WO2003104746A1

WO2003104746A1 - 位置計測方法、露光方法、露光装置、並びにデバイス製造方法

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Publication number: WO2003104746A1
Application number: PCT/JP2003/006941
Authority: WO
Inventors: 小林　満
Original assignee: 株式会社ニコン
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2003-12-18
Also published as: AU2003241737A1; JPWO2003104746A1; KR20050004258A; US20050062967A1; CN1656354A

Abstract

この位置計測方法では、物体上に形成されたマークを照明ビームで照明し、そのマークから発生したビームを観察系を介して撮像し、その撮像信号を信号処理してマークの位置に関する位置情報を計測する。撮像信号に含まれる、光量依存成分を含んだノイズに関する情報と、その撮像信号とに基づいて、前記信号処理を行う。その結果、撮像信号にノイズが含まれる場合にも、精度よくマークの位置情報を計測することができる。

Description

明細書位置計測方法、露光方法、露光装置、並びにデバイス製造方法技術分野

本発明は、物体上に形成されたマークを観察系を介して撮像し、その撮像信号を信号処理してマークの位置に関する位置情報を計測する位置計測方法に関し、特に、半導体素子や液晶表示素子などのデバイスの製造工程で使用される露光方法及び露光装置に用いられる技術に関する。背景技術

半導体素子、液晶表示素子等の電子デバイスの製造工程では、プロセス処理を行いながら、基板（ウェハやガラスプレートなど）上に多数層の回路パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成する。そのため、露光装置で 2層目以降の回路パターンを基板上に露光する際には、マスク（又はレチクル）のパターンと基板上に既に形成されているパターンとの位置合わせ（ァライメント）を高精度に行う必要がある。

基板やマスク上には位置合わせ用のマークが形成されており、このマークの位置に関する位置情報を計測し、その位置情報に基づいて上記位置合わせが行われる。

マ一クに対する位置計測技術としては、基板やマスク上のマークを照明ビームで照射し、その光学像を C C Dカメラ等の撮像手段を備える観察系を介して撮像し、その撮像信号を信号処理してマークの位置情報を求める方式がある。

観察系を用いた位置計測方法では、観察系で生じたノイズが撮像信号に含まれる場合がある。この場合、撮像信号に含まれるノイズの影響によって計測誤差が生じる可能性がある。

本発明は、上述する事情に鑑みてなされたものであり、撮像信号にノイズが含まれる場合にも、マークの位置情報を精度よく計測することができる位置計測方法を提供することを目的とする。また、本発明は、露光精度を向上させることができる露光方法、及び露光装置を提供することを他の目的とする。

また、本発明は、パターン精度の向上を図ることができるデバイス製造方法を提供することを別の目的とする。発明の開示

本発明では、物体（R) 上に形成されたマ一ク（RM1 , RM2) を照明ビームで照明し、このマーク（RM1 , RM2) から発生したビームを観察系（22 A, 2 2 B) を介して撮像し、その撮像信号を信号処理して前記マーク（RM1 , RM2) の位置に関する位置情報を計測する位置計測方法において、撮像信号に含まれる、光量依存成分を含んだノイズに関する情報と、撮像信号とに基づいて、信号処理を行う。

この位置計測方法では、マークの撮像信号に加え、その撮像信号に含まれるノィズに関する情報に基づいて信号処理を行うことにより、位置計測に際してノィズの影響を補正しすることができる。ノイズは、光量依存成分を含んでいるため、その影響を補正することにより、マークの位置情報を精度よく計測できる。

この場合、光量依存成分を含んだノイズを、撮像信号の信号処理を実行する前に予め計測することにより、撮像信号におけるノィズの影響を容易に補正できる。また、光量依存成分の経時変化特性に応じてノイズの再計測を行うことにより、ノィズの影響を常時正確に補正することが可能となる。

光量依存成分を含んだノイズの計測は、例えば、物体（R) 上でマーク（RM 1 , RM2) が形成されたマーク領域とは異なる非マーク領域を照明ビームで照明し、この非マーク領域を観察系（2 2A, 2 2 B) を介して撮像することにより行う。

また、マーク（RM1 , RM2) が複数のマーク要素を含む場合、この複数のマーク要素のうち、計測対象を除くマーク要素を含む領域を照明ビームで照明することにより、位置計測に影響を及ぼすノィズの光量依存成分を、より正確に計測できる。 '

また、ノイズに影響を及ぼす環境因子を計測し、その計測結果に基づいて、ノィズの再計測を行うことにより、長期に渡り安定した位置計測が可能となる。光量依存成分を含んだノイズは、例えば、マーク（RM1 , RM2) から発生したビームが観察系（ 2 2A, 2 2 B) を通過することに起因して発生する。観察系（2 2A, 2 2 B) におけるノイズの発生起因としては、例えば、ミラ一（ 73, 8 6) や撮像素子（78) のカバーガラスで生じる干渉縞、あるいは撮像素子（7 8) における複数の画素の間における感度のばらつきなどが挙げられる。

また、ノイズは、光量依存成分の他に、光量非依存成分を含むことがある。この場合、ノイズに含まれる光量非依存成分を、照明ビームが観察系（22A，

22 B) で観察されない状態で、撮像信号の信号処理を実行する前に予め計測するとよい。

ノイズが光量依存成分と光量非依存成分とを含む場合、信号処理が、撮像信号からノイズの光量非依存成分を減算する処理や、撮像信号に対してノイズの光量依存成分を減算又は除算する処理を含むことにより、撮像信号に対するノイズの影響が良好に補正される。

あるいは、信号処理が、撮像信号からノイズの光量非依存成分を減算した処理結果に対して、ノイズの光量依存成分から光量非依存成分を減算した処理結果を除算する処理を含むことにより、撮像信号に対するノィズの影響が良好に補正される。

本発明では、マスク（R) 上に形成されたパターンを、基板（W) 上に転写する露光方法において、マスク（R) 又は基板（W) 上に形成されたマーク（RM 1 , RM2, WFM 1 , WFM2) を照明ビームで照明し、このマークから発生したビームを観察系（2 2A, 22 B) を介して撮像し、観察系（22A, 2 2 B) の撮像信号と、この撮像信号に含まれる、光量依存成分を含んだノイズに関する情報とに基づいて、撮像信号を信号処理してマークの位置に関する位置情報を計測し、計測された位置情報に基づいて、マスク（R) 又は基板（W) を露光位置に位置決めする。

また、本発明では、マスク（R) 上に形成されたパターンを、基板（W) 上に転写する露光装置において、物体を照明ビームで照明し、この物体から発生したビームを撮像する観察系（22A, 2 2 B) と、マスク（R) 又は基板（W) 上に形成されたマーク（RM1 , RM2, WFM 1 , WFM2 ) を観察系（2 2A, 2 2 B) を介して撮像し、その撮像信号を信号処理して前記マークの位置に関する位置情報を計測する信号処理手段（ 1 3) と、計測された位置情報に基づいて、マスク（R) 又は基板（W) を露光位置に位置決めする位置決め手段（24) とを有し、信号処理手段（1 3) は、撮像信号に含まれる、光量依存成分を含んだノイズに関する情報と、撮像信号とに基づいて、信号処理を行う。

この露光方法及び露光装置によれば、マークの位置情報を精度よく計測することができることから、露光精度を向上させることができる。

また、本発明に係るデバイス製造方法は、上記の露光方法、又は上記の露光装置を用いて、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。

このデバイス製造方法によれば、露光精度が高く、パターン精度の向上を図ることができる。図面の簡単な説明

図 1は、半導体デバイス製造用の縮小投影型露光装置の構成を概略的に示す図である。

図 2は、レチクルァライメント顕微鏡の構成を示す図である。

図 3は、レチクルマークの構成例を示す図である。

図 4は、ウェハ基準マークの構成例を示す図である。

図 5は、観察用カメラの受光面に同時に結像されたレチクルマーク及びウェハ基準マークの像、並びにその撮像信号（光電変換信号）を示す図である。

図 6は、マークの位置計測動作の手順の一例を示すフローチヤ一ト図である。図 7 Aは、撮像信号に含まれるノィズがマークの位置計測に与える影響を説明するための図である。

図 7 Bは、撮像信号に含まれるノィズがマークの位置計測に与える影響を説明するための図である。

図 8 Aは、マーク（レチクルマーク及びウェハ基準マーク）を観察力メラで観察した際の撮像信号（光電変換信号）を示す図である。

図 8 Bは、図 8 Aに示す撮像信号に含まれるノイズの光量非依存成分を計測した際の信号波形データを示す図である。

図 8 Cは、図 8 Aに示す撮像信号に含まれるノイズの光量依存成分を計測した際の信号波形データを示す図である。。

図 9は、図 8 Aに示す撮像信号に対して所定のアルゴリズムに基づいて信号処理を行った波形データを示す図である。

図 1 0は、図 8 Aに示す撮像信号に対して所定のアルゴリズムに基づいて信号処理を行った波形データを示す図である。

図 1 1は、図 8 Aに示す撮像信号に対して所定のアルゴリズムに基づいて信号処理を行った波形データを示す図である。

図 1 2は、マークの位置計測動作の他の実施形態の例を示す図である。

図 1 3は、マークの位置計測動作の別の実施形態の例を示す図である。

図 1 4は、本発明の一実施形態による露光装置を用いたマイク口デバイスの生産のフローチヤ一ト図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図 1は、本発明に好ましく適用される半導体デバイス製造用の縮小投影型露光装置 1 0の構成を概略的に示している。この投影露光装置 1 0は、マスクとしてのレチクル Rと基板としてのウェハ Wとを 1次元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、ウェハ W上の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、いわゆるスキャニング ' ステッパである。

投影露光装置 1 0は、光源 1 2を含む照明系 1 1、レチクル Rを保持するレチクルステージ R S T、レチクル Rに形成されたパターンの像をウェハ W上に投影する投影光学系 P L、ウェハ Wを保持する基板ステージとしてのウェハステージ W S T、一対の観察手段としてのレチクルァライメント顕微鏡^{2 2} A , 2 2 B、ウェハァライメントセンサ 2 7、メインフォーカス検出系 ( 6 0 a , 6 0 b ) 、 JP03/06941

6 及び制御系等を備えている。

照明系 1 1は、例えばエキシマレ一ザから成る光源 1 2、ビーム整形用レンズ、及びォ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 1 6の他に、照明系開口絞り板（レボルバ） 1 8、リレ一光学系 2 0、不図示のレチクルブラインド、折り曲げミラ一 3 7、及び不図示のコンデンサレンズ系等を含む。以下、照明系 1 1の各構成を、その作用とともに説明する。光源 1 2から射出された照明ビーム I L (エキシマレーザ光（K r F、 A r F ) 等）に対しては、照度均一化光学系 1 6により、光束の一様化や、スペックルの低減化等が行われる。光源 1 2のレーザパルスの発光は、後述する主制御装置 1 3により制御される。なお、光源 1 2として、超高圧水銀ランプを用いても良い。この場合には、 g線、 i線等の紫外域の輝線が照明ビームとして用いられるとともに、不図示のシャツタの開閉が、主制御装置 1 3によって制御される。

照度均一化光学系 1 6の出口部分には、円板状部材からなる照明系開口絞り板 1 8が配置されている、この照明系開口絞り板 1 8には、ほぼ等角度間隔で、例えば、通常の円形開口からなる開口絞り、小さな円形開口からなり、コヒ一レンスファクタであるび値を小さくするための開口絞り、輪帯照明用の、輪帯状をなす開口絞り、及び、変形光源法に使用するための、複数の開口を偏心させて配置された変形開口絞り（いずれも図示省略）等が配置されている。この照明系開口絞り板 1 8は、主制御装置 1 3により制御されるモータ等の駆動系 2 4により回転駆動され、これにより、いずれかの開口絞りが、照明ビーム I Lの光路上に選択的に配置される。

照明系開口絞り板 1 8の後方の照明ビーム I Lの光路上には、不図示のブラインドを介して、リレー光学系 2 0が設置されている。ブラインドの設置面はレチクル Rと共役関係にある。リレー光学系 2 0の後方の照明ビーム I Lの光路上には、このリレー光学系 2 0を通過した照明ビ一ム I Lをレチクル Rに向けて反射する折り曲げミラー 3 7が配置され、このミラ一 3 7の後方の照明ビーム I しの光路上には、不図示のコンデンサレンズが配置されている。照明ビーム I Lは、リレー光学系 2 0を通過する際に、不図示のブラインドでレチクル Rの照明領域が規定（制限）された後、ミラー 3 7で垂直下方に折り曲げられ、不図示のコンデンサレンズを介して、レチクル Rの上記照明領域内のパターン領域 Ρ Αを、均

—な照度で照明する。

レチクル Rは、レチクルステージ R S T上に、不図示のバキュームチャック等を介して吸着保持されている。レチクルステージ R S Tは、水平面（X Y平面）内で 2次元移動可能とされ、レチクル Rがレチクルステージ R S Tに載置された後、レチクル Rのパターン領域 P Aの中心点が光軸 A Xと一致するように、位置決めされる。こうしたレチクルステージ R S Tの位置決め動作は、主制御装置 1 3によって不図示の駆動系が制御されることにより行われる。なお、レチクル R の初期設定のためのレチクルァ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 P Lは、両側テレセントリックな光学配置になるように配置された共通の Z軸方向の光軸 A Xを有する複数枚のレンズエレメントから構成されている。また、この投影光学系 P Lとしては、投影倍率が例えば 1 Z 4又は 1 Z 5のものが使用されている。このため、上述したように、照明ビーム I Lによりレチクル R上の照明領域が照明されると、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 P Lによって、表面にレジスト（感光材）が塗布されたゥェハ" 上に縮小投影され、ウェハ W上の一つのショット領域に、レチクル Rの回路パターンの縮小像が転写される。

ウェハステージ W S Tは、投影光学系 P Lの下方に配設された定盤（ステージ定盤 B S ) 上に載置されている。このウェハステージ W S Tは、実際には水平面 ( X Y面）内を 2次元移動可能な X Yステージと、この X Yステージ上に搭载され光軸方向（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では、これらを代表してウェハステージ W S丁として示している。以下の説明中では、このウェハステージ W S Tは、駆動系 2 5によってステージ定盤 B Sの上面に沿つて X Y 2次元方向に駆動されるとともに微小範囲（例えば 1 0 0 μ ιη程度）内で光軸 Α Χ方向にも駆動されるようになっているものとする。なお、ステージ定盤 B Sの表面は、平坦に加工されており、且つ低反射率の物質（黒クロム等）により、一様にめっき加工が施されている。

また、ウェハステージ W S Τ上には、ウェハホルダ 5 2を介して、ウェハ Wが、真空吸着等によって保持されている。ウェハステージ W S Tの 2次元的な位置は、ウェハステージ W S T上に固定された移動鏡 5 3を介して、レーザ干渉計 5 6により、所定の分解能（例えば l n m程度）で常時検出される。このレーザ干渉計 5 6の出力は主制御装置 1 3に与えられ、その情報に基づいて、主制御装置 1 3 により、駆動系 2 5が制御される。このような閉ループの制御系により、例えば、ウェハステージ W S Tは、ウェハ 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、次のショットに対する露光開始位置までステッピングされる。また、すべてのショット位置に対する露光が終了すると、ウェハ Wは、不図示のウェハ交換装置によって他のウェハ Wに交換される。なお、ウェハ交換装置は、ウエノ、ステージ W S Tから外れた位置に配置され、ウェハ Wの受け渡しを行うウェハローダ等のウェハ搬送系を備えている。また、ウェハ W面の Z方向の位置は、メインフォーカス検出系により測定される。メインフォ一カス検出系としては、投影光学系 P Lの結像面に向けてピンホ —ルまた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光軸 A X に対して斜め方向より照射する照射光学系 6 0 aと、結像光束もしくは平行光束のウェハ W表面（又は後述する基準板 W F B表面）での反射光束を受光する受光光学系 6 O bとから成る、斜入射光式の焦点検出系が用いられ、受光光学系 6 0 bからの信号が主制御装置 1 3に供給されている。主制御装置 1 3では、受光光学系 6 0 bからの信号に基づき、常に投影光学系 P Lの最良結像面にウェハ Wの面が来るように、駆動系 2 5を介してウェハ Wの Z位置を制御する。

制御系は、主制御装置 1 3によって主に構成される。主制御装置 1 3は、 C P U (中央演算処理装置）、 R O M (リード 'オンリ ' メモリ）、 R AM (ランダム ' アクセス ' メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はミニコンピュータ）によって構成され、露光動作が的確に行われるように、レチクル R とウェハ Wとの位置合わせ（ァライメント）、ウェハ Wのステッピング、露光タイミング等を統括して制御する。また、主制御装置 1 3は、レチクルァライノント顕微鏡 2 2 A , 2 2 Bの焦点位置の調整を行なう他、装置全体を統括制御する。ここで、ウェハァライメントセンサ 2 7、及びレチクルァライメント顕微鏡 2 2 A , 2 2 Bについて詳しく説明する。 0306941

9 ウェハァライメントセンサ 27としては、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— 6 5603号公報等で公知の画像処理方式の結像式センサが用いられる。ウェハステージ WS T上には、後述するレチクルァライメント及びベースライン計測のためのウェハ基準マーク（ウェハフィデューシャルマーク） WFM1 , WFM 2 , 及び WFM3等の各種の基準マークが形成された基準板 W F Bが設けられている。この基準板 W F Bの表面位置（Z方向の位置）は、ウェハ Wの表面位置とほぼ同一とされている。ウェハァライメントセンサ 2 7は、この基準板 WF B上のウェハ基準マーク WF M及びウェハ W上のウェハァライメントマ一クの位置を検出し、その検出結果を主制御装置 1 3に供給する。なお、ウェハァライメントセンサとして、例えば特開平 1 0— 1 4 1 9 1 5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。

レチクルァライメント顕微鏡 2 2 A, 22 Bは、それぞれ、検出用照明をレチクル Rに導くァライメント照明系、比較的に粗い検出を実施するためのサーチ観察系、及び比較的に精密な検出を実施するためのファイン観察系等からなる。図 2に、レチクルァライメント顕微鏡 22 Aの構成を代表的に示す。なお、他方のレチクルァライメント顕微鏡 22 Bも同様の構成及び機能を備えているので、ここではその説明を省略する。

図 2において、ァライメント照明系は、検出用照明として露光光（照明ビーム 1 ；図 1参照）を用い、この露光光（照明ビーム I L) の一部の光束をミラー等で分岐させた後、光ファイバを用いてレチクルァライメント顕微鏡 2 2 A内に導き、さらにその光束を、レチクル R上に導く。より具体的には、ァライメント照明系は、可動ミラー 8 2、集光レンズ 8 3、結像レンズ 84、偏向ミラー 8 5 等を含み、ハーフミラ一 8 6によりファイン観察系及びサーチ観察系に接続されている。

可動ミラー 8 2は、照明ビーム I Lの光路を切り換えるためのミラ一であり、照明ビーム I Lを反射させない第 1の位置と照明ビーム I Lを反射させる第 2の位置との間で移動可能である。可動ミラー 8 2が第 1の位置にあるときには、ゥェハ露光用の光路が得られ、可動ミラー 8 2が第 2の位置にあるときには、ァラ 0306941

10 ィメント用の光路が得られるようになつている。可動ミラ一 8 2の位置は、主制御装置 1 3により選択される。

また、落斜ミラー 3 OAは、図 2中の矢印 A— A' の方向に、照明位置と退避位置との間を移動自在に配置されている。主制御装置 1 3は、レチクルァライメント顕微鏡 2 2 A, 2 2 Bを用いてァライメントを行う際には、不図示の駆動系を介して落斜ミラー 3 0 Aを矢印 A方向に駆動して図 2に示される照明位置に位置決めし、ァライメントが終了すると、露光の際に邪魔にならないように、不図示の駆動系を介して落斜ミラー 3 0 Aを矢印 A' 方向に駆動して、所定の退避位置に退避させる。

ァライメント照明系により導かれた照明ビームは、落斜ミラー 3 OAを介してレチクルマーク RM 1を照明するとともに、レチクル R及び投影光学系 P Lを介して基準板 WF B上のウェハ基準マ一ク WFM 1を照明する。レチクルマーク R M 1及びウェハ基準マ一ク WFM 1からの反射ビームは、落斜ミラー 30 Aでそれぞれ反射され、それらの反射ビームは、サーチ観察系及びファイン観察系に入射する。

サーチ観察系は、落斜ミラー 30 A、第 1対物レンズ 7 2、ハーフミラ一 73、偏向ミラー 74及び第 2対物レンズ 75等を含むサーチ光学系とサーチ観察用力メラ 7 6とを含む。ファイン観察系は、落斜ミラー 3.0 A、第 1対物レンズ 72、第 2対物レンズ 7 7等を含むフアイン光学系とファイン観察用カメラ 7 8とを含む。サーチ観察用カメラ 76及びファイン観察用カメラ 78として、本実施形態では、 C CD等の撮像素子をそれぞれ用いる。また、サーチ観察用カメラ 76としては低感度のものを、ファイン観察用カメラ 78としては高感度のものが用いられる。さらに、サーチ光学系では、拡大倍率が低く、開口数（N. A.) が小さく設定されており、ファイン光学系では、拡大倍率が高く、開口数が大きく設定されている。サーチ観察用カメラ 7 6及びファイン観察用カメラ 78の撮像信号 (光電変換信号）は、主制御装置 1 3に供給される。

上記構成を有する本実施形態の露光装置 1 0において、レチクル Rの位置決め (ァライメン卜）を行う際には、主制御装置 1 3により可動ミラー 8 2を第 2の位置に設定し、ァライメント照明系を介してレチクル Rのレチクルマーク RM 1 06941

11 を照明する。レチクル R及び基準板 WF Bでの反射ビームは、サーチ光学系を介してサーチ観察用カメラ 76に入射し、レチクルマーク RM1、及びウェハ基準マーク WFM 1の像が、同時にサーチ観察用カメラ 76の受光面に結像される。また、レチクル R及び基準板 WF Bでの反射ビームは、ファイン光学系を介してファイン観察用カメラ 7 8に入射し、レチクルマーク RM、及びウェハ基準マーク WFM 1の像が、同時にフアイン観察用カメラ 78の受光面に結像される。図 3は、レチクルマーク RM1 , RM 2の構成の例を示し、図 4は、ウェハ基準マーク WFM1 , WFM2, 及び WFM 3の構成の例を示している。これらレチクルマーク RMやウェハ基準マーク WFMの具体的な形状は特に限定されないが、同図に示すように、二次元方向の位置ずれ量を検知することができるような二次元マークであることが好ましい。

レチクルマーク RM1 , RM 2 (以下、必要に応じて、レチクルマ一ク RMと総称する）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設けられており、例えばパターンジェネレータや E B露光装置といった装置により、設計データに基づき、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に示す例では、レチクルマーク RM1 , RM2は、それぞれ、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て構成されている。

ウェハ基準マーク WFM 1 , WFM2, 及び WFM3 (以下、必要に応じゥェハ基準マーク WFMと総称する）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を配列させることにより構成される。図 4に示す例では、ウェハ基準マーク WF l , WFM2 , 及び WFM3はそれぞれ、 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含んで構成されている。なお、ウェハ基準マーク 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、ゥェハ基準マーク WFM1 , WFM 2 , 及び WFM3が形成された基準板 WF Bをウェハステージ WST (図 1参照）上に設けているが、この基準板 WF Bは、ステージ定盤 B S上であれば他の位置（例えばウェハホルダ 5 2上や移動鏡 5 3上 06941

1 2 等）にあってもよレヽ。

図 5は、サーチ観察用カメラ 7 6又はファイン観察用カメラ 7 8の受光面に同時に結像されたレチクルマーク R M及びウェハ基準マーク W F Mの像、並びにファイン観察用カメラ 7 8で撮像した撮像信号（光電変換信号）を示す図である。なお、ファイン観察用カメラ 7 8は、 X軸用及び Y軸用のカメラをそれぞれ有し、 X軸用及び Y軸用のカメラはそれぞれ、予め規定された撮像領域 P F X , P F y 内の像を撮像する。本実施形態では、前述したように、レチクルマーク R M及びウェハ基準マーク W F Mの各マーク要素がク口ムで形成されていることから、そのマーク要素で反射したビームの強度が強く、その結果、これらのマーク要素に対応する部分で信号強度（V x , V y ) が凸形状となる信号波形データが得られる。

レチクルァライメント顕微鏡 2 2 A , 2 2 Bのそれぞれのサーチ観察用カメラ 7 6又はフアイン観察用カメラ 7 8は、レチクルマーク R Mの像とウェハ基準マーク W F Mの像とをそれぞれ撮像すると、二次元方向に光電変換信号を検出して、主制御装置 1 3に供給する。主制御装置 1 3は、これらレチクルマーク R Mとゥェハ基準マーク W F Mとの相対的な位置関係を所定のアルゴリズムに基づいて算出すると、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（レチクルァライメント）。また、レチクルァライメントでは、サーチ観察系の観察結果に基づいて、比較的に粗くレチクル Rを位置决めした後に、ファイン観察系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。

図 6は、レチクルァライメントに伴うマークの位置計測動作、特に、上記ファイン観察系を用いたレチクルの位置決め処理（ファインァライメント処理）に伴うマークの位置計測動作の手順の一例を示すフロ一チヤ一ト図である。

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、図 6を参照して、ファインァライメント処理に伴うマークの位置計測動作について説明する。

この場合、前提として、レチクルが、不図示のレチクル交換装置を介してレチクルステージ R S T上に搭載された後、予め、サーチ観察系を用いたサーチァライメント処理により、レチクル Rのラフな位置決めが行われている。まず、主制御装置 1 3では、レチクルァライメント顕微鏡 22 A， 2 2 B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 1 00) 。ノィズの光量非依存成分の計測は、照明ビームがレチクルァラィメント顕微鏡 22 A, 2 2 Bで観察されない状態において行う。具体的には、主制御装置 1 3では、レチクルァライメント顕微鏡 22 A, 2 2 Bにおける可動ミラ一 8 2を第 1の位置とし、レチクルマーク RM1 , RM 2に対する照明を行わない状態で、観察用力メラ 7 8の信号を取得する。なお、照明ビームが観察されない状態を得るためには、上述した可動ミラー 8 2を制御する方法に限らず、他の手段で照明ビームの光路を遮ってもよく、光源の出力を制御してもよい。

照明ビームがレチクルァライメント顕微鏡 22 A， 2 2 B (観察用カメラ 78.) で観察されない状態で、観察用カメラ 78の信号を取得することにより、レチクルァライメント顕微鏡 2 2 A, 22 Bにおけるノイズの光量非依存成分を計測できる。このノイズ成分は、主として、観察用カメラ 78の暗電流成分である。主制御装置 1 3では、上述したノイズの光量非依存成分を計測すると、その情報を目己 fe、する。

次に、主制御装置 1 3では、レチクルァライメント顕微鏡 2 2 A, 2 2 B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 1 0 1) 。ノイズの光量依存成分の計測は、レチクル R及び基準板 WF B上で、それぞれレチクノレマーク RM、及びウェハ基準マ一ク WFMが形成されたマーク領域とは異なる非マーク領域を照明ビームで照明し、この非マーク領域を、レチクルァライメント顕微鏡 2 2 A, 2 2 Bを介して撮像することにより行う。より具体的には、主制御装置 1 3では、予め定められた設計値に基づいて、上記非マーク領域がレチクルァライメント顕微鏡 22 A, 22 Bの観察位置に位置するように、駆動系を介して、レチクルステージ R S T、及びウェハステージ WS Τを移動させ、レチクルァライメント顕微鏡 2 2 A, 2 2 Βを用いて、レチクル R、及びウェハ基準板 WF Β上の非マーク領域を観察する。 · 上記非マーク領域は、レチクルマーク RM、及びウェハ基準マ一ク WFMの各マークパターンが形成されたそれぞれの下地領域と同じ材質からなる。この非マーク領域から発生したビームを観察した信号を取得することにより、レチクルァライメント顕微鏡 2 2 A , 2 2 Bにおけるノィズの光量依存成分を計測できる。このノイズ成分は、レチクルァライメント顕微鏡 2 2 A , 2 ² Bをビ一ムが通過することに起因して生じるもので、その発生起因としては、例えば、観察用カメラ 7 6 , 7 8のカバーガラスや、ハーフミラー 7 3 , 8 6で生じる干渉縞、あるいは観察用カメラ 7 6 , 7 8における複数の画素の間の感度ばらつきなどが挙げられる。こうしたノイズ成分は、レチクルァライメント顕微鏡 2 2 A， 2 2 Bを通過するビームの光量にほぼ比例して変化し、ビームの光量が大きいほど大きくなる傾向にある。主制御装置 1 3では、上述したノイズの光量依存成分を計測すると、その情報を記憶する。

上記ノイズ（光量非依存成分、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く、装置立ち上げ時ごとに実施してもよい。あるいは、上記ノイズに影響を及ぼす環境因子を計測し、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。この場合、ノイズに影響を及ぼす環境因子の例としては、雰囲気温度、気圧、装置温度などがある。例えば、上述した暗電流成分（光量非依存成分）は、温度に応じて変化する傾向にあることから、観察用カメラ（撮像素子）の温度あるいはその周辺温度を温度センサを用いて定期的に計測しておき、温度変化が所定の許容値を超えた場合に、ノイズの光量非依存成分を再計測してもよい。同様に、例えば、上述した観察用カメラのカバーガラスやハーフミラーは温度や気圧に応じてわずかに変形し、それに伴い、ノイズの光量依存成分が変化する可能性がある。そのため、それらの物体の温度あるいはその周辺温度を定期的に計測しておき、温度変化が所定の許容値を超えた場合に、ノイズの光量依存成分を再計測してもよい。このように、ノイズに影響を及ぼす環境因子の計測結果に基づいてノイズの再計測を行うことにより、長期に渡り安定した位置計測が可能となる。なお、光量非依存成分は必ずしも先に計測せずともよく、光量依存成分を先に計測してもよい。

また、光量依存成分の経時変化特性に応じて、ノイズを再計測することも好ましい。すなわち、光量依存成分が経時変化する特性を有する場合、この経時変化分が誤差となるが、経時変化に対して充分小さい時間間隔でノイズを再計測すれば、経時変化分の誤差をキャンセルすることができる。光量依存成分に経時変化が無い場合には、一度計測した結果を継続的に使用しても良い。

また、上記ノイズ（光量非依存成分、光量依存成分）の計測を複数回繰り返して行い、その複数回の計測結果を用いて信号処理を行ってもよい。すなわち、ノィズの計測にあたっては、電気系のランダムノイズなど、レチクルァライメント顕微鏡に直接起因しない外的な要因で生じるノィズを含む可能性がある。そこで、複数回繰り返して上記ノイズ（光量非依存成分、光量依存成分）の計測を行い、その複数回の計測結果を例えば平均化することにより、ノィズの計測誤差が軽減される。

次に、主制御装置 1 3では、実際にマークを観察し、その撮像信号を取得する (ステップ 1 02) 。すなわち、主制御装置 1 3では、予め定められた設計値に基づいて、基準板 WF B上のウェハ基準マーク WFM 1， WFM2の中心点が投影光学系 P Lの光軸 AX上に位置するように、レーザ干渉計 5 6の出力をモニタしつつ、ウェハステージ WS Tを移動させる。続いて、主制御装置 1 3では、レチクルァライメント顕微鏡 2 2 A, 2 2 Bを用いて、照明ビームをレチクルに導くとともに、レチクル R上のレチクルマーク RM 1 , RM2及び基準板 WFB 上のウェハ基準マーク WFM 1 , WFM2を同時に観察する。

次に、主制御装置 1 3では、レチクルマーク RM1 , RM2及びウェハ基準マーク WFM1 , WFM2を同時観察した結果と、前述したノイズ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、両マーク RM1、 WFM1の相対的な位置関係、及び両マーク RM2、 WFM2の相対的な位置関係を計測する（ステップ 1 0 3) 。本実施形態では、位置算出用の信号処理に、ノイズの計測結果を用いることで、計測精度の向上が図られる。

図 7 A及び図 7 Bは、撮像信号に含まれるノイズがマークの位置計測に与える影響を説明するための図である。

図 7 Aは、ノイズを含まない理想的なマークの信号波形を示している。マークの位置計測に際しては、例えば、撮像信号のマーク頂上部 Tの強度と図中マーク頂上部 Tより左側のベース部 B 1とからマークの信号波形の振幅を求め、その振幅からスライスレベル S L 1を決定する。また、撮像信号のマーク頂上部 Tの強度と図中マーク頂上部 Tより右側のベース部 B 2とからマークの信号波形の振幅を求め、その振幅からスライスレベル S L 2を決定する。そして、図中マーク頂上部 Tより左側の信号波形とスライスレベル S L 1 との交点 a 1を求め、図中マーク頂上部 Tより右側の信号波形とスライスレベル S L 2との交点 a 2を求め、これら交点 a 1 と a 2との中点 cをマークの中心とする。なお、レチクノレマーク中心位置と、ウェハ基準マークの中心位置とから、両マークの相対位置関係を求めることができる。

これに対して、図 7 Bに示すように撮像信号にノイズ Nが含まれる場合、ノィズ Nの影響によって図中マーク頂上部 T左側のベ一ス部が変化し（Β 1→Β 1 ' ) 、このためスライスレベルが変化し（S L 1— S L 1 ' ) 、図中頂上部 Τ左側の信号波形とスライスレベル S L 1 ' との交点も変化するため（a l→a 1 ' ) 、交点間の中点も a 1 と a 2との中点 cから a 1 ' と a 2との中点 c ' に変化し、計測誤差が生じる。よって、マークを実際に観察したときの撮像信号（光電変換信号）からその撮像信号に含まれるノイズを除去あるいは軽減することにより、こうした計測誤差の発生を抑制し、計測精度の向上を図ることができる。なお、上記したマークの中心位置を求める方法は一例であって、本発明はこれに限定されない。

信号処理のアルゴリズムは、撮像信号に含まれるノイズ成分の大きさや度合いに応じて定めるとよい。撮像信号からノイズの光量非依存成分を減算する処理を行うことにより、観察用カメラ 7 8の喑電流成分などのノイズの光量非依存成の影響が除去または軽減される。また、撮像信号に対してノイズの光量依存成分を減算又は除算する処理を行うことにより、ビームの干渉や撮像素子の複数の画素間の感度ばらつきなどのノィズの光量依存成分の影響が除去または軽減される。なお、ノイズの光量依存成分は、撮像用ビームの光量にほぼ比例して変化するため、撮像信号に対してノイズの光量依存成分を除算処理することにより、減算処理する場合に比べて、より正確にノィズの光量依存成分の影響を補正できる。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も、そのノイズの影響が補正され、レチクルマークとウェハ基準マーク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、レチクル Rの初期設定として、上記相対的位置関係の計測結果に基づいて、投影光学系 P Lに対するレチクル Rの位置決め、すなわちレチクルァライメントを行うことができる。

また、この相対位置計測と同時に、ウェハァライメントセンサ 2 7を用いて基準板 W F B上のウェハ基準マーク W F M 3を観察し、ウェハ基準マーク W F M 3 とウェハァライメントセンサ 2 7の指標との相対位置関係を計測することにより、いわゆるベースライン量を算出することができる。すなわち、基準板 W F B上のウェハ基準マーク W F M 1 , W F M 2 , 及び W F M 3は、予め定められた設計上の位置関係に対応する位置にそれぞれ形成されているので、設計上の配置情報と上述した動作により求められた相対位置関係とから、レチクル Rのパターンの投影位置とウェハァライメントセンサ 2 7の指標との相対距離（ベースライン量）を算出することができる。

上記レチクルァライメント及びベースライン計測の後、主制御装置 1 3では、ウェハ W上の複数ショット領域に付設されたウェハァラィメントマークの位置をウェハァライメントセンサ 2 7を用いて順次計測し、いわゆる E G A (ェ.ンハンストグ口一バルァライメント) の手法により、ウェハ 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、ウェハ W上のショット領域を投影光学系 P Lの真下（露光位置）に順次位置決めしつつ、光源 1 2のレーザ発光を制御して、いわゆるステップアンドリピート方式で露光を行う。なお、 E G A等については、特開昭 6 1— 4 4 4 2 9号公報等で公知であるから、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、上記実施形態で説明したマークの位置計測動作に基づいて、マークの撮像信号の信号処理を行った実施例について以下に説明する。

図 8 Aは、マーク（レチクルマーク及びウェハ基準マーク）を観察力メラで観察した際の撮像信号（光電変換信号）を示し、図 8 Bは、その撮像信号に含まれるノィズの光量非依存成分を計測した際の信号波形データを、図 8 Cは、ノイズの光量依存成分を計測した際の信号波形データをそれぞれ示している。また、図 9〜図 1 1は、図 8 Aに示した撮像信号に対して所定のアルゴリズムに基づいて信号処理を行つた波形データを示している。

ここで、以下の説明において、マークの信号波形データ（マークの撮像信号）

； Dm, ノイズの光量非依存成分を示す信号波形データ； Dn b、ノイズの光量依存成分を示す信号波形データ； D n a、信号処理後の信号波形データ； D、とする。

(実施例 1 )

図 9は、下記の式（1 ) に示す信号処理を行った波形データを示している。

D = (Dm- D n b ) / (D n a—D n b) … （1)

すなわち、この例では、ノイズ捕正用のアルゴリズムとして、マークの信号波形データ（Dm) からノイズの光量非依存成分の信号波形データ（Dn b) を減算した処理結果に対して、ノイズの光量依存成分の信号波形データ（D n a) から光量非依存成分の信号波形データ（Dn b) を減算した処理結果を除算処理した。その結果、マークの撮像信号に対するノイズの影響が良好に補正された。

(実施例 2)

図 1 0は、下記の式（2) に示す信号処理を行った波形データを示している。

D= (Dm— D n b ) ··· (2)

すなわち、この例では、ノイズ補正用のアルゴリズムとして、マークの信号波形データ（Dm) からノイズの光量非依存成分を減算処理した。その結果、マークの撮像信号に対するノイズ（光量非依存成分）の影響が良好に補正された。本例は、ノイズに含まれる光量非依存成分が多く、光量依存成分が少ない場合に好ましく適用される。なお、本例では、上記の式（1) に示した処理アルゴリズムに比べて簡易な演算処理で済むため、高いスループットが得られる。

(実施例 3)

図 1 1は、下記の式（3) に示し信号処理を行った波形データを示している。

D= (Dm— D n a ) … （ 3 )

すなわち、この例では、ノイズ補正用のアルゴリズムとして、マークの信号波形データ（Dm) からノイズの光量依存成分を減算処理した。その結果、マークの撮像信号に対するノイズ（光量非依存成分）の影響が良好に補正された。本例は、ノイズに含まれる光量依存成分が多く、光量非依存成分が少ない場合に好ましく適用される . なお、本例においても、上記式（ 1 ) に示した処理アルゴリズムに比べて簡易な演算処理で済むため、高いスループッ卜が得られる。

このように、いずれの実施例においても、マークの撮像信号に対するノイズの影響が良好に補正される。そのため、この処理波形データを用いることにより、マークの位置計測精度の向上を図り、精度よく露光処理を行うことができる。なお、ノイズ補正用のアルゴリズムは、上記式（ 1 ) 〜（3 ) に示したものに限らない。例えば、下記の式（4 ) のように信号処理を行ってもよい。

D = ( D m/ D n a ) … （4 )

すなわち、ノイズ捕正用のアルゴリズムとして、マークの信号波形データ（D m) に対してノイズの光量依存成分を除算処理してもよい。

図 1 2は、マークの位置計測動作の他の実施形態の例を示している。

本実施形態では、ノイズの光量依存成分を計測する際、前述した実施形態で示した非マーク領域を観察するのではなく、マークに含まれる複数のマーク要素のうち、計測対象を除くマーク要素を照明ビームで照明し、その観察結果からノィズの光量依存成分を計測する。

すなわち、図 1 2に示すように、 X軸方向の位置計測に際して、非計測対象となる X軸方向に延びるマーク要素 M x 1のみを含む観察領域 P F Xを照明し、その観察結果からノイズの光量依存成分を計測する。また、 Y軸方向の位置計測に際して、非計測対象となる Y軸方向に延びるマーク要素 M y 1のみを含む観察領域 P F yを照明し、その観察結果からノイズの光量依存成分を計測する。そして、そのノイズ成分の計測結果を用いて、マークの X軸方向、 Y軸方向それぞれの位置情報を計測する。ノイズに非計測方向の場所依存性がある場合、非マーク領域を観察しただけでは、非計測対象のマーク要素で反射したビームによって生じるノイズを計測できない可能性がある。これに対し、できるだけ実際のマーク計測に近い状態でノィズ成分を計測することにより、ノィズの影響をより正確に位置計測に反映することができる。

ところで、近年、集積回路の高密度集積化、すなわち回路パターンの微細化に伴い、マスク技術に対する要求が高まっており、様々な特性を有するマスクが用いられるようになっている。 P T/JP讓 941

20 そのため、マスクによっては、マスクマークから発生するビームの強度が弱くなり、マスクマークの像を十分なコントラストで観察できない場合がある。例えば、高反射レチクルと呼ばれるレチクル（マスク）は、一般的な照明ビームに対するマスクマークの反射率が高く、比較的高いコントラス卜でマスクマークが観察されるのに対し、低反射レチクルあるいはハーフトーンレチクルと呼ばれるレチクル（マスク）は、上記照明ビームに対するマスクマークの反射率が低いため、マスクマークからの反射ビームを用いてマスクマークを観察しようとしても、その反射ビームの強度が弱く、低いコントラストでマスクマークが観察される傾向にある。観察されるマスクマークのコントラストが低いと、マーク位置の計測精度の低下を招く可能性がある。さらに、マスクマークに対して観察系の焦点状態を調節する際にも誤差が生じやすい。

この問題に関して、本願出願人は本願より先の特許出願である特願平 2000 - 3 7 5 79 8号において、この問題を解決する発明を提案している。

前記先の特許出願に記載された発明（以下、先願発明と呼称する）では、前述の図 4に示したウェハ基準マークとして、図 1 3に示すようなウェハ基準マーク WFM 1 1 , 1 2, 1 3を用いる。ウェハ基準マーク WFM 1 1 , 1 2, 1 3は、上述した照明ビーム I Lに対する反射率特性が互いに異なる複数のマークを含んでいる。具体的には、ウェハ基準マーク WFM 1 1 , 1 2, 1 3は、ガラスで形成された下地領域上にクロムでマークパターン MP aが形成された第 1基準マーク FMa と、クロムで形成された下地領域上にガラスでマークパターン MP b 形成された第 2基準マーク FMbとからなる。マークパターン MP aとマークノターン MP bとは、上述したように材質は異なるものの、互いに同一形状に形成され、所定の方向（例えば Y方向）に所定の距離を互いに離間して基準板 WF B ' 上に配置されている。前述したレチクルァライメント及びベースラインの計測に際しては、これらの複数の基準マーク FM a， FMbのうちのいずれかが選択的にレチクルァライメント顕微鏡 22 A, 2 2 Bの観察視野内に位置決めされて観察される。

次に、上記した先願発明による重ね合わせ露光時の動作について、特にベースライン計測に伴う動作について説明する。 PC漏裏 941

21

この場合、前提として、レチクルステージ R S T上には、レチクル Rが载置され、ウェハ W上には、それまでの工程で、既にパターンが形成されており、このパターンとともに不図示のウェハァライメントマ一クも形成されている。

まず、主制御装置 1 3では、予め定められた設計値に基づいて、落斜ミラー 3 OA, 3 O Bを移動させ、その観察視野内にレチクル R上のレチクルマーク RM 1， RM2を位置決めする。

また、主制御装置 1 3では、予め定められた設計値に基づいて、基準板 WF B 上のウェハ基準マーク WFM 1 1 , 1 2, 1 3の中心点が投影光学系 P Lの光軸 AX上に位置するように、レーザ干渉計 5 6の出力をモニタしつつ、ウェハステ —ジ WSTを移動させる。このとき、主制御装置 1 3では、照明ビーム I L (検出用照明としての露光光）に対するレチクル Rの反射率特性に基づいて、駆動系 25を介して、各ウェハ基準マーク WFM 1 1 , 1 2， 1 3に含まれる複数の基準マーク FMa , FMb (図 1 3参照）のうちのいずれかを、選択的にレチクルァライメン卜顕微鏡 2 2 A, 22 Bの観察視野内に位置決めする。

具体的には、例えば高反射レチクル（例えば、マークの反射率が 30パーセント程度）など、レチクルステージ R S Tに載置されているレチクル R上のレチクルマーク RM1 , RM 2の反射率が所定の反射率以上の場合には、駆動系 2 5はウェハステージ WS Tを移動させて、複数の基準マーク FMa , FMbのうちの第 1基準マーク FMaを、その観察視野内に選択的に位置決めする。逆に、例えば低反射レチクル（例えば、マークの反射率が ⁵〜 1 0 %程度）やハーフトーンレチクル（例えば、マークの反射率が 5〜 1 0 %程度）など、レチクルステージ R S Tに載置されているレチクル Rのレチクルマーク RM 1 , RM 2の反射率が所定の反射率よりも小さい場合には、駆動系 2 5は、第 2基準マーク FMbを、その観察視野内に選択的に位置決めする。なお、選択基準となる反射率は、レチクルマークとウェハ基準マークとを同時に観察したときに、レチクルマークのコントラストが高くなるように設定される。また、反射率特性など、レチクル固有の特性に関する情報は、各レチクルごとに対応づけて主制御装置 1 3に予め記憶されている。

そして、レチクルァライメント顕微鏡 2 2 A, 2 2 Bを用いて、照明ビーム I Lをレチクル R上に導くとともに、レチクル R上のレチクルマーク RM 1， RM 2及び基準板 WF B上のウェハ基準マーク WFM1 1 , 1 2, 1 3を同時に観察する。このとき、レチクル R上のレチクルマーク RM 1 , RM 2の反射率が高く，レチクルァライメント顕微鏡 22 A, 22 Bの観察視野内に第 1基準マーク FM aが配される場合には、反射ビームとして、レチクルマーク RM1 , RM2から比較的強いビームが発生するとともに、第 1基準マーク FMaにおけるガラスの下地領域からは比較的強度の弱いビームが発生する。そのため、レチクルマーク RM1， RM2から発生したビームは明るく観察され、ウェハ基準マーク WFM 1 , WFM 2の下地領域から発生したビームはレチクルマーク RM1 , RM2よりも暗く観察される。これにより、高いコントラストでレチクルマーク RM 1， RM2が観察される。逆に、レチクル R上のレチクルマ一ク RM 1 , RM2の反射率が低く、レチクルァライメント顕微鏡 22 A, 22 Bの観察視野内に第 2基準マーク FMbが配される場合には、レチクルマーク RM1， RM2から発生する反射ビームの強度は比較的弱いものの、第 2基準マーク FMbにおけるクロムの下地領域から比較的強いビームが発生する。そのため、レチクルマーク RM 1 , RM 2カゝら発生したビームは暗く観察され、ウェハ基準マーク WFM 1 , WFM 2の下地領域から発生したビ一ムはレチクルマーク RM1， RM2よりも明るく観察される。つまり、この場合においても、高いコントラストでレチクルマーク RM、 RM 2が観察される。

以上説明したような先願発明においても、本発明を適用することが好ましい。すなわち、図 1 3の第 1基準マーク FMaに対するノイズの光量依存成分と第 2 基準マーク FMbに対するノイズの光量依存成分との両方を予め計測しておき、第 1基準マーク FMa と第 2基準マーク FMbとのいずれが選択されるかに応じて、予め記憶してあった二種類のノィズの光量依存成分を選択的に用いて信号を補正すれば良い。

また、実際の装置では、図 1 3のような第 1基準マーク FMaと第 2基準マーク FMbとを含むウェハ基準マーク 1 1 , 1 2, 1 3のうちの複数を用いて計測を行う場合があるが、この際にマークの製造誤差が計測結果に影響を及ぼす可能性がある。以下では、説明を簡潔にするため、例えば「ウェハ基準マーク WFM 1 1の第 1基準マーク FMa」を「FM1 1 a」と表記することとする。例えば、 F M 1 1 a、 F M 1 2 a、 FM 1 3 aの相対位置関係と、 F M 1 1 b、 FM1 2 b、 FM1 3 bの相対位置関係とがマーク製造誤差により不一致である場合、ガラスの下地領域を持つマーク FMaを用いて計測するか、クロムの下地領域を持つマーク FMbを用いて計測するかによって、計測結果に差が生じる。この問題に対処するには、 FMl l a、 FM1 2 a、 FM1 3 aの相対位置関係と FMl l b、 FM1 2 b、 FM 1 3 bの相対位置関係との間の差をオフセットとして記憶しておき、ガラスの下地マーク FMaを用いて計測する力、クロムの下地マーク FMbを用いて計測する力、、に応じて、位置計測結果にそのオフセットを加えるようにすれば良い。

さらには、ガラス下地マーク間の相対位置関係（FM1 1 a、 FM 1 2 a、 F M 1 3 aの相対位置関係）とクロム下地マーク間の相対位置関係（.FM 1 1 b、 FM1 2 b、 FM 1 3 bの相対位置関係）との間の製造誤差のみならず、ガラス下地マーク内での製造誤差、すなわち、 FM 1 1 a、 FM 1 2 a、 FM 1 3 aのマーク自体の製造誤差も、ァライメント計測結果に影響を及ぼす。

例えば、図 1 3には 4つのマークパターン MP aが示されているが、向かい合う 2つのマークパタニン Mp aの間隔は、ウェハ基準マーク WFM1 1の FMa とウェハ基準マーク WFM 1 2の FMaとでは、製造誤差の影響により、間隔が異なる場合がある。このため、ウェハ基準マーク WFM 1 1 , 1 2, 1 3のいずれを用いて計測を行うかによつて、計測結果に差が生じる。

この問題に対処するには、ウェハ基準マーク WFM 1 1の FM a、ウェハ基準マーク WFM 1 2の FM a、ウェハ基準マーク WF M 1 3の F M a、それぞれのマークパターン間の距離を予め計測して記憶しておき、いずれのマークを用いたかに応じて、予め記憶したマークパターン間の距離情報を用いて計測結果を補正するのが好ましい。なお、クロム下地マーク内での製造誤差に関しても同様の対処をするのが好ましい。

図 1 4は、本発明の一実施形態による露光装置を用いたマイクロデバイス（半導体デバイス）の生産のフローチャートである。図 1 4に示すように、まず、ステツプ S 200 (設計ステップ'）において、デバイスの機能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ S 2 0 1 (マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンに基づいて、マスクを製作する。一方、ステップ S 2 0 2 (ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。

次に、ステップ S 2 0 3 (ウェハプロセスステップ）において、ステップ S 2 0 0〜ステップ S 2 0 2で用意したマスクとウェハを使用して、リソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ S 2 0 4 (組立ステップ）において、ステップ S 2 0 3において処理されたウェハをチップ化する。このステップ S 2 0 4には、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程が含まれる。最後に、ステツプ S 2 0 5 (検査ステップ）において、ステップ S 2 0 4で作製され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う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、出荷される。

以上、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施例について説明したが、本発明はこれらの例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかである。したがって、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本発明に係る位置計測方法は、露光が正確に行われたかどうかを評価するための位置ずれ計測や、パターン像が描画されているフォトマスクの描画精度の計測にも適用できる。

また、ウェハゃレチクル、基準板などに形成されるマークの数や配置位置、及び形状は任意に定めてよい。基板上のマークは 1次元マーク及び 2次元マークのいずれでもよい。

また、本発明が適用される露光装置は、露光用照明ビームに対してマスク（レチクル）と基板（ウェハ）とをそれぞれ相対移動する走查露光方式（例えば、ステツプ . アンド ' スキャン方式など）に限られるものではなく、マスクと基板とをほぼ静止させた状態でマスクのパターンを基板上に転写する静止露光方式、例えばステップ ' アンド ' リピート方式などでもよい。さらに、基板上で周辺部が重なる複数のショッ卜領域にそれぞれパターンを転写するステップ ' アンド ' スティツチ方式の露光装置などに対しても本発明を適用することができる。また、投影光学系 P Lは縮小系、等倍系、及び拡大系のいずれでもよいし、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれでもよい。さらに、投影光学系を用いない、例えばプロキシミティ方式の露光装置などに対しても本発明を適用できる。

また、本発明が適用される露光装置は、露光用照明光として g線、 i線、 K r Fエキシマレーザ光、 A r Fエキシマレーザ光、 F 2 レーザ光、及び A r ₂ レーザ光などの紫外光だけでなく、例えば E U V光、 X線、あるいは電子線やイオンビームなどの荷電粒子線などを用いてもよい。さらに、露光用光源は水銀ランプやエキシマレーザだけでなく、 Y A Gレーザ又は半導体レーザなどの高調波発生装置、 S O R、レーザプラズマ光源、電子銃などでもよい。

また、本発明が適用される露光装置は、半導体デバイス製造用に限られるものではなく、液晶表示素子、ディスプレイ装置、薄膜磁気へッド、撮像素子（C C Dなど）、マイクロマシン、及び D N Aチップなどのマイクロデバイス（電子デバイス）製造用、露光装置で用いられるフォトマスクゃレチクルの製造用などでもよい。

また、本発明は、これらの露光装置だけでなく、デバイス製造工程で使用される他の製造装置（検查装置などを含む）に对しても適用することができる。

また、上述したウェハステージやレチクルステージにリユアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンスカを用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。さらに、ステージの駆動系として平面モ一タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（定盤、ベース）に設ければよい。また、ウェハステージの移動により発生する反力は、特開平 8 - 1 6 6 4 7 5 号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。 ' また、レチクルステージの移動により発生する反力は、特開平 8— 3 3 0 2 2 4号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。

また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系に対しては光学的精度を達成するための調整、各種機械系に対しては機械的精度を達成するための調整、各種電気系に対しては電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程には、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は、温湿度およ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。

Claims

請求の範囲

1 . 物体上に形成されたマークを照明ビームで照明し、このマークから発生したビームを観察系を介して撮像し、その撮像信号を信号処理して前記マークの位置に関する位置情報を計測する位置計測方法において、

前記撮像信号に含まれる、光量依存成分を含んだノイズに関する情報と、前記撮像信号とに基づいて、前記信号処理を行う位置計測方法。

2 . 前記光量依存成分を含んだノイズを、前記撮像信号の信号処理を実行する前に予め計測する請求項 1に記載の位置計測方法。

3 . 前記光量依存成分の経時変化特性に応じて、前記ノイズの再計測を行う請求項 2に記載の位置計測方法。

4 . 前記光量依存成分を含んだノイズの計測では、前記物体上で前記マークが形成されたマーク領域とは異なる非マーク領域を前記照明ビームで照明し、この非マーク領域を前記観察系を介して撮像する請求項 2に記載の位置計測方法。

5 . 前記マークが複数のマーク要素を含み、前記複数のマーク要素のうち、計測対象を除くマーク要素を含む領域を前記照明ビームで照明し、前記ノイズの光量依存成分を計測する請求項 2に記載の位置計測方法。

6 . 前記ノイズに影響を及ぼす環境因子を計測し、その計測結果に基づいて、前記ノィズの再計測を行う請求項 2に記載の位置計測方法。

7 . 前記光量依存成分を含んだノイズが、前記マークから発生したビームが前記観察系を通過することに起因して発生する請求項 1に記載の位置計測方法。

8 . 前記観察系がミラーを含む請求項 7に記載の位置計測方法。

9 . 前記観察系が撮像素子を含み、この撮像素子が、複数画素、及びこの複数画素を保護するカバーガラスを含む請求項 7に記載の位置計測方法。

1 0 . 前記ノイズが、前記光量依存成分及び光量非依存成分を含む請求項 1に記載の位置計測方法。

1 1 . 前記ノイズに含まれる光量非依存成分を、前記照明ビームが前記観察系で観察されなレ、状態において、前記撮像信号の信号処理を実行する前に予め計測する請求項 1 0に記載の位置計測方法。

1 2 . 前記信号処理が、前記撮像信号から前記ノイズの光量非依存成分を減算する処理を含む請求項 1 0に記載の位置計測方法。

1 3 . 前記信号処理が、前記撮像信号に対して前記ノイズの光量依存成分を減算又は除算する処理を含む請求項 1 0に記載の位置計測方法。

1 4 . 前記信号処理が、前記撮像信号から前記ノイズの光量非依存成分を減算した処理結果に対して、前記ノィズの光量依存成分から光量非依存成分を減算した処理結果を除算する処理を含む請求項 1 0に記載の位置計測方法。

1 5 . 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において、前記マスク又は前記基板上に形成されたマークを照明ビームで照明し、このマークから発生したビームを観察系を介して撮像し、前記観察系の撮像信号と、この撮像信号に含まれる、光量依存成分を含んだノイズに関する情報とに基づいて、前記撮像信号を信号処理して前記マークの位置に関する位置情報を計測し、計測された位置情報に基づいて、前記マスク又は前記基板を露光位置に位置決めする露光方法。

1 6 . 前記光量依存成分を含んだノイズを、前記撮像信号の信号処理を実行する前に予め計測する請求項 1 5に記載の露光方法。

1 7 . 前記光量依存成分の経時変化特性に応じて、前記ノイズの再計測を行う請求項 1 6に記載の露光方法。

1 8 . 前記光量依存成分を含んだノイズの計測では、前記マスク又は前記基板上で前記マークが形成されたマーク領域とは異なる非マーク領域を前記照明ビームで照明し、この非マーク領域を前記観察系を介して撮像する請求項 1 6に記载の露光方法。

1 9 . 前記マークが複数のマーク要素を含み、前記複数のマーク要素のうち、計測対象を除くマーク要素を含む領域を前記照明ビームで照明し、前記ノイズの光量依存成分を計測する請求項 1 6に記載の露光方法。

2 0 . 前記ノイズに影響を及ぼす環境因子を計測し、その計測結果に基づいて、前記ノィズの再計測を行う請求項 1 6に記載の露光方法。

2 1 . 前記光量依存成分を含んだノイズが、前記マークから発生したビームが前記観察系を通過することに起因して発生する請求項 1 5に記載の露光方法。

2 2 . 前記観察系がミラーを含む請求項 2 1に記載の露光方法。

2 3 . 前記観察系が撮像素子を含み、この撮像素子が、複数画素、及びこの複数画素を保護するカバーガラスを含む請求項 2 1に記載の露光方法。

2 4 . 前記ノィズが、前記光量依存成分及び光量非依存成分を含む請求項 1 5 に記載の露光方法。

2 5 . 前記ノイズに含まれる光量非依存成分を、前記照明ビームが前記観察系で観察されない状態において、前記撮像信号の信号処理を実行する前に予め計測する請求項 2 4に記載の露光方法。

2 6 . 前記信号処理が、前記撮像信号から前記ノイズの光量非依存成分を減算する処理を含む請求項 2 4に記載の露光方法。

2 7 . 前記信号処理が、前記撮像信号に対して前記ノイズの光量依存成分を減算又は除算する処理を含む請求項 2 4に記載の露光方法。

2 8 . 前記信号処理が、前記撮像信号から前記ノイズの光量非依存成分を減算した処理結果に対して、前記ノィズの光量依存成分から光量非依存成分を減算した処理結果を除算する処理を含む請求項 2 4に記載の露光方法。

2 9 . 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において、物体を照明ビームで照明し、この物体から発生したビームを撮像する観察系と、前記マスク又は前記基板上に形成されたマークを前記観察系を介して撮像し、その撮像信号を信号処理して前記マークの位置に関する位置情報を計測する信号処理手段と、

前記計測された位置情報に基づいて、前記マスク又は前記基板を露光位置に位置決めする位置決め手段とを有し、

前記信号処理手段が、前記撮像信号に含まれる、光量依存成分を含んだノイズに関する情報と、前記撮像信号とに基づいて、前記信号処理を行う露光装置。

3 0 . 前記信号処理手段が、前記光量依存成分を含んだノイズを、前記撮像信号の信号処理を実行する前に予め計測する請求項 2 9に記載の露光装置。

3 1 . 前記信号処理手段が、前記光量依存成分の経時変化特性に応じて、前記ノィズの再計測を行う請求項 3 0に記載の露光装置。

3 2 . 前記信号処理手段が、前記マスク又は前記基板上で前記マークが形成されたマーク領域とは異なる非マーク領域を前記観察系を介して撮像した結果に基づいて、前記ノイズの光量依存成分を計測する請求項 3 0に記載の露光装置。

3 3 . 前記マークが複数のマーク要素を含み、前記信号処理手段が、前記複数のマーク要素のうち、計測対象を除くマーク要素を含む領域を前記観察系を介して撮像した結果に基づいて、前記ノイズの光量依存成分を計測する請求項 3 0に記載の露光装置。

3 4 . 前記ノイズに影響を及ぼす環境因子を計測する計測手段を有し、前記信号処理手段が、前記計測手段の計測結果に基づいて、前記ノィズの再計測を行う請求項 3 0に記載の露光装置。

3 5 . 前記光量依存成分を含んだノイズが、前記マークから発生したビームが前記観察系を通過することに起因して発生する請求項 2 9に記載の露光装置。

3 6 . 前記観察系がミラ一を含む請求項 3 5に記載の露光装置。

3 7 . 前記観察系が撮像素子を含み、この撮像素子が、複数画素、及びこの複数画素を保護するカバーガラスを含む請求項 3 5に記載の露光装置。

3 8 . 前記ノイズが、前記光量依存成分及び光量非依存成分を含む請求項 2 9 に記載の露光装置。

3 9 . 前記信号処理手段が、前記ノイズに含まれる光量非依存成分を、前記照明ビームが前記観察系で観察されない状態において、前記撮像信号の信号処理を実行する前に予め計測する請求項 3 8に記載の露光装置。

4 0 . 前記信号処理が、前記撮像信号から前記ノイズの光量非依存成分を減算する処理を含む請求項 3 8に記載の露光装置。

4 1 . 前記信号処理が、前記撮像信号に対して前記ノイズの光量依存成分を減算又は除算する処理を含む請求項 3 8に記載の露光装置。

4 2 . 前記信号処理が、前記撮像信号から前記ノイズの光量非依存成分を減算した処理結果に対して、前記ノイズの光量依存成分から光量非依存成分を減算した処理結果を除算する処理を含む請求項 3 8に記載の露光装置。

4 3 . 請求項 1 5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デバィス製造方法。

4 4 . 請求項 2 9に記載の露光装置を用いて、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デバィス製造方法。