T I S (Too 1 Induced Shift)の一部に相当する。

δ MX= (Mh 1 -Mh 2 ) / 2 (23)

照明系の調整残差が無い状態では、そのように求められたずれ量 (5M Xは、ほぼ 0となるはずであるが、照明系の調整残差が存在していると、観察される 2つのマーク HM 1 , HM 2の像の位置のシフト量が、各マ —クの段差によって異なってくるため、計測されるずれ量 5MXは、許容範囲を超えて大きくなる。

具体的に本例では、図 1の照明系の σ絞り 3の位置に応じて、そのずれ量 (5 MXの符号及び大きさが変化する。そこで、図 1の制御演算系 2 3は、そのずれ量 5MXの絶対値が小さくなるように、 σ絞り位置調整機構 5 a， 5 bを介して σ絞り 3の位置を調整する。その後、再度 2組のマーク 25Χ, 26 Xのそれぞれの像の間隔 Mh 1 , Mh 2を計測し，これらを（23) 式に代入してずれ量 (5MXを求め、このずれ量 (5MX が許容範囲内に収まるまで、間隔の計測及び σ絞り 3の位置調整を繰り返すことで、 σ絞り 3の位置調整は完了する。

また、上記の X方向に関する調整と同様に、図 5のウェハ 1 1 A上の Υ軸の 2対のマーク 2 5 Υ， 26 Υのそれぞれの像の間隔を計測し、これらの間隔の差分を求めることで、 Υ方向に関する照明系の調整残差の調整も行うことができる。なお、上記の実施の形態における図 1のコマ収差補正光学系 1 6の位置調整と、 σ絞り 3の位置調整とは、それぞれを独立に行ってもよい。但し、上記の σ絞り 3の位置調整に際しては、その検出用の光学系（結像光学系）にコマ収差が残存していても、コマ収差の影響を受けることなく調整が可能となるため、始めに σ絞り 3の位置調整を行った後に、コマ補正光学系 1 6を動かしてコマ収差の調整を行うと効率的である。また、本例では、図 1中のコマ補正光学系 1 6を調整して、残存コマ収差を調整除去するものとしたが、これに限らず、対物レンズ群 1 0やハーフプリズム 9等の他の光学部材の位置又は回転角を調整して、残存コマ収差及び Ζ又は他の収差（特に非対称収差）などを調整除去してもよい。また、照明状態の調整に際しても、 σ絞り 3の位置を調整するだけでなく、光源 1の位置、又は第 1リレーレンズ 6若しくは第 2リレーレンズ 8の位置若しくは回転角を調整するようにしてもよい。

次に、検出光学系や照明系の調整時に使用できる被検マークの他の例にっき図 8〜図 1 0を参照して説明する。

まず、図 8 (Α) は、図 5の X軸の 2対のマ一ク 25 Α， 26 Χの近傍に更に回転角が 0° の一対のマークを形成したものである。図 8 (Α) において、 1組のマーク 25 ΧΑ及び 26 Xはそれぞれ図 5のマーク 2 5 X及び 26 Xと同じ形状、及び位置関係のマークであり、これらのマ —クの近傍に、それぞれ第 1マーク ΗΜ 1、及び第 2マーク ΗΜ2と同じ形状で位置関係の第 5マーク ΗΜ 5、及び第 6マーク ΗΜ6よりなる 1組のマーク 25ΧΒ (回転角 0° のマーク）が形成されている。この例では、例えば図 1の位置検出装置の観察視野内で同時に左端のマーク 2 5 ΧΑ内の間隔 Mh 1、及び中央のマーク 26 X内の間隔 Mh 2を計測して、（23) 式よりずれ量 δΜΧ (これを δΜΧΙとする）を求めた後、その観察視野内で同時に右端のマーク 25 ΧΒ内の間隔 Mh 3、及び中央のマーク 26 X内の間隔 Mh 2を計測して、（23) 式の Mh 1の代わりに Mh 3を代入してずれ量 (5MX (これを δΜΧ2とする）を求める。そして、例えばこれらのずれ量 (5ΜΧ 1 , δΜΧ 2を平均化したずれ量を新たにずれ量 δ MXとすることで、その観察視野内の位置による検出結果のばらつきの影響を軽減することができる。

また、この例でも、図 8 (B) に示すように、 3対のマーク 25XA, 26 X, 25 XBを非計測方向（Y方向）にずらして配置してもよい。次に、図 9は、例えば検出光学系の非対称収差の調整を行う際に使用して好適なマークの例を示し、図 9において、調整用のウェハ 1 1 Bの表面には、それぞれ X方向に周期的な凹凸のパターンからなり、かつ直列に配列された第 1マーク DM 1及び第 2マーク DM2よりなる X軸の一対のマーク 29Xと、このマーク 29Xを 1 80° 回転した形状の一対のマーク 30 Xとが近接して形成されている。即ち、第 1マーク DM 1と第 2マーク DM2との間隔（設計値）を Ddとすると、一対のマーク 30 Xは、それらのマーク DM 1及び DM 2とそれぞれ同一形状で間隔（設計値）が Ddの第 3マーク DM3及び第 4マーク DM4より構成されている。

更に、 2対のマーク 29 X及び 30 Xを 90 ° 回転した形状の Y軸の 2対のマーク 29 Y, 30 Yも形成されている。なお、この例でも、 X 軸の 2対のマーク 29 X， 30 Xのように X方向に配列する代わりに、 2対の X軸のマーク 29 X' 及び 30X' で示すように、 Y方向に配列本例でも、まず図 9の X軸の一方の一対のマーク 29 Xが図 1の位置検出装置の観察視野内に移動される。

図 1 0 (A) は、図 9に示す X軸の一方の一対のマーク 29 Xを示す拡大平面図、図 1 0 (B) は図 10 (A) の断面図であり、第 1マーク DM1は、ウェハ 1 I Bの表面に、線幅 aの細長い 5本の線状の凹パ夕 —ン 3 1 aを、所定の段差 Hdで X方向にピッチ Pで格子状に形成したパターンであり、そのピッチ Pは、 5〜20 im程度である。また、第 2マーク DM2も同様に、ウェハ 1 1 Bの表面に、線幅 cの細長い 5本の線状の凹パターン 32 aを、段差 Hdで X方向に同一のピッチ Pで格子状に形成したパターンである。そして、計測方向である X方向において、第 1マーク DM 1の中心と第 2マーク DM 2の中心との間隔は、設計値で D dに設定されている。この間隔 Ddは、 50〜1 00 ΠΙ程度である。

また、各マーク DM 1， DM 2の段差（深さ） Hdは、 40〜： L 00 nm程度とすることが望ましい。この段差 Hdがあまりに小さいとそれらのマーク像のコントラストが低下し（マーク部が十分に暗くならない）、位置検出精度が低下する。逆に、段差 Hdが 1 0 O nm程度よりも高段差になると、段差部による幾何光学的なケラレ等の悪影響が生じて、高精度な計測が難しくなる。更に、各マークについて良好なコントラス卜の像を得るためには、段差 Hdは、 40〜60 nmであることが望ましい。

そして、本例では第 1マーク DM 1の凹パターン 31 aの幅 aと凸パ夕一ン 3 1 bの幅 b (a + b = P) との比率（a ： b、又は a/b) と、第 2マーク DM 2の凹パターン 32 aの幅 cと凸パ夕一ン 32 bの幅 d (c + d = P) との比率（c ： d、又は cZd) とは異なっている。言い換えると、第 1マーク DM 1の凹パターン 3 1 aの幅 aのピッチ Pに対するデューティ比（100 X a/P (%) ) と、第 2マーク DM2の凹パターン 32 aの幅 cのピッチ Pに対するデュ一ティ比（ 100 X c /P (%) ) とは異なっている。一例として、本例では、第 1マーク D Mlの凹パターン 3 1 aのデューティ比は 50 %に設定され、凹パターン 3 1 aの幅 aと凸パターン 3 1 bの幅 bとの比率は、以下のように設定されている。

a ： b = 1 ： 1、又は aZb = 1 (24)

一方、第 2マーク DM2の凹パターン 32 aのデューティ比は 1 0% 程度に設定され、凹パターン 32 aの幅 cと凸パターン 32 bの幅との比率は、ほぼ以下のように設定されている。

c ： d = 1 ： 9、又は c/d= 1/9 (25)

このように X方向に近接して配置された 2つのマーク DM 1, DM 2 を、図 1の位置検出装置で観察した場合に、それらの像を撮像素子 22 で X方向に読み出して得られる画像信号を図 1 0 (C) の画像信号 SD とする。なお、この画像信号 SDは、図 1 0 (A) の 2つのマークの像を X方向に走査して得られる画像信号を非計測方向（Y方向）に平均化したものでもよい。

図 1 0 (C) において、横軸は計測方向の位置 Xを表しており、位置 Xは実際には、図 9のウェハ 1 1 Aの表面から図 1の撮像素子 22の撮像面への倍率 αを用いて、撮像素子 22の撮像面での所定の基準点からの位置に ΐΖαを乗じて得られる位置を表している。図 1 0 (C) の画像信号 S Dにおいて、第 1マ一ク DM 1の像に対応する部分 I D 1では、第 1マーク DM 1のエッジ部分が喑部となり、第 2マーク DM 2の像に対応する部分 I D 2でも、同様にエッジ部分が暗部となっている。

図 1の制御演算系 23は、その画像信号 SDより、部分 I D 1の中心位置 X d 1と、部分 I D 2の中心位置 X d 2との間隔 Md 1を求める。この間隔 Md lは、検出用の光学系に収差の無い状態では、図 1 0 (A) の設計上の間隔 D dとなるはずである。ところが、検出用の光学系にコマ収差が残存していると、両マーク DM1， DM2の凹パターン 3 1 a, 32 aの幅のデューティ比の違いにより、コマ収差による像位置の変化量が異なるため、間隔 Md lは、 D dとは一致しない。

次に、図 9の X軸の他方の一対のマーク 3 0 Xを図 1の位置検出装置の観察視野内に移動して、マーク DM 3 , DM4の像の間隔をウェハ上での長さに換算した値 Md 2を求める。その後は、 2つの間隔 Md l及び Md 2が所定の許容範囲内で合致するように、図 1のコマ補正光学系

1 6の位置を調整することで、コマ収差の調整が行われる。同様に、 Y 軸方向でのコマ収差の調整も行われる。

なお、上記の実施の形態では、 1 8 0 ° 回転したマークを予め調整用のウェハ上に形成しているが、一対のマークを所定の角度 0 (0 ° く Θ く 3 6 0 ° ) 回転した別の一対のマークを予めそのウェハ上に形成しておき、これら 2対のマークの間隔等を計測するようにしてもよい。更に、例えば計測対象とする収差の種類などによっては、一対の第 1 マーク及びこれを 1 8 0 ° 回転させた一対の第 2マークと、その一対の第 1マークを 4 5 ° 回転させた一対の第 3マーク及びこれを 1 8 0 ° 回転させた一対の第 4マークとをウェハ上に形成しておき、それぞれ一対の第 3マーク及び第 4マークでそれぞれ検出される間隔をも用いて結像光学系や照明系の調整を行うようにしてもよい。このとき、その一対の第 1マークを 1 3 5 ° 回転させた一対の第 5マーク、及びこれを 1 8 0 ° 回転させた一対の第 6マークを更にウェハ上に形成しておくようにしてもよい。これら 4組のそれぞれ一対の第 3マーク〜第 6マ一クを用いると、計測対象とする光学特性につきサジタル方向（S方向）及びメリジォナル方向（M方向）の各成分の特性も検出することが可能となる。なお、上記の第 2の実施の形態では、例えば一対の第 1マーク及びこれを所定角度（例えば 1 8 0 ° ) 回転させた一対の第 2マークをウェハ上に形成するが、予め一対の第 1マークと一対の第 2マークとの相対回転角、即ちその一対の第 1マークをその所定角度だけ正確に回転した場合の設計上の第 2マーク（の配列方向）に対する実際の一対の第 2マ一ク（の配列方向）の残存回転誤差を計測しておくようにしてもよい。そして、この計測された残存回転誤差（実際の回転角と所定角度との差）が所定値よりも大きいときは、例えばその一対の第 2マークで検出される間隔をその残存回転誤差に応じて補正するようにしてもよい。これにより、一対の第 1マークを基準として所定角度だけ正確に回転した一対の第 2マークの間隔を得ることできる。

また、上記の実施の形態では、調整用のウェハ上に調整用のマークを形成しているが、 X Yステージ等の基準板上にそれらのマークを形成しておいてもよい。

〔第 3の実施の形態〕

次に、本発明の第 3の実施の形態につき図 1及び図 1 1〜図 1 3を参照して説明する。本例でも調整対象となるのは図 1の位置検出装置であるため、その装置構成の説明は省略して、その光学系の調整方法につき説明する。本例では、図 1の調整用のウェハ 1 1の代わりにウェハ 1 1 Cが設置される。このウェハ 1 1 Cの表面には、複数個の評価用マーク (段差マーク）が形成されている。まず、本例の調整用のウェハ 1 1 C 上に形成されている複数組の凹凸の格子状マーク（段差マーク）よりなる評価用マークにつき説明する。

図 1 1は、図 1中のウェハ 1 1の代わりに設置される調整用のウェハ 1 1 Cを示す平面図であり、この図 1 1において、ウェハ 1 1 Cとしては一例としてシリコンウェハが使用される。ウェハ 1 1 Cの表面には、それぞれ X方向に周期的な凹凸のパターンからなる第 1マーク D M 2 1 〜第 3マーク D M 2 3よりなる X軸の第 1の評価用マーク D X、及びこの評価用マーク DXを 90 ° 回転した形状の第 1マーク DM 3 1〜第 3 マーク DM33よりなる Y軸の第 1の評価用マーク DYが形成されている。その X軸の評価用マーク DXは、中央のマーク DM 22の両端に凹部と凸部との幅の比率が異なるマーク DM21 , DM23が配置された、計測方向に実質的に線対称のマークであり、評価用マ一ク DX, DYは検出用の光学系の特性調整用として使用される。

また、ウェハ 1 1 Cの表面には、それぞれ X方向に周期的な凹凸のパターンからなる第 1マーク HM 2 1〜第 3マーク HM23よりなる X軸の第 2の評価用マーク HX、及びこの評価用マーク HXを 90 ° 回転した形状の第 1マーク HM3 1〜第 3マーク HM33よりなる Y軸の第 2 の評価用マーク HYが形成されている。その X軸の評価用マーク HXは、中央のマーク HM 22の両端に凹部と凸部との関係を反転した形状のマ —ク HM2 1， HM23が配置された、計測方向に実質的に線対称のマークであり、評価用マーク HX, HYは照明系の特性調整用として使用される。

これらの凹凸の格子状マ一クは、ウェハ 1 1 Cとして例えばシリコンウェハを使用した場合には、この表面へのフォトレジス卜の塗布、対応するレチクルパターンの投影像の露光、フォトレジストの現像、エッチング、及びレジスト剥離等の工程によって、極めて高精度に形成することができる。

図 1 2 (A) は、図 1 1に示す X軸の第 1の評価用マーク DXを示す拡大平面図、図 1 2 (B) は図 12 (A) の断面図であり、中央のマーク DM 22は、ウェハ 1 1 Cの表面に、線幅 cの細長い 3本の線状の凹パターン 42 cを、所定の段差 Hdで X方向にピッチ Pで格子状に形成したパターンであり、そのピッチ Pは 5〜 20 xm程度である。また、マーク DM 22を挟むようにマーク DM 2 1及び DM 23が形成されており、マーク DM2 1も同様に、ウェハ 1 1 Cの表面に、線幅 aの細長い 3本の線状の凹パターン 41 aを段差 Hdで X方向に同一のピッチ P で格子状に形成したパターンである。マーク DM23の形状はマーク D M 2 1と同一である。

そして、計測方向（X方向）において、マーク DM2 1の中心とマ一ク DM 22の中心との間隔、及びマーク DM 22の中心とマーク DM 2 3の中心との間隔は、それぞれ設計値で D dに設定されている。この間隔 Ddは 40〜60 xm程度である。これによつて、設計上でマーク D M 22の中心は、両側のマーク DM 2 1， DM 23の中心に計測方向で合致していることになる。

また、各マーク DM 2 1〜DM23の段差（深さ） H dは、 50〜1 00 nm程度とすることが望ましい。この段差 Hdがあまりに小さいとそれらのマーク像のコントラストが低下し（マーク部が十分に暗くならない）、位置検出精度が低下する。逆に、段差 Hdが 1 00 nm程度よりも高段差になると、段差部による幾何光学的なケラレ等の悪影響が生じて、高精度な計測が難しくなる。

そして、本例では一方の端部のマーク DM2 1 (他方の端部のマーク DM 23も同様）の凹パターン 41 aの幅 aと凸パターン 41 bの幅 b ( a + b = P) との比率（a ： b、又は aZb) と、中央のマーク DM 22の凹パターン 42 cの幅 cと凸パターン 42 dの幅 d (c + d = P) との比率（c ： d、又は cZd) とは異なっている。一例として、本例では、マーク DM2 1， DM 23の凹パターンの幅 aはピッチ Pの 50 %に設定され、凹パターンの幅 aと凸パターンの幅 bとの比率は、以下のように設定されている。

a ： b = 1 ： 1、又は aZb = 1 (3 1)

一方、中央のマーク DM 22の凹パターンの幅 cはピッチ Pの 1 0 % 程度に設定され、凹パターンの幅 cと凸パターンの幅 dとの比率は、ほぼ以下のように設定されている。

c : d= l : 9、又は cZd= lZ9 (32)

このように X方向に近接して配置された 3つのマーク DM2 1, DM 22， DM23からなる評価用マ一クを、図 1の位置検出装置で観察した場合に、それらの像を撮像素子 22で X方向に読み出して得られる画像信号を図 12 (C) の画像信号 SDとする。なお、この画像信号 SD は、図 1 2 (A) の 3つのマークの像を X方向に走査して得られる画像信号を非計測方向（Y方向）に平均化したものでもよい。

図 1 2 (C) において、横軸は計測方向の位置 Xを表しており、位置

Xは実際には、図 1のウェハ 1 1 Cの表面から撮像素子 22の撮像面への倍率 ο;を用いて、撮像素子 22の撮像面での所定の基準点からの位置に ΐΖαを乗じて得られる位置を表している。図 1 2 (C) の画像信号 SDにおいて、両端のマーク DM2 1， DM 23の像に対応する部分 I D 2 1 , I D23では、各エッジ部分が喑部となり、中央のマ一ク DM 22の像に対応する部分 I D 22では、狭い幅 cの凹パターンに対応する部分が暗部となっている。

図 1の制御演算系 23は、その画像信号 S Dより、部分 I D 2 1， I D 22 , I D 23の各中心位置 X d 2 1， X d 22 , Xd 23を各マークの位置として求めた後、両端のマークの平均位置 Xd 24を次のように算出する。

Xd 24= (Xd 2 1 + Xd 23) / 2 ( 33 )

次に、制御演算系 23は、その評価用マークの中央のマーク DM22 の位置 Xd 22に対する、両端のマーク DM 2 1， DM 23の平均位置 Xd 24の偏差 Md ( = Xd 22-Xd 24) を相対位置関係として算出する。このように計測された偏差 Mdは、検出用の光学系に収差の無い状態では、所定の予め求められている基準値 D 0 (設計上では 0) となるはずである。ところが、検出用の光学系にコマ収差が残存していると、マ —ク DM 22とマーク DM 2 1 , DM 23とのデューティ比（ピッチ P に対する凹パターンの幅 c , aの割合）の違いにより、コマ収差による像位置の変化量が異なるため、計測された偏差 Mdは、基準値 D Oとは一致しない。また、計測された偏差 Mdと基準値 D 0との大小関係から、残存コマ収差の大小のみでなく、符号の判定も可能であるため、その偏差 Mdの基準値 D 0に対する誤差 ΔΜ(1 ( = D 0— Md) の符号及び大きさに基づいて、図 1の制御演算系 23は、その誤差 AMdが小さくなるように、コマ補正光学系位置調整機構 1 7 a, 1 7 b介してコマ補正光学系 1 6の位置を調整する。

上記のコマ補正光学系 1 6の位置の調整後に、再度、中央のマーク D M22の位置と、両端のマ一ク DM2 1 , DM 23の平均位置との偏差 Mdを計測し、この偏差 Mdの基準値 D 0に対する誤差 AMdを算出する。そして、誤差 AMdが許容範囲から外れていれば、再度上記の調整を行う。以上の工程をその誤差 AMdが許容範囲内に追い込まれるまで繰り返すことで、検出用の光学系のコマ収差の調整は完了する。本例の調整方法は、第 1の実施の形態と同様に異なるデューティ比のマーク間隔を計測する方法であるため、「異比率マ一ク法」と呼ぶことにする。なお、上記の位置検出過程における各マーク像の位置検出アルゴリズムにはスライス法、及び相関法等の各種の方法があるが、本例においては、それらの何れを使用してもよい。例えばスライス法では、所定のスライスレベルにおける、画像信号 S Dのスライス位置に基づいて位置検出が行われ、相関法では、画像信号 SDを所定の基準波形と比較し、その基準波形との相関度の最も高い位置がマーク像の位置とされる。また、上記の基準値 D Oは、本来は評価用マークの対称性より 0となるはずであるが、その評価用マークを転写する際に使用されたレチクルのパターンの製造誤差や、ウェハ 1 1 C上に段差を形成する際のエッチング誤差等の製造誤差に基づく評価用マークの僅かな非対称性、及び検出用の光学系のディストーション等によって、実際の基準値 DOは 0にはならない場合がある。そこで、上記の調整前に、その基準値 D Oの実際の値を計測することが望ましい。このためには、例えば従来技術及び第 1の実施の形態で引用した「文献 1」に開示されているように、 1回目の計測値とウェハ 1 1 Cを 1 80° 回転した場合の 2回目の計測値との平均値を採用すればよい。

具体的に本例では、上記のように中央のマーク DM 22の位置に対する、両端のマーク DM2 1， DM 23の平均位置の X方向への偏差（M d 1とする）を計測した後、ウェハ 1 1 Cを 1 80 ° 回転して、再び中央のマーク DM 22の位置に対する両端のマ一ク DM 23 , DM 2 1の平均位置の X方向への偏差（Md 2とする）を計測する。そして、次式で表されるように、それら 2つの計測値の平均値をその基準値 D 0として採用すればよい。

D O - (Md l +Md 2) / 2 (34)

これによつて、図 1の検出用の光学系に残存収差があっても、コマ収差による中央のマークに対する両端のマークの中心の偏差 Mdの誤差△ M dを高精度に検出することができる。

但し、そのように、ウェハ 1 1 Cを 1 80 ° 回転して基準値（真値）を計測する方法においては、ウェハ 1 1 C上の評価用マーク自体も 1 8 0° 回転することになり、評価用マークに対称性（計測方向と直交する非計測方向（Y方向）に沿った中心軸に対する線対称性）がないと、回転前及び 1 80° 回転後の 2つのマークの位置関係の計測値に、検出用の光学系のディストーション等に起因する誤差成分が重畳される恐れがある。これに関して本例においては、評価用マーク DXは、図 1 2に示した如き対称性を有しているので、回転前及び 1 80° 回転時の評価用マーク DXの対称性が保たれており、検出用の光学系のディストーション等に起因するような誤差成分を全く含まずに、高精度に基準値 D Oを計測することが可能である。

ところで、一般に位置検出装置は、 2次元方向（X方向、 Y方向）のマーク位置、あるいは相対位置関係の計測を行う必要がある。そこで、上記の X方向に関する調整と同様に、図 1 1のウェハ 1 1 C上の Y軸の第 1の評価用マーク DYの各マーク DM 3 1〜DM 33の像の位置を検出し、中央のマーク DM 22の像の中心に対する両端のマ一ク DM 3 1 , DM 33の像の中心の偏差を相対位置関係として計測することで、 Y方向に関するコマ収差の調整も行うことができる。

次に、本例の図 1の照明系の調整方法につき説明する。このためには、まず図 1 1の調整用のウェハ 1 1 C上の X軸の第 2の評価用マーク HX を用いる。

図 1 3 (A) は、図 1 1に示す X軸の第 2の評価用マーク HXを示す拡大平面図、図 1 3 (B) は図 13 (A) の断面図であり、中央のマ一ク HM22は、その外周が彫り込み部 34で囲まれると共に、線幅 eの細長い線状の 3本の凸パターン 44 eを、ピッチ P 2で X方向に格子状に形成したパターンである。そのピッチ P 2は 5〜20 zm程度である _c そして、マ一ク HM22を X方向に挟み込むように、同一形状のマ一ク HM 2 1 , HM 23が形成され、マーク HM 2 1は、ウェハ 1 1 Cの表面に線幅 eの細長い線状の 2本の凹パターン 43 eを、所定の段差 H hで X方向にピッチ P 2で格子状に形成したパターンである。即ち、端部のマーク HM2 1 (他方のマーク HM 23も同様）は、凹パターン 4 3 eの幅が eで凸パターン 43 f の幅が f (=P 2 - e) のマークであり、中央のマーク HM22は、凸パターン 44 eの幅が eで凹パターン

44 f の幅が f のマークであり、両端のマーク HM21， HM23と中央のマーク HM22とは、凹凸関係のみが反転したマークとなっている。言い換えると、両端のマ一ク HM2 1， HM 23の凹パターンのデューティ比と、中央のマーク HM22の凸パターンのデュ一ティ比とは互いに等しく設定されている。

また、両端のマーク HM2 1 , HM 23の凹パターンの幅、即ち中央のマーク HM22の凸パターンの幅 eは、一例としてマークのピッチ P 2の 5 %〜 10 %程度に設定される。

そして、計測方向（X方向）において、マーク HM2 1の中心とマ一ク HM 22の中心との間隔、及びマーク HM 22の中心とマーク HM 2 3の中心との間隔は、それぞれ設計値で Dhに設定されている。この間隔 Dhは 40〜60 m程度である。この場合にも設計上で、マーク H M22の中心は、両側のマーク HM2 1， HM 23の中心に計測方向で合致していることになる。

このように近接して配置された 3つのマーク HM 21 , HM 22 , H M23を図 1の位置検出装置で観察した場合に、それらの像を撮像素子 22で X方向に読み出して得られる画像信号（又は、これを非計測方向に平均化した信号）を図 1 3 (C) の画像信号 SHとする。仮に図 1 3 (A) の幅 eが狭いものとすると、図 1 3 (C) の画像信号 SHにおいて、両側のマーク HM 2 1， HM23に対応する部分 I H 2 1， I H 2 3では、凹パターンの部分が暗部となり、中央のマーク HM 22に対応する部分 I H22では、凸パターンに対応する部分が暗部となる。

そして、図 1の制御演算系 23において、スライス法又は相関法等によって、画像信号 S Hの部分 I H2 1, I H 22 , I H 23の中心の位置 Xh 2 1 , X h 22 , X h 23を検出し、更に両端のマークの平均位置 Xh 24 (= (Xh 2 1 +Xh 23) /2) を算出する。次に、中央のマーク HM 22の位置 X h 22に対する両端のマーク HM 2 1, HM 2 3の中心の位置 Xh 24の偏差 Mhを相対位置関係として求める。

照明系の調整残差が無い状態では、そのように求められた偏差 Mhは、所定の基準値 H0 (設計上は 0) に等しいはずであるが、照明系の調整残差があると、観察される像の位置のシフト量が各マークの段差（凹又は凸）によって異なってくるため、計測される偏差 Mhは基準値 H 0とは異なってくる。

具体的に本例では、図 1の照明系の σ絞り 3の位置に応じて、その偏差 Mhの基準値 Η0に対する誤差 AMh ( = H 0 -Mh) の符号及び大きさが変化する。そこで、図 1の制御演算系 23はその誤差 AMhが小さくなるように、 σ絞り位置調整機構 5 a, 5 bを介して σ絞り 3の位置を調整する。その後、再度中央のマークに対する両端のマークの偏差 Mhの誤差 ΔΜΙιを計測し、この誤差 ΔΜΙιが許容範囲内に収まるまで、 σ絞り 3の位置を調整することで、ひ絞り 3の位置調整は完了する。このような調整方法を、異なる段差のマークの位置関係を計測するとして、本明細書では「異段差マーク法」と呼ぶ。異段差マーク法は、上記の文献 1に開示されている方法であるが、本願発明者によって、その異段差マーク法を用いると、 σ絞り 3の位置ずれ、又は σ絞り 3の配置面での照明光の照度の不均一性が高精度に調整できることが判明したものである。

ところで、上記マーク HM2 1, ΗΜ 22 , ΗΜ23の段差 Hhは 3 0〜60 nm程度であることが望ましい。この段差 Hhは、その範囲内で又はそれ以下の範囲で、小さければ小さいほど（低段差であるほど）， σ絞り 3の位置ずれ等に伴う各マークの検出される位置関係の変化が大きく現れる。即ち、検出感度が高くなる。但し、そのマークの段差 Hh があまりに小さいと、マーク像のコントラストが低下して、画像信号の SN比が低下するため、位置関係の計測精度が低下してしまう。従って、マーク段差 Hhは、上記範囲とすることが望ましいが、使用する検出用の光学系の撮像素子の SN比が良好であれば、より低段差のマークを用いた方が検出感度が向上することは言うまでもない。

また、両側のマーク HM2 1, HM 23の凹パターンの幅 e、及び中央のマーク HM 22の凸パターンの幅 eは、ピッチ P 2の 5〜 1 0 %程度であることが望ましい。これも、幅 eのデューティ比（ピッチ P 2に対する割合）があまりに小さいとマーク像のコントラストが低下し、位置検出結果の再現性が悪化するためである。また、そのデューティ比があまりに大きいと、 σ絞り 3の変位による（照明系の調整残差による）両側のマーク ΗΜ 2 1, ΗΜ 23の凹パターンの像と中央のマーク ΗΜ 22の凸パターンの像とにおける相対的な位置ずれ量の変化量が小さくなり、調整感度が低下するためである。

また、上記の X方向に関する調整と同様に、図 1 1のウェハ 1 1 C上の Υ軸の第 2の評価用マーク ΗΥの像の位置関係を計測することで、 Υ 方向に関する照明系の調整残差の調整も行うことができる。

更に、図 13の場合にも、中央のマーク ΗΜ 22に対する両側のマ一ク ΗΜ2 1， ΗΜ 23の偏差 Mhの基準値 Η0の実際の値を計測することが望ましい。このためには、図 1 2の場合と同様に、図 1 3 (A) のマーク HM 22に対するマーク HM 2 1， HM 23の偏差（Mh 1とする）を計測した後、ウェハ 1 1 Cを 1 80° 回転して同じくマーク HM 22に対するマーク HM 23， HM 2 1の偏差（Mh 2とする）を計測し、それら 2つの計測値の平均値をその基準値 H 0として採用すればよい。なお、評価用マークとしては、図 1 2、図 1 3に示した各評価用マークと異なる構成のマークを使用してもよい。

例えば、図 1 2の例においては、中央のマーク DM22を凹部の幅と凸部の幅との比が 1 ： 1として、両端のマーク DM21, DM 23を、凹部の幅のデューティ比が 5〜10 %程度の凹マークとしてもよい。また、凹部の幅のデューティ比が 5〜 1 0 %程度のマークの代わりに、凸部の幅のデューティ比が 5〜 1 0 %程度のマーク（凸マーク）を使用してもよい。

同様に、図 1 3の例においても、中央のマーク HM22を凹部の幅が狭いマーク（凹マーク）として、両側のマーク HM21， HM23を凸部の幅が狭いマーク（凸マーク）としてもよい。

また、各マーク DM2 1, DM 22 , DM 23 , ΗΜ 2 1 , ΗΜ 22 , ΗΜ23を構成する凹パターン（又は凸パターン）の本数も図 1 2、図 1 3に示した例ではなく、何本であっても構わない。但し、評価用マーク全体の対称性を保っために、各両端のマークの凹パターン（又は凸パ夕一ン）の本数は等しいことが望ましい。即ち、図 12のマーク DM2 1, DM23を構成する凹パターンの本数は互いに等しく、図 1 3のマ —ク ΗΜ2 1， ΗΜ 23を構成する凹パターンの本数は等しいことが望ましい。

なお、前述した第 3の実施の形態でも、ウェハ 1 1 Cを 1 8 0 ° 回転させる代わりに、第 2の実施の形態と同様に 3つの凹凸マークからなる評価用マーク（D X， D Y , H X , H Y ) を所定角度（例えば 1 8 0 ° ) 回転させた別の評価用マークを更にウェハ 1 1 C上に形成しておくようにしてもよい。これにより、ウェハ 1 1 Cを回転させることなく、 0 ° 及び 1 8 0 ° でそれぞれ検出される偏差の平均値（D O， H 0 ) を得ることが可能となる。

ところで、前述の第 1〜第 3の実施の形態でそれぞれ使用する凹凸マ —クの本数は任意でよい。更に、回転角が 0 ° である複数の凹凸マークからなる 1組のマ一ク群、及びこれを 9 0 ° 回転させたもう 1組のマ一ク群を用いて、 X方向、 Y方向でそれぞれ結像光学系や照明系の光学特性などを求めると共に、回転角が 0 ° である 1組のマーク群をそれぞれ 4 5 ° 及び 1 3 5 ° 回転させた 2組のマーク群をウェハ上に更に形成しておき、サジタル方向（S方向）及びメリジォナル方向（M方向）でそれぞれ光学特性などを求めるようにしてもよい。

次に、図 1の位置検出装置を投影露光装置のァライメントセンサに適用した場合につき図 1 4及び図 1 5を参照して説明する。

図 1 4は本例で使用される投影露光装置を示し、この図 1 4において露光時には、水銀ランプ、又はエキシマレ一ザ光源等の露光光源、ォプティカル ·インテグレー夕、可変視野絞り、及びコンデンサレンズ系等からなる照明光学系 5 1より、レチクル Rに対して露光光 I Lが照射される。そして、レチクル Rに形成されているパターンの像が、投影光学系 P Lを介して投影倍率 3 ( 3は 1 Z 5 , 1 Z 4等）でフォトレジストが塗布されたウェハ W上の 1つのショット領域に投影される。この際に、主制御系 5 3の制御情報に基づいて露光量制御系 5 2が露光量を適正化する。

以下、投影光学系 P Lの光軸 A Xに平行に Z軸を取り、 Z軸に垂直な平面内で図 1 4の紙面に平行に X軸を取り、図 1 4の紙面に垂直に Y軸を取って説明する。このとき、レチクル Rはレチクルステージ 5 4上に吸着保持され、レーザ干渉計 5 6によるレチクルステージ 5 4の座標の計測値に基づいた駆動系 5 7の制御情報に基づいて、レチクルステージ

5 4は、レチクルベース 5 5上で X方向、 Y方向、回転方向にレチクル Rを位置決めする。

一方、ウェハ Wは不図示のウェハホルダ上に真空吸着によって保持され、このウェハホルダが試料台 5 8上に固定され、試料台 5 8は、定盤

6 0上にエアーべァリングを介して浮上するように支持されている X Y ステージ 5 9上に固定されている。試料台 5 8は、ウェハ Wの Z方向の位置（フォーカス位置）及び傾斜角を制御してオートフォーカス方式でウェハ Wの表面を投影光学系 P Lの像面に合わせ込み、 X Yステージ 5 9は、レーザ干渉計 6 1によって計測される試料台 5 8の位置に基づく駆動系 6 2の制御情報に基づいて、試料台 5 8を X方向、 Y方向にステップ移動する。 X Yステージ 5 9によるステップ移動と、レチクル尺のパターン像の露光とをステップ · アンド · リピート方式で繰り返すことによって、ウェハ W上の各ショット領域への露光が行われる。

図 1 4の投影露光装置で重ね合わせ露光を行う場合には、その露光前ントを行っておく必要がある, そのため、試料台 6 5上に種々の基準マークが形成された基準マーク部材 6 5が固定されており、レチクル R上のレチクルァライメント顕微鏡 (不図示）の計測結果に基づいて、レチクル Rが基準マーク部材 6 5に対してァライメントされる。また、投影光学系 P Lの側面に図 1の位置検出装置の光学系と同じ構成のオフ · ァクシス方式で、画像処理方式のァライメントセンサ 6 3が配置されており、ァライメントセンサ 6 3内の撮像素子 2 2 (図 1参照）からの画像信号がァライメント信号処理系 6 4に供給されている。ァライメント信号処理系 6 4は、図 1の制御演算系 2 3の機能に加えて、検出対象のウェハ W上のァライメントマーク (ウェハマーク）の像の図 1の指標マーク 1 4 a , 1 4 bに対する位置ずれ量を求める機能を備えている。

なお、ァライメント信号処理系 6 4での画像信号の処理方法などについては、例えば日本国特開平 4一 6 5 6 0 3号公報及びこれに対応する米国特許第 5 , 4 9 3 , 4 0 3号に開示されているため、その詳細な説明は省略する。そして、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、この公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

また、図 1 5 ( a ) に示すように、ウェハ W上の各ショット領域 3 6 にはそれぞれァライメント用の 2次元のウェハマーク 3 8が形成され、ウェハマーク 3 8は、凹凸のパターンを一定ピッチで Y方向に形成した Y軸のウェハマーク 3 7 Yと、このウェハマーク 3 7 Yを挟むように凹凸のパターンを一定ピッチで X方向に形成した X軸のウェハマーク 3 7 Xとから構成されている。なお、一つのショット領域に対して 2つ以上のウェハマーク 3 8を形成しておいてもよい。また、検出対象のウェハマークは、図 1 5 ( b ) に示すように、ウェハ上の各ショット領域に独立に付設された 1次元のウェハマーク 4 0 X , 4 0 Yであってもよい。前者の X軸のウェハマーク 40 Xは、凹凸のパターンを X方向に一定ピツチで形成したマークであり、後者の Y軸のウェハマーク 40 Yは、凹凸のパ夕一ンを Y方向に一定ピッチで形成したマークである。

図 1 4においてァライメントセンサ 6 3を使用する場合には、まず試料台 5 8上に不図示のウェハローダ系を介して図 2の調整用のウェハ 1 1を載置する。その後、ァライメントセンサ 6 3を介して図 2の照明系の特性調整用の 2対のマーク（HM 1 , HM 2 ) 、及びマーク（HM 1 1 , HM 1 2) の像の間隔を計測し、この計測結果に基づいて図 1の σ 絞り 3の位置を調整する。その後、ァライメントセンサ 6 3を介して図 2の検出用の光学系の特性調整用の 2対のマーク（DM 1 , DM2) 、及びマーク（DM 1 1， DM 1 2) の像の間隔を計測し、この計測結果に基づいて図 1のコマ補正光学系 1 6の位置を調整する。

また、同様の調整を図 1 1の調整用のウェハ 1 1 Cを用いて行うこともできる。この場合には、まず試料台 5 8上に不図示のウェハローダ系を介して図 1 1の調整用のウェハ 1 1 Cを載置する。その後、ァライメントセンサ 6 3を介して図 1 1の照明系の特性調整用の 2つの評価用マ —ク HX及び XYの像の位置関係を計測し、このこの計測結果に基づいて図 1のひ絞り 3の位置を調整する。その後、ァライメントセンサ 6 3 を介して図 1 1の検出用の光学系の特性調整用の 2つの評価用マーク D X及び DYの像の位置関係を計測し、この計測結果に基づいて図 1のコマ補正光学系 1 6の位置を調整すればよい。更に、図 5の調整用のゥェノ、 1 1 Aのマーク 2 5 X, 2 6 X, 2 5 Y, 2 6 Yの像の間隔を計測することで、照明系の調整を行うことができ、図 5のウェハ 1 1 Aのマーク 2 8 A, 28 Bの像の位置関係、又は図 9のウェハ 1 1 Bのマーク 2 9 X, 3 0 X, 2 9 Y, 3 0 Yの像の間隔を計測することで、検出用の光学系の調整を行うことができる。その後、図 1 4において、レチクル Rのァライメント時に並行して、基準マーク部材 6 5上の所定の基準マークの位置をァライメントセンサ 6 3を介して検出することによって、レチクル Rのパターン像の中心位置（露光中心）とァライメントセンサ 6 3の検出中心との間隔（ベースライン量）が求められる。この後は、ァライメントセンサ 6 3を介して検出されるウェハマークの位置をそのベースライン量で補正した座標に基づいて X Yステージ 5 9を駆動することで、高い重ね合わせ精度が得られる。

なお、基準マーク部材 6 5の構成、及びレチクルァライメントやべ一スライン量の計測などについては、例えば日本国特開平 4一 3 2 4 9 2 3号公報及びこれに対応する米国特許第 5， 2 4 3 , 1 9 5号に開示されており、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、この公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

また、図 1中に示した σ絞り 3、及び絞り 1 8をそれぞれ別の絞りと交換可能に構成する、例えば照明系及び結像光学系でそれぞれ複数の絞りを夕一レット板に設け、ウェハ W上のァライメントマ一ク（例えばゥェハマーク 3 8 ) の形成条件（段差量、ピッチ、形状など）、ァライメントマークが形成されるウェハ W上のレイァの種類（反射率など）、及びレジス卜の種類や膜厚などに応じて選択される一つの絞りをその光路中に配置するようにしてもよい。例えば、ウェハマ一ク 3 8を暗視野方式で検出するために、絞り 1 8をウェハから発生する 0次光（正反射光）を遮光する絞りに交換したり、あるいは位相差顕微鏡と同様の機能を持たせるために、絞り 1 8を位相差板に交換してもよい。また、絞り 1 8 の交換と同時あるいは単独に、 σ絞り 3を輪帯状の開口を有する絞りに交換して、ウェハマーク 3 8を輪帯照明するようにしてもよい。このような構成のァライメントセンサ 6 3では、照明系及び結像光学系の少なくとも一方で絞りが交換されたら、例えば図 2に示したウェハ 1 1をゥェハステージ 5 9上にローデイングして、照明系や結像光学系の調整を行うようにすることが望ましい。なお、照明系や結像光学系内の絞りを交換可能なァライメントセンサは、例えば日本国特開平 8— 3 0 6 6 0 9号公報や日本国特開平 8— 3 2 7 3 1 8号公報、及びこれらに対応する米国特許第 5， 7 0 6 , 0 9 1号に開示されており、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、これらの公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。更に、前述の各実施の形態で説明した光学調整を行うために、図 1 4 に示した投影露光装置内のウェハステージ 5 9にウェハ 1 1 , 1 1 A〜 1 1 Cの何れかを口一ディングするとき、ウェハステージ 5 9の座標系 (即ち、干渉計 6 1によって規定される直交座標系）に対するウェハの回転誤差を極力小さくしておくことが望ましい。そこで、ウェハの切り欠き（ノッチなど）及びそれ以外の周縁部を検出して、ウェハ Wの X方向、 Y方向の位置ずれと回転誤差とを求め、これらの計測値がほぼ 0

(零）となるようにウェハとウェハステージとを相対移動してからゥェハホルダで吸着保持する。なお、ウェハのブリアライメン卜機構は、例えば日本国特開平 7— 2 8 8 2 7 6号公報及びこれに対応する米国出願第 3 9 1， 6 4 8号（出願日： 1 9 9 5年 2月 2 1 日）に開示されており、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記公報及び米国出願の開示を援用して本文の記載の一部とする。

また、図 1 4の投影露光装置では、図 1の位置検出装置をオフ · ァクシス方式のァライメントセンサとして用いたが、この投影露光装置で使用するァライメントセンサは、投影光学系 P Lを介してウェハ上のマークを検出する TTL (スルー ·ザ · レンズ）方式、あるいはレチクル上のマークとウェハ上のマークとを検出する TTR (スルー ·ザ · レチクル）方式であってもよい。なお、図 14には図示していないが、オフ - ァクシス方式のァライメントセンサ 63を構成する多数の光学素子は複数の鏡筒にそれぞれ分けて保持され、投影光学系 PLが載置される架台と一体に設けられた金物に各鏡筒は固定されている。

更に、図 14の投影露光装置はステップ · アンド · リピート方式に限られるものではなく、図 14の投影露光装置をステップ · アンド · スキャン方式若しくはミラープロジェクション方式等の走査露光方式、又は感光基板上で複数のパターンを部分的に重ねて転写するステップ · アンド ·スティツチ方式として構成してもよい。その他に、露光用照明光としてレーザプラズマ光源、又は S〇R (Synchrotron Orbital Radiatio n)リングから発生する軟 X線領域（波長 5〜1 5 nm程度）、例えば波長 1 3. 4 nm又は 1 1. 5 n mの E U V (Ext reme Ul t raViole t)光を用いる縮小投影型露光装置（EUV露光装置）、硬 X線を用いるプロキシミティ方式の X線露光装置、又は電子線若しくはイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置として構成してもよい。なお、 EUV露光装置では、縮小投影光学系が複数枚（3〜6枚程度）の反射光学素子のみからなる反射系であり、かつレチクルとして反射型レチクルが用いられる。

また、半導体素子などを製造するデバイス製造用の露光装置で使用するレチクル又はマスクを、例えば遠紫外光又は真空紫外光を用いる露光装置で製造することがあり、本発明はレチクル又はマスクを製造するためのリソグラフイエ程で使用される露光装置に対しても適用することができる。

更に、露光用照明光として、水銀ランプの g線や i線、 K r Fエキシマレ一ザ光、 A r Fエキシマレーザ光若しくは F₂ レーザ光のようなレ —ザ光、又は YAGレーザの高調波などを用いてもよい。あるいは、露光用照明光として、 DFB (Distributed feedback) 半導体レーザを、例えばエルビウム（E r) (又はエルビウムとイッテルビウム（Yb) との両方）がドープされたファイバアンプで増幅し、且つ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。

また、図 14の投影光学系 PLは、屈折系、反射系、又は反射屈折系の何れもよい。反射屈折系としては、例えば米国特許第 5, 788, 2 29号に開示されているように、複数の屈折光学系と 2つの反射光学素子（少なくとも一方は凹面鏡）とを、折り曲げられることなく一直線に延びる光軸上に配置した光学系を用いることができる。そして、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、この米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

次に、図 1 6は、図 1の位置検出装置を、重ね合わせ誤差測定装置に適用した例を示している。この重ね合わせ誤差測定装置では、例えば、一対の格子状マーク、あるいは、いわゆる一対のボックス ·イン ' ポックスマ一クにおける、各マーク間の相対位置関係を計測すればよく、各マークの絶対位置の計測は不要であるため、レーザ干渉計のような高精度の位置計測装置は不要である。そして、比較対象とする 2層のレイヤへの回路パターン（又はレジストパターン）の形成が行われたゥェ八 W は、試料台 7 1により吸着保持され、試料台 7 1は、 XYステージ 72 上に直交する 2方向に移動自在に載置され、試料台 7 1の 2次元的な位置は不図示のリニアエンコーダによって計測され、計測値が制御演算系 7 3に供給されている。制御演算系 73はその計測値に基づいて XYステ一ジ 72を介して試料台 7 1の位置決めを行う。また、試料台 7 1には被検物としてのウェハ Wの高さ（フォーカス位置）を微少範囲で調整する機能も備えられている。

また、ウェハ Wの上方に図 1の位置検出装置の光学系と同じ構成の位置検出装置 7 4が配置され、位置検出装置 7 4の撮像素子 2 2の画像信号が制御演算系 7 3に供給されている。制御演算系 7 3も、図 1の制御演算系 2 3の機能に加えて、検出対象の 2つのウェハマークの像の位置ずれ量を求める機能を備えている。この重ね合わせ誤差計測装置においても、上記の実施の形態と同様に試料台 7 1上にウェハ Wの代わりに図 2の調整用のウェハ 1 1、又は図 1 1の調整用のウェハ 1 1 Cを載置して、各対のマークの像の間隔を計測することで、照明系及び検出用の光学系の調整を高精度に行うことができる。その後、試料台 7 1上にゥェハ Wを載置して、制御演算系 7 3力 X Yステージ 7 2を駆動して相対位置を計測すべき一対のマークを位置検出装置 7 4の下に送り込むことで、重ね合わせ誤差が高精度に計測できる。

なお、重ね合わせ誤差測定装置では検出すべき 2つのウェハマークが互いに異なるレイァに形成されるため、位置検出装置 7 4の光軸方向の位置が 2つのマークで異なり得る。そこで、 2つのウェハマークをそれぞれ検出するとき、各マーク像が図 1の撮像素子 2 2の受光面上に正確に合焦するように、その光軸方向に関する 2つのウェハマークの位置の差に応じて、例えば試料台 7 1を対物レンズ群 1 0の光軸方向に移動する、あるいは撮像素子 2 2を結像光学系の光軸方向に移動することが望ましい。

更に、図 1 4の投影露光装置、又は図 1 6の重ね合わせ誤差測定装置には、ウェハ Wのフォーカス位置（ァライメントセンサ 6 3の光軸方向- 又は位置検出装置 7 4の光軸方向）の位置を検出して、ウェハ Wの表面をァライメントセンサ 6 3、又は位置検出装置 7 4のべストフォーカス位置に合焦させるオートフォーカス機構が設けられているのが一般的である。この場合、ウェハ W上のウェハマークの位置、又は一対のウェハマークの間隔を検出する際には、このオートフォーカス機構を動作させて被検マークに焦点を合わせつつ計測を行えばよい。同様に、上記の実施の形態に示した調整、即ち、例えば図 2に示したウェハ 1 1上の各マ —クの間隔計測中も、そのオートフォーカス機構を動作させて、合焦状態で各種計測を行うことが望ましい。

なお、オートフォーカス機構は対物レンズ群 1 0を通して検出用ビームをウェハ上に照射する T T L方式、あるいは対物レンズ群 1 0を介することなくその光軸及びウェハ表面に対して傾斜させて検出用ビームをウェハ上に照射する斜入射光方式の何れであってもよい。 T T L方式の焦点位置検出系を有するァライメントセンサは、例えば日本国特開平 7 一 3 2 1 0 3 0号公報及びこれに対応する米国特許第 5， 7 2 1 , 6 0 5号に開示されており、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。なお、上記公報及び米国特許では前述の検出用ビームがウェハ上のマークに照射されるようになっているが、ウェハ上でそのマークが形成される領域以外、例えばウェハ上のストリ —トライン（スクライブライン）に検出用ビ一ムを照射するようにしてもよい。

また、ァライメントセンサ 6 3や位置検出装置 7 4では、ウェハ 1 1 , 1 1 A〜1 1 Cに形成される特性調整用のマーク、又はウェハ W上のァライメントマークに広帯域の照明光を照射すると共に、そのウェハで反射される光で指標マーク 1 4 a， 1 4 bを照明するものとした。しかしながら、ウェハ上のマークを照明する照明系とは別に、指標マーク用の照明系を設けるようにしてもよい。なお、指標マーク用の照明系を有するァライメントセンサは、例えば日本国特開平 4— 2 7 3 2 4 6号公報や日本国特開平 5— 4 1 3 4 3号公報、及びこれらに対応する米国出願第 8 4 1， 8 3 3号（出願日： 1 9 9 2年 2月 2 6日）に開示されており、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて上記公報及び米国出願の開示を援用して本文の記載の一部とする。

更に、前述の各実施の形態では特性調整用のマークを計測専用のゥェハ 1 1， 1 1 A〜 1 1 Cに形成したため、特性調整用のマークの製造に用いられる露光装置では搬送機構やウェハホルダ等の改良を行う必要がなく、図 1 4の投影露光装置や図 1 6の重ね合わせ誤差測定装置では特別な搬送機構を設けることなく、ウェハローダによって計測用ウェハを X Yステージ上に載置することが可能となっている。しかしながら、特性調整用のマークはウェハ以外のプレートに形成してもよく、更にはォペレ一夕等によってそのプレ一トを X Yステージ上の試料台 5 9 , 7 1 に対して着脱するようにしてもよい。なお、特性調整用のマークが形成されるプレートがゥェ八でなくとも、その形状や大きさが図 1 4の投影露光装置や図 1 6の重ね合わせ誤差測定装置に搬入される基板（ゥェ八等）と同一であれば、ウェハローダによってそのプレートを X Yステ一ジ上に載置することができる。また、液晶ディスプレイ等の製造に用いられる露光装置では角形基板を用いるため、特性調整用のマークが形成されるプレートは円形でなく角形となる。更に、特性調整用マークが形成された基準プレートを X Yステージの一部に固定しておき、定期的、又は位置検出装置内での絞りの交換等に応じてその調整を行うようにしてもよい。この場合、計測専用のウェハを使用するのに比べてその計測に要する時間を短縮することができる。

また、図 1の位置検出装置では少なくとも 1つの光学素子を移動して照明系や結像光学系の光学特性を調整するものとしたが、その少なくとも 1つの光学素子の移動と併用して、あるいは単独で、位置検出装置の一部（光学素子）を別の光学素子に交換するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態の露光装置（投影露光装置）は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、投影光学系を保持する架台に一体に設けられる金物に図 1に示した位置検出装置を組み込んで配線等の接続を行うと共に、前述の各実施の形態で説明したようにその光学調整を行い、多数の機械部品からなるレチクルステージやゥェ八ステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。更に、上記の実施の形態の露光装置を用いてウェハ上に半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能 ·性能設計を行うステップ、このステツプに基づいたレチクルを製造するステツプ、シリコン材料からウェハを制作するステップ、前述した実施の形態の露光装置によりァライメントを行ってレチクルのパターンをウェハに露光するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造されるまた、本発明は、投影露光装置のァライメントセンサや、重ね合わせ誤差測定装置のみならず、それ以外の種々の計測原理の検査測定器等のキヤリブレーションを行う場合にも適用することができる。例えば原子間力顕微鏡（A F M ) 等を用いた走査型プローブ顕微鏡（Scann ing Pro be Mi c roscope ) 等の電子光学系等の調整を行う場合にも、本発明を適用することができる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約をそれぞれ含む 1 9 9 8年 2月 9曰付け提出の日本国特許出願第 1 0— 2 7 4 7 4号、 1 9 9 8年 2月 1 6日付け提出の日本国特許出願第 1 0— 3 2 7 8 8号、並びに 1 9 9 8年 3 月 3 1 日付け提出の日本国特許出願第 1 0— 8 5 8 5 8号の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。産業上の利用の可能性

本発明の第 1又は第 2の位置検出装置の調整方法によれば、必要な特性計測用の複数個の格子状マークを容易に正確に形成できる利点がある従って、例えば半導体素子等のデバイスを製造する際に使用される露光装置に備えられたァライメントセンサ等の位置検出装置をその特性計測用のマークを用いて高精度に調整でき、重ね合わせ精度等が向上するため、高機能の半導体デバイス等のデバィスを高い歩留りで量産することができる。

また、その第 1の位置検出装置の調整方法によれば、凹部の幅と凸部の幅との比率が異なる複数個の格子状マーク（の像）の間隔を計測するのみで、検出用の光学系の非対称収差等を高精度に補正できる利点がある。同様に、その第 2の位置検出装置の調整方法によれば、凹部と凸部とが反転した複数個の格子状マーク（の像）の間隔を計測するのみで、照明系の開口絞りの位置ずれ等の調整残差を高精度に補正できる利点がある。

次に、本発明の第 1又は第 2の位置検出装置によれば、本発明の第 1 又は第 2の位置検出装置の調整方法を使用できる。

次に、本発明の光学系の調整方法によれば、評価用の基板上に予め所定角度回転した被検マークが形成されているため、光学系の装置に起因する誤差を計測する際に、その基板を回転する必要が無い。従って、その誤差の計測を短時間に実行できると共に、その基板を回転することに伴う精度低下が無いため、その誤差を高精度に計測できる利点がある。従って、その装置に起因する誤差を短時間に、高精度に調整できる。

また、本発明の評価用の第 1又は第 2の基板によれば、本発明の調整方法を使用できる。更に、本発明のパターン検出装置によれば、本発明の光学系の調整方法を使用できる。

次に、本発明の第 3の位置検出装置の調整方法によれば、計測方向に対して実質的に対称な評価用マークを使用しているため、例えばその評価用マークを 1 8 0 ° 回転した場合でもその評価用マークの形状が殆ど変化しない。従って、光学系のディストーション等に影響されることなく、装置に起因する誤差（T I S ) を高精度に計測することができ、ひいてはその誤差を高精度に調整（補正）できる利点がある。

また、その評価用マークとして、その評価用マークを構成する中心部及び 2つの端部が、計測方向にそれぞれ凹部と凸部とが交互に周期的に配列されると共に、互いにその凹部の幅とその凸部の幅との比率が異なる格子状マークであるようなマークを使用する場合には、その評価用マークを正確に形成することができる。そして、検出用の光学系、又は照明系を高精度に調整することができる。

また、本発明の第 3の位置検出装置によれば、その調整方法を使用することができる。

また、本発明の露光装置の製造方法によれば、本発明の位置検出装置等の調整方法の適用によってマーク検出系を高精度に調整できるため、高い重ね合わせ精度を有する露光装置を製造することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 一つ又は複数個の被検マークからの光束を集光する検出用の光学系を備え、該検出用の光学系によって集光された光束に基づいて前記一つの被検マークの位置、又は前記複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置の調整方法であって、

所定の基板上に所定の計測方向にそれぞれ凹部と凸部とが交互に周期的に配列されると共に、互いに前記凹部の幅と前記凸部の幅との比率が異なる複数個の格子状マークを近接して形成しておき、

前記検出用の光学系を介して前記複数個の格子状マークの前記計測方向への間隔を計測し、

該計測値に基づいて前記検出用の光学系の所定の光学特性を調整することを特徴とする位置検出装置の調整方法。

2 . 前記複数個の格子状マークの一つの格子状マークの前記凹部の幅と前記凸部の幅との比率は 1 ： 1であることを特徴とする請求の範囲 1記載の位置検出装置の調整方法。

3 . 前記検出用の光学系は、前記複数個の格子状マークの像を所定の観察面上に投影する結像光学系であり、前記調整対象の光学特性はコマ収差であることを特徴とする請求の範囲 1又は 2記載の位置検出装置の調整方法。

4 . 一つ又は複数個の被検マークを照明する照明系と、前記被検マークからの光束を集光する検出用の光学系とを備え、該検出用の光学系によつて集光された光束に基づいて前記一つの被検マークの位置、又は前記複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置の調整方法であつて、

所定の基板上で所定の計測方向にそれぞれ凹部と凸部とが交互に周期的に配列されると共に、互いに前記凹部と前記凸部とを反転した形状の 2個の格子状マークを近接して形成しておき、

前記検出用の光学系を介して前記 2個の格子状マークの前記計測方向への間隔を計測し、

該計測値に基づいて前記照明系の所定の光学特性を調整することを特徴とする位置検出装置の調整方法。

5 . 前記照明系の調整対象の光学特性は、前記照明系内の開口絞りの光軸に垂直な平面内での位置であることを特徴とする請求の範囲 4記載の位置検出装置の調整方法。

6 . 前記基板上の 2個の格子状マークを第 1の格子状マークとして、前記基板上に前記計測方向にそれぞれ凹部と凸部とが交互に周期的に配列されると共に、互いに前記凹部の幅と前記凸部の幅との比率が異なる 2 個の第 2の格子状マ一クを近接して形成しておき、

前記第 1の格子状マークの間隔に基づいて前記照明系の前記所定の光学特性を調整した後、

前記検出用の光学系を介して前記第 2の格子状マークの前記計測方向への間隔を計測し、該計測値に基づいて前記検出用の光学系の所定の光学特性を調整することを特徴とする請求の範囲 4又は 5記載の位置検出装置の調整方法。

7 . 前記複数個の格子状マークは、前記基板上で前記計測方向に直列に近接して形成されていると共に、

前記凹部の段差、及び前記凸部の段差は実質的にそれぞれ 4 0〜6 0 n mの範囲内であることを特徴とする請求の範囲 1〜6の何れか一項記載の位置検出装置の調整方法。

8 . 一つ又は複数個の被検マークからの光束を集光する検出用の光学系と、該検出用の光学系によって集光された光束を受光する光電検出器と. を備え、前記光電検出器の検出信号に基づいて前記一つの被検マークの位置、又は前記複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置において、

前記検出用の光学系内で所定の光学特性に影響を与える少なくとも一部の光学部材を位置決めする位置決め部材と、

前記検出用の光学系、及び前記光電検出器を介して検出される所定の複数個の格子状マークの所定の計測方向に対する間隔に基づいて、前記所定の光学特性の誤差を低減させるために前記位置決め部材を駆動する制御演算系と、を備えたことを特徴とする位置検出装置。

9 . 一つ又は複数個の被検マークを照明する照明系と、前記被検マークからの光束を集光する検出用の光学系と、該検出用の光学系によって集光された光束を受光する光電検出器と、を備え、前記光電検出器の検出信号に基づいて前記一つの被検マークの位置、又は前記複数個の被検マ —クの相対位置を検出する位置検出装置において、

前記照明系内で所定の光学特性に影響を与える少なくとも一部の光学部材を位置決めする位置決め部材と、

前記検出用の光学系、及び前記光電検出器を介して検出される所定の複数個の格子状マ一クの所定の計測方向に対する間隔に基づいて、前記所定の光学特性の誤差を低減させるために前記位置決め部材を駆動する制御演算系と、を備えたことを特徴とする位置検出装置。

1 0 . 被検物に対して照明光を照射する照明系と、前記被検物からの光束を集光する検出光学系との少なくとも一方の所定の光学特性を調整するための光学系の調整方法であって、

評価用の基板上に第 1、及び第 2の被検マークを所定の位置関係で形成すると共に、前記 2つの被検マークを前記位置関係を保った状態で所定角度回転した状態の第 3、及び第 4の被検マークを形成しておき、前記検出光学系を介して前記基板上の前記第 1、及び第 2の被検マ一クの相対位置を計測し、

前記基板を回転させることなく前記検出光学系を介して前記基板上の前記第 3、及び第 4の被検マークの相対位置を計測し、

前記 2組の被検マークについて計測された相対位置に基づいて前記照明系、及び前記検出光学系の少なくとも一方の調整を行うことを特徴とする光学系の調整方法。

1 1 . 前記第 1、及び第 2の被検マークについて計測される間隔と、前記第 3、及び第 4の被検マークについて計測される間隔とが等しくなるように前記照明系、又は前記検出光学系の少なくとも一方の調整を行うことを特徴とする請求の範囲 1 0記載の光学系の調整方法。

1 2 . 前記第 1、及び第 2の被検マークは、一対のボックス ·イン ·ボックスマ一クであることを特徴とする請求の範囲 1 0又は 1 1記載の光学系の調整方法。

1 3 . 前記第 1、及び第 2の被検マークは、所定方向にそれぞれ凹部と凸部とが交互に周期的に配列されると共に、互いに前記凹部と前記凸部とを反転した形状の一対の格子状マークであることを特徴とする請求の範囲 1 0又は 1 1記載の光学系の調整方法。

1 4 . 前記基板上の前記第 3、及び第 4の被検マークは、前記第 1、及び第 2の被検マークを 1 8 0 ° 回転したマークであることを特徴とする請求の範囲 1 0〜 1 3の何れか一項記載の光学系の調整方法。

1 5 . 複数個の被検マークが形成された評価用の基板であって、第 1及び第 2の被検マークが所定の位置関係で形成されると共に、前記 2つの被検マークを前記位置関係を保った状態で所定角度回転した状態の第 3及び第 4の被検マークが形成されたことを特徴とする評価用の

1 6 . 前記第 1及び第 2の被検マークはそれぞれ凹部と凸部とが交互に配列されると共に、互いに前記凹部の幅と前記凸部の幅との比率が異なることを特徴とする請求の範囲 1 5記載の評価用の基板。

1 7 . 前記第 1及び第 2の被検マークはそれぞれ凹部と凸部とが交互に配列されると共に、互いに前記凹部と前記凸部とを反転した形状であることを特徴とする請求の範囲 1 5記載の評価用の基板。

1 8 . 前記第 1の被検マークと同一形状で、かつ前記第 2の被検マークに関して前記第 1の被検マークと反対側に配置される第 5の被検マーク、及び該第 5の被検マークを前記所定角度回転した第 6の被検マークが更に形成されることを特徴とする請求の範囲 1 5記載の評価用の基板。

1 9 . 複数個の被検マークが形成された評価用の基板であって、

凹部と凸部とが交互に配列されると共に、前記凹部の幅と前記凸部の幅との比率が互いに異なる少なくとも 2つの第 1の被検マークが形成されたことを特徴とする評価用の基板。

2 0 . 前記少なくとも 2つの第 1の被検マークは、それぞれ互いに形状が同一となる一対のマークと、該一対のマークに挟まれ、かつ前記比率が前記一対のマークと異なる 1つのマークとを含むことを特徴とする請求の範囲 1 9記載の評価用の基板。

2 1 . 凹部と凸部とが交互に配列されると共に、前記凹部と前記凸部とを反転した形状の 2つの第 2の被検マークが更に形成されることを特徴とする請求の範囲 1 9記載の評価用の基板。

2 2 . 前記 2つの第 2の被検マークの一方のマークと形状が同一であり, かつ前記 2つの第 2の被検マークの他方のマークに関して前記一方のマークと反対側に配置されるマークが更に形成されることを特徴とする請求の範囲 2 1記載の評価用の基板。

2 3 . 前記基板は、物体上のマークに照明光を照射し、前記マークから発生する光を受光する光学装置の調整に用いられ、かつ前記物体と形状及び大きさが実質的に同一であることを特徴とする請求の範囲 1 5〜 2 2の何れか一項記載の評価用の基板。

2 4 . 前記光学装置は、デバイスパターンをワークピース上に転写するリソグラフイエ程を含むデバイス製造工程で用いられる装置に組み込まれることを特徴とする請求の範囲 2 3記載の評価用の基板。

2 5 . 前記光学装置は、前記デバイスパターンが形成されるマスクを介して、前記ワークピース上の感光層をエネルギービームで露光する装置に組み込まれ、前記感光層を介して前記ワークピース上のマークを検出することを特徴とする請求の範囲 2 4記載の評価用の基板。

2 6 . 対物光学系を介して被検物に照明光を照射する照明系と、前記被検物から発生して前記対物光学系を通る光束を受光する検出系とを備えた位置検出装置において、

第 1方向に沿って並ぶ一対の第 1マークと、前記第 1方向と交差する第 2方向に沿って並び、かつ前記一対の第 1マークと同一構成の一対の第 2マークとがー体的に設けられた可動部材と、

前記対物光学系を介して前記一対の第 1マークを検出して得られる相対位置情報と、前記一対の第 2マークを検出して得られる相対位置情報とに基づいて、前記照明系、前記対物光学系、及び前記検出系内の少なくとも一部の光学系を調整する調整機構とを備えたことを特徴とする位

2 7 . —つ又は複数個の被検マークを照明する照明系と、前記被検マ一クからの光束を集光する検出用の光学系とを備え、該検出用の光学系によって集光された光束に基づいて前記一つの被検マークの位置、又は前記複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置の調整方法であって、凹凸パターンよりなる中心部と、該中心部を所定の計測方向に沿って挟むように対称に配列されたそれぞれ凹凸パターンよりなる 2つの端部とを有する評価用マークが形成された基板を前記検出用の光学系の被検領域に設置し、

前記検出用の光学系を介して前記中心部と前記 2つの端部との前記計測方向に対するそれぞれの相対的な位置関係を検出し、

該検出結果に基づいて前記照明系、又は前記検出用の光学系の所定の光学特性を調整することを特徴とする位置検出装置の調整方法。

2 8 . 前記評価用マークを構成する前記中心部、及び前記 2つの端部の少なくとも一方は、凹部の幅と凸部の幅との比率が 1 ： 1の格子状マ一クからなることを特徴とする請求の範囲 2 7記載の位置検出装置の調整方法。

2 9 . 前記評価用マークを構成する前記中心部、及び前記 2つの端部は、前記計測方向にそれぞれ凹部と凸部とが交互に周期的に配列されると共に、互いに前記凹部の幅と前記凸部の幅との比率が異なる格子状マークであることを特徴とする請求の範囲 2 7記載の位置検出装置の調整方法。

3 0 . 前記評価用マークを構成する前記中心部、及び前記 2つの端部は、前記計測方向にそれぞれ凹部と凸部とが交互に周期的に配列されると共に、互いに前記凹部と前記凸部とが反転している格子状マークであることを特徴とする請求の範囲 2 7記載の位置検出装置の調整方法。

3 1 . 前記検出用の光学系を介して前記評価用マークの前記中心部と前記 2つの端部との前記計測方向に対するそれぞれの相対的な位置関係を第 1の位置関係として検出した後、

前記基板を実質的に 1 8 0 ° 回転して、前記検出用の光学系を介して前記評価用マークの前記中心部と前記 2つの端部との前記計測方向に対するそれぞれの相対的な位置関係を第 2の位置関係として検出し、前記第 1及び第 2の位置関係に基づいて前記照明系、又は前記検出用の光学系の所定の光学特性を調整することを特徴とする請求の範囲 2 7 〜 3 0の何れか一項記載の位置検出装置の調整方法。

3 2 . —つ又は複数個の被検マークを照明する照明系と、前記被検マ一クからの光束を集光する検出用の光学系と、該検出用の光学系によって集光された光束を受光する光電検出器と、を備え、前記光電検出器の検出信号に基づいて前記一つの被検マークの位置、又は前記複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置において、

前記照明系、及び前記検出用の光学系内で所定の光学特性に影響を与える少なくとも一部の光学部材を位置決めする位置決め部材と、

前記検出用の光学系、及び前記光電検出器を介して検出される所定の評価用マークの少なくとも 3箇所の相対的な位置関係に基づいて、前記所定の光学特性の誤差を低減させるために前記位置決め部材を駆動する制御演算系と、

を備えたことを特徴とする位置検出装置。

3 3 . 請求の範囲 8、 9、 2 6、又は 3 2記載の位置検出装置と、マスクを保持するマスクステージと、前記マスクのパターンが転写されると共に位置合わせ用のァライメントマークが形成された基板を位置決めする基板ステージと、を備えた露光装置であって、

前記位置検出装置によって前記基板上のァライメントマークの位置情報を検出し、該検出結果に基づいて前記マスクと前記基板との位置合わせを行うことを特徴とする露光装置。

3 4 . 前記位置検出装置は、前記ァライメントマークの検出条件を変更可能であると共に、前記検出条件の変更によって生じる光学特性の変動を補償するように、少なくとも 1つの光学素子が移動、又は交換されることを特徴とする請求の範囲 3 3記載の露光装置。

3 5 . 請求の範囲 1又は 2 7記載の位置検出装置の調整方法を用いて所定のデバイスを製造するためのデバイスの製造方法であって、

前記調整方法を用いて所定の位置検出装置の光学系の調整を行ない、該調整後の位置検出装置を用いて所定の基板上のァライメントマークの位置情報を検出し、該検出結果に基づいて前記基板とマスクとの位置合わせを行った後、

前記基板上に前記マスクのパターンを転写する工程を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。

3 6 . マスクを介してエネルギービームで感光性の基板を露光する露光装置の製造方法において、

前記基板が移動する座標系上で前記エネルギービームの照射領域の外側に光軸が配置されるように、前記基板上のァライメントマークを検出するマーク検出系を設け、

互いに凹部と凸部とが交互に配列される少なくとも 2つの被検マークのその配列方向に関する間隔を検出するために、前記少なくとも 2つの被検マークを前記マーク検出系で検出し、

前記マーク検出系の光学的な特性を調整するために、前記検出された間隔に基づいて、前記マーク検出系の少なくとも 1つの光学素子を移動、又は交換することを特徴とする露光装置の製造方法。

3 7 . 前記少なくとも 2つの被検マークは、互いに前記凹部の幅と前記凸部の幅との比率が異なる 2つの第 1の被検マークを含むことを特徴とする請求の範囲 3 6記載の露光装置の製造方法。

3 8 . 前記少なくとも 2つの被検マ一クは、互いに前記凹部と前記凸部とが反転した形状となる 2つの第 2の被検マークを含むことを特徴とする請求の範囲 3 6記載の露光装置の製造方法。

3 9 . 前記少なくとも 2つの被検マークは、所定の第 1方向に沿って配置される複数の第 1の被検マークと、前記複数の第 1の被検マークと同一構成で、かつ前記第 1方向と交差する第 2方向に沿って配置される複数の第 2の被検マークとを含むことを特徴とする請求の範囲 3 6記載の露光装置の製造方法。

4 0 . 前記少なくとも 2つの被検マークは、互いに形状が同一の一対の被検マ一クと、該一対の被検マークに挟まれ、かつ該一対の被検マークと形状が異なる被検マークとを含むことを特徴とする請求の範囲 3 6記載の露光装置の製造方法。