JP2005294450A - 位置計測方法、露光方法とその装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下地表面にゴミが存在しても影響を受けることなく適切に下地波形の光量依存成分を検出し、下地波形による補正を適切に行い、レチクル等の位置を高精度に計測する位置計測方法を提供することにある。
【解決手段】下地波形の光量依存成分を検出する方法として、その下地のマークが形成されていない領域（非マーク領域）に光ビームを照射し、その反射ビームを観察系を介して撮像し、その撮像信号に基づいて光量依存成分を検出する。光ビームを非マーク領域に照射して計測する際には、照射対象の領域の表面に対してデフォーカスした状態で表面検出を行う。表面にゴミの付着や欠陥の発生があったとしても、デフォーカスした状態なので、下地波形にノイズとして取り込まれることも防ぐことができ、ゴミや欠陥の影響のない適切な光量依存成分を検出することができる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、半導体素子等の電子デバイスを製造する際のリソグラフィー工程で用いる露光装置に適用して好適な、基板あるいはマスクの位置を計測する位置計測方法、その位置計測方法を用いる露光方法とその装置、及び、その露光方法を用いたデバイス製造方法に関する。

半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイス（以下、電子デバイスと総称する）の製造にあたっては、露光装置を用いて、フォトマスクやレチクル（以下、レチクルと総称する）に形成された微細なパターンの像を、フォトレジスト等の感光剤を塗布した半導体ウエハやガラスプレート等の基板（以下、ウエハと称する）上に投影露光する。その際、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライメント）し、レチクルのパターンをウエハ上のパターンに高精度に重ね合わせる必要がある。近年、パターンの微細化や高集積度化が急速に進んでおり、このような露光装置には以前に増して高い露光精度が要求されている。そのため、アライメントに対する精度の要求も一層厳しくなってきており、より高精度なアライメントが要望されている。

ウエハの位置計測は、ウエハ上に形成された位置合わせマーク（アライメントマーク）の位置を計測することにより行われる。このアライメントマークの位置を計測するアライメント系として、例えばハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光でマークを照射し、反射光をＣＣＤカメラなどで撮像し、得られたアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＦＩＡ（Field Image Alignment）系のオフアクシス・アライメントセンサなどが知られている。このＦＩＡ系のアライメントセンサによると、レジスト層による薄膜干渉の影響を受けにくくなり、アルミマークや非対称マーク等についても高精度な位置検出が可能である。

レチクルの位置検出も、ウエハの位置検出と同様にレチクルに形成された位置合わせマーク（アライメントマーク）を検出することにより行われるが、この場合には、検出光束として露光光を用いるものが一般的である。例えば、露光光をレチクル上に形成されたアライメントマークに照射し、反射光をＣＣＤカメラなどで撮像し、得られたアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＶＲＡ（VisualReticle Alignment）方式のセンサなどが知られている。このようなレチクルアライメント系においては、ウエハステージにある（固設された）基準板上にパターニングされているウエハ基準マーク（ウエハフィデュシャルマーク）と、レチクル上にパターニングされたレチクルアライメントマークをカメラで撮像し、得られた信号に基づいてウエハ基準マークとレチクルアライメントマークの相対位置を求め、これに基づいてレチクルの位置合わせを行っている。

ところで、上述したようなアライメント系においては、カメラの暗電流むら及びピクセル間の感度ばらつき、あるいは、センサのカバーガラス及び光学系等で発生する干渉縞等により、計測結果にいわゆるだまされ（すなわち誤差）が生じる場合がある。このだまされを解消するために、通常、下地補正と称する処理を施すことが提案されている。下地補正とは、暗電流むら等の光量非依存成分、及び、干渉縞等の光量依存成分を各々予め計測して下地波形（下地信号）として記憶しておき、ウエハ基準マークやレチクルアライメントマークの信号波形（マーク信号）を検出した時に、得られた信号波形を下地波形を参照して補正する処理である。具体的には、例えば、得られた信号波形から光量非依存成分を減じ、その結果を実質的な光量依存成分で除する等の処理により、計測結果の信号波形を補正する（例えば、特許文献１参照）。
特願２００２−１５９６６０号の明細書

上述したような下地補正を行う場合、その光量依存成分の計測は、レチクル及びウエハステージの基準板等のマークが形成されていない非マーク領域（下地領域）を照明し、その反射戻り光を通常のマーク検出時と同様にアライメント系の光学系及び撮像系を通過させ、その時に観察される信号波形を検出することにより行う。

この時、例えば基準板上の下地領域の表面にゴミや欠陥が存在すると、これがアライメント系により観察され、ノイズを含む不適切な光量依存成分を計測してしまうという問題が生じる。観察した信号波形を、そのようなノイズを含む光量依存成分に基づいて補正すると、補正結果の信号波形にノイズに対応する波形が出現することになる。そして、特にそのノイズによる波形が本来のマークパターンに対応する波形の近傍に出現した場合には、位置計測結果は誤差を含んだ、いわゆるだまされが生じた結果となる可能性が高く、位置合わせ精度を低下させる可能性がある。

また、レチクルアライメント系においては、アライメントの際、照明ビームを投影光学系に入射させるために、投影光学系１３０の上部（レチクルアライメント系の光路上）に落射ミラー２１４が投入される。この落射ミラーは、露光光が投影光学系に供給される時には、露光光の光路外の退避位置に移動される。この落射ミラーの投入精度により、レチクルアライメント系においては、カメラ視野に対してアライメントマークがずれて計測される場合がある。そして、このような状況で、さらに上述したような光量依存成分の検出処理の際の下地領域のゴミや欠陥に基づくノイズが本来のマークパターンの波形の近傍に出現した場合には、位置計測結果は、いわゆるだまされが生じた結果、すなわち誤差を含んだ結果となる可能性が高くなり、位置合わせ精度を低下させる可能性が一層高くなる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、下地表面にノイズや欠陥が生じた場合でも影響を受けることなく適切に下地波形の光量依存成分を検出することができ、下地波形による補正を適切に行い、レチクルやウエハ等に形成されたマークの位置を高精度に計測することのできる位置計測方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、そのような位置計測方法を用いてレチクル（マスク）上に形成されたパターンを高精度に位置合わせして基板上に転写することのできる露光方法及び露光装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、そのような露光方法を用いることにより、高性能なデバイスを製造することのできるデバイス製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明に係る位置計測方法は、物体上に形成されたマークに光ビームを照射して該マークからの反射ビームを観察系を介して受光し、予め検出した光量依存成分を含む下地信号に基づいて前記受光して得たマーク信号を補正して補正マーク信号を求め、該補正マーク信号に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測方法であって、前記マークが形成されている前記物体上のパターン形成面上であって、且つ該マークの存在しない領域である下地領域を、前記観察系の観察視野内に配置する第１工程と、前記下地領域上の前記光ビームの入射側に該光ビームを透過する物質層が存在する場合には、前記物質層の前記光ビーム入射側の表面に対して前記観察系がデフォーカスした状態下で前記下地領域を検出し、前記下地領域上に前記物質層が存在しない場合には、該下地領域の表面に対して該観察系がデフォーカスした状態下で該下地領域を検出する第２工程と、前記第２工程での検出結果に基づいて、前記光量依存成分を検出する第３工程とを有することを特徴とする。

このような位置検出方法においては、予め下地波形の光量依存成分を検出する方法として、その下地のマークが形成されていない領域（下地領域、非マーク領域）に光ビームを照射し、その反射ビームを観察系を介して撮像し、その撮像信号に基づいて光量依存成分を検出することとしている。そして、特に、下地領域上の光ビームの入射側に光ビームを透過する物質層が存在する場合には、その物質層の光ビーム入射側の表面に対してデフォーカスした状態で観察系が下地領域を検出し、下地領域上に物質層が存在しない場合には下地領域の表面に対してデフォーカスした状態で観察系が下地領域を検出するようにしている。従って、仮に非マーク領域を含む部材の表面にゴミの付着や欠陥の発生があったとしても、それらはデフォーカスした状態なので、ゴミや欠陥を識別できる形で取り込むことを回避することができ、これが下地波形にノイズとして取り込まれることを防ぐことができる。すなわち、ゴミや欠陥の影響のない適切な光量依存成分を検出することができる。

また本発明に係る他の位置計測方法は、物体上に形成されたマークに光ビームを照射して該マークからの反射ビームを観察系を介して受光し、予め検出した光量依存成分を含む下地信号に基づいて前記受光して得たマーク信号を補正して補正マーク信号を求め、該補正マーク信号に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測方法であって、前記マークが形成されている前記物体上のパターン形成面上であって、且つ該マークの存在しない領域である下地領域を、前記観察系の観察視野内に配置する第１工程と、前記下地領域に対して前記光ビームを照射した状態で、前記パターン形成面と平行な面に沿って該下地領域と該光ビームとを相対的に移動させながら、前記下地領域からの反射ビームを前記観察系を介して受光する第２工程と、前記第２工程で受光した信号に基づいて、前記光量依存成分を検出する第３工程とを有することを特徴とする。

好適には、前記第２工程では、前記物体の位置を規定するＸ軸及びＹ軸の両方に対して交差する方向に、前記下地領域と前記光ビームとを相対的に移動させることを特徴とする。

また、本発明に係る他の位置計測方法は、基板を載置する基板ステージ上に固設された第１基準部材上に形成された第１基準マーク、及びマスクステージ上に載置されたマスク上に形成されたマスクマークに光ビームを照射し、前記各マークからの反射ビームを観察系を介して受光し、予め検出した光量依存成分を含む下地信号に基づいて前記受光して得た信号を補正して補正マーク信号を求め、該補正マーク信号に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測方法であって、前記マスク上のパターン形成面上であり且つ前記マスクマーク又はパターンの存在しない領域である第１下地領域、あるいは前記マスクステージ上に固設され第２基準マークを備えた第２基準部材上の基準パターン形成面上の該第２基準マークの存在しない領域である第２下地領域を、前記観察系の観察視野内に配置する第１工程と、前記第１下地領域又は前記第２下地領域からの反射ビームを前記観察系を介して受光する第２工程と、前記第２工程で受光した信号に基づいて、前記光量依存成分を検出する第３工程とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る露光方法は、マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する露光方法であって、前記マスク又は前記基板の少なくとも何れか一方について、上述の何れかの位置計測方法により位置を計測し、当該計測結果に基づいて前記マスク又は前記基板の位置決めを行うことを特徴とする。

また、本発明に係る露光装置は、マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、上述の何れかの位置計測方法により前記マスク又は前記基板の少なくとも何れか一方の位置を計測する位置計測手段を有することを特徴とする。

また、本発明に係るデバイス製造方法は、上述の露光方法を用いて、マスク上に形成されたデバイスパターンを基板上に転写する工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、下地表面にノイズや欠陥が生じた場合でも影響を受けることなく適切に下地波形の光量依存成分を検出することができ、下地波形による補正を適切に行い、レチクルやウエハ等に形成されたマークの位置を高精度に計測することのできる位置計測方法を提供することができる。

また、そのような位置計測方法を用いてレチクル（マスク）上に形成されたパターンを高精度に位置合わせして基板上に転写することのできる露光方法及び露光装置を提供することができる。

また、そのような露光方法を用いることにより、高性能なデバイスを製造することのできるデバイス製造方法を提供することができる。

第１実施形態
本発明の第１実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る電子デバイス製造用の投影露光装置の概略構成を示す図である。図１に示す露光装置１００は、マスクとしてのレチクルＲと基板としてのウエハＷとを１次元方向（図１ではＹ方向）に同期移動させつつレチクルＲに形成された回路パターンをウエハＷ上に規定される各ショット領域に転写する、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニング・ステッパ）である。

まず、露光装置１００の全体構成について説明する。

露光装置１００は、照明系１１０、レチクルステージ１２０、投影光学系１３０、ウエハステージ部１４０、レチクルアライメント系１８０、ウエハアライメントセンサ１７０、メインフォーカス系１５０及び主制御装置１６０を有する。

照明系１１０は、例えばエキシマレーザからなる光源１１１、ビーム整形用レンズ及びオプチカルインテグレータ（フライアイレンズ）等を含む照度均一化光学系１１２、照明系開口絞り板１１３（レボルバ）１１３、レボルバ駆動系１１４、リレー光学系１１６、図示しないレチクルブラインド、折り曲げミラー１１７、及び、図示しないコンデンサレンズ等を有する。

照明系１１０において、光源１１１から、例えばＫｒＦエキシマレーザ光あるいはＡｒＦエキシマレーザ光等の照明ビームＩＬが射出される。光源１１１におけるレーザパルスの発光は、主制御装置１６０により制御される。なお、光源１１１としては、超高圧水銀ランプを用いてもよい。その場合は、ｇ線、ｉ線等の紫外域の輝線が照明ビームＩＬとして用いられる。

光源１１１から射出された照明ビームＩＬは、照度均一化光学系１１２により光束が一様化され、スペックルの低減化等が行われる。

照度均一化光学系１１２の出口部分には、円板状部材からなる照明系開口絞り板１１３が配置されている。

照明系開口絞り板１１３には、ほぼ等角度間隔で、例えば、通常の円形開口の開口絞り、コヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための小さな円形開口の開口絞り、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り、及び、変形光源法用の複数の開口を偏心させて配置した変形開口絞り等の複数の開口絞りが配置されている。照明系開口絞り板１１３は、主制御装置１６０により制御されるモータ等のレボルバ駆動系１１４により回転駆動されるようになっており、これにより、何れかの開口絞りが照明ビームＩＬの光路上に選択的に配置される。

照明系開口絞り板１１３の後段には、図示しないレチクルブラインドを介在してリレー光学系１１６が配置されている。レチクルブラインドの設置面は、レチクルＲと共役関係にあり、このレチクルブラインドによりレチクルＲ上の照明ビームＩＬにより照明される領域が規定される。

リレー光学系１１６の後段には、リレー光学系１１６を通過した照明ビームＩＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラー１１７が配置され、この折り曲げミラー１１７のさらに後段（反射された照明ビームＩＬの光路上の後段）に、図示しないコンデンサレンズが配置される。

照明系開口絞り板１１３を通過した照明ビームＩＬは、リレー光学系１１６を通過する際に、図示しないレチクルブラインドでレチクルＲの照明領域を規定され、折り曲げミラー１１７により垂直下方に反射され、図示しないコンデンサレンズを介してレチクルＲの所定の領域を均一な照度で照明する。

レチクルステージ１２０は、載置されるレチクルＲを、図示しないバキュームチャック等を介して吸着保持する。レチクルステージ１２０は、水平面（ＸＹ平面）内を２次元移動可能に構成されており、レチクルＲがレチクルステージ１２０に載置された後、レチクルＲのパターン領域ＰＡの中心点が光軸ＡＸと一致するように位置決めされる。このようなレチクルステージ１２０の位置決め動作は、主制御装置１６０により図示しないレチクルステージ１２０の駆動系が制御されて実行される。なお、レチクルＲの初期設定のためのレチクルアライメントについては、後に詳述する。また、レチクルＲは図示しないレチクル交換装置により適宜交換されて使用される。

投影光学系１３０は、Ｚ軸方向の共通の光軸ＡＸを有し、両側テレセントリックな光学配置となるように配置された複数枚のレンズエレメントから構成されている。また、投影光学系１３０としては、投影倍率が１／４又は１／５のものが使用されている。照明ビームＩＬによってレチクルＲ上の照明領域が照明されると、そのレチクルＲのパターン面に形成されたパターンが、投影光学系１３０によって表面にレジストＲが塗布されたウエハＷ上に縮小投影され、ウエハＷ上の１つのショット領域に、レチクルＲのパターンの縮小像が転写される。

ウエハステージ部１４０において、ウエハステージ１４２は、投影光学系１３０の下方に配置された定盤（ステージ定盤）１４１上に載置される。ウエハステージ１４２は、実際には、水平面（ＸＹ面）内を２次元移動可能なＸＹステージと、このＸＹステージ上に搭載され光軸方向（Ｚ方向）に微動可能なＺステージ等から構成されるが、図１においては、これらを単にウエハステージ１４２として示している。ウエハステージ１４２は、駆動系１４７によって定盤１４１の上面に沿ってＸＹ２次元方向に駆動されるとともに、例えば１００μｍ程度の微小範囲内で光軸ＡＸ方向にも駆動されるようになっている。なお、定盤１４１の表面は平坦に加工されており、黒クロム等の低反射率の物質により一様にめっき加工が施されているものとする。

ウエハステージ１４２上には、ウエハホルダー１４３を介してウエハＷが真空吸着等により保持されている。ウエハステージ１４２の２次元的な位置は、ウエハステージ１４２上に固定された移動ミラー１４４を介して、レーザ干渉計１４５により、例えば１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レーザ干渉計１４５によるウエハステージ１４２の位置検出結果は、主制御装置１６０に出力され、主制御装置１６０は、その情報に基づいて駆動系１４７を制御する。このような閉ループ制御系により、例えば、ウエハステージ１４２は、ウエハＷ上の１つのショット領域に対するレチクルＲのパターンの転写露光（スキャン露光）が終了すると、次のショットの露光位置までステッピングされる。また、全てのショット位置に対する露光が終了すると、ウエハＷは図示しないウエハ交換装置により他のウエハＷと交換される。なお、ウエハ交換装置は、ウエハステージ１４２から外れた位置に配置され、ウエハローダ等のウエハ搬送系を介してウエハＷの受け渡しを行うように構成されている。

ウエハステージ１４２上には、後述するレチクルアライメント及びベースライン計測のための１つ以上のウエハ基準マーク（ウエハフィデュシャルマーク（ＷＦＭ））が形成された基準板１４６が設けられている。この基準板１４６の表面位置（Ｚ方向の位置／基準マーク形成面）は、ウエハＷの表面位置と同じとなるように設定されている。本実施形態においては、基準板１４６上には、図３に示すようなレチクル上に形成されたレチクルマークＲＡＭ（又はレチクルステージに形成された基準マーク）と位置合わせを行うための例えば図４に示すようなウエハ基準マークが形成されている。このマークの使用形態を含むレチクルとウエハステージのアライメント処理については、後に詳細に説明する。

また、ウエハＷ面のＺ方向の位置は、メインフォーカス系１５０により測定される。

メインフォーカス系１５０は、ウエハＷ表面又は基準板１４６表面に斜め方向より光を照射する照射光学系１５１と、その光の反射光を受光する受光光学系１５２とを有する斜入射光式の焦点検出系である。照射光学系１５１は、投影光学系１３０の結像面に向けて、ピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束もしくは平行光束を、ウエハＷ表面に垂直な光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する。また、受光光学系１５２は、照射光学系１５１により照射された結像光束もしくは平行光束のウエハＷ表面又は基準板１４６表面での反射光束を受光し、得られた検出信号を主制御装置１６０に出力する。

この信号に基づいて、主制御装置１６０は、投影光学系１３０の最良結像面に対するウエハＷのＺ方向の位置を駆動系１４７を介して制御する。具体的には、ウエハＷ上のショット領域に対する転写露光（スキャン露光）時や、次の露光対象のショット領域までステッピング時等の通常動作時には、主制御装置１６０は、投影光学系１３０の最良結像面がウエハＷの面が来るように、駆動系１４７を介してウエハＷのＺ方向の位置を制御する。一方、本発明に係る動作であって、後述するレチクルアライメント顕微鏡１８０の撮像信号に含まれるノイズ（下地信号）の光量依存成分を計測する際には、主制御装置１６０は、投影光学系１３０の最良結像面が基準板１４６の面にならないように、すなわち、投影光学系を介して撮像するレチクルアライメント顕微鏡の結像面に対して基準板１４６の表面がデフォーカスした状態で基準板１４６の表面を検出するように、駆動系１４７を介してウエハＷのＺ方向の位置を制御する。この、光量依存成分の計測に係る処理については後に詳細に説明する。

主制御装置１６０は、各構成部が協働して露光装置１００全体として所望の露光処理が行われるように、露光装置１００の各部を制御する。具体的には、例えば、レチクルＲとウエハＷの位置合わせ（アライメント）、露光光量、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等の制御や調整等を行う。また、特に本発明に係る処理として、主制御装置１６０は下地波形の光量依存成分を検出する際に、駆動系１４７を制御してウエハステージ１４２の位置をデフォーカス状態となる位置に設定する処理等を行う。なお、主制御装置１６０は、例えばマイクロコンピュータ等により構成される。

ウエハアライメントセンサ１７０は、ウエハステージ１４２に設けられた基準板１４６上に形成されたウエハ基準マーク（ＷＦＭ）、あるいは、ウエハＷ上のウエハアライメントマークの位置を検出し、検出結果を主制御装置１６０に出力する。本実施形態においては、ウエハアライメントセンサ１７０として、検出基準となる指標を備え、その指標を基準としてマークの位置を検出する例えば特開平４−６５６０３号公報等で開示されている画像処理方式の結像式センサを用いるが、例えば特開平１０−１４１９１５号公報等で公知のレーザスキャン式センサや、レーザ干渉式センサ等の他の方式のものを用いてもよい。

レチクルアライメント系１８０は、例えばロット先頭ごとに、レチクルの位置合わせ（レチクルアライメント）を行う。レチクルアライメント系１８０は、各々がＶＲＡ方式のアライメントセンサである２つのレチクルアライメント顕微鏡１８１及び１８２を有する。なお、これらの２つのレチクルアライメント顕微鏡１８１及び１８２の構成及び機能は同一なので、以下、レチクルアライメント顕微鏡１８１を代表して説明する。

なお、レチクルアライメント系１８０がレチクルアライメントを行うタイミングは、任意に設定してよい。例えば、ロットごと等予め定めたタイミングで行うように、露光装置側で設定するようにしてもよいし、使用者に入力される動作プログラム（レチクルオペレーション）で指示される構成でもよい。

また、その何れの場合においても、例えば、（１）既にレチクルアライメントされたレチクルＲであること、及び、（２）そのレチクルＲを最後にレチクルアライメント又はベースラインチェック（ＢＣＨＫ）してから、所定時間経過していないことの２つの条件を満たした場合には、レチクルアライメントを実行しないような機能を具備しておくようにしておいてもよい。なお、条件（２）における所定時間は、例えば、予め使用者がパラメータで設定しておくものとする。

また、レチクルオペレーションを用いる場合においては、例えば上述の条件（２）を満足しない場合、すなわち、所定時間を経過していた場合には、そのレチクルオペレーションの指示に従った動作をするような設定をしてもよい。

また、レチクルオペレーションを用いる場合において、レチクルアライメント時に、例えばフォーカスキャリブレーションやベースラインチェック等の他の動作を行うように設定されている場合であって、上述した２つの条件（１），（２）を満たした場合には、それらの動作についても動作を省略するようにしてもよい。

図２は、レチクルアライメント顕微鏡１８１の概略構成及びレチクルアライメント顕微鏡１８１を用いたウエハ基準マークＷＦＭとレチクルアライメントマークＲＡＭとの位置合わせ方法を説明するための図である。なお、不図示ではあるが、レチクルアライメント顕微鏡は内焦式の焦点調節機構（ＡＦレンズ）を備えている。

図２に示すように、レチクルアライメント顕微鏡１８１は、検出用照明をレチクルＲに導く照明系２０１、比較的粗い検出を行う（観察倍率が低倍の第１倍率で検出する）図示しないサーチ観察系、及び、比較的精密な検出を行う（観察倍率が高倍の第２倍率で検出する）ファイン観察系２０３を有する。なお、サーチ観察系は、基本的な構成がファイン観察系２０３と同じなので図示を省略し、以下の説明においては、ファイン観察系２０３を中心に説明する。

照明系２０１は、検出用照明として露光光（照明ビームＩＬ（図１））を用いる構成となっている。すなわち、照明系２０１においては、露光光（照明ビームＩＬ）の一部の光束をミラー等で分岐させ、光ファイバ２１１を用いてレチクルアライメント顕微鏡１８１内に導いている。レチクルアライメント顕微鏡１８１に導かれた照明ビームは、ハーフミラー２１２、第１対物レンズ２１３及び落射ミラー２１４を介してレチクルアライメントマークＲＡＭを照明するとともに、レチクルＲ及び投影光学系１３０を介して基準板１４６上のウエハ基準マークＷＦＭを照明する。

レチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭからの反射ビームは、落射ミラー２１４で各々反射され、レチクルアライメント顕微鏡１８０の図示しないサーチ観察系及びファイン観察系２０３に入射する。

なお、照明系２０１は、図示しないが、集光レンズ、結像レンズ、偏向フィルタ及び照明ビームのオン／オフ機構等を有する。照明ビームのオン／オフ機構は、例えば主制御装置１６０により制御される可動ミラー等で構成され、その反射面の方向を変えることにより、光ファイバ２１１を介して入射される照明ビームＩＬをアライメント用の照明光として投影光学系１３０方向に入射させるか否かを制御する。

サーチ観察系及びファイン観察系２０３について、図示しているファイン観察系２０３を中心に説明する。

ファイン観察系２０３（サーチ観察系）に入射された反射ビームは、第１対物レンズ２１３、ハーフミラー２１２、及び、第２対物レンズ２１５等の光学素子を含むファイン光学系を介して、ファイン観察用カメラ２１６に入射され、ファイン観察用カメラ２１６において、レチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭの重なり合った画像が撮像される。

本実施形態において、ファイン観察用カメラ２１６は各計測方向（Ｘ，Ｙ）ごとにそれぞれＣＣＤ等の一次元の撮像素子を用いる。

図示しないサーチ観察系の構成も、上述したファイン観察系２０３の構成とほぼ同じである。但し、本実施形態においては、ファイン観察用カメラ２１６は、これに対応するサーチ観察系のサーチ観察用カメラよりも高感度のものを用いる。また、ファイン光学系は、これに対応するサーチ観察系のサーチ光学系よりも拡大倍率が高く、また、開口数（Ｎ．Ａ．）も大きくなるように設定されている。

なお、これらサーチ観察系及びファイン観察系２０３には、落射ミラー２１４及び第１の対物レンズ２１３を介して入射された反射ビームが、図示しないハーフミラー等で分光されて各々入射される。

図示しないサーチ観察用カメラ及び及びファイン観察用カメラ２１６で撮像された撮像信号（光電変換信号）は、主制御装置１６０に入力される。

次に、露光装置１００におけるレチクルアライメントの基本的な動作について説明する。

露光装置１００において、レチクルＲの位置決め（アライメント）を行う際には、落射ミラー２１４がレチクルアライメント顕微鏡１８１の光路内に挿入され、主制御装置１６０によりレチクルアライメント顕微鏡１８１の照明系２０１の照明ビームのオン／オフ機構が制御されて、光ファイバ２１１を介して入射される照明ビームＩＬがアライメント用の照明ビームとして用いられ、落射ミラー２１４を介してレチクルＲのレチクルアライメントマークＲＡＭ、及び、ウエハステージ１４２の基準板１４６に形成されたウエハ基準マークＷＦＭを照明する。

レチクルＲ及び基準板１４６での反射ビームは、サーチ観察系のサーチ観察用カメラに入射され、レチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭの像が、同時に、サーチ観察用カメラの受光面に結像される。また、レチクルＲ及び基準板１４６での反射ビームは、ファイン観察系２０３のファイン観察用カメラ２１６に入射され、レチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭの像が、同時に、ファイン観察用カメラ２１６の受光面に結像される。

ここで、レチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭ、及び、これらを同時に観察した場合の像について、図３〜図５を参照し具体例を挙げて説明する。

図３は、レチクルアライメントマークＲＡＭの例を示す図であり、図４は、ウエハ基準マークＷＦＭの例を示す図である。

レチクルアライメントマークＲＡＭは、レチクルＲの下方に配される面におけるパターン領域の外側に形成されており、例えばパターンジェネレータやＥＢ路光装置といった装置により、設計データに基づいてレチクルＲの母材であるガラス板上に転写され、クロムからなる遮光部として所定の形状に形成されている。図３に示す例においては、レチクルアライメントマークＲＡＭは、十字状のマーク要素と矩形状のマーク要素とを組み合わせた構成である。なお、このレチクルアライメントマークＲＡＭと同形状のマークは、レチクルステージ１２０上に固設された不図示のレチクル基準板上にも、レチクル基準マークとして形成されている。

ウエハ基準マークＷＦＭは、ガラスで形成された下地領域上にクロムでマーク要素が形成されている。図４に示す例では、ウエハ基準マークＷＦＭは、Ｙ軸方向に延びた直線状のラインパターンがＸ軸方向に周期的に配列されたマーク要素と、Ｘ軸方向に延びた直線状のラインパターンがＹ軸方向に周期的に配列されたマーク要素とを組み合わせた構成である。

なお、ウエハ基準マークＷＦＭとして、クロムで形成された下地領域上にガラスでマーク要素を形成してもよい。また、本実施形態では、基準板１４６をウエハステージ１４２上に設けているが、基準板１４６は、定盤１４１上であれば、例えばウエハホルダー１４３上や移動ミラー１４４上等の任意の位置に設けてよい。

これらのレチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭの像が、図示しないサーチ観察用カメラ及びファイン観察用カメラ２１６の受光面に同時に結像された際の像の例を、図５に示す。

図５は、レチクルアライメントマークＲＡＭの中心とウエハ基準マークＷＦＭの中心が一致しており、レチクルＲとウエハステージ１４２との位置合わせが適切に行われた場合の像の例である。レチクルＲとウエハステージ１４２との位置がずれるに連れて、サーチ観察用カメラ及びファイン観察用カメラ２１６の受光面に結像される像は、レチクルアライメントマークＲＡＭの像の中心とウエハ基準マークＷＦＭの像の中心が、そのずれに応じた方向及び量でずれた像となり、バランスの悪い像となる。

レチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭの具体的な形状は、図３及び図４に示す例には限定されないが、例示したように、２次元方向に位置ずれ量を検出することができるような２次元マークであることが望ましい。

サーチ観察用カメラ及びファイン観察用カメラ２１６の各受光面に、このようなレチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭの重なった像が結像されると、各カメラは、この像の信号をＸＹ各方向に光電変換して光電変換信号（信号波形データ）を生成し、撮像信号として主制御装置１６０に供給する。

なお、ファイン観察用カメラ２１６は、図２に示すように、Ｘ軸用のカメラ（センサ）２１７及びＹ軸用のカメラ（センサ）２１８を別個に具備している。Ｘ軸用カメラ（一次元ラインＣＣＤ）２１７は、図５（Ａ）に示す予め規定された撮像領域Ｐｘ内の像を撮像し、これをＹ方向に光電変換信号を検出することにより、Ｘ方向の信号波形データを生成する。また、Ｙ軸用カメラ（一次元ラインＣＣＤ）２１８は、図５（Ａ）に示す予め規定された撮像領域Ｐｙ内の像を撮像し、これをＸ方向に光電変換信号を検出することにより、Ｙ方向の信号波形データを生成する。

なお、本実施形態では、上述したように、レチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭの各マーク要素がクロムで形成されていることから、例えばカメラ２１７の信号は図５（Ｂ）に示すように、そのマーク要素で反射したビームの強度が強く、そのマーク要素に対応する部分で信号強度が強くなっているような信号波形データが生成される。

主制御装置１６０は、入力される信号波形データに基づいて、所定のアルゴリズムに従って、レチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭとの相対的な位置関係を算出する。そして、その算出結果に基づいて、レチクルＲの位置及び姿勢を調整する。

なお、このレチクルアライメントでは、まず、サーチ観察系の観察結果に基づいて、比較的粗くレチクルアライメントマークＲＡＭを位置決めした後に、ファイン観察系２０３の観察結果に基づいて、精密なレチクルＲの位置決めを行う。

次に、本発明にレチクルレチクルアライメントに伴うマークの位置計測動作について説明する。

図６は、レチクルアライメントに伴うマークの位置計測動作、特に、上述したファイン観察系２０３を用いたレチクルの位置決め処理（ファインアライメント処理）に伴うマークの位置計測動作の手順を示すフローチャートである。

本実施形態の位置計測動作では、マークを実際に撮像した信号を信号処理する前に、その信号に含まれるノイズを予め計測し、その計測結果を信号処理に用いる。以下、ファインアライメント処理に伴うマークの位置計測動作について、図６を参照して説明する。

まず、主制御装置１６０は、レチクルアライメント顕微鏡１８１及び１８２の撮像信号に含まれるノイズの光量非依存成分を計測する（ステップＳ１００）。レチクルアライメント顕微鏡１８１について代表して説明する。主制御装置１６０は、レチクルアライメント顕微鏡１８１の照明系２０１の照明ビームのオン／オフ機構を制御して、光ファイバ２１１を介して入射される照明ビームＩＬがアライメント用の照明ビームとして用いられないようにし、この状態でファイン観察用カメラ２１６の信号を取得する。照明ビームがレチクルアライメント顕微鏡１８１のファイン観察用カメラ２１６に観察されない状態でファイン観察用カメラ２１６の信号を取得することにより、ノイズの光量非依存成分の計測を行うことができる。このノイズ成分は、ファイン観察用カメラ２１６の暗電流成分である。主制御装置１６０は、計測したノイズの光量非依存成分の情報を記憶する。

次に、主制御装置１６０は、レチクルアライメント顕微鏡１８１及び１８２の撮像信号に含まれるノイズの光量依存成分を計測する（ステップＳ１０１）。ノイズの光量依存成分は、レチクルＲ及び基準板１４６上でそれぞれレチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭが形成されたマーク領域とは異なる非マーク領域（マークの存在しない領域：下地領域）を照明ビームで照明し、この非マーク領域（下地領域、又は無地領域）を、レチクルアライメント顕微鏡１８１及び１８２を介して撮像することにより行う。その際、本発明に係る方法においては、その非マーク領域の表面について、光学系の条件により決定される最適結像条件（ベストフォーカス状態）に対して十分にデフォーカスした状態となるように、その光学系の条件を設定する。

具体的に説明すると、ノイズの光量依存成分を計測する場合、主制御装置１６０は、予め定められた設計値に基づいて、例えば基準板１４６のウエハ基準マークＷＦＭが形成されていない非マーク領域がレチクルアライメント顕微鏡１８１の観察位置に配置されるように、駆動系１４７を介してウエハステージ１４２をＸＹ２次元方向に移動させる。次に、主制御装置１６０は、レチクルアライメント顕微鏡１８１内の前述（不図示）の内焦式の焦点調節機構を用いて、レチクル又はレチクル基準板のパターン形成面上に対してレチクルアライメント系１８１をフォーカスさせる（レチクルパターン面とレチクルアライメント系のベストフォーカス位置とを一致させる）。次に、主制御装置１６０は、基準板１４６の表面のＺ方向の位置が、投影光学系１３０を介して検出するレチクルアライメント系のベストフォーカス位置から十分にずれるように(デフォーカスするように）、駆動系１４７を介してウエハステージ１４２をＺ方向に移動させる。例えば、図７に示すように、ウエハステージ１４２の位置を（投影光学系の）ベストフォーカス位置から約３０μｍ下げる。（これにより、レチクルパターン面と基準板１４６との共役関係はくずされる。）そして、この状態で、基準板１４６の非マーク領域を観察する。その結果、基準板１４６等の表面に付着したゴミや欠陥は、この時撮像されない。仮に撮像されたとしても、十分に低周波な成分となり、マークパターンから得られた適正な信号波形データに対する影響は少なくなる。なお、観察した光量依存成分の計測値は、主制御装置１６０に記憶される。

非マーク領域は、レチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭの各マークパターンが形成された下地領域と同じ材質からなる。従って、この非マーク領域からの反射ビームを観察した信号を取得することにより、レチクルアライメント顕微鏡１８１及び１８２におけるノイズの光量依存成分を計測することができる。

なお、このノイズ成分は、レチクルアライメント顕微鏡１８１及び１８２を照明ビームが通過することにより生じるものであり、その原因は、ファイン観察用カメラ２１６（Ｘ軸用カメラ２１７及びＹ軸用カメラ２１８）のカバーガラスやハーフミラー等の光学系の干渉縞や、あるいはファイン観察用カメラ２１６の画素間の感度ばらつき等がある。こうしたノイズは、レチクルアライメント顕微鏡１８１及び１８２を通過する照明ビームの光量に対してほぼ比例的に変化し、照明ビームの光量が大きいほど大きく生じる傾向にある。

これらの光量非依存成分及び光量依存成分を計測するタイミングは、マークの撮像信号を信号処理する前であれば任意のタイミングで実施可能である。例えば、所定の期間ごとに実施してもよいし、装置の立ち上げごとに実施してもよい。あるいは、ノイズに影響を及ぼす温度、気圧等の環境因子を計測し、その計測結果に基づいてノイズの計測タイミングを決定してもよい。

次に、主制御装置１６０は、実際にマークを観察し、その撮像信号を得る（ステップＳ１０２）。すなわち、主制御装置１６０は、予め定められた設計値に基づいて、基準板１４６上のウエハ基準マークＷＦＭの中心点が投影光学系１３０の光軸ＡＸ上に位置するように、レーザ干渉計１４５の出力をモニタしつつ、ウエハステージ１４２を移動させる。続いて、主制御装置１６０は、レチクルアライメント顕微鏡１８１及び１８２を用いて、照明ビームをレチクルＲに導くとともに、レチクルＲ上のレチクルアライメントマークＲＡＭ及び基準板１４６上のウエハ基準マークＷＦＭを同時に観察する。

次に、主制御装置１６０は、レチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭを同時に観察した結果と、上述したノイズの計測結果（ステップＳ１００とステップＳ１０１の計測結果）とに基づいて、所定のアルゴリズムで信号処理を行い、レチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭの相対的な位置関係を計測する（ステップＳ１０３）。

以上説明した一連の位置計測動作により、撮像信号にノイズが含まれる場合においても、そのノイズの影響が補正され、レチクルアライメントマークＲＡＭとウエハ基準マークＷＦＭとの相対的な位置関係を精度よく計測することができる。

なお、このようにして計測されたレチクルアライメントマークＲＡＭとウエハ基準マークＷＦＭの相対的な位置関係は、例えばレチクルＲの初期設定としての投影光学系１３０に対する位置決め、すなわちレチクルアライメントに使用される。

また、この相対位置計測と同時に、ウエハアライメントセンサ１７０を用いて基準板１４６上の他の基準マークを観察することにより、ウエハアライメントセンサ１７０の指標との相対位置関係が計測され、いわゆるベースライン量が算出される。

また、このようなレチクルアライメント及びベースライン計測の後、主制御装置１６０は、ウエハＷ上の複数ショット領域に設けられたウエハアライメントマークの位置を、ウエハアライメントセンサ１７０を用いて順次計測し、いわゆるＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）の手法により、ウエハＷ上の全てのショット配列データを求める。そして、この配列データに従って、ウエハＷ上のショット領域を順次投影光学系１３０の真下の露光位置に移動させ、光源１１１を制御し、いわゆるステップ・アンド・リピート方式で順次露光を行う。

次に、実際のマークに対する信号波形データを具体的に示す。

まず、ステップＳ１００によりノイズの光量非依存成分を計測することにより、例えば図８（Ａ）に示すような光量非依存成分の信号波形データが得られる。

次に、ステップＳ１０１によりノイズの光量依存成分を計測することにより、例えば図８（Ｂ）に示すような光量依存成分の信号波形データが得られる。

次に、ステップＳ１０２においてレチクルアライメントマークＲＡＭ及びウエハ基準マークＷＦＭをファイン観察用カメラ２１６で撮像した結果、例えばそのＸ方向の信号波形データとして、図９（Ａ）に示す信号が得られる。

得られた図９（Ａ）に示す信号に対して、図８（Ａ）に示したノイズの光量非依存成分の情報、及び、図８（Ｂ）に示すノイズの光量依存成分の情報に基づいて、次式（１）により補正を行うことにより、図９（Ｂ）に示すような信号波形データが得られる。

但し、式（１）において、Ｄは補正後のマーク信号波形データ、Ｄｍは補正前の観測されたマーク信号波形データ、Ｄｎａはノイズの光量依存成分の信号波形データ、及び、Ｄｎｂはノイズの光量非依存成分の信号波形データである。

Ｄ＝（Ｄｍ−Ｄｎｂ）／（Ｄｎａ−Ｄｎｂ） …（１）

このアルゴリズムでは、ノイズ補正前のマーク信号波形データＤｍからノイズの光量非依存成分Ｄｎｂを減算した結果に対して、ノイズの光量依存成分からノイズの光量非依存成分Ｄｎｂを減じた結果で除算処理している。そしてその結果、図９（Ｂ）より明らかな通り、マーク信号波形データに対するノイズの影響が適切に補正されている。

このように、本発明の第１実施形態によれば、基準板１４６の非マーク領域にデフォーカス状態で照明ビームを照射し、その反射光から光量依存成分の下地波形を検出することにより、基準板１４６の表面のゴミや欠陥がノイズとして下地波形に現れることを回避している。従って、ゴミや欠陥の影響を受けない適切な光量依存成分を有する下地波形を検出することができ、下地補正を適切に行うことができ、高精度にレチクルのパターンとウエハ（及びウエハ上の既存のパターン）とを位置合わせすることができる。その結果、高精細で高性能な電子デバイスを製造することができる。

第２実施形態
本発明の第２実施形態について、図１０を参照して説明する。

第２実施形態においては、レチクルアライメントの下地補正を行う際に使用する光量依存成分を検出する方法が第１実施形態と異なり、露光装置１００の構成、レチクルアライメントの方法、そのための位置計測処理の流れ等は、何れも上述した第１実施形態と同じである。

本実施形態においては、下地波形の光量依存成分を検出する際に、基準板１４６を移動させながらその表面の非マーク領域を撮像する。具体的には、図１０に示すように、レチクルアライメント顕微鏡１８１からの照明ビームを、基準板１４６の非マーク領域３０１に照射する。この時、フォーカスは基準板１４６の表面に合っていてよい。

この状態で、主制御装置１６０が駆動系１４７を制御して、基準板１４６を水平方向の任意の方向に移動させる。図１０に示す例においては、基準板１４６はＸＹ軸と各々４５度をなす方向で紙面左下方向に移動する。その結果、照明ビームの照射領域（非マーク領域／下地領域）３０１は、図示のごとく、相対的に基準板１４６上を右上方向に移動する。この間の所定時間の反射ビームをレチクルアライメント顕微鏡１８１のファイン観察系２０３で検出し、その撮像信号から下地波形を検出する。

このような動作をすると、例えば基準板１４６の照明領域にゴミ３０２が存在していた場合、このゴミ３０２の信号は、レチクルアライメント顕微鏡１８１のファイン観察用カメラ２１６により明確に観察される。しかしながら、基準板１４６が移動することによりゴミ３０２の位置もファイン観察用カメラ２１６の視野内を移動する。しかも、その移動方向はＸＹ軸と各々４５度をなす方向なので、ゴミ３０２に起因する信号変形分は、ＸＹ方向の各位置に対して連続的に観察されることとなる。従って、ゴミ３０２の信号は、観察される下地波形において、直流成分、あるいは、非常に低周波の信号成分として観察されることとなり、実質的にノイズと言われるようなパターン波形と類似した高周波な信号ではなくなる。

従って、これに起因していわゆるだまされが発生するような状況は回避することができる。

このように、本発明の第２実施形態によれば、基準板１４６を移動させながら非マーク領域に照明ビームを照射し、その反射光から光量依存成分の下地波形（下地信号）を検出することにより、基準板１４６の表面のゴミや欠陥が高周波のノイズとして下地波形に現れることを回避した。従って、ゴミや欠陥の影響を受けない適切な光量依存成分を有する下地波形を検出することができ、下地補正を適切に行うことができ、高精度にレチクルのパターンとウエハ（及びウエハ上の既存のパターン）とを位置合わせすることができる。その結果、高精細で高性能な電子デバイスを製造することができる。

なお、基準板１４６の移動方向は、任意の方向でよいが、ゴミや欠陥の成分が、ＸＹ各軸方向に平均化した状態で均一に現れるようにするためには、本実施形態のように、ＸＹ各軸に対して交差する方向（特に好ましくは４５度をなす方向）に移動させるのが好適である。

第３実施形態
本発明の第３実施形態について、図１１を参照して説明する。

第３実施形態においても、レチクルアライメントの下地補正を行う際に使用する光量依存成分を検出する方法が、第１実施形態及び第２実施形態と異なる。その他の露光装置１００の構成、レチクルアライメントの方法、そのための位置計測処理の流れ等は、何れも上述した第１実施形態と同じである。

本実施形態においては、図１１（Ａ）に示すように、基準板１４６の表面に透明な層４０１を積層し、このような基準板１４６を用いて下地波形の光量依存成分を検出する。すなわち、基準板１４６の表面の非マーク領域に対して、透明層４０１を介して照明ビームを照射し、その反射光を撮像して下地波形を検出する。照明ビームのフォーカスは、ウエハ基準マークＷＦＭが形成されている基準板１４６と透明層４０１との接合面に対して合わせればよい。なお、本実施形態において、透明層４０１は石英や蛍石等を素材として形成し、その透明層４０１の厚さは、約１００μｍである。

このような構成とすれば、ゴミや欠陥が発生する場合、これは、透明層４０１の表面（透明層４０１と周囲雰囲気との境界表面）に発生する可能性が非常に高い。光量依存成分を検出するための光ビームは、基準板１４６と透明層４０１との間の接合面にフォーカスが合わされているので、透明層４０１の表面はデフォーカスされた状態である。従って、この面にゴミや欠陥が生じたとしても、第１実施形態の場合と同様に、これが下地波形（下地信号）に現れることはない。

従って、これに起因していわゆるだまされが発生するような状況は回避することができる。

このように、第３実施形態によれば、基準板１４６の表面に透明層４０１を形成することにより、ゴミや欠陥が発生する表面を実質的にデフォーカスした位置に移動させている。従って、通常通りに基準板１４６の表面の非マーク領域に照明ビームを照射し、その反射光から光量依存成分の下地波形を検出することにより、ゴミや欠陥の影響を受けない適切な光量依存成分を有する下地波形を検出することができ、下地補正を適切に行うことができ、高精度にレチクルのパターンとウエハ（及びウエハ上の既存のパターン）とを位置合わせすることができる。その結果、高精細で高性能な電子デバイスを製造することができる。

なお、基準板１４６上に形成する透明層４０１は、図１１（Ｂ）に示すように、下地波形を検出するための照明ビームを照射する領域にのみ部分的に形成するようにしてもよい。

変形例
本実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。

例えば、光量依存成分の下地波形を検出する際に、レチクルや、レチクルステージ上に搭載されているレチクル基板板のパターン面上におけるクロム（Ｃｒ）部分（パターンが形成されていない領域）を用いて計測をするようにしてもよい。レチクル又はＲＦＭ上にゴミや欠陥が発生しても、ガラス基板の厚み分デフォーカスされるため、ゴミや欠陥が像を結ぶことは回避でき、第１実施形態あるいは第３実施形態と同様に、適正な光量依存成分を検出することができる。なお、この場合においてウエハステージ側は、どのようなパターンが下地としてこようと構わない（なぜなら、レチクル又はレチクル基準板のクロム部材により透明光は透過されずに全反射されるため）。しかしながら、レチクルとしてハーフトーンレチクルを用いる場合には、ウエハステージ側の下地としては、パターンの無い領域を配置しておくことが望ましい。

また、露光システムの全体構成は、図１に示した構成に限られるものではない。

また、本発明はステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に限らず、ステップ・アンド・リピート方式、又はプロキシミティ方式の露光装置（Ｘ線露光装置等）や、液浸露光装置等、各種方式の露光装置にも適用が可能である。

また、露光装置で用いる露光用照明光（エネルギビーム）は紫外光に限られるものではなく、Ｘ線（ＥＵＶ光を含む）、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線等でもよい。また、ＤＮＡチップ、マスク又はレチクル等の製造用に用いられる露光装置でもよい。

デバイス製造工程
次に、上述した露光装置１００をリソグラフィー工程において使用したデバイスの製造方法について図１２を参照して説明する。

図１２は、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

図１２に示すように、電子デバイスの製造工程においては、まず、電子デバイスの回路設計等のデバイスの機能・性能設計を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行い（工程Ｓ８１０）、次に、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する（工程Ｓ８２０）。

一方、シリコン等の材料を用いてウエハ（シリコン基板）を製造する（工程Ｓ８３０）。

次に、工程Ｓ８２０で製作したレチクル及び工程Ｓ８３０で製造したウエハを使用して、リソグラフィー技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する（工程Ｓ８４０）。

具体的には、まず、ウエハ表面に、絶縁膜、電極配線膜あるいは半導体膜との薄膜を成膜し（工程Ｓ８４１）、次に、この薄膜の全面にレジスト塗布装置（コータ）を用いて感光剤（レジスト）を塗布する（工程Ｓ８４２）。

次に、このレジスト塗布後の基板をウエハホルダー上にロードするとともに、工程Ｓ８３０において製造したレチクルをレチクルステージ上にロードして、そのレチクルに形成されたパターンをウエハ上に縮小転写する（工程Ｓ８４３）。この時、露光装置においては、上述した本発明に係る位置合わせ方法によりウエハの各ショット領域を順次位置合わせし、各ショット領域にレチクルのパターンを順次転写する。

露光が終了したら、ウエハをウエハホルダーからアンロードし、現像装置（デベロッパ）を用いて現像する（工程Ｓ８４４）。これにより、ウエハ表面にレチクルパターンのレジスト像が形成される。

そして、現像処理が終了したウエハに、エッチング装置を用いてエッチング処理を施し（工程Ｓ８４５）、ウエハ表面に残存するレジストを、例えばプラズマアッシング装置等を用いて除去する（工程Ｓ８４６）。

これにより、ウエハの各ショット領域に、絶縁層や電極配線等のパターンが形成される。そして、この処理をレチクルを変えて順次繰り返すことにより、ウエハ上に実際の回路等が形成される。

ウエハ上に回路等が形成されたら、次に、デバイスとしての組み立てを行う（工程Ｓ８５０）。具体的には、ウエハをダイシングして個々のチップに分割し、各チップをリードフレームやパッケージに装着し電極を接続するボンディングを行い、樹脂封止等パッケージング処理を行う。

そして、製造したデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行い（工程Ｓ８６０）、デバイス完成品として出荷する。

図１は、本発明の実施形態に係る電子デバイス製造用の投影露光装置の概略構成を示す図である。 図２は、図１に示した露光装置のレチクルアライメント顕微鏡の概略構成及びレチクルアライメント顕微鏡を用いたウエハ基準マークとレチクルアライメントマークとの位置合わせ方法を説明するための図である。 図３は、レチクルアライメントマークのパターン形状の一例を示す図である。 図４は、ウエハ基準マークのパターン形状の一例を示す図である。 図５（Ａ）は、レチクルアライメントマークとウエハ基準マークが重ね合わさった状態で観察されている状態を示す図であり、図５（Ｂ）は、その時に得られた波形信号を示す図である。 図６は、レチクルアライメント顕微鏡のファイン観察系を用いたレチクルの位置決め処理（ファインアライメント処理）に伴うマークの位置計測動作の手順を示すフローチャートである。 図７は、ノイズの光量依存成分を計測する場合、のフォーカス状態を説明するための図である。 図８（Ａ）は、下地波形の光量非依存成分を示す図であり、図８（Ｂ）は、下地波形の光量依存成分を示す図である。 図９（Ａ）は、ＶＲＡ信号波形であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示す信号波形に対して下地補正を行って得られた信号波形である。 図１０は、本発明の第２実施形態に係り、基準板を移動させながら下地波形の光量依存成分を検出する処理を説明するための図である。 図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、本発明の第３実施形態に係り、表面に透明層を形成した基準板を説明するための図である。 図１２は、本発明に係るデバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１００…露光装置
１１０…照明系
１１１…光源
１１２…照度均一化光学系
１１３…照明系開口絞り板
１１４…レボルバ駆動系
１１６…リレー光学系
１１７…折り曲げミラー
１２０…レチクルステージ
１３０…投影光学系
１４０…ウエハステージ部
１４１…定盤
１４２…ウエハステージ
１４３…ウエハホルダー
１４４…移動ミラー
１４５…レーザ干渉計
１４６…基準板
１４７…駆動系
１５０…メインフォーカス系
１５１…照射光学系
１５２…受光光学系
１６０…主制御装置
１７０…ウエハアライメントセンサ
１８０…レチクルアライメント顕微鏡部
１８１，１８２…レチクルアライメント顕微鏡
２０１…照明系
２０３…ファイン観察系
２１１…光ファイバ
２１２…ハーフミラー
２１３…第１の対物レンズ
２１４…落射ミラー
２１５…第２の対物レンズ
２１６…ファイン観察用カメラ
２１７…Ｘ軸用カメラ
２１８…Ｙ軸用カメラ
３０１…照明領域（非マーク領域）
３０２，４０２…ゴミ
４０１…透明層

Claims (8)

1. 物体上に形成されたマークに光ビームを照射して該マークからの反射ビームを観察系を介して受光し、予め検出した光量依存成分を含む下地信号に基づいて前記受光して得たマーク信号を補正して補正マーク信号を求め、該補正マーク信号に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測方法であって、
   前記マークが形成されている前記物体上のパターン形成面上であって、且つ該マークの存在しない領域である下地領域を、前記観察系の観察視野内に配置する第１工程と、
   前記下地領域上の前記光ビームの入射側に該光ビームを透過する物質層が存在する場合には、前記物質層の前記光ビーム入射側の表面に対して前記観察系がデフォーカスした状態下で前記下地領域を検出し、前記下地領域上に前記物質層が存在しない場合には、該下地領域の表面に対して該観察系がデフォーカスした状態下で該下地領域を検出する第２工程と、
   前記第２工程での検出結果に基づいて、前記光量依存成分を検出する第３工程とを有することを特徴とする位置計測方法。
2. 物体上に形成されたマークに光ビームを照射して該マークからの反射ビームを観察系を介して受光し、予め検出した光量依存成分を含む下地信号に基づいて前記受光して得たマーク信号を補正して補正マーク信号を求め、該補正マーク信号に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測方法であって、
   前記マークが形成されている前記物体上のパターン形成面上であって、且つ該マークの存在しない領域である下地領域を、前記観察系の観察視野内に配置する第１工程と、
   前記下地領域に対して前記光ビームを照射した状態で、前記パターン形成面と平行な面に沿って該下地領域と該光ビームとを相対的に移動させながら、前記下地領域からの反射ビームを前記観察系を介して受光する第２工程と、
   前記第２工程で受光した信号に基づいて、前記光量依存成分を検出する第３工程とを有することを特徴とする位置計測方法。
3. 前記第２工程では、前記物体の位置を規定するＸ軸及びＹ軸の両方に対して交差する方向に、前記下地領域と前記光ビームとを相対的に移動させることを特徴とする請求項２に記載の位置計測方法。
4. 基板を載置する基板ステージ上に固設された第１基準部材上に形成された第１基準マーク、及びマスクステージ上に載置されたマスク上に形成されたマスクマークに光ビームを照射し、前記各マークからの反射ビームを観察系を介して受光し、予め検出した光量依存成分を含む下地信号に基づいて前記受光して得た信号を補正して補正マーク信号を求め、該補正マーク信号に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測方法であって、
   前記マスク上のパターン形成面上であり且つ前記マスクマーク又はパターンの存在しない領域である第１下地領域、あるいは前記マスクステージ上に固設され第２基準マークを備えた第２基準部材上の基準パターン形成面上の該第２基準マークの存在しない領域である第２下地領域を、前記観察系の観察視野内に配置する第１工程と、
   前記第１下地領域又は前記第２下地領域からの反射ビームを前記観察系を介して受光する第２工程と、
   前記第２工程で受光した信号に基づいて、前記光量依存成分を検出する第３工程とを有することを特徴とする位置計測方法。
5. マスク上に形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であって、
   請求項１に記載の位置計測方法を使用するとともに、
   前記物体は前記基板を載置する基板ステージ上に固設され、前記マークとしての基準マークが形成される基準パターン面を備えた基準部材であり、
   前記デフォーカスした状態とは、前記観察系が前記マスク上のパターン形成面に対してはフォーカスした状態でありながら、前記投影光学系を介した前記物質層の表面、又は前記基準パターン面に対してはデフォーカスした状態であること、を含むことを特徴とする露光方法。
6. マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する露光方法であって、
   前記マスク又は前記基板の少なくとも何れか一方について、請求項１〜４の何れか一項に記載の位置計測方法により位置を計測し、当該計測結果に基づいて前記マスク又は前記基板の位置決めを行うことを特徴とする露光方法。
7. マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の位置計測方法により前記マスク又は前記基板の少なくとも何れか一方の位置を計測する位置計測手段を有することを特徴とする露光装置。
8. 請求項６に記載の露光方法を用いて、マスク上に形成されたデバイスパターンを基板上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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