(57)【要約】【課題】露光装置のアライメントセンサ等の検出装置の特性計測用のマークを正確に形成すると共に、その検出装置の検出光学系の特性を高精度に測定する。【課題を解決するための手段】検出光学系を介してマークを検出する検出装置の、その検出光学系の収差を測定する測定方法であって、第１の幅を持つ凹パターン３１ａを含む第１マークＤＭ１と、この第１の幅よりも狭い第２の幅を持つ凹パターン３２ａを含む第２マークＤＭ２とが計測方向に隣接配置されている被検マークに対して、照明光を照射し、その被検マークの像の計測結果に基づいて、その検出光学系の所定の光学特性を測定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出光学系を介してマークを検出する検出装置の、該検出光学系の収差を測定する測定方法であって、
第１の幅を持つパターンを含む第１パターン部と、該第１の幅よりも狭い第２の幅を持つパターンを含む第２パターン部とが計測方向に隣接配置されている被検マークに対して、照明光を照射し、
前記照明光で照明された前記被検マークからの光束を、前記検出光学系を介して所定面上に集光して、前記所定面上に前記被検マークの像を形成し、
前記所定面上に形成された前記被検マークの像に基づいて、前記被検マークを計測し、
前記被検マークの計測結果に基づいて、前記検出光学系の所定の光学特性を測定することを特徴とする測定方法。
【請求項２】
前記第１パターン部は、前記第１の幅を持つラインパターンを複数含む格子状パターンであり、
前記第２パターン部は、前記第２の幅を持つラインパターンを複数含む格子状パターンであることを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記被検マークは、前記第１パターン部と前記第２パターン部とが前記計測方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定方法。
【請求項４】
前記被検マークは、前記計測方向に、前記第１パターン部、前記第２パターン部、前記第１パターン部の順に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の測定方法。
【請求項５】
前記被検マークは、前記計測方向と直交する非計測方向に沿った中心軸に対する線対称性を有することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の測定方法。
【請求項６】
前記被検マークは、
前記第１パターン部と前記第２パターン部とが、前記計測方向に交互に配置されている第１方向測定用のマークと、
前記第１パターン部と前記第２パターン部とが、前記計測方向に直交する方向に交互に配置されている第２方向測定用のマークと、を含むことを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の測定方法。
【請求項７】
凹部と凸部とが計測方向に交互に周期的に配列されたパターンから成る第３パターン部と、前記凹部と前記凸部とを反転した形状のパターンから成る第４パターン部とが計測方向に互いに平行に隣接配置されている第２被検マークに対して、照明光を照射し、
前記照明光で照明された前記第２被検マークからの光束を、前記検出光学系を介して所定面上に集光して、前記所定面上に前記第２被検マークの像を形成し、
前記所定面上に形成された前記第２被検マークの像に基づいて、前記第２被検マークを計測し、
前記第２被検マークの計測結果に基づいて、前記第２被検マークに対して前記照明光を照明する照明系の特性を測定することを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の測定方法。
【請求項８】
前記被検マークとして、計測専用のウエハに形成されているマーク、試料台に着脱可能なプレートに形成されているマーク、又はステージの一部に固定された基準プレートに形成されているマーク、を使用することを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の測定方法。
【請求項９】
広帯域の照明光で前記被検マークを照明することを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の測定方法。
【請求項１０】
前記所定の光学特性はコマ収差であり、
請求項１から９の何れか一項に記載の測定方法を用いて測定された前記コマ収差に基づいて、前記検出光学系を調整することを特徴とする調整方法。
【請求項１１】
前記所定の光学特性は非対称収差であり、
請求項１から９の何れか一項に記載の測定方法を用いて測定された前記非対称収差に基づいて、前記検出光学系を調整することを特徴とする調整方法。
【請求項１２】
前記検出光学系内に設けられたコマ補正光学系の位置を調整して、前記検出光学系を調整することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の調整方法。
【請求項１３】
請求項７に記載の測定方法を用いて測定された前記照明系の特性に基づいて、前記検出装置の前記照明系内に設けられたσ絞りの位置を調整することを特徴とする調整方法。
【請求項１４】
前記検出装置は、画像処理方式のアライメントセンサであることを特徴とする請求項１０から１３の何れか一項に記載の調整方法。
【請求項１５】
前記検出装置は、画像処理方式の重ね合わせ誤差測定装置であることを特徴とする請求項１０から１３の何れか一項に記載の調整方法。
【請求項１６】
照明されたマークから生じる光束に基づいて該マークを検出する検出装置の特性を測定するための被検マークを備えたマーク物体であって、
前記被検マークは、
第１の幅を持つパターンを含む第１パターン部と、
該第１の幅よりも狭い第２の幅を持つパターンを含む第２パターン部とを含み、
前記第１、及び第２パターン部は、所定の計測方向に隣接配置されていることを特徴とするマーク物体。
【請求項１７】
前記第１パターン部は、前記第１の幅を持つラインパターンを複数含む格子状パターンであり、
前記第２パターン部は、前記第２の幅を持つラインパターンを複数含む格子状パターンであることを特徴とする請求項１６に記載のマーク物体。
【請求項１８】
前記被検マークは、前記第１パターン部と前記第２パターン部とが前記計測方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のマーク物体。
【請求項１９】
前記被検マークは、前記計測方向に、前記第１パターン部、前記第２パターン部、前記第１パターン部の順に配置されていることを特徴とする請求項１８に記載のマーク物体。
【請求項２０】
前記被検マークは、前記計測方向と直交する非計測方向に沿った中心軸に対する線対称性を有することを特徴とする請求項１６から１９の何れか一項に記載のマーク物体。
【請求項２１】
前記被検マークは、
前記第１パターン部と前記第２パターン部とが、前記計測方向に交互に配置されている第１方向測定用のマークと、
前記第１パターン部と前記第２パターン部とが、前記計測方向に直交する方向に交互に配置されている第２方向測定用のマークと、を備えていることを特徴とする請求項１６から２０の何れか一項に記載のマーク物体。
【請求項２２】
前記被検マークは、前記マークから生じる光束を受光する前記検出装置の検出光学系の収差を測定するためのマークであることを特徴とする請求項１６から２１の何れか一項に記載のマーク物体。
【請求項２３】
凹部と凸部とが計測方向に交互に周期的に配列されたパターンから成る第３パターン部と、前記凹部と前記凸部とを反転した形状のパターンから成る第４パターン部とが前記計測方向に互いに平行に隣接配置されている第２被検マークを更に有することを特徴とする請求項１６から２２の何れか一項に記載のマーク物体。
【請求項２４】
前記マーク物体は、計測専用の基板、試料台に着脱可能なプレート、又は検出装置のステージの一部に固定された基準プレートであることを特徴とする請求項１６から２３の何れか一項に記載のマーク物体。
【請求項２５】
検出光学系を介してマークを検出する検出装置であって、
第１の幅を持つパターンを含む第１パターン部と、該第１の幅よりも狭い第２の幅を持つパターンを含む第２パターン部とが計測方向に隣接配置されている被検マークを前記検出光学系を介して撮像し、その撮像結果に基づいて該検出光学系の所定の光学特性が調整されていることを特徴とする検出装置。
【請求項２６】
前記第１パターン部は、前記第１の幅を持つラインパターンを複数含む格子状パターンであり、
前記第２パターン部は、前記第２の幅を持つラインパターンを複数含む格子状パターンであることを特徴とする請求項２５に記載の検出装置。
【請求項２７】
前記被検マークは、前記第１パターン部と前記第２パターン部とが前記計測方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項２５又は２６に記載の検出装置。
【請求項２８】
前記被検マークは、前記計測方向に、前記第１パターン部、前記第２パターン部、前記第１パターン部の順に配置されていることを特徴とする請求項２７に記載の検出装置。
【請求項２９】
前記被検マークは、前記計測方向と直交する非計測方向に沿った中心軸に対する線対称性を有することを特徴とする請求項２５から２８の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項３０】
前記被検マークは、
前記第１パターン部と前記第２パターン部とが、前記計測方向に交互に配置されている第１方向測定用のマークと、
前記第１パターン部と前記第２パターン部とが、前記計測方向に直交する方向に交互に配置されている第２方向測定用のマークと、を備えていることを特徴とする請求項２５から２９の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項３１】
前記所定の光学特性は、前記検出光学系の収差であることを特徴とする請求項２５から３０の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項３２】
前記検出装置は、画像処理方式のアライメントセンサであることを特徴とする請求項２５から３１の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項３３】
前記検出装置は、画像処理方式の重ね合わせ誤差測定装置であることを特徴とする請求項２５から３１の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項３４】
前記検出装置は、前記被検マークが形成された基準プレートを有することを特徴とする請求項２５から３３の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項３５】
前記被検マークは、前記検出装置で計測可能な計測専用のウエハ、又は試料台に着脱可能なプレートに形成されていることを特徴とする請求項２５から３３の何れか一項に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば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検出装置の測定技術及び調整技術に関し、例えば半導体集積回路、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶ディスプレイ、又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、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】
【０００２】
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（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（アライメント）を高精度に行う必要がある。そのため、投影露光装置には、ウエ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アライメントマーク（ウエハマーク）の位置を検出するためのアライメントセンサが備えられている。
【０００３】
アライメントセンサには種々の方式があるが、最近ではウエハマー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エ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エ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（レジストレーション計測装置）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ア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エハマークの位置（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。
【０００４】
これらのアライメントセンサ、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ＴＩＳ(Tool Induced Shift)と呼ばれている。
【０００５】
これに関して最近、そのＴＩＳ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、それらのマー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. Mishima, E. Murakami and H. Ina: Proc. SPIE, Vol.3051, pp.846-855(1997) で開示されており、具体的には、ウエハ上の２つの段差量の異なる凹凸のマークの間隔Ｄ１を計測した後、そのウエハを１８０°回転させて再びそれら２つの凹凸のマークの間隔Ｄ２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１８０°での計測値との差分の１／２、即ち（Ｄ１−Ｄ２）／２がＴＩＳであり、このＴＩＳが許容範囲内になるように、光学系の調整が行われる。
【０００６】
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（ΔＸ１，ΔＹ１）として、そのウエハを１８０°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（ΔＸ２，ΔＹ２）とすると、重ね合わせ誤差測定装置のＴＩＳである（Ｔａ，Ｔｂ）は、（（ΔＸ１＋ΔＸ２）／２，（ΔＹ１＋ΔＹ２）／２）となる。この場合にも、そのＴＩＳ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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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ＴＩＳ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った。
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、異段差マーク法は、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。
【０００８】
更に、従来は、ＴＩＳ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１８０°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ＴＩＳ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ＴＩＳを求めて、所定の光学部材の調整を行った後に、実際にＴＩＳが許容範囲内に入るまで、その基板を１８０°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１８０°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。
【０００９】
また、その基板が載置されるステージ上に、その基板を１８０°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１８０°回転させてから再度そのステー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。
【００１０】
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１８０°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ＴＩＳ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１８０°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ＴＩＳ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。
【００１１】
本発明は斯かる点に鑑み、特性計測用のマークを容易に正確に形成できる検出装置の測定技術及び調整技術を提供することを第１の目的とする。
本発明は更に、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検出装置の調整技術を提供することを第２の目的とする。
【００１２】
また、本発明は、装置に起因する誤差（ＴＩＳ）を短時間に、かつ高精度に計測できる光学系の調整技術を提供することを第３の目的とする。
更に本発明は、上記の調整技術を実施する際に使用できるマーク物体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（ＴＩＳ）を高精度に調整できる検出装置の調整技術を提供することを第５の目的とする。
【００１３】
更に本発明は、そのような調整技術を使用できる検出装置、又はパターン検出装置を提供することを第６の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による測定方法は、検出光学系を介してマークを検出する検出装置の、該検出光学系の収差を測定する測定方法であって、第１の幅を持つパターンを含む第１パターン部と、該第１の幅よりも狭い第２の幅を持つパターンを含む第２パターン部とが計測方向に隣接配置されている被検マークに対して、照明光を照射し、その照明光で照明されたその被検マークからの光束を、その検出光学系を介して所定面上に集光して、その所定面上にその被検マークの像を形成し、その所定面上に形成されたその被検マークの像に基づいて、その被検マークを計測し、その被検マークの計測結果に基づいて、その検出光学系の所定の光学特性を測定するものである。
【００１５】
本発明のその特性計測用の被検マークは、容易に正確に形成することができるため、その光学特性を正確に測定できる。
また、本発明による調整方法は、一例として、その所定の光学特性がコマ収差又は非点収差であるときに、本発明の測定方法を用いて測定されたそのコマ収差又は非点収差に基づいて、その検出光学系を調整するものである。本発明によって、例えばその検出光学系等の装置に起因する誤差を短時間に、高精度に調整できる。
【００１６】
また、本発明によるマーク物体は、照明されたマークから生じる光束に基づいて該マークを検出する検出装置の特性を測定するための被検マークを備えたマーク物体であって、その被検マークは、第１の幅を持つパターンを含む第１パターン部と、該第１の幅よりも狭い第２の幅を持つパターンを含む第２パターン部とを含み、その第１、及び第２パターン部は、所定の計測方向に隣接配置されているものである。本発明は、本発明の測定方法又は調整方法において使用できる。
【００１７】
また、本発明による検出装置は、検出光学系を介してマークを検出する検出装置であって、第１の幅を持つパターンを含む第１パターン部と、この第１の幅よりも狭い第２の幅を持つパターンを含む第２パターン部とが計測方向に隣接配置されている被検マークをその検出光学系を介して撮像し、その撮像結果に基づいて該検出光学系の所定の光学特性が調整されているものである。本発明において本発明の調整方法が使用されている。
【００１８】
なお、本願の発明の実施の形態には、以下の発明も記載されている。即ち、本願の発明の実施の形態に記載された第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（１０，９，１２，１５，１６，２１）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（１１）上に所定の計測方向にそれぞれ凹部（３１ａ，３２ａ）と凸部（３１ｂ，３２ｂ）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（ＤＭ１，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，ＤＭ２）のその計測方向への間隔（Ｍｄ）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。
【００１９】
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（３１ａ）と幅ｂの凸部（３１ｂ）とを周期的に配列した第１の格子状マーク（ＤＭ１）と、幅ｃの凹部（３２ａ）と幅ｄの凸部（３２ｂ）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ａ／ｂ）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ｃ／ｄ）とは異なっている。なお、凹部（３１ａ）の１ピッチに対するデューティ比は１００×ａ／（ａ＋ｂ）（％）、凹部（３２ａ）の１ピッチに対するデューティ比は１００×ｃ／（ｃ＋ｄ）（％）であり、これらのデューティ比も異なっている。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、通常のリソグラフィ工程で容易に、かつ正確にそれらの格子状マークを形成することができる。
【００２０】
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、各マー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。
【００２１】
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、非対称な収差によっ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。
【００２２】
次に、本願の発明の実施の形態に記載された第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（１０，９，１２，１５，１６，２１）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（１１）上で所定の計測方向にそれぞれ凹部（３３ａ，３５ｂ）と凸部（３３ｂ，３５ａ）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。
【００２３】
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（ＨＭ１）の凹部（３３ａ）の幅が凸部（３３ｂ）の幅より狭いものとすると、例えばその凹部（３３ａ）で暗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（３５ａ）の幅が凹部（３５ｂ）の幅より狭くなるため、凸部（３５ａ）で暗レベルとなる画像が得られる。即ち、第１の格子状マーク（ＨＭ１）と第２の格子状マーク（ＨＭ２）とでは、暗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トすることから、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。
【００２４】
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（１１）上のそれら２個の格子状マーク（ＨＭ１，ＨＭ２）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，ＤＭ２）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。
【００２５】
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（ＨＭ１，ＨＭ２）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の格子状マーク（ＨＭ１，ＨＭ２）を用いて照明系を調整し、その後、異比率マーク法（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。
【００２６】
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（ＤＭ１，ＤＭ２；ＨＭ１，ＨＭ２）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。これによって、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（３１ａ，３２ａ；３３ａ，３５ｂ）の段差、及びその凸部（３１ｂ，３２ｂ；３３ｂ，３５ａ）の段差は実質的にそれぞれ４０〜６０ｎｍの範囲内であることが望ましい。これによって、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。
【００２７】
次に、本願の発明の実施の形態に記載された第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（１０，９，１２，１５，１６，２１）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（１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ）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、本願の発明の実施の形態に記載された第１の位置検出装置の調整方法が使用できる。
【００２８】
次に、本願の発明の実施の形態に記載された第２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（１〜８）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（１０，９，１２，１５，１６，２１）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（４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ）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。
【００２９】
次に、本願の発明の実施の形態に記載された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（１０，９，１２，１５，１６，２１）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（１１Ａ）上に第１、及び第２の被検マーク（ＨＭ１，ＨＭ２；２８Ａ）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の被検マーク（ＨＭ３，ＨＭ４；２８Ｂ）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（ＨＭ１，ＨＭ２；２８Ａ）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；２８Ｂ）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。
【００３０】
斯かる本発明によれば、まずその基板上の第１、及び第２の被検マークの相対位置（例えば間隔Ｄ１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Ｄ２とする）を計測する。この結果、装置に起因する誤差であるＴＩＳ(Tool Induced Shift)は、一例として（Ｄ１−Ｄ２）／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。
【００３１】
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の被検マー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。これによって、実質的にＴＩＳ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・イン・ボックスマーク（２８Ａ）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ＴＩＳが計測される。
【００３２】
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（３３ａ，３５ｂ）と凸部（３３ｂ，３５ａ）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。
【００３３】
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（３１ａ，３２ａ）と凸部（３１ｂ，３２ｂ）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％で表したデューティ比が互いに異なる一対の格子状マーク（ＤＭ１，ＤＭ２）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。
【００３４】
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の被検マークを１８０°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ＴＩＳを計測することができる。
また、本願の発明の実施の形態に記載された第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（１１Ａ；１１Ｂ）であって、第１及び第２の被検マーク（ＨＭ１，ＨＭ２，２８Ａ；ＤＭ１，ＤＭ２）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，ＨＭ４，２８Ｂ；ＤＭ２，ＤＭ４）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、本願の発明の実施の形態に記載された光学系の調整方法が実施できる。
【００３５】
次に、本願の発明の実施の形態に記載された第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（１１）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（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。
【００３６】
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ィ工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、これによってホルダ等を新たに製造する必要が無い。
【００３７】
また、本願の発明の実施の形態に記載されたパターン検出装置は、対物光学系（１０）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（１０）を通る光束を受光する検出系（９，１２，１５，１６，１８，２１）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（ＨＭ１，ＨＭ２）と、その第１方向と交差する（１８０°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，ＨＭ４；２５Ｙ）とが一体的に設けられた可動部材（１１Ａ）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（４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ）とを備えたものである。
【００３８】
斯かるパターン検出装置によれば、本願の発明の実施の形態に記載された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、本願の発明の実施の形態に記載された第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）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；ＨＭ２２）と、この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（ＤＭ２１，ＤＭ２３；ＨＭ２１，ＨＭ２３）とを有する評価用マーク（ＤＸ，ＨＸ）が形成された基板（１１Ｃ）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。
【００３９】
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（ＴＩＳ）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１８０°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、本願の発明の実施の形態に記載された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１８０°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ーショ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。
【００４０】
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（異比率マーク）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。
【００４１】
次に、本願の発明の実施の形態に記載された第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（１０，９，１２，１５，１６，２１）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、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；１６）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（ＤＭ２１〜ＤＭ２３；ＨＭ２１〜ＨＭ２３）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（２３）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。
【００４２】
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（５４，５５）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アライメント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（５８，５９）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ア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。
【００４３】
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って、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ア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工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。
【００４４】
次に、本願の発明の実施の形態に記載された露光装置の製造方法は、マスク（Ｒ）を介してエネルギー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、その基板上のアライメントマーク（３８，４０Ｘ，４０Ｙ）を検出するマーク検出系（６３）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。
【００４５】
この場合、本願の発明の実施の形態に記載された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。
次に、本願の発明の実施の形態に記載された調整方法は、被検物に対して照明光を照射する照射系と、該被検物からの光束を集光する検出光学系とを有する位置検出装置内の光学系の調整方法であって、その照射系の第１の光学特性の調整を行い、その第１の光学特性の調整後に、その検出光学系の第２の光学特性の調整を行うものである。
【００４６】
また、本願の発明の実施の形態に記載された露光方法は、その調整方法の対象となる位置検出装置を備えた露光装置における露光方法であって、その調整方法により調整された位置検出装置により、基板上に形成されたアライメントマークを検出し、このマーク検出結果に基づいて、その基板の位置合わせを行い、その位置合わせされた基板上に、所定パターンを露光するものである。
【００４７】
また、本願の発明の実施の形態に記載された更に別の位置検出装置は、被検物に対して照明光を照射する照射系と、該照射系の第１光学特性を調整する第１調整装置と、その被検物からの光束を集光する検出光学系と、その検出光学系の第２光学特性を調整する第２調整装置と、その第１調整装置によるその第１光学特性の調整後に、その第２調整装置によるその第２光学特性を調整せしめる制御装置と、を有するものである。
【００４８】
また、本願の発明の実施の形態に記載された別の露光装置は、本発明のその更に別の位置検出装置と、その第１及び第２調整装置により調整された位置検出装置を用いて基板上に形成されたアライメントマークを検出し、該アライメントマークの検出結果に基づいて、その基板の位置合わせを行うアライメント装置とを有し、その位置合わせされた基板上に、所定パターンを露光するものである。
【発明の効果】
【００４９】
本発明の測定方法によれば、特性計測用の被検マークを容易に正確に形成できる。
本発明の調整方法によれば、特性計測用のマークを正確に形成できると共に、例えば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、その結果として、装置に起因する誤差（ＴＩＳ）を高精度に調整できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
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。
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。
【００５１】
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１４ａ，１４ｂ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１３は必ずしも必要ではない。
【００５２】
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２２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１５、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。
【００５３】
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（ＮＡ）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，１９ｂ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。
【００５４】
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、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。
【００５５】
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。そのため、コマ補正光学系１６を、保持部材１６ａ，１６ｂによって保持すると共に、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１７ａ，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。
【００５６】
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。
【００５７】
そこで、開口絞り１８とコマ補正光学系１６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。
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。
【００５８】
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１８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，５ｂ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。
【００５９】
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、本例の調整用のウエハ１１上の複数対の凹凸の格子状マーク（段差マーク）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、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、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ＤＭ１、及び第２マークＤＭ２よりなるＸ軸の一対のマーク（ＤＭ１，ＤＭ２）、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ＤＭ１１、及び第２マークＤＭ１２よりなるＹ軸の一対のマーク（ＤＭ１１，ＤＭ１２）が形成されている。これらの２対のマーク（ＤＭ１，ＤＭ２）、及びマーク（ＤＭ１１，ＤＭ１２）は、検出用の光学系の特性調整用として使用される。
【００６０】
また、ウエハ１１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、かつ凹凸のパターンを反転した形状の第２マークＨＭ２とよりなるＸ軸の一対のマーク（ＨＭ１，ＨＭ２）、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ＨＭ１１、及び第２マークＨＭ１２よりなるＹ軸の一対のマーク（ＨＭ１１，ＨＭ１２）も形成されている。これらの２対のマーク（ＨＭ１，ＨＭ２）及びマーク（ＨＭ１１，ＨＭ１２）は、照明系の特性調整用として使用される。
【００６１】
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（ＤＭ１，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、ウエハ１１の表面に、線幅ａの細長い５本の線状の凹パターン３１ａ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、５〜２０μｍ程度である。また、第２マークＤＭ２も同様に、ウエハ１１の表面に、線幅ｃの細長い５本の線状の凹パターン３２ａ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ＤＭ１の中心と第２マークＤＭ２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、５０〜１００μｍ程度である。
【００６２】
また、各マークＤＭ１，ＤＭ２の段差（深さ）Ｈｄは、４０〜１００ｎｍ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１００ｎｍ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Ｈｄは、４０〜６０ｎｍであることが望ましい。
【００６３】
そして、本例では第１マークＤＭ１の凹パターン３１ａの幅ａと凸パターン３１ｂ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３２ａの幅ｃと凸パターン３２ｂの幅ｄ（ｃ＋ｄ＝Ｐ）との比率（ｃ：ｄ、又はｃ／ｄ）とは異なっている。言い換えると、第１マークＤＭ１の凹パターン３１ａの幅ａのピッチＰに対するデューティ比（１００×ａ／Ｐ（％））と、第２マークＤＭ２の凹パターン３２ａの幅ｃのピッチＰに対するデューティ比（１００×ｃ／Ｐ（％））とは異なっている。一例として、本例では、第１マークＤＭ１の凹パターン３１ａのデューティ比は５０％に設定され、凹パターン３１ａの幅ａと凸パターン３１ｂの幅ｂとの比率は、以下のように設定されている。
【００６４】
ａ：ｂ＝１：１、又はａ／ｂ＝１        （１１）
一方、第２マークＤＭ２の凹パターン３２ａのデューティ比は１０％程度に設定され、凹パターン３２ａの幅ｃと凸パターン３２ｂ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＝１：９、又はｃ／ｄ＝１／９    （１２）
このようにＸ方向に近接して配置された２つのマークＤＭ１，ＤＭ２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。
【００６５】
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のウエハ１１の表面から撮像素子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１／αを乗じて得られる位置を表している。図３（Ｃ）の画像信号ＳＤにおいて、第１マークＤＭ１の像に対応する部分ＩＤ１では、第１マークＤＭ１のエッジ部分が暗部となり、第２マークＤＭ２の像に対応する部分ＩＤ２でも、同様にエッジ部分が暗部となっている。
【００６６】
図１の制御演算系２３は、その画像信号ＳＤより、部分ＩＤ１の中心位置Ｘｄ１と、部分ＩＤ２の中心位置Ｘｄ２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Ｄｄ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３１ａ，３２ａ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、Ｄｄ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Ｄｄ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Ｄｄに対する誤差ΔＭｄ（＝Ｄｄ−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ΔＭｄが小さくなるように、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。
【００６７】
上記のコマ補正光学系１６の位置の調整後に、再度、両マークＤＭ１，ＤＭ２の像の間隔Ｍｄを計測し、この基準値Ｄｄに対する誤差ΔＭｄが許容範囲から外れていれば、再度上記の調整を行う。以上の工程をその誤差ΔＭｄ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。
【００６８】
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（Ｃ）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１４ａ，１４ｂに対するマークＤＭ１，ＤＭ２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。
【００６９】
また、図３（Ａ）の両マークＤＭ１，ＤＭ２の間隔Ｄｄは、設計値としては既知ではあるが、実際のマークの間隔Ｄｄ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、その基準となる間隔Ｄｄ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. Kanda, K. Mishima, E. Murakami and H. Ina: Proc. 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ＤＭ１，ＤＭ２の像の間隔（Ｍｄ１とする）を計測した後、ウエハ１１を１８０°回転して同じ２つのマークＤＭ１，ＤＭ２の像の間隔（Ｍｄ２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Ｄｄの代わりに採用すればよい。
【００７０】
＜Ｍｄ＞＝（Ｍｄ１＋Ｍｄ２）／２      （１３）
これによって、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ΔＭｄ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のウエハ１１上のＹ軸の一対のマーク（ＤＭ１１，ＤＭ１２）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。
【００７１】
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の調整用のウエハ１１上のＸ軸の一対のマーク（ＨＭ１，ＨＭ２）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（ＨＭ１，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、ウエハ１１の表面に、線幅ｅの細長い線状の５本の凹パターン３３ａを、所定の段差ＨｈでＸ方向にピッチＰ２で格子状に形成したパターンであり、そのピッチＰ２は、５〜２０μｍ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３５ａを、ピッチＰ２で格子状に形成したパターンである。
【００７２】
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、５０〜１００μｍ程度である。この場合、第１マークＨＭ１は、凹パターン３３ａの幅がｅで、凸パターン３３ｂの幅がｆ（＝Ｐ２−ｅ）のマークであり、第２マークＨＭ２は、凸パターン３５ａの幅がｅで、凹パターン３５ｂの幅がｆのマークであり、両マークＨＭ１，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３３ａのデューティ比と、第２マークＨＭ２の凸パターン３５ａのデューティ比とは等しく設定されている。
【００７３】
このように近接して配置された２つのマークＨＭ１，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ＨＭ１及び第２マークＨＭ２に対応する部分ＩＨ１及びＩＨ２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ＩＨ１の中心の位置Ｘｈ１、及び部分ＩＨ２の中心の位置Ｘｈ２を検出し、これらの間隔Ｍｈを求める。この場合も、その間隔Ｍｈは、図１のウエハ１１の表面から撮像面への倍率αを用いて、撮像面での間隔に１／αを乗じて得られる値である。
【００７４】
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ＨＭ１，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ＨＭ１，ＨＭ２の像の間隔Ｍｈの基準となる間隔Ｄｈに対する誤差ΔＭｈ（＝Ｄｈ−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ΔＭｈが小さくなるように、σ絞り位置調整機構５ａ，５ｂ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，ＨＭ２の像の間隔Ｍｈの誤差ΔＭｈを計測し、この誤差ΔＭｈ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。
【００７５】
上記マークＭＨ１，ＭＨ２の段差Ｈｈも、図３のマークＭＤ１，ＭＤ２の段差Ｈｄと同様に４０〜１００ｎｍ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ＳＨを得るためには、段差Ｈｈも、４０〜６０ｎｍ程度であることが望ましい。
また、第１マークＨＭ１の凹パターン３３ａのデューティ比（１００×ｅ／Ｐ２（％））、及び第２マークＨＭ２の凸パターン３５ａのデューティ比（１００×ｅ／Ｐ２（％））は、１０％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、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）、第１マークＨＭ１の凹パターン３３ａの像と第２マークＨＭ２の凸パターン３５ａ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。
【００７６】
また、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軸の一対のマーク（ＨＭ１１，ＨＭ１２）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Ｄｈ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ＨＭ１，ＨＭ２の像の間隔（Ｍｈ１とする）を計測した後、ウエハ１１を１８０°回転して同じ２つのマークＨＭ１，ＨＭ２の像の間隔（Ｍｈ２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Ｄｈの代わりに採用すればよい。
【００７７】
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１６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１６を動かしてコマ収差の調整を行うと効率的である。
【００７８】
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。
〔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１０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の調整用のウエハ１１の代わりにウエハ１１Ａが設置される。このウエハ１１Ａ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。
【００７９】
図５は、図１中でウエハ１１の代わりに設置される調整用のウエハ１１Ａを示す平面図であり、この図５において、ウエハ１１Ａ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１１Ａの表面には、内枠のマーク２７Ａと、これを囲む外枠のマーク２７Ｂ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２８Ａ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２８Ａの近傍に、その内枠のマーク２７Ａ及び外枠のマーク２７Ｂの位置関係を維持した状態で、その一対のマーク２７Ａ，２７Ｂを一体として１８０°回転した配置の内枠のマーク２７Ｃ及び外枠のマーク２７Ｄからなる第２のボックス・イン・ボックスマーク２８Ｂが形成されている。
【００８０】
図６は、図５中のボックス・イン・ボックスマーク２８Ａ，２８Ｂ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・ボックスマーク２８Ａは、それぞれ矩形の枠状の凸パターン（又は凹パターンでも可）よりなる内枠のマーク２７Ａ及び外枠のマーク２７Ｂ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２８Ｂも、それぞれ内枠のマーク２７Ａ及び外枠のマーク２７Ｂと同じ形状の内枠のマーク２７Ｃ及び外枠のマーク２７Ｄ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２８Ａにおいて、外枠のマーク２７Ｂの中心Ａに対する内枠のマーク２７Ａの中心のＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量（設計値）を（ｄＸ１，ｄＹ１）、第２のボックス・イン・ボックスマーク２８Ｂ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２７Ｃの中心のＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量（設計値）を（ｄＸ２，ｄＹ２）とすると、設計上は次の関係が成立している。
【００８１】
（ｄＸ２，ｄＹ２）＝−（ｄＸ１，ｄＹ１）      （２１）
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、例えば予め走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で高精度に計測して確認しておいてもよい。
【００８２】
この場合、それらのボックス・イン・ボックスマーク２８Ａ，２８Ｂ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（２１）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、ウエハ１１Ａ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マークＨＭ２とよりなるＸ軸の一対のマーク２５Ｘ、及びこの一対のマーク２５Ｘに近接して配置されると共に、この一対のマーク２５Ｘを１８０°回転した形状の一対のマーク２６Ｘが形成されている。即ち、一対のマーク２６Ｘは、第１マークＨＭ１及び第２マークＨＭ２を互いの位置関係を維持した状態で、一体として１８０°回転して得られる第３マークＨＭ３及び第４マークＨＭ４から構成されている。第１マークＨＭ１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ＨＭ３と第４マークＨＭ４とのＸ方向の設計上の間隔もＤｈである。
【００８３】
なお、図５では、一対のマーク２６Ｘは、一対のマーク２５Ｘ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２５Ｘ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、ウエハ１１Ａ上には、一対のマーク２５Ｘ、及び一対のマーク２６Ｘ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２５Ｙ、及び一対のマーク２６Ｙも形成されている。これらの４対のマーク２５Ｘ，２６Ｘ，２５Ｙ，２６Ｙは、一例として照明系の特性調整用として使用される。
【００８４】
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ークは、ウエハ１１Ａ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。
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ＡＸ２）の近傍に、図５のウエハ１１Ａ上の２つのボックス・イン・ボックスマーク２８Ａ及び２８Ｂの外枠のマークの中心を順次移動して、それぞれ外枠のマーク２７Ｂの中心に対する内枠のマーク２７Ａの中心の位置ずれ量（δＸ１，δＹ１）、及び外枠のマーク２７Ｄの中心に対する内枠のマーク２７Ｃの中心の位置ずれ量（δＸ２，δＹ２）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、ウエハ１１Ａ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、ウエハ１１Ａ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エハステージ、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。
【００８５】
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，２８Ｂのそれぞれの位置ずれ量の計測値の（２１）式からのずれ量（δＸ，δＹ）を次のように算出する。このずれ量（δＸ，δＹ）が、図１の位置検出装置の検出光学系のＴＩＳ(Tool Induced Shift)の一部に相当する。
δＸ＝（δＸ１＋δＸ２）／２      （２２Ａ）
δＹ＝（δＹ１＋δＹ２）／２      （２２Ｂ）
そして、制御演算系２３は、そのずれ量（δＸ，δＹ）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１７ａ，１７ｂを介してコマ補正光学系１６のＸ方向、Ｙ方向の位置を調整する。
【００８６】
その後、図１の位置検出装置の観察視野内に再び、図５のウエハ１１Ａ上の２つのボックス・イン・ボックスマーク２８Ａ及び２８Ｂ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２７Ａの中心の位置ずれ量（δＸ１，δＹ１）、及び内枠のマーク２７Ｃの中心の位置ずれ量（δＸ２，δＹ２）を計測する。そして、これらの値を（２２Ａ），（２２Ｂ）式に代入して求められるずれ量（δＸ，δＹ）が所定の許容範囲内に収まるまで、コマ補正光学系１６の位置調整及び位置ずれ量の計測を繰り返す。これによって、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。
【００８７】
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の調整用のウエハ１１Ａ上のＸ軸の２対のマーク２５Ｘ及び２６Ｘを用いる。そして、一方の一対のマーク２５Ｘ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２５Ｘ、即ちマークＨＭ１，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ＨＭ１は、ウエハ１１Ａの表面に、線幅ｅの細長い線状の５本の凹パターン３３ａを、所定の段差ＨｈでＸ方向にピッチＰ２で格子状に形成したパターンであり、そのピッチＰ２は、５〜２０μｍ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３５ａを、ピッチＰ２で格子状に形成したパターンである。
【００８８】
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、５０〜１００μｍ程度である。この場合、第１マークＨＭ１は、凹パターン３３ａの幅がｅで、凸パターン３３ｂの幅がｆ（＝Ｐ２−ｅ）のマークであり、第２マークＨＭ２は、凸パターン３５ａの幅がｅで、凹パターン３５ｂの幅がｆのマークであり、両マークＨＭ１，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３３ａのデューティ比と、第２マークＨＭ２の凸パターン３５ａのデューティ比とは等しく設定されている。
【００８９】
上記のマークＭＨ１，ＭＨ２の段差Ｈｈは、４０〜１００ｎｍ程度であることが望ましい。これは良好なコントラスト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、４０〜６０ｎｍ程度であることが望ましい。
また、第１マークＨＭ１の凹パターン３３ａのデューティ比（１００×ｅ／Ｐ２（％））、及び第２マークＨＭ２の凸パターン３５ａのデューティ比（１００×ｅ／Ｐ２（％））は、１０％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、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）、第１マークＨＭ１の凹パターン３３ａの像と第２マークＨＭ２の凸パターン３５ａ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。
【００９０】
このように近接して配置された２つのマークＨＭ１，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ＨＭ１及び第２マークＨＭ２に対応する部分ＩＨ１及びＩＨ２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ＩＨ１の中心の位置Ｘｈ１、及び部分ＩＨ２の中心の位置Ｘｈ２を検出し、これらの間隔Ｍｈ１を求める。その間隔Ｍｈ１は、図１のウエハ１１Ａの表面から撮像面への倍率αを用いて、撮像面での間隔に１／αを乗じて得られる値である。
【００９１】
次に、図５のＸ軸の他方の一対のマーク２６Ｘ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ＨＭ３の像の中心と第４マークＨＭ４の像の中心とのＸ方向の間隔をウエハ１１Ａ上での長さに換算した間隔Ｍｈ２を求める。
その後、図１の制御演算系２３は、２対のマーク２５Ｘ，２６Ｘのそれぞれの間隔の計測値の理想状態からのずれ量δＭＸを次のように算出する。このずれ量δＭＸが、図１の位置検出装置の照明系のＴＩＳ(Tool Induced Shift)の一部に相当する。
【００９２】
δＭＸ＝（Ｍｈ１−Ｍｈ２）／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δＭＸ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ＨＭ１，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、計測されるずれ量δＭＸは、許容範囲を超えて大きくなる。
【００９３】
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δＭＸ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、そのずれ量δＭＸの絶対値が小さくなるように、σ絞り位置調整機構５ａ，５ｂ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２５Ｘ，２６Ｘのそれぞれの像の間隔Ｍｈ１，Ｍｈ２を計測し、これらを（２３）式に代入してずれ量δＭＸを求め、このずれ量δＭＸ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。
【００９４】
また、上記のＸ方向に関する調整と同様に、図５のウエハ１１Ａ上のＹ軸の２対のマーク２５Ｙ，２６Ｙ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、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。
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１６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１６を動かしてコマ収差の調整を行うと効率的である。
【００９５】
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、残存コマ収差及び／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。
【００９６】
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つき図８〜図１０を参照して説明する。
まず、図８（Ａ）は、図５のＸ軸の２対のマーク２５Ａ，２６Ｘ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（Ａ）において、１組のマーク２５ＸＡ及び２６Ｘはそれぞれ図５のマーク２５Ｘ及び２６Ｘと同じ形状、及び位置関係のマークであり、これらのマークの近傍に、それぞれ第１マークＨＭ１、及び第２マークＨＭ２と同じ形状で位置関係の第５マークＨＭ５、及び第６マークＨＭ６よりなる１組のマーク２５ＸＢ（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２５ＸＡ内の間隔Ｍｈ１、及び中央のマーク２６Ｘ内の間隔Ｍｈ２を計測して、（２３）式よりずれ量δＭＸ（これをδＭＸ１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２５ＸＢ内の間隔Ｍｈ３、及び中央のマーク２６Ｘ内の間隔Ｍｈ２を計測して、（２３）式のＭｈ１の代わりにＭｈ３を代入してずれ量δＭＸ（これをδＭＸ２とする）を求める。そして、例えばこれらのずれ量δＭＸ１，δＭＸ２を平均化したずれ量を新たにずれ量δＭＸ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。
【００９７】
また、この例でも、図８（Ｂ）に示すように、３対のマーク２５ＸＡ，２６Ｘ，２５ＸＢ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、調整用のウエハ１１Ｂ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ＤＭ１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１８０°回転した形状の一対のマーク３０Ｘとが近接して形成されている。即ち、第１マークＤＭ１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３０Ｘは、それらのマークＤＭ１及びＤＭ２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。
【００９８】
更に、２対のマーク２９Ｘ及び３０Ｘを９０°回転した形状のＹ軸の２対のマーク２９Ｙ，３０Ｙも形成されている。なお、この例でも、Ｘ軸の２対のマーク２９Ｘ，３０Ｘ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２９Ｘ’及び３０Ｘ’で示すように、Ｙ方向に配列してもよい。
本例でも、まず図９のＸ軸の一方の一対のマーク２９Ｘが図１の位置検出装置の観察視野内に移動される。
【００９９】
図１０（Ａ）は、図９に示すＸ軸の一方の一対のマーク２９Ｘを示す拡大平面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の断面図であり、第１マークＤＭ１は、ウエハ１１Ｂの表面に、線幅ａの細長い５本の線状の凹パターン３１ａ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、５〜２０μｍ程度である。また、第２マークＤＭ２も同様に、ウエハ１１Ｂの表面に、線幅ｃの細長い５本の線状の凹パターン３２ａ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ＤＭ１の中心と第２マークＤＭ２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、５０〜１００μｍ程度である。
【０１００】
また、各マークＤＭ１，ＤＭ２の段差（深さ）Ｈｄは、４０〜１００ｎｍ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１００ｎｍ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Ｈｄは、４０〜６０ｎｍであることが望ましい。
【０１０１】
そして、本例では第１マークＤＭ１の凹パターン３１ａの幅ａと凸パターン３１ｂ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３２ａの幅ｃと凸パターン３２ｂの幅ｄ（ｃ＋ｄ＝Ｐ）との比率（ｃ：ｄ、又はｃ／ｄ）とは異なっている。言い換えると、第１マークＤＭ１の凹パターン３１ａの幅ａのピッチＰに対するデューティ比（１００×ａ／Ｐ（％））と、第２マークＤＭ２の凹パターン３２ａの幅ｃのピッチＰに対するデューティ比（１００×ｃ／Ｐ（％））とは異なっている。一例として、本例では、第１マークＤＭ１の凹パターン３１ａのデューティ比は５０％に設定され、凹パターン３１ａの幅ａと凸パターン３１ｂの幅ｂとの比率は、以下のように設定されている。
【０１０２】
ａ：ｂ＝１：１、又はａ／ｂ＝１        （２４）
一方、第２マークＤＭ２の凹パターン３２ａのデューティ比は１０％程度に設定され、凹パターン３２ａの幅ｃと凸パターン３２ｂ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＝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ＤＭ１，ＤＭ２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１０（Ｃ）の画像信号ＳＤとする。なお、この画像信号ＳＤは、図１０（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。
【０１０３】
図１０（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のウエハ１１Ａ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１／αを乗じて得られる位置を表している。図１０（Ｃ）の画像信号ＳＤにおいて、第１マークＤＭ１の像に対応する部分ＩＤ１では、第１マークＤＭ１のエッジ部分が暗部となり、第２マークＤＭ２の像に対応する部分ＩＤ２でも、同様にエッジ部分が暗部となっている。
【０１０４】
図１の制御演算系２３は、その画像信号ＳＤより、部分ＩＤ１の中心位置Ｘｄ１と、部分ＩＤ２の中心位置Ｘｄ２との間隔Ｍｄ１を求める。この間隔Ｍｄ１は、検出用の光学系に収差の無い状態では、図１０（Ａ）の設計上の間隔Ｄｄ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３１ａ，３２ａ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Ｍｄ１は、Ｄｄとは一致しない。
【０１０５】
次に、図９のＸ軸の他方の一対のマーク３０Ｘを図１の位置検出装置の観察視野内に移動して、マークＤＭ３，ＤＭ４の像の間隔をウエハ上での長さに換算した値Ｍｄ２を求める。その後は、２つの間隔Ｍｄ１及びＭｄ２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１６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。
【０１０６】
なお、上記の実施の形態では、１８０°回転したマークを予め調整用のウエハ上に形成しているが、一対のマークを所定の角度θ（０°＜θ＜３６０°）回転した別の一対のマークを予めそのウエ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１８０°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４５°回転させた一対の第３マーク及びこれを１８０°回転させた一対の第４マークとをウエ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１３５°回転させた一対の第５マーク、及びこれを１８０°回転させた一対の第６マークを更にウエ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マークを用いると、計測対象とする光学特性につきサジタル方向（Ｓ方向）及びメリジオナル方向（Ｍ方向）の各成分の特性も検出することが可能となる。
【０１０７】
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１８０°）回転させた一対の第２マークをウエハ上に形成するが、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マーク（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。
【０１０８】
また、上記の実施の形態では、調整用のウエハ上に調整用のマークを形成しているが、ＸＹ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１１〜図１３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の調整用のウエハ１１の代わりにウエハ１１Ｃが設置される。このウエハ１１Ｃ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、本例の調整用のウエハ１１Ｃ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。
【０１０９】
図１１は、図１中のウエハ１１の代わりに設置される調整用のウエハ１１Ｃを示す平面図であり、この図１１において、ウエハ１１Ｃ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１１Ｃ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ＤＭ２１〜第３マークＤＭ２３よりなるＸ軸の第１の評価用マークＤＸ、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ＤＭ３１〜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ＤＭ２２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、評価用マークＤＸ，ＤＹは検出用の光学系の特性調整用として使用される。
【０１１０】
また、ウエハ１１Ｃ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ＨＭ２１〜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ＨＭ３１〜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ＨＭ２２の両端に凹部と凸部との関係を反転した形状のマークＨＭ２１，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。
【０１１１】
これらの凹凸の格子状マークは、ウエハ１１Ｃ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１２（Ａ）は、図１１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１２（Ｂ）は図１２（Ａ）の断面図であり、中央のマークＤＭ２２は、ウエハ１１Ｃの表面に、線幅ｃの細長い３本の線状の凹パターン４２ｃ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５〜２０μｍ程度である。また、マークＤＭ２２を挟むようにマークＤＭ２１及びＤＭ２３が形成されており、マークＤＭ２１も同様に、ウエハ１１Ｃの表面に、線幅ａの細長い３本の線状の凹パターン４１ａ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ＤＭ２１と同一である。
【０１１２】
そして、計測方向（Ｘ方向）において、マークＤＭ２１の中心とマークＤＭ２２の中心との間隔、及びマークＤＭ２２の中心とマークＤＭ２３の中心との間隔は、それぞれ設計値でＤｄに設定されている。この間隔Ｄｄは４０〜６０μｍ程度である。これによって、設計上でマークＤＭ２２の中心は、両側のマークＤＭ２１，ＤＭ２３の中心に計測方向で合致していることになる。
【０１１３】
また、各マークＤＭ２１〜ＤＭ２３の段差（深さ）Ｈｄは、５０〜１００ｎｍ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１００ｎｍ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。
【０１１４】
そして、本例では一方の端部のマークＤＭ２１（他方の端部のマークＤＭ２３も同様）の凹パターン４１ａの幅ａと凸パターン４１ｂの幅ｂ（ａ＋ｂ＝Ｐ）との比率（ａ：ｂ、又はａ／ｂ）と、中央のマークＤＭ２２の凹パターン４２ｃの幅ｃと凸パターン４２ｄの幅ｄ（ｃ＋ｄ＝Ｐ）との比率（ｃ：ｄ、又はｃ／ｄ）とは異なっている。一例として、本例では、マークＤＭ２１，ＤＭ２３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。
【０１１５】
ａ：ｂ＝１：１、又はａ／ｂ＝１        （３１）
一方、中央のマークＤＭ２２の凹パターンの幅ｃはピッチＰの１０％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＝１：９、又はｃ／ｄ＝１／９    （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ＤＭ２１，ＤＭ２２，ＤＭ２３からなる評価用マークを、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１２（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。
【０１１６】
図１２（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のウエハ１１Ｃの表面から撮像素子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１／αを乗じて得られる位置を表している。図１２（Ｃ）の画像信号ＳＤにおいて、両端のマークＤＭ２１，ＤＭ２３の像に対応する部分ＩＤ２１，ＩＤ２３では、各エッジ部分が暗部となり、中央のマークＤＭ２２の像に対応する部分ＩＤ２２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。
【０１１７】
図１の制御演算系２３は、その画像信号ＳＤより、部分ＩＤ２１，ＩＤ２２，ＩＤ２３の各中心位置Ｘｄ２１，Ｘｄ２２，Ｘｄ２３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Ｘｄ２４を次のように算出する。
Ｘｄ２４＝（Ｘｄ２１＋Ｘｄ２３）／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Ｘｄ２２に対する、両端のマークＤＭ２１，ＤＭ２３の平均位置Ｘｄ２４の偏差Ｍｄ（＝Ｘｄ２２−Ｘｄ２４）を相対位置関係として算出する。
【０１１８】
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Ｄ０（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、マークＤＭ２２とマークＤＭ２１，ＤＭ２３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Ｄ０とは一致しない。また、計測された偏差Ｍｄと基準値Ｄ０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Ｄ０に対する誤差ΔＭｄ（＝Ｄ０−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ΔＭｄが小さくなるように、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。
【０１１９】
上記のコマ補正光学系１６の位置の調整後に、再度、中央のマークＤＭ２２の位置と、両端のマークＤＭ２１，ＤＭ２３の平均位置との偏差Ｍｄを計測し、この偏差Ｍｄの基準値Ｄ０に対する誤差ΔＭｄを算出する。そして、誤差ΔＭｄが許容範囲から外れていれば、再度上記の調整を行う。以上の工程をその誤差ΔＭｄ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、「異比率マーク法」と呼ぶことにする。
【０１２０】
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。
【０１２１】
また、上記の基準値Ｄ０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、ウエハ１１Ｃ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Ｄ０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Ｄ０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回目の計測値とウエハ１１Ｃを１８０°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。
【０１２２】
具体的に本例では、上記のように中央のマークＤＭ２２の位置に対する、両端のマークＤＭ２１，ＤＭ２３の平均位置のＸ方向への偏差（Ｍｄ１とする）を計測した後、ウエハ１１Ｃを１８０°回転して、再び中央のマークＤＭ２２の位置に対する両端のマークＤＭ２３，ＤＭ２１の平均位置のＸ方向への偏差（Ｍｄ２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Ｄ０として採用すればよい。
【０１２３】
Ｄ０＝（Ｍｄ１＋Ｍｄ２）／２      （３４）
これによって、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ΔＭｄを高精度に検出することができる。
但し、そのように、ウエハ１１Ｃを１８０°回転して基準値（真値）を計測する方法においては、ウエハ１１Ｃ上の評価用マーク自体も１８０°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１８０°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１２に示した如き対称性を有しているので、回転前及び１８０°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Ｄ０を計測することが可能である。
【０１２４】
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１１のウエハ１１Ｃ上のＹ軸の第１の評価用マークＤＹの各マークＤＭ３１〜ＤＭ３３の像の位置を検出し、中央のマークＤＭ２２の像の中心に対する両端のマークＤＭ３１，ＤＭ３３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。
【０１２５】
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１１の調整用のウエハ１１Ｃ上のＸ軸の第２の評価用マークＨＸを用いる。
図１３（Ａ）は、図１１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１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の断面図であり、中央のマーク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４４ｅを、ピッチＰ２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Ｐ２は５〜２０μｍ程度である。
【０１２６】
そして、マークＨＭ２２をＸ方向に挟み込むように、同一形状のマークＨＭ２１，ＨＭ２３が形成され、マークＨＭ２１は、ウエハ１１Ｃの表面に線幅ｅの細長い線状の２本の凹パターン４３ｅを、所定の段差ＨｈでＸ方向にピッチＰ２で格子状に形成したパターンである。即ち、端部のマークＨＭ２１（他方のマークＨＭ２３も同様）は、凹パターン４３ｅの幅がｅで凸パターン４３ｆの幅がｆ（＝Ｐ２−ｅ）のマークであり、中央のマークＨＭ２２は、凸パターン４４ｅの幅がｅで凹パターン４４ｆ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、両端のマークＨＭ２１，ＨＭ２３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ーティ比とは互いに等しく設定されている。
【０１２７】
また、両端のマークＨＭ２１，ＨＭ２３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Ｐ２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ＨＭ２１の中心とマークＨＭ２２の中心との間隔、及びマークＨＭ２２の中心とマークＨＭ２３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４０〜６０μｍ程度である。この場合にも設計上で、マークＨＭ２２の中心は、両側のマークＨＭ２１，ＨＭ２３の中心に計測方向で合致していることになる。
【０１２８】
このように近接して配置された３つのマークＨＭ２１，ＨＭ２２，ＨＭ２３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１３（Ｃ）の画像信号ＳＨとする。仮に図１３（Ａ）の幅ｅが狭いものとすると、図１３（Ｃ）の画像信号ＳＨにおいて、両側のマークＨＭ２１，ＨＭ２３に対応する部分ＩＨ２１，ＩＨ２３では、凹パターンの部分が暗部となり、中央のマークＨＭ２２に対応する部分ＩＨ２２では、凸パターンに対応する部分が暗部となる。
【０１２９】
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ＳＨの部分ＩＨ２１，ＩＨ２２，ＩＨ２３の中心の位置Ｘｈ２１，Ｘｈ２２，Ｘｈ２３を検出し、更に両端のマークの平均位置Ｘｈ２４（＝（Ｘｈ２１＋Ｘｈ２３）／２）を算出する。次に、中央のマークＨＭ２２の位置Ｘｈ２２に対する両端のマークＨＭ２１，ＨＭ２３の中心の位置Ｘｈ２４の偏差Ｍｈを相対位置関係として求める。
【０１３０】
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Ｈ０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Ｈ０に対する誤差ΔＭｈ（＝Ｈ０−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ΔＭｈが小さくなるように、σ絞り位置調整機構５ａ，５ｂ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ΔＭｈを計測し、この誤差ΔＭｈ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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
ところで、上記マークＨＭ２１，ＨＭ２２，ＨＭ２３の段差Ｈｈは３０〜６０ｎｍ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。
【０１３３】
また、両側のマークＨＭ２１，ＨＭ２３の凹パターンの幅ｅ、及び中央のマークＨＭ２２の凸パターンの幅ｅは、ピッチＰ２の５〜１０％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Ｐ２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ＨＭ２１，ＨＭ２３の凹パターンの像と中央のマークＨＭ２２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。
【０１３４】
また、上記のＸ方向に関する調整と同様に、図１１のウエハ１１Ｃ上のＹ軸の第２の評価用マークＨＹの像の位置関係を計測することで、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１３の場合にも、中央のマークＨＭ２２に対する両側のマークＨＭ２１，ＨＭ２３の偏差Ｍｈの基準値Ｈ０の実際の値を計測することが望ましい。このためには、図１２の場合と同様に、図１３（Ａ）のマークＨＭ２２に対するマークＨＭ２１，ＨＭ２３の偏差（Ｍｈ１とする）を計測した後、ウエハ１１Ｃを１８０°回転して同じくマークＨＭ２２に対するマークＨＭ２３，ＨＭ２１の偏差（Ｍｈ２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Ｈ０として採用すればよい。
【０１３５】
なお、評価用マークとしては、図１２、図１３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１２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，ＤＭ２３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５〜１０％程度のマークの代わりに、凸部の幅のデューティ比が５〜１０％程度のマーク（凸マーク）を使用してもよい。
【０１３６】
同様に、図１３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ＤＭ２１，ＤＭ２２，ＤＭ２３，ＨＭ２１，ＨＭ２２，ＨＭ２３を構成する凹パターン（又は凸パターン）の本数も図１２、図１３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つために、各両端のマークの凹パターン（又は凸パターン）の本数は等しいことが望ましい。即ち、図１２のマークＤＭ２１，ＤＭ２３を構成する凹パターンの本数は互いに等しく、図１３のマークＨＭ２１，ＨＭ２３を構成する凹パターンの本数は等しいことが望ましい。
【０１３７】
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１６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１６を動かしてコマ収差の調整を行うと効率的である。
【０１３８】
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。
【０１３９】
なお、前述した第３の実施の形態でも、ウエハ１１Ｃを１８０°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（ＤＸ，ＤＹ，ＨＸ，ＨＹ）を所定角度（例えば１８０°）回転させた別の評価用マークを更にウエハ１１Ｃ上に形成しておくようにしてもよい。これにより、ウエハ１１Ｃを回転させることなく、０°及び１８０°でそれぞれ検出される偏差の平均値（Ｄ０，Ｈ０）を得ることが可能となる。
【０１４０】
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ー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組のマーク群、及びこれを９０°回転させたもう１組のマーク群を用いて、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４５°及び１３５°回転させた２組のマーク群をウエハ上に更に形成しておき、サジタル方向（Ｓ方向）及びメリジオナル方向（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。
【０１４１】
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１４及び図１５を参照して説明する。
図１４は本例で使用される投影露光装置を示し、この図１４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β（β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。
【０１４２】
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１４の紙面に平行にＸ軸を取り、図１４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。
【０１４３】
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ＸＹ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５９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。
【０１４４】
図１４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６５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。
【０１４５】
なお、アライメント信号処理系６４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４−６５６０３号公報及びこれに対応する米国特許第５，４９３，４０３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。
【０１４６】
また、図１５（ａ）に示すように、ウエハＷ上の各ショット領域３６にはそれぞれアライメント用の２次元のウエハマーク３８が形成され、ウエハマーク３８は、凹凸のパターンを一定ピッチでＹ方向に形成したＹ軸のウエハマーク３７Ｙと、このウエハマーク３７Ｙ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軸のウエハマーク３７Ｘ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つ以上のウエハマーク３８を形成しておいてもよい。また、検出対象のウエハマークは、図１５（ｂ）に示すように、ウエハ上の各ショット領域に独立に付設された１次元のウエハマーク４０Ｘ，４０Ｙであってもよい。前者のＸ軸のウエハマーク４０Ｘは、凹凸のパターンをＸ方向に一定ピッチで形成したマークであり、後者のＹ軸のウエハマーク４０Ｙは、凹凸のパターンをＹ方向に一定ピッチで形成したマークである。
【０１４７】
図１４において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。その後、アライメントセンサ６３を介して図２の照明系の特性調整用の２対のマーク（ＨＭ１，ＨＭ２）、及びマーク（ＨＭ１１，ＨＭ１２）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、アライメントセンサ６３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（ＤＭ１，ＤＭ２）、及びマーク（ＤＭ１１，ＤＭ１２）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１６の位置を調整する。
【０１４８】
また、同様の調整を図１１の調整用のウエハ１１Ｃを用いて行うこともできる。この場合には、まず試料台５８上に不図示のウエハローダ系を介して図１１の調整用のウエハ１１Ｃを載置する。その後、アライメントセンサ６３を介して図１１の照明系の特性調整用の２つの評価用マーク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σ絞り３の位置を調整する。その後、アライメントセンサ６３を介して図１１の検出用の光学系の特性調整用の２つの評価用マークＤＸ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１６の位置を調整すればよい。更に、図５の調整用のウエハ１１Ａのマーク２５Ｘ，２６Ｘ，２５Ｙ，２６Ｙ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のウエハ１１Ａのマーク２８Ａ，２８Ｂの像の位置関係、又は図９のウエハ１１Ｂのマーク２９Ｘ，３０Ｘ，２９Ｙ，３０Ｙ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。
【０１４９】
その後、図１４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）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。
【０１５０】
なお、基準マーク部材６５の構成、及びレチクルアライメントやベースライン量の計測などについては、例えば日本国特開平４−３２４９２３号公報及びこれに対応する米国特許第５，２４３，１９５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。
【０１５１】
また、図１中に示したσ絞り３、及び絞り１８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ターレット板に設け、ウエハＷ上のアライメントマーク（例えばウエハマーク３８）の形成条件（段差量、ピッチ、形状など）、アライメントマークが形成されるウエハＷ上のレイアの種類（反射率など）、及びレジスト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、ウエハマーク３８を暗視野方式で検出するために、絞り１８をウエハから発生する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１８を位相差板に交換してもよい。また、絞り１８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、ウエハマーク３８を輪帯照明するようにしてもよい。このような構成のアライメントセンサ６３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に示したウエハ１１をウエハステージ５９上にローディングして、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アライメントセンサは、例えば日本国特開平８−３０６６０９号公報や日本国特開平８−３２７３１８号公報、及びこれらに対応する米国特許第５，７０６，０９１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。
【０１５２】
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１４に示した投影露光装置内のウエハステージ５９にウエハ１１，１１Ａ〜１１Ｃの何れかをローディングするとき、ウエハステージ５９の座標系（即ち、干渉計６１によって規定される直交座標系）に対するウエ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、ウエハの切り欠き（ノッチなど）及びそれ以外の周縁部を検出して、ウエハ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）となるようにウエハとウエハステージとを相対移動してからウエハホルダで吸着保持する。なお、ウエハのプリアライメント機構は、例えば日本国特開平７−２８８２７６号公報及びこれに対応する米国出願第３９１，６４８号（出願日：１９９５年２月２１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。
【０１５３】
また、図１４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１４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。
【０１５４】
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５〜１５ｎｍ程度）、例えば波長１３．４ｎｍ又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（Extreme UltraViolet)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。
【０１５５】
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、露光用照明光として、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（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。
【０１５６】
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５，７８８，２２９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。
【０１５７】
次に、図１６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・ボックスマークにおける、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）の形成が行われたウエハＷは、試料台７１により吸着保持され、試料台７１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７１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７３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ステージ７２を介して試料台７１の位置決めを行う。また、試料台７１には被検物としてのウエハ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。
【０１５８】
また、ウエハ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７４が配置され、位置検出装置７４の撮像素子２２の画像信号が制御演算系７３に供給されている。制御演算系７３も、図１の制御演算系２３の機能に加えて、検出対象の２つのウエ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７１上にウエハＷの代わりに図２の調整用のウエハ１１、又は図１１の調整用のウエハ１１Ｃ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７１上にウエハＷを載置して、制御演算系７３が、ＸＹステージ７２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７４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。
【０１５９】
なお、重ね合わせ誤差測定装置では検出すべき２つのウエハマークが互いに異なるレイアに形成されるため、位置検出装置７４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つのウエ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２２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つのウエハマークの位置の差に応じて、例えば試料台７１を対物レンズ群１０の光軸方向に移動する、あるいは撮像素子２２を結像光学系の光軸方向に移動することが望ましい。
【０１６０】
更に、図１４の投影露光装置、又は図１６の重ね合わせ誤差測定装置には、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、又は位置検出装置７４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、又は位置検出装置７４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。同様に、上記の実施の形態に示した調整、即ち、例えば図２に示したウエハ１１上の各マークの間隔計測中も、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。
【０１６１】
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。ＴＴＬ方式の焦点位置検出系を有するアライメントセンサは、例えば日本国特開平７−３２１０３０号公報及びこれに対応する米国特許第５，７２１，６０５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エハ上のマークに照射されるようになっているが、ウエハ上でそのマークが形成される領域以外、例えばウエハ上のストリートライン（スクライブライン）に検出用ビームを照射するようにしてもよい。
【０１６２】
また、アライメントセンサ６３や位置検出装置７４では、ウエハ１１，１１Ａ〜１１Ｃ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。しかしながら、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。なお、指標マーク用の照明系を有するアライメントセンサは、例えば日本国特開平４−２７３２４６号公報や日本国特開平５−４１３４３号公報、及びこれらに対応する米国出願第８４１，８３３号（出願日：１９９２年２月２６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。
【０１６３】
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ウエハ１１，１１Ａ〜１１Ｃ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１４の投影露光装置や図１６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１４の投影露光装置や図１６の重ね合わせ誤差測定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。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ＸＹ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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
また、本発明は、投影露光装置のア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ャ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（ＡＦＭ）等を用いた走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope ）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。
【０１６７】
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１９９８年２月９日付け提出の日本国特許出願第１０−２７４７４号、１９９８年２月１６日付け提出の日本国特許出願第１０−３２７８８号、並びに１９９８年３月３１日付け提出の日本国特許出願第１０−８５８５８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。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
本発明の測定方法又は調整方法によれば、特性計測用のマークを容易に正確に形成できる。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ア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イスを高い歩留りで量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６９】
【図１】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】その実施の形態で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】図２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５】本発明の第２の実施の形態で調整用に使用されるウエハ上の複数対の被検マークを示す平面図である。
【図６】図５中の２対のボックス・イン・ボックスマーク２８Ａ，２８Ｂを示す拡大平面図である。
【図７】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】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】その第２の実施の形態で調整用に使用できる別のウエハ上の複数対の被検マークを示す平面図である。
【図１０】図９中の一対のマーク２９Ｘ、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１１】本発明の第３の実施の形態で調整用に使用されるウエハ上の複数の評価用マークを示す平面図である。
【図１２】図１１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１３】図１１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１４】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。
【図１５】（ａ）は図１４中のアライメントセンサで検出対象となるウエハマークの一例を示す平面図、（ｂ）はそのアライメントセンサで検出対象となるウエハマークの他の例を示す平面図である。
【図１６】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。
【符号の説明】
【０１７０】
１…光源、３…σ絞り（照明系の開口絞り）、４ａ，４ｂ…保持部材、５ａ，５ｂ…σ絞り位置調整機構、１０…対物レンズ群、１１…調整用のウエハ、１３…指標板、１６…コマ補正光学系、１６ａ，１６ｂ…保持部材、１７ａ，１７ｂ…コマ補正光学系調整機構、１８…開口絞り、２２…撮像素子、２３…制御演算系、ＤＭ１，ＤＭ２…検出用の光学系の特性調整用のマーク、ＨＭ１，ＨＭ２…照明系の特性調整用のマーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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