(57)【要約】【課題】位置検出用二次元マークを検出する際の位置検出装置の検出視野とほぼ同じ視野部分の光学状態を高精度に検査することのできる検査方法。【解決手段】検査用マーク（ＣＭ）は、その中心（Ｏ）から所定距離だけ間隔を隔てて配置された第１パターン（ＣＭ１）と第２パターン（ＣＭ２）とを備えている。第１パターンおよび第２パターンは、構造形態の異なる基準パターンと計測パターンとを有する。位置検出装置により、基準パターンの位置および計測パターンの位置を検出し、検出した基準パターンの位置と計測パターンの位置との相対関係に基づいて位置検出装置の光学状態を検査する。【選択図】　図３
2004134474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査用マークが形成された検査用基板を用いて位置検出装置の光学状態を検査する方法において、
前記検査用マークは、前記検査用マークの中心から第１方向に沿って所定距離だけ間隔を隔てて配置されて前記第１方向に周期性を有する第１パターンと、前記中心から前記第１方向と直交する第２方向に沿って前記所定距離だけ間隔を隔てて配置されて前記第２方向に周期性を有する第２パターンとを備え、
前記第１パターンは、第１基準パターンと、該第１基準パターンと構造形態の異なる第１計測パターンとを有し、
前記第２パターンは、第２基準パターンと、該第２基準パターンと構造形態の異なる第２計測パターンとを有し、
前記位置検出装置により、前記第１基準パターンの位置、前記第１計測パターンの位置、前記第２基準パターンの位置、および前記第２計測パターンの位置を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出した前記第１基準パターンの位置と前記第１計測パターンの位置との相対関係および前記第２基準パターンの位置と前記第２計測パターンの位置との相対関係に基づいて前記位置検出装置の光学状態を検査する検査工程とを含むことを特徴とする検査方法。
【請求項２】
前記第１基準パターンと前記第１計測パターンとの間および前記第２基準パターンと前記第２計測パターンとの間において、ライン部のピッチ方向に沿った幅寸法が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
【請求項３】
前記第１基準パターンと前記第１計測パターンとの間および前記第２基準パターンと前記第２計測パターンとの間において、一方が段差パターンであり他方が明暗パターンであることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
【請求項４】
前記第１基準パターンおよび前記第２基準パターンは、凸部と凹部との段差が比較的大きく設定された高段差パターンであり、
前記第１計測パターンおよび前記第２計測パターンは、凸部と凹部との段差が比較的小さく設定された低段差パターンであることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
【請求項５】
前記第１基準パターンおよび前記第２基準パターンは、ライン部およびスペース部がパターンのピッチ方向に関してそれぞれ対称に形成された対称パターンであり、
前記第１計測パターンおよび前記第２計測パターンは、ライン部およびスペース部がパターンのピッチ方向に関してそれぞれ非対称に形成された非対称パターンであることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
【請求項６】
前記第１基準パターン、前記第１計測パターン、前記第２基準パターンおよび前記第２計測パターンのうちの少なくとも１つのパターンにおいて、各ライン部は少なくとも２本のセグメントラインを有することを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
【請求項７】
前記第１基準パターンおよび前記第２基準パターンにおいて、ライン部のピッチ方向に沿った幅寸法とスペース部のピッチ方向に沿った幅寸法とがほぼ等しいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の検査方法により得られた検査結果に基づいて光学調整された光学系を備えていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の検査方法により得られた検査結果に基づいて位置検出結果を補正することを特徴とする位置検出装置。
【請求項１０】
マスク上に形成された所定のパターンを感光性基板上に転写するための露光装置において、
前記感光性基板の位置を検出するための請求項８または９に記載の位置検出装置を備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
マスク上に形成された所定のパターンを感光性基板上に転写するための露光方法において、
請求項８または９に記載の位置検出装置を用いて、前記感光性基板の位置を検出することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置検出装置の検査方法、位置検出装置、露光装置、および露光方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスを製造するリソグラフィ工程で用いる露光装置に搭載される位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体素子等のデバイスの製造に際して、感光材料の塗布されたウェハ（またはガラスプレート等の基板）上に複数層の回路パターンを重ねて形成する。このため、回路パターンをウェハ上に露光するための露光装置には、マスクのパターンと既に回路パターンの形成されているウェハの各露光領域との相対位置合わせ（アライメント）を行うためのアライメント装置が備えられている。近年、回路パターンの線幅の微細化に伴い、高精度のアライメントが必要とされるようになってきている。
【０００３】
従来、この種のアライメント装置として、特開平４−６５６０３号公報、特開平４−２７３２４６号公報等に開示されているように、オフ・アクシス方式で且つ撮像方式のアライメント装置が知られている。この撮像方式のアライメント装置の検出系は、ＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｉｍａｇｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系の位置検出装置とも呼ばれている。ＦＩＡ系の位置検出装置では、ハロゲンランプ等の光源から射出される波長帯域幅の広い光で、ウェハ上のアライメントマーク（ウェハマーク）を照明する。そして、結像光学系を介してウェハマークの拡大像を撮像素子上に形成し、得られた撮像信号を画像処理することによりウェハマークの位置検出を行う。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−６５６０３号公報
【特許文献２】
特開平４−２７３２４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の位置検出装置において、たとえばコマ収差が結像光学系に残存していると、撮像面上に形成されるウェハマーク像は理想結像の場合に比べて位置ずれして検出されるため、位置検出誤差が発生し易い。また、製造誤差などにより結像光学系の光軸に対して結像開口絞りが位置ずれ（以下、「光軸ずれ」という）している場合にも、ウェハマーク像が非対称に歪むため、位置検出誤差が発生し易い。そこで、所定のパターンが形成された検査用基板を用いて位置検出装置の結像光学系に残存するコマ収差や光軸ずれを検査し、検査結果に基づいて結像光学系を光学調整したり位置検出結果を補正したりする技術が知られている。
【０００６】
ところで、従来のウェハマークとして、ウェハのＸ方向に沿った位置を検出するためのＸ方向一次元マークと、ウェハのＹ方向に沿った位置を検出するためのＹ方向一次元マークとが独立的に形成されていた。ここで、Ｘ方向一次元マークはＸ方向に沿って周期性を有するＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）パターンであり、Ｙ方向一次元マークはＹ方向に沿って周期性を有するＬ／Ｓパターンである。
【０００７】
この場合、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ周期性を有する互いに独立した２つの一次元マークにより位置検出用マークとしてのウェハマークを構成しているので、Ｘ方向一次元マークとＹ方向一次元マークとを位置検出装置の検出視野内に同時に捕らえることができない。その結果、Ｘ方向一次元マークからの光を光電検出してウェハのＸ方向に沿った位置を検出した後に、Ｙ方向一次元マークからの光を光電検出してウェハのＹ方向に沿った位置を検出する必要があり、位置検出のスループットが低かった。
【０００８】
そこで、位置検出のスループットを向上させる（位置検出時間を短縮する）ための位置検出用マークとして、Ｘ方向およびＹ方向に周期性を有する二次元マークが種々提案されている。このような二次元マークからなる位置検出用マークを用いる場合、位置検出装置の検査に際して、位置検出用二次元マークを検出する視野とほぼ同じ視野部分の光学状態を高精度に検査することが必要になる。
【０００９】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、位置検出用二次元マークを検出する際の位置検出装置の検出視野とほぼ同じ視野部分の光学状態を高精度に検査することのできる検査方法を提供することを目的とする。また、本発明の検査方法により得られる検査結果に基づいて光学調整または補正された高精度な位置検出装置を提供することを目的とする。さらに、本発明の高精度な位置検出装置を用いて、たとえば投影光学系に対してマスクと感光性基板とを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、検査用マークが形成された検査用基板を用いて位置検出装置の光学状態を検査する方法において、
前記検査用マークは、前記検査用マークの中心から第１方向に沿って所定距離だけ間隔を隔てて配置されて前記第１方向に周期性を有する第１パターンと、前記中心から前記第１方向と直交する第２方向に沿って前記所定距離だけ間隔を隔てて配置されて前記第２方向に周期性を有する第２パターンとを備え、
前記第１パターンは、第１基準パターンと、該第１基準パターンと構造形態の異なる第１計測パターンとを有し、
前記第２パターンは、第２基準パターンと、該第２基準パターンと構造形態の異なる第２計測パターンとを有し、
前記位置検出装置により、前記第１基準パターンの位置、前記第１計測パターンの位置、前記第２基準パターンの位置、および前記第２計測パターンの位置を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出した前記第１基準パターンの位置と前記第１計測パターンの位置との相対関係および前記第２基準パターンの位置と前記第２計測パターンの位置との相対関係に基づいて前記位置検出装置の光学状態を検査する検査工程とを含むことを特徴とする検査方法を提供する。
【００１１】
第１形態の好ましい態様によれば、前記第１基準パターンと前記第１計測パターンとの間および前記第２基準パターンと前記第２計測パターンとの間において、ライン部のピッチ方向に沿った幅寸法が互いに異なる。あるいは、前記第１基準パターンと前記第１計測パターンとの間および前記第２基準パターンと前記第２計測パターンとの間において、一方が段差パターンであり他方が明暗パターンであることが好ましい。
【００１２】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１基準パターンおよび前記第２基準パターンは、凸部と凹部との段差が比較的大きく設定された高段差パターンであり、前記第１計測パターンおよび前記第２計測パターンは、凸部と凹部との段差が比較的小さく設定された低段差パターンである。あるいは、前記第１基準パターンおよび前記第２基準パターンは、ライン部およびスペース部がパターンのピッチ方向に関してそれぞれ対称に形成された対称パターンであり、前記第１計測パターンおよび前記第２計測パターンは、ライン部およびスペース部がパターンのピッチ方向に関してそれぞれ非対称に形成された非対称パターンであることが好ましい。
【００１３】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１基準パターン、前記第１計測パターン、前記第２基準パターンおよび前記第２計測パターンのうちの少なくとも１つのパターンにおいて、各ライン部は少なくとも２本のセグメントラインを有する。また、前記第１基準パターンおよび前記第２基準パターンにおいて、ライン部のピッチ方向に沿った幅寸法とスペース部のピッチ方向に沿った幅寸法とがほぼ等しいことが好ましい。
【００１４】
本発明の第２形態では、第１形態の検査方法により得られた検査結果に基づいて光学調整された光学系を備えていることを特徴とする位置検出装置を提供する。
【００１５】
本発明の第３形態では、第１形態の検査方法により得られた検査結果に基づいて位置検出結果を補正することを特徴とする位置検出装置を提供する。
【００１６】
本発明の第４形態では、マスク上に形成された所定のパターンを感光性基板上に転写するための露光装置において、前記感光性基板の位置を検出するための第２形態または第３形態の位置検出装置を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１７】
本発明の第５形態では、マスク上に形成された所定のパターンを感光性基板上に転写するための露光方法において、第２形態または第３形態の位置検出装置を用いて、前記感光性基板の位置を検出することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる検査方法の対象である位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図２は、図１の位置検出装置により位置検出すべき物体であるウェハに形成されたウェハマークの構成を模式的に示す図である。
【００１９】
本実施形態では、半導体素子を製造するための露光装置において感光性基板の位置を検出するためのＦＩＡ系の位置検出装置に対して本発明を適用している。なお、図１では、露光装置の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ０に対して平行にＺ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に垂直な方向にＹ軸がそれぞれ設定されている。
【００２０】
図示の露光装置は、適当な露光光でマスク（投影原版）としてのレチクルＲを照明するための露光用照明系ＩＬを備えている。レチクルＲはレチクルステージ３０上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されており、そのパターン領域ＰＡには転写すべき回路パターンが形成されている。レチクルＲを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板としてのウェハＷに達し、ウェハＷ上にはレチクルＲのパターン像が形成される。
【００２１】
なお、ウェハＷは、ウェハホルダ３１を介して、Ｚステージ３２上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されている。Ｚステージ３２は、ステージ制御系３４によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ０に沿ってＺ方向に駆動されるように構成されている。Ｚステージ３２はさらに、ＸＹステージ３３上に支持されている。ＸＹステージ３３は、同じくステージ制御系３４によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ０に対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に駆動されるように構成されている。
【００２２】
前述したように、露光装置では、投影露光に先立って、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡとウェハＷ上の各露光領域とを光学的に位置合わせ（アライメント）する必要がある。そこで、位置検出すべき物体であるウェハＷには、図２に模式的に示すようなウェハマーク（位置検出用マーク）ＷＭが形成されている。ウェハマークＷＭの位置を検出し、ひいてはウェハＷの位置を検出するのに、本実施形態の位置検出装置が使用される。
【００２３】
図２を参照すると、本実施形態の位置検出用マークすなわちウェハマークＷＭは、その中心Ｏ１からＸ方向に沿って所定距離だけ間隔を隔てて配置されてＸ方向に周期性を有するＸ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂと、中心Ｏ１からＹ方向に沿って所定距離だけ間隔を隔てて配置されてＹ方向に周期性を有するＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂとにより構成されている。
【００２４】
具体的には、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂは、Ｙ方向に沿って細長く延びた３本の矩形状のライン部をＸ方向に沿って所定のピッチで配列することにより構成されたＬ／Ｓパターンである。また、Ｙ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂは、Ｘ方向に沿って細長く延びた３本の矩形状のライン部をＹ方向に沿って所定のピッチで配列することにより構成されたＬ／Ｓパターンである。
【００２５】
再び図１を参照すると、本実施形態にかかる位置検出装置は、波長帯域幅の広い照明光（たとえば５３０ｎｍ〜８００ｎｍ）を供給するための光源１を備えている。光源１として、ハロゲンランプのような光源を使用することができる。光源１から供給された照明光は、リレー光学系（不図示）を介して、光ファイバーのようなライトガイド２の入射端に入射する。ライトガイド２の内部を伝搬して、その射出端から射出された照明光は、たとえば円形状の開口部（光透過部）を有する照明開口絞り３を介して制限された後、コンデンサーレンズ４に入射する。
【００２６】
コンデンサーレンズ４を介した照明光は、照明すべき物体であるウェハＷの露光面と光学的にほぼ共役に配置された照明視野絞り５を介して、照明リレーレンズ６に入射する。照明リレーレンズ６を介した照明光は、ハーフプリズム７を透過した後、第１対物レンズ８に入射する。第１対物レンズ８を介した照明光は、反射プリズム９の反射面で図中下方に（−Ｚ方向に）反射された後、ウェハＷ上に形成されたウェハマークＷＭを照明する。
【００２７】
このように、光源１、ライトガイド２、照明開口絞り３、コンデンサーレンズ４、照明視野絞り５、照明リレーレンズ６、ハーフプリズム７、第１対物レンズ８および反射プリズム９は、ウェハマークＷＭを照明するための照明光学系を構成している。照明光に対するウェハマークＷＭからの反射光（回折光を含む）は、反射プリズム９および第１対物レンズ８を介して、ハーフプリズム７に入射する。ハーフプリズム７で図中上方に（＋Ｚ方向に）反射された光は、第２対物レンズ１０を介して、指標板１１上にウェハマークＷＭの像を形成する。
【００２８】
指標板１１を介した光は、リレーレンズ系（１２，１３）を介して、撮像素子としてのＣＣＤ１４に入射する。なお、リレーレンズ系（１２，１３）の平行光路中には、結像開口絞り１５が配置されている。このように、反射プリズム９、第１対物レンズ８、ハーフプリズム７、第２対物レンズ１０、指標板１１、リレーレンズ系（１２，１３）、および結像開口絞り１５は、照明光に対するウェハマークＷＭからの反射光に基づいてマーク像を形成するための結像光学系を構成している。
【００２９】
また、ＣＣＤ１４は、結像光学系を介して形成されたマーク像を光電検出するための光電検出器を構成している。こうして、ＣＣＤ１４の撮像面には、マーク像が指標板１１の指標パターン像とともに形成される。ＣＣＤ１４からの出力信号は、信号処理系１６に供給される。さらに、信号処理系１６において信号処理（波形処理）により得られたウェハマークＷＭの位置情報は、主制御系３５に供給される。主制御系３５は、信号処理系１６からのウェハマークＷＭの位置情報に基づいて、ステージ制御信号をステージ制御系３４に出力する。
【００３０】
ステージ制御系３４は、ステージ制御信号にしたがってＸＹステージ３３を適宜駆動し、ウェハＷのアライメントを行う。主制御系３５には、たとえばキーボードのような入力手段３６を介して、照明開口絞り３に対する指令や結像開口絞り１５に対する指令が供給される。主制御系３５は、これらの指令に基づき、駆動系１７を介して照明開口絞り３を駆動したり、駆動系１８を介して結像開口絞り１７を駆動したりする。
【００３１】
また、主制御系３５は、入力手段３６を介した指令に基づいて、第２対物レンズ１０やリレーレンズ１２を駆動する。なお、本実施形態では、照明開口絞り３や結像開口絞り１５、第２対物レンズ１０やリレーレンズ１２を自動制御しているが、これらの制御を手動で行っても良い。本実施形態では、所定の検査用マークが形成された検査用基板を用いて、位置検出装置の光学状態を検査する。
【００３２】
図３は、本実施形態の検査方法で用いられる検査用基板に形成された検査用マークの構成を概略的に示す図である。図３を参照すると、本実施形態の検査用マークＣＭは、その中心ＯからＸ方向（第１方向）に沿って所定距離だけ間隔を隔てて配置されてＸ方向に周期性を有する第１パターンＣＭ１ａおよびＣＭ１ｂと、中心ＯからＹ方向（第２方向）に沿って所定距離だけ間隔を隔てて配置されてＹ方向に周期性を有する第２パターンＣＭ２ａおよびＣＭ２ｂとにより構成されている。
【００３３】
また、第１パターンＣＭ１ａおよびＣＭ１ｂは、中心Ｏを中心として外側に配置された第１基準パターンＳＰ１ａおよびＳＰ１ｂと、中心Ｏを中心として内側に配置された第１計測パターンＭＰ１ａおよびＭＰ１ｂとにより構成されている。一方、第２パターンＣＭ２ａおよびＣＭ２ｂは、中心Ｏを中心として外側に配置された第２基準パターンＳＰ２ａおよびＳＰ２ｂと、中心Ｏを中心として内側に配置された第２計測パターンＭＰ２ａおよびＭＰ２ｂとにより構成されている。
【００３４】
具体的には、第１パターンＣＭ１（ＣＭ１ａ，ＣＭ１ｂ）を構成するパターンＳＰ１ａ，ＭＰ１ａ，ＭＰ１ｂ，ＳＰ１ｂは、Ｙ方向に沿って細長く延びた３本の矩形状のライン部をＸ方向に沿って所定のピッチで配列することにより構成されたＬ／Ｓパターンである。また、第２パターンＣＭ２（ＣＭ２ａ，ＣＭ２ｂ）を構成するパターンＳＰ２ａ，ＭＰ２ａ，ＭＰ２ｂ，ＳＰ２ｂは、Ｘ方向に沿って細長く延びた３本の矩形状のライン部をＹ方向に沿って所定のピッチで配列することにより構成されたＬ／Ｓパターンである。
【００３５】
ここで、第１計測パターンＭＰ１ａおよびＭＰ１ｂは、ウェハマークＷＭのＸ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂと同じ配置および同じ構造形態を有する。また、第２計測パターンＭＰ２ａおよびＭＰ２ｂは、ウェハマークＷＭのＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂと同じ配置および同じ構造形態を有する。すなわち、検査用マークＣＭにおける計測パターンＭＰ（ＭＰ１ａ，ＭＰ１ｂ，ＭＰ２ａ，ＭＰ２ｂ）は、位置検出用マークとしてのウェハマークＷＭと一致している。
【００３６】
一方、第１基準パターンＳＰ１ａおよびＳＰ１ｂは第１計測パターンＭＰ１ａおよびＭＰ１ｂとは異なる構造形態を有し、第２基準パターンＳＰ２ａおよびＳＰ２ｂは第２計測パターンＭＰ２ａおよびＭＰ２ｂとは異なる構造形態を有する。具体的には、基準パターンＳＰ（ＳＰ１ａ，ＳＰ１ｂ，ＳＰ２ａ，ＳＰ２ｂ）と計測パターンＭＰとは、パターンの種別（段差タイプまたは明暗タイプ）、パターンの対称性、段差の大きさ、ライン部の線幅の大きさ、コントラストの大きさなどの観点について互いに異なる形態を有する。
【００３７】
ここで、段差タイプとは、凸部と凹部との繰り返しにより段差形状となっているパターンを指し、凸部および凹部を含めてマーク上の反射率はいかなるものであっても良い。すなわち、明暗差がある場合も含まれる。また、Ｓｉ（シリコン）以外の物質で形成されていてもかまわない。また、レジストのような透光性の物質がマーク上に存在していてもかまわない。その他、段差の凹部が透光性の物質で埋められているような場合も含まれる。段差タイプとは、上述した段差パターンの種類に関するものである。
【００３８】
また、明暗タイプとは、反射率の異なる物質を用いてライン部とスペース部とが構成されているものである。なお、明暗パターンを形成する際に２つの物質の領域の間に若干の段差が生じる場合もあるが、ライン部とスペース部とで反射率の異なるものを全般的に明暗パターンと呼ぶこととする。さらに、非対称なパターンとは、たとえば段差パターンの各凸部および各凹部に着目した際に、そのエッジ間の中心線に対して構造が対称でないことを意味している。たとえば表面が倒れていたり、片エッジが倒れていたり、中心線から外れた位置にくぼみや溝などがある場合である。
【００３９】
以下、本実施形態の検査用基板を用いた位置検出装置の検査方法を説明する。まず、位置検出装置における結像光学系のコマ収差の検査では、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２として、たとえば明暗パターンを用いる。また、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２として、たとえばピッチ方向に沿って凹部の幅が凸部の幅よりも実質的に小さい（具体的には凸部の幅が凹部の幅の５倍以上であることが好ましい）、いわゆる細溝の段差パターンを用いる。ここで、明暗パターンからなる基準パターンＳＰはコマ収差に関して非常に鈍感なパターンであり、細溝の段差パターンからなる計測パターンＭＰはコマ収差に関して非常に敏感なパターンである。
【００４０】
こうして、結像光学系の光軸に沿って複数のＺ方向位置に検査用基板を配置して得られる複数のデフォーカス状態（必要に応じて結像光学系の物体面と検査用基板とが一致するフォーカス状態を含む）において、第１基準パターンＳＰ１の位置、第１計測パターンＭＰ１の位置、第２基準パターンＳＰ２の位置、および第２計測パターンＭＰ２の位置を検出する。そして、各デフォーカス状態における第１基準パターンＳＰ１の位置と第１計測パターンＭＰ１の位置との相対関係および第２基準パターンＳＰ２の位置と第２計測パターンＭＰ２の位置との相対関係に基づいて、結像光学系のコマ収差を検査（計測）する。上述の検査を、複数のフォーカス位置について行い、上記相対関係のフォーカス依存性に基づいて検査を行うことも可能である。
【００４１】
本実施形態では、検査用基板を用いて得られたコマ収差の検査結果に基づいて、結像光学系を光学調整する。なお、結像光学系のコマ収差を調整するには、第２対物レンズ１０またはリレーレンズ１２中の少なくとも一部のレンズを光軸に垂直な方向に移動させることが好ましい。あるいは、第１対物レンズ８またはリレーレンズ１３中の少なくとも一部のレンズを光軸に垂直な方向に移動させることにより、結像光学系の低次コマ収差を調整することもできる。また、収差の調整方法は上述の方法に限定されることなく、他の方法であっても良い。たとえば、第１対物レンズ８、第２対物レンズ１０、リレーレンズ１２またはリレーレンズ１３中の少なくとも一部のレンズを交換する手法であっても良い。また、たとえば結像光学系の光学調整前または光学調整後におけるコマ収差の検査結果に基づいて位置検出結果を補正することもできる。
【００４２】
次に、位置検出装置における光軸ずれの検査では、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２として、たとえば凸部と凹部との段差が比較的大きく設定された（たとえばλ／８以上）高段差パターンを用いる。また、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２として、たとえば凸部と凹部との段差が比較的小さく設定された（たとえばλ／１６以下）低段差パターンを用いる。波長λとしてはλ＝６３３ｎｍを用いることができる。ここで、高段差パターンからなる基準パターンＳＰは光軸ずれに関して非常に鈍感なパターンであり、低段差パターンからなる計測パターンＭＰは光軸ずれに関して非常に敏感なパターンである。
【００４３】
こうして、コマ収差の検査と同様に、第１基準パターンＳＰ１の位置、第１計測パターンＭＰ１の位置、第２基準パターンＳＰ２の位置、および第２計測パターンＭＰ２の位置を検出する。そして、第１基準パターンＳＰ１の位置と第１計測パターンＭＰ１の位置との相対関係および第２基準パターンＳＰ２の位置と第２計測パターンＭＰ２の位置との相対関係に基づいて、結像光学系の光軸ずれを検査する。上述の検査を、複数のフォーカス位置について行い、上記相対関係のフォーカス依存性に基づいて検査を行うことも可能である。
【００４４】
本実施形態では、検査用基板を用いて得られた光軸ずれの検査結果に基づいて、結像光学系を光学調整する。結像光学系の光軸ずれを調整するには、駆動系１８を介して結像開口絞り１５を光軸に垂直な方向に微動させることが好ましい。また、光学系内にケラレ（光束が遮られること）がある場合やゴミがある場合なども検査することが可能であるので、このような場合には、レンズや部品等を交換することが可能である。また、たとえば結像光学系の光学調整前または光学調整後における光軸ずれの検査結果に基づいて位置検出結果を補正することもできる。
【００４５】
以上のように、本実施形態では、二次元マークからなる位置検出用マークとしてのウェハマークＷＭの全体と、検査用マークＣＭの一部（第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２）とが一致している（同じ配置および同じ構造形態を有する）。したがって、本実施形態にかかる位置検出装置の検査方法では、位置検出用マークとしての二次元ウェハマークＷＭを検出する際の検出視野とほぼ同じ視野部分の光学状態（コマ収差、光軸ずれなど）を高精度に検査することができる。
【００４６】
その結果、本実施形態の検査方法により得られる検査結果に基づいて光学調整または補正された高精度な位置検出装置を実現することができる。また、本実施形態の高精度な位置検出装置を用いて、投影光学系ＰＬに対してレチクル（マスク）Ｒとウェハ（感光性基板）Ｗとを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２において、ライン部のピッチ方向に沿った幅寸法とスペース部のピッチ方向に沿った幅寸法とがほぼ等しいこと（すなわちデューティ比が約５０％であること）が好ましい。この構成により、基準パターンＳＰが結像光学系の収差に対して非常に鈍感なパターンになるので、位置検出装置の光学状態をさらに高精度に検査することが可能になる。
【００４８】
また、本実施形態では、第１基準パターンＳＰ１の位置と第１計測パターンＭＰ１の位置との相対関係および第２基準パターンＳＰ２の位置と第２計測パターンＭＰ２の位置との相対関係に基づいて光学状態を検査している。しかしながら、これに限定されることなく、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２に代えて、あるいは第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２に加えて、たとえば図３に示すように中心Ｏを中心とした矩形状（または正方形状）の基準パターンＳＰ０を用い、基準パターンＳＰ０の位置と第１計測パターンＭＰ１の位置との相対関係および基準パターンＳＰ０の位置と第２計測パターンＭＰ２の位置との相対関係に基づいて光学状態を検査することもできる。
【００４９】
さらに、本実施形態では、位置検出装置の光学状態として、結像光学系のコマ収差や光軸ずれを検査しているが、これに限定されることなく、たとえば結像光束内の透過率均一性のような他の光学状態を検査することもできる。これに関連して、本実施形態では、コマ収差の検査に際して明暗パターンからなる基準パターンＳＰおよび細溝の段差パターンからなる計測パターンＭＰを用い、光軸ずれの検査に際して高段差パターンからなる基準パターンＳＰおよび低段差パターンからなる計測パターンＭＰを用いているが、これに限定されることなく、検査すべき光学状態の種類に応じて、構造形態の異なる様々なパターンを用いることができる。また、基準パターンＳＰ０は上述のように矩形状でも長方形状でも、あるいは４つのラインで構成されていても良い。
【００５０】
典型的には、たとえば後述の第２変形例で示すように、第１基準パターンＳＰ１と第１計測パターンＭＰ１との間および第２基準パターンＳＰ２と第２計測パターンＭＰ２との間において、ライン部のピッチ方向に沿った幅寸法が互いに異なるように設定することが可能である。また、上述の実施形態のように、第１基準パターンＳＰ１と第１計測パターンＭＰ１との間および第２基準パターンＳＰ２と第２計測パターンＭＰ２との間において、一方が段差パターンであり他方が明暗パターンであるように設定することも可能である。
【００５１】
さらに、上述の実施形態のように、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２は凸部と凹部との段差が比較的大きく設定された高段差パターンであり、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２は凸部と凹部との段差が比較的小さく設定された低段差パターンであるように設定することも可能である。また、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２はライン部およびスペース部がパターンのピッチ方向に関してそれぞれ対称に形成された対称パターンであり、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２はライン部およびスペース部がパターンのピッチ方向に関してそれぞれ非対称に形成された非対称パターンであるように設定することも可能である。
【００５２】
ところで、本実施形態のウェハマークＷＭでは、Ｘ方向およびＹ方向に周期性を有する二次元マークの形態を有するので、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂとＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂとを位置検出装置の検出視野内に同時に捕らえることができ、ひいては高いスループットで位置検出を行うことができる。また、ウェハマークＷＭの中央に形成される正方形状または矩形状のスペースを利用して、ウェハマークＷＭが重ね合わせ測定用マークの外側マークを兼用する構成が可能である。
【００５３】
ウェハマークＷＭが重ね合わせ測定用マークの外側マークを兼用する構成の場合、高精度に測定された重ね合わせずれ量をオフセット量として位置検出装置の検出結果を高精度に補正することができ、ひいては高精度な位置検出を行うことができる。さらに、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂの中心とＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂの中心とが一致しているので、たとえば特開平１０−１８９４４３号公報に開示されているように、位置検出装置の光学系に残存する収差の位置検出精度に対する影響を最小にすることができ、ひいては高精度な位置検出を行うことができる。
【００５４】
図４は、本実施形態の第１変形例にかかるウェハマークの構成を模式的に示す図である。また、図５は、本実施形態の第１変形例にかかる検査用マークの構成を模式的に示す図である。図４を参照すると、第１変形例にかかる位置検出用マークとしてのウェハマークは、図２に示す実施形態のウェハマークと全体的に類似の構成を有する。しかしながら、第１変形例にかかるウェハマークでは、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２を構成する各ライン部がそのピッチ方向に所定のピッチで配列された３本のセグメントラインにより形成されている点が図２に示す実施形態のウェハマークと基本的に相違している。
【００５５】
このように、３本のセグメントラインを含むＬ／Ｓパターンにより１つのライン部を構成することにより、各セグメントラインの線幅が小さくても、３本のセグメントラインを含むライン部の幅寸法が比較的大きくなるので、図２に示す実施形態のウェハマークと同程度に高精度な位置検出が可能である。また、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂにおけるパターン密度並びにＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂにおけるパターン密度が小さくなるので、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）手法による平坦化処理に際して、各パターンＷＭＸａやＷＭＸｂやＷＭＹａやＷＭＹｂの全体に亘るエロージョンが起こり難くなるという利点がある。
【００５６】
図５を参照すると、第１変形例にかかる検査用マークＣＭでは、中心Ｏを中心としてＸ方向に沿って内側に配置された第１計測パターンＭＰ１ａおよびＭＰ１ｂは、第１変形例にかかるウェハマークＷＭのＸ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂと同じ配置および同じ構造形態を有する。また、中心Ｏを中心としてＹ方向に沿って内側に配置された第２計測パターンＭＰ２ａおよびＭＰ２ｂは、第１変形例にかかるウェハマークＷＭのＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂと同じ配置および同じ構造形態を有する。
【００５７】
なお、第１変形例では、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２を構成する各ライン部が複数本のセグメントラインにより形成されているが、これに限定されることなく、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２に加えて第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２を構成する各ライン部も複数本のセグメントラインにより形成することができる。あるいは、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２を構成する各ライン部だけを、複数本のセグメントラインにより形成することもできる。
【００５８】
図６は、本実施形態の第２変形例にかかる検査用マークの構成を模式的に示す図である。図６を参照すると、第２変形例にかかる検査用マークＣＭでは、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２としてライン部のピッチ方向に沿った幅寸法が比較的大きなパターンを用い、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２としてライン部のピッチ方向に沿った幅寸法が比較的小さなパターンを用いている。第２変形例にかかる検査用マークＣＭは、たとえば第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２と一致する位置検出マークに応じて使用される。
【００５９】
ところで、上述の実施形態（変形例も含む）では、検査用基板を用いて各パターンの位置を検出した後に、結像光学系の光軸に関して検査用基板を１８０度回転させた状態で各パターンの位置を再度検出することが好ましい。この方法により、検査用基板におけるパターンの製造誤差の影響を平均化効果で低減することができ、位置検出装置の光学状態をさらに高精度に検査することができる。また、上述の実施形態では、ウェハマークＷＭと同じ領域のパターンを計測パターンＭＰとしているが、ウェハマークＷＭがサーチ精度などの影響で視野中心に位置しなかった場合の影響を調べ、検査や調整あるいは補正などを行うために、計測パターンＭＰと基準パターンＳＰとを入れ換えたパターンを準備しても良い。これにより、ウェハマークＷＭと計測パターンとが一致している結果と、ウェハマークＷＭと基準パターンとが一致している結果とを得ることができ、コマ収差などの光学状態の視野内分布を検査することができる。
【００６０】
また、上述の実施形態では、ウェハマークを落射照明しているが、これに限定されることなく、ウェハマークを透過照明する位置検出装置に本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、ウェハマークからの光に基づいてその像を形成する結像光学系を備えた位置検出装置に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、一般的にウェハマークからの光を導く光学系を備えた位置検出装置に対しても本発明を適用することもできる。
【００６１】
また、上述の実施形態にかかる露光装置では、露光用照明光として波長が１００ｎｍ以上の紫外光、例えばｇ線、ｉ線、及びＫｒＦエキシマレーザなどの遠紫外（ＤＵＶ）光、ＡｒＦエキシマレーザ、及びＦ２レーザ（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外（ＶＵＶ）光を用いることができる。なお、エキシマレーザの代わりに、例えば波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍのいずれかに発振スペクトルを持つＹＡＧレーザなどの固体レーザの高調波を用いるようにしてもよい。また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、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。
【００６２】
さて、上記実施形態では露光用照明光の波長が１００ｎｍ以上に限定されないことは勿論である。例えば、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲやプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｕｌｔｒａ　Ｖｉｏｌｅｔ）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の基で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行なわれている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウェハとを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置も本発明の適用範囲に含まれるものである。なお、ＥＵＶ露光装置などでは、チャンバー内が真空になることをも想定してステージの駆動系を磁気浮上型リニアアクチュエータとし、チャック系にも静電吸着方式を用いることが好ましいが、露光波長が１００ｎｍ以上の光露光装置に於いては、エアフローによるステージ駆動系や吸着にバキュームを用いても構わない。
【００６３】
ところで、投影光学系は縮小系だけでなく等倍系、又は拡大系（例えば液晶ブィスプレイ製造用露光装置など）を用いても良い。また、プロキシミティ方式の走査型露光装置、例えばＸ線が照射される円弧状照明領域に対してマスクとウェハとを一体に相対移動するＸ線露光装置などにも本発明を適用できる。また、上述のような放射光の代わりに、電子線を用いてパターン転写を行うＥＢ（エレクトロン・ビーム）露光装置などにも本発明を適用できる。さらに、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる、デバイスパターンをセラミックウェハ上に転写する露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）の製造に用いられる露光装置などにも本発明を適用することができる。また、レチクル、又はマスクを製造するために、ガラス基板、又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
【００６４】
さらに、上述の実施形態では、露光装置における感光性基板の位置検出を行っているが、これに限定されることなく、位置検出すべき一般的な物体に形成された物体マークの位置検出、たとえば特開平６−５８７３０号公報、特開平７−７１９１８号公報、特開平１０−１２２８１４号公報、特開平１０−１２２８２０号公報、および特開２０００−２５８１１９号公報などに開示される重ね合わせ精度測定装置やパターン間寸法測定装置に本発明を適用することもできる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の検査方法では、二次元マークからなる位置検出用マークと検査用マークの一部とが一致しているので、位置検出用マークを検出する際の検出視野とほぼ同じ視野部分の光学状態（コマ収差、光軸ずれなど）を高精度に検査することができる。
【００６６】
したがって、本発明の検査方法により得られる検査結果に基づいて光学調整または補正された高精度な位置検出装置を実現することができる。また、本発明の検査方法により得られた検査結果に基づいて光学調整または補正された高精度な位置検出装置を用いて、投影光学系に対してマスクと感光性基板とを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる検査方法の対象である位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の位置検出装置により位置検出すべき物体であるウェハに形成されたウェハマークの構成を模式的に示す図である。
【図３】本実施形態の検査方法で用いられる検査用基板に形成された検査用マークの構成を概略的に示す図である。
【図４】本実施形態の第１変形例にかかるウェハマークの構成を模式的に示す図である。
【図５】本実施形態の第１変形例にかかる検査用マークの構成を模式的に示す図である。
【図６】本実施形態の第２変形例にかかる検査用マークの構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１　ハロゲンランプ
２　ライトガイド
３　照明開口絞り
５　照明視野絞り
７　ハーフプリズム
８　第１対物レンズ
９　反射プリズム
１０　第２対物レンズ
１１　指標板
１４　ＣＣＤ
１５　結像開口絞り
１６　信号処理系
３０　レチクルステージ
３１　ウェハホルダ
３２　Ｚステージ
３３　ＸＹステージ
３４　ステージ制御系
３５　主制御系
３６　キーボード
ＣＭ　検査用マーク
ＳＰ　基準パターン
ＭＰ　計測パターン
ＩＬ　露光用照明系
Ｒ　レチクル
ＰＡ　パターン領域
ＰＬ　投影光学系
Ｗ　ウェハ
ＷＭ　ウェハマーク
【図１】
2004134474.tif 000003
【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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