JPWO2007116711A1 - 計測方法、計測装置及び処理装置、並びにパターン形成方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

計測方法、計測装置及び処理装置、並びにパターン形成方法及びデバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

アライメント系のコヒーレンスファクタσを１以上に設定し、マークからの０次光と奇数次回折光によるマークの強度像に相当する光電信号から、マークの位置情報を検出する。σ≧１の場合には、瞳上の同一の２点を通過する０次光と−１次回折光との光束ペアに対し、０次光と＋１次回折光との光束ペアが必ず存在するようになり、両者によるマーク像の位置ずれが相殺され、マークの段差又は収差変動によって、マーク位置ずれ量の変動が低減される。これにより、高精度にマークを検出することが可能となる。

Description

本発明は、計測方法、計測装置及び処理装置、並びにパターン形成方法及びデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、物体上に形成されたマークに照明光を照射する照明光学系と、前記照明光の照射による前記マークからの回折光を集光する集光光学系と、集光された光を電気信号に変換する光電変換装置とを備える検出装置を用いた計測方法、該計測方法を用いる計測装置及び該計測装置を備える処理装置、並びに前記計測方法を利用するパターン形成方法及び該方法を用いるデバイス製造方法に関する。
露光装置等のデバイス処理装置におけるデバイス製造に用いられるウエハ等の基板（以下、ウエハと総称する）の位置合わせ（アライメント）においては、ウエハ上に回路パターンとともに転写された位置合わせ用のマークを露光装置に備えられた光学式のアライメント系で観察し、その観察結果に基づいて位置を計測する。マーク位置の計測精度は、様々な要因によって低下する。例えば、ＣＭＰプロセスなどで本来対称であるべきマークが非対称となり、マークからの回折光の振幅と位相とが変化した結果発生するマークシフト（ＷＩＳ（Wafer Induced Shift））はその要因の１つである。
そこで、マークの計測精度を向上させるための技術が従来にも提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。近年のデバイスパターンの微細化に伴い、マーク位置の計測精度に対する要求も厳しくなってきており、アライメント系の対物レンズが有する収差（一般的に、波面収差のＲＭＳ値で１００ｍλ（λ＝６３３ｎｍ）程度）が、マーク位置の計測精度を低下させる大きな要因として考えられるようになってきている。しかしながら、一般に、対物レンズの収差自体の調整は、高コストで、長時間を要する。また、収差を完全に０にするのは極めて困難であるため、収差によるマークの位置ずれをある程度見越したうえで、マーク計測を行うことになる。
また、収差によるマークの位置ずれ量は、マーク計測時のデフォーカスによってより顕著となるため、計測の際には、フォーカス合わせを厳密に行う必要があった。また、マークによってその段差量及び／又は反射率などが異なり、個体差があると、収差量、デフォーカス量が同じであっても、マークの計測位置が変動してしまう。
最近では、ウエハ上の複数のマーク位置計測を同時に行う複数眼、例えば４眼のアライメント系を備えるデバイス処理装置も提案されているが、デフォーカスによってマーク計測位置が大幅にずれるような場合には、ウエハ面を調整し、ウエハ上の４点各々を同時に各眼でフォーカス合わせをするのは物理的に困難であり、実際には、４点以上のマークの同時計測が事実上不可能であった。
国際公開第９８／３９６８９号パンフレット 特開２００１−２５０７６６号公報
本発明は、第１の観点からすると、物体上に形成された周期マークに照明光を照射する照明光学系と、前記照明光に照射による前記周期マークからの０次光及び奇数次の回折光のみを集光する集光光学系と、集光された光を光電信号に変換する光電変換装置とを備え、前記集光光学系の開口数に対する前記照明光学系の開口数の比率が１以上に設定された検出装置を用いて、前記周期マークのその周期方向に関する位置情報を検出する検出工程を含む第１の計測方法である。
これによれば、集光光学系の開口数に対する照明光学系の開口数の比率が１以上に設定されたインコヒーレント状態でマークを計測し、かつ、ノイズ成分の要因となる偶数次の回折光が低減された電気信号に基づいて周期マークの位置情報を検出するので、集光光学系が有する収差とデフォーカスとの複合作用又は周期マークの個体差とデフォーカスとの複合作用によるマーク位置の計測誤差の変動が低減され、マークの位置情報を高精度に計測することが可能となる。
本発明は、第２の観点からすると、物体上に形成されたマークに照明光を照射する照明光学系と、そのマークからの回折光を集光する集光光学系と、集光された光を電気信号に変換する光電変換装置とを備え、前記集光光学系の開口数に対する前記照明光学系の開口数の比率が１以上に設定された検出装置を用いて、第１周期を基本周期とする第１成分と、前記第１周期の偶数倍の第２周期を基本周期とする第２成分とを含む周期マークのその周期方向に関する位置情報を検出する検出工程を含む第２の計測方法である。
これによれば、集光光学系の開口数に対する照明光学系の開口数の比率が１以上に設定されたインコヒーレント状態で、第１周期を基本周期とする第１成分と、前記第１周期の偶数倍の第２周期を基本周期とする第２成分とを含む周期マークを計測し、その計測時に周期マークからの回折光を集光し、その集光された光を光電変換した電気信号に基づいてその周期マークの周期方向に関する位置情報を検出する。この場合、周期マークに含まれる、２つの異なる基本周波数成分の周期の比が偶数比であるので、この周期マークからはノイズ成分の要因となる偶数次の回折光の強度が低減された回折光が発生する。従って、集光光学系が有する収差とデフォーカスとの複合作用又は周期マークの個体差とデフォーカスとの複合作用によるマーク位置の計測誤差の変動が低減され、マークの位置情報を高精度に計測することが可能となる。
本発明は、第３の観点からすると、物体上の複数の異なる場所に配置された複数マーク各々を同時に計測可能に配置され、前記物体上に形成されたマークに照明光を照射する照明光学系と、そのマークからの回折光を集光する集光光学系と、集光された光を電気信号に変換する光電変換装置とを備え、そのマークの位置情報を検出する複数の検出装置を用いて、前記集光光学系に対する前記マークのフォーカス位置を所定範囲で変化させながら、任意のサンプリング間隔で、前記マークの位置情報を計測する第３の計測方法である。
これによれば、複数の検出装置を用いて、複数のマークの位置情報が同時に計測される。この場合、それぞれの検出装置で計測時に物体のベストフォーカス合わせをする必要がなくなり、かつ各検出装置で複数の異なるフォーカス位置でのマーク位置の計測結果を利用するので、平均化効果により、マークの位置情報の計測精度を向上させることができる。
本発明は、第４の観点からすると、本発明の第１ないし第３の計測方法のいずれかを用いて、処理対象となる物体上に形成された位置合わせ用マークの位置情報を計測する第１の計測装置である。
これによれば、物体上のマークの位置情報を高精度に計測することが可能となる。
本発明は、第５の観点からすると、物体上に形成された周期マークに照明光を照射する照明光学系と；前記照明光の照射による前記周期マークからの０次光及び奇数次の回折光のみを集光する集光光学系と；集光された光を電気信号に変換する光電変換装置と；前記電気信号に基づいて、前記周期マークの周期方向に関する位置情報を算出する算出装置と；を備え、前記集光光学系の開口数に対する前記照明光学系の開口数の比率が１以上に設定されている第２の計測装置である。
これによれば、周期マークの位置情報を高精度に計測することが可能となる。
本発明は、第６の観点からすると、物体上に形成されたマークに照明光を照射する照明光学系と、そのマークからの回折光を集光する集光光学系と、集光された光を電気信号に変換する光電変換装置とをそれぞれ備え、前記物体上の複数の異なる場所に配置された複数の前記マーク各々を同時に計測可能に配置された複数の検出装置と；前記集光光学系の光軸方向に関する前記物体の位置を所定範囲で変化させながら、任意のサンプリング間隔で、前記複数の検出装置を用いて、前記複数のマークの位置情報を計測する制御装置と；を備える第３の計測装置である。
これによれば、制御装置により、複数の検出装置を用いて、複数のマークの位置情報が同時に計測される。また、この場合、それぞれの検出装置で計測時に物体のベストフォーカス合わせをする必要がなくなり、かつ各検出装置で複数の異なるフォーカス位置でのマーク位置の計測結果を利用するので、平均化効果により、マークの位置情報の計測精度を向上させることができる。
本発明は、第７の観点からすると、上記第１〜第３の計測装置のいずれかと；該計測装置の計測結果に基づいて前記物体の位置を制御する位置制御装置と；を備える処理装置である。
これによれば、物体を高精度に位置制御（位置決め、位置合わせを含む）することが可能になる。
本発明は、第８の観点からすると、物体上にパターンを形成するパターン形成方法であって、本発明の第１ないし第３の計測方法のいずれかを用いて、前記物体上に形成された位置合わせ用マークの位置情報を計測する計測工程と；前記位置情報の計測結果に基づいて、前記パターンの形成時における前記物体の位置を制御する制御工程と；を含むパターン形成方法である。
これによれば、物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。
本発明は、第９の観点からすると、上記パターン形成方法を用いて物体上にパターンを形成する工程と；前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；を含むデバイス製造方法である。
これによれば、デバイスの生産性（歩留まりを含む）を向上させることが可能になる。
一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。 図２（Ａ）は、アライメント系の概略構成を示す図であり、図２（Ｂ）は、コマ収差を有する凸レンズでの各フォーカス位置での位置ずれを示す模式図である。 図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、フォーカス−マーク計測位置変動曲線の一例（その１）を示す図である。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、フォーカス−マーク計測位置変動曲線の一例を示す図である。 図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は、σ＜１の場合の瞳面を説明するための図である。 図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、σ≧１の場合の瞳面を説明するための図である。 一実施形態に係るウエハマークの断面図である。 マークを複素関数表示した図である。 マークの複素平面の断面図である。 マークの交流成分を示す図である。 マークの直流成分を示す図である。 複素振幅ＡＣを示す図である。 複素振幅Ｂを示す図である。 複素振幅Ｃを示す図である。 空間周波数１／６Ｐの矩形波のフーリエスペクトルを示す図である。 空間周波数１／Ｐの矩形波のフーリエスペクトルを示す図である。 振幅分布ＡＣのスペクトルを示す図である。 ウエハマークの断面形状の他の例を示す図である。 ウエハマークの断面形状の一般例を示す図である。 準備処理のフローチャートである。 図２１（Ａ）は、フォーカス−マーク位置の変動曲線を示す図であり、図２１（Ｂ）は、フォーカス−振幅の変動曲線を示す図であり、図２１（Ｃ）は、フォーカス−マーク位置の変動曲線を示す図である。 露光処理のフローチャートである。 フォーカス−マーク位置の変動曲線を示す図である。 ウエハマークの他の例（その１）を示す図である。 ウエハマークの他の例（その２）を示す図である。 ウエハマークの他の例（その３）を示す図である。 複数の視野を有するアライメント系の概略構成を示す斜視図である。
以下、本発明の一実施形態を図１〜図２３に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る計測方法を好適に適用可能な露光装置１００の概略的な構成が示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。図１に示される露光装置１００は、照明系１０、レチクルＲが保持されるレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウエハＷが保持されるウエハステージＷＳＴ、ウエハＷ上のマークを計測するためのアライメント系ＡＳ、及びこれらの制御系等を備えている。
照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書）などに開示される照明系と同様に構成されている。すなわち、照明系１０は、パルスレーザ光などのコヒーレントな露光用照明光（露光光）を、レチクルステージＲＳＴに向けて射出する。
レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲを、例えば真空吸着により保持している。レチクルステージＲＳＴは、ＸＹ平面内で微動可能であるとともに、Ｙ軸方向に指定された走査速度で移動可能となっている。レチクルステージＲＳＴの位置情報は干渉計１６によって計測されている。この干渉計１６の計測値に基づいて、主制御装置２０の指示の下、ステージ制御装置１９によりレチクルステージＲＳＴの位置及び速度が制御される。
投影光学系ＰＬは、ＸＹ平面に直交するＺ軸に平行な光軸を有する、両側テレセントリックな光学系であり、所定の投影倍率（例えば、１／４）を有する。照明系１０からの露光光によってレチクルＲの一部が照明されると、照明された部分に対応する回路パターン等の投影像が、投影光学系ＰＬを介して、後述するウエハステージＷＳＴに保持されたウエハＷ上に投影される。
ウエハステージＷＳＴは、リニアモータ等を含むステージ駆動系２４によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に自在に駆動されるとともに、Ｚ軸方向及び回転方向（θｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向）、θｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向）及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向））に微小駆動が可能な６自由度ステージである。ウエハステージＷＳＴの上には、ホルダ２５を介してウエハＷが真空吸着などにより保持されている。上記各軸回りの回転は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを基準として行われる。すなわち、ウエハステージＷＳＴの駆動により、ウエハ保持面を、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを基準に６自由度方向に移動させることが可能である。なお、ウエハステージＷＳＴとして、上述の単一の６自由度ステージに代えて、ＸＹ平面内で自在に移動可能な３自由度ステージと、該ステージ上でＺ、θｘ及びθｙの３自由度方向に微動可能な３自由度ステージ（又は６自由度方向に微動可能なステージ）とを備えた構成を採用しても良い。
ウエハステージＷＳＴの６自由度方向の位置情報は、干渉計１８によって計測されている。この干渉計１８の計測値に基づいて、ステージ制御装置１９により、ウエハステージＷＳＴの位置制御が行われる。ウエハステージＷＳＴ上には、基準マーク板ＦＭが設けられている。基準マーク板ＦＭ上には、アライメントの基準となる各種基準マークが設けられている。本実施形態では、基準マークとして、０次光以外の偶数次の回折光の強度が低減され、０次光と奇数次の回折光のみが発生するマークを採用する。もし、偶数次の回折光の強度が低減されない場合には、マークの強度像に含まれる各次数の空間周波数成分に、０次成分及び奇数次高調波成分の他に、奇数次高調波成分と偶数次高調波成分とのビート成分も含まれるようになる。このような場合、各回折光の強度が少しでも変化すると、その変化に応じて、後述するアライメント系ＡＳによって計測される基準マークの位置は、その対物レンズの収差によってずれるようになる。
この位置ずれを防止するため、本実施形態では、基準マークを、０次光と奇数次回折光のみ発生するようなマークとする。アライメント系ＡＳでは、マークの強度像に含まれる複数次数の空間周波数成分、すなわち０次光と、正負の同一奇数次回折光との３光束干渉による成分の位相をもってマークの位置情報を計測し、各回折光の振幅の比率が変化しても収差の影響でその成分の位相検出に誤差が極力発生しないようにする。なお、この基準マークのＺ位置は、ホルダ２５に保持されたウエハＷの面のＺ位置とほぼ同じとなるように設定されている。なお、この基準マークの具体的形状については、後述する。
ステージ制御装置１９は、主制御装置２０からの指示に従って、レチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。ステージ制御装置１９は、両ステージＷＳＴ、ＲＳＴを独立して制御することもできるし、両ステージＷＳＴ、ＲＳＴを同期走査させることもできる。
主制御装置２０は、装置全体を統括制御するコンピュータである。主制御装置２０は、上位装置とのデータ送受信を行う他、露光装置１００内の各種構成要素を制御し、露光装置１００で行われる工程を統括管理する。
投影光学系ＰＬの−Ｙ側近傍には、オフアクシスのアライメント系ＡＳが設けられている。アライメント系ＡＳは、基準マーク板ＦＭ上の基準マーク及びウエハＷ上に形成された位置合わせ用のマーク（ウエハマーク）の位置計測を行う。アライメント系ＡＳは、ウエハマークの空間強度像を光電検出し、検出結果に基づいて、ＸＹ座標系でのウエハマークの位置情報を検出する。
図２（Ａ）には、アライメント系ＡＳの構成の一例が示されている。図２（Ａ）に示されるように、アライメント系ＡＳは、光源４２、コンデンサレンズ４４、ハーフミラー４６、アパーチャ４７、第１対物レンズ４８、色フィルタ５０、ハーフミラー５２、第２対物レンズ５８、分光計５９、撮像素子６０、画像処理系６２、及びコントローラ６４等を備えている。
光源４２は、ウエハＷ上のフォトレジストを感光させない、所定幅の波長帯域の光を発する。このような光源４２としては、例えば、ハロゲンランプが好適に用いられる。ハロゲンランプから発せられる照明光は、十分に広い波長帯域を有しており、これにより、レジスト層での薄膜干渉によるマークの検出精度の低下が防止される。以下では、この波長帯域を、λ0ｎｍ〜λ1ｎｍとする。ここで、λ0＜λ1であり、λ0は例えば、５３０ｎｍであり、λ1は例えば、９００ｎｍである。
光源４２からの照明光は、コンデンサレンズ４４により平行光に変換される。この平行光はハーフミラー４６で反射され、色フィルタ５０、第１対物レンズ４８を介してウエハＷ上のウエハマークＭの近傍に集光される。すなわち、アライメント系ＡＳは、ウエハマークＭを落射照明する照明光学系を備えており、照明光学系は、コンデンサレンズ４４、第１対物レンズ４８によって構成されている。
ウエハマークＭからは、この照明光の反射光が射出される。ウエハマークＭは、基準マーク板ＦＭ上のマークと同様に、０次光及び奇数次回折光のみを発生させるマークとなっている。ウエハマークＭの詳細については、後述する。ウエハマークＭからの各回折光は、第１対物レンズ４８により、ウエハ面との瞳面（フーリエ変換の関係にある面）内の異なる位置を通過する互いに平行な光に変換される。アライメント系ＡＳでは、第１対物レンズ４８と、アパーチャ４７と、第２対物レンズ５８とによって結像光学系（集光光学系）が構成される。各回折光は、集光光学系の瞳面内の異なる位置を通過するようになる。各回折光は、色フィルタ５０、ハーフミラー４６を通過した後、アパーチャ４７に入射する。アパーチャ４７により、集光光学系の瞳面内の光束が絞られる。アパーチャ４７により、集光光学系の開口数が制限されるため、図２（Ａ）では、アライメント系ＡＳにおける集光光学系の開口数に対する照明光学系の開口数の比率、すなわちコヒーレンスファクタσは、１以上（σ≧１）となっている。なお、本実施形態では、アパーチャ４７により、集光光学系の開口数を決定（制限）するようにし、これによりコヒーレンスファクタσを１以上にするように構成しているが、本発明はこれに限られるものではない。集光光学系の瞳面（フーリエ変換面相当の面）を通過する光束の径以上の径が照明系側で設定されていれば良い。アパーチャ４７を通過した光束は、第２対物レンズ５８に入射する。第２対物レンズ５８から射出された各回折光は、ハーフミラー５２に入射する。ハーフミラー５２で反射された各回折光は分光計５９に入射し、ハーフミラー５２を透過した各回折光は、ウエハＷの面と共役位置にある撮像素子６０の撮像面に集光される。
撮像素子６０は、例えば２次元ＣＣＤ（電荷結合素子）である。撮像素子６０の撮像面は、ウエハＷの面と共役位置にあり、撮像素子６０の撮像面上に、ウエハマークＭの光学強度像が結像するようになっている。撮像素子６０の撮像面には０次光も入射するので、この光学強度像は、ウエハマークＭからの０次光が結像に寄与する、いわゆる明視野像となる。
＜波長選択＞
色フィルタ５０は、アクチュエータ６６に接続されており、アライメント系ＡＳの第１対物レンズ４８、アパーチャ４７、第２対物レンズ５８によって構成される集光光学系の光軸を中心とする領域に挿入／退避が可能となっている。これにより、色フィルタ５０は、その集光光学系の瞳面内の所定の位置を通過する光を遮蔽することが可能となる。アクチュエータ６６の位置は、コントローラ６４によって制御される。このコントローラ６４の制御により、色フィルタ５０は、任意の波長の光を遮蔽して、通過させないようにすることが可能となる。すなわち、色フィルタ５０により遮蔽される光の波長は、コントローラ６４により決定される。
分光計５９は、入射した光の波長ごとに、その強度（すなわち分光反射率）を計測可能である。回折光の波長帯域は、λ0ｎｍ〜λ1ｎｍであるため、分光計５９は、その波長帯域内における各波長での分光反射率を計測するようになる。この計測結果は、画像処理系６２に送られる。
集光光学系の色収差によって、マークシフトが発生する場合には、マークの分光反射率を分光計５９によって計測し、その分光特性に応じて色収差を補正することが可能である。色収差量は、高調波の次数に応じて計測しておくのが望ましい。色収差量の計測は、分光反射率既知のマークを用いて行われる。なお、この色による影響は、以下の対応により解決することもできる。波長が５３０〜８００ｎｍの白色照明に対して、Ｒｅｄ：７００〜８００ｎｍ、Ｏｒａｎｇｅ：６００〜７１０ｎｍ、Ｇｒｅｅｎ：５３０〜６１０ｎｍの色フィルタを準備し、レジスト厚、マーク段差未知のマークに対し、Ｒ、Ｏ、Ｇいずれか１色でマークとＦＭ（フィデューシャルマーク）を両方見ればＴＩＳの発生はない。なお、Ｒ、Ｏ、Ｇのうち、信号振幅の最大のものを使うことが望ましい。
また、プロセスによって、ウエハＷ上の薄膜の厚さの変化などにより、照明光の波長帯域によって、計測結果の安定性（再現性）が変わることがある。このような場合には、最適な波長帯域（＝最大の信号が得られるフィルタ）を選択する。もちろん、ベースライン計測も同じ波長帯域の照明光によって行うことが望ましいことはいうまでもない。
撮像素子６０は、ウエハマークＭの光学強度像に相当する情報が含まれる撮像面上の光強度分布を電気信号に変換し、それを画像信号として、画像処理系６２に送る。画像処理系６２は、その画像信号（２次元画像データ）に対し所定の画像処理を行う。より具体的には、まず、画像処理系６２は、２次元画像信号を、マーク位置の計測方向に関する波形データに１次元化する。そして、その１次元波形データに含まれる、回折格子状のウエハマークＭの基本周期に対応する基本周波数成分及び奇数次高調波成分の少なくとも１つ（すなわち少なくとも１つの奇数次の空間周波数成分）をフーリエ変換により求め、各奇数次の空間周波数成分の位相を求める。その位相が、その空間周波数成分により求められる、ウエハＷ上での計測軸方向に関するウエハマークＭの設計位置座標からの横ずれ量、すなわちマーク計測位置となる。
このようにして求まるマーク計測位置は、理想的な状態ではすべての次数において一致するはずである。しかしながら、マーク計測位置は、アライメント系ＡＳの集光光学系の収差により、次数毎にずれる。マークが対称である場合は、本実施形態ではインコヒーレント結像になっているので各フォーカス位置での点像の非対称性による影響のみにより位置ずれが発生する。すなわち、フォーカス位置が求まれば位置ずれ量を予測できる。図２（Ｂ）には、コマ収差により発生する各フォーカス位置での位置ずれ量が模式的に示されている。図２（Ｂ）に示される凸レンズを経由した波面は、その凸レンズが有するコマ収差により、理想的な波面Ａに対して、歪んだ波面Ｂとなる。シミュレーションによれば収差（コマ収差）によるテレセンへの影響は２次的な「くの字」（図２（Ｂ）では、曲線Ｃで示されている）であるので、このような２次関数を用いてフォーカス位置を求めることができる。
マーク波形に、プロセスに起因する非対称性、いわゆるプロセスノイズが乗る場合、プロセスノイズの少ない次数を選択する。プロセスノイズの少ない次数を選んで、次数毎に求められたすべてのマーク計測位置の平均（又は重み付け平均）を、最終的なマーク位置として求めても良い。基本周波数成分及びその奇数次高調波成分のうち、どの次数の成分を計測に用いるかは任意であるが、実際の計測精度に基づき、最も良好なもの（例えば、ＥＧＡランダム成分が少ないもの、又は再現性の良いもの）を選択することができる。例えば、マーク下地のランダムノイズの空間周波数成分が既知であれば、ランダムノイズの成分が大きい空間周波数のデータを計測に用いないようにすることができる。一般的に、ランダムノイズが有する周波数成分は、低い帯域のものであることが多いため、高調波成分のマーク位置を採用することになる場合が多い。
また、空間周波数成分の次数毎に、計測結果のばらつきが異なるような場合には、そのばらつきが小さいものを採用することができる。信号振幅が不足して電気ノイズ（ランダムノイズ）が目立つ場合、フォーカスステップ数を増加させる。又は、画像の蓄積時間を増加させることで改善する。プロセスノイズは次数と波長の選択により最小化する。また、上述にようにして選択された空間周波数成分で検出されたマーク計測位置の平均値（又は重み付け平均）を、最終的なマーク位置として算出するようにしても良い。画像処理系６２は、このようにして、撮像視野内におけるウエハマークＭの位置座標を算出する。そのウエハマークＭの位置座標は、主制御装置２０に送られる。
上述したように、アライメント系ＡＳでは、アパーチャ４７による結像光束の制限を調整することにより、照明光学系の開口数に対する集光光学系の開口数の比率、すなわちコヒーレンスファクタσの値を、所定の範囲で、任意に設定することが可能である。仮に、σ＝∞と設定可能であるとすると、アライメント系ＡＳにおいて検出されるウエハマークＭの強度像は、インコヒーレント結像となる。インコヒーレント結像では、点像分布関数ＰＳＦと、ウエハマークＭの振幅分布の絶対値の自乗のコンボリューションが、そのマークの強度像の強度分布となる。このような状態では、ウエハマークＭの位相分布と、アライメント系ＡＳの集光光学系の収差とによるインターアクション（交互作用）がなくなるので、例えばデコンボリューションによる像回復を行うことも可能である。また、インコヒーレント結像下であれば、アライメント系ＡＳの集光光学系の収差の影響が低減される。例えば、計測するマークが、下地の段差によって形成される段差マークであるとする。段差マークでは、マークによって段差量、反射率、非対称性等が異なるが、インコヒーレント結像下では、アライメント系ＡＳの集光光学系の収差とそれらとの相互作用によって、空間周波数成分ごとのマーク計測位置が殆ど変化しなくなる。
ところが、実際に、σ＝∞を実現するのは困難であり、実際には、０＜σ＜＜∞の範囲でσを設定し、いわゆるパーシャルコヒーレント照明の下でマーク計測を行うことになる。本実施形態では、σが有限であっても、実質的に、インコヒーレント結像と等価な状態でのマーク位置計測を実現する。以下では、そのようなインコヒーレント結像と等価な状態でマークの位置を計測する方法について具体的に説明する。
より具体的には、本実施形態では、σ≧１と設定して、マーク計測を行う。以下に、その理由について説明する。
まず、σ＜１に設定した場合について説明する。σ＜１とした場合、アライメント系ＡＳで検出される画像信号に対応するウエハマークＭの強度像の強度分布は、そのマークの性質（例えば、明暗マーク又は段差マークの種別、段差マークである場合にはその段差量、反射率及び非対称性）、及び／又はアライメント系ＡＳの集光光学系の収差（例えば、コマ収差及び球面収差など）に大きく影響を受ける。
図３（Ａ）には、σ＜１、コマ収差有、球面収差無と仮定し、ウエハマークＭを明暗マークとしたときの、デフォーカスに対するマークの強度像の強度分布に含まれる各奇数次の空間周波数成分の位相、すなわち各奇数次の空間周波数毎に計測されるウエハマークＭの計測位置の変動の様子が示されている。図３（Ａ）には、フォーカス位置に対する、１次、３次、５次の３つの空間周波数成分でのマーク計測位置の変動を表す変動曲線が示されている。図３（Ａ）の変動曲線に示されるように、ウエハマークＭの計測位置は、すべての次数の空間周波数成分において、フォーカスの変動に対して変動する。
ウエハマークＭは、０次光と奇数次回折光とを発生させるマークであり、奇数次の空間周波数成分はその奇数次回折光と０次光との３光束干渉の成分となり、偶数次の回折光による成分は含まれなくなる。この場合、各次数の空間周波数成分でのマーク計測位置の変化は、デフォーカスによって緩やかに変化する正弦波的な変化となる。そのマークシフトを表す変動曲線は、正負のデフォーカス量に対して対称な偶関数となる。このことは、デフォーカス量の絶対値が既知であれば、その正負に関わらず、この変動曲線から、デフォーカスによるマーク計測位置の位置ずれ量を求めることができることを示している。
各次数の空間周波数成分に対応する変動曲線は、次数毎にそれぞれ異なった変動曲線となるが、各変動曲線の極値となるフォーカス位置（各次数のベストフォーカス位置）は全ての次数の空間周波数成分について一致するようになる。すなわち、σ＜１で、アライメント系ＡＳの集光光学系にコマ収差があっても、計測対象のマークが明暗マークで、球面収差が０であれば、すべての空間周波数成分で、ベストフォーカス位置は一致するようになる。
図３（Ｂ）には、σ＜１、コマ収差有、球面収差有と仮定し、ウエハマークＭを明暗マークとしたときの、デフォーカスに対するマークの強度像に含まれる各次数の空間周波数成分から計測されるマーク計測位置の変動の様子が示されている。すなわち、この場合には、図３（Ａ）の場合に対して、球面収差が有る点のみが異なっている。図３（Ｂ）においても、図３（Ａ）と同様に、個々の次数の変動曲線は、それぞれ異なったものとなるが、図３（Ａ）とは異なり、各変動曲線の極値となるフォーカス位置（ベストフォーカス位置）も次数毎にばらつく。しかも、この場合、各次数の変動曲線自体も、アライメント系ＡＳの球面収差の収差量に応じて変化し、その極値でのマーク計測位置及びフォーカス位置も変動する。したがって、デフォーカス量が既知であっても、球面収差の経時変化などにより変動曲線自体が変化するので、デフォーカスによるマーク計測位置の位置ずれ量を求めるのは困難である。
図３（Ｃ）には、σ＜１、コマ収差有、球面収差無と仮定し、ウエハマークＭを段差マークとしたときの、デフォーカスに対するマークの強度像に含まれる各次数の空間周波数成分から計測されるマーク計測位置の変動の様子が示されている。すなわち、この場合には、図３（Ａ）の場合に対して、マークが段差マークとなっている点のみが異なっている。
図３（Ｃ）の場合においても、図３（Ｂ）と同様に、個々の次数の空間周波数成分において計測されるマークの計測位置は、次数毎にそれぞれ異なった変動曲線となって、各変動曲線の極値、すなわち各次数のベストフォーカス位置はばらつく。しかも、この場合、各次数の変動曲線自体も、段差マークの溝の深さなどに応じて変化し、その極値でのマーク計測位置及びフォーカス位置も変化する。したがって、デフォーカス量が既知であっても、段差マークの溝の深さなどに応じて変化し、変動曲線自体が変化するので、デフォーカスによるマーク計測位置の位置ずれ量を求めることは困難である。なお、マーク自体は対称なマークでその対称性は維持されたままで、段差の上下の段差量、反射率、レジスト膜厚などが変化することによって発生するマーク計測位置の位置ずれ量の変化をＴＩＳと呼んでいる。
なお、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示される変動曲線は、各コマ収差、球面収差の収差量がかなり大きい場合におけるものであり、収差量が小さい場合には、デフォーカスによるマーク計測位置の変化量が小さくなり、この変動曲線は、水平な平行線に近づくので、変動曲線の極値を求めるのが困難となる。この場合には、マーク計測位置と同様に、各空間周波数成分の振幅も、デフォーカスに応じて変化し、その変動曲線も、マーク計測位置の変動曲線の極値と同じ極値を示すようになるので、その振幅の変化をよりどころにすれば、この振幅が極大となるフォーカス位置を検出することは可能である。
以上述べたように、コヒーレント照明（σ＝０）及び完全なインコヒーレント照明（σ＝∞）以外、すなわち０＜σ＜１では、アライメント系ＡＳの集光光学系におけるコマ収差、球面収差などの収差とデフォーカスとの相互作用、又はマークの段差とデフォーカスとの相互作用によって、マークシフトが発生する。
図４（Ａ）に示されるように、σ＜１、段差マーク、コマ収差有、球面収差有という条件では、各次数の空間周波数成分でのフォーカス−マーク位置変動曲線は、球面収差の収差量及び／又は段差マークの形状に応じて変動するが、図４（Ｂ）に示されるように、σ≧１とした場合には、各変動曲線の極値は、球面収差の収差量及び段差マークの形状などによらず一定となる。これは、各フォーカス位置でのＰＳＦ（マークの強度像分布）により計測されるマークの位置ずれが決定されることによる。そこで、本実施形態では、σ≧１に設定した状態で、マークの位置を計測する。
次に、σ≧１とした場合に、各変動曲線が安定する理由について説明する。
フリンジツェルニケ多項式の動径関数が奇関数である奇関数収差、例えばコマ収差は、これにより、ウエハマークＭの空間強度像に含まれる空間周波数成分の位相が変化するので、マーク計測位置に対する影響は大きい。低次のコマ収差は、例えば、フリンジツェルニケ多項式におけるＺ７、Ｚ８で表される。このような低次のコマ収差は、集光光学系の状態に応じて、きわめて敏感に変化する。Ｚ７だけを考慮すると、瞳関数Ｆ（ξ，η）は次式のようになる。
Figure 2007116711
 ここで、ρ，ψは、次式で示されるように瞳座標を示し、Ｚ７は、瞳上における光の位相の遅れを示す。
Figure 2007116711
 ここで、物体のスペクトルをｆ’、ｆ”とすると、クロスモジュレーション係数Ｔ（ｆ’，ｆ”）は、次式で定義される。
Figure 2007116711
 ここで、Ｆ（ξ，η）は前述のとおり瞳関数である。また、Ｆ*（ｆ”＋ξ，η）は、瞳関数Ｆ（ｆ”＋ξ，η）の複素共役である。さらに、σ（ξ，η）は、有効光源である。ウエハマークＭの強度像の結像を考える。ここでは、ウエハマークＭの計測方向に関する１次元の複素振幅分布を、ｏ（ｘ）とする。パーシャルコヒーレント照明によるウエハマークＭの強度像は、次式で示される。
Figure 2007116711
 ここで、Ｏ（ξ）は、物体の複素振幅ｏ（ｘ）のフーリエスペクトルを示す。上記式（４）は、上記式（３）を用いて次式のように変形することができる。
Figure 2007116711
 ここで、ウエハマークＭを回折格子マークとして、ウエハマークＭからの０次光及び±１次回折光のみ考慮し、それらの回折光によるウエハマークＭの強度像Ｉ0-1（ｘ’）とすると、Ｉ0-1（ｘ’）は、次式のように示される。
Figure 2007116711
 このうち、０次光と−１次回折光とによる１次の空間周波数成分（周波数ｆ1）の位相と振幅は以下の式（７）で示され、０次光と＋１次回折光とによる１次の空間周波数成分（周波数ｆ2）の位相と振幅は以下の式（８）で示される。
Figure 2007116711
 まず、アパーチャ４７によりσ＜１に設定した場合について説明する。図５（Ａ）には、σ＜１に設定したときの、集光光学系の瞳座標系における０次光と−１次回折光との光束ペアによる積分領域が斜線で示されている。この積分領域が、ペアとなる０次光と−１次回折光との位相差を示す部分になる。上記式（７）は、周波数ｆ1の間隔をなす０次光と−１次回折光との光束ペアの瞳上の２点の位相差による２光束干渉によって形成される周波数（−ｆ1）の正弦波が、図５（Ａ）で示される斜線部分で平均化されることを表している。図５（Ａ）の斜線部分を、実際のアライメント系ＡＳの集光光学系の瞳内で表現すると、図５（Ｂ）に示されるようになる。
一方、図５（Ｃ）には、σ＜１に設定したときの、瞳座標系における０次光と＋１次回折光との光束ペアによる積分領域が斜線で示されている。この積分領域が、ペアとなる０次光と＋１次回折光との位相差を示す部分になる。図５（Ｃ）の斜線部分を、実際の集光光学系の瞳内で表現すると、図５（Ｄ）に示されるようになる。
図５（Ｂ）と図５（Ｄ）とを比較するとわかるように、集光光学系の瞳上には、斜線部分内の周波数間隔ｆ1をなす２点であって、０次光と−１次回折光との光束ペアと、０次光と＋１次回折光との光束ペアが、通過する２点が存在するようになる。この場合、０次光と−１次回折光との２光束干渉による干渉縞の収差の影響による位相シフトと、０次光と＋１次回折光との２光束干渉による干渉縞の収差の影響による位相シフトとは、逆方向で、同じ大きさとなるため、それらの位相シフトは相殺され、マーク像の位置ずれ量は０となる。
例えば、０次光の位相がαだけ変化した場合、０次光と−１次回折光との２光束干渉による正弦波はα／２πだけシフトする。しかし、０次光と＋１次回折光との２光束干渉による正弦波は−α／２πだけシフトする。
この場合、ウエハマークＭの段差が変化して、瞳上のξ方向に間隔ｆ1をなす２点Ｐ１、Ｐ２を通過する０次光と±１次回折光の位相差が変化した場合においてもマークの位置ずれにならないという特徴がある。
しかしながら、図５（Ｂ）と図５（Ｄ）とを比較するとわかるように、集光光学系の瞳関数Ｆ（ξ，η）内の０次光と−１次回折光とのペアの光束が通過する領域の形状（図５（Ｂ））と、０次光と＋１次回折光とのペアの光束が通過する領域の形状とは同一形状とはならない。これは、有効光源Ｇ（ξ，η）≠０となっている部分の大きさが、瞳関数Ｆ（ξ，η）≠０となっている部分の大きさより小さくなっているからである。このように、０次光と−１次回折光との光束ペアの領域の形状と、０次光と＋１次回折光との光束ペアの領域の形状とが同一でない場合には、斜線部分内の周波数間隔ｆ1をなす２点を通過する０次光及び−１次回折光の光束ペアと、０次光及び＋１次回折光の光束ペアとが、その領域内の全ての点において存在するようにはならず、段差変化による０次と−１次のペアの干渉縞を打ち消す０次と＋１次のペアがないので、０次と−１次の干渉縞の横ずれが表面化する。すなわち、マーク段差量の変化でマークシフトが変化するようになる。以上の理由から、σ＜１では、マークの強度像の結像位置が、マーク段差量によって異なるようになる。すなわち、ＴＩＳが発生する。
次に、σ≧１に設定した場合について考える。図６（Ａ）には、アパーチャ４７によりσ≧１に設定したときの、瞳座標系における０次光と−１次回折光との光束ペアによる積分領域が斜線で示されている。図６（Ａ）の斜線部分を、実際のアライメント系ＡＳの集光光学系の瞳内で表現すると、図６（Ｂ）に示されるようになる。
一方、図６（Ｃ）には、アパーチャ４７によりσ≧１に設定したときの、瞳座標系における０次光と＋１次回折光との光束ペアによる積分領域が斜線で示されている。図６（Ｃ）の斜線部分を、実際のアライメント系ＡＳの集光光学系の瞳内で表現すると、図６（Ｄ）に示されるようになる。
図６（Ｂ）と図６（Ｄ）とを比較するとわかるように、σ≧１に設定されているので、有効光源Ｇ（ξ，η）≠０となっている部分の大きさは、瞳関数Ｆ（ξ，η）≠０となっている部分の大きさより大きくなっている。これにより、アライメント系ＡＳの集光光学系の瞳関数Ｆ（ξ，η）内において、図６（Ｂ）に示される０次光と−１次回折光とのペアの光束が通過する領域の形状と、図６（Ｄ）に示される０次光と＋１次回折光とのペアの光束が通過する領域の形状とは、同一形状となる。両者が同一形状となると、斜線部分内の周波数間隔ｆ1をなす２点を通過する０次光と−１次回折光との光束ペアと、０次光と＋１次回折光との光束ペアが、領域内の全ての点において存在するようになる。このようになれば、同じ２点を通過する光束ペアによる位置ずれが打ち消しあって、マークの位置ずれが打ち消し合うようになる。
上述した考えは、ｍ（ｍは、１以上の整数）次回折光に拡張することができる。すなわち、σ≧１であれば、瞳内の同一の２点を通過する０次光と−ｍ次回折光の光束ペアと、０次光と＋ｍ次回折光との光束ペアとが、全ての２点において存在するようになる。
しかしながら、ウエハマークＭが、偶数次の回折光を含む無限大の高調波を含む場合には、すべての空間周波数成分に対してインコヒーレント結像状態を実現するには、σ＝∞にする必要があるが、実際には、σ＝∞とするのは困難である。そこで、本実施形態では、ウエハマークＭとして、奇数次回折光のみを発生するマークを用いる。
本実施形態では、この物体（マーク構造体）たるウエハマークＭとして、ピッチに対して掘り込み部分の線幅が狭い、一般に細溝マークといわれる周期的な凹凸パターンを有する回折格子状のマークを採用する。細溝マークは、ＣＭＰプロセスに対して変形しにくく、計測方向におけるマークの対称性が維持されるため、その位置を計測するのに有利である。図７には、ウエハマークＭの断面図が示されている。
図７に示されるように、マークの細溝の太さはＷ、細溝の隣り合う間隔はＰ、細溝の断続周期は６Ｐとなっている。各細溝の幅Ｗは、Ｐよりも小さく（Ｐ＞Ｗ）なるように設定されている。また、振幅分布は細溝Ｗの部分の振幅反射率を１とし、その他の振幅反射率も１とする。さらに、段差をｈとする。このマークを複素関数表示したものが図８のＤｎである。同図においてＲｅは実数成分を示し、Ｉｍは虚数成分を示す。ここで座標０におけるＲｅ−Ｉｍ平面に平行なＲｅ’−Ｉｍ’平面によるマークＤｎの断面図を図９に示す。細溝以外の部分の振幅はベクトルｏｃで示され、その大きさは１である。細溝部分の振幅はベクトルｏａで示され、その大きさは１である。ベクトルｏｃとベクトルｏａのなす角Φは溝の深さをｈとし、照明光の波長をλ（ブロードバンドの場合は平均波長と考える）とすると、落射照明では反射により光路長が２倍となるので２ｈ／λ＊２π＝Φとなる。
さて、このマークの複素振幅分布Ｄｎは直流成分Ｄｃと、交流成分Ａｃに分離して考えることができる。この場合の交流成分Ａｃは、図９のベクトルａｃに平行な振幅の成分で表されるもので、図１０のように示される。直流成分は、図９のベクトルｏｃに平行な成分で、図１１に示されている。複素振幅分布Ｄｎによって発生する回折光を考える場合、直流成分Ｄｃと交流成分Ａｃを分けて考えることが有効である。直流成分Ｄｃは０次回折光を発生するのみである。一方、交流成分Ａｃは、図１２、図１３、図１４に示されるように、周期的な振幅分布Ｂ、Ｃの掛け算の結果と捉えることができる。また、振幅分布Ｂ，Ｃをフーリエ変換することにより図１５、図１６に示されるように、振幅分布Ｂ、Ｃのそれぞれのフーリエスペクトルが求まる。振幅分布Ｂは周期６Ｐのよく知られている矩形波であり、フーリエ変換によって得られるスペクトルは０次成分のほかは奇数次のスペクトルのみとなる。奇数次のスペクトルは±１／６Ｐ、±３／６Ｐ、±５／６Ｐ、±７／６Ｐ、…に離散的に発生する。
振幅分布Ａｃのフーリエスペクトルはこれらのコンボリューションになり、図１７のような離散的なフーリエスペクトルとなる。−６次回折光から＋６次回折光の間の回折光は奇数次回折光のみが発生することになる。この最低次数の偶数次回折光、すなわち±６次回折光は、λ0／Ｐ＞（ＮＡ＋ＮＡｉ）の関係を満たすことによって、それが、対物レンズに入射することを阻止することができる。したがって、結像には奇数次回折光と直流成分のみが寄与し、偶数次の回折光の影響を受けずにマークの空間像を計測することができることになる。
図１７に示されるように、ウエハマークＭの振幅分布のスペクトルでは、空間周波数０、±１／６Ｐ、±３／６Ｐ、±５／６Ｐ、±６／６Ｐにおいてそのピークが出現しているが、空間周波数±２／６Ｐ、±４／６Ｐについては、いずれも０となっている。すなわち、このウエハマークＭの振幅分布には、直流成分、基本周期Ｐに対応する６次以下の成分では、１次成分、３次成分、５次成分、６次成分だけが含まれており、２次、４次という、６次より小さい偶数次の空間周波数成分は０となっている。
図１７の空間周波数スペクトルから、ウエハマークＭからの各次の回折光の強度を読み取ることができる。すなわち、ウエハマークＭから発生する回折光は、０次回折光の他は、±６次回折光以下では、±１次回折光、±３次回折光、±５次回折光、±６次回折光であり、２次、４次等の６次より小さい偶数次の回折光は、発生していない。
また、本実施形態に係るアライメント系ＡＳでは、その照明光学系（コンデンサレンズ４４、第１対物レンズ４８）の開口数（ＮＡｉとする）と、集光光学系（第１対物レンズ４８、第２対物レンズ５８）の開口数（ＮＡとする）とを、次のように規定している。
λ0／Ｐ＞（ＮＡ＋ＮＡｉ）…（９）
ここで、例えば、ＮＡ＝０．５であり、ＮＡｉ＝０．５である。λ0は、前述のとおり、照明光の最短の波長である。これにより、アライメント系ＡＳの集光光学系に入射する回折光は、０次光と、基本周期Ｐに対応する±１次、±３次、±５次の回折光のみとなり、基本周期Ｐに対応する±６次の回折光は、最短の波長のものであっても、第１対物レンズ４８には入射しなくなる。したがって、撮像素子６０の撮像面上に実際に結像するウエハマークＭの空間周波数分布（スペクトル）における６次成分は０となる。
ウエハマークＭについては、図７に示されるような断面形状の他、図１８に示されるような断面形状を採用することができる。図１８に示されるウエハマークＭには、周期的に４Ｐの間隔で、２本の細溝の組が形成されている点が、図７に示されるマークと異なっている。このマークも、周期が異なる２つの矩形波を合成した形状となっており、その２つの周期の比は偶数比（１：４）となっている。このマークの空間周波数分布（スペクトル）も、２つの矩形波の空間周波数分布（スペクトル）のコンボリューションとなり、そのスペクトルでは、空間周波数０、±１／６Ｐ、±３／６Ｐ、±４／６Ｐにおいてそのピークが出現するが、空間周波数±２／６Ｐでは０となっている。また、前述のように、λ0／Ｐ＞（ＮＡ＋ＮＡｉ）の関係があるため、アライメント系ＡＳの集光光学系に入射する回折光は、０次光と、基本周期Ｐに対応する±１次、±３次の回折光のみとなり、基本周期Ｐに対応する±４次の回折光は、最短の波長のものであっても、第１対物レンズ４８には入射しなくなる。したがって、撮像素子６０の撮像面に結像するウエハマークＭの結像に寄与する回折光は、０次光と、奇数次の回折光のみとなる。
図７、図１８に示される断面形状は、図１９に示されるウエハマークの断面形状に一般化される。図１９に示されるように、この断面形状では、周期的にｎＰ（ｎは正の整数）の間隔で、ｎ本の細溝の組が形成されている。その組内において隣接する細溝の間隔はＰとなっている。各細溝の幅Ｗは、Ｐよりも小さく（Ｐ＞Ｗ）なるように設定されている。このような形状及びアライメント系ＡＳの各光学系の開口数との関係などから、撮像素子６０の撮像面のマークの強度像の結像に寄与する回折光は、０次光と、（２ｎ−１）次までの奇数次の回折光のみとなる。なお、ｎは、ウエハ内、ウエハ間におけるマークの強度像に含まれる空間周波数成分のランダム誤差（いわゆるプロセスノイズ）を評価量として決定される。
図１９で一般化されるウエハマークＭは、アライメント系ＡＳに対して、入射光に対する奇数次数の回折光の強度よりも偶数次数の回折光の強度を弱める周期構造を有するマークとなっている。
＜露光動作＞
次に、露光装置１００の処理動作（露光動作）について説明する。
まず、アライメント系ＡＳにおけるマーク位置計測の準備処理について説明する。図２０には、この準備処理のフローチャートが示されている。図２０に示されるように、まず、ステップ５０１において、ウエハステージＷＳＴをＸＹ平面内で駆動し、基準マーク板ＦＭ上の基準マークを、アライメント系ＡＳの検出視野の中心に位置させる。なお、ここで、色フィルタ５０の調整により、基準マークからの０次光の強度が大きくなるように調整しても良い。次のステップ５０３では、ウエハステージＷＳＴを、Ｚ軸方向に、低速で、所定間隔（例えば１０μｍ）移動させつつ、所定のシャッタ速度で、アライメント系ＡＳにより、検出視野内の基準マークの強度像を含む画像サンプルデータを取得する。これにより、複数の異なるＺ位置での、画像サンプルデータが取得される。なお、仮に、コマ収差Ｚ７＝５０ｍλ、球面収差Ｚ９＝５０ｍλというような大きさの収差を、集光光学系が有していたとしても、±２μｍのフォーカスの範囲内に極値は１つしか存在しないので、ウエハステージＷＳＴを移動させる範囲は、±２μｍで良い。なお、シミュレーションによれば、１３ステップ程度のフォーカスステップの画像を取得することが望ましい。
そして、次のステップ５０５では、画像サンプルデータから、基準マークの強度像に含まれる奇数次の空間周波数成分を抽出する。次のステップ５０７では、各奇数次の空間周波数成分の振幅と位相とを抽出する。次のステップ５０９では、各奇数次の空間周波数成分の変動曲線を、例えば最小二乗法などを用いた関数フィッティングにより作成する。図２１（Ａ）には、このようにして作成された１次、３次、５次、７次の空間周波数成分の変動曲線の一例が示されている。次のステップ５１１では、作成した変動曲線において極値を検出可能であるか否かを判断する。例えば、図２１（Ｃ）に示されるような変動曲線が作成された場合には、それらの極値を検出するのは困難であるため、この判断は否定される。この判断が肯定されればステップ５１３に進み、否定されればステップ５１５に進む。
ステップ５１３では、各次数の空間周波数成分に対応するフォーカス−マーク計測位置の変動曲線のオフセット量を保存する。図２１（Ａ）に示される１次、３次、５次、７次の変動曲線では、それぞれＢ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７がオフセット量として保存されるようになる。
一方、ステップ５１５では、図２１（Ｂ）に示されるような、各奇数次の空間周波数成分の振幅とフォーカスとの関係を示す、フォーカス−振幅変動曲線を作成する。そして、次のステップ５１７では、各次数の空間周波数成分のフォーカス−振幅変動曲線の極値となるフォーカス位置を算出する。図２１（Ｂ）に示される１次、３次、５次、７次の変動曲線では、それぞれフォーカス位置Ｆｏ１、Ｆｏ３、Ｆｏ５、Ｆｏ７が選択されることになる。
次のステップ５１９では、各次数の極値のオフセット量を保存する。図２１（Ｃ）に示される変動曲線では、フォーカス位置Ｆｏ１、Ｆｏ３、Ｆｏ５、Ｆｏ７におけるオフセット量Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７が示されている。
ステップ５１３、ステップ５１９の後は、処理を終了する。以上の準備処理により、各次数の空間周波数成分におけるベストフォーカス位置でのマーク計測位置のオフセット量が求められたことになる。
次に、露光装置１００における露光動作について説明する。なお、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲがすでにロードされ、レチクルアライメント、ベースライン計測等の所定の準備作業が完了しているものとする。
露光装置１００では、まず、ウエハステージＷＳＴ上に露光対象となるウエハＷをロードする。このウエハＷは、すでに一層以上のショット領域が形成されたウエハである。そのショット領域には、上記周期構造を有するサーチアライメントマーク、ウエハマークＭが付設されている。
続いて、主制御装置２０は、ステージ制御装置１９を介して、ウエハＷを吸着保持したウエハステージＷＳＴを、アライメント系ＡＳの下方に移動させ、サーチアライメント及びウエハアライメントを行う。このサーチアライメント及びファインウエハアライメント（例えばＥＧＡ方式のアライメント）の処理は、例えば、特開昭６１−４４４２９号公報及びこれに対応する米国特許第４，７８０，６１７号明細書等に開示されている。このサーチアライメント及びウエハアライメントでは、アライメント系ＡＳを用いて、ウエハＷ上に形成された各種アライメントマークのＸＹ座標系における位置情報を計測する。この計測のために、主制御装置２０は、そのマークが付設された複数のショット領域（サンプルショット）を、アライメント系ＡＳの下方に位置させるべく、ステージ制御装置１９を介して、ウエハステージＷＳＴを、順次移動させる。図２２には、このマーク位置計測処理のフローチャートが示されている。
ステップ６０１〜ステップ６１１の処理は、ステップ５０１〜ステップ５１１の処理と同じである。すなわち、ウエハマークＭをアライメント系ＡＳの検出視野の中心に位置させ（ステップ６０１）、ウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に一定の速度で移動させ、所定のシャッタ速度で画像サンプルデータを取得し（ステップ６０３）、各奇数次の空間周波数成分を抽出して（ステップ６０５）、その振幅と位相を抽出し（ステップ６０７）、フォーカス−マーク位置変動曲線を作成し（ステップ６０９）、その変動曲線の極値が検出可能であるか否かを判断する（ステップ６１１）。なお、ウエハマークＭを含むウエハＷの表面で反射又は回折された光は、第１対物レンズ４８及び第２対物レンズ５８等を介して撮像素子６０で受光される。撮像素子６０は、一定のサンプリング間隔で、撮像面に結像したウエハマークＭの強度像を電気信号に変換し、その信号を、画像信号（画像サンプルデータ）として、画像処理系６２に順次、出力する。なお、ここでも、フォーカスを±２μｍ振りながら、ウエハマークＭの位置を各次数毎に計測することで、簡単に極値を見つけ出すことができる。ウエハＷの厚さのばらつき、平坦度のばらつきを考えても、フォーカスを±５μｍほど振れば、その極値を捉えることが可能である。なお、ステップ６０１〜６１１、ステップ５０１〜５１１に先立って最も信号振幅の大きいＲ，Ｏ，Ｇのフィルタを選択し、これによって各次数のオフセット量を求め、ウエハＷのマーク位置を計測すれば、より高精度にかつ収差の影響を受けずに計測できる。市販の顕微鏡レベル（ＲＭＳ収差＝５０ｍλ）程度の対物レンズを用いることが可能となる。一度、Ｏ，Ｒ，Ｇでオフセットを計測し、白色に切り替えてもそのオフセットを管理することで白色での計測も可能となる。
ステップ６１１における判断が肯定された場合には、ステップ６１３において、各奇数次の空間周波数成分の極値におけるマーク位置を算出する。一方、ステップ６１１における判断が否定された場合には、ステップ６１５においてフォーカス−振幅変動曲線を作成し、ステップ６１７において各次数の極値を算出し、ステップ６１９において各次数のマーク位置を算出する。これらステップ６１１、６１３、６１５〜６１９の処理も、図２０のステップ５１１、５１３、５１５〜６１９の処理と同じである。
ステップ６１３、ステップ６１９の後のステップ６２１では、各次数の空間周波数成分の変動曲線から求められたマーク位置から、オフセット量Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７を差し引いて、各次数の空間周波数成分のマーク位置を求める。図２３に示される変動曲線では、それぞれＡ１、Ａ３、Ａ５、Ａ７が各次数のマーク位置として示されている。これらのマーク位置を用いて、上述のようにして、最終的なマーク位置が算出される。
画像処理系６２で算出された、アライメント系ＡＳの撮像視野内におけるマーク位置情報は、主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、このマーク位置情報と、ステージ制御装置１９を介して干渉計１８から得られるウエハステージＷＳＴの位置情報とに基づいて、ＸＹ座標系におけるウエハマークＭの位置座標を算出する。
ウエハアライメントでは、主制御装置２０は、このようにアライメント系ＡＳにより計測されたウエハマークＭの位置情報で、例えば、特開昭６１−４４４２９号公報及びこれに対応する米国特許第４，７８０，６１７号明細書に示されるように、ウエハＷ上の配列座標系を統計的に算出する。そして、その配列座標系に基づいてショット領域上にステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う。これにより、ウエハＷ上に既に形成されたショット領域に対して、高精度な重ね合わせ露光が実現される。
以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、アライメント系ＡＳの集光光学系の開口数に対する照明光学系の開口数の比率が１以上に設定されたインコヒーレント状態でマークを計測し、かつ、ノイズ成分の要因となる偶数次の回折光が低減されたマークの強度像データに基づいてマークの位置情報を検出するので、アライメント系ＡＳの集光光学系が有する収差とデフォーカスとの複合作用、又は、マークの個体差とデフォーカスとの複合作用によるマーク位置の計測誤差の変動が低減される。この結果、マークの位置の計測精度が向上する。
すなわち、本実施形態によれば、有限のσでインコヒーレント結像状態が実現される。
また、本実施形態によれば、ウエハマークＭの位置計測に先立って、アライメント系ＡＳの集光光学系に対する基準マーク板ＦＭ上の基準マークのフォーカスに関連する位置誤差情報（図２１（Ａ）に示されるような、フォーカス−マーク位置の変動曲線から得られるオフセット量Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７）を取得し、ウエハマークＭの位置計測では、その計測が行われたときの位置誤差（オフセット量Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７）をマーク計測位置に反映する。このようにすれば、アライメント系ＡＳの集光光学系が有する収差とデフォーカスとの複合作用、又は、ウエハマークＭの個体差とデフォーカスとの複合作用による、ウエハマークＭの強度像における位置ずれ量を予め取得し、ウエハマーク計測時には、それを除去するだけなので、短時間で高精度にマークの位置情報を計測することが可能となる。
また、本実施形態によれば、オフセット量を取得するため、複数の異なるフォーカス位置各々で、基準マークの位置を計測し、基準マークの計測位置に基づいて、フォーカス位置に関連するマークの位置誤差情報（オフセット量）を取得する。このようにすれば、別途オートフォーカス機構を用意しなくても、ベストフォーカス位置でのマーク位置の計測結果を得ることが可能となる。また、オートフォーカス機構が不要となるので、アライメント系ＡＳの小型化、低コスト化が可能となる。さらに、複数の異なるフォーカス位置での位置計測結果を利用しているので、平均化効果により、マークの位置情報の計測精度を向上させることができる。
もっとも、アライメント系ＡＳにフォーカス調整機構を設け、一定のフォーカス位置（すなわちベストフォーカス位置）でマークの位置情報を計測するようにしても良いことは勿論である。
本実施形態では、フォーカス位置を常に変化させながら、任意のサンプリング間隔で、基準マーク又はウエハマークＭの位置情報を検出する。このようにすれば、複数の異なるフォーカス位置でそれらのマークの位置情報を検出する際に、投影光学系ＰＬに対してウエハＷを一旦位置決めしてマークを計測する必要がなくなるので、マークの計測時間を短縮することが可能となる。
もっとも、複数のフォーカス位置にウエハマークＭ又は基準マークを位置決めしつつ、ウエハステージＷＳＴを静止させた状態で、ウエハマークＭ又は基準マークの計測を行うようにしても良いのは勿論である。
より具体的には、取得された基準マークの計測位置に基づいて、フォーカス位置の変動に対する基準マークの計測位置の変動を表すフォーカス−位置変動曲線を作成する。そして、その位置の変動曲線の極値における基準マークの変動曲線の値を、オフセット量として取得し、その極値に対応するフォーカス位置での強度像の画像サンプルデータに基づいて基準マークの位置情報を検出する。
また、本実施形態では、フォーカス位置の変動に対する各奇数次の空間周波数成分の振幅の変動を表す振幅変動曲線も作成し、その振幅変動曲線の極値となるフォーカス位置での強度像データに基づく基準マークの位置ずれ量を、オフセット量として取得する。このようにすれば、フォーカス−マーク位置の変動曲線での極値の検出が困難な場合でも、振幅変動曲線の極値を手がかりに、次数毎のベストフォーカス位置を、容易に検出することができる。
また、本実施形態によれば、基準マークの強度像に含まれる空間周波数の次数毎に、オフセット量を取得し、次数毎に基準マークの位置情報を検出し、その検出の際に、次数に応じたオフセット量をマークの計測位置に反映する。
また、本実施形態によれば、各次数で検出されたマークの計測位置の重み付け平均値（重み０の場合を含む）をもってマークの計測位置とする。このようにすれば、安定した次数でのマークの計測位置に基づいて、正確にその位置を求めることが可能となる。
また、本実施形態によれば、基準マークを、アライメント系ＡＳの集光光学系の視野内の所定の基準位置、例えば集光光学系の視野中心に位置決めし、位置決めされた基準マークの計測位置の基準位置からの位置ずれ量に基づいて、オフセット量を取得する。このようにすれば、実測結果に基づいて、集光光学系の収差のマーク計測位置への影響を低減することができる。
もっとも、アライメント系ＡＳの集光光学系の視野中心でなくてもよく、視野内の特定の位置であれば良い。例えば、ベースライン及びウエハマークＭの設計上の位置座標に基づいて、ウエハマークＭをアライメント系ＡＳの視野内に位置決めした場合には、ウエハマークＭは、基準マークが計測されたときのその基準マークの位置に配置されるようになるので、この場合には、視野内における基準マークの位置が基準位置となる。このようにすれば、基準マークも、ウエハマークＭも同じ収差状態の下で計測されるようになるので、集光光学系の収差によるマーク位置に対する収差の影響が低減する。
しかしながら、ウエハＷのプロセス起因の変形により、アライメント系ＡＳの視野内の基準マークの位置と、ウエハマークの位置とが異なることも起こりうる。このような場合には、複数の設計ベースラインを用いて視野内の複数の点でベースライン計測を行い、視野内のＸ，Ｙを独立変数とするベースラインの関数を作成し、視野内のウエハマークＭのＸＹ位置をその関数に代入したときのその関数の値をベースラインとして用いるようにしても良い。
複数のアライメント系におけるベースライン計測は、干渉計基準で、単一の基準マークを用いて行っても良いし、同時に複数のアライメント系のベースライン計測を行えるように、大きなフィデューシャルマークを用いて、一括で行っても良い。大きなフィデューシャルマークを使う場合、様々なショットサイズに対応するため、一面に２次元又は１次元グレーティングマークが形成されたフィデューシャルマークを採用することができる。その際、バーニアマークを配置して、粗い精度でも計測できるようにしても良い。
また、本実施形態によれば、オフセット量が取得されたフォーカス位置での強度像データに基づいて、マーク位置を計測する。すなわち、ベストフォーカス位置ではないが、位置計測が行われたフォーカス位置に対応するオフセット量を変動曲線から求め、そのオフセット量を計測位置に反映するようにしても良い。
また、本実施形態によれば、ウエハＷ上に形成されたウエハマークＭを、光源４２からの照明光の反射光である奇数次数の回折光の強度よりも偶数次数の回折光の強度を弱めるマークとしている。このため、ウエハマークＭの空間強度像の奇数次の空間周波数成分を精度良く検出することができる。この結果、ウエハマークＭの位置情報の計測誤差が低減されるようになる。
また、本実施形態によれば、このウエハマークＭの周期構造は、周期Ｐを基本周期とする空間周波数成分と、周期Ｐの偶数倍の２ｎＰを基本周期とする空間周波数成分とを含んでいる。このようにウエハマークＭの断面形状に含まれる２つの異なる基本周波数成分の周期の比を偶数比とすれば、ウエハマークＭのデューティ比が１対１でなかったとしても、２次などの低次の偶数次高調波成分の強度を低減することが可能となる。
特に、本実施形態におけるウエハマークＭの周期構造では、周期Ｐを基本周期とし、その周期方向の全長がｎＰである周期的な凹凸パターンが、周期２ｎｐの間隔で設けられており、凹凸パターンの凹部の周期方向の幅Ｗは、周期Ｐの半分よりも短くなるように設定されている。このような構造であれば、このウエハマークＭの光学像には、互いの関係が偶数比となる２つの基本周波数成分が確実に含まれるようになる。また、凹部の周期方向の幅Ｗは、周期Ｐの半分よりも短くすればよく、計測されるマーク位置は、凹部の幅に影響を受けなくなる。これにより、ウエハマークＭの設計自由度が増す。この結果、マークのピッチをさらに細かなものとすることができるようになり、高精度な位置合わせが可能となる。
また、本実施形態によれば、アライメント系ＡＳは、ウエハマークＭに対し所定の照明光を照明する照明光学系の開口数ＮＡｉと、ウエハマークＭを経由した照明光を導いて、そのウエハマークＭの強度像を結像させる集光光学系の開口数ＮＡとの和（ＮＡｉ＋ＮＡ）が、照明光の波長を周期Ｐで除算した値よりも小さくなるように設定されている。このようにすれば、高次の偶数次回折光が、アライメント系ＡＳの集光光学系に入射しなくなり、その高次の偶数次回折光がそのマークの強度像の結像に寄与しなくなる。
より詳しくは、本実施形態によれば、アライメント系ＡＳにおける照明光は、所定の波長帯域を有するブロードバンドな光であり、アライメント系ＡＳの照明光学系の開口数ＮＡｉとその集光光学系の開口数ＮＡとの和（ＮＡｉ＋ＮＡ）が、照明光の最短の波長λ0を周期Ｐで除算した値よりも小さくなるように設定されている。すなわち、照明光の最短波長λ0〜λ1の光の高次の偶数次回折光はすべて、アライメント系ＡＳの集光光学系に入射しなくなるので、高次の偶数次の回折光が集光光学系に完全に入射しなくなる。
また、本実施形態に係るアライメント系ＡＳは、ブロードバンドな照明光でウエハマークを照明する照明光学系と、ウエハマークＭを経由した照明光を導いてウエハマークＭの強度像を結像させる集光光学系（第１対物レンズ４８と第２対物レンズ５８）と、その強度像を光電検出する撮像素子６０と、検出された強度像に相当する信号をフーリエ変換し、その信号のフーリエスペクトルの奇数次高調波成分に基づいて、ウエハマークＭの位置情報を計測する画像処理系６２とを備えている。すなわち、ブロードバンドな照明光を用いて、振幅が大きい奇数次高調波成分に基づいてウエハマークＭのマーク位置を計測するので、膜の干渉に関わらず、かつ、Ｓ／Ｎ比が高い状態でマーク位置を精度良く計測することが可能となる。
また、本実施形態では、画像処理系６２は、アライメント系ＡＳの集光光学系（第１対物レンズ４８、第２対物レンズ５８）の色収差によるウエハマークＭの強度像の位置ずれデータに基づいて、ウエハマークＭの位置情報を補正するので、アライメント系ＡＳの集光光学系の色収差に関わらず、マーク位置を精度良く計測することができる。
この場合、本実施形態では、画像処理系６２は、ウエハマークＭの位置情報の補正の際に、ウエハマークＭの位置情報を計測するための奇数次高調波成分の次数に応じて異なる色収差によるマーク像の位置ずれデータを用いる。各次数の回折光が通過する集光光学系（第１対物レンズ４８、第２対物レンズ５８）の瞳面内の通過位置が異なるため、各次数ごとに色収差を求めておく必要があるのである。
この色収差補正を実現するため、アライメント系ＡＳは、ウエハマークＭの分光反射率特性を計測する分光計５９をさらに備えている。画像処理系６２は、この分光計５９によって測定されたウエハマークＭの照明光の波長に対する分光反射率特性に基づいて、アライメントＡＳの集光光学系の色収差に関するマーク位置ずれデータを算出する。そして、算出された集光光学系の色収差によるウエハマークＭの位置ずれデータに基づいて、ウエハマークＭの計測位置を補正している。このようにすれば、実測された分光反射率特性に基づいて、正確な色収差の補正が可能となる。
また、アライメント系ＡＳは、ウエハマークＭの強度像の結像に寄与する回折光の波長を調整可能な色フィルタ５０をさらに備えている。色フィルタ５０は、分光計５９におけるウエハマークＭの分光反射率特性とウエハマークＭの強度像の位置ずれとの関係を求める際に用いられる。このように色フィルタ５０を用いれば、照明光の波長とマークの横ずれとの関係、すなわち色収差による位置ずれを精度良く求めることができる。
また、本実施形態によれば、アライメント系ＡＳはウエハマークＭからの回折光のうち、０次光と奇数次数の回折光とを導いて、ウエハマークＭの強度像を結像させ、その強度像を光電検出し、検出された強度像に相当する画像信号をフーリエ変換し、そのフーリエスペクトルの奇数次高調波成分に基づいて、ウエハマークＭの位置を計測する。これにより、偶数次の回折光と奇数次の回折光とのビートが、奇数次の空間周波数成分としてマーク像に含まれなくなるので、マーク位置を精度良く計測することができる。
上記実施形態に係るアライメント系ＡＳでは、国際公開第９８／３９６８９号パンフレットで公開されたアライメントセンサのように、集光光学系の瞳共役位置で干渉信号を取り出しておらず、マーク像の空間で色消しされたウエハマークＭの像をフーリエ変換している。これにより、上記実施形態に係るアライメント系ＡＳでは、ブロードバンドの波長域を有する光源を利用することができ、スペックルなどの光学的なノイズの発生に関わりなく、マーク位置を高精度に計測することができる。
なお、上記実施形態のウエハマークＭは、様々な変形が可能である。以下、その変形例について幾つか説明する。
例えば、図２４に示されるような、細溝マークを採用することができる。このマークは、１周期内の細溝が１本となっている。このマークは、２Ｐが基本周期となっている。このマークからは、０次光及び奇数次の回折光に加え、±２次回折光も発生するようになるが、アライメント系ＡＳにおける照明光学系の開口数ＮＡｉと集光光学系の開口数ＮＡとの和（ＮＡｉ＋ＮＡ）と、照明光の最短波長λ0と、基本周期Ｐとの関係が、上記実施形態と同じになるため、±２次回折光は、アライメント系ＡＳの集光光学系に入射しなくなる。この結果、撮像素子６０上に結像するウエハマークＭの空間強度像に寄与するのは、０次光と±１次回折光のみとなり、上記実施形態と同様に、０次光と、±１次の回折光とによる強度像の基本周波数成分からマーク位置を検出することができるようになる。
図２５には、上述したマークとは異なり、デューティが１対１のままで、細溝化されたマークの一例が示されている。図２５は、マークを上から見たときの図であり、その計測方向はＸ軸方向となっている。図２５では、マークの凹部（溝部）がグレイ表示されている。このマークでは、計測方向に関する明部と暗部とのデューティ比は１対１となっている。また、このマークでは、その凹部では、非計測方向（計測方向に直交する方向、ここではＹ軸方向）に関しても、凹凸パターンが形成されている。また、非計測方向に関するその凹凸のデューティ比は１対１となっている。計測方向では、このマークのデューティ比は１対１に保たれているので、そのマークから発せられる回折光は奇数次のみとなり、上記実施形態と同様に、奇数次の空間周波数成分を用いて、マーク位置を精度良く計測することができる。また、マークは、非計測方向に細溝化されているため、ＣＭＰプロセスに対して変形しにくい構造となり、計測方向におけるマークの対称性が維持される。このようなマークを採用すれば、マーク位置を高精度に計測することができる。
図２６には、さらなるマークの変形例が示されている。このマークは、図２６に示されるマークよりも、非計測方向の凹部が細溝化されている。このようなマークを採用すれば、ＣＭＰプロセスによるマーク変形がさらに抑制され、マークの対称性が維持されるようになる。
このように対称性が維持されるようなマークでは、アライメント系ＡＳのベストフォーカス位置からのウエハ面がデフォーカスによって、そのマーク像が横ずれしなくなるため、デフォーカスによるマーク検出位置の誤差も低減することができる。
また、上記実施形態では、σ≧１に設定したために、凹部の深さについては、任意の深さとすることができる。これにより、マークの設計自由度が向上する。また、ウエハマークＭを、凸部に対して凹部が狭くなっているマークとしたが、凹部に対して凸部の狭くなっているマークであっても良い。
なお、色フィルタ５０の配置位置は、ハーフミラーと、集光レンズとの間であっても良い。色収差が無視できる程度に小さい場合には、色フィルタ５０及び分光計５９を備えていなくても良い。このように、アライメント系ＡＳの構成は様々な変形が可能である。また、アライメント系ＡＳの照明光の波長も、レジストが感光する波長以外であれば、任意でよく、ハロゲンランプ以外のランプであっても良いことは勿論である。更に、単波長の照明光を射出する光源を複数用いて、広帯域の波長幅を有する照明光を形成するようにしてもよい。
なお、上記実施形態では、凹凸パターンのマークについて説明したが、明部と暗部とが上記実施形態の凸部と凹部と同様に配置形成された明暗マークであっても良い。この他、マークとしては、有限の高調波を発生するマークを採用することができる。例えば、正弦波の振幅分布を有するマーク、正弦波状の位相分布を有するマーク、指数関数的な振幅分布を有するマークを採用することができる。
デューティ比が１対１のマークであっても良い。このようなマークでも、０次光と奇数次の回折光のみが発生するからである。しかしながら、デューティ比が１対１で、マークの反射率が一定の段差マークであった場合には、σ≧１である場合、０次光の強度が総じて弱くなり、マークの強度像コントラストが著しく低下するおそれがある。この点、上記実施形態のような細溝マークは、デューティ比が異なるため、０次光が消失することなく、高コントラストで、マークの強度像を検出することが可能である。
また、本実施形態では、アライメント系ＡＳは、所定の波長帯域（λ0〜λ1）を有する照明光を採用したが、ウエハマークに応じて、マーク計測精度が最も良好な波長の光を選択的に用いることが可能なアライメント系にも、本発明を適用することができる。すなわち、選択した波長に応じた色収差量を用いて、マーク位置を補正するのである。
例えば、マークからの０次光が小さい場合には、マーク計測に先立って、色フィルタ５０を用いて、回折光の波長を０次光の強度が大きくなるように変更し、強度像の結像に寄与する回折光の波長を調整するようにしても良い。０次光が強くなると、撮像素子６０の撮像面における強度像のコントラストが大きくなり、より高精度にマーク位置を計測することが可能となる。このような色フィルタ５０の利用は、ブロードバンドな照明光を用いるアライメント系に限らない。
また、偶数次の回折光が発生するマークであっても良い。この場合には、偶数次の回折光を除去する空間フィルタをアライメント系に備えるようにしても良い。
なお、レチクルＲ上のレチクルアライメントマークについても、上記実施形態に係るマークと同様の細溝マークとし、本発明を適用することができる。
また、本実施形態は、コヒーレンスファクタを１以上とし、計測するマークをいわゆる細溝マークとする計測方法であるものとして捉えることも可能である。
また、ウエハ面の凹凸又はアライメント系の光学調整の誤差によって、ウエハ面とアライメント系ＡＳの光軸との角度が垂直でない場合も考えられるが、そのような誤差の最大の角度をθとすると、σ＞２ｓｉｎθ＋１とすることにより、アライメント系ＡＳの光軸の角度が垂直でないことに起因する反射光のけられを防止することができる。
また、本実施形態では、露光装置１００が備えるアライメント系を１つとしたが、アライメント系を複数備えるようにしても良い。図２７には、４つのアライメント系の配置例が示されている。個々のアライメント系ＡＳ１〜ＡＳ４は、図２（Ａ）に示されるアライメント系ＡＳの構成と同じである。各アライメント系ＡＳ１〜ＡＳ４は、不図示の駆動装置によってＸＹ平面内を微動となっており、各アライメント系の光軸Ｏａ１、Ｏａ２、Ｏａ３、Ｏａ４は、所定の範囲内で任意のＸＹ位置に位置決めすることができるようになっている。これにより、光軸Ｏａ１、Ｏａ２、Ｏａ３、Ｏａ４の相対間隔Ｘｋ１、Ｘｋ２、Ｙｋ１、Ｙｋ２は、Ｘ軸、Ｙ軸方向のショット間隔の整数倍に設定することが可能であり、４つのアライメント系ＡＳの個々の視野内に、同時に４つのウエハマークを捉えることが可能である。
なお、視野がΦ５００〜１０００［μｍ］であれば、各アライメントを駆動する機構は、例えばカム機構などの周知の機械的機構で十分である。
スループットの観点からすると、４つのアライメント系ＡＳ１〜ＡＳ４を用いて、ウエハＷ上のショット配列に従って形成された４つのウエハマークＭを同時に検出するのが望ましいが、４つの計測点で、同時にベストフォーカス位置でマーク位置を計測するのは物理的に困難である。そこで、４つのアライメント系を用いる場合にも、本実施形態にように、フォーカス方向にウエハステージを動かしつつ、マークの計測を行うようにする。このようにすれば、４つの計測点において、それぞれの計測点をベストフォーカス合わせをする必要がなくなるので、４つの計測点でマークを同時に高精度に計測することが可能になる。なお、ファインアライメントに先立ち、予めフォーカス方向にウエハステージを動かしつつ、４つのアライメント系ＡＳ１〜ＡＳ４を用いてマーク計測を行っても良い。そして、予めアライメント系毎に、振幅変動曲線を求めるようにすれば、４つの計測点で同時にマーク位置の計測を行うことができる。例えば、ファインアライメント時にアライメント系ＡＳ１についての振幅変動曲線の極値となるフォーカス位置において、４つのアライメント系ＡＳ１〜ＡＳ４を用いて４つの計測点でマークを同時に計測する。アライメント系ＡＳ１については、そのフォーカス位置の振幅変動曲線の極値における基準マークの位置変動曲線の値を、オフセット量として取得する。他のアライメント系ＡＳ２〜ＡＳ４については、各々の振幅変動曲線から、アライメント系ＡＳ１についての振幅変動曲線の極値となるフォーカス位置におけるオフセット量を推定する。これにより、ファインアライメント時にフォーカス方向にウエハステージを動かしつつ、マークの計測を行わなくても４つの計測点で同時にマーク位置の計測を行うことが可能となる。
また、本実施形態では、ベースラインを計測するための基準マークもウエハマークＭと同じデザインのマークを用いているので、σ≧１と設定しておけば、収差に経時変化がない限り、マークの段差、反射率などによって、そのマーク計測位置の変動曲線が変化しなくなるので、高精度なベースライン計測が可能となる。この場合のベースライン計測量も、次数毎に求められる。
また、上記実施形態では、検出されたマークの強度像を、奇数次の空間周波数成分に分解して、空間周波数成分の次数毎にマーク位置計測を行ったが、マーク強度像に相当する光電信号のエッジを検出し、そのエッジ位置からマーク位置を検出するエッジ検出法又は自己相関法などを用いてマーク位置を計測するようにしても良い。このような場合でも、σ≧１と設定しておけば、フォーカスに対するマークの強度像の位置ずれの変動は、マークの段差量などに影響されなくなるので、マーク位置の計測精度が向上する。
上記実施形態では、アライメント系ＡＳは、落射照明方式の検出系であったが、透過照明方式の検出系であっても良い。
また、上記実施形態では、アライメント方式として、ＥＧＡ方式等のグローバルアライメントを採用したが、ダイ・バイ・ダイ・アライメントを採用しても良いことは勿論である。
また、上記実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）を用いる場合について説明したが、これに限らず、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、Ｆ2レーザ光（１５７ｎｍ）、Ａｒ2エキシマレーザ（１２６ｎｍ）、銅蒸気レーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザなどの高調波等を露光用照明光として用いることができる。また、露光光として、例えば国際公開第９９／４６８３５号パンフレットに開示されているように、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバ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良い。
また、上記実施形態の露光装置１００において、投影光学系ＰＬは縮小系、等倍あるいは拡大系のいずれを用いても良いし、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれであっても良い。なお、複数のレンズから構成される投影光学系ＰＬを露光装置本体に組み込む。その後、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージ及びウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線及び配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより、上記各実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
なお、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置について説明したが、これに限らず、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置、又はプロキシミティ方式の露光装置など他の露光装置にも適用できることはいうまでもない。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも本発明を好適に適用することができる。また、例えば国際公開第９８／２４１１５号パンフレット、国際公開第９８／４０７９１号パンフレットに開示されるような、ウエハステージを２基備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。また、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレットに開示される液浸法を用いる露光装置にも本発明を適用することができる。
また、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、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エハ上に転写する露光装置、及び撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、有機ＥＬ、ＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、ＥＵＶ光（発振スペクトルが５〜１５ｎｍ（軟Ｘ線領域））、Ｘ線、あるいは、電子銃として熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ6）、タンタル（Ｔａ）を用いた電子線及びイオンビームなどの荷電粒子線を露光ビームとして用いる露光装置に本発明を適用しても良い。
なお、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）、あるいは光反射性の基板上に所定の反射パターンを形成した光反射型マスクを用いたが、これらのマスクに代えて、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスクを用いても良い。このような電子マスクは、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されている。
なお、上述の電子マスクとは、非発光型画像表示素子と自発光型画像表示素子との双方を含む概念である。ここで、非発光型画像表示素子は、空間光変調器（Spatial Light Modulator）とも呼ばれ、光の振幅、位相あるいは偏光の状態を空間的に変調する素子であり、透過型空間光変調器と反射型空間光変調器とに分けられる。透過型空間光変調器には、透過型液晶表示素子（ＬＣＤ:Liquid Crystal Display）、エレクトロクロミックディスプレイ（ＥＣＤ）等が含まれる。また、反射型空間光変調器には、ＤＭＤ（Digital Mirror Device,又はDigital Micro-mirror Device）、反射ミラーアレイ、反射型液晶表示素子、電気泳動ディスプレイ（ＥＰＤ:ElectroPhoretic Display）、電子ペーパ（又は電子インク）、光回折ライトバルブ（Grating Light Value）等が含まれる。
また、自発光型画像表示素子には、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、無機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ:Field Emission Display）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ:Plasma Display Panel）、複数の発光点を有する固体光源チップ、チップを複数個アレイ状に配列した固体光源チップアレイ、又は複数の発光点を１枚の基板に作り込んだ固体光源アレイ（例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）ディスプレイ、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ及びＬＤ（Laser Diode）ディスプレイ等）等が含まれる。なお、周知のプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）の各画素に設けられている蛍光物質を取り除くと、紫外域の光を発光する自発光型画像表示素子となる。
また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用される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エ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。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光又はＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。
また、上記実施形態では、露光装置の露光光としては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、近年、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲ又は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 Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下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エハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられる。
また、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。なお、電子線露光装置は、ペンシルビーム方式、可変成形ビーム方式、セルプロジェクション方式、ブランキング・アパーチャ・アレイ方式、及びマスク投影方式のいずれであっても良い。例えば、電子線を用いる露光装置では、電磁レンズを備えた光学系が用いられる。
また、位置合わせ用のマークは、露光装置での位置合わせだけに用いられるものではなく、例えば、ウエハ上のショット領域の重ね合わせ誤差を測定する重ね合わせ測定器のように、測定に当たりウエハの位置合わせが必要な装置のその位置合わせに用いられるマーク及びアライメント系にも、本発明を適用することが可能である。このように、物体上に形成された位置合わせ用マーク、又は該マークの位置情報を計測する計測装置であれば、本発明を採用することが可能である。
また、本発明のパターン方法は、露光装置に限らず、物体上に形成されたマークの位置情報を計測する本発明のマーク計測装置と、該マーク計測装置で計測された位置情報に基づいて、パターンの形成時における物体の位置を制御する制御装置とを備えた装置であれば、適用が可能である。例えば、特開２００４−１３０３１２号公報などに開示される，インクジェットヘッド群と同様のインクジェット式の機能性液体付与装置を備えた素子製造装置と同様のパターン形成装置にも本発明は適用可能である。上記公開公報に開示されるインクジェットヘッド群は、所定の機能性液体（金属含有液体、感光材料など）をノズル（吐出口）から吐出して基板（例えばＰＥＴ、ガラス、シリコン、紙など）に付与するインクジェットヘッドを複数有している。従って、基板上に形成されたマークの位置情報をマーク計測装置で計測し、その計測結果に基づいてパターン形成時におけるインクジェットヘッド群に対する基板の相対位置を制御装置で制御するようにすることができる。
なお、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上述した各種の公報、国際公開パンフレット、米国特許出願公開明細書、及び米国特許明細書における開示を援用して、本明細書の記載の一部とする。
マイクロデバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ、基板処理ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。基板処理ステップでは、基板（ウエハ又はガラスプレート等）に必要な前処理工程を行うステップ、上記実施形態の露光装置などによりマスク（レチクル）のパターンを基板に転写するステップ、露光された基板を現像するステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くステップなどが、繰り返し行われる。
また、上述した露光装置で行われる複数のレイヤの露光のうち、少なくとも１つのレイヤの露光に代えて、前述した素子製造装置を用いて基板上にパターンを形成することとしても良い。この場合も、高精度にパターンを形成することができるので、結果的にデバイスの生産性（歩留まりを含む）の向上を図ることが可能になる。
以上説明したように、本発明の計測方法、計測装置及び処理装置は、マーク位置を計測するのに適している。また、本発明のパターン形成方法及びデバイス製造方法は、デバイスの製造に適している。

Claims (32)

  1. 物体上に形成された周期マークに照明光を照射する照明光学系と、前記照明光の照射による前記周期マークからの０次光及び奇数次の回折光のみを集光する集光光学系と、集光された光を電気信号に変換する光電変換装置とを備え、前記集光光学系の開口数に対する前記照明光学系の開口数の比率が１以上に設定された検出装置を用いて、前記周期マークのその周期方向に関する位置情報を検出する検出工程を含む計測方法。
  2. 請求項１に記載の計測方法において、
    前記集光光学系に対する前記周期マークのフォーカス位置に関連する位置誤差情報を取得する取得工程をさらに含む計測方法。
  3. 請求項２に記載の計測方法において、
    前記検出工程では、
    前記計測が行われたときのフォーカス位置に対応する位置誤差情報を前記位置情報に反映させる計測方法。
  4. 請求項２に記載の計測方法において、
    前記取得工程は、
    前記複数の異なるフォーカス位置各々で、周期マークの位置情報を検出する第１副工程と；
    前記第１副工程の検出結果に基づいて、前記フォーカス位置に関連する前記周期マークの位置誤差情報を取得する第２副工程と；を含む計測方法。
  5. 請求項４に記載の計測方法において、
    前記第１副工程では、
    前記フォーカス位置を常に変化させながら、任意のサンプリング間隔で、前記周期マークの位置情報を検出する計測方法。
  6. 請求項４又は５に記載の計測方法において、
    前記第２副工程では、
    前記第１副工程の計測結果に基づいて、前記フォーカス位置の変動に対する前記周期マークの位置情報の変動を表す位置変動曲線を位置ずれデータに対し２次以上の多項式近似手法を用いて作成する計測方法。
  7. 請求項６に記載の計測方法において、
    前記取得工程では、
    前記位置変動曲線の極値における前記周期マークの位置ずれ量、又は、極値の前後所定のフォーカス範囲内の全位置ずれデータの平均値を、前記位置誤差情報として取得し、
    前記検出工程では、
    前記極値に対応するフォーカス位置での近似曲線でのピーク値、又は極値付近の所定のフォーカス範囲内の平均位置ずれ量に基づいて前記周期マークの位置情報を検出する計測方法。
  8. 請求項４又は５に記載の計測方法において、
    前記第２副工程では、
    前記フォーカス位置の変動に対する振幅の変動を表す振幅変動曲線を作成し、その振動変動曲線の極値となるフォーカス位置での前記電気信号に基づく前記周期マークの位置ずれ量を、前記位置誤差情報として取得し、
    前記検出工程では、
    前記極値に対応するフォーカス位置での近似曲線でのピーク値、又は極値付近の所定のフォーカス範囲内の平均位置ずれ量に基づいて前記周期マークの位置情報を検出する計測方法。
  9. 請求項２〜８のいずれか一項に記載の計測方法において、
    前記取得工程では、
    前記周期マークの強度像に含まれる空間周波数の次数毎に、前記位置誤差情報を取得する計測方法。
  10. 請求項９に記載の計測方法において、
    前記検出工程では、
    前記次数毎に前記周期マークの位置情報を検出し、その検出の際に、その次数に応じた位置誤差情報を計測結果に反映させる計測方法。
  11. 請求項９に記載の計測方法において、
    前記検出工程では、
    前記周期マークの位置情報を、前記各次数で検出された前記周期マークの位置情報の重み付け平均とする計測方法。
  12. 請求項２〜１１のいずれか一項に記載の計測方法において、
    前記取得工程では、
    前記周期マークを、前記集光光学系の視野内の所定の基準位置に位置決めし、位置決めされた前記周期マークの前記周期方向の位置情報の前記基準位置からの位置ずれ量に基づいて、前記位置誤差情報を取得する計測方法。
  13. 請求項１２に記載の計測方法において、
    前記基準位置は、前記集光光学系の視野の中心である計測方法。
  14. 請求項１２又は１３に記載の計測方法において、
    前記検出工程では、
    前記取得工程において前記位置誤差情報が取得されたフォーカス位置での前記光電信号に基づいて、前記周期マークの位置情報を検出する計測方法。
  15. 請求項１２又は１３に記載の計測方法において、
    前記取得工程では、
    複数の異なるフォーカス位置で、前記位置誤差情報を取得する計測方法。
  16. 請求項１５に記載の計測方法において、
    前記検出工程では、
    前記位置情報の検出が行われたときのフォーカス位置に対応する位置誤差情報をその位置情報に反映させる計測方法。
  17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の計測方法において、
    前記周期マークとして、
    照明光の入射より発生する回折光のうち、所定次数以下の偶数次数の回折光の強度が弱まるマークを用いる計測方法。
  18. 請求項１７に記載の計測方法において、
    前記周期マークは、
    第１周期を基本周期とする第１成分と、前記第１周期の偶数倍の第２周期を基本周期とする第２成分とを含むマークである計測方法。
  19. 請求項１８に記載の計測方法において、
    前記周期マークは、
    前記第１周期を基本周期とし、その周期方向の全長が前記第２周期の半分である周期的な凹凸パターンが、前記第２周期で設けられており、
    前記凹凸パターンの凹部の周期方向の幅は、前記第１周期の半分よりも短くなるように設定されている計測方法。
  20. 請求項１９に記載の計測方法において、
    前記照明光学系の開口数と前記集光光学系の開口数との和が、前記照明光の波長を前記周期マークの基本周期のうちの最短の周期で除算した値よりも小さくなるように設定されている計測方法。
  21. 請求項１７に記載の計測方法において、
    前記照明光は、所定の波長帯域を有する光であり、
    前記取得工程に先立って、
    前記周期マークを照明する照明光の波長として、前記周期マークからの０次光が消失しない波長を選択する波長選択工程をさらに含む計測方法。
  22. 物体上に形成されたマークに照明光を照射する照明光学系と、そのマークからの回折光を集光する集光光学系と、集光された光を電気信号に変換する光電変換装置とを備え、前記集光光学系の開口数に対する前記照明光学系の開口数の比率が１以上に設定された検出装置を用いて、第１周期を基本周期とする第１成分と、前記第１周期の偶数倍の第２周期を基本周期とする第２成分とを含む周期マークのその周期方向に関する位置情報を検出する検出工程を含む計測方法。
  23. 請求項２２に記載の計測方法において、
    前記周期マークの構造を、
    前記第１周期を基本周期とし、その周期方向の全長が前記第２周期の半分である周期的な凹凸パターンが、前記第２周期で設けられた構造とし、
    前記凹凸パターンの凹部の周期方向の幅を、前記第１周期の半分よりも短くなるように設定する計測方法。
  24. 請求項２３に記載の計測方法において、
    前記照明光学系の開口数と前記集光光学系の開口数との和を、前記照明光の波長を前記周期マークの基本周期のうちの最短の周期で除算した値よりも小さくなるように設定する計測方法。
  25. 物体上の複数の異なる場所に配置された複数マーク各々を同時に計測可能に配置され、前記物体上に形成されたマークに照明光を照射する照明光学系と、そのマークからの回折光を集光する集光光学系と、集光された光を電気信号に変換する光電変換装置とを備え、そのマークの位置情報を検出する複数の検出装置を用いて、前記集光光学系に対する前記マークのフォーカス位置を所定範囲で変化させながら、任意のサンプリング間隔で、前記マークの位置情報を計測する計測方法。
  26. 請求項１〜２５のいずれか一項に記載の計測方法を用いて、処理対象となる物体上に形成された位置合わせ用マークの位置情報を計測する計測装置。
  27. 物体上に形成された周期マークに照明光を照射する照明光学系と；
    前記照明光の照射による前記周期マークからの０次光及び奇数次の回折光のみを集光する集光光学系と；
    集光された光を電気信号に変換する光電変換装置と；
    前記電気信号に基づいて、前記周期マークの周期方向に関する位置情報を算出する算出装置と；を備え、
    前記集光光学系の開口数に対する前記照明光学系の開口数の比率が１以上に設定されている計測装置。
  28. 物体上に形成されたマークに照明光を照射する照明光学系と、そのマークからの回折光を集光する集光光学系と、集光された光を電気信号に変換する光電変換装置とをそれぞれ備え、前記物体上の複数の異なる場所に配置された複数の前記マーク各々を同時に計測可能に配置された複数の検出装置と；
    前記集光光学系の光軸方向に関する前記物体の位置を所定範囲で変化させながら、任意のサンプリング間隔で、前記複数の検出装置を用いて、前記複数のマークの位置情報を計測する制御装置と；を備える計測装置。
  29. 請求項２６〜２８のいずれか一項に記載の計測装置と；
    前記計測装置の計測結果に基づいて前記物体の位置を制御する位置制御装置と；を備える処理装置。
  30. 物体上にパターンを形成するパターン形成方法であって、
    請求項１〜２５のいずれか一項に記載の計測方法を用いて、前記物体上に形成された位置合わせ用マークの位置情報を計測する計測工程と；
    前記位置情報の計測結果に基づいて、前記パターンの形成時における前記物体の位置を制御する制御工程と；を含むパターン形成方法。
  31. 請求項３０に記載のパターン形成方法であって、
    前記物体へのパターンの形成は、エネルギビームにより前記物体を露光することで行われるパターン形成方法。
  32. 請求項３０又は３１に記載のパターン形成方法を用いて物体上にパターンを形成する工程と；
    前記パターンが形成された前記物体に処理を施す工程と；を含むデバイス製造方法。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5508734B2 (ja) * 2009-02-09 2014-06-04 大日本スクリーン製造株式会社 パターン描画装置およびパターン描画方法
WO2011044218A1 (en) * 2009-10-08 2011-04-14 Massachusetts Institute Of Technology Phase from defocused color images
US20110181587A1 (en) * 2010-01-22 2011-07-28 Sony Corporation Image display device having imaging device
JP5539108B2 (ja) * 2010-08-24 2014-07-02 キヤノン株式会社 マーク位置の計測方法及び算出方法
NL2008197A (en) 2011-02-11 2012-08-14 Asml Netherlands Bv Inspection apparatus and method, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method.
NL2008168A (en) * 2011-02-25 2012-08-28 Asml Netherlands Bv Method of calculating model parameters of a substrate, a lithographic apparatus and an apparatus for controlling lithographic processing by a lithographic apparatus.
JP6043118B2 (ja) * 2012-08-01 2016-12-14 シャープ株式会社 半導体装置の製造方法および半導体ウェハ
WO2014132485A1 (ja) * 2013-02-28 2014-09-04 オリンパス株式会社 標本観察方法及び標本観察装置
JP6146241B2 (ja) * 2013-09-26 2017-06-14 ソニー株式会社 収差補正装置と撮像装置および収差補正方法
US9484188B2 (en) * 2015-03-11 2016-11-01 Mapper Lithography Ip B.V. Individual beam pattern placement verification in multiple beam lithography
US9910363B2 (en) * 2015-09-09 2018-03-06 Toshiba Memory Corporation Measurement apparatus, exposure apparatus, measurement method, and recording medium
KR102625369B1 (ko) * 2016-09-30 2024-01-15 가부시키가이샤 니콘 계측 시스템 및 기판 처리 시스템, 그리고 디바이스 제조 방법
JP2018146449A (ja) * 2017-03-07 2018-09-20 オムロン株式会社 ３次元形状計測装置及び３次元形状計測方法
JP7225388B2 (ja) * 2018-10-30 2023-02-20 ケーエルエー コーポレイション 計量ターゲット
KR102418198B1 (ko) * 2019-05-15 2022-07-07 전상구 기판 상의 패턴을 측정하는 시스템들 및 방법들
CN113790671B (zh) * 2021-09-03 2022-05-17 苏州天准科技股份有限公司 一种口径可调的落射光源及影像测量仪

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4780617A (en) * 1984-08-09 1988-10-25 Nippon Kogaku K.K. Method for successive alignment of chip patterns on a substrate
JP3379200B2 (ja) * 1994-03-25 2003-02-17 株式会社ニコン 位置検出装置
US5754299A (en) * 1995-01-13 1998-05-19 Nikon Corporation Inspection apparatus and method for optical system, exposure apparatus provided with the inspection apparatus, and alignment apparatus and optical system thereof applicable to the exposure apparatus
JPH11121357A (ja) * 1997-10-14 1999-04-30 Nikon Corp 位置検出装置及び位置検出方法
JP3256678B2 (ja) * 1998-02-19 2002-02-12 株式会社東芝 レンズの収差測定方法
JP2000214047A (ja) * 1999-01-26 2000-08-04 Nikon Corp 光学系の検査装置および該検査装置を備えた位置合わせ装置並びに投影露光装置
TW546699B (en) * 2000-02-25 2003-08-11 Nikon Corp Exposure apparatus and exposure method capable of controlling illumination distribution
TW529172B (en) * 2001-07-24 2003-04-21 Asml Netherlands Bv Imaging apparatus
SG120949A1 (en) * 2002-09-20 2006-04-26 Asml Netherlands Bv Alignment system and methods for lithographic systems using at least two wavelengths
JP2006053056A (ja) * 2004-08-12 2006-02-23 Nikon Corp 位置計測方法、位置計測装置、露光装置、及びデバイス製造方法

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