JP3630189B2 - アライメント方法、露光方法、及び露光装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、又は液晶表示素子等を製造する際に使用される露光装置において、被露光基板上のアライメントマーク、又は基準マーク部材上の基準マーク等の位置を光電検出するアライメント方法に関し、特に露光装置に備えられるアライメント系のベースライン量を計測するための工程に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体集積回路等はウエハ（又はガラスプレート等）上に多数層の回路パターンを積み重ねて形成されるため、そのウエハ上にマスクとしてのレチクルのパターンを露光するために使用されるステッパー等の投影露光装置では、ウエハ上の各ショット領域とこれから露光するレチクルのパターンとの位置合わせ（アライメント）を高精度に行うためのアライメント装置が備えられている。斯かるアライメント装置は、ウエハ上の各ショット領域に付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の位置を検出するアライメントセンサと、その検出結果に基づいてウエハステージを介してそのウエハ上の各ショット領域を露光位置に設定する制御系とより構成されている。
【０００３】
そのアライメントセンサとしては、先ず例えば特開昭６０−１３０７４２号公報に開示されているように、スリット状に集光されたレーザビームとドット列パターンよりなるウエハマークとを相対的に走査して、そのウエハマークから発生する回折光を検出することによりそのウエハマークの位置を検出するレーザ・ステップ・アライメント方式のアライメントセンサ（以下、「ＬＳＡ系」と呼ぶ）が知られている。その他に、撮像されたウエハマーク像を画像処理して位置検出を行う撮像方式のアライメントセンサ、又は可干渉な２光束を回折格子状のウエハマークに照射してそのウエハマークから同一方向に発生する回折光を受光して、そのウエハマークの位置を検出する２光束干渉方式のアライメントセンサ等も知られている。
【０００４】
また、上述のアライメントセンサは、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式、又はオフ・アクシス方式として投影露光装置に組み込まれるが、何れの方式でもアライメントセンサの検出中心とレチクルの投影像の中心位置との間には所定のずれ、即ちベースライン量がある。そして、例えばレチクルを交換する毎にそのベースライン量は微妙に変化するため、レチクル交換時等にはベースライン計測工程でそのベースライン量を計測しておく必要がある。
【０００５】
そのベースライン量計測時に、投影光学系を介したＴＴＬ方式でレチクルのパターンの位置を高精度に計測するアライメントセンサとして、所謂ＩＳＳ（Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｌｉｔ Ｓｅｎｓｏｒ）方式のアライメントセンサ（以下、「ＩＳＳ系」と呼ぶ）が使用されることがある。このＩＳＳ系は、ウエハが載置されるウエハステージ上の基準マーク部材上に形成された基準マークを底面側から照明する照明系と、その基準マークを通過した後、投影光学系、及びレチクル上のアライメントマークの近傍を通過した光束を光電変換する光電検出器とよりなり、この光電検出器の検出信号を用いてその基準マークがそのアライメントマークの共役像に合致するときのウエハステージの座標を検出するものである。そして、このように検出された座標に所定のオフセット補正を施すことにより、レチクルの投影像の中心位置が検出される。
【０００６】
その後、例えば基準マークから所定間隔だけ離れた別の基準マークを、実際にベースライン計測対象のアライメントセンサにより実測することにより、このアライメントセンサのベースライン量が計測される。更に、ウエハステージの座標は通常レーザ干渉計により計測されているが、レーザ干渉計は空気揺らぎにより座標計測値がばらつく恐れのあることに鑑みて、そのような空気揺らぎの影響を低減するために、ベースライン量を複数回計測し、その平均値を求めることも行われている。
【０００７】
更に、ＩＳＳ系、ＬＳＡ系、又は撮像方式等の各アライメントセンサにおいては、それぞれ計測対象のウエハマーク（又は基準マーク）を対物光学系のベストフォーカス位置に設置することが望まれるため、各アライメントセンサの対物光学系のベストフォーカス位置は、基準大気圧のもとでの露光用の投影光学系のベストフォーカス位置にほぼ合致するように調整されている。
【０００８】
また、大気圧変動や露光用の照明光の照射熱等に応じた投影光学系等のベストフォーカス位置のシフト量は計算により求められるため、例えば大気圧変動が生ずるか、又は所定時間以上の露光が行われたときには、ソフトウェア的に投影光学系、及びアライメントセンサのベストフォーカス位置のシフト量をそれぞれ算出していた。そして、アライメント時には計測対象のウエハマーク（又は基準マーク）をアライメントセンサの補正後のベストフォーカス位置に設定すると共に、露光時にはウエハの表面を投影光学系の補正後のベストフォーカス位置に設定するようにしていた。これにより、高精度にアライメントが行われていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来はソフトウェア的に投影光学系、及びアライメントセンサのベストフォーカス位置のシフト量を求め、このシフト量によりベストフォーカス位置の補正を行っていた。しかしながら、大気圧変動、又は照射熱等以外の例えば機械的なずれ等によりアライメントセンサのベストフォーカス位置が変動した場合には、アライメントセンサのベストフォーカス位置がソフトウェア的に補正された位置からずれるという不都合がある。
【００１０】
この場合、仮にそのアライメントセンサのテレセントリック性が角度θだけ崩れているものとして、ベストフォーカス位置のずれ量をｄとすると、そのアライメントセンサで計測されたウエハマーク（又は基準マーク）の位置にはほぼθ・ｄだけの誤差が含まれることになる。この誤差はアライメント誤差となるため、例えばウエハのアライメント時には、位置合わせ精度が悪化することになる。また、ベースライン計測時には、ベースライン量の計測値に誤差が混入することになる。
【００１１】
本発明は斯かる点に鑑み、露光装置においてアライメントセンサのような位置検出手段を使用してウエハマークや基準マークの位置を検出する際に、別途ベストフォーカス位置のキャリブレーションを行うための装置等を使用することなく、簡単且つ迅速にその位置検出手段のベストフォーカス位置、及びこのベストフォーカス位置における計測値を求めることのできるアライメント方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によるアライメント方法は、例えば図１〜図３に示すように、２次元的に位置決めされる感光基板（１４）上にマスクパターン（１０）を露光する露光装置で、感光基板（１４）上の位置合わせ用マーク又は所定の基準マークよりなる計測対象マーク（４３Ｘ）の位置を求めるアライメント方法において、計測対象マーク（４３Ｘ）からの光を受光して、計測対象マーク（４３Ｘ）に対応する検出信号ＳＸを生成する位置検出手段（４〜９，１３，３５，３６，３８〜４２）と、計測対象マーク（４３Ｘ）のその位置検出手段の光軸方向の高さを調整する高さ調整手段（１５）と、を用いる。
【００１３】
そして本発明は、高さ調整手段（１５）により計測対象マーク（４３Ｘ）を複数の異なる高さに設定し、このように設定された複数の高さのそれぞれにおいてその位置検出手段により生成される計測対象マーク（４３Ｘ）に対応する検出信号ＳＸの波形を取り込み、この複数の高さ毎に取り込まれた検出信号の複数の波形よりその位置検出手段のベストフォーカス位置を求め、計測対象マーク（４３Ｘ）がその位置検出手段のベストフォーカス位置にあるときの、計測対象マーク（４３Ｘ）の計測方向の位置を、その取り込まれた検出信号ＳＸの複数の波形（コントラスト、ピークレベル、ピークの幅等）を用いて求めるものである。
【００１４】
この場合、その位置検出手段から出力される検出信号ＳＸの個々の波形の変化量を求め、この変化量を計測対象マーク（４３Ｘ）の高さに関する２次曲線（４６）で近似し、このように近似された２次曲線（４６）が極値を取るときの計測対象マーク（４３Ｘ）の高さを、その位置検出手段のベストフォーカス位置とみなすようにしてもよい。
【００１５】
また、計測対象マーク（４３Ｘ）をそれら複数の異なる高さに設定したときにその位置検出手段から出力される検出信号ＳＸの波形に基づいて、それぞれ計測対象マーク（４３Ｘ）の計測方向への位置を求め、それら複数の異なる高さと対応する計測対象マーク（４３Ｘ）の位置との関係を最小自乗法によって１次式で近似することが望ましい。
【００１６】
また、そのように求められた１次式に基づいて計測対象マーク（４３Ｘ）の位置を補正することが望ましい。
また、本発明による露光方法は、マスク（１０）上のパターンをウエハ（１４）上に露光する露光方法であって、本発明のアライメント方法を用いて求められたその計測対象マークの位置に基づいて、ウエハステージ（１５，１６）を介してウエハ上の各ショット領域を露光位置に設定するものである。
また、本発明による露光装置は、２次元的に位置決めされる感光基板上にマスクパターンを露光する露光装置であって、その感光基板上の位置合わせ用マーク又は所定の基準マークよりなる計測対象マーク（４３Ｘ）からの光を受光して、その計測対象マークに対応する検出信号を生成する位置検出手段（４〜９，１３，３５，３６，３８〜４２）と、その計測対象マークのその位置検出手段の光軸方向の高さを調整する高さ調整手段（１５）と、その高さ調整手段によりその計測対象マークを複数の異なる高さに設定し、この設定された複数の高さのそれぞれにおいてその位置検出手段により生成されるその計測対象マークに対応する検出信号の波形を取り込み、この複数の高さ毎に取り込まれた検出信号の複数の波形よりその位置検出手段のベストフォーカス位置を求めるとともに、その計測対象マークがその位置検出手段のベストフォーカス位置にあるときの、その計測対象マークの計測方向の位置を、その取り込まれた検出信号の複数の波形を用いて求める制御手段（１９）と、を有するものである。
【００１７】
斯かる本発明によれば、複数の高さにおいてそれぞれ位置検出手段（アライメントセンサ）により計測対象マーク（４３Ｘ）からの光を受光して検出信号ＳＸが生成される。この場合、計測対象マーク（４３Ｘ）のデフォーカス量に応じてその検出信号ＳＸの波形が変化し、計測対象マーク（４３Ｘ）がベストフォーカス位置にあるときに例えばその検出信号ＳＸのコントラスト、ピークレベル、又はピークの幅等が極値を取るため、例えばそのような極値を取るときの高さをその位置検出手段に対するベストフォーカス位置とすることができる。そして、このベストフォーカス位置での例えば補間された検出信号ＳＸの波形より計測対象マーク（４３Ｘ）の位置が検出される。
【００１８】
この場合、その検出信号ＳＸの波形の変化量を２次曲線等で補間するときには、比較的単純な曲線での補間により正確にそのベストフォーカス位置が検出される。
また、上記の複数の高さと対応する計測対象マーク（４３Ｘ）の位置との関係を１次式で近似すると、その１次式の傾きよりその位置検出手段の対物光学系（１３）の主光線の傾斜角（角度θ）が求められる。そして、その計測対象マーク（４３Ｘ）の高さがベストフォーカス位置から間隔ｄだけずれたときには、計測された位置にθ・ｄの補正を行うことにより、ベストフォーカス位置での計測方向の位置が算出される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるアライメント方法の実施の形態の一例につき、図面を参照して説明する。本例はＩＳＳ（Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｌｉｔ Ｓｅｎｓｏｒ）系を用いてＬＳＡ（レーザ・ステップ・アライメント）系のベースライン計測を行う場合に本発明を適用したものである。
【００２０】
図２は本例で使用される投影露光装置の構成を示し、この図２において、露光時には露光用の光源である水銀ランプ、楕円鏡、コリメータレンズ、干渉フィルタ等からなる光源系１から射出される露光光は、フライアイレンズ２に入射する。フライアイレンズ２の射出面には照明系の開口絞り３が配置され、開口絞り３を通過した露光光ＩＬ１は、露光時には２点鎖線で示すように、透過率が大きく反射率の小さなビームスプリッター４、第１リレーレンズ５、可変視野絞り６（レチクルブラインド）、第２リレーレンズ７、コンデンサーレンズ８、及び光路折り曲げ用のミラー９を介して、レチクル１０を均一な照度分布で照明する。その露光光ＩＬ１のもとで、レチクル１０の回路パターンが両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックな投影光学系１３を介して、ウエハ１４の各ショット領域に所定の縮小倍率（例えば１／５倍等）で結像投影される。但し、図１において、説明の都合上ウエハ１４は露光位置にはない。
【００２１】
なお、露光光ＩＬ１としては、水銀ランプ等の輝線（ｇ線、ｉ線等）の他、例えばエキシマレーザ（ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等）等のレーザ光、あるいは金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波等を使用することができる。ここで、投影光学系１３の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図２の紙面に垂直にＸ軸を、図２の紙面に平行にＹ軸を取る。
【００２２】
レチクル１０は、光軸ＡＸに垂直な平面（ＸＹ平面）内で２次元移動及び微小回転自在なレチクルステージ１２上に真空吸着により保持されている。レチクルステージ１２の位置は、レチクルステージ１２の周辺に配置されたレーザ干渉計（不図示）により例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出され、検出結果が装置全体を統轄制御する中央制御装置１９内の制御手段２０に供給されている。また、レチクル１０の下面（パターン面）のパターン領域の近傍にＩＳＳ系用のアライメントマーク（以下、「ＩＳＳレチクルマーク」と呼ぶ）１１Ｘが形成されている。
【００２３】
図３（ｂ）は本例のレチクル１０のパターン配置を示す平面図であり、この図３（ｂ）において、ガラス基板よりなるレチクル１０のパターン領域ＰＡを囲む遮光帯２９の−Ｙ方向の外側に、Ｙ方向に延びた直線状の遮光部よりなるＸ軸用のＩＳＳレチクルマーク１１Ｘが形成され、遮光帯２９の＋Ｘ方向の外側に、Ｘ方向に延びた直線状の遮光部よりなるＹ軸用のＩＳＳレチクルマーク１１Ｙが形成されている。ＩＳＳレチクルマーク１１ＸのＸ座標、及びＩＳＳレチクルマーク１１ＹのＹ座標はそれぞれレチクル１０のパターン領域の中心のＸ座標、及びＹ座標を示している。
【００２４】
また、遮光帯２９の−Ｙ方向及び＋Ｙ方向の外側に１対の十字型のアライメントマーク３０Ａ及び３０Ｂが形成されている。これらのアライメントマーク３０Ａ及び３０Ｂは、レチクル１０をレチクルステージ１２に対して位置合わせする際（レチクルアライメント時）に使用される。なお、ＩＳＳレチクルマーク１１Ｘ及び１１Ｙの代わりに、アライメントマーク３０Ａ及び３０ＢをＩＳＳレチクルマークとして使用してもよい。
【００２５】
図２に戻り、ウエハ１４はＺステージ１５上に真空吸着により保持され、Ｚステージ１５はＸＹステージ１６上に載置されている。また、Ｚステージ１５上でウエハ１４の近傍に、透過性のガラス基板よりなる基準パターン板２３が固定されている。
図３（ａ）はその基準パターン板２３のパターン配置を示し、この図３（ａ）において、基準パターン板２３上の遮光膜中に、Ｙ方向に延びた直線状の開口パターンよりなるＸ軸用のＩＳＳ基準マーク４３Ｘ、及びＸ方向に延びた直線状の開口パターンよりなるＹ軸用のＩＳＳ基準マーク４３Ｙが形成されている。また、一方のＩＳＳ基準マーク４３ＸからＸ方向に間隔ΔＸ_Ｌ だけ離れた位置に、Ｙ方向に所定ピッチで配列されたドット列パターンよりなるＸ軸のＬＳＡ基準マーク４４Ｘが形成され、他方のＩＳＳ基準マーク４３ＹからＹ方向に所定間隔だけ離れた位置に、Ｘ方向に所定ピッチで配列されたドット列パターンよりなるＹ軸のＬＳＡ基準マーク４４Ｙが形成されている。これらＬＳＡ基準マーク４４Ｘ及び４４Ｙは、それぞれＬＳＡ系用の基準マークとして使用される。
【００２６】
図２に戻り、Ｚステージ１５は、投影光学系１３の光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）へのウエハ１４及び基準パターン板２３の位置（焦点位置）を調整する。そのＺステージ１５のＺ方向への変位は、後述の斜入射方式のＡＦセンサ（焦点位置検出系）により検出される。
一方、ＸＹステージ１６はＸ方向、及びＹ方向にそれぞれウエハ１４及び基準パターン板２３の位置決めを行う。ウエハ１４上の或るショット領域への露光が終了すると、ＸＹステージ１６のステッピング動作により次に露光するショット領域が露光フィールド内に位置決めされ、その後、オートフォーカス方式でＺステージ１５によりウエハ１４の表面の焦点位置が投影光学系１３の結像面の位置に合わせ込まれ、その状態で露光が行われる。
【００２７】
また、Ｚステージ１５上にＹ軸用の移動鏡１７が固定され、外部のレーザ干渉計１８からのレーザビームを移動鏡１７で反射することにより、レーザ干渉計１８でＺステージ１５のＹ座標が計測される。同様に不図示のＸ軸用の移動鏡、及びレーザ干渉計によりＺステージ１５のＸ座標が計測され、計測された座標は制御手段２０に供給され、制御手段２０は供給された座標に基づいて、ＸＹステージ駆動系２１を介してＸＹステージ１６の動作を制御する。更に、制御手段２０は、Ｚθ駆動系２２を介してＺステージ１５の動作を制御する。
【００２８】
次に、本例の斜入射方式のＡＦセンサ（焦点位置検出系）は、投影光学系１３の側面部に配置された送光系２４、及び受光系２５からなり、その送光系２４から投影光学系１３の光軸ＡＸに対して斜めに、その投影光学系１３の露光フィールド内の計測点上にスリット像が投影される。図２の例ではその計測点は基準パターン板２３上に位置している。送光系２４からの照明光としては、ウエハ１４上のフォトレジストに対して感光性の弱い波長帯で、且つ薄膜干渉の影響等を低減させるために所定の波長幅を有する光が望ましい。
【００２９】
その計測点からの反射光は、受光系２５内の集光光学系及び振動スリット等を経て、受光系２５内の光電検出器に入射する。その不図示の振動スリット上に計測点上のスリット像が再結像され、その不図示の光電検出器の光電変換信号をその振動スリットの駆動信号で同期整流することにより、基準パターン板２３（又はウエハ１４）のＺ方向への変位に応じて所定範囲でほぼ線形に変化する焦点信号ＳＦが生成され、この焦点信号ＳＦは中央制御装置１９内の演算手段３３に供給される。本例では予め、基準パターン板２３（又はウエハ１４）の表面が投影光学系１３のベストフォーカス位置にあるときに、その焦点信号ＳＦの値が０となるように調整が行われている。その焦点信号ＳＦは、演算手段３３を介して制御手段２０にも供給され、制御手段２０はＺθ駆動系２２を介して、その焦点信号ＳＦの値が０になるようにオートフォーカス方式でＺステージ１５の高さを制御する。なお、本例の制御手段２０、及び演算手段３３はコンピュータのソフトウェア上の機能であり、焦点信号ＳＦ、及び他の信号はそれぞれ不図示のアナログ／デジタル変換器を介して演算手段３３に供給される。
【００３０】
更に、受光系２５内の振動スリットの前には平行平面板（不図示）が配置され、演算手段３３がこの平行平面板の角度を変えることにより、その焦点信号ＳＦの値をシフトできるようになっている。そして、例えば不図示の大気圧センサにより投影光学系１３の周囲の大気圧変化が検知された場合、又は露光が継続して行われたような場合には、演算手段３３は大気圧変化、又は照射熱の蓄積による投影光学系１３のベストフォーカス位置の変化量を求め、この変化後のベストフォーカス位置でその焦点信号ＳＦの値が０となるように、受光系２５内の平行平面板の角度を調整する。これにより、大気圧変化、又は露光光による照射熱の蓄積が生じた場合でも、オートフォーカス方式で基準パターン板２３（又はウエハ１４）の表面を正確に投影光学系１３の実際のベストフォーカス位置に設定できる。
【００３１】
次に、投影光学系１３の側面部に本例のＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式で、且つＸ軸用のＬＳＡ（レーザ・ステップ・アライメント）系２６が配置されている。ＬＳＡ系２６から射出されたレーザビームＡＬは、ミラー２７によりほぼ垂直下方に反射されて投影光学系１３に入射し、投影光学系１３から射出されるレーザビームＡＬは、図３（ａ）に示すように、基準パターン板２３（又はウエハ１４）上でＹ方向に延びたスリット状のスポット光２８として集光される。
【００３２】
図３（ａ）において、スポット光２８に対してＬＳＡ基準マーク４４ＸをＸ方向に走査すると、ＬＳＡ基準マーク４４Ｘがスポット光２８を横切る際に所定の方向に回折光が射出される。この回折光を検出することにより、そのＬＳＡ基準マーク４４ＸのＸ座標が検出される。
図２に戻り、基準パターン板２３上のＬＳＡ基準マーク４４Ｘ（図３（ａ）参照）からの回折光は、投影光学系１３及びミラー２７を経てＬＳＡ系２６に戻り、戻された回折光はＬＳＡ系２６内の光電検出器により光電変換され、その光電検出器から出力される検出信号ＱＸが演算手段３３に供給される。この場合、レーザビームＡＬの正反射光もＬＳＡ系２６に戻されるため、ＬＳＡ系２６内には正反射光を遮光して回折光のみを通す空間フィルタが設置されている。演算手段３３には制御手段２０を介して、レーザ干渉計１８等により計測されているＺステージ１５のＸ座標、及びＹ座標も供給され、演算手段３３では、例えばその検出信号ＱＸが最大となるときのＺステージ１５のＸ座標より図３（ａ）のＬＳＡ基準マーク４４ＸのＸ方向の位置を検出する。このように検出されたＬＳＡ基準マーク４４ＸのＸ座標より、後述のようにＬＳＡ系２６のＸ方向のベースライン量が求められる。
【００３３】
同様に、図３（ａ）のＹ軸用のＬＳＡ基準マーク４４Ｙの位置を検出するためのＹ軸用のＬＳＡ系（不図示）も備えられ、このＹ軸用のＬＳＡ系及び図２の演算手段３３によりそのＬＳＡ基準マーク４４ＹのＹ座標が検出される。このように検出されたＹ座標より、同様にＹ方向のベースライン量が求められる。なお、ＬＳＡ系のより詳細な構成は例えば特開昭６０−１３０７４２号公報に開示されている。
【００３４】
また、ウエハ１４上の各ショット領域にもそれぞれ図３（ａ）のＬＳＡ基準マーク４４Ｘ，４４Ｙと同様のＬＳＡ系用のウエハマークが形成され、これらのウエハマークの位置も図２のＬＳＡ系２６等により計測される。例えば、それらのウエハマークが対応するショット領域の中心位置を示すものとすると、それらのウエハマークの計測された位置からベースライン量だけＸＹステージ１６を移動させることにより、対応するウエハ１４上のショット領域の中心位置が、レチクル１０の投影像の中心位置と合致するため、高い重ね合わせ精度が得られる。
【００３５】
次に、本例のＩＳＳ（Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｌｉｔ Ｓｅｎｓｏｒ）系につき説明する。図２において、本例のＩＳＳ系の照明系は、露光光ＩＬ１と同じ波長の照明光ＩＬ２を発生する光源３５と、この光源３５からの照明光を集光して光ガイド３８の一端に導く集光レンズ３６と、光ガイド３８の他端から射出される照明光を集光する集光レンズ３９と、その集光された照明光を基準パターン板２３の底部に導くミラー４０とから構成されている。光源３５としては、例えば光源系１内で露光光ＩＬ１から分岐された光を、光ガイドを介して伝達する光学系等が使用される。この場合、光ガイド３８の他端、集光レンズ３９、及びミラー４０はＺステージ１５内に組み込まれている。
【００３６】
また、光ガイド３８の他端側を覆うように円筒状の口金４９が装着され、この口金４９がＺステージ１５の側壁内に或る程度の範囲内で傾斜でき、且つ所望の傾斜角で固定できるように取り付けられている。本例では、ＩＳＳ系による計測動作に先だって、その口金４９の傾斜角の調整によって、ＩＳＳ系の照明光ＩＬ２の主光線の傾き角をＺ軸にほぼ平行にすることによって、ＩＳＳ系のテレセントリック性の粗調整を行っておく。なお、その口金４９を設ける代わりに、集光レンズ３９を２つのレンズに分けて、これら２つのレンズの間（瞳空間）に平行平面ガラス（ハービング）を或る程度の範囲内で回転できるように配置し、この平行平面ガラスの回転角の調整によってそのＩＳＳ系のテレセントリック性の粗調整を行ってもよい。
【００３７】
その照明系からの照明光ＩＬ２は、図３（ａ）の基準パターン板２３上のＩＳＳ基準マーク４３Ｘ及び４３Ｙを底部から照明する。そして、ＩＳＳ基準マーク４３Ｘ及び４３Ｙを通過した照明光ＩＬ２は、図２において、投影光学系１３を経てレチクル１０に入射し、レチクル１０を透過した照明光ＩＬ２は、ミラー９、コンデンサーレンズ８、第２リレーレンズ７、可変視野絞り６、及び第１リレーレンズ５を経てビームスプリッター４に至る。このビームスプリッター４で反射された照明光ＩＬ２が、集光レンズ４１により光電検出器４２上に集光され、光電検出器４２での光電変換により得られた検出信号ＳＸが演算手段３３に供給される。この場合、投影光学系１３、ミラー９〜ビームスプリッター４、集光レンズ４１、及び光電検出器４２より本例のＩＳＳ系の受光系が構成されている。
【００３８】
また、ＩＳＳ系で使用される照明光ＩＬ２は露光光ＩＬ１と同じ波長域の光であるため、露光光ＩＬ１のもとで基準パターン板２３の表面が投影光学系１３に関してレチクル１０のパターン面と共役であるときには、その照明光ＩＬ２のもとで基準パターン板２３の表面とレチクル１０のパターン面とは共役である。そこで、例えば、レチクル１０のウエハステージに対するＸ方向の位置を検出する際には、図３（ｂ）のレチクル１０のＩＳＳレチクルマーク１１Ｘとほぼ共役な位置（設計データより大まかに算出される位置）のＸ方向の手前側に、図３（ａ）の基準パターン板２３上のＩＳＳ基準マーク４３Ｘの位置が設定される。その後、図２においてＸＹステージ１６を駆動して基準パターン板２３をＸ方向に走査すると、ＩＳＳ基準マーク４３Ｘのレチクル側への投影像がレチクル１０上のＩＳＳレチクルマーク１１Ｘを横切る際に、光電検出器４２から出力される検出信号ＳＸは谷型に落ち込むように変化する。
【００３９】
そこで、その検出信号ＳＸの波形、及びレーザ干渉計により計測されるＺステージ１５のＸ座標より、ＩＳＳ基準マーク４３Ｘの像がＩＳＳレチクルマーク１１Ｘと合致するときのＸ座標、即ち基準パターン板２３を基準としたレチクル１０の投影像の中心のＸ座標が検出される。同様に、図３（ｂ）のＹ軸用のＩＳＳレチクルマーク１１Ｙに対して、図３（ａ）のＹ軸用のＩＳＳ基準マーク４３ＹをＹ方向に走査することにより、基準パターン板２３を基準としたレチクル１０の投影像の中心のＹ座標が計測される。
【００４０】
本例のＩＳＳ系に対するベストフォーカス位置は、例えば光電検出器４２から出力される検出信号ＳＸの谷型の落ち込み部の幅（又はその落ち込み量等）が最大となるときに、送光系２４及び受光系２５からなる斜入射方式のＡＦセンサによる検出されるＺ座標と定義される。従って、そのＩＳＳ系では投影光学系１３が使用されていても、必ずしもレチクル１０のパターンを露光する際の投影光学系１３のベストフォーカス位置が、そのＩＳＳ系のベストフォーカス位置になるとは限らない。但し、例えば標準大気圧のもとでの初期状態では、投影光学系１３のベストフォーカス位置がそのＩＳＳ系のベストフォーカス位置となるように調整が行われ、大気圧が変化した場合、及び露光光の照射熱が蓄積された場合のそのＩＳＳ系のベストフォーカス位置の変動量も、演算手段３３によりソフトウェア的に算出されるようになっている。
【００４１】
ところが、大気圧変化等の他に例えば光電検出器４２の位置ずれのような予測できない要因によっても、ＩＳＳ系のベストフォーカス位置がシフトする場合がある。また、露光用の照明光ＩＬ１のもとで投影光学系１３の少なくともウエハ側のテレセントリック性は高精度に維持されているが、照明光ＩＬ２のもとでのＩＳＳ系の基準パターン板２３上におけるテレセントリック性は多少崩れている場合が有り得る。例えばＩＳＳ系のテレセントリック性の崩れ量を角度θとして、ベストフォーカス位置がｄだけシフトしているものとすると、ＩＳＳ系で計測されたレチクル１０の位置にウエハ側に換算してほぼθ・ｄの位置ずれ量が生ずる恐れがある。本例では、以下のようにしてそのような位置ずれ量の発生を防止する。
【００４２】
以下、ＬＳＡ系２６のベースライン量の計測を行う場合を例にとって、ＩＳＳ系のベストフォーカス位置におけるＩＳＳ系の計測結果の推方法の一例につき図１のフローチャートを参照して説明する。この際に、上述のように予め図２のＩＳＳ系の照明系内の口金４９の傾斜角を調整することによって、ＩＳＳ系のテレセントリック性の粗調整を行っておく。
【００４３】
先ず、図１のステップ１０１において、図２の中央制御装置１９内の制御手段２０は、レチクル１０が載置されたレチクルステージ１２の位置合わせ（レチクルアライメント）を行う。このためには、レチクル１０上の不図示のレチクルアライメント顕微鏡を用いて、図３（ｂ）の２つのアライメントマーク３０Ａ及び３０Ｂの位置がそれぞれ所定の基準位置となるようにレチクルステージ１２の位置決めを行う。その後、ベースライン・チェック工程に移行する。
【００４４】
即ち、ステップ１０２において、図２の制御手段２０は、ＸＹステージ１６を駆動することにより、図３（ａ）の基準パターン板２３上のＸ軸用のＩＳＳ基準マーク４３Ｘを、図３（ｂ）のレチクル１０上のＸ軸用のＩＳＳレチクルマーク１１Ｘと計算上で共役な位置に対してＸ方向の手前側の近傍に移動する。この状態では、図２に示すように、斜入射方式のＡＦセンサの送光系２４からのスリット像が基準パターン板２３上に投影される。その後、ステップ１０３において、演算手段３３が現在の大気圧等に応じたＩＳＳ系に対するベストフォーカス位置Ｚ_０ を算出し、このソフトウェア的に算出されたベストフォーカス位置Ｚ_０ を制御手段２０に供給する。
【００４５】
制御手段２０は、Ｚθ駆動系２２を介してＺステージ１５を駆動することにより、基準パターン板２３の表面のＺ座標をそのベストフォーカス位置Ｚ_０ からΔＺだけ低い位置に設定する。ΔＺの値は、予測できない要因によるベストフォーカス位置の変動量のそれまでの最大値（制御手段２０内の記憶部に記憶されている）より大きな値である。ΔＺの値は、一例として５μｍである。この場合の基準パターン板２３の表面のＺ座標は、斜め入射方式のＡＦセンサの受光系２５から出力される焦点信号ＳＦに、演算手段３３において予め求められている係数を乗じて得られる座標であり、この座標は演算手段３３から制御手段２０に供給される。
【００４６】
次のステップ１０４において、制御手段２０は、ＩＳＳ系の光源３５を発光させて照明光ＩＬ２で基準パターン板２３を底面側から照明した状態で、ＸＹステージ駆動系２１を介してＸＹステージ１６を駆動することにより、レチクル１０側のＩＳＳレチクルマーク１１Ｘを横切るようにＩＳＳ基準マーク４３Ｘのレチクルへの投影像をＸ方向に走査する。そして、この走査中に演算手段３３は、ＩＳＳ系の光電検出器４２からの検出信号ＳＸを取り込み、その検出信号ＳＸの信号幅Ｄ_ｉ 、及びＩＳＳレチクルマーク１１Ｘのマーク位置Ｘ_ｉ（ｉ＝１）を求める。
【００４７】
図４（ａ）は最初に取り込まれる検出信号ＳＸを、ＩＳＳ基準マーク４３ＸのＸ座標に対してプロットした図であり、この図４（ａ）において、検出信号ＳＸはＸ方向に対して谷型に落ち込んでいる。そこで、検出信号ＳＸのレベルが予め定められているスライスレベルＳ_ＴＨより低い部分のＸ方向の幅Ｄ_１ を信号幅とする。また、その信号幅Ｄ_１ 内のＸ方向の中点のＸ座標Ｘ_１ をそのＺ座標でのマーク位置とする。
【００４８】
次のステップ１０５において、制御手段２０は、Ｚステージ１５を駆動して基準パターン板２３のＺ座標をδＺだけ上昇させる。δＺの値は細かい程、高精度にベストフォーカス位置を検出できるが、δＺが細かい程計測時間が長くなる。そこで、精度と計測時間とのバランスを考えてδＺの値が決定される。ステップ１０３で設定するΔＺの値が５μｍの場合、δＺは例えば１μｍに設定される。その後、ステップ１０６で基準パターン板２３のＺ座標が（Ｚ_０ ＋ΔＺ）を超えたかどうかを調べるが、今の段階ではＺ座標は（Ｚ_０ ＋ΔＺ）より低いため動作はステップ１０４に戻る。そして、再び、制御手段２０は、ＸＹステージ１６を駆動することにより、レチクル１０側のＩＳＳレチクルマーク１１Ｘを横切るようにＩＳＳ基準マーク４３Ｘのレチクルへの投影像をＸ方向に走査する。そして、この走査中に演算手段３３は、ＩＳＳ系の光電検出器４２からの図４（ｂ）に示す検出信号ＳＸを取り込み、その検出信号ＳＸの信号幅Ｄ_ｉ 、及びマーク位置Ｘ_ｉ（ｉ＝２）を求める。その後、ステップ１０５で制御手段は、Ｚ座標をδＺだけ上昇させる。
【００４９】
以下同様にして、基準パターン板２３のＺ座標が（Ｚ_０ ＋ΔＺ）を超えるまで、ステップ１０４及び１０５が繰り返されて、各Ｚ座標においてそれぞれ検出信号ＳＸの信号幅Ｄ_ｉ 、及びマーク位置Ｘ_ｉ（ｉ＝３，４，…）が求められる。図４（ｃ）はｉの値が３の場合を示している。基準パターン板２３のＺ座標が実際のベストフォーカス位置に近づくにつれて、その検出信号ＳＸの信号幅Ｄ_ｉ は狭くなっている。
【００５０】
その後、ステップ１０６において、基準パターン板２３のＺ座標が（Ｚ_０ ＋ΔＺ）を超えたときに、動作はステップ１０７に移行して、演算手段３３は、基準パターン板２３のＺ座標に対する検出信号ＳＸの信号幅Ｄ_ｉ の関係を、最小自乗法により２次曲線で近似することにより、最も信号幅Ｄ_ｉ が狭くなるときのＺ座標を実際のベストフォーカス位置Ｚ_ｆ として求める。その２次曲線近似の方法につき図５（ａ）を参照して説明する。以下では、ΔＺを５μｍ、δＺを１μｍとして、Ｚ_０ を中心とする±５μｍの範囲内で１μｍステップで１１回の計測を行ったものとして説明する。
【００５１】
図５（ａ）は、横軸が基準パターン板２３のＺ座標、縦軸が検出信号ＳＸの信号幅Ｄ_ｉ であり、１１個の点４５は、Ｚ座標に対してステップ１０４で求められた信号幅Ｄ_ｉ をプロットしたものである。このとき、信号幅Ｄ_ｉ を次のように係数ａ，ｂ，ｃを有するＺ座標の２次関数ｆ（Ｚ）で表す。
【００５２】
【数１】
Ｄ_ｉ ＝ｆ（Ｚ）＝ａＺ^２ ＋ｂＺ＋ｃ
そして、計測が行われたＺ座標をＺ_１ ，Ｚ_２ ，…，Ｚ_１１、これらの座標での信号幅Ｄ_ｉ をそれぞれＤ_１ ，Ｄ_２ ，…，Ｄ_１１としたとき、次の残留誤差成分Ｅ（ａ，ｂ，ｃ）が最小値を取るように、例えば数値解析により係数ａ，ｂ，ｃの値を定める。
【００５３】
【数２】
Ｅ（ａ，ｂ，ｃ）＝｛Ｄ_１ −ｆ（Ｚ_１）｝^２＋｛Ｄ_２ −ｆ（Ｚ_２）｝^２＋…＋｛Ｄ_１１−ｆ（Ｚ_１１）｝^２
その後、求められた係数ａ，ｂ，ｃを（数１）に代入して、（数１）が極値を取るときのＺ座標を実際のベストフォーカス位置Ｚ_ｆ として求める。この場合、図５（ａ）に示すように求められた２次関数ｆ（Ｚ）は凹の２次曲線４６で表され、ベストフォーカス位置Ｚ_ｆ でその２次曲線４６の値が最小となっている。
【００５４】
次に、ステップ１０８において、基準パターン板２３のＺ座標に対する検出されたマーク位置Ｘ_ｉ の関係を最小自乗法により１次式（１次関数）で近似する。その１次式による近似の方法につき図５（ｂ）を参照して説明する。ここでは、図５（ａ）に対応するＺ座標とマーク位置Ｘ_ｉ との関係は図５（ｂ）のようになっているものとする。
【００５５】
図５（ｂ）は、横軸が基準パターン板２３のＺ座標、縦軸がＩＳＳ基準マーク４３Ｘのマーク位置Ｘ_ｉ であり、１１個の点４７は、Ｚ座標に対してステップ１０４で求められたマーク位置Ｘ_ｉ をプロットしたものである。このとき、マーク位置Ｘ_ｉ を次のように係数ｄ及びθを有するＺ座標の１次関数ｇ（Ｚ）で近似する。
【００５６】
【数３】
Ｘ_ｉ ＝ｇ（Ｚ）＝θ・Ｚ＋ｄ
そして、計測が行われたＺ座標をＺ_１ ，Ｚ_２ ，…，Ｚ_１１、これらの座標でのマーク位置Ｘ_ｉ をそれぞれＸ_１ ，Ｘ_２ ，…，Ｘ_１１としたとき、次の残留誤差成分Ｅ（ｄ，θ）が最小値を取るように、例えば数値解析により係数ｄ及びθの値を定める。
【００５７】
【数４】
Ｅ（ｄ，θ）＝｛Ｘ_１ −ｇ（Ｚ_１）｝^２＋｛Ｘ_２ −ｇ（Ｚ_２）｝^２＋…＋｛Ｘ_１１−ｇ（Ｚ_１１）｝^２
このようにして決定された係数ｄ及びθを（数３）に代入して得られる関数ｇ（Ｚ）が図５（ｂ）の直線４８で表されている。この場合、係数θはＺ座標の変化量に対するマークの位置ずれ量の割合を表す線形係数となる。これは結果として、係数θが本例のＩＳＳ系のテレセントリック性のＸ方向への崩れ量であることを表す。
【００５８】
その後、ステップ１０９において、ステップ１０７で求められた実際のベストフォーカス位置Ｚ_ｆ 、及びステップ１０８で求められた係数ｄと係数θ（テレセントリック性の崩れ量）とを（数３）に代入することにより、実際のベストフォーカス位置Ｚ_ｆ でのマーク位置Ｘ_ｆ をレチクル１０上のＩＳＳレチクルマーク１１ＸのＸ方向の位置として推定する。
【００５９】
なお、それまでのベストフォーカス位置Ｚ_０ でのマーク位置をＸ_０ として、実際のベストフォーカス位置Ｚ_ｆ 及び係数θ（テレセントリック性の崩れ量）を用いて次式より実際のベストフォーカス位置でのマーク位置Ｘ_ｆ’を算出してもよい。
【００６０】
【数５】
Ｘ_ｆ’＝θ・（Ｚ_ｆ −Ｚ_０）＋Ｘ_０
次に、ステップ１１０において、図３（ａ）のＩＳＳ基準マーク４３Ｙと図３（ｂ）のＩＳＳレチクルマーク１１Ｙとを用いて、ステップ１０２〜１０９までと同様の動作を行うことにより、レチクル１０上のＩＳＳレチクルマーク１１ＹのＹ方向の位置Ｙ_ｆ を求める。本例ではＩＳＳレチクルマーク１１Ｘ，１１Ｙはレチクル１０のパターン領域の中心座標を示すため、ＩＳＳレチクルマーク１１Ｘの位置Ｘ_ｆ 、及びＩＳＳレチクルマーク１１Ｙの位置Ｙ_ｆ がそのままレチクル１０のウエハ側への投影像の中心座標となる。
【００６１】
なお、Ｙ軸用のＩＳＳ基準マーク４３Ｙに対するベストフォーカス位置はＸ軸用のＩＳＳ基準マーク４３Ｘに対するベストフォーカス位置Ｚ_ｆ とほぼ同じとみなせるため、そのベストフォーカス位置Ｚ_ｆ において、ＩＳＳレチクルマーク１１ＹのＹ座標を複数回計測し、この平均値をＩＳＳレチクルマーク１１Ｙの位置Ｙ_ｆ としてもよい。
【００６２】
なお、レチクル１０に回転があるときには、ＩＳＳレチクルマーク１１Ｘ，１１Ｙの座標とレチクル１０の中心座標との間には誤差が生ずる。そこで、回転の補正を行うため場合には、例えば図３（ｂ）のレチクル１０上の２個のアライメントマーク３０Ａ及び３０Ｂの座標（Ｘ，Ｙ）をＩＳＳ系を用いて計測し、この計測結果の平均値よりレチクル１０の投影像の中心座標を求めてもよい。
【００６３】
次に、ステップ１１１において、図３（ａ）の基準パターン板２３のＺ座標を図２のＸ軸用のＬＳＡ系２６に対するベストフォーカス位置に設定した後、そのＬＳＡ系２６を用いて基準パターン板２３上のＸ軸のＬＳＡ基準マーク４４ＸのＸ座標Ｘ_ＬＳＡ を計測する。その後、同様にＹ軸用のＬＳＡ系を用いて、基準パターン板２３上のＹ軸のＬＳＡ基準マーク４４ＹのＹ座標Ｙ_ＬＳＡ を計測する。
【００６４】
その後、ステップ１１２において、ＬＳＡ系のベースライン量を求める。この場合、図３（ａ）に示すように、ＩＳＳ基準マーク４３ＸとＬＳＡ基準マーク４４ＸとはＸ方向に幅ΔＸ_Ｌ だけ離れているため、ステップ１０９で求めたレチクル１０の投影像の中心のＸ座標Ｘ_ｆ 、及びＬＳＡ基準マーク４４ＸのＸ座標Ｘ_ＬＳＡ より、Ｘ軸用のＬＳＡ系２６のＸ方向へのベースライン量は、例えば（Ｘ_ｆ −Ｘ_ＬＳＡ ＋ΔＸ_Ｌ）となる。同様に、Ｙ軸用のＬＳＡ系のＹ方向へのベースライン量も算出される。
【００６５】
また、本例ではＬＳＡ系のベースライン計測を行う度に図１の工程を繰り返して、それぞれＩＳＳ系のベストフォーカス位置、及びＺ座標の変化量に対するマーク位置を表す１次近似式を求める。但し、ベースライン計測を行う時間間隔が短い場合等には、ソフトウェア的に求められたベストフォーカス位置で計測を行ってもよい。
【００６６】
上述のように本例によれば、ほぼベースライン計測を行う度に、ＩＳＳ系の実際のベストフォーカス位置、及びＩＳＳ系のＺ座標の変化量に対するマーク位置を表す１次近似式を求め、これらに基づいて実際のベストフォーカス位置でのレチクル１０の投影像の中心位置（Ｘ_ｆ，Ｙ_ｆ）を算出しているため、レチクル１０の投影像の中心位置が正確に求められ、結果としてＬＳＡ系のベースライン量も正確に計測される。
【００６７】
また、例えば図５（ｂ）の例では、Ｚ座標を１１回変えて計測した結果より、最小自乗法によりＩＳＳ系のＺ座標の変化量に対するマーク位置を表す１次近似式を求め、この結果より実際のベストフォーカス位置Ｚ_ｆ でのマーク位置Ｘ_ｆ を算出している。従って、改めてそのベストフォーカス位置Ｚ_ｆ でマーク位置を計測する方法に比べて、計測誤差の平均化が行われているため、より高精度にＩＳＳレチクルマークの位置を計測できる利点がある。更に、改めて計測し直さないので、従来のようにソフトウェア的にＺ座標を補正するだけの工程と比べても、単位時間当りのウエハの処理枚数（スループット）の低下は小さい。
【００６８】
また、図５（ａ）では信号幅Ｄ_ｉ をＺ座標について２次関数で近似しているが、場合によっては、例えばＺ座標について３次以上の関数、又は平方根を含む関数等で近似してもよい。
また、上述の実施の形態では検出信号ＳＸの信号幅よりベストフォーカス位置を求めたが、例えば図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、検出信号ＳＸの凹部の深さ（信号のピークレベル）ｈ_１，ｈ_２，ｈ_３，…よりベストフォーカス位置を求めてもよい。この場合、その信号のピークレベルｈ_ｉ が最も大きくなるときのＺ座標がベストフォーカス位置となる。
【００６９】
なお、上述の実施の形態では、先ずＩＳＳレチクルマーク１１Ｘ，１１ＹのＸ座標、Ｙ座標を求めてからＬＳＡ系の計測を行っているが、それ以外に例えばＩＳＳレチクルマーク１１Ｘの計測、ＬＳＡ基準マーク４４Ｘの計測、ＩＳＳレチクルマーク１１Ｙの計測、ＬＳＡ基準マーク４４Ｙの計測、の順に計測を行ってベースライン量を求めてもよい。
【００７０】
更に、上述の実施の形態ではＩＳＳ系についてベストフォーカス位置を求めているが、例えば図２のＬＳＡ系２６についても、複数のＺ座標において検出信号ＱＸを取り込み、それぞれピークレベル等及びマーク位置を求めることにより、ベストフォーカス位置、及びＺ座標の変化量に対するマーク位置を表す１次近似式を求めることができる。但し、ＬＳＡ系では通常テレセントリック性の崩れ量は小さいため、そのようにベストフォーカス位置を計測する必要性は高くない。また、撮像方式のアライメントセンサ等においても、本発明を適用することにより容易にベストフォーカス位置、及びＺ座標の変化量に対するマーク位置を表す近似式を正確に求めることができる。
【００７１】
このように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。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、計測対象マークを複数の高さに設定してそれぞれ検出信号の波形を取り込み、このように取り込まれた波形より位置検出手段のベストフォーカス位置、及び計測方向での位置を求めているため、ベストフォーカス位置のキャリブレーションを行うための装置等を使用することなく、簡単且つ迅速にベストフォーカス位置、及びこのベストフォーカス位置における計測値を求めることができる利点がある。
【００７３】
また、ベストフォーカス位置での計測方向の位置を求めることができるため、位置検出手段のテレセントリック性を厳密に調整しておく必要がなく、位置検出手段の製造コストを低減できる。更に、得られた検出信号の波形よりベストフォーカス位置とこの位置での計測方向の位置とを求めることができるため、計測時間が短くて済む利点もある。
【００７４】
次に、検出信号の波形の変化量を高さに関する２次曲線で近似し、この２次曲線の極値に基づいてベストフォーカス位置を求める場合には、そのベストフォーカス位置が計測の際に設定された複数の高さの間にあるときでも、比較的簡単な計算で計測データを補間して正確にそのベストフォーカス位置を求めることができる。
【００７５】
また、複数の高さで求められた計測方向の位置より、複数の高さとこれらの高さで位置検出手段により計測される位置との関係を１次式で近似する際には、予測できない要因によるテレセントリック性の崩れ量を容易且つ正確に計測できる。更に、その１次式を用いて計測方向の位置の補正を行う場合には、例えば或る高さでの計測データに対して、その高さ及びベストフォーカス位置間のずれ量とその１次式の比例係数（テレセントリック性の崩れ量）との積を加算するだけの簡単な計算により正確に計測方向の位置を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアライメント方法の実施の形態の一例が適用されたベースライン量の計測動作の一例を示すフローチャート図である。
【図２】その実施の形態で使用される投影露光装置を示す一部を切り欠いた構成図である。
【図３】（ａ）は図２の基準パターン板２３を示す拡大平面図、（ｂ）は図２のレチクル１０を示す平面図である。
【図４】基準パターン板２３のＺ座標を変えた場合に得られる検出信号ＳＸの波形の変化を示す図である。
【図５】（ａ）は基準パターン板２３のＺ座標に対する検出信号ＳＸの信号幅Ｄ_ｉ の関係を示す図、（ｂ）はそのＺ座標に対するマーク位置Ｘ_ｉ の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 光源系
４ ビームスプリッター
８ コンデンサーレンズ
１０ レチクル
１１Ｘ，１１Ｙ ＩＳＳレチクルマーク
１３ 投影光学系
１４ ウエハ
１５ Ｚステージ
１６ ＸＹステージ
１９ 中央制御装置
２０ 制御手段
２３ 基準パターン板
２４ 斜入射方式のＡＦセンサの送光系
２５ 斜入射方式のＡＦセンサの受光系
２６ ＬＳＡ系（ＬＳＡ方式のアライメントセンサ）
３３ 演算手段
４３Ｘ，４３Ｙ ＩＳＳ基準マーク
４４Ｘ，４４Ｙ ＬＳＡ基準マーク

Claims (10)

1. ２次元的に位置決めされる感光基板上にマスクパターンを露光する露光装置で、前記感光基板上の位置合わせ用マーク又は所定の基準マークよりなる計測対象マークの位置を求めるアライメント方法において、
   前記計測対象マークからの光を受光して、前記計測対象マークに対応する検出信号を生成する位置検出手段と、前記計測対象マークの前記位置検出手段の光軸方向の高さを調整する高さ調整手段と、を備え、
   該高さ調整手段により前記計測対象マークを複数の異なる高さに設定し、該設定された複数の高さのそれぞれにおいて前記位置検出手段により生成される前記計測対象マークに対応する検出信号の波形を取り込み、該複数の高さ毎に取り込まれた検出信号の複数の波形より前記位置検出手段のベストフォーカス位置を求め、
   前記計測対象マークが前記位置検出手段のベストフォーカス位置にあるときの、前記計測対象マークの計測方向の位置を、前記取り込まれた検出信号の複数の波形を用いて求めることを特徴とするアライメント方法。
2. 前記位置検出手段から出力される検出信号の個々の波形の変化量を求め、該変化量を前記計測対象マークの高さに関する２次曲線で近似し、該近似された２次曲線が極値を取るときの前記計測対象マークの高さを、前記位置検出手段のベストフォーカス位置とみなすことを特徴とする請求項１記載のアライメント方法。
3. 前記計測対象マークを前記複数の異なる高さに設定したときに前記位置検出手段から出力される検出信号の波形に基づいて、それぞれ前記計測対象マークの計測方向の位置を求め、前記複数の異なる高さと対応する前記計測対象マークの位置との関係を最小自乗法によって１次式で近似することを特徴とする請求項１又は２記載のアライメント方法。
4. 前記求められた１次式に基づいて前記計測対象マークの位置を補正することを特徴とする請求項３記載のアライメント方法。
5. 前記位置検出手段は、前記計測対象マークを撮像する撮像方式の検出手段であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のアライメント方法。
6. マスク上のパターンをウエハ上に露光する露光方法であって、
   請求項１〜５の何れか一項に記載のアライメント方法を用いて求められた前記計測対象マークの位置に基づいて、ウエハステージを介してウエハ上の各ショット領域を露光位置に設定することを特徴とする露光方法。
7. ２次元的に位置決めされる感光基板上にマスクパターンを露光する露光装置であって、
   前記感光基板上の位置合わせ用マーク又は所定の基準マークよりなる計測対象マークからの光を受光して、前記計測対象マークに対応する検出信号を生成する位置検出手段と、
   前記計測対象マークの前記位置検出手段の光軸方向の高さを調整する高さ調整手段と、
   前記高さ調整手段により前記計測対象マークを複数の異なる高さに設定し、該設定された複数の高さのそれぞれにおいて前記位置検出手段により生成される前記計測対象マークに対応する検出信号の波形を取り込み、該複数の高さ毎に取り込まれた検出信号の複数の波形より前記位置検出手段のベストフォーカス位置を求めるとともに、前記計測対象マークが前記位置検出手段のベストフォーカス位置にあるときの、前記計測対象マークの計測方向の位置を、前記取り込まれた検出信号の複数の波形を用いて求める制御手段と、を有することを特徴とする露光装置。
8. 前記制御手段は、前記位置検出手段から出力される検出信号の個々の波形の変化量を求め、該変化量を前記計測対象マークの高さに関する２次曲線で近似し、該近似された２次曲線が極値を取るときの前記計測対象マークの高さを、前記位置検出手段のベストフォーカス位置とみなすことを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記制御手段は、前記計測対象マークを前記複数の異なる高さに設定したときに前記位置検出手段から出力される検出信号の波形に基づいて、それぞれ前記計測対象マークの計測方向の位置を求め、前記複数の異なる高さと対応する前記計測対象マークの位置との関係を最小自乗法によって１次式で近似することを特徴とする請求項７又は８に記載の露光装置。
10. 前記位置検出手段は、前記計測対象マークを撮像する撮像方式の検出手段であることを特徴とする請求項７〜９の何れか一項に記載の露光装置。

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