JP2001250760A - 収差計測方法、該方法を使用するマーク検出方法、及び露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マークの線幅やフォーカス位置の変化による
位置検出値の誤差の原因となる検出用の光学系のコマ収
差を高精度に求める。 【解決手段】 検出用の光学系としての結像光学系を介
して、同一線幅ｄ１の２本の凹パターンＭ１Ｘａ，Ｍ１
Ｘｂからなる第１マークＭ１Ｘをフォーカス位置を変化
させながら撮像し、両凹パターンＭ１Ｘａ，Ｍ１Ｘｂの
相対位置ＭＤ１を計測する。次に、線幅ｄ２の凹パター
ンＭ２Ｘａと線幅ｄ１の凹パターンＭ２Ｘｂとからなる
第２マークＭ２Ｘをフォーカス位置を変化させながら撮
像し、両凹パターンＭ２Ｘａ，Ｍ２Ｘｂの相対位置ＭＤ
２を計測する。相対位置ＭＤ１と相対位置ＭＤ２との差
からコマ収差による相対位置の検出値の変化量ΔＭＤを
求め、シミュレーションにより予め求めておいた相対位
置の変化量ΔＭＤと結像光学系のコマ収差量との関係か
ら、その結像光学系のコマ収差を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検マークからの
光束を集光する検出用の光学系の収差計測方法に関し、
例えば半導体集積回路、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶デ
ィスプレイ、若しくは薄膜磁気ヘッド等の微細パターン
を形成するためのリソグラフィ工程で用いられる露光装
置に備えられたアライメントセンサに使用して好適なも
のである。

【０００２】

【従来の技術】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ター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エハ（又はガラスプ
レート等）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、ウエ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
降の回路パターンをウエハ上に投影露光する際には、ウ
エハ上の各ショット領域内にそれまでのプロセスで形成
されている回路パターンと、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（アライメント）を高精
度に行う必要がある。

【０００３】このため、投影露光装置には、レチクルや
ウエハ上に設けられたアライメントマーク（レチクルマ
ーク又はウエハマーク）の位置を検出するアライメント
センサが備えられている。このアライメントセンサには
種々の方式があるが、レチクルマークを検出するアライ
メントセンサには、露光用の照明光（露光光）でレチク
ルマークを照明してＣＣＤカメラ等で撮像し、得られた
画像データを画像処理してレチクルマークの位置を計測
するＶＲＡ（Visual Reticle Alignment）方式等の露光
光を用いる方式が用いられる。

【０００４】また、ウエハマークを検出するアライメン
トセンサには、例えばハロゲンランプ等を光源とする波
長帯域幅の広い光でウエハマークを照明してＣＣＤカメ
ラ等で撮像し、得られたウエハマークの画像データを画
像処理してウエハマークの位置を計測するＦＩＡ（Fiel
d Image Alignment)方式等が用いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来の結像
方式のアライメントセンサでは、ＶＲＡ方式やＦＩＡ方
式等の方式が用いられていた。しかしながら、このよう
な結像方式のアライメントセンサを使用する場合、アラ
イメントセンサの結像系等の検出用の光学系に収差（コ
マ収差等）が残存していると、これに起因して位置検出
値に誤差が生じ、レチクルとウエハとの正確な位置合わ
せができなくなってしまうため、検出用の光学系の残存
収差を計測し、検出用の光学系の調整を行う必要があ
る。

【０００６】これまでは、検出用の光学系の残存収差を
計測する方法として、所定のマークのエッジに対応する
像の非対称性の指標のフォーカス依存性を用いて収差を
求める方法や、所定の線幅の調整用マークを検出し、そ
の位置検出値のフォーカス依存性を用いて収差を求める
方法が用いられていた。ところが、検出用の光学系の残
存収差による位置検出値の誤差は、主にコマ収差による
ものであり、コマ収差による位置検出値の誤差量は、ア
ライメントマークの線幅やフォーカス位置により変動す
る。このため、上述のような方法を用いて検出用の光学
系の収差を計測し、その検出用の光学系の調整を行って
も、検出するアライメントマークの線幅がコマ収差を計
測した際に使用したマークの線幅と異なっていると、ア
ライメントマークの位置検出値に誤差が生じてしまうと
いう不都合があった。

【０００７】また、上述の所定のマークのエッジに対応
する像の非対称性の指標のフォーカス依存性を用いて収
差を求める方法は、その非対称性の指標がマークの位置
検出値そのものではなく直接的ではなかった。本発明は
斯かる点に鑑み、マークの線幅やフォーカス位置の変化
による位置検出値の誤差の原因となる検出用の光学系の
収差を高精度に計測することができる収差計測方法を提
供することを目的とする。また本発明は、そのような収
差計測方法を用いたマーク検出方法及び露光方法を提供
することをも目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の収差
計測方法は、被検マークからの光束を集光する検出用の
光学系（１０，９，１２，１５，１６，２１）の所定の
収差情報を計測する収差計測方法であって、その検出用
の光学系を介して、互いに異なる複数のフォーカス位置
で、互いに線幅の異なる第１及び第２のマーク（Ｍ２Ｘ
ａ，Ｍ２Ｘｂ）の相対位置に関する相対位置情報を検出
し、その複数のフォーカス位置でそれぞれ検出されたそ
の相対位置情報に関するその複数のフォーカス位置間で
の変化情報に基づいて、その所定の収差情報を求めるも
のである。

【０００９】斯かる本発明によれば、その検出用の光学
系にコマ収差が残存していると、その被検マークの像の
位置は、その被検マークの線幅やフォーカス位置に応じ
てシフトし、その互いに線幅の異なる第１及び第２のマ
ークの相対位置情報としての相対位置検出値は、その検
出用の光学系のコマ収差に応じて変化する。本発明で
は、異なる複数のフォーカス位置で、その第１及び第２
のマークの相対位置情報を検出し、例えば予めシミュレ
ーションにより求められるその第１及び第２のマークの
相対位置とその検出用の光学系のコマ収差との関係か
ら、その検出用の光学系の所定の収差情報としてのコマ
収差を求める。これによって、被検マークの線幅やフォ
ーカス位置の変化による位置検出誤差の原因となるその
検出用の光学系の収差を高精度に求めることができる。

【００１０】次に、本発明による第１のマーク検出方法
は、本発明の収差計測方法で求められたその所定の収差
情報に基づいて、その光学系（１０，９，１２，１５，
１６，２１）を構成する光学部材の少なくとも一部を調
整し、その調整された光学系を介して、基板（Ｗ）上に
形成されたマークの位置情報の検出を行うものである。

【００１１】斯かる本発明によれば、本発明の第１の収
差計測方法で求められたその所定の収差情報に基づいて
その光学系を調整するため、その基板上のマークの線幅
やフォーカス位置が変化した場合であっても、基板上に
形成されたマークの位置を高精度に検出することができ
る。また、本発明の第１の露光方法は、本発明のマーク
検出方法により検出されたそのマークの位置情報に基づ
いて、その基板（Ｗ）を位置決めし、この位置決めされ
た基板上に所定パターンを転写するものである。斯かる
本発明によれば、本発明のマーク検出方法により検出さ
れたそのマークの位置情報を使用するため、その基板を
高精度に位置決めして露光を行うことができる。

【００１２】次に、本発明による第２の収差計測方法
は、被検マークからの光束を集光する検出用の光学系
（１０，９，１２，１５，１６，２１）の収差情報を計
測する収差計測方法であって、その光学系を介して、互
いに異なる複数のフォーカス位置で、所定マーク（Ｍ２
Ｘａ）の像を検出し、この検出されたその所定マークの
像の位置情報の、そのフォーカス位置に応じた変化情報
に基づいて、その光学系の第１収差情報を求め、その検
出されたその所定マークの像の非対称性の、そのフォー
カス位置に応じた変化情報に基づいて、その光学系の第
２収差情報を求め、その第１及び第２収差情報に基づ
き、所定の収差情報を求めるものである。

【００１３】斯かる本発明によれば、光学系のコマ収差
は、波面の歪み成分として所定次数（例えば３次）以下
の次数の歪み成分を相対的に多く含み、その光学系の調
整により補正できる成分（以下、「低次コマ収差」とい
う。）と、波面の歪み成分としてその所定次数より大き
い次数の歪み成分を相対的に多く含み、その光学系に調
整による補正が困難な成分（以下、「高次コマ収差」と
いう。）とに分けられる。そして、その所定マークの像
の非対称性のフォーカス位置の変化による変動量は、そ
の光学系の低次コマ収差と高次コマ収差とを含む収差に
応じて変化し、その所定マークの像の位置のフォーカス
位置の変化による変動量は、その検出用の光学系の低次
コマ収差に応じて変化する。

【００１４】本発明では、一例として、その所定マーク
の像の位置情報のそのフォーカス位置に応じた変化情報
に基づいて、その光学系の第１収差情報としての低次コ
マ収差を求め、その検出されたその所定マークの像の非
対称性のそのフォーカス位置に応じた変化情報に基づい
て、その光学系の第２収差情報としての低次コマ収差と
高次コマ収差とを含む収差を求める。そして、この第２
収差情報からその第１収差情報を差し引いて所定の収差
情報としての高次コマ収差量を求める。これによって、
被検マークの線幅やフォーカス位置の変化による位置検
出値誤差の原因となるその検出用の光学系の収差を高精
度に求めることができる。

【００１５】次に、本発明による第２のマーク検出方法
は、本発明の収差計測方法で求められたその第１収差情
報に基づいて、その光学系を構成する光学部材の少なく
とも一部を調整し、その調整された光学系を介して、基
板（Ｗ）上に形成されたマークの位置情報の検出を行
い、その所定の収差情報に基づいて、その検出されたマ
ークの位置情報を補正するものである。

【００１６】斯かる本発明によれば、本発明の収差計測
方法で求められたその第１収差情報に基づいてその光学
系を調整し、その所定の収差情報に基づいて、その検出
されたマークの位置情報を補正するため、その基板上の
マークの線幅やフォーカス位置が変化した場合であって
も、その基板上に形成されたマークの位置を高精度に検
出することができる。

【００１７】また、本発明の第２の露光方法は、本発明
のマーク検出方法で得られたそのマークの位置情報に基
づいて、その基板（Ｗ）を位置決めし、この位置決めさ
れた基板上に所定パターンを転写するものである。斯か
る本発明によれば、本発明のマーク検出方法で得られた
そのマークの位置情報を使用するため、その基板を高精
度に位置決めして露光を行うことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面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エハ１１の表面が配置され
ている。ウエハ１１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。

【００１９】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ＡＬ１は、照明系の光軸ＡＸ１
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リレーレンズ８を経て、ハーフプリズム
９に入射する。ハーフプリズム９で下方に反射された照
明光ＡＬ１は、対物レンズ群１０を介して調整用のウエ
ハ１１を落射照明する。σ絞り３によって、照明系のコ
ヒーレンスファクタであるσ値が設定される。

【００２０】ウエハ１１で反射された光束ＡＬ２は、対
物レンズ群１０を通ってハーフプリズム９に入射する。
そして、ハーフプリズム９を透過した光束ＡＬ２は、第
３リレーレンズ１２を介して、指標板１３のパターン面
にウエハ１１上の格子状マークの像を形成する。即ち、
指標板１３のパターン面は、ウエハ１１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アライ
メントを行う際の検出位置の基準となる指標マーク１４
ａ，１４ｂが形成されている。

【００２１】指標板１３を透過した光束ＡＬ２は、第４
リレーレンズ１５、コマ収差補正用の光学系（以下、
「コマ補正光学系」と呼ぶ）１６、開口絞り１８、フィ
ールドレンズ２１を経て、ＣＣＤ型等の２次元の撮像素
子２２の撮像面上に、ウエハ１１上の格子状マーク及び
指標マーク１４ａ，１４ｂ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２３に供
給されている。本例では、対物レンズ群１０、ハーフプ
リズム９、第３リレーレンズ１２、第４リレーレンズ１
５、コマ補正光学系１６、及びフィールドレンズ２１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ＡＸ２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。

【００２２】この場合、結像光学系中の開口絞り１８
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
学系のベストフォーカス位置に対するウエハ１１の表面
の光軸ＡＸ２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１８
を、保持部材１９ａ，１９ｂによって保持すると共に、
制御演算系２３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（ＶＣＭ）方式、又はリニアモータ方式等の開口絞り
位置調整機構２０ａ，２０ｂにより保持部材１９ａ，１
９ｂをシフトさせることで、開口絞り１８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１８の位置は調整さ
れている。

【００２３】また、ウエハ１１は不図示のウエハホルダ
を介してウエハ１１のＸ方向、Ｙ方向、及び回転方向の
位置制御するウエハステージ（不図示）上に載置されて
おり、このウエハステージの位置がレーザ干渉計（不図
示）によって計測されている。また、ウエハステージに
よって、ウエハ１１のＺ方向の位置（フォーカス位置）
及び傾斜角も制御されている。

【００２４】本例の位置検出装置において、対物レンズ
群１０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、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
検マークがその結像光学系の光軸ＡＸ２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。

【００２５】コマ補正光学系１６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。このため、保持部材１６ａ，１６ｂに
よってコマ補正光学系１６を保持すると共に、制御演算
系２３の制御のもとでコマ補正光学系位置調整機構１７
ａ，１７ｂにより保持部材１６ａ，１６ｂをシフトさせ
ることで、コマ補正光学系１６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１６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１６の移動によって
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。

【００２６】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１６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ＡＸ２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１８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１６の位置調整を行
う度に、開口絞り１８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１８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１８を、
コマ補正光学系１６より、ウエ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。

【００２７】コマ補正光学系１６は、結像光学系中の、
瞳面（開口絞り１８）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１８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４ａ，４ｂ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５ａ，５
ｂにより保持部材４ａ，４ｂをシフトさせることで、σ
絞り３の中心をウエハ１１上でのＸ方向及びＹ方向に対
応する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。

【００２８】次に、図１の位置検出装置の結像光学系の
コマ収差の計測及び調整の一例につき説明する。図２
は、図１中の調整用のウエハ１１を示す平面図であり、
この図２において、調整用のウエハ１１としては一例と
してシリコンウエハが使用される。ウエハ１１の表面に
は、同一線幅の２本の凹凸パターンがＸ方向に配列され
たＸ軸の第１マークＭ１Ｘ、互いに線幅が異なる２本の
凹凸パターンがＸ方向に配列されたＸ軸の第２マークＭ
２Ｘ、及びＸ方向に周期的な凹凸のパターンからなる第
３マークＭ３Ｘが形成されている。また、これらの各マ
ークＭ１Ｙ〜Ｍ３Ｙをそれぞれ９０°回転した形状のＹ
軸の第１マークＭ１Ｙ、第２マークＭ２Ｙ、及び第３マ
ークＭ３Ｙが形成されている。結像光学系のコマ収差
は、波面の歪み成分が所定の次数（例えば３次）以下の
成分（以下、「低次コマ収差」という。）と波面の歪み
成分がその所定の次数以上の成分（以下、「高次コマ収
差」という。）とに分けられ、本例では、第１及び第２
マークＭ１Ｘ，Ｍ１Ｙ，Ｍ２Ｘ，Ｍ２Ｙを使用して低次
コマ収差を計測し、さらに第３マークＭ３Ｘ，Ｍ３Ｙを
使用して高次コマ収差を計測する。

【００２９】また、これらの凹凸の格子状マークは、ウ
エハ１１として例えばシリコンウエ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。図３（ａ）は、図２
のＸ軸の第１マークＭ１Ｘを示す拡大平面図であり、第
１マークＭ１Ｘは、ウエハ１１の表面に、線幅ｄ１の２
本の凹パターンＭ１Ｘａ，Ｍ１Ｘｂを、Ｘ方向にピッチ
Ｐで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、凹パターンＭ１Ｘａの中心と凹パター
ンＭ１Ｘｂの中心との間隔は、設計値でＤに設定されて
いる。

【００３０】また、図３（ｃ）は、図２のＸ軸の第２マ
ークＭ２Ｘを示す拡大平面図であり、マークＭ２Ｘは、
ウエハ１１の表面に、線幅ｄ２の細い凹パターンＭ２Ｘ
ａ、及び第１マークＭ１Ｘの凹パターンＭ１Ｘａ，Ｍ１
Ｘｂと同一の線幅ｄ１の太い凹パターンＭ２Ｘｂを形成
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、凹パターンＭ２Ｘａの中心と凹パターンＭ２Ｘ
ｂの中心との間隔は、第１マークＭ１Ｘの間隔と同一の
設計値でＤに設定されている。

【００３１】そして、図１の結像光学系の低次コマ収差
を計測する際には、まず第１マークＭ１Ｘを図１の位置
検出装置の撮像素子２２でフォーカス位置を変化させな
がら撮像し、次に撮像素子２２の撮像面内において第１
マークＭ１Ｘを撮像した位置に第２マークＭ２Ｘを移動
し、第２マークＭ２Ｘを図１の位置検出装置での撮像素
子２２でフォーカス位置を変化させながら撮像する。

【００３２】図３（ｂ）及び図３（ｄ）は、各マークＭ
１Ｘ，Ｍ２Ｘを、図１の位置検出装置で観察した場合に
各マークＭ１Ｘ，Ｍ２Ｘ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ＳＤをそれぞれ示し、この
図３（ｂ）及び図３（ｄ）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のウエハ
１１の表面から撮像素子２２の撮像面への倍率Ｂ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１／Ｂを乗じて得られる位置を表している。また、画
像信号ＳＤにおいて、凹パターンＭ１Ｘａの像に対応す
る部分ＩＤ１では、エッジ部分が暗部となり、他の凹パ
ターンＭ１Ｘｂ，Ｍ２Ｘａ，Ｍ２Ｘｂの像に対応する部
分ＩＤ２，ＩＤ３，ＩＤ４でも、同様にエッジ部分が暗
部となっている。なお、図３（ｂ）及び図３（ｄ）にお
いて、画像信号ＳＤは、第１マークＭ１Ｘ又は第２マー
クＭ２Ｘ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。

【００３３】図１の制御演算系２３は、第１マークＭ１
Ｘの画像信号ＳＤより、部分ＩＤ１の中心位置Ｘ１と部
分ＩＤ２の中心位置Ｘ２との間隔ＭＤ１を求め、第２マ
ークＭ２Ｘの画像信号ＳＤより、部分ＩＤ３の中心位置
Ｘ３と部分ＩＤ４の中心位置Ｘ４との間隔ＭＤ２を求め
る。この間隔ＭＤ２は、結像光学系に収差の無い状態で
は、第１マークＭ１Ｘの間隔ＭＤ１と等しくなり、設計
上の間隔Ｄとなるはずであるが、結像光学系に低次コマ
収差が残存していると、両凹パターンＭ２Ｘａ，Ｍ２Ｘ
ｂの線幅の違いにより、両凹パターンＭ２Ｘａ，Ｍ２Ｘ
ｂの低次コマ収差による像位置の変化量が互いに異なる
ため、間隔ＭＤ２は設計上の間隔Ｄとは一致しない。

【００３４】図４は、フォーカス位置とコマ収差による
像位置の変化量との関係の一例を示し、この図４におい
て、横軸はベストフォーカス位置に対してのデフォーカ
ス量ΔＦを表し、縦軸はコマ収差による像位置の変化量
ΔＸ及び相対位置の変化量ΔＭＤを表す。図４におい
て、線幅ｄが６μｍのマークを観察した際のコマ収差に
よる像位置の変化量ΔＸは、デフォーカス量ΔＦの変化
に対して殆ど変動せず安定であるが、線幅ｄが０．５μ
ｍのマークを観察した際の像位置の変化量ΔＸは、デフ
ォーカス量ΔＦの変化により大きく変動し、線幅０．５
μｍのマークと線幅６μｍのマークとの相対位置の変化
量ΔＭＤもデフォーカス量ΔＦの変化により大きく変動
している。

【００３５】このような像位置の変化は、上述のように
低次コマ収差によるものであり、図１の制御演算系２３
は、間隔ＭＤ１と間隔ＭＤ２との差を求めることによっ
て、凹パターンＭ２Ｘａと凹パターンＭ２Ｘｂとの相対
位置検出値の低次コマ収差による変化量ΔＭＤ（＝ＭＤ
１−ＭＤ２）を求め、予めシミュレーションにより求め
ておいた結像光学系の低次コマ収差と相対位置の変化量
ΔＭＤとの関係から、その結像光学系の低次コマ収差を
求める。

【００３６】また、図４に示したようなΔＭＤのフォー
カス依存性を、例えば２次関数でフィッティングして、
そのフィッティングした２次関数の２次の係数を求め、
この係数とコマ収差との関係（この関係は、予めシミュ
レーションで求めておく）に基づいてコマ収差を求める
ようにしても良い。即ち、ΔＭＤのフォーカスに対する
変化の仕方（図４のグラフの曲がり方）を求めて、それ
に基づきコマ収差を求めるようにしても良い。

【００３７】また、計測された相対位置の変化量ΔＭＤ
の大きさから、低次コマ収差の大きさのみでなく、符号
の判定も可能であるため、その相対位置の変化量ΔＭＤ
の符号及び大きさに基づいて、図１の制御演算系２３
は、その相対位置の変化量ΔＭＤが各フォーカス位置に
おいて最小となるように、コマ補正光学系位置調整機構
１７ａ，１７ｂ介してコマ補正光学系１６の位置を調整
する。

【００３８】上記のコマ補正光学系１６の位置の調整後
に、再度、第１及び第２マークＭ１Ｘ，Ｍ２Ｘのパター
ン間の間隔をそれぞれ計測し、相対位置の変化量ΔＭＤ
が許容範囲から外れていれば、再度上記の調整を行う。
以上の工程をその相対位置の変化量ΔＭＤが許容範囲内
に収まるまで繰り返すことで、結像光学系の低次コマ収
差を高精度に補正することができる。

【００３９】次に、結像光学系の高次コマ収差の計測に
ついて説明する。結像光学系のコマ収差のうち、低次コ
マ収差については上述のようにして計測し、コマ補正光
学系１６により調整することができるが、高次コマ収差
について調整することは現時点では困難である。このた
め本例の位置検出装置では、図２の第３マークＭ３Ｘを
使用して結像光学系の高次コマ収差を計測しておき、重
ね合わせ露光時等の被検マーク（アライメントマーク）
の位置検出を行う際に、その計測された高次コマ収差に
基づいてその被検マークの位置検出値を補正する。

【００４０】図５（ａ）は、図２の第３マークＭ３Ｘの
断面を示し、第３マークＭ３Ｘは、ウエハ１１の表面
に、所定の線幅のパターンをＸ方向にピッチＰで形成し
たものである。図５（ｂ）は、第３マークＭ３Ｘを図１
の位置検出装置で観察した場合に第３マークＭ３Ｘ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
ＳＤを示し、この図５（ｂ）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のウエ
ハ１１の表面から撮像素子２２の撮像面への倍率Ｂ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１／Ｂを乗じて得られる位置を表している。また、
画像信号ＳＤは、第３マークＭ３Ｘの像の光強度に応じ
た信号Ｖを非計測方向に積分した積分信号ΣＶである。

【００４１】図５（ｂ）に示すように、撮像信号ＳＤ
（積分信号ΣＶ）は、Ｘ方向に沿って周期Ｂ・Ｐ（Ｂは
結像光学系の倍率）毎に変化する。本例では、第３マー
クＭ３Ｘの像の非対称性を定量化するために、積分信号
ΣＶの分布においてｉ番目（図５（ｂ）では２番目）の
周期における図中左右の信号極小値（落ち込みエッジ部
の信号値）をそれぞれＶｉＬ及びＶｉＲ（ｉ＝１，２，
３・・・）とする。また、積分信号ΣＶの両端部分を除
き各周期に亘る全体領域において、信号の最大値及び最
小値をそれぞれＶｍａｘ及びＶｍｉｎとする。そして、
位相パターン像の非対称性の指標βを、次式に基づいて
求める。

【００４２】 β＝Σ｛ＶｉＬ−ＶｉＲ／（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）｝／ｎ …（１） ここで、ｎは周期数であり、Σはｉ＝１〜ｎまでの総和
記号である。図６は、フォーカス位置と第３マークＭ３
Ｘの非対称性の指標βとの関係を示し、この図６におい
て、結像光学系にコマ収差が存在する場合、図６におい
て傾きＣの直線Ｌで示すように、指標βはデフォーカス
量ΔＦに依存してほぼ線形的な変化を示し、次式のよう
に表される。

【００４３】 β＝Ｃ・ΔＦ …（２） そして、この直線Ｌの傾きＣは、低次コマ収差による成
分と、高次コマ収差による成分との和であり、低次コマ
収差量をＣｌとすると、高次コマ収差量Ｃｈは、次式の
ように表される。 Ｃ＝ａｌ・Ｃｌ＋ａｈ・Ｃｈ Ｃｈ＝（Ｃ−ａｌ・Ｃｌ）／ａｈ …（３） ここで、ａｌ及びａｈは、それぞれ低次コマ収差及び高
次コマ収差に関する比例係数であり、シミュレーション
により予め求めておくことができる。従って、第１及び
第２マークＭ１Ｘ，Ｍ２Ｘを使用して低次コマ収差量Ｃ
ｌを求めておき、第３マークＭ３Ｘを使用して計測した
指標βとデフォーカス量との関係から、例えば線形近似
等により傾きＣの値を求めることによって、（３）式よ
り結像光学系の高次コマ収差量Ｃｈを求めることができ
る。

【００４４】そして、重ね合わせ露光時等の被検マーク
の位置検出を行う際に、高次コマ収差量Ｃｈに基づいて
被検マークの位置検出値を補正することにより、高次コ
マ収差による位置検出誤差を低減することができ、高精
度に被検マークの位置を検出することができる。なお、
第３マークＭ３Ｘの像を検出する領域は所望の範囲に限
定してもよい。すなわち、（１）式において、ｉ＝１〜
ｎの範囲を限定してもよい。このように限定することに
より、物体面上の任意の位置におけるコマ収差を検査す
ることができる。

【００４５】以上のように本例の位置検出装置によれ
ば、結像光学系の低次及び高次のコマ収差をそれぞれ計
測し、低次コマ収差に基づいて結像光学系の調整を行
い、高次コマ収差に基づいて位置検出値の補正を行うた
め、被検マークの線幅やフォーカス位置が変動しても、
高精度に被検マークの位置を検出することができる。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ＳＤ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（ｂ）及び図３
（ｄ）では指標マーク１４ａ，１４ｂ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１４
ａ，１４ｂに対するマークＭ１Ｘ，Ｍ２Ｘの位置ずれ量
をそれぞれ検出してから上記間隔ΔＭＤを求めるように
してもよい。

【００４６】また、各マークＭ１Ｘ，Ｍ２Ｘ，Ｍ３Ｘの
段差（深さ）は、４０〜１００ｎｍ程度とすることが望
ましい。この段差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、段差が１００ｎ
ｍ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トの像を
得るためには、段差は、４０〜６０ｎｍであることが望
ましい。

【００４７】また、マークＭ３Ｘの凹パターンの非対称
性の指標βは、それらの凹パターン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、ウエハ１１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。そこで、上記の調整前に、指標βの中に含
まれるウエハに起因するだまされ量（誤差分）を計測す
ることが望ましい。このためには、図５のパターンＭ３
Ｘの像を計測した後、ウエハ１１を１８０°回転して同
じパターンＭ３Ｘの像を計測し、２つの計測値の差分か
ら結像光学系の収差よりもウエハの特性（形成プロセス
や形成されたマークの非対称性など）への依存の方が大
きい誤差を求めることができる。そして、この求めた誤
差分を用いて（２）式の傾きＣを補正すれば、ウエハに
起因する指標βのだまされ量（光学系の収差とは無関係
な量）を除去することができ光学系のコマ収差を高精度
に求めることができる。

【００４８】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のウエハ１１上のＹ軸のマ
ーク（Ｍ１Ｙ，Ｍ２Ｙ，Ｍ３Ｙ）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計測及び調整も行う
ことができる。

【００４９】また、本例では、図１中のコマ補正光学系
１６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１０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。

【００５０】また、本例では、低次コマ収差の計測に２
つの凹パターンからなる第２マークＭ２Ｘを使用した
が、低次のコマ収差の計測に使用するマークはこれに限
られるものではなく、例えば図７に示すようなマークを
使用するようにしてもよい。図７（ａ）に示す第４マー
クＭ４Ｘは、線幅の太い５本（２本以上であれば良い）
の線状の凹パターンを、Ｘ方向に所定のピッチで格子状
に形成したパターンであり、第５マークＭ５Ｘは、線幅
の細い５本の線状の凹パターンＭ５Ｘｎ（ｎ＝１〜５）
を、Ｘ方向に所定のピッチで格子状に形成したパターン
である。これらのマークＭ４Ｘ，Ｍ５Ｘを計測に用いる
場合には、第４マークＭ４Ｘの中心と第５マークＭ５Ｘ
の中心との間隔を計測し、フォーカスを振って相対位置
関係の変化を求めることによって、結像光学系の低次コ
マ収差を求める。

【００５１】なお、例えばマークＭ４Ｘの中心と凹パタ
ーンＭ５Ｘｎ（本例ではｎ＝１〜５）との間隔をそれぞ
れ計測し、相対位置関係の変化をフォーカスを振って求
めて、観察範囲内の任意の位置でのコマ収差をそれぞれ
求めることもできる。また、図７（ｂ）に示す第７マー
クＭ７Ｘは、線幅の細い３本の線状の凹パターンをＸ方
向に所定のピッチで格子状に形成したパターンであり、
第７マークＭ７Ｘを挟むように第６マークＭ６Ｘと第８
マークＭ８Ｘとを形成している。第６マークＭ６Ｘは、
線幅の太い３本（２本以上であれば良い）の線状の凹パ
ターンをＸ方向に所定のピッチで格子状に形成したパタ
ーンであり、第８マークＭ８Ｘの形状は第６マークＭ６
Ｘと同一である。これらのマークＭ６Ｘ〜Ｍ８Ｘを計測
に用いる場合には、各マークＭ６Ｘ〜Ｍ８Ｘの中心位置
を各マークＭ６Ｘ〜Ｍ８Ｘの位置として求めた後、両端
のマークＭ６Ｘ，Ｍ８Ｘの平均位置を算出し、中央の第
７マークＭ７Ｘの位置に対する、両端のマークＭ６Ｘ，
Ｍ８Ｘの平均位置の偏差を相対位置関係として求めるこ
とによって、結像光学系の低次コマ収差を求める。

【００５２】また、本例では、両凹パターンＭ２Ｘａ，
Ｍ２Ｘｂを同時に撮像して両凹パターンＭ２Ｘａ，Ｍ２
Ｘｂの相対位置を検出したが、例えば凹パターンＭ２Ｘ
ａのみを撮像した後、レーザ干渉計によって計測される
ウエハステージの位置に基づいて設計上の間隔Ｄだけウ
エハ１１を移動して凹パターンＭ２Ｘａを撮像した位置
に凹パターンＭ２Ｘｂを位置決めし、その後凹パターン
Ｍ２Ｘｂのみを撮像して、線幅の違いによる像位置の変
化量の違いを求めるようにしてもよい。

【００５３】また、計測に使用するマークの線幅につい
ては、結像光学系の特性等にあわせて適宜選択すること
が望ましい。一般にコマ収差による像位置の変化量は、
線幅の細いパターンほどフォーカス位置を変化させるこ
とにより大きく変動するため、例えば一方のパターンの
線幅を、コマ収差による像位置の変化量がフォーカス位
置の変化に対して安定になるように太く設定し、もう一
方のパターンの線幅を、コマ収差による像位置の変化量
がフォーカス位置の変化に敏感に反応して変動するよう
に細く設定することが望ましい。また、例えば図３のよ
うに、一方のパターンを、撮像した際に得られる信号が
シングルエッジの信号となるような線幅とし、もう一方
のパターンを、撮像した際に得られる信号がダブルエッ
ジの信号となるような線幅とするようにしてもよい。

【００５４】また、本例では、計測に使用するマークの
線幅を２種類としたが、計測に使用するマークの線幅の
種類をより多くすることで、より高精度に結像光学系の
コマ収差を計測することができる。次に、図１の位置検
出装置を投影露光装置のアライメントセンサに適用した
場合につき図８を参照して説明する。

【００５５】図８は本例で使用される投影露光装置を示
し、この図８において露光時には、水銀ランプ、又はエ
キシマレーザ光源等の露光光源、オプティカル・インテ
グレータ、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５１より、レチクルＲに対して露光光
ＩＬ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ＰＬを介して投影倍率α
（αは１／５，１／４等）でフォトレジストが塗布され
たウエハ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５３の制御情報に基づいて露光量制御系
５２が露光量を適正化する。

【００５６】以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行に
Ｚ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図８の紙面に平行に
Ｘ軸を取り、図８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５４上に
吸着保持され、レーザ干渉計５６によるレチクルステー
ジ５４の座標の計測値に基づいた駆動系５７の制御情報
に基づいて、レチクルステージ５４は、レチクルベース
５５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。

【００５７】一方、ウエハＷは不図示のウエハホルダ上
に真空吸着によって保持され、このウエハホルダが試料
台５８上に固定され、試料台５８は、定盤６０上にエア
ーベア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５９上に固定されている。試料台５８は、ウ
エハ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エハＷの表面を投影
光学系ＰＬの像面に合わせ込み、ＸＹステージ５９は、
レーザ干渉計６１によって計測される試料台５８の位置
に基づく駆動系６２の制御情報に基づいて、試料台５８
をＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する。ＸＹステージ５
９によるステップ移動と、レチクルＲ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、ウエハＷ上の各ショット領域への露光が行わ
れる。

【００５８】重ね合わせ露光を行う場合には、その露光
前に予めレチクルＲとウエハＷとのアライメントを行っ
ておく必要がある。そのため、試料台５８上に種々の基
準マークが形成された基準マーク部材６５が固定されて
おり、レチクルＲ上のレチクルアライメント顕微鏡（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６５に対してアライメントされる。また、投影光学
系ＰＬ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・アクシス方式で、画像処理方式のアライメント
センサ６３が配置されており、アライメントセンサ６３
内の撮像素子２２（図１参照）からの画像信号がアライ
メント信号処理系６４に供給されている。アライメント
信号処理系６４は、図１の制御演算系２３の機能に加え
て、検出対象のウエハＷ上のアライメントマーク（ウエ
ハマーク）の像の図１の指標マーク１４ａ，１４ｂに対
する位置ずれ量を求める機能を備えている。

【００５９】アライメントセンサ６３を使用する場合に
は、まず試料台５８上に不図示のウエハローダ系を介し
て図２の調整用のウエハ１１を載置する。そして、アラ
イメントセンサ６３を介して結像光学系の低次及び高次
のコマ収差を計測し、図１のコマ補正光学系１６の位置
を調整する。その後、図８において、レチクルＲのアラ
イメント時に並行して、基準マーク部材６５上の所定の
基準マークの位置をアライメントセンサ６３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）とアライメントセンサ６３の検出中心と
の間隔（ベースライン量ＢＬ）が求められる。この後
は、アライメントセンサ６３を介して検出されるウエハ
マークの位置をそのベースライン量ＢＬで補正した座標
に基づいてＸＹステージ５９を駆動することで、高い重
ね合わせ精度が得られる。

【００６０】なお、アライメントセンサ６３では、ウエ
ハ１１に形成される特性調整用のマーク、又はウエハＷ
上のアライメントマークに広帯域の照明光を照射すると
共に、そのウエハで反射される光で指標マーク１４ａ，
１４ｂを照明するものとしたが、ウエハ上のマークを照
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。

【００６１】また、本例では特性調整用のマークを計測
専用のウエハ１１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エハホル
ダ等の改良を行う必要がなく、図８の投影露光装置では
特別な搬送機構を設けることなく、ウエハローダによっ
て計測用ウエハをＸＹ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、
プロセスウエハやウエハ以外のプレートに形成してもよ
く、更にはオペレータ等によってそのプレートをＸＹス
テージ上の試料台５９，７１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
ートがウエハでなくとも、その形状や大きさが図８の投
影露光装置に搬入される基板（ウエハ等）と同一であれ
ば、ウエハローダによってそのプレートをＸＹステージ
上に載置することができる。

【００６２】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、計測専用のウエハを使用する
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。

【００６３】また、図８の投影露光装置では、図１の位
置検出装置をオフ・アクシス方式のアライメントセンサ
として用いたが、この投影露光装置で使用するアライメ
ントセンサは、投影光学系ＰＬを介してウエハ上のマー
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エ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８には図示していないが、オフ・アクシス
方式のアライメントセンサ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。

【００６４】更に、図８の投影露光装置には、ウエハＷ
のフォーカス位置（アライメントセンサ６３の光軸方向
の位置）を検出して、ウエハＷの表面をアライメントセ
ンサ６３のベ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、ウエハＷ上のウエハマークの位置、又は一対のウ
エ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。なお、オートフォーカス機構は対物レ
ンズ群１０を通して検出用ビームをウエハ上に照射する
ＴＴＬ方式、あるいは対物レンズ群１０を介することな
くその光軸及びウエハ表面に対して傾斜させて検出用ビ
ームをウエハ上に照射する斜入射光方式の何れであって
もよい。

【００６５】更に、図８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８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・スティッ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ＳＯＲ（Synchrotron Orbital Radiation)リン
グから発生する軟Ｘ線領域（波長５〜５０ｎｍ程度）、
例えば波長１３．４ｎｍ又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（Ex
treme UltraViolet)光を用いる縮小投影型露光装置（Ｅ
ＵＶ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。

【００６６】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
ためのリソグラフィ工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、露光光として、水銀ラ
ンプのｇ線やｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエ
キシマレーザ光若しくはＦ₂ レーザ光のようなレーザ
光、又はＹＡＧレーザの高調波などを用いてもよい。あ
るいは、露光光として、ＤＦＢ（Distributed feedbac
k）半導体レーザを、例えばエルビウム（Ｅｒ）（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。

【００６７】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
テージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配
線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認
等）をすることにより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。

【００６８】更に、上記の実施の形態の露光装置を用い
てウエ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、このステップに基づいたレチクルを製造するステッ
プ、シリコン材料からウエ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アライメントを行って
レチクルのパターンをウエ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。

【００６９】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。

【００７０】

【発明の効果】本発明の第１又は第２の収差計測方法に
よれば、マークの線幅やフォーカス位置の変化による位
置検出値誤差の原因となるその検出用の光学系の収差を
高精度に求めることができる。また、本発明の第１又は
第２のマーク検出装置によれば、それぞれ本発明の第１
又は第２の収差計測方法を実施することができ、被検マ
ークの線幅やフォーカス位置が変化した場合であって
も、高精度に被検マークの位置を検出することができ
る。また、本発明の第１又は第２の露光方法によれば、
その基板を高精度に位置決めして露光を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態において使用されるの位
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】 本発明の実施の形態において調整用に使用さ
れるウエハ上の複数の格子状マークを示す平面図であ
る。

【図３】 図２の第１及び第２マークＭ１Ｘ，Ｍ２Ｘ、
及びこれら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】 フォーカス位置とコマ収差による像位置の変
化量との関係の一例を示す図である。

【図５】 （ａ）は、図２の第３マークＭ３Ｘを示す断
面図、（ｂ）は、第３マークＭ３Ｘの像より得られる画
像信号を示す図である。

【図６】 フォーカス位置とマークの像の非対称性の指
標βとの関係を示す図である。

【図７】 結像光学系の特性調整用のマークの他の例を
示す平面図である。

【図８】 図１の位置検出装置をア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。

【符号の説明】

Ｍ１Ｘ〜Ｍ３Ｘ，Ｍ１Ｙ〜Ｍ３Ｙ…結像光学系の特性調
整用のマーク、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル、Ｗ…
ウエハ、１…光源、２…コンデンサレンズ、３…σ絞
り、４ａ，４ｂ…保持部材、５ａ，５ｂ…σ絞り位置調
整機構、６…第１リレーレンズ、７…視野絞り、８…第
２リレーレンズ、９…ハーフプリズム、１０…対物レン
ズ群、１１…結像光学系の特性調整用のウエハ、１２…
第３リレーレンズ、１５…第４リレーレンズ、１６…コ
マ補正光学系、１６ａ，１６ｂ…保持部材、１７ａ，１
７ｂ…コマ補正光学系位置調整機構、２１…フィールド
レンズ、２２…撮像素子、２３…制御演算系、５３…主
制御系、５８…試料台、５９…ＸＹステージ、６３…ア
ライメントセンサ、６４…アライメント信号処理系

フロントページの続き (72)発明者 千葉 洋 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA20 BB27 CC19 EE08 FF01 FF04 FF51 GG02 JJ03 JJ26 LL30 LL50 MM22 PP12 QQ14 QQ29 TT02 5F046 BA04 DA13 EA03 EA12 EB01 EC05 FA10 FA16 FB04 FB09 FB12 FC04

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検マークからの光束を集光する検出用
   の光学系の所定の収差情報を計測する収差計測方法であ
   って、 前記検出用の光学系を介して、互いに異なる複数のフォ
   ーカス位置で、互いに線幅の異なる第１及び第２のマー
   クの相対位置に関する相対位置情報を検出し、 前記複数のフォーカス位置でそれぞれ検出された前記相
   対位置情報に関する、前記複数のフォーカス位置間での
   変化情報に基づいて、前記所定の収差情報を求めること
   を特徴とする収差計測方法。
2. 【請求項２】 前記所定の収差情報は、波面の歪み成分
   として所定次数以下の次数の歪み成分を相対的に多く含
   む低次コマ収差であることを特徴とする請求項１記載の
   収差計測方法。
3. 【請求項３】 前記相対位置情報は、前記第１及び前記
   第２のマークの第１相対間隔を含み、 前記検出用の光学系を介して、前記複数のフォーカス位
   置で、ほぼ同一の線幅を持つ第３及び第４のマークの第
   ２相対間隔を検出し、 前記変化情報は、前記第１相対間隔と前記第２相対間隔
   との差分の、前記複数のフォーカス位置間での変化量を
   含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の収差計測
   方法。
4. 【請求項４】 前記光学系を介して互いに異なる複数の
   フォーカス位置で、前記被検マークの像を検出し、該検
   出されたマークの像の非対称性の、前記フォーカス位置
   に応じた変化情報に基づいて、前記低次コマ収差を含ん
   だ前記光学系の特定の収差情報を求め、 前記特定の収差情報から前記低次コマ収差を差し引くこ
   とにより、前記波面の歪み成分として前記所定次数より
   大きい次数の歪み成分を相対的に多く含む高次コマ収差
   を求めることを特徴とする請求項３記載の収差計測方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れか一項記載の収差計
   測方法で求められた前記所定の収差情報に基づいて、前
   記光学系を構成する光学部材の少なくとも一部を調整
   し、前記調整された光学系を介して、基板上に形成され
   たマークの位置情報の検出を行うことを特徴とするマー
   ク検出方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載のマーク検出方法により検
   出された前記マークの位置情報に基づいて、前記基板を
   位置決めし、 該位置決めされた基板上に所定パターンを転写すること
   を特徴とする露光方法。
7. 【請求項７】 被検マークからの光束を集光する検出用
   の光学系の収差情報を計測する収差計測方法であって、 前記光学系を介して、互いに異なる複数のフォーカス位
   置で、所定マークの像を検出し、 該検出された前記所定マークの像の位置情報の、前記フ
   ォーカス位置に応じた変化情報に基づいて、前記光学系
   の第１収差情報を求め、 前記検出された前記所定マークの像の非対称性の、前記
   フォーカス位置に応じた変化情報に基づいて、前記光学
   系の第２収差情報を求め、 前記第１及び第２収差情報に基づき、所定の収差情報を
   求めることを特徴とする収差計測方法。
8. 【請求項８】 前記第１収差情報は、波面の歪み成分と
   して所定次数以下の次数の歪み成分を相対的に多く含む
   低次コマ収差であり、 第２収差情報は、前記第１収差情報を含んだ収差情報で
   あり、 前記所定の収差情報は、前記第２収差情報から前記第１
   収差情報を差し引くことにより得られる、前記波面の歪
   み成分として前記所定次数より大きい次数の歪み成分を
   相対的に多く含む高次コマ収差であることを特徴とする
   請求項７記載の収差計測方法。
9. 【請求項９】 前記所定マークは、互いに線幅の異なる
   複数のライン形状マークを含むことを特徴とする請求項
   ７又は８記載の収差計測方法。
10. 【請求項１０】 請求項７〜９の何れか一項記載の収差
    計測方法で求められた前記第１収差情報に基づいて、前
    記光学系を構成する光学部材の少なくとも一部を調整
    し、 前記調整された光学系を介して、基板上に形成されたマ
    ークの位置情報の検出を行い、前記所定の収差情報に基
    づいて、前記検出されたマークの位置情報を補正するこ
    とを特徴とするマーク検出方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載のマーク検出方法で得
    られた前記マークの位置情報に基づいて、前記基板を位
    置決めし、 該位置決めされた基板上に所定パターンを転写すること
    を特徴とする露光方法。