JP2007201298A

JP2007201298A - フォーカス計測方法、露光装置、及びフォーカス計測用マスク

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Publication number: JP2007201298A
Application number: JP2006019889A
Authority: JP
Inventors: Tsuneyuki Hagiwara; 恒幸萩原; Shigeru Hirukawa; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】簡単な構成のマークを用いて投影光学系に関するフォーカス情報を計測する。
【解決手段】主光線が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して傾斜した照明光を用いて、マーク５０Ａ，５０Ｂからの２つの回折光のそれぞれの重心の中心が投影光学系ＰＬの瞳面ＰＬＰ上でＸ方向にずれるようにマーク５０Ａ，５０Ｂを照明し、マーク５０Ａ，５０Ｂの投影光学系ＰＬによる像をウエハＷ上に投影する工程と、投影されたマーク５０Ａ，５０Ｂの像のＸ方向の間隔を求める工程と、その間隔に基づいてそれらのマーク像が投影される位置におけるデフォーカス量を求める工程とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、投影光学系のフォーカス計測技術及び露光技術に関し、例えば半導体集積回路、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程でパターンを基板上に転写するために使用される露光装置の投影光学系の結像状態を計測する際に適用可能なものである。

例えば半導体集積回路を製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光性基板としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために使用される投影露光装置においては、集積回路の一層の微細化に伴い、投影光学系の解像度に対する要求が高まっている。

一般に、投影光学系の解像度が高まると、その焦点深度は浅くなり、許容されるデフォーカス量が小さくなる。また、デフォーカス量は投影光学系の像面湾曲等の結像特性、露光装置のオートフォーカス性能、及びウエハ表面の凹凸分布に対応するフラットネス等によっても変化する。そこで、予め投影光学系の結像特性や、ウエハのフラットネス等のフォーカス情報を評価するために、従来は、＋１次及び−１次の回折光の回折効率が異なる特殊な非対称の回折格子マーク及び遮光パターンからなる基準マークを照明光学系の光軸を中心とした対称な光量分布を持つ照明光で照明し、その非対称の回折格子マーク及び遮光パターンの像をレジストが塗布されたウエハ上に投影して、そのレジスト像の形状等を計測し、その計測結果からデフォーカス量を求めていた（例えば、特許文献１参照）。
特許第３２９７４２３号明細書

上記の如く、特殊な非対称の回折格子マークを用いる従来のデフォーカス量の計測方法では、＋１次及び−１次の回折光の回折効率の比率を所定値に設定するためのマークの形成が困難であり、評価用マスクの製造コストが高くなるという不都合があった。
また、デフォーカス量の計測は、投影光学系の視野（露光領域）内の複数の計測点で行うこともあるが、このためにはその複数の計測点に対応する評価用マスク上の位置にそれぞれその特殊なマークを形成しておく必要がある。しかしながら、回折効率の比率が規定された特殊なマークを複数個形成するのはさらに困難であった。

本発明は斯かる点に鑑み、簡単な構成のマークを用いて投影光学系のフォーカス情報を計測できるフォーカス計測技術及び露光技術を提供することを目的とする。
さらに本発明は、投影光学系のフォーカス情報を計測する際に使用できる簡単な構成のフォーカス計測用マスクを提供することをも目的とする。

本発明によるフォーカス計測方法は、投影光学系（ＰＬ）のフォーカス情報を計測するフォーカス計測方法であって、主光線がその投影光学系の光軸に対して傾斜した照明光を用いて、その投影光学系の瞳面において当該瞳面における光軸からの距離が互いに異なるような光強度分布が得られるように２つの回折光を発生する第１マーク（５０Ａ）を照明する第１工程と、その投影光学系を介してその第１マークの像を所定面に投影し、この第１マークの像の位置情報を求める第２工程と、その第２工程で求められる位置情報に基づいて、その投影光学系のフォーカス情報を求める第３工程とを有するものである。

本発明によれば、その第１マークからの２つの回折光がその投影光学系を通過して形成される像は、その投影面のデフォーカス量に応じて横ずれするため、例えばその像の横ずれ量の情報からフォーカス情報を求めることができる。この際に、その第１マークとして所定ピッチの周期的マーク等の簡単なマークを使用できる。
次に、本発明による露光装置は、投影光学系（ＰＬ）を介してパターンを基板上に転写する露光装置において、その投影光学系の物体面側に配置される第１マーク（５０Ａ）を照明する照明光学系（５）と、その第１マークから発生する２つの回折光がその投影光学系の瞳面における光軸からの距離が互いに異なるような光強度分布を得るように、その第１マークを照明する照明光の主光線の傾斜角を制御する制御装置（１，１１，１２）とを備えたものである。本発明によって、本発明のフォーカス計測方法を使用できる。

また、本発明によるフォーカス計測用のマスク（ＴＲ）は、照明光の主光線が傾斜した照明条件で照明されるマスクであって、回折光のずれ方が互いに異なるとともに、それぞれ所定の周期方向に対称な第１マーク（５０Ａ）及び第２マーク（５０Ｂ）が並べて形成されたものである。本発明によって、本発明のフォーカス制御方法を使用できる。

なお、以上の本発明の所定の要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図２３を参照して説明する。
図１は、本例のスキャニングステッパーよりなる投影露光装置の概略構成を示し、この図１において、露光光源６としてはＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４７ｎｍ）、Ｆ₂レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置、又は水銀ランプなども使用することができる。

露光時に露光光源６から発光された露光用の照明光（露光ビーム）ＩＬは、ミラー７、不図示のビーム整形光学系、第１レンズ８Ａ、ミラー９、及び第２レンズ８Ｂを経て断面形状が所定形状に整形されて、オプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ又はホモジナイザ）としてのフライアイレンズ１０に入射して、照度分布が均一化される。フライアイレンズ１０の射出面（照明光学系の瞳面）には、照明光の光量分布を光軸に対して対称な２つの円形領域に分布させる２極照明（ダイポール照明）用の開口絞り１３Ａ、光軸から離れた１つの円形領域からなり物体面上での照明光の主光線を光軸に対して所定角度で傾斜させるため（即ち、テレセントリシティを崩すため）の開口絞り１３Ｂ、輪帯照明用の開口絞り１３Ｃ、及び円形開口からなる通常照明用の開口絞り１３Ｄ等を有する照明系開口絞り部材１１が、駆動モータ１２によって回転自在に配置されている。なお、以下、テレセントリシティを崩すことをテレセン崩しと言う。装置全体の動作を制御する主制御系１が駆動モータ１２の動作を制御し、主制御系１、照明系開口絞り部材１１、及び駆動モータ１２より、照明光ＩＬの主光線の傾斜角を制御する制御装置が構成されている。

照明系開口絞り部材１１中の所定の開口絞りを通過した照明光ＩＬは、反射率の小さいビームスプリッタ１４及びリレーレンズ１７Ａを経て、固定視野絞りとしての固定ブラインド１８Ａ及び可動視野絞りとしての可動ブラインド１８Ｂを順次通過する。ブラインド１８Ａ，１８Ｂを通過した照明光ＩＬは、サブコンデンサレンズ１７Ｂ、光路折り曲げ用のミラー１９、及びメインコンデンサレンズ２０を経て、マスクとしてのレチクルＲのパターン領域の照明領域２１Ｒを均一な照度分布で照明する。

一方、ビームスプリッタ１４で反射された照明光は、集光レンズ１５を介して光電センサよりなるインテグレータセンサ１６に受光される。その検出信号は露光量制御系３に供給され、露光量制御系３は、その検出信号と予め計測されているビームスプリッタ１４から物体としてのウエハＷまでの光学系の透過率とを用いてウエハＷ上での露光エネルギーを間接的に算出する。露光量制御系３は、その算出結果の積算値及び装置全体の動作を統轄制御する主制御系１からの制御情報に基づいて、ウエハＷ上で適正露光量が得られるように露光光源６の発光動作を制御する。ミラー７，９及びレンズ８Ａ，８Ｂからメインコンデンサレンズ２０までの光学部材を含んで照明光学系５が構成されている。

照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域２１Ｒ内のパターンは、両側テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは１／４，１／５等）で、レジストが塗布されたウエハＷ上の一つのショット領域ＳＡ上の非走査方向に細長いスリット状の露光領域２１Ｗに投影される。以下、図１において、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走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向に直交する非走査方向にＸ軸を取り、その走査方向にＹ軸を取って説明する。

先ず、レチクルＲはレチクルステージ２２上に保持され、レチクルステージ２２はレチクルベース２３上でＹ方向に一定速度で移動すると共に、同期誤差を補正するようにＸ方向、Ｙ方向、回転方向に微動して、レチクルＲの走査を行う。レチクルステージ２２の位置は、この上に設けられた移動鏡（不図示）及びレーザ干渉計（不図示）によって計測され、この計測値及び主制御系１からの制御情報に基づいて、ステージ駆動系２は不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介してレチクルステージ２２の位置及び速度を制御する。また、レチクルＲの周辺部の上方には、レチクルアライメント用のレチクルアライメント顕微鏡（不図示）が配置されている。

一方、ウエハＷは、ウエハホルダ２４を介してウエハステージ２８上に保持され、ウエハステージ２８はウエハベース２７上でＹ方向に一定速度で移動すると共に、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動するＸＹステージ２６と、Ｚチルトステージ２５とを備えている。Ｚチルトステージ２５は、不図示のオートフォーカスセンサによるウエハＷのＺ方向の位置の計測値に基づいて、ウエハＷのフォーカシングを行う。ウエハステージ２８のＸＹ平面内での位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りの回転角はレーザ干渉計（不図示）によって計測され、この計測値及び主制御系１からの制御情報に基づいて、ステージ駆動系２は不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介してウエハステージ２８の動作を制御する。

また、ウエハステージ２８上のウエハホルダ２４の近傍には、空間像計測系２９が固定され、空間像計測系２９上のウエハＷの表面とほぼ同じ高さに設定された面に、照明光ＩＬを通過させるためのＹ方向に細長いスリット３０が形成されている。空間像計測系２９の内部には、スリット３０を通過した照明光を集光して光電変換する光電センサが設置され、その光電センサの検出信号が主制御系１内の信号処理部に供給されている。空間像計測系２９を用いて、投影光学系ＰＬの露光領域２１Ｗ（視野）内の所定の計測点における投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を計測できる。

具体的に、レチクルステージ２２上に、例えばＸ方向に所定ピッチのライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという。）よりなる評価用マークが形成されたテストレチクルをロードして、その評価用マークの像を空間像計測系２９のスリット３０でＸ方向に走査して、ウエハステージ２８のＸ方向の座標に対応させてその光電センサの検出信号を取り込み、その検出信号のコントラストを求める。そして、スリット３０のＺ位置（上記のオートフォーカスセンサによって計測できる）を変えながら、その動作を繰り返してその検出信号のコントラストが最大になるときのＺ位置を求めると、それがその評価用マークが投影される計測点におけるベストフォーカス位置となる。

また、ウエハステージ２８の上方には、ウエハアライメント用のオフ・アクシス方式のアライメントセンサ３２が配置されており、この検出結果に基づいて主制御系１はウエハＷのアライメントを行う。
露光時には、レチクルステージ２２及びウエハステージ２８を駆動して、照明光ＩＬを照射した状態でレチクルＲとウエハＷ上の一つのショット領域とをＹ方向に同期走査する動作と、ウエハステージ２８を駆動してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。これによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が露光される。

次に、本例の投影光学系ＰＬに関するフォーカス情報としては、投影光学系ＰＬの像面湾曲や非点収差等の結像特性、及び露光対象のウエハのフラットネス等がある。この場合、投影光学系ＰＬの像面湾曲は、例えば上記の空間像計測系２９を用いて露光領域２１Ｗ内の複数の計測点でベストフォーカス位置を求めることによって求めることができる。しかしながら、空間像計測系２９を用いる方法では、ウエハのフラットネスは計測できないため、以下では所定マークを用いて露光領域２１Ｗ内の所定の計測位置で投影光学系ＰＬに対するデフォーカス量を計測することによって、ウエハのフラットネスを計測する方法の一例について説明する。この計測によって、例えば複数ロットのウエハをフラットネスの良否に応じて複数ランクに分けて、用途に応じてウエハを使い分けることが可能になる。また、予め平面度が良好であることが分かっている基準ウエハを用いて、露光領域２１Ｗ内の複数の計測位置でデフォーカス量を計測することによって、投影光学系ＰＬの像面湾曲等を計測することも可能である。

図２（Ａ）は、本例でフォーカス計測用マスクとして使用するテストレチクルＴＲを図１のレチクルステージ２２上に載置した状態を示し、この図２（Ａ）において、テストレチクルＴＲのパターン領域５１内の中央部及び４隅の遮光膜（例えばクロム等の金属膜）が被着された５箇所のマーク形成領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ，５２Ｅに、それぞれ図２（Ｂ）に代表的に拡大したマーク形成領域５２Ａで示すように、Ｘ方向に沿って第１マーク５０Ａ及び第２マーク５０Ｂが配列されている。第１マーク５０Ａは、Ｘ方向に沿って、所定ピッチで配列された複数の開口パターンを有し、第２マークは５０Ｂは、Ｘ方向に沿って、第１マーク５０Ａのピッチとは異なるピッチで配列された複数の開口パターンを有する。なお、第１マーク５０Ａが有する開口パターンと、第２マーク５０Ｂが有する開口パターンとのピッチは同じであっても良い。即ち、マーク５０Ａ及び５０Ｂは、クロム等の遮光膜をパターニングしたマークである。テストレチクルＴＲのパターン領域５１は、図１の照明領域２１Ｒとほぼ同じ大きさであり、その中央部のマーク形成領域５２Ａの中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置している。なお、パターン領域５１内には中央のマーク形成領域５２Ａのみを形成してもよく、２箇所以上の任意の個数のマーク形成領域を形成してもよい。また、マーク５０Ａ及び５０Ｂのピッチは、投影光学系ＰＬによる投影像の段階で１００ｎｍ程度〜数１００ｎｍ程度である。

本例では、図１のウエハステージ２８上にフラットネスを計測するためにレジスト（感光材料）が塗布された未露光のウエハ（ウエハＷとする）をロードして、ウエハステージ２８をＸ方向、Ｙ方向にステップ移動しながら、図２（Ｃ）に示すように、ウエハＷ上の多数のショット領域ＳＡｉ（ｉ＝１，２，…，Ｉ）に静止露光方式で順次、図２（Ａ）のテストレチクルＴＲのパターン領域５１の像５１Ｐを露光する（第１工程）。その像５１Ｐには、図２（Ａ）のマーク形成領域５２Ａ〜５２Ｅの像５２ＡＰ〜５２ＥＰが含まれている。なお、図１の投影光学系ＰＬは実際には反転像を投影するが、以下では説明の便宜上、正立像が投影されるものとして説明する。

図２（Ｄ）は、図２（Ａ）のマーク形成領域５２Ａ〜５２Ｅの像５２ＡＰ〜５２ＥＰのうちの代表的に像５２ＡＰを示す拡大図であり、この図２（Ｄ）において、像５２ＡＰは、図２（Ｂ）の第１マーク５０Ａの像５０ＡＰ及び第２マーク５０Ｂの像５０ＢＰを含んでいる。本例では、像５０ＡＰの中心と像５０ＢＰの中心とのＸ方向（像５０ＡＰ及び５０ＢＰの周期方向）の間隔ＤＸＡを計測する（第２工程）。後述のように、上記の第１工程において、本例では図１の照明光学系５からの主光線が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して傾斜した照明光を用いて、図２（Ｂ）の第１マーク５０Ａ及び第２マーク５０Ｂを照明する。この照明により、第１マーク５０Ａから２つの回折光が発生する。２つの回折光は、投影光学系ＰＬの瞳面のうち、光軸ＡＸからＸ方向に対して互いに異なる位置を通過する。すなわち、投影光学系ＰＬの瞳面上に、光軸ＡＸからＸ方向に対して互い異なる領域に光強度分布を形成する。

また、この照明により、第２マーク５０Ｂから２つの回折光が発生する。２つの回折光は、第１マーク５０Ａからの２つの回折光が通過する位置に対して、Ｘ方向にずれた位置を通過する。すなわち、投影光学系ＰＬの瞳面上における光軸ＡＸからＸ方向に対し、第１マーク５０Ａからの２つの回折光による光強度分布とは異なる領域に光強度分布を形成する。なお、以下では、投影光学系ＰＬの瞳面上において、各回折光の位置とは、各回折光の光強度分布の重心の位置を意味している。
従って、図２（Ｄ）の第１マークの像５０ＡＰ及び第２マークの像５０ＢＰは、投影光学系ＰＬの焦点位置からのデフォーカス量に応じてＸ方向（周期方向）での結像位置の横ずれ量（シフト量）が異なってくるため、予めそのデフォーカス量と横ずれ量との関係をシミュレーション又は実測によって求めておき、像５０ＡＰと像５０ＢＰとのＸ方向の間隔ＤＸＡを計測することによって、それらの像が投影されているウエハＷ上の計測点におけるデフォーカス量を求めることができる（第３工程）。

また、その間隔ＤＸＡの基準値を求めるために、図１の照明光学系５の照明系開口絞り部材１１において２極照明用の開口絞り１３Ａを用いてもよい。開口絞り１３Ａを用いると、図２（Ａ）の２つのマーク５０Ａ及び５０ＢはＸ方向に対称な照明光で、テレセン崩しが行われない状態で照明されるため、図２（Ｄ）の２つのマークの像５０ＡＰ及び５０ＢＰの間隔ＤＸＡは、ベストフォーカス位置での間隔と同じ値となり、それをテレセン崩しを行った場合の計測値に対する基準値として用いることができる。但し、コマ収差の影響が無視できない場合は、後述の方法を用いればよい。

そして、図２（Ｃ）のウエハＷの全部のショット領域ＳＡ１〜ＳＡＩ中の全部のマーク形成領域５２Ａ〜５２Ｅの像５２ＡＰ〜５２ＥＰ（計測点）において、それぞれデフォーカス量を求めることによって、ウエハＷの全面の凹凸量の分布状態であるフラットネス（ローカルなフラットネス）を求めることができる。なお、本例では、一例として、ウエハＷの全面の露光後に、レジストの現像を行い、現像によって形成されるレジスト像の段階で、図２（Ｄ）の像５０ＡＰと像５０ＢＰとの間隔ＤＸＡを、例えば光学顕微鏡式のセンサとレーザ干渉計式の座標計測系とを備えたレジストレーション測定機（重ね合わせ測定機）よりなるマーク計測装置で計測する。なお、レジストの現像を行わずに、潜像の段階で間隔ＤＸＡを計測してもよい。

ただし、そのマーク計測装置として、走査型電子顕微鏡を使用してもよく、さらには、その現像後のウエハを図１のウエハステージ２８上に戻して、例えばアライメントセンサ３２を用いて、ウエハステージ２８をＸ方向、Ｙ方向にステップ移動しながら、図２（Ｄ）の像５０ＡＰと像５０ＢＰとの間隔ＤＸＡを計測することも可能である。
また、図２（Ｄ）の像５０ＡＰ及び像５０ＢＰのＸ方向の端部では非対称性の影響によって像の形状が変化する恐れがある。そこで、その非対称性の影響を除くために、後述のように例えば図２（Ｂ）のマーク５０Ａ及び５０Ｂの中央部のみが遮光部となったマーク（以下、トリムマークとも呼ぶ。）の像の二重露光によって、図２（Ｄ）の像５０ＡＰ及び像５０ＢＰのＸ方向の端部の像を消してもよい。このためには、一例として、ウエハＷ上のレジストとしてポジレジストを用いればよい。そのようなマーク像の端部又は一部の像を消すための露光は、トリム露光とも呼ぶことができる。なお、トリム露光後のマークは、６μｍピッチ程度とすることが計測上好ましい。また、像５０ＡＰ及び像５０ＢＰを構成する各開口パターンの像の線幅が微細過ぎて、センサによってはその計測精度が低下するような場合には、その像５０ＡＰ及び像５０ＢＰ（又はトリム露光後の像）をそれぞれ全体として一つの開口パターンの像とみなしてそのＸ方向（周期方向）の位置を計測するようにしてもよい。

次に、図２（Ｂ）のマーク５０Ａ及び５０Ｂから発生する回折光について説明する。
図３（Ａ）は、図２（Ａ）の第２マーク５０Ｂから発生する回折光を示しており、この図３（Ａ）において、第２マーク５０Ｂは、デフォーカスによる空間像のＸ方向へのシフト量がほぼ０となるマークである。この場合、図１の照明光学系５からの照明光ＩＬは、主光線が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対してＸ方向に角度θｉだけ傾斜した状態で、即ちテレセン崩しの状態でテストレチクルＴＲに照射される。その角度θｉを以下ではテレセン崩し量とも呼ぶ。このように照明光ＩＬのテレセン崩しを行うためには、図１の照明系開口絞り部材１１において、一つの開口を持つ開口絞り１３Ｂを選択すればよい。

また、照明光学系５の照明光ＩＬのコヒーレンスファクタ（σ）はなるべく小さい値、例えば照明光学系５の開口数ｉＮＡに換算した値で０．３以下が望ましい。なお、コヒーレンスファクタ（σ）と照明光学系５の開口数ｉＮＡとの関係は、投影光学系ＰＬの開口数をＮＡとすると、以下のようになる。
ｉＮＡ＝ＮＡ・σ
さらに、マーク５０ＢのピッチをＰ１、照明光ＩＬの波長をλとして、上記のテレセン崩し量θｉを用いて、（１）式よりピッチＰ１を決定する。なお、以下の各マークのピッチ（マークピッチ）の値は、投影光学系ＰＬによる投影像での値を示している。このとき、図３（Ａ）のマーク５０Ｂからの０次光Ｄ０の射出角θ１はθｉとなる。テレセン崩し量θｉは（２）式を満たす範囲でなるべく大きいほど、後で説明する第１マーク５０Ａのデフォーカス時の横ずれ量が大きくなるので望ましい。

λ／Ｐ１＝２ｓｉｎθｉ …（１）
ｓｉｎθｉ＋ｉＮＡ ≦ ＮＡ …（２）
（１）式を満たすことによって、図３（Ａ）において、マーク５０Ｂからの１次回折光Ｄ１は、光軸ＡＸに関して０次光Ｄ０に対称に射出角θ１で射出されるため、０次光Ｄ０及び１次回折光Ｄ１によって投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に形成されるマーク像は、ウエハＷがデフォーカスしてもＸ方向には横ずれしない。

（１）式を満たす条件での第２マーク５０Ｂの空間像の光量分布のベストフォーカス位置及び１００ｎｍデフォーカスした位置でのシミュレーション結果をそれぞれ図５（Ａ）及び（Ｂ）の実線で示す。図５（Ａ）及び（Ｂ）の横軸は、空間像のＸ座標（μｍ）、縦軸は空間像の光量（相対値）Ｉであり、これは以下の図６等でも同様である。シミュレーションの条件は、Ｐ１＝λ／（２ｓｉｎθｉ）＝１２１（ｎｍ）、開口パターンの本数は２４本、ＮＡ＝０．９２、λ＝１９３（ｎｍ）、ｉＮＡ＝０．１２５、ｓｉｎθｉ＝ＮＡ−ｉＮＡ、とした。また、図５（Ａ）及び（Ｂ）において、点線は、ベストフォーカス位置における第２マーク５０Ｂの理想的な像（マーク）の光量分布を示している。なお、ピッチＰ１以外の図５の例のシミュレーション条件は、以下の図６、図７、図８の例においても同様である。

図５（Ｂ）のデフォーカスした像の例では、マーク像の端部から６００ｎｍ程度の幅において非対称性が発生して、その部分でのマーク像の横ずれが生じているが、それより内側はマーク像の横ずれは発生していない。そこで、その非対称性の影響を除くために、一例として、ウエハ上のポジレジストに図５（Ａ）及び（Ｂ）の空間像による第１回目の露光を行い、そのポジレジストを感光させる。次に、上記のトリムマークによる２回目の露光を行い、パターン像の端部から６００ｎｍ以内のレジストを感光させる。その後、レジストを現像することによって、パターン像の端部から６００ｎｍ以内のレジスト像は消失し、横ずれの発生しない、中央付近のレジスト像のみを残すことができる。

次に、ピッチが（１）式を満たさないマークの空間像はデフォーカスによって横ずれが発生する。そこで、図２（Ｂ）のマーク５０Ａとしては、図３（Ｂ）の第１マーク５０Ａ又は図４（Ａ）の第１マーク５０Ｃのように、ピッチＰ１が（１）式を満たさないマークを使用する。なお、図３（Ｃ）及び図４（Ｂ）はそれぞれ第１マーク５０Ａ及び５０Ｃからの回折光の投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰの面（瞳面）における光量分布を示す。

図２（Ｂ）の第１マーク５０Ａとしては、デフォーカスで発生するマーク像の横ずれ量が大きいほど感度的に有利となる。そのためには、第１マーク５０Ａからの０次光と１次回折光とは、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰ上でできるだけ近い位置に入射した方が良い。また、第１マーク５０Ａとしては、遮光領域の幅と光透過領域の幅とが等しいマーク、即ちデューティー５０％のマークを用いると、偶数次の回折光が発生しないので、感度的に有利である。図３（Ｂ）の第１マーク５０Ａでは、２次回折光が発生しないとともに、３次回折光Ｄ３は図３（Ｃ）に示すように瞳ＰＬＰ外に出るため、結像には寄与しない。１次回折光が瞳ＰＬＰ上のどの位置を通過するマークを使うと最も良い性能が得られるかは、シミュレーションによって確認することができる。

例えば図３（Ｂ）の第１マーク５０Ａ及び図４（Ａ）の第１マーク５０Ｃの場合、それぞれの１次回折光Ｄ１，Ｄ（＋１）が発生する位置は、マーク５０Ａの方が０次光Ｄ０に近く感度的に有利であるが、ピッチが大きくなり１次回折光の光量が低下するため、図３（Ａ）のマーク５０Ｂと同時に転写可能な露光量が存在するかどうか、確認する必要がある。
ここで、図４（Ａ）の第１マーク５０Ｃのように、１次回折光Ｄ（＋１）がちょうど投影光学系ＰＬに垂直に入射する場合の、ベストフォーカス位置及びデフォーカス量が１００ｎｍの場合の空間像のシミュレーション結果をそれぞれ図６（Ａ）及び（Ｂ）に示す。マーク５０ＣのピッチＰ２は２２６ｎｍとした。図６（Ｂ）に示すデフォーカスした空間像では、端部から６００ｎｍ程度の部分で非対称性が発生しているが、それより内側は均一な横ずれ量が発生している。図６の例でも、図５の例と同様にトリムマークの二重露光によって、均一に横ずれした、中央付近のレジスト像のみを残すことができる。

図３（Ａ）のマーク５０Ｂ及び図４（Ａ）の第１マーク５０Ｃの像をウエハ上に同時に露光し、上記のトリムマークの二重露光後の周期方向の間隔を計測すればデフォーカス量が求められる。この場合、第２マーク５０Ｂと第１マーク５０Ｃとの間隔ＤＸＡの基準値を予め求める場合には、２つのマーク５０Ｂと５０Ｃを同時に露光した方がよい。図５及び図６から２つのマークを同時に転写させるために適正な露光量の閾値は、０．３程度であることが分かる。このときのデフォーカス量の検出感度（＝横ずれ量／デフォーカス量）は、１００ｎｍのデフォーカス量当たりで４４ｎｍであった。

次に、図３（Ｂ）の第１マーク５０Ａで示すように、３次回折光が瞳ＰＬＰにほぼ接するが、瞳ＰＬＰには入らないマークについての、ベストフォーカス位置及びデフォーカス量が１００ｎｍの場合の空間像のシミュレーション結果をそれぞれ図７（Ａ）及び（Ｂ）に示す。そのようなマークのピッチＰ３の条件は以下のようになり、本例での値は２８９．５ｎｍとなる。

３・λ／Ｐ３＝２ＮＡ …（３）
図７のシミュレーション結果から分かる検出感度は、１００ｎｍのデフォーカス量当たりで５８．８ｎｍであり、図６の場合よりも高感度であることが分かる。
次にマークピッチをさらに大きくして、３次回折光が完全に瞳ＰＬＰに入射する条件を検討した。この場合のピッチＰ４は以下のとおりとした。
Ｐ４＝Ｐ３（１＋２σ）＝３６８（ｎｍ）
このマークについての、ベストフォーカス位置及びデフォーカス量が１００ｎｍの場合の空間像のシミュレーション結果をそれぞれ図８（Ａ）及び（Ｂ）に示す。図８（Ｂ）から分かるように、空間像の光量分布は非対称性が大きく、露光量によっても横ずれ量が変化するような分布になっているため、空間像の横ずれ量からデフォーカス量を求める際に計測誤差が生じる恐れがある。すなわち、マークピッチを大きくして、３次回折光までが瞳ＰＬＰに入射した場合には、正確なデフォーカス量を計測することができない。これは、ダイポール照明時にコマ収差によるマークの位置ずれ量が第２マーク５０Ｂと第１マーク５０Ｃとで同じ量になり相殺されるためである（詳細は後述する）。

以上の検討により、デフォーカス量を計測するためのマークとしては、２光束干渉によって形成されるマーク（例えばマーク５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ）が望ましいことが分かった。その結果、好ましいマークのピッチＰｓは、（１）式のＰ１以上で（３）式のＰ３以下という条件から以下の（４）式で示される。
λ／（２ｓｉｎθｉ）≦Ｐｓ≦３λ／（２ＮＡ） …（４）
次に、二重露光の方法を簡単に説明する。図９は、ウエハＷ上のレジストの断面図、及びその上のマーク像（例えば図２（Ｄ）の像５０ＡＰに対応する）の位置Ｘにおける光量Ｉ（相対値）の分布を示し、図９において、ポジ型のレジストＰＲの感光レベルＥｔｈが、実線で示す光量Ｉを中央部で横切るように空間像の露光量を調整する。これは、図１の照明光学系５内に設置されるＮＤフィルタ（不図示）の透過率や、照明光ＩＬの積算露光パルス数によって調整される。感光されたレジストＰＲを現像すると、図９に示されるような凹凸パターンが残るはずであるが、ここではすぐには現像せず、図１０に示すように、２回目の露光を行ってから現像する。

図１０（Ａ）において、１回目の露光によって感光されるレジストＰＲ上の領域が白抜き部分で示されている。次に、一例として、図２（Ａ）のテストレチクルＴＲのマーク形成領域５２Ａ〜５２ＥのＹ方向の近傍に間隔ΔＹ（投影光学系ＰＬの投影像の段階での値とする）でそれぞれ上記のトリムマークを形成しておき、ウエハステージ２８をΔＹだけＹ方向に移動して、図１０（Ｂ）のマーク像の両端部の数本の開口パターンの像を含む領域５３Ａ及び５３Ｂに２回目の露光を行う。

この際には、図１の照明光学系５では例えば開口絞り１３Ｄを用いることによって、テレセン崩しは行わない。この場合、図３（Ａ）の照明光ＩＬの主光線の傾斜角θｉは０である。また、照明光ＩＬのコヒーレンスファクタ（σ）は、デフォーカスとコマ収差との相互作用でデフォーカス時の空間像の横シフトが発生しないように、できるだけ大きな値に設定する。この二重露光後のレジストＰＲを現像すると、図１０（Ｃ）のようなレジストパターン５４が形成される。

図１１は、図１０（Ｃ）のレジストパターン５４と同様のレジストパターン５４１，５４２，５４３，５４４を示し、レジストパターン５４１〜５４４のＸ方向のピッチは交互にＰ３，Ｐ１，Ｐ３，Ｐ１となっているものとする。そして、ピッチＰ１のレジストパターン５４２，５４４とピッチＰ３のレジストパターン５４１，５４３との間隔を、例えばレジストレーション測定機によって計測する。レジストレーション測定機は通常、開口数が０．５、波長が５３０ｎｍ程度の結像性能であり、ピッチ２００ｎｍ〜３００ｎｍのマークは解像できないので、図１１のレジストパターン５４２，５４４及び５４１，５４３はそれぞれピッチＰ１，Ｐ３の複数のマークの集合体として計測される。

測定再現性を向上させるため、２回目のトリム露光を、図１２（Ａ）の０．５μｍ程度の間隔の領域５３Ａ，５３Ｃ，５３Ｄ，５３Ｅ，５３Ｂに行うことによって、二重露光後に現像して得られるパターンを、図１２（Ｂ）の１μｍ程度のピッチで配列されたレジストパターン５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄに分離してもよい。この場合も２回目の露光は、大きなσ値でテレセン崩しは行わない（図３（Ａ）のθｉ＝０）。

次に、図１３は、上記の感度的に最も良い図３（Ｂ）の第１マーク５０Ａの回折光の角度関係を改めて示す。図１３において、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡをｓｉｎθ₀、投影光学系ＰＬの瞳面上での０次光の位置（開口半角）をｓｉｎθ₁、１次回折光の位置をｓｉｎθ₂、照明光のコヒーレンスファクタをσとすると、ｉＮＡ＝σ・ＮＡで、ｉＮＡは瞳面上での各回折次数の回折光の半径である。このとき、デフォーカス量の検出感度（＝横ずれ量／デフォーカス量＝Δｘ／Δｚ）は次式で示される。
Δｘ／Δｚ＝ｔａｎ｛（θ₁＋θ₂）／２｝ …（５）
また、３次回折光が投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰにほぼ外接しているが、瞳ＰＬＰには入らない状態であるので、パターンのピッチをＰとして以下の関係がある。
２ｓｉｎθ₂＝３λ／Ｐ …（６）
ｓｉｎθ₂−ｓｉｎθ₁＝λ／Ｐ …（７）
（６），（７）式より次式を得る。

３ｓｉｎθ₁＝ｓｉｎθ₂ …（８）
０≦θ１，θ２≦９０°の範囲では（５）式、（８）式は単調であるため、θ₁，θ₂は大きいほど、ｉＮＡは小さいほど検出感度が高い。
なお、上記の実施形態のマーク５０Ａ〜５０Ｃの代わりに、いわゆるハーフトーンのマークを用いることで、像コントラストが向上し、露光量の誤差に対するレジストパターンの形状変化量が少なくなり、露光量誤差の許容量が増す。デフォーカス量の検出感度は、マークピッチが同じであればマーク５０Ａ〜５０Ｃを用いる場合と同じである。

次に、上記のマーク像の端部を消すためのトリム露光による光量分布のシミュレーション結果の一例につき図１４を参照して説明する。
図１４（Ａ）、（Ｂ）の横軸はＸ座標（μｍ）、縦軸は光量Ｉ（相対値）であり、図１４（Ａ）、（Ｂ）において、分布５５Ｃ及び５５Ｄはそれぞれトリム露光の理想的な及び実際の（投影光学系ＰＬを介した）光量分布を示し、分布５５Ａ及び５５Ｂはそれぞれベストフォーカス位置及び１００ｎｍデフォーカスした場合の周期的なマークの空間像の光量分布とトリム露光の光量分布とを合わせた光量分布を示している。シミュレーションの条件は、１回目の露光条件を、ＮＡ＝０．８７、λ＝１９３（ｎｍ）、ｉＮＡ＝０．０８７として、トリムパターンの露光は像コントラストを上げた方が有利であり、２回目の露光条件は、ＮＡ＝０．９２、ｉＮＡ＝０．１７４として、２回目の露光量は１回目の５０％に設定した。なお、図１４（Ａ）、（Ｂ）はマークピッチが異なっている。

図１４（Ａ）の例のマークピッチＰｓｍｌｌは、次のとおりである。
Ｐｓｍｌｌ＝λ／｛２（ＮＡ−ｉＮＡ）｝＝１２０．９２（ｎｍ） …（９）
また、トリムパターンは、その像がマーク像の中心の±０．９７３μｍの領域を遮光するように設定されている。図１４（Ａ）の二重露光によって形成される分布５５Ａ及び５５Ｂのたとえば０．４のレベルにポジレジストの感光レベルを設定して、レジストを現像すれば、１００ｎｍのデフォーカスによって横ずれがほとんど発生しないレジストパターンが形成される。

一方、図１４（Ｂ）のマークピッチＰｅｌｒｇは、次のとおりである。
Ｐｅｌｒｇ＝３λ／（２ＮＡ）＝３１４．６７（ｎｍ） …（１０）
また、トリムパターンは、その像がマーク像の中心の±２．５３２μｍの領域を遮光するように設定されている。図１４（Ｂ）の二重露光によって形成される分布５５Ａ及び５５Ｂのたとえば０．４のレベルにポジレジストの感光レベルを設定して、レジストを現像すれば、１００ｎｍのデフォーカスによって−６０ｎｍだけ横ずれしたレジストパターンが形成されることになる。

実際にはアライメント誤差など様々な横ずれ誤差を相殺するため、図１４（Ａ）のピッチＰｓｍｌｌのマーク像と図１４（Ｂ）のピッチＰｅｌｒｇのマーク像との間隔（相対距離）を計測し、それをデフォーカス量に換算する。レジストパターンのエッジは全部計測する必要はなく、最も外側のエッジのみを計測することにすれば、ピッチＰｓｍｌｌのマーク像とピッチＰｅｌｒｇのマーク像との間隔は、通常のレジストレーション測定機の顕微鏡でも計測できる。その顕微鏡は通常、波長が５４０ｎｍ、開口数が０．５程度であるので、解像できるのは１μｍピッチ程度の正弦波状の光量分布までである。このような顕微鏡で図１４（Ａ）、（Ｂ）の二重露光結果を感光レベル０．４で現像したレジストパターンを観察すると、図１４（Ａ）、（Ｂ）の中央部の１６個のパターンは分離できず、平均位置が求められる。顕微鏡の分離能の限界により、図１４（Ａ）では±０．９μｍ辺りにパターンエッジの存在が認識される。図１４（Ｂ）では±２．３μｍ辺りにパターンエッジの存在が認識される。この場合でもデフォーカスによるピッチＰｓｍｌｌのマーク像とピッチＰｅｌｒｇのマーク像との間隔の変化は問題なく計測可能である。

次に、図１５（Ａ）は、図１４（Ａ）の空間像を形成するマーク、即ちデフォーカスによってその空間像に横ずれが発生しない図３（Ａ）の第２マーク５０Ｂの代用となるマーク５０Ｄを示し、図１５（Ｂ）は、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰ上でのマーク５０Ｄからの回折光の分布を示している。マーク５０Ｄは、デューティー５０％のＬ＆Ｓパターンにおいて、透過部に交互に０°及び１８０°の位相シフターを設けた位相シフトマークである。この場合、０°の部分と幅と１８０°の部分の幅とが等しいため、０次光は発生することがない。

マーク５０ＤのピッチＰｐｓｍは、
Ｐｐｓｍ＝３λ／｛２（ＮＡ−ｉＮＡ）｝ …（１１）
となるように設定され、瞳ＰＬＰに入射するのは１次回折光Ｄ（＋１）及び３次回折光Ｄ（＋３）のみであり、これらの２光束干渉によって像が形成されるようになっている。１次回折光Ｄ（＋１）と３次回折光Ｄ（＋３）との平均的光軸ａｘａは、図３（Ｂ）の第１マーク５０Ａ、図４（Ａ）の第１マーク５０Ｃのときの０次光と１次回折光との平均的光軸ａｘａと投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを挟んで反対側にあるので、デフォーカスによるマーク像の移動方向が反対になる。従って、本例の位相シフター付きのマーク５０Ｄの像とマーク５０Ａ又は５０Ｃの像との間隔を計測して、デフォーカス量を計測することも可能である。
なお、このように第１マークが遮光膜をパターニングしたマーク（クロムマーク等）で、第２マークが位相シフトマークである場合には、両マークのピッチを同じにしてもよい。

図１５（Ａ）のマーク５０Ｄのシミュレーション結果の一例を図１６〜図１７に示す。図１６〜図１７の横軸はＸ座標、縦軸は光量Ｉ（相対値）である。シミュレーションの条件は、１回目の露光条件がＮＡ＝０．８７４、λ＝１９３（ｎｍ）、ｉＮＡ＝０．０８７、ｓｉｎθｉ＝ＮＡ−ｉＮＡであり、この場合、ピッチＰｐｓｍ＝３６２．８（ｎｍ）である。

図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれベストフォーカス位置及び１００ｎｍデフォーカスした位置でのそのピッチＰｐｓｍのマークの空間像の光量分布を示している。なお、図１６（Ａ）及び（Ｂ）における矩形の波形は、対応するマークを通過する照明光の振幅分布（値が反転しているのは位相が０°及び１８０°であることを示す）である。図１６（Ｂ）より、１００ｎｍデフォーカスしたマーク像には、＋３５ｎｍの横ずれが生じていることが分かる。図３（Ｂ）の第１マーク５０Ａ（ピッチＰｅｌｒｇを３１４．６７ｎｍとする）の像と図１５（Ａ）のマーク５０Ｄの像との間隔の変化率（検出感度）は、１００ｎｍのデフォーカス当たり９５ｎｍとなる。

次に図１７は、図１６（Ａ）及び（Ｂ）のマーク像に対してトリム露光を行った後の光量分布を示し、分布５５Ｃ及び５５Ｄはそれぞれトリム露光の理想的及び実際の光量分布、分布５５Ａ及び５５Ｂはそれぞれベストフォーカス位置及び１００ｎｍデフォーカスした状態での光量分布を示している。
また、トリムパターンは、その像がマーク像の中心の−３．０８５〜＋３．０８４μｍの領域を遮光するように設定されている。トリムパターンの露光は像コントラストを上げた方が有利であるため、２回目の露光条件は、ＮＡ＝０．９２、ｉＮＡ＝０．０８７とした。また、２回目の露光量は１回目の５０％に設定した。二重露光によって形成される光量分布のたとえば０．４のレベルにポジレジスト感光レベルを設定して、レジストを現像すれば、＋１００ｎｍのデフォーカスによって＋３５ｎｍだけ横ずれしたレジストパターンが形成される。このレジストパターンと図１４（Ｂ）のレジストパターンとの間隔からデフォーカス量を求めるようにしてもよい。

次に、図１８（Ａ）は、図３（Ａ）の第２マーク５０Ｂの代わりに使用できるマーク５０Ｅを示し、図１８（Ｂ）は、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰ上でのマーク５０Ｅからの回折光の分布を示している。マーク５０Ｅは０次光が消える位相シフトマークであり、１次回折光Ｄ（＋１）及び２次回折光Ｄ（＋２）のみが投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰに入射し、２光束干渉によってマーク像が形成される。１次回折光Ｄ（＋１）と２次回折光Ｄ（＋２）との平均的光軸ａｘａは、図３（Ｂ）の第１マーク５０Ａ、及び図４（Ａ）の第１マーク５０Ｃの０次光と１次回折光との平均的光軸ａｘａに対して投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを挟んで反対側にあるので、デフォーカスによるマーク像の移動方向が反対になる。従って、マーク５０Ｅの像とマーク５０Ａ又は５０Ｃの像との間隔を計測することによってデフォーカス量をより高感度に計測することが可能である。
特に、第２マーク５０Ｅと第１マーク５０Ｃとの間隔ＤＸＡの基準値を予め求める場合には、２つのマーク５０Ｅと５０Ｃを同時に露光した方がよい。なお、２つのマークを組み合わせて露光することにより描画誤差の影響を低減することができる。これは、ダイポール照明時にコマ収差によるマークの位置ずれ量が第２マーク５０Ｂと第１マーク５０Ｃとで同じ量になり相殺されるためである（詳細は後述する）。

マーク５０Ｅの構成例を図２０（Ｂ）に示す。図２０（Ｂ）はマーク５０Ｅを透過する照明光の位置Ｘに対応した振幅分布５６Ａを示し、ピッチをＰとすると、図２０（Ｂ）の左側から、幅Ｍｎｓｌ＝Ｐ／８の部分は１８０°位相シフト部５６Ａｂ、次の幅Ｐｌｓ１＝Ｐ／４の部分は位相０°の透過部５６Ａａ、次の幅Ｍｎｓ２＝３Ｐ／８の部分は１８０°位相シフト部５６Ａｂ、次の幅Ｐｌｓ２＝Ｐ／４の部分の位相０°の透過部５６Ａａであり、以下この順に位相０°の透過部と位相１８０°の位相シフト部とが交互に繰り返される。この場合、位相０°の透過部と、位相１８０°の位相シフト部との１ピッチ当たりの全部の幅は互いに同じになっているため、０次光は発生しない。マーク５０Ｅの構造は、１次回折光と２次回折光との振幅が同じ程度になるようにシミュレーションによって決定されている。マーク５０ＥのピッチＰｐｓｍ１２は、次式で与えられるときデフォーカス量の検出感度が最大となる。

Ｐｐｓｍ１２＝λ／（ＮＡ−ｉＮＡ） …（１２）
図１８（Ａ）のマーク５０Ｅのシミュレーション結果の一例を図１９〜図２２に示す。図１９〜図２２の各図（図２０（Ｂ）を除く）の横軸はＸ座標、縦軸は光量Ｉ（相対値）である。シミュレーションの条件は、１回目の露光条件がＮＡ＝０．８７４、λ＝１９３（ｎｍ）、ｉＮＡ＝０．０８７、ｓｉｎθｉ＝ＮＡ−ｉＮＡであり、この場合、（１２）式のピッチＰｐｓｍ１２は２４２（ｎｍ）である。

図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）、及び図２０（Ａ）の分布５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄは、それぞれベストフォーカス位置、１００ｎｍデフォーカスした位置、及び−１００ｎｍデフォーカスした位置での、そのピッチＰｐｓｍ１２のマーク像の光量分布を示している。なお、これらの図における矩形の振幅分布５６Ａは、対応するマーク上での照明光の振幅分布である。図１９（Ｂ）から、デフォーカス量が１００ｎｍで、マーク像に＋５０ｎｍの横ずれが生じていることが分かる。図１８（Ａ）のマーク５０Ｅと図３（Ｂ）の第１マーク５０Ａ（ピッチＰｅｌｒｇが３１４．６７ｎｍの場合）との間隔変化による検出感度は、１００ｎｍのデフォーカス当たり１１０ｎｍとなる。

図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）、及び図２２中の分布５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄは、それぞれ図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）、及び図２０（Ａ）のマーク像の光量分布に対して図２３の光量分布５７Ａのトリムパターンを用いてトリム露光（二重露光）を行った後の光量分布を示し、図２３のトリムパターンは、図２０（Ｂ）と同じ振幅分布５６Ａを持つ位相シフトマークの中央のＸ方向の幅がＮ×Ｐ（Ｎは整数）の部分に対応する部分が遮光部となっている。また、トリムパターンの光量分布５７Ａのエッジ部は、幅３Ｐ／８の１８０°位相シフト部５６Ａｂの中央部に位置するように、即ち位相０°の透過部５６ＡａからＳｆｔ（＝３Ｐ／１６）だけ位置ずれするようにアライメントが行われる。

図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）、図２２において、分布５７Ａ及び５７Ｂはそれぞれトリム露光時の理想的な及び実際の光量分布を示し、トリム露光は像コントラストを上げた方が有利であるので２回目の露光条件は、ＮＡ＝０．９２、ｉＮＡ＝０．０８７とした。また、デフォーカスによってトリムマークが横ずれしないように、テレセン崩しは行わない。さらに、２回目の露光量は１回目の５０％に設定した。図２１（Ｂ）の例において、二重露光後の光量分布のたとえば０．４のレベルにポジレジストの感光レベルを設定して、レジストを現像すると、＋１００ｎｍのデフォーカスによって＋５０ｎｍの横ずれが発生するレジストパターンが形成される。従って、図３（Ｂ）の第１マーク５０Ａの像と分布５６Ｂのマーク像との間隔を計測し、デフォーカス量に換算することで、１００ｎｍのデフォーカスによって間隔が１１０ｎｍ変化する検出感度が得られる。同様に、図２２の−１００ｎｍデフォーカスしたマーク像においても、レジスト感光レベルを０．４とすることで、正確に横ずれ量を計測できる。

次に、本発明の実施形態の他の例につき図２４〜図２７を参照して説明する。本例では図１の投影露光装置において、投影光学系ＰＬの物体面上でＹ方向に沿って伸びるパターン（以下、Ｖ線と言う。）と、Ｘ方向に沿って伸びるパターン（以下、Ｈ線と言う。）との投影光学系ＰＬによる像のデフォーカス量を別々に評価するものである。これは、例えばＶ線の像のベストフォーカス位置（像面）とＨ線の像のベストフォーカス位置との差分から、投影光学系ＰＬの非点収差を求める場合に使用できる。このような用途には、Ｖ線及びＨ線に対応するパターンの像のデフォーカス量を同時に独立に計測できるマークがあれば便利である。

図２４はそのようなマークを示し、図２４のテストレチクルＴＲのマーク形成領域５２Ａ内には、Ｘ方向に異なるピッチで形成されたＬ＆ＳパターンよりなるＸ軸の２つのマーク５８Ｘ及び５９ＸがＸ方向に所定間隔で配列され、Ｙ方向に異なるピッチで形成されたＬ＆ＳパターンよりなるＹ軸の２つのマーク５８Ｙ及び５９ＹがＹ方向に所定間隔で配列されている。Ｘ軸のマーク５８Ｘ及び５９Ｘの像の間隔からＶ線に対応するパターンの像のデフォーカス量を求めることができ、Ｙ軸のマーク５８Ｙ及び５９Ｙの像の間隔からＨ線に対応するパターンの像のデフォーカス量を求めることができる。この場合の照明光は、Ｘ軸に対して４５°で交差する入射面６０に沿ってテレセン崩しを行った状態でマーク形成領域５２Ａに照射される。

図２５は、図２４の入射面６０を示す斜視図であり、図２５において、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰの中心をＸＹＺ直交座標系の原点とする。また、テストレチクルＴＲの＋Ｚ側の面とＺ軸との交点を原点としてＸ軸及びＹ軸に平行にＸ’軸及びＹ’軸をとる。照明光ＩＬの主光線がＸ’軸に対して４５°傾いた入射面６０内を通過し、０次光（直進光）Ｄ０が投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰ内で光軸からＸ軸に対して４５°で交差する方向にずれた位置を通るように、その主光線の入射角θｉを設定する。入射角θｉは、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡ及び照明光学系の開口数ｉＮＡを用いて以下の関係に設定される。

ｓｉｎθｉ＝ＮＡ−ｉＮＡ …（１３）
この場合、図２５の照明光ＩＬの照明領域には、図２４のＸ軸のマーク５８Ｘ及び５９ＸとＹ軸のマーク５８Ｙ及び５９Ｙとが形成されている。このとき、Ｘ軸及びＹ軸の各マークに対してマークピッチを広げないと、瞳ＰＬＰを規定する開口絞り（不図示）によって回折光がけられてしまう。どの程度広げればよいかは幾何学的に決定できる。
図２６（Ａ）は、図２４のマーク５９Ｘから発生する１次回折光Ｄ１（ｘ）及び２次回折光Ｄ２（ｘ）を示し、図２６（Ｂ）は、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰにおける回折光の分布を示している。なお、図２６（Ａ）の角度θｉ’はＸ軸に対して４５°で交差する面内での角度θｉをＸＺ面に投影した角度である。マーク５９Ｘとしては、図１８のマーク５０Ｅのような位相シフトマークが使用されている。図２６（Ａ）において、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを次のように等価的な開口数ＮＡｅｑに換算して、マーク５９Ｘのピッチを計算すればよい。

ＮＡｅｑ＝（ＮＡ−ｉＮＡ）／２^1/2 ＋ｉＮＡ
＝ＮＡ／２^1/2 ＋（１−１／２^1/2）ｉＮＡ …（１４）
ピッチ(pitch)＝λ／（ＮＡｅｑ−ｉＮＡ）
従って、１次元用のマーク（例えば図１８のマーク５０Ｅ）のピッチを約２^1/2 倍すれば、図２４の２次元用のＸ軸のマーク５９Ｘとして使用可能である。図２４のＹ軸のマーク５９Ｙについても、図２５及び図２６（Ｂ）に１次回折光Ｄ１（ｙ）及び２次回折光Ｄ２（ｙ）を示すように、Ｘ軸のマーク５９Ｘを９０°回転したマークを使用できる。

次に、図２４のマーク５８Ｘ及び５８Ｙについては、図２７に示すように、それらからの３次回折光Ｅ３（ｘ）及びＥ３（ｙ）が、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰにほぼ外接して瞳ＰＬＰには入らない条件にすれば感度は最大となる。
図２７において、マーク５８Ｘからの０次光Ｄ０及び１次回折光Ｅ１（ｘ）、及びマーク５８Ｙからの０次光Ｄ０及び１次回折光Ｅ１（ｙ）のみが瞳ＰＬＰ内に入っている。従って、マーク５８Ｘとして、図３（Ｂ）の第１マーク５０Ａと同様でピッチが異なるマークが使用でき、マーク５８Ｙとしてマーク５８Ｘを９０°回転したマークが使用できる。

図２７において、光軸ＡＸからＸ方向への距離ＢでＹ方向への距離Ａの３次回折光Ｅ３（ｘ）が瞳ＰＬＰに外接する条件から、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを次のように等価的な開口数ＮＡｅｑ２に換算して、（１４）式の等価的な開口数ＮＡｅｑをも用いると、マーク５８Ｘのピッチ（これもＰとする）は次のようになる。
Ｐ＝３／（ＮＡｅｑ＋ＮＡｅｑ２） …（１５）
Ｂ＝｛（ＮＡ＋ｉＮＡ）² −（ＮＡ−ｉＮＡ）² ／２｝^1/2 …（１６）
ＮＡｅｑ２＝Ｂ−ｉＮＡ …（１７）
本例の図２４に示すマークは、Ｖ線及びＨ線の像のデフォーカス量を同時に計測するために使用するマークであるが、他のマークを使用する際も、結像に必要な回折光が投影光学系ＰＬの開口絞りによってけられたり、又は不要な回折光が投影光学系ＰＬの瞳内に漏れ込んでこないようにマークピッチを決定すればよい。
なお、マーク５８Ｘ、５８Ｙのピッチは、（１５）式によらず、
ピッチ(pitch)＝λ／（ＮＡｅｑ−ｉＮＡ）
で決定すれば、ダイポール照明でマーク間の距離を計測する際に、コマ収差の影響が相殺されるので好ましい。

次に、テストレチクルＴＲに形成されているフォーカス計測用の複数のマークの間隔（相対距離）の描画誤差（設計値に対する誤差）を計測する方法につき説明する。なお、以下ではその描画誤差を投影像での値として計測する。
先ず、Ｖ線に関するデフォーカス量を計測するために、図４（Ａ）のマーク５０Ｃと図１８（Ａ）のマーク５０Ｅとが所定間隔で形成されたテストレチクル（これもＴＲとする。）を使用するものとして、マーク５０Ｃ，５０Ｅのピッチは、（１２）式の右辺で表されるとする。この場合、それらのマークの間隔の描画誤差を計測するために、図１の照明光学系５において開口絞り１３Ａを選択して２極照明に設定する。この結果、図２８（Ａ）に示すように、マーク５０Ｃ，５０Ｅは±Ｘ方向に角度θｉで対称に傾斜した照明光ＩＬで照明され、図２８（Ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰ内において、光軸上をマーク５０Ｃ，５０Ｅからの１次回折光Ｄ（＋１）が通過し、両端部をマーク５０Ｃからの０次光Ｄ０及びマーク５０Ｅからの２次回折光Ｄ（＋２）が通過する。そして、上記の実施形態と同様に、露光及び現像後にマーク５０Ｃ，５０Ｅの像であるレジストパターンの間隔を計測する。

このとき、マーク５０Ｃ及び５０Ｅからの回折光（結像光束）が被るコマ収差などの非対称収差によるそれらのマークの像の横ずれ量は同じになるので、それらのマークの像の間隔（相対距離）を計測する際にその非対称性による横ずれ量は相殺される。従って、その間隔の計測結果からその設計値（目標値）を差し引くことで、描画誤差δＥを求めることができる。なお、球面収差などの対称収差は２極照明時には空間像の横ずれの要因とはならないため、マーク像の相対位置の計測誤差にはならない。
また、Ｈ線に関するデフォーカス量を計測するときには、マーク５０Ｃ，５０Ｅを９０°回転したマークが使用されるが、これらのマークの描画誤差の計測時には、これらのマークを±Ｙ方向に角度θｉで対称に傾斜した照明光ＩＬを用いる２極照明で照明すればよい。

その後、上記の実施形態のようにフォーカス計測を行うために、テレセン崩しを行ってマークを照明する際の計測結果、即ちマーク５０Ｃ，５０Ｅの像の間隔からその間隔の設計値を差し引いて得られる偏差δＴには以下の成分が含まれる。
（ａ１）デフォーカスによる偏差δ１。（ａ２）マークの描画誤差δ２。（ａ３）デフォーカス以外の対称収差（球面収差など）による偏差δ３。
これらの成分のうち、（ａ２）のマークの描画誤差δ２は、上記のようにして求めた描画誤差δＥと同じである。また、（ａ３）の偏差δ３は、例えば空間像による収差計測などの他の収差計測手法により計測しておくことができる。このようにして偏差δＴからデフォーカスによる偏差δ１のみを分離抽出することが可能となる。一例として、その偏差δ１が最小になるように投影光学系ＰＬとウエハＷとのＺ方向の相対距離を調整することによって、ベストフォーカス状態で露光を行うことができる。

次に、図２４に示すＸ軸のマーク５８Ｘ，５９Ｘ及びＹ軸のマーク５８Ｙ，５９Ｙを用いて、Ｖ線及びＨ線に関するデフォーカス量を同時に計測する場合のマークの描画誤差の計測方法につき説明する。マーク５８Ｘ，５９Ｘのピッチは、（１２）式の開口数ＮＡとして（１４）式の等価的な開口数ＮＡｅｑｕを用いた式で表すことができるが、マーク５９Ｘは位相シフトマークである。また、マーク５８Ｙ，５９Ｙはマーク５８Ｘ，５９Ｘを９０°回転したマークである。そのデフォーカス量の計測時には、図２９（Ａ）に示すように、マーク５８Ｘ，５８ＹはＸ軸に４５°で交差する方向から（１３）式の角度θｉで傾斜した照明光ＩＬで照明される。なお、角度θｉ’は角度θｉをＸＺ面に投影したときの角度である。そして、図２９（Ｂ）に示すように、マーク５８Ｘ，５８Ｙからの回折光のうちで０次光Ｄ０及び１次回折光Ｄ１（ｘ），Ｄ１（ｙ）のみが投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰを通過し、２次回折光（位置ＰＤ２（ｘ），ＰＤ２（ｙ））は消失する。
同様に、図３０（Ａ）に示すように、マーク５９Ｘ，５９ＹもＸ軸に４５°で交差する方向から照明光ＩＬで照明され、図３０（Ｂ）に示すように、マーク５９Ｘ，５９Ｙからの回折光のうちで０次光（位置ＰＤ０）は消失し、１次回折光Ｄ１（ｘ），Ｄ１（ｙ）及び２次回折光Ｄ２（ｘ），Ｄ２（ｙ）のみが投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰを通過する。

これらのマークの描画誤差を計測するためには、図２５に対応させた図３１に示すように、テストレチクルＴＲ上のＸ’軸（瞳ＰＬＰ上のＸ軸に平行な軸）に対して時計方向に＋４５°及び−４５°でそれぞれ交差するとともにレチクル面に垂直な入射面６０Ａ及び６０Ｂを想定する。そして、Ｘ軸のマーク５８Ｘ，５９Ｘに対しては、入射面６０Ａ及び６０Ｂ内で−Ｙ’方向（Ｙ’軸は瞳ＰＬＰ上のＹ軸に平行な軸）に、それぞれ入射角θｉとなる主光線ＩＬ１ｘ及びＩＬ２ｘを持つ２つの照明光を用いる２極照明で照明する。これによって、図３１に示す投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰ内で、マーク５８Ｘからの０次光Ｄ１０（ｘ）及びマーク５９Ｘからの２次回折光Ｄ２２（ｘ）と、マーク５８Ｘからの０次光Ｄ２０（ｘ）及びマーク５９Ｘからの２次回折光Ｄ１２（ｘ）とがＹ軸に関して対称に通過し、マーク５８Ｘ，５９Ｘからの１次回折光Ｄ１１（ｘ），Ｄ２１（ｘ）がＹ軸上を通過するため、非対称な収差によるマーク像の横ずれ量が同じになり、両マークの像の相対位置計測に与える非対称収差の影響を相殺できるため、マークの描画誤差のみを計測できる。

同様に、Ｙ軸のマーク５８Ｙ，５９Ｙに対しては、図３２の入射面６０Ａ及び６０Ｂ内で＋Ｘ’方向にそれぞれ入射角θｉとなる主光線ＩＬ１ｙ及びＩＬ２ｙを持つ２つの照明光を用いる２極照明で照明する。これによって、図３２に示す投影光学系ＰＬの瞳ＰＬＰ内で、マーク５８Ｙからの０次光Ｄ１０（ｙ）及びマーク５９Ｙからの２次回折光Ｄ２２（ｙ）と、マーク５８Ｙからの０次光Ｄ２０（ｙ）及びマーク５９Ｙからの２次回折光Ｄ１２（ｙ）とがＸ軸に関して対称に通過し、マーク５８Ｙ，５９Ｙからの１次回折光Ｄ１１（ｙ），Ｄ２１（ｙ）がＸ軸上を通過するため、非対称な収差によるマーク像の横ずれ量が同じになり、両マークの像の相対位置計測に与える非対称収差の影響を相殺できるため、マークの描画誤差のみを計測できる。

なお、上記の０次光が生じないマーク５９Ｘ，５９Ｙとしては、図１８（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示すマーク５０Ｅの他に、図３３の位相シフトマーク又は図３４のハーフトーンマークを使用することができる。これらのマークは、マーク５０Ｅに比べて最小線幅が広くできるため、テストレチクルＴＲの製造が容易になる。これらのマークの投影像はマーク５０Ｅの像と同等である。
図３３の透過光の振幅分布７０Ａで表される位相シフトマークにおいては、位相０°の透過部７０Ａａ及び遮光部７１の間に位相１８０°の位相シフタ部７０Ａｂが形成されている。また、マークのピッチＰを１６Ａ（Ａは定数）とすると、１ピッチ内に順次位相シフタ部７０Ａｂ、透過部７０Ａａ、遮光部７１及び透過部７０Ａａがそれぞれ幅６．５Ａ，３．２５Ａ，３．０Ａ及び３．２５Ａで形成されている。この場合、ピッチＰをウエハ上で１７６ｎｍとすると、最小線幅である３Ｐ／１６はウエハ上で３３ｎｍとなり、レチクル上では投影倍率を１／４として１３２ｎｍとなる。

次に、図３４の透過光の振幅分布７２Ａで表されるピッチＰのハーフトーンマークにおいては、幅ＰＨＬの位相０°の透過部７２Ａａの間に位相１８０°で強度透過率ＨＴが例えば６％程度の位相シフト部７２Ａｂが形成されている。強度透過率ＨＴを用いると幅ＰＨＬは次のようになる。
ＰＨＬ＝Ｐ×ＨＴ^1/2 ／（１＋ＨＴ^1/2 ） …（１８）
一例として、ＨＴ＝０．０６（６％）とすると、幅ＰＨＬはＰ×０．１９７となる。なお、図３４の例では、透過率分布７３Ａで示すように、中央のＮピッチの部分だけが露光されるようにトリム露光が行われる。

なお、本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、一括露光型の投影露光装置や例えば国際公開（ＷＯ）第９９／４９５０４号などに開示される液浸型露光装置で投影光学系のフォーカス情報を計測する場合にも適用できる。また、本発明の露光装置は、半導体デバイス、液晶表示素子やプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、ＤＮＡチップ等、及びマスク（フォトマスク、レチクル等）を製造するための露光装置にも適用することができる。
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。

本発明は、半導体デバイス等の各種デバイスを製造する際に用いられる投影露光装置の結像特性の計測や、露光対象の基板のフラットネスの計測等に使用することができる。

本発明の実施形態の一例の投影露光装置を示す斜視図である。（Ａ）はテストレチクルの一例を示す平面図、（Ｂ）は図２（Ａ）中のマーク形成領域５２Ａを示す拡大図、（Ｃ）はウエハのショット配列の一例を示す平面図、（Ｄ）はウエハ上に投影されるマーク像を示す拡大図である。（Ａ）はマーク５０Ｂからの回折光を示す図、（Ｂ）はマーク５０Ａからの回折光を示す図、（Ｃ）は投影光学系ＰＬの瞳面上の回折光を示す図である。（Ａ）はマーク５０Ｃからの回折光を示す図、（Ｂ）は図４（Ａ）の投影光学系ＰＬの瞳面上の回折光を示す図である。マーク５０Ｂの像の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。マーク５０Ｃの像の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。マーク５０Ａの像の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。マーク５０Ａでピッチを大きくした場合の像の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。ウエハ上のレジスト断面及びその上のマーク像の光量分布を示す図である。マーク像の両端部を消すためのトリム露光の説明図である。ウエハ上のマーク像の配列の一例を示す図である。マーク像の両端部等を消すためのトリム露光の説明図である。マーク５０Ａからの回折光を示す図である。トリム露光後の光量分布の例を示す図である。位相シフト型のマーク５０Ｄからの回折光を示す図である。マーク５０Ｄの像の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。図１６の光量分布にトリム露光の光量分布を重ねた結果を示す図である。位相シフト型のマーク５０Ｅからの回折光を示す図である。マーク５０Ｅの像の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。（Ａ）は別の条件下でのマーク５０Ｅの像の光量分布のシミュレーション結果を示す図、（Ｂ）はマーク５０Ｅの透過光の振幅を示す図である。図１９の光量分布にトリム露光の光量分布を重ねた結果を示す図である。図２０（Ａ）の光量分布にトリム露光を重ねた結果を示す図である。トリム露光用のマークの一例を示す図である。Ｖ線及びＨ線に対応するパターンの像のデフォーカス量を同時に独立に計測できるマークの一例を示す拡大図である。図２４のマークに対する照明光の一例を示す図である。図２４の一部のマークからの回折光を示す図である。図２４の他のマークからの回折光を示す図である。（Ａ）はマーク５０Ｃ，５０Ｅからの回折光を示す図、（Ｂ）は図２８（Ａ）の投影光学系ＰＬの瞳面上の回折光を示す図である。（Ａ）はマーク５８Ｘ，５８Ｙからの回折光を示す図、（Ｂ）は図２９（Ａ）の投影光学系ＰＬの瞳面上の回折光を示す図である。（Ａ）はマーク５９Ｘ，５９Ｙからの回折光を示す図、（Ｂ）は図３０（Ａ）の投影光学系ＰＬの瞳面上の回折光を示す図である。マーク５８Ｘ，５９Ｘに対する照明光の一例を示す図である。マーク５８Ｙ，５９Ｙに対する照明光の一例を示す図である。別の例の位相シフトマークの透過光の振幅分布を示す図である。別の例のハーフトーンマークを用いてトリム露光を行う場合の透過光の振幅分布を示す図である。

符号の説明

１…主制御系、５…照明光学系、ＴＲ…テストレチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、２８…ウエハステージ、５２Ａ〜５２Ｅ…マーク形成領域、５０Ａ〜５０Ｅ…マーク、５０ＡＰ，５０ＢＰ…マーク像

Claims

投影光学系のフォーカス情報を計測するフォーカス計測方法であって、
主光線が前記投影光学系の光軸に対して傾斜した照明光を用いて、前記投影光学系の瞳面において当該瞳面における光軸からの距離が互いに異なるような光強度分布が得られるように２つの回折光を発生する第１マークを照明する第１工程と、
前記投影光学系を介して前記第１マークの像を所定面に投影し、該第１のマークの像の位置情報を求める第２工程と、
前記第２工程で求められる位置情報に基づいて、前記投影光学系のフォーカス情報を求める第３工程とを有することを特徴とするフォーカス計測方法。
前記第３工程は、前記第１マークの像の位置情報に基づいて、前記投影光学系のデフォーカス量を求める工程を含むことを特徴とするフォーカス計測方法。
前記瞳面における前記２つの回折光の強度分布は、前記瞳面上で前記光軸を通る直線に対して直交する方向にずれており、
前記第２工程は、前記所定面上における前記直交する方向に関する前記第１マークの像の位置情報を求める工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のフォーカス計測方法。
前記第１工程は、前記第１マークが発生する２つの回折光により前記瞳面に分布する光強度の位置に対し、異なる位置に光強度が分布するように複数の回折光を発生する第２マークを照明する工程を含み、
前記第２工程は、前記所定面に投影される前記第１マークの像及び前記第２マークの像の位置情報を求める工程を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のフォーカス計測方法。
前記第１マーク及び前記第２マークの少なくとも一方は、０次光が実質的に生じない位相シフト型のマークであることを特徴とする請求項４に記載のフォーカス計測方法。
前記第１工程は、照明光学系の瞳面上での照明光の光強度分布をその中心部よりも前記照明光学系の光軸から偏心した２つの領域で高めた状態で、前記第１マーク及び前記第２マークを照明し、
前記第３工程は、前記所定面における前記第１マークと前記第２マークとの間隔の基準値に対して、前記所定面に投影された前記第１マークの像と前記第２マークの像との間隔のずれ量を求めることを特徴とする請求項４又は５に記載のフォーカス計測方法。
投影光学系を介してパターンを基板上に転写する露光装置において、
前記投影光学系の物体面側に配置される第１マークとを照明する照明光学系と、
前記第１マークから発生する２つの回折光が前記投影光学系の瞳面における光軸からの距離が互いに異なるような光強度分布を得るように、前記第１マークを照明する照明光の主光線の傾斜角を制御する制御装置とを備えることを特徴とする露光装置。
前記照明光学系は、前記投影光学系の物体面側に配置された前記第１マークとは異なる第２マークを照明し、
前記制御装置は、前記第１マークから発生する２つの回折光による前記瞳面に分布する光強度の位置に対し、異なる位置に光強度が分布するように複数の回折光を発生するように、前記第２マークを照明する照明光の主光線の傾斜角を制御することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
照明光の主光線が傾斜した照明条件で照明されるマスクであって、
回折光のずれ方が互いに異なるとともに、それぞれ所定の周期方向に対称な第１マーク及び第２マークが並べて形成されたことを特徴とするフォーカス計測用マスク。
前記照明条件で照明されたときに、前記第１マークから発生する２つの回折光のそれぞれの重心の中心と前記第２マークから発生する２つの回折光のそれぞれの重心の中心とが前記周期方向にずれていることを特徴とする請求項９に記載のフォーカス計測用マスク。
前記第１マーク及び前記第２マークの少なくとも一方は、０次光が実質的に生じない位相シフト型のマークであることを特徴とする請求項８又は９に記載のフォーカス計測用マスク。