JP4962006B2 - 計測方法、計測装置、露光方法及び露光装置 - Google Patents

計測方法、計測装置、露光方法及び露光装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体素子等の電子デバイスを製造する際のリソグラフィー工程においてマスクや基板に形成されたマークの位置の計測に適用して好適な計測方法及び計測装置、及び、その計測方法によりマスクや基板に形成されたマークの位置を計測して露光を行う露光方法及び露光装置に関する。
半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイス（以下、電子デバイスと総称する）の製造にあたっては、露光装置を用いて、フォトマスクやレチクル（以下、レチクルと総称する）に形成された微細なパターンの像を、フォトレジスト等の感光剤を塗布した半導体ウエハやガラスプレート等の基板（以下、ウエハと称する）上に投影露光する。その際、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライメント）し、レチクルのパターンをウエハ上のパターンに高精度に重ね合わせる必要がある。近年、パターンの微細化や高集積度化が急速に進んでおり、このような露光装置には以前に増して高い露光精度が要求されている。そのため、アライメントに対する精度の要求も一層厳しくなってきており、より高精度なアライメントが要望されている。
従来、ウエハの位置計測は、ウエハ上に形成された位置合わせマーク（アライメントマーク）の位置を計測することにより行われる。このアライメントマークの位置を計測するアライメント系として、例えばハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光でマークを照射し、反射光をＣＣＤカメラなどで撮像し、得られたアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｉｍａｇｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系のオフアクシス・アライメントセンサなどが知られている。このＦＩＡ系のアライメントセンサによると、レジスト層による薄膜干渉の影響を受けにくくなり、アルミマークや非対称マーク等についても高精度な位置検出が可能である。また、検出光の波長を選択することにより高いコントラストでマークを撮像できるようにした方法（例えば、特許文献１参照）や、検出光の変化を強調することにより段差の少ないマークからの反射光を用いても高精度にその位置を検出できる方法（例えば、特許文献２参照）等も開示されており、より高精度なアライメントを行うために種々の方法が提案されている。
ところで、例えばウエハやショット領域の位置決めを行う場合、同一ウエハ上の所定の複数のマークについて各々Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を計測し、これに基づいて例えばＥＧＡ演算等を行い、最終的に制御対象となる位置情報を得ている。すなわち、一連のアライメント処理（マーク計測処理）の中においては、通常、複数の位置計測処理（複数のマークに対する計測工程）を行う場合が多い。しかし、従来のアライメント計測方法においては、同一ウエハに対する一連のアライメント計測処理の中では複数の計測対象（マーク）に対して予め設定した単一の計測条件のみを適用して計測処理をしていた。即ち、計測対象毎に適切な計測条件を設定して位置計測等を行っていなかった。
より具体的には、例えば、複数のマークがウエハ上の互いに異なる層(レイヤー）に形成されている場合や、計測軸方向毎に必要とする計測精度（アライメント精度）が異なる場合等には、計測対象（マーク）毎に最適な計測条件が異なる場合があり得る。しかしながら、従来の計測方法では、一連の計測処理の中では単一の計測条件で計測が行われていたため、各計測対象（マーク）についてそれぞれ最適な条件で計測が行われているとは限らなかった。仮に、計測対象毎に計測条件を変更しようとすると、著しくスループットが悪化したり、或いはベースライン量が変動して計測精度に悪影響を与える等の問題があり、実質的にそのような条件での計測はできていなかった。
特開２００２−１７０７５７号公報 特開平９−１３４８６３号公報
よって本発明の目的は、計測対象毎に最適な計測条件を設定して計測を行うことができ、且つ計測スループットも低下させることがない、高速で高精度な計測が可能な計測方法及び計測装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そのような計測方法によりウエハ或いはレチクルの位置決めを行うことにより、高速且つ高精度に露光処理を行うことができる露光方法及び露光装置を提供することにある。
本発明の第１の観点によると、所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第１マーク、及び該第１マークとは異なる複数の第２マークを、計測系を用いて計測する計測方法であって、前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複数の第１マークを計測する時には、前記計測系の計測条件を第１条件に設定する第１工程（Ｓ２１１，Ｓ４１１）と、前記所定基板上の前記第１マークの全てを前記第１条件下で計測した（Ｓ２１２〜Ｓ２１５，Ｓ４１３〜Ｓ４１６）後に、前記計測条件を前記第１条件から第２条件に切り換え設定する第２工程（Ｓ２２１，Ｓ４２１）と、前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複数の第２マークの全てを、前記第２条件下で計測する第３工程（Ｓ２２２〜Ｓ２２５，Ｓ４２３〜Ｓ４２６）とを含む計測方法が提供される。
本発明の第２の観点によると、所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第１マーク、及び該第１マークとは異なる複数の第２マークを、計測系を用いて計測する計測方法であって、前記所定基板上の前記第１マークを計測する時には、前記計測系の計測条件を第１条件に設定する第１工程（Ｓ３１１，Ｓ４１１）と、前記所定基板上の前記第２マークを計測する時には、前記計測系の計測条件を、前記第１条件とは異なる第２条件に設定する第２工程（Ｓ３２１，Ｓ４２１）と、前記計測系による計測の際の基準位置と、前記基板に対して所望の処理を行う処理系において該処理を施す際の位置を規定する基準位置との間隔であるベースライン量を、前記第１条件及び前記第２条件毎にそれぞれ計測する第３工程（Ｓ３１２，Ｓ３２２，Ｓ４１２，Ｓ４２２）とを含む計測方法が提供される。
本発明の第３の観点によると、所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第１マーク、及び該第１マークとは異なる複数の第２マークを、該マーク上に照明ビームを照射する照明光学系と、前記マークからのビームを受光する受光光学系とを備える計測系を用いて計測する計測方法であって、前記計測系は前記マークを計測する際に変更可能な計測条件として、前記照明ビームの光量、前記照明光学系のＮＡ又はσ、前記マークから生じる所定次数の回折ビームに対して所定の位相差を付与する位相付与部材の前記受光光学系光路内への挿入又は退避、前記マークから生じるビームを受光して得た光電変換信号を処理する際の信号処理条件、のうちの少なくとも１つを含み、前記所定基板上の第１マークを計測する時には、前記計測系の前記計測条件を第１条件に設定し（Ｓ１１１）、
前記所定基板上の前記第２マークを計測する時には、前記計測系の前記計測条件を、前記第１条件とは異なる第２条件に設定する（Ｓ１１３）ようにした計測方法が提供される。
本発明の第４の観点によると、マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する露光方法であって、前記マスク又は前記基板の少なくとも何れか一方について、上述した第１〜第３の観点の何れかに係る計測方法により、当該マスク又は当該基板に形成されたマークの位置を計測し、当該計測結果に基づいて前記マスク又は前記基板の位置決めを行う工程を含む露光方法が提供される。
本発明の第５の観点によると、上述した第１〜第３の何れかに係る計測方法により、物体上の計測対象を計測するようにした計測装置が提供される。
本発明の第６の観点によると、所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第１マーク、及び該第１マークとは異なる複数の第２マークを計測する計測装置であって、前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複数の第１マークを計測する時には、前記計測装置の計測条件を第１条件に設定し、前記複数の第２マークを計測する時には、該計測条件を該第１条件とは異なる第２条件に設定する条件設定手段と、前記所定基板上の前記第１マークの全てを前記第１条件下で計測した後に、前記計測条件を前記第１条件から第２条件に切り換え設定するよう、前記条件設定手段を制御する制御手段とを有する計測装置が提供される。
本発明の第７の観点によると、所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第１マーク、及び該第１マークとは異なる複数の第２マークを計測する計測装置であって、前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複数の第１マークを計測する時には、前記計測装置の計測条件を第１条件に設定し、前記複数の第２マークを計測する時には、該計測条件を該第１条件とは異なる第２条件に設定する条件設定手段と、前記計測装置による計測の際の基準位置と、前記基板に対して所望の処理を行う処理装置において該処理を施す際の位置を規定する基準位置との間隔であるベースライン量を、前記設定された計測条件毎にそれぞれ保持する保持装置（メモリ３０５）とを有する計測装置が提供される。
本発明の第８の観点によると、所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第１マーク、及び該第１マークとは異なる複数の第２マークを計測する装置であり、且つ該マーク上に照明ビームを照射する照明光学系と、前記マークからビームを受光する受光光学系とを備えた計測装置であって、前記マークを計測する際に変更可能な前記計測装置の計測条件として、前記照明ビームの光量、前記照明光学系のＮＡ又はσ、前記マークから生じる所定次数の回折ビームに対して所定の位相差を付与する位相付与部材の前記受光光学系光路内への挿入又は退避、前記マークから生じるビームを受光して得た光電変換信号を処理する際の信号処理条件、のうちの少なくとも１つを含み、前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複数の第１マークを計測する時には、前記計測装置の計測条件を第１条件に設定し、前記複数の第２マークを計測する時には、該計測条件を該第１条件とは異なる第２条件に設定する条件設定手段を有する計測装置が提供される。
本発明の第９の観点によると、マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、前記マスク又は前記基板の少なくとも何れか一方について、上述した第５〜第８の観点の何れかに係る計測装置を用いて、当該マスク又は当該基板に形成されたマークの位置を計測し、当該計測結果に基づいて前記マスク又は前記基板の位置決めを行う位置決め装置を有する露光装置が提供される。
本発明に係る計測方法又は計測装置によれば、計測対象毎に最適な計測条件を設定して且つ計測スループットも低下させることなく計測を行うことができ、これにより高速で高精度な計測が可能となる。また、本発明に係る露光方法又は露光装置によれば、本発明に係る計測方法又は計測装置を用いてウエハ或いはレチクルの位置決めを行うようにしたので、露光処理を高速且つ高精度に行うことができるようになる。
図１は本発明の一実施形態の露光装置の構成を示す図である。 図２は図１に示した露光装置のアライメントセンサの構成を示す図である。 図３Ａは図２に示したアライメントセンサに備わる照明開口絞りを説明するための図である。 図３Ｂは図２に示したアライメントセンサに備わる位相差板を説明するための側面図である。 図３Ｃは図２に示したアライメントセンサに備わる位相差板を説明するための底面図である。 図４は図１に示した露光装置の主制御系の構成を示す図である。 図５Ａは図２に示したアライメントセンサの撮像素子で撮像されるウエハマークを示す図である。 図５Ｂは図２に示したアライメントセンサの撮像素子で図５Ａに示すウエハマークを撮像した場合の信号波形を示す図である。 図６はウエハにおけるショット配列、並びにサンプルショット及びアライメントマークの配置を説明するための図である。 図７は軸方向毎に計測条件を変える計測処理の流れを示す図である。 図８は軸方向毎に計測条件を変えるとともに、軸方向毎に連続してマークの位置を計測する処理の流れを示す図である。 図９は軸方向毎にベースライン計測をする処理の流れを示す図である。 図１０は計測条件を変更する毎にベースラインを再計測する処理の流れを示す図である。
本発明の一実施形態に係る露光装置について、図１〜図１０を参照して説明する。図１は、本実施形態の露光装置１００の概略構成を示す図である。なお、以下の説明においては、図１中に示すようなＸＹＺ直交座標系に基づいて、各構成部及びそれらの位置関係等について説明する。このＸＹＺ直交座標系においては、Ｘ軸及びＺ軸を紙面に平行に設定し、Ｙ軸を紙面に垂直に設定する。なお、実際の空間においては、ＸＹ平面が水平面に平行な面となり、Ｚ軸方向が鉛直方向となる。図１に示す露光装置１００において、図示しない照明光学系から出射された露光光ＥＬは、コンデンサレンズ１０１を介してレチクルＲに形成されたパターン領域ＰＡを均一な照度分布で照射する。露光光ＥＬとしては、例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）或いはＦ２ レーザ光（波長１５７ｎｍ）等が用いられる。
レチクルＲは、レチクルステージ１０３上に載置されている。レチクルステージ１０３は、モータ１０２によって投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向に微動可能で、且つその光軸ＡＸに垂直な面内で二次元移動及び微小回転可能に設置される。レチクルステージ１０３の端部にはレーザ干渉計１０４からのレーザビームを反射する移動鏡１０５が固定されており、レチクルステージ１０３の二次元的な位置はレーザ干渉計１０４によって、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出されている。
レチクルＲの上方にはレチクルアライメント系１０６Ａ及び１０６Ｂ（以下、レチクルアライメント系１０６と総称する）が配置されている。レチクルアライメント系１０６は、レチクルＲの外周付近に形成された少なくとも２個の十字型のアライメントマークを検出するものである。レチクルアライメント系１０６からの計測信号に基づいてレチクルステージ１０３が微動されることにより、レチクルＲはパターン領域ＰＡの中心点が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致するように位置決めされる。
レチクルＲのパターン領域ＰＡを透過した露光光ＥＬは、例えば両側（片側でもよい）テレセントリックな投影光学系ＰＬを介してウエハ（基板）Ｗ上の各ショット領域に投影される。投影光学系ＰＬは、露光光ＥＬの波長に関して最良に収差補正されており、その波長のもとでレチクルＲとウエハＷとは互いに共役になっている。なお、投影光学系ＰＬは複数のレンズ等の光学素子を有し、その光学素子の硝材としては露光光ＥＬの波長に応じて石英、蛍石等の光学材料から選択される。
ウエハＷはウエハホルダ１０８を介してウエハステージ１０９上に載置されている。ウエハホルダ１０８上には、基準板１１０が設けられている。この基準板１１０には、ベースライン計測等で使用するウエハフィデューシャルマーク（ウエハ基準マーク）が形成されている。また、基準板１１０の表面は、ウエハＷの表面と同じ高さになるように設定されている。
ウエハステージ１０９は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な面内でウエハＷを二次元的に位置決めするＸＹステージ、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向（Ｚ方向）にウエハＷを位置決めするＺステージ、ウエハＷを微小回転させるステージ、及びＺ軸に対する角度を変化させてＸＹ平面に対するウエハＷの傾きを調整するステージ等より構成されている。ウエハステージ１０９の上面の一端にはＬ字型の移動ミラー１１１が取り付けられ、移動ミラー１１１の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計１１２が配置されている。図１では図示を簡略化しているが、移動鏡１１１はＸ軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有する平面鏡より構成されている。
また、レーザ干渉計１１２は、Ｘ軸に沿って移動鏡１１１にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡１１１にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計により、ウエハステージ１０９のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウエハステージ１０９のＸＹ平面内における回転角が計測される。
ウエハステージ１０９の二次元的な座標は、レーザ干渉計１１２によって例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出されており、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の座標によりウエハステージ１０９のステージ座標系（静止座標系）（ｘ，ｙ）が定められる。すなわち、レーザ干渉計１１２により計測されるウエハステージ１０９の座標値が、ステージ座標系（ｘ，ｙ）上の座標値である。
レーザ干渉計１１２により計測されたＸ座標、Ｙ座標、及び回転角を示す位置計測信号ＰＤＳは主制御系３００に出力される。主制御系３００は、供給された位置計測信号ＰＤＳに基づいて、ウエハステージ１０９の位置を制御する制御信号を生成し、モータ１１３へ出力する。また、主制御系３００は、図示しない光源から露光光を出射するか否か、及び、露光光を出射する場合の露光光の強度を制御することにより、コンデンサレンズ１０１及び投影光学系ＰＬを通過する露光光を制御する。
また、露光装置１００は、オフ・アクシス方式でＦＩＡ(Field Image Alignment) 方式（撮像方式）のアライメント光学系２００（以下、アライメントセンサ２００と称する）を投影光学系ＰＬの側方に備える。アライメントセンサ２００について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、アライメントセンサ２００の概略構成を示す図である。
アライメントセンサ２００において、ハロゲンランプ等の光源２４１を発したブロードバンドな照明光（広帯域光）はコンデンサレンズ２４２及び波長選択機構２４３を経て照明視野絞り２４４に入射される。
波長選択機構２４３は、ウエハＷに塗布されたフォトレジストに対して非感光性の波長域の光束であって、検出対象（アライメント対象）のマーク等を検出するのに好適な波長域の光束のみを透過させるための機構である。波長選択機構２４３は、例えば、各々が互いに異なる波長の光を抽出する複数のフィルタと、この複数のフィルタのうちの何れか１つを光源２４１から発っせられた広帯域光の光路上に配置するフィルタ駆動部とを有する。本実施形態において波長選択機構２４３は、波長５３０〜６２０ｎｍの光束（緑色光）、波長６２０〜７１０ｎｍの光束（橙色光）、波長７１０〜８００ｎｍの光束（赤色光）及び波長５３０〜８００ｎｍの光束（白色光）を各々透過させる４枚フィルタを具備する。なお、波長の選択に用いられるフィルタは、光源２４１と共役且つ色ムラの生じにくい位置に配置するのが好ましい。また、フィルタとしては、上記のような所定波長域を透過させるタイプに限られず、所定波長域をカットするタイプのフィルタを用いて、複数の波長カットフィルタの組み合わせで、所望の波長のみを抽出透過させるようにしてもよい。
照明視野絞り２４４の透過部を透過した照明光ＤＬは、リレーレンズ２４５を経て照明開口絞り２４６（２６３）に入射する。更に、照明光ＤＬはビームスプリッター２４７及び対物レンズ２４８を介して、ウエハＷの位置検出対象のマークＷＭを含む領域等の所望の照明領域を照明する。照明視野絞り２４４は、ウエハＷの表面（ウエハマークＷＭ）と実質的に共役（結像関係）となっており、照明視野絞り２４４の透過部の形状、大きさに応じてウエハＷ上での照明領域を制限することができる。
照明開口絞り２４６（２６３）は、ウエハの表面（ウエハマークＷＭ）に対して対物レンズ２４８とビームスプリッター２４７とを介して光学的にフーリエ変換の関係となっている面（照明系瞳面と称する）Ｈ１に配置される。照明開口絞りとしては、通常の円形の透過部を有する照明開口絞り２４６と、図３Ａに示すような輪帯状の透過部２６３ａを有する照明開口絞り２６３とを選択可能な構成となっている。マークに対して通常の照明状態（いわゆる通常照明）を用いてアライメント（マーク）計測を行う場合には、照明開口絞り２４６を照明光路上に配置するようにし、いわゆる変形照明（又は傾斜照明としての輪帯照明）を用いてマーク計測を行う場合には、照明開口絞り２６３を照明光路上に配置するようにする。開口絞り２４６と２６３のうちの何れを選択するかは、ウエハマークＷＭの段差量や微細度、線幅等に応じて決められる。このことは、特開平８−３０６６０９号公報で公知であるので、ここでの詳細な記述は省略する。図３Ａに示すような照明開口絞り２６３は、後述する位相差板２６４とともに使用することも可能となっており、これらが使用されることによりアライメントセンサ２００を位相差顕微鏡型のセンサとして機能させることができる。この場合、照明開口絞り２６３の輪帯状の透過部２６３ａは、その像が、後述する位相差板２６４上で輪帯状の位相差付加部２６４ａ内に入るように設定される。
ウエハＷ上のウエハマークＷＭを含む照明領域で反射した光束は、対物レンズ２４８及びビームスプリッター２４７を介してウエハＷの表面と光学的にフーリエ変換の関係となる面（結像系瞳面と称する）Ｈ２に配置された円形の開口部を有する結像開口絞り２４９に入射される。なお、この結像開口絞り２４９として、特開平８−３０６６０９号公報で公知のような輪帯遮光形状の遮光部を備えた結像開口絞りを結像光路上に挿脱可能に構成し、上述した照明開口絞り２６３と併用して暗視野検出が行えるようにしてもよい。ウエハマークが低段差マークであれば、暗視野検出とし、高段差マークであれば、この結像絞りを光路外に退避させて明視野検出方式に設定するようにするのが好ましい。
また、前述したように、照明開口絞りとして図３Ａに示すような照明開口絞り２６３を適用する際に、結像開口絞り２４９に近接して位相差板２６４を縮像（投光）光路上に挿入配置し、ウエハＷからの反射光束は、結像開口絞り２４９とともに位相差板２６４にも入射されることになる。この位相差板２６４は、図３Ｂに側面図を、図３Ｃに底面図を各々示すように、円形のガラス基板の底面に輪帯状の位相差付加部２６４ａを被着したものであり、使用される場合には、前述したように、照明開口絞り２６３の輪帯状の透過部２６３ａの像が、位相差板２６４上で輪帯状の位相差付加部２６４ａ内に入るように設定される。
本実施形態では、位相差板２６４は位相差付加部２６４ａを透過する結像光束と、それ以外の部分を透過する結像光束とに、＋π／２［ｒａｄ］又は−π／２［ｒａｄ］の位相差を与えるように設定される。そのためには、結像光束の波長又は中心波長をλとして、位相差付加部２６４ａに（或いはそれ以外の部分に）屈折率ｎ及び厚さｄが、式（ｎ−１）ｄ＝λ／４を満たす薄膜を形成すればよい。
図３Ａに示すような照明開口絞り２６３、及び、図３Ｂ及び図３Ｃに示すような位相差板２６４を用いてアライメントセンサ２００に位相差顕微鏡型の光学系を適用することにより、極低段差のウエハマークＷＭに対しても高コントラストな検出像を得ることができる。なお、図３Ｂ及び図３Ｃに示した位相差付加部２６４ａには、更に透過光束を減衰させる減光作用を持たせてもよい。すなわち、位相差付加部２６４ａに金属薄膜等の吸光部材を付加してもよい。
結像開口絞り２４９を通過した光束は、結像レンズ２５０により集光され、ビームスプリッター２５１を透過して指標板２５２上にウエハマークＷＭの像を結像させる。指標板２５２上には指標マーク２５２ａ及び２５２ｂが形成されている。また、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源２５５、コンデンサレンズ２５６、指標照明視野絞り２５７、レンズ２５８等より指標板照明系が構成され、この指標板照明系からの照明光が、ビームスプリッター２５１を介して指標マーク２５２ａ及び２５２ｂを含む部分領域のみを照明するように設定されている。照明視野絞り２４４の透過部の形状はこれら指標マーク２５２ａ及び２５２ｂを含む部分領域を照明せず遮光するように設定されている。このため、ウエハマークＷＭの像が指標マーク２５２ａ及び２５２ｂに重畳して形成されることはない。
指標板２５２上に形成されるウエハマークＷＭの像、及び指標マーク２５２ａ及び２５２ｂからの光束は、各々リレーレンズ２５３によってＣＣＤ等の撮像素子２５４上に集光される。その結果、撮像素子２５４の撮像面にウエハマークＷＭの像、及び、指標マーク２５２ａ及び２５２ｂの像が結像される。そして、撮像素子２５４からの撮像信号ＳＶは、主制御系３００へ出力され、主制御系３００においてマークの位置情報が算出される。
次に、主制御系３００の構成について説明する。図４は、主制御系３００の内部構成及びこれと関連する構成部分を示すブロック図である。なお、図４においては、図１に示した構成部と同一の構成部には同一の符号付す。図４に示すように、主制御系３００は、ＦＩＡ演算ユニット３０１、波形データ記憶装置３０２、アライメントデータ記憶部３０３、演算ユニット３０４、記憶部３０５、ショットマップデータ部３０６、システムコントローラ３０７、ウエハステージコントローラ３０８、レチクルステージコントローラ３０９、メインフォーカス系３２０及びアライメントフォーカス系３３０を有する。
波形データ記憶装置３０２は、アライメントセンサ２００で検出されＦＩＡ演算ユニット３０１を介して供給される撮像信号（波形データ）ＳＶ、及び、メインフォーカス系３２０及びアライメントフォーカス系３３０からの出力信号を記憶する回路である。波形データ記憶装置３０２には、ウエハＷ上に設けられた種々のアライメントマーク、及び、ウエハホルダ１０８上に設けられた基準板１１０に形成されたウエハフィデューシャルマークＷＦＭの信号波形が記憶される。なお、後述するウエハＷ（図６）においては、各ショット領域に付随して一次元のＸマークとＹマークとが別個に形成されている。このような場合、Ｘマーク及びＹマークの波形データが各々別個に、波形データ記憶装置３０２に記憶される。なお、マーク形状としては、この形状に限られるものではなく、二次元同時計測可能なマークであってもよい。
ＦＩＡ演算ユニット３０１は、必要に応じて波形データ記憶装置３０２から波形データを読み出し、各マーク（波形データ）の位置情報、すなわちステージ座標系（ｘ、ｙ）での座標位置を求め、求めた位置情報をアライメントデータ記憶部３０３に出力する。ＦＩＡ演算ユニット３０１は、システムコントローラ３０７から指定される所定の信号処理アルゴリズムに従って、波形データの生成、或いは、波形データからの座標位置の検出の処理等を行う。
ＦＩＡ演算ユニット３０１におけるマークの位置検出処理の一例について図５を参照して説明する。図５Ａは、アライメントセンサ２００の撮像素子２５４（図２参照）で撮像されるＸ軸方向の位置検出用のマークＭｘ１を示し、図５Ｂは、得られる撮像信号の波形を示す。撮像素子２５４の撮像視野ＶＳＡ内には、図５Ａに示すように、複数本の直線状パターンからなるマークＭｘ１と、これを挟むように指標板２５２（図２参照）上に形成された指標マークＦＭ１，ＦＭ２とが配置されている。撮像素子２５４は、それらマークＭｘ１及び指標マークＦＭ１，ＦＭ２の像を水平走査線ＶＬに沿って電気的に走査する。この際、１本の走査線だけではＳＮ比の点で不利なので、撮像視野ＶＳＡに収まる複数本の水平走査線によって得られる撮像信号のレベルを、水平方向の各画素毎に加算平均することが望ましい。その結果、図５Ｂに示すような、両側に指標マークＦＭ１，ＦＭ２のそれぞれに対応した凹部がある撮像信号が得られ、この撮像信号が、ＦＩＡ演算ユニット３０１を介して波形データ記憶装置３０２に格納される。
ＦＩＡ演算ユニット３０１は、この撮像信号の凹部をスライスレベルＳＬ２で検出し、両方の凹部の画素上の中心位置を求める。そして、それら２個の中心位置の中心として、指標マークＦＭ１，ＦＭ２を基準とした時の基準位置ｘ０を求める。なお、指標マークＦＭ１，ＦＭ２の各中心位置を求める代わりに、指標マークＦＭ１の右エッジの位置と指標マークＦＭ２の左エッジの位置とから、その基準位置ｘ０を求めるようにしてもよい。
また、図５Ｂに示すように、撮像信号の内のマークＭｘ１に対応する部分の波形は、各直線状パターンの左エッジ及び右エッジに対応した位置で凹部となっている。ＦＩＡ演算ユニット３０１は、その撮像信号のマークＭｘ１に対応した凹部をスライスレベルＳＬ１で検出し、各直線状パターンの中心位置を求めた後、各中心位置を平均化してマークＭｘ１の計測位置ｘｃを算出する。そして、先に求めた基準位置ｘ０とマークＭｘ１の計測位置ｘｃとの差Δｘ（＝ｘ０−ｘｃ）を算出する。そして、図５Ａの撮像領域ＶＳＡ内にウエハマークＭｘ１が位置決めされた時のウエハステージ１０９の座標位置に、算出した差Δｘを加算して得た値を、マーク位置情報としてアライメントデータ記憶部３０３に供給する。
このような処理を行うＦＩＡ演算ユニット３０１において、選択可能な信号処理条件（アライメント計測条件）としては、波形解析アルゴリズム、スライスレベルＳＬ１及び図５Ｂの処理ゲート幅ＧＸ（画素上での幅Ｇｘの中心位置とその幅）等がある。更に、波形解析アルゴリズムとしては、例えば特開平４−６５６０３号公報に開示されているような、各直線状パターンの中心位置を求めるに際して、図５Ｂに示すように、直線状パターンの左エッジ及び右エッジに対応したスロープ部ＢＳ１Ｌ，ＢＳ２Ｌ、及びＢＳ１Ｒ，ＢＳ２Ｒのうち、（１）外スロープ部ＢＳ１Ｌ，ＢＳ２Ｒのみを用いるモード、（２）内スロープ部ＢＳ１Ｒ，ＢＳ２Ｌのみを用いるモード、（３）外スロープ部ＢＳ１Ｌ，ＢＳ２Ｒ及び内スロープ部ＢＳ１Ｒ，ＢＳ２Ｌを用いるモードがある。
アライメントデータ記憶部３０３は、ＦＩＡ演算ユニット３０１で検出された各マークの位置情報を記憶する。また、システムコントローラ１０７を介してレチクルアライメント系１０６より入力されるウエハフィデューシャルマークＷＦＭをレチクルアライメント系１０６で観察した場合の座標位置（投影光学系ＰＬの座標系における位置情報）を記憶する。アライメントデータ記憶部３０３に記憶される各座標位置は、演算ユニット３０４に供給されて、ＥＧＡ処理やベースライン計測処理等に供される。
また、アライメントデータ記憶部３０３に記憶された位置情報は、必要に応じてシステムコントローラ３０７に直接供給される。例えば、ラフ計測の結果に基づいてウエハＷの位置合わせを行った後にファイン計測を行う多段階処理の場合や、ウエハＷに形成されたマークがＸ軸方向の位置情報を計測するマークとＹ軸方向の位置情報を計測するマークとが別個に形成されている場合に、Ｘ軸方向の位置情報を計測するためのマークを計測した結果に基づいてウエハＷを移動させてＹ軸方向の位置情報を計測するためのマークを計測する場合等に、アライメントデータ記憶部３０３に記憶された位置情報がシステムコントローラ３０７へ直接供給される。
ショットマップデータ記憶部３０６には、ウエハＷ上の各ショット領域に属するマークのウエハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配列座標値が記憶される。これら設計上の配列座標値は、演算ユニット３０４及びシステムコントローラ３０７に供給される。
演算ユニット３０４は、ＥＧＡパラメータの検出を行う。すなわち、計測された座標値及び設計上の座標値に基づいて、最小自乗法によりウエハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配列座標値からステージ座標系（ｘ，ｙ）での計算上の配列座標値を求めるための変換パラメータを求め、これらの変換パラメータを記憶部３０５に記憶する。
また、演算ユニット３０４は、アライメントデータ記憶部３０３に記憶されているアライメントセンサ２００により計測したウエハフィデューシャルマークＷＦＭの位置座標と、レチクルアライメント系１０６により投影光学系ＰＬを介して計測したウエハフィデューシャルマークＷＦＭの位置座標との距離を検出することにより、アライメントセンサ２００の光軸と投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとの間の距離、すなわちベースライン量を算出する。本実施形態において、ベースライン量は、マーク計測時に設定される（使用される）アライメント計測条件毎に各々別個に計測する。また、検出したベースライン量は、設定されたアライメント計測条件に対応させて各々記憶部３０５に記憶される。
システムコントローラ３０７は、記憶部３０５に記憶されている演算ユニット３０４により求められたＥＧＡパラメータを用いてウエハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配列座標値からステージ座標系（ｘ，ｙ）での計算上の配列座標値を求める。そして、システムコントローラ３０７は、ウエハステージコントローラ３０８を介してレーザ干渉計１１２の計測値をモニタしつつ、モータ１１３を介してウエハステージ１０９を駆動し、ウエハＷ上の各ショット領域の位置決め及び各ショット領域への露光を行う。
また、システムコントローラ３０７は、レチクルステージコントローラ３０９を介してレーザ干渉計１０４の計測値をモニタしつつ、モータ１０２を介してレチクルステージ１０３を駆動して、レチクルＲの位置調整を行う。
次に、このような構成の露光装置１００における本発明に係る処理について説明する。露光装置１００は、ウエハステージ１０９上（ウエハホルダ１０８上）にセットされたウエハＷ及びウエハＷ上に規定される複数のショット領域の位置を高精度に検出し、これを所望の位置に高精度に位置合わせ（アライメント）し、各ショット領域にレチクルＲに形成されたパターンの像を投影露光する。ここでは、このアライメント処理の際のウエハ上に形成されたマークの位置を計測する処理、及び、これに関係してベースライン量を検出する処理について、第１〜第４の具体的な処理例を挙げて説明する。なお、以下に説明する何れの処理も、露光装置１００の主制御系３００が、主制御系３００に設定された制御プログラムに従って動作し、これにより露光装置１００の各部を制御することにより実現されるものである。
まず、露光装置１００で露光を行うウエハＷのショット領域の配列、及び、ウエハＷに形成されるアライメントマークについて図６を参照して説明する。図６は、ウエハＷ上のショット領域の配列、及び、サンプルショット及びアライメントマークの配置を示す図である。図６に示すように、ウエハＷ上には、ウエハＷ上に設定された座標系（ｘ，ｙ）に沿って規則的にショット領域ＥＳ１，ＥＳ２・・・ＥＳＮが規定されている。各ショット領域ＥＳｉ（ｉ＝１〜Ｎ）には、それまでの工程により形成されたパターンの層が積層されている。また、各ショット領域ＥＳｉは、ｘ方向及びｙ方向に所定幅のストリートラインで区切られている。
このウエハＷにおいては、各ショット領域ＥＳｉのＸ軸方向の位置を計測するためのマーク（Ｘマーク）と、Ｙ軸方向の位置を計測するためのマーク（Ｙマーク）とが分離されて形成されている。すなわち、ｘ方向に伸びたストリートラインの各ショット領域ＥＳｉに接する範囲に、Ｘ軸方向のアライメントを行うためのＸマークＭｘｉが形成され、ｙ方向に伸びたストリートラインの各ショット領域ＥＳｉに接する範囲に、Ｙ軸方向のアライメントを行うためのＹマークＭｙｉが形成されている。なお、本実施形態において各マークＭｘｉ及びＭｙｉは、図５に示したように、それぞれｘ方向及びｙ方向に所定ピッチで複数本の直線パターンを並べたマークである。
また、ウエハＷにおいて、ＸマークとＹマークとでは、アライメントセンサ２００によりマークを計測する際の計測条件が異なるものとする。このような状態は種々の要因で起こり得るが、本実施形態では、例えば特許２５９１７４６号公報や特開平７−２４９５５８号公報等に示されているように、次層を重ね合わせ露光するために、ウエハ上に形成された複数の層（マルチレイヤー）にまたがってアライメントをする必要がある際であって、例えば、Ｙ方向のアライメントは、直前のレイヤーに対して（基準として）なされ、Ｘ方向のアライメントは直々前のレイヤーに対して（基準として）なされるという状況下を一例として想定するものとする。より具体的には、Ｙ方向の位置合わせは、ウエハＷの既に形成されているパターンの層の中で最表層に形成されたパターン（マーク）に対してなされるものとし、Ｘ方向の位置合わせは、最表層の下の層に形成されたパターン（マーク）に対してなされるものとする。従って、アライメント計測時にＸマークを観察する時には、ウエハＷの上面からＹマークが形成されている最表層を介して、その最表層の下の層に形成されているＸマークを観察することとなる。そのため、Ｘマークを適切に計測するためのアライメント計測条件（照明条件、光学条件、信号処理アルゴリズム等）は、Ｙマークを適切に計測するためのアライメント計測条件とは異なる。
なお、図６において斜線が付されているショット領域ＳＡ１〜ＳＡ４は、ウエハＷに対してＥＧＡを適用する場合のサンプルショットを示すものであり、後述する各処理例の説明の際に参照する。
以下、このようなウエハＷを処理対象とする露光装置１００における本発明に係る処理について、第１〜第４の具体的な処理例を例示して説明する。
［第１の処理例］
露光装置１００の第１の処理例として、前述したようなウエハＷの各ショット領域の位置を、ＥＧＡ方式により検出する処理について図７を参照して説明する。そのために、まず、ウエハＷのショット領域ＥＳ１〜ＥＳＮの中から、所定の複数個（３個以上）のショット領域をサンプルショットとして選択し、各サンプルショットのステージ座標系（ｘ，ｙ）上での座標位置を計測する。本実施形態においては、例えば図６において斜線を施す４個のショット領域ＳＡ１〜ＳＡ４を選択する。そして、これらのサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ４に各々接して形成されているＸマークＭｘ１〜Ｍｘ４及びＭｙ１〜Ｍｙ４の位置を計測することにより、各サンプルショットＳＡ１〜ＳＡ４の位置を計測する。
本第１の処理例の特徴は、順次ショット毎にマーク（Ｘマーク、Ｙマーク）を計測していくものであって、各ショットの計測毎（各マークの計測毎）に計測条件の切り換えを行う点にある。まず、主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、ショットマップデータ部３０６に記憶されているショットマップに基づいて、ウエハステージコントローラ３０８を介してウエハステージ１０９を移動させ、サンプルショットＳＡ１に対して設けられたＹ軸方向の位置計測用のＹマークＭｙ１を、アライメントセンサ２００の計測視野内に配置させる。また、システムコントローラ３０７は、ＹマークＭｙ１を観察し、撮像し、更にその位置を計測するのに最適なアライメント計測条件（第１条件）になるように、アライメントセンサ２００及び主制御系３００内の各部の設定を制御する（ステップＳ１１１）。具体的には、例えば、ＹマークＭｙ１は、前述したように、ウエハＷに形成されているパターン層の最表層に形成されたマークなので、これを観察するのに特段の観察光（照明光）の波長を限定する必要はなく、広帯域の白色光で観察すればよい。従って、システムコントローラ３０７は、アライメントセンサ２００の波長選択機構２４３において、波長５３０〜８００ｎｍの光束（白色光）を透過させるフィルタが選択されるように、波長選択機構２４３を制御する。
主制御系３００（システムコントローラ３０７）は、上述したアライメント光の波長以外のアライメント計測条件として、照明視野絞り２４４、照明開口絞り２４６、結像開口絞り２４９及び指標照明視野絞り２５７を制御して、アライメントセンサ２００の光学系の開口数Ｎ．Ａ．、σ及び照明光量（光源２４１や２５５）等を制御する。また、主制御系３００（システムコントローラ３０７）は、その他にも必要に応じて（アライメント計測条件（第１条件）の１つとして）、リレーレンズ２４５の後段に配置される照明開口絞りを、通常の円形の透過部を有する照明開口絞り２４６と図３Ａに示すような輪帯状の透過部２６３ａを有する照明開口絞り２６３との間で切り換え配置したり（照明条件の変更）、既述したように結像開口絞りとして絞り２４９の代わりに、輪帯状の遮光部（マークからの０次回折光をカットする遮光部）を持つ絞り（不図示）を挿脱して暗視野／明視野検出方式を切り換えたり、或いは、結像開口絞り２４９の後段の結像開口絞り２４９に近接した位置に位相差板２６４を挿入配置して、アライメントセンサ２００を位相差顕微鏡型のセンサとして機能させるように制御する。
更に、システムコントローラ３０７は、主制御系３００のＦＩＡ演算ユニット３０１で使用する信号処理アルゴリズム（アライメント計測条件の１つ）として、ＹマークＭｙ１の計測に最適なアルゴリズムが選択されるように、ＦＩＡ演算ユニット３０１を制御する。
計測対象のＹマークＭｙ１が計測視野内に配置され、アライメント計測条件がＹマークＭｙ１の計測に最適な条件（第１条件）に設定されると、ＹマークＭｙ１の計測を行う（ステップＳ１１２）。すなわち、計測対象となっているマークＭｙ１を含む被検知領域に、光源２４１から出射された照明光を照射し、被検知領域からの反射光を撮像素子２５４で撮像信号に変換する。撮像されたＹマークＭｙ１の撮像信号は、アライメントセンサ２００から主制御系３００に転送され、主制御系３００の波形データ記憶装置３０２に記憶される。
波形データが波形データ記憶装置３０２に記憶されたら、ＦＩＡ演算ユニット３０１がこれを読み出し、ステップＳ１１１で設定された信号処理条件に従って、すなわち、選択された所定のアルゴリズム、演算処理及びスライスレベル等を用いて信号処理を行い、撮像した画像よりマークを検出し、その位置を求める。撮像信号よりＹマークＭｙ１が検出されたら、その位置座標がアライメントデータ記憶部３０３に記憶され、第１のサンプルショット領域ＳＡ１に対するＹマークＭｙ１の座標（Ｙ座標）の計測が終了する。
第１のサンプルショット領域ＳＡ１に対するＹマークＭｙ１の座標計測が終了したら、次に、第１のサンプルショット領域ＳＡ１に対するＸマークＭｘ１の座標計測を行う。まず、主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、ショットマップデータ部３０６に記憶されているショットマップに基づいて、現在計測対象となっていたＹマークＭｙ１の座標と次に計測対象となるＸマークＭｘ１の座標との設計値上の相対値と、現在計測を行ったＹマークＭｙ１の位置情報とに基づいて、ウエハステージコントローラ３０８を介してウエハステージ１０９を移動させ、サンプルショットＳＡ１に対して設けられたＸ軸方向の位置計測用のＸマークＭｘ１を、アライメントセンサ２００の計測視野内に配置させる。
また、システムコントローラ３０７は、ＸマークＭｘ１を観察し、撮像し、更にその位置を計測するのに適したアライメント計測条件（前記第１条件とは異なる第２条件とする）となるように、アライメントセンサ２００及び主制御系３００内の各部の設定を制御する（ステップＳ１１３）。具体的には、例えば、ＸマークＭｘ１は、前述したように、ウエハＷに形成されているパターン層の最表層から一層下の層に形成されたマークなので、これを適切に観察する観察光としては、最表層を構成している物質に対して透過率の高い観察光（照明光）を使用することが好ましい。例えば、そのような観察光が赤色域の光であったとすると、システムコントローラ３０７は、アライメントセンサ２００の波長選択機構２４３において、波長７１０〜８００ｎｍの光束（赤色光）を透過させるフィルタが選択されるように、波長選択機構２４３を制御する。
更に、ＹマークＭｙ１の撮像の場合で既述したのと同様に、主制御系３００（システムコントローラ３０７）は、ＸマークＭｘ１の計測に最適な計測条件となるように、光源２４１及び２５５や、各絞り２４４、２４６、２４９及び２５７の制御、照明開口絞りの選択、位相差板の配置、主制御系３００のＦＩＡ演算ユニット３０１における信号処理条件等をアライメント計測条件（第２条件）の１つとしてそれぞれ必要に応じて設定制御する。
計測対象のＸマークＭｘ１が計測視野内に配置され、計測条件がＸマークＭｘ１の計測に最適な条件に設定されると、ＸマークＭｘ１の計測を行う（ステップＳ１１４）。すなわち、計測対象となっているＸマークＭｘ１を含む被検知領域に、光源２４１から出射された赤色照明光を照射し、被検知領域からの反射光を撮像素子２５４で撮像信号に変換する。撮像されたＸマークＭｘ１の撮像信号は、アライメントセンサ２００から主制御系３００に転送され、主制御系３００の波形データ記憶装置３０２に記憶される。
波形データが波形データ記憶装置３０２に記憶されたら、ＦＩＡ演算ユニット３０１がこれを読み出し、ステップＳ１１３で設定された信号処理条件に従って、すなわち、選択された所定のアルゴリズム、演算処理及びスライスレベル等を用いて信号処理を行い、撮像した画像よりマークを検出する。撮像信号よりＸマークＭｘ１が検出されたら、その位置座標がアライメントデータ記憶部３０３に記憶され、この第１のマークのＸ座標の計測が終了する。
第１のサンプルショットに対するＹマークＭｙ１及びＸマークＭｘ１の計測が終了したら、同様にして、第２〜第４のサンプルショットに対するＹマーク及びＸマークの位置計測を行う。すなわち、例えばアライメント計測条件の１つとしての照明光の波長域を広帯域白色光（ブロードバンド照明）に切り換える等してＹマークの計測に適切な計測条件（第１条件）に設定し（ステップＳ１２１）、第２のサンプルショットＳＡ２に対するＹマークＭｙ２の位置計測を行う（ステップＳ１２２）。次に、例えばアライメント計測条件の１つとしての照明光の波長域を赤色光（赤色照明）に切り換える等してＸマークの計測に適切な計測条件（第２条件）に設定し（ステップＳ１２３）、第２のサンプルショットＳＡ２に対するＸマークＭｘ２の位置計測を行う（ステップＳ１２４）。
更に、第３及び第４のサンプルショットＳＡ３及びＳＡ４に対しても同様に、例えばアライメント計測条件の１つとしての照明光の波長域を広帯域白色光（ブロードバンド照明）に切り換える等してＹマークの計測に適切な計測条件（第１条件）に設定し（ステップＳ１３１及びＳ１４１）、第３及び第４のサンプルショットＳＡ３及びＳＡ４に対するＹマークＭｙ３及びＭｙ４の位置計測を行う（ステップＳ１３２及びＳ１４２）。次に、例えばアライメント計測条件の１つとしての照明光の波長域を赤色光（赤色照明）に切り換える等してＸマークの計測に適切な計測条件（第２条件）に設定し（ステップＳ１３３及びＳ１４３）、第３及び第４のサンプルショットＳＡ３及びＳＡ４に対するＸマークＭｘ３及びＭｘ４の位置計測を行う（ステップＳ１３４及びＳ１４４）。
以上の処理を繰り返し、ウエハＷ上に設定されたサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ４に対する各マークＭｘ１，Ｍｙ１，Ｍｘ２，Ｍｙ２，Ｍｘ３，Ｍｙ３、Ｍｘ４、Ｍｙ４を順に計測することで、アライメントマークの位置計測は終了する。計測された座標値は、主制御系３００のアライメントデータ記憶部３０３を介して演算ユニット３０４に供給される。演算ユニット３０４は、マークの設計上の座標値及び計測された座標値より、予め設定した所定のＥＧＡ計算式を満足するパラメータを、例えば最小自乗法を用いて求める。そして、演算ユニット３０４は、求めたパラメータ及び各ショット領域ＥＳｉの設計上の配列座標値をＥＧＡ計算式に適用して、各ショット領域ＥＳｉの計算上の配列座標値を求める。
その後、求めた配列座標値に基づいて露光処理が行われる。露光処理を行うにあたって、アライメントセンサ２００の計測中心と、投影光学系ＰＬの露光フィールド内の基準点との間隔であるベースライン量はそれぞれ予め求められている。そこで、システムコントローラ３０７は、演算ユニット３０４で算出された配列座標にベースライン量の補正を行って得られた計算上の座標値に基づいて、順次各ショット領域ＥＳｉの位置決めを行って、レチクルＲのパターン像を露光する。
このように、本処理例によれば、計測するレイヤー毎に（換言すれば、Ｘマーク及びＹマーク毎に、更に換言すればＸ軸方向の計測とＹ軸方向の計測において）計測条件を切り換えるようにし、各計測対象のマークに対して最適な条件で計測ができるようにしている。従って、各マークを適切に撮像し、適切にその位置を計測しており、高精度に位置を計測することができ、高精度なアライメントが行える。
［第２の処理例］
露光装置１００の第２の処理例として、前述した第１の処理例と同じくウエハＷの各ショット領域の位置をＥＧＡ方式により検出する処理であって、各ショット領域に対するアライメントマークの位置を、レイヤー毎又はマークの種類毎（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の各アライメントマーク毎）に連続して検出する方法について説明する。処理対象のウエハＷ、ショット領域の配列、選択されるサンプルショット及び位置検出するマークは、何れも前述した第１の処理例と同じである。
図８は、第２の処理例として示すマークの位置計測方法による処理の流れを示すフローチャートである。まず、主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、４つのサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ４に対するＹ軸方向のアライメントマーク（Ｙマーク）Ｍｙ１〜Ｍｙ４の位置計測が最も好ましい計測条件下で行えるように、アライメントセンサ２００及び主制御系３００で使用するアライメント計測条件（第１条件）を決定し、設定する（ステップＳ２１１）。
選択（切り換え）設定されるアライメント計測条件としては、例えば、照明光の光源２４１及び指標板照明光の光源２５５の発光量がある。また、照明視野絞り２４４、照明開口絞り２４６、結像開口絞り２４９（或いは既述した輪帯遮光部を備えた結像開口絞り）及び指標照明視野絞り２５７の絞り状態がある。これらを制御することにより、照明条件（通常照明／変形照明）や暗視野／明視野検出方式や、光学系の開口数Ｎ．Ａ．、σ及び照明光量等を設定制御することができる。また、波長選択機構２４３において使用するフィルタを制御することにより、照明光（計測光）の波長を選択することができる。また、他のアライメント計測条件として、照明開口絞りを、通常の円形の透過部を有する照明開口絞り２４６から図３Ａに示すような輪帯状の透過部２６３ａを有する照明開口絞り２６３に変更し、更に、結像開口絞り２４９の後段の結像開口絞り２４９に近接した位置に位相差板２６４を配置することにより、アライメントセンサ２００を位相差顕微鏡型のセンサとして機能させるように制御することもできる。
また、アライメント計測条件として信号処理条件も含まれるものであり、主制御系３００のＦＩＡ演算ユニット３０１で使用する波形解析（波形処理）アルゴリズムや演算ユニット３０４で使用するＥＧＡ計算モデル等の信号処理アルゴリズムの選択、選択した各信号処理アルゴリズムで使用する種々のパラメータの選択等がある。
本処理例においては、アライメント計測条件（第１条件の中の一例）として、例えばアライメントセンサ２００における照明光の波長の最適化を行うものとする。処理対象のウエハＷに形成されるＹマークＭｙ１〜Ｍｙ４は、前述したように、ウエハＷに積層されているパターン層（レイヤー）の最表層に形成されたマークであり、これを観察するのに特段の観察光（照明光）の波長を限定する必要はなく、広帯域の白色光で観察すればよい。従って、システムコントローラ３０７は、アライメントセンサ２００の波長選択機構２４３において波長５３０〜８００ｎｍの光束（白色光）を透過させるフィルタが選択されるように、波長選択機構２４３の設定（制御）を行う。
計測条件を設定したら、第１〜第４のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ４のＹマークＭｙ１〜Ｍｙ４の位置計測（Ｙ軸方向の位置計測）を、順次連続して行う（ステップＳ２１２〜Ｓ２１５）。
まず主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、ショットマップデータ部３０６に記憶されているショットマップに基づいて、ウエハステージコントローラ３０８を介してウエハステージ１０９を移動させ、サンプルショットＳＡ１に対して設けられたＹ軸方向の位置計測用のＹマークＭｙ１を、アライメントセンサ２００の計測視野内に配置させる。そして、ＹマークＭｙ１が計測視野内に配置されたら、主制御系３００がアライメントセンサ２００の計測条件を制御しつつ、最適な計測条件でＹマークＭｙ１の撮像を行い、その位置計測を行う（ステップＳ２１２）。
すなわち、ＹマークＭｙ１を含む被検知領域に、光源２４１から出射され波長選択機構２４３及び照明視野絞り２４４等を通過した照明光を照射する。そして、被検知領域からの反射光を、結像開口絞り２４９及び指標板２５２等を介して撮像素子２５４で受光し、光電変換により撮像信号を生成する。得られたＹマークＭｙ１の撮像信号は、アライメントセンサ２００から主制御系３００に転送され、主制御系３００の波形データ記憶装置３０２に記憶される。
波形データ記憶装置３０２に記憶された撮像信号は、ＦＩＡ演算ユニット３０１により読み出され、ステップＳ２１１で設定された信号処理条件に従って、すなわち設定された処理アルゴリズム及びパラメータに従って信号処理される。その結果、撮像信号よりＹマークＭｙ１が抽出され、その位置が検出される。検出されたＹマークＭｙ１の位置情報（座標値）は、アライメントデータ記憶部３０３に記憶される。これにより、第１のサンプルショットＳＡ１のＹマークＭｙ１の位置計測の処理が終了する。
第１のサンプルショットＳＡ１のＹマークＭｙ１の位置計測が終了したら、次に、第２のサンプルショットＳＡ２のＹマークＭｙ２の位置計測を行う（ステップＳ２１３）。主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、ショットマップデータ部３０６に記憶されているショットマップに基づいて、現在計測対象となっていた第１のサンプルショットＳＡ１のＹマークＭｙ１の座標と、次に計測対象となる第２のサンプルショットＳＡ２のＹマークＭｙ２の座標との設計値上の相対値と、現在計測を行った第１のサンプルショットＳＡ１のＹマークＭｙ１の位置情報とに基づいて、ウエハステージコントローラ３０８を介してウエハステージ１０９を移動させ、第２のサンプルショットＳＡ２のＹマークＭｙ２をアライメントセンサ２００の計測視野内に配置させる。
そして、ＹマークＭｙ２が計測視野内に配置されたら、主制御系３００がアライメントセンサ２００の計測条件を制御しつつ、前述した第１のサンプルショットＳＡ１のＹマークＭｙ１の計測処理と同様の処理により、最適な計測条件でのＹマークＭｙ２の撮像及びその位置計測を行う。この時、直前の計測対象のマークは、今回の計測対象のマークと同じＹ軸方向のアライメントを行うためのＹマークなので、同一の計測条件を適用して計測を行うことができる。すなわち、計測条件を変更することなく、ＹマークＭｙ１の次に直ちにＹマークＭｙ２の計測を行うことができる。
同様に、第２のサンプルショットＳＡ２のＹマークＭｙ２の位置計測が終了したら、主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、ショットマップデータ部３０６に記憶されているショットマップに基づいて第３のサンプルショットＳＡ３のＹマークＭｙ３をアライメントセンサ２００の計測視野内に配置させ、第３のサンプルショットＳＡ３のＹマークＭｙ３の位置計測を行う（ステップＳ２１４）。更に、第３のサンプルショットＳＡ３のＹマークＭｙ３の位置計測が終了したら、第４のサンプルショットＳＡ４のＹマークＭｙ４をアライメントセンサ２００の計測視野内に配置させ、第４のサンプルショットＳＡ４のＹマークＭｙ４の位置計測を行う（ステップＳ２１５）。
第１〜第４のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ４の各ＹマークＭｙ１〜Ｍｙ４の位置計測が終了したら、次に、第１〜第４のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ４の各ＸマークＭｘ１〜Ｍｘ４の位置計測を行う。そのために、主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、ＸマークＭｘ１〜Ｍｘ４の位置計測が最適な計測条件の下で行えるように、最適なアライメント計測条件（第２条件）を決定し設定する（ステップＳ２２１）。
本処理例においては、ＹマークＭｙ１〜Ｍｙ４の位置計測時と同様に、計測条件として（第２条件の一例として）、アライメントセンサ２００における照明光の波長の最適化を行うものとする。処理対象のウエハＷに形成されるＸマークＭｘ１〜Ｍｘ４は、前述したように、ウエハＷに積層されているパターン層（レイヤー）の最表層の１つ下の層に形成されたマークであり、これを適切に観察するためには、最表層を構成している物質に対して透過率の高い観察光（照明光）を使用することが好ましい。ここでは、そのような観察光は例えば赤色域の光であったとする。その場合、システムコントローラ３０７は、アライメントセンサ２００の波長選択機構２４３において、波長７１０〜８００ｎｍの光束（赤色光）を透過させるフィルタが選択されるように、波長選択機構２４３の設定（制御）を行う。
計測条件を設定したら、第１〜第４のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ４のＸマークＭｘ１〜Ｍｘ４の位置計測（Ｘ軸方向の位置計測）を、順次連続して行う（ステップＳ２２２〜Ｓ２２５）。
ＹマークＭｙ１の計測時と同様に、主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、ショットマップデータ部３０６に記憶されているショットマップに基づいて、ウエハステージコントローラ３０８を介してウエハステージ１０９を移動させ、サンプルショットＳＡ１に対して設けられたＸ軸方向の位置計測用のＸマークＭｘ１を、アライメントセンサ２００の計測視野内に配置させる。そして、主制御系３００がアライメントセンサ２００の計測条件を制御しつつ、最適な計測条件でＸマークＭｘ１の撮像を行い、その位置計測を行う（ステップＳ２２２）。
すなわち、ＹマークＭｙ１を含む被検知領域に、光源２４１から出射され、波長選択機構２４３の赤色域フィルタを通過した赤色照明光を照射する。そして、被検知領域からの反射光を、結像開口絞り２４９及び指標板２５２等を介して撮像素子２５４で受光し、光電変換により撮像信号を生成する。得られたＸマークＭｘ１の撮像信号は、アライメントセンサ２００から主制御系３００に転送され、主制御系３００の波形データ記憶装置３０２に記憶される。
波形データ記憶装置３０２に記憶された撮像信号は、ＦＩＡ演算ユニット３０１により読み出され、ステップＳ２２１で設定された信号処理条件に従って、すなわち設定された処理アルゴリズム及びパラメータに従って信号処理される。その結果、撮像信号よりＸマークＭｘ１が抽出され、その位置が検出される。検出されたＸマークＭｘ１の位置情報（座標値）は、アライメントデータ記憶部３０３に記憶される。これにより、第１のサンプルショットＳＡ１のＸマークＭｘ１の位置計測の処理が終了する。
第１のサンプルショットＳＡ１のＸマークＭｘ１の位置計測が終了したら、次に、第２のサンプルショットＳＡ２のＸマークＭｘ２の位置計測を行う（ステップＳ２２３）。主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、ショットマップデータ部３０６に記憶されているショットマップに基づいて、現在計測対象となっていた第１のサンプルショットＳＡ１のＸマークＭｘ１の座標と、次に計測対象となる第２のサンプルショットＳＡ２のＸマークＭｘ２の座標との設計値上の相対値と、現在計測を行った第１のサンプルショットＳＡ１のＸマークＭｘ１の位置情報とに基づいて、ウエハステージコントローラ３０８を介してウエハステージ１０９を移動させ、第２のサンプルショットＳＡ２のＸマークＭｘ２をアライメントセンサ２００の計測視野内に配置させる。
そして、ＸマークＭｘ２が計測視野内に配置されたら、主制御系３００がアライメントセンサ２００の計測条件を制御しつつ、前述した第１のサンプルショットＳＡ１のＸマークＭｘ１の計測処理と同様の処理により、最適な計測条件でのＸマークＭｘ２の撮像及びその位置計測を行う。この時、直前の計測対象のマークは、今回の計測対象のマークと同じＸ軸方向のアライメントを行うためのＸマークなので、同一の計測条件を適用して計測を行うことができる。すなわち、計測条件を変更することなく、ＸマークＭｘ１の次に直ちにＸマークＭｘ２の計測を行うことができる。
同様に、第２のサンプルショットＳＡ２のＸマークＭｘ２の位置計測が終了したら、主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、ショットマップデータ部３０６に記憶されているショットマップに基づいて第３のサンプルショットＳＡ３のＸマークＭｘ３をアライメントセンサ２００の計測視野内に配置させ、第３のサンプルショットＳＡ３のＸマークＭｘ３の位置計測を行う（ステップＳ２２４）。更に、第３のサンプルショットＳＡ３のＸマークＭｘ３の位置計測が終了したら、第４のサンプルショットＳＡ４のＸマークＭｘ４をアライメントセンサ２００の計測視野内に配置させ、第４のサンプルショットＳＡ４のＸマークＭｘ４の位置計測を行う（ステップＳ２２５）。
以上の処理により、ウエハＷ上に設定されたサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ４に対する各マークＭｙ１〜Ｍｙ４及びＭｘ１〜Ｍｘ４の位置計測が終了する。そして、計測された座標値は、主制御系３００のアライメントデータ記憶部３０３を介して演算ユニット３０４に供給される。演算ユニット３０４は、マークの設計上の座標値及び計測された座標値より、予め設定した所定のＥＧＡ計算式を満足するパラメータを、例えば最小自乗法を用いて求める。そして、演算ユニット３０４は、求めたパラメータ及び各ショット領域ＥＳｉの設計上の配列座標値をＥＧＡ計算式に適用して、各ショット領域ＥＳｉの計算上の配列座標値を求める。
そして、求めた配列座標値に基づいて露光処理を行う。露光処理を行うにあたって、アライメントセンサ２００の計測中心と、投影光学系ＰＬの露光フィールド内の基準点との間隔であるベースライン量はそれぞれ予め求められている。そこで、システムコントローラ３０７は、演算ユニット３０４で算出された配列座標にベースライン量の補正を行って得られた計算上の座標値に基づいて、順次各ショット領域ＥＳｉの位置決めを行い、各ショット領域にレチクルＲのパターン像を露光する。１枚のウエハＷの全ショット領域への露光が終了したら、そのウエハＷの搬出が行われ、同一ロットの次のウエハに対して同様の処理を行う。
本処理例においても、第１の処理例と同様に、レイヤー毎に（換言すればＸマーク及びＹマーク毎に、更に換言すればＸ軸方向の計測とＹ軸方向の計測毎に）計測条件を切り換えるようにし、各計測対象のマークに対して最適な条件で計測ができるようにしている。従って、各マークを適切に撮像し、適切にその位置を計測しており、高精度に位置を計測することができ、高精度なアライメントが行える。更に、本処理例によれば、一旦Ｙ軸方向の（最表層上の）マークの計測条件、或いはＸ軸方向の（最表層の１つ下の層上の）マークの計測条件を設定したら、全ての計測ショット（サンプルショット）のＹマークの計測或いはＸマークの計測を連続して行っている。従って、第１の処理例のように１つのマークの計測毎に計測条件を変更する必要がなく（計測条件の変更動作を１回だけ行えばよく）、効率よく順次マークの計測を行うことができる。すなわち、このような方法でマークの計測を行うことにより、計測条件の最適化を行うことによるスループットの低下を防ぐことができる。
［第３の処理例］
露光装置１００の第３の処理例として、ベースライン量の計測処理について説明する。ウエハＷの各ショット領域に露光を行うためのウエハステージ１０９の位置制御に用いる最終的な位置情報は、アライメントセンサ２００による位置計測結果に基づいてＥＧＡを行い算出した各ショット領域の位置情報を、アライメントセンサ２００の計測視野内の基準位置と投影光学系の投影視野内の基準位置との差であるベースライン量を用いて補正した値となる。前述した第１の処理例及び第２の処理例においては、本発明に係るマークの計測方法として、レイヤー毎に（Ｘ軸方向及びＹ軸方向に）各々異なる計測条件でマークの検出及び位置の計測を行うようにしたが、このようにして検出した位置情報に対して用いるベースライン量として、アライメントセンサ２００で使用するアライメント計測条件と同じ計測条件で計測したベースライン量を用いるのが好ましい。すなわち、アライメントセンサ２００において前述したようにＸ軸方向及びＹ軸方向に異なる計測条件で計測を行う場合には、これに適用するベースライン量も、位置計測の際の計測条件と同じ条件で、各計測条件毎にそれぞれ個別に（レイヤー毎に、或いは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に各々別個に）検出するのが好適である。本処理例では、そのようなベースライン量を求める処理について図９を参照して説明する。
図９は、第３の処理例として示すベースライン計測の処理の流れを示すフローチャートである。図９にフローチャートを示すベースライン計測処理においては、まず、Ｙ軸方向のベースライン量を算出する（ステップＳ３１１〜Ｓ３１３）。そのために、主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、ウエハの各ショット領域のＹマークＭｙｉの位置計測を適切に行うためのアライメント計測条件（制御条件）を検出し、これと同一の計測条件を設定する（ステップＳ３１１）。ここでは、第１及び第２の処理例と同様に、アライメントセンサ２００の照明光として広帯域の白色光を用いる旨の条件が決定され、実際にアライメントセンサ２００の照明波長が切り換えられる。
その上で、Ｙ軸方向のベースラインの計測（ＢＣＨＫ：ベースラインチェック）を行う（ステップＳ３１２）。すなわち、まず、主制御系３００のシステムコントローラ３０７が、ウエハステージ１０９を移動させ、ウエハステージ１０９に設けられている基準板１１０のウエハフィデューシャルマークＷＦＭを、レチクルアライメント系１０６の視野内に配置し、そのＹ軸方向の位置情報を計測する。次に、主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、ウエハステージ１０９を移動させ、ウエハステージ１０９に設けられている基準板１１０のウエハフィデューシャルマークＷＦＭをアライメントセンサ２００の計測視野内に配置させる。そして、主制御系３００がアライメントセンサ２００の計測条件を制御しつつ、ウエハフィデューシャルマークＷＦＭのＹ軸方向の位置を計測する。なお、ここで用いるウエハフィデューシャルマークＷＦＭは、ＸＹ両軸に共通なマーク（二次元計測用マーク）であってもよいし、Ｙ軸方向の計測のための専用のマーク（一次元計測用マーク）であってもよい。
そして、主制御系３００のシステムコントローラ３０７において、計測したこれらの位置情報より、アライメントセンサ２００の光軸と投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとの間のＹ方向の距離を検出し、Ｙ方向のベースライン量（ＢＣＨＫ量）とする（ステップＳ３１３）。
Ｙ軸方向のベースライン量の算出が終了したら、Ｘ軸方向のベースライン量の算出を行う（ステップＳ３２１〜Ｓ３２３）。主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、ウエハの各ショット領域のＸマークＭｘｉの位置計測を適切に行うためのアライメント計測条件（制御条件）を検出し、これと同一の計測条件を設定する（ステップＳ３２１）。ここでは、第１及び第２の処理例と同様に、アライメントセンサ２００の照明光として赤色光を用いる旨の条件が設定される。
その上で、Ｘ軸方向のベースラインの計測（ＢＣＨＫ：ベースラインチェック）を行う（ステップＳ３２２）。すなわち、まず、主制御系３００のシステムコントローラ３０７が、ウエハステージ１０９を移動させ、ウエハステージ１０９に設けられている基準板１１０のウエハフィデューシャルマークＷＦＭを、レチクルアライメント系１０６の視野内に配置し、そのＸ軸方向の位置情報を計測する。次に、主制御系３００のシステムコントローラ３０７は、ウエハステージ１０９を移動させ、ウエハステージ１０９に設けられている基準板１１０のウエハフィデューシャルマークＷＦＭをアライメントセンサ２００の計測視野内に配置させる。そして、主制御系３００がアライメントセンサ２００の計測条件を制御しつつ、ウエハフィデューシャルマークＷＦＭのＸ軸方向の位置を計測する。なお、ここで用いるウエハフィデューシャルマークＷＦＭは、ＸＹ両軸に共通なマーク（二次元計測マーク）であってもよいし、Ｘ軸方向の計測のための専用のマーク（一次元計測マーク）であってもよい。
そして、主制御系３００のシステムコントローラ３０７において、計測したこれらの位置情報より、アライメントセンサ２００の光軸と投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとの間のＸ方向の距離を検出し、Ｘ方向のベースライン量（ＢＣＨＫ量）とする（ステップＳ３２３）。
このようにして計測されたＸ軸方向及びＹ軸方向各々のベースライン量は、例えば前述した第１の処理例及び第２の処理例のようなＸ軸方向及びＹ軸方向に異なる計測条件で位置計測を行うような場合に、その各方向についてアライメントセンサ２００で計測した位置情報を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを基準とする座標系の位置情報に変換するのに用いられる。
このように、ベースライン量をＸ軸方向及びＹ軸方向の各計測条件に応じた条件で別個に計測し、別個に保持することにより、各軸方向におけるマークの位置計測結果に対して、適切に位置座標値の変換（補正）を行うことができ、いわゆる、ベースラインだまされというような誤差を抑制することができる。従って、高精度なアライメントを行うことができる。
［第４の処理例］
前述した第１の処理例及び第２の処理例のように、一連のアライメント処理の途中で計測条件を切り換える場合であって、その計測条件の切り換え内容が、例えば波長選択機構２４３のフィルタの切り換えや、位相差板２６４の移動というような光学的或いは機械的（メカ的）な移動を伴う場合には、この切り換えに伴ってベースライン量等に誤差が生じている可能性がある。そのような状態に対応するためには、計測条件の切り換えを行う毎に、ロット内の処理であってもベースライン計測を実行するようにすればよい。ベースライン計測を適宜行いながら、ウエハＷの各ショット領域の位置をＥＧＡ方式により検出する処理について、第４の処理例として説明する。
図１０は、第４の処理例として示すマークの位置計測方法による処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、基本的に前述した第２の処理例に示した処理例（図８）と同じである。第４の処理例に示す処理において第２の処理例と相違している点は、アライメント計測条件の変更があった場合、その直後に、使用するベースライン量を計測しなおす点である。具体的には、Ｙ軸方向のベースライン量を再計測するステップ（ステップＳ４１２）と、Ｘ軸方向のベースライン量を再計測するステップ（ステップＳ４２２）が追加されている。ステップＳ４１２では、ステップＳ４１１で設定されたアライメント条件（第１条件）下でベースライン量を計測し、ステップＳ４２２ではステップＳ４２１で設定されたアライメント条件（第２条件）下でベースライン量を計測する。ベースライン量の計測手法は、図９を参照して既述した通りであり、その他のステップについては図８を参照して既述した通りであるので、ここでの説明は省略する。
このように、アライメントセンサ２００の計測条件の変更がある毎に、ベースライン計測を行うことにより、計測条件の切り換えによりベースライン等にわずかな変動が生じた場合であっても、直ちにこれに対応することができ、結果としてマークの位置を高精度に計測することができ、高精度なアライメントが行える。
なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
例えば、露光装置１００の構成、アライメントセンサ２００の構成、主制御系３００の構成は、各々、図１、図２及び図４に示した構成に限られるものではない。
また、本実施形態では、アライメントセンサ２００として、オフアクシス方式のＦＩＡ系（結像式のアライメントセンサ）を用いる場合について説明したが、これに限らずいかなる方式のマーク検出系を用いても構わない。すなわち、ＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｒｅｔｉｃｌｅ）方式、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）方式、またオフアクシス方式の何れの方式であっても、更に検出方式がＦＩＡ系等で採用される結像方式（画像処理方式）以外、例えば回折光又は散乱光を検出する方式等であっても構わない。例えば、ウエハ上のアライメントマークにコヒーレントビームをほぼ垂直に照射し、当該マークから発生する同次数の回折光（±１次、±２次、……、±ｎ次回折光）を干渉させて検出するアライメント系でもよい。この場合、次数毎に回折光を独立に検出し、少なくとも１つの次数での検出結果を用いるようにしてもよいし、波長が異なる複数のコヒーレントビームをアライメントマークに照射し、波長毎に各次数の回折光を干渉させて検出してもよい。
また、本発明は前記各実施形態の如き、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に限らず、ステップ・アンド・リピート方式、又はプロキシミティ方式の露光装置（Ｘ線露光装置等）を始めとする各種方式の露光装置にも全く同様に適用が可能である。また、露光装置で用いる露光用照明光（エネルギービーム）は紫外光に限られるものではなく、Ｘ線（ＥＵＶ光を含む）、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線等でもよい。また、ＤＮＡチップ、マスク又はレチクル等の製造用に用いられる露光装置でもよい。
本開示は、２００４年４月２３日に提出された日本国特許出願第２００４−１２８５３６号に含まれた主題に関連し、その開示の全てはここに参照事項として明白に組み込まれる。

Claims (14)

  1. 所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第１マーク、及び該第１マークとは異なる複数の第２マークを、計測系を用いて計測する計測方法であって、
    前記マークから生じるビームを受光して得た光電変換信号を処理する際の信号処理条件を含む前記計測系の計測条件について、前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複数の第１マークを計測する時には、前記計測系の前記計測条件の少なくとも前記信号処理条件を第１条件に設定する第１工程と、
    前記所定基板上の前記第１マークの全てを前記第１条件下で計測した後に、前記計測条件の少なくとも前記信号処理条件を前記第１条件から第２条件に切り換え設定する第２工程と、
    前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複数の第２マークの全てを、前記第２条件下で計測する第３工程と
    を含むことを特徴とする計測方法。
  2. 前記計測系による計測の際の基準位置と、前記基板に対して所望の処理を行う処理系において該処理を施す際の位置を規定する基準位置との間隔であるベースライン量を、前記第１条件及び前記第２条件毎にそれぞれ計測する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の計測方法。
  3. 前記計測条件毎の前記ベースライン量の計測は、前記計測条件が切り換えられる度にその都度実行され、
    前記設定された計測条件下でのそれぞれの計測結果と、該設定された計測条件にそれぞれ対応する前記ベースライン量とに基づいて、前記処理系において前記処理を行う際の前記基板の目標移動位置を算出することを特徴とする請求項２に記載の計測方法。
  4. 前記計測条件は、さらに、前記マークを照明する照明ビームの照明条件、及び、前記照明ビームで照明されたマークから発生するビームを受光する際の受光条件、のうちの少なくとも１つの条件を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の計測方法。
  5. 前記計測系は前記照明ビームを前記マーク上に照射する照明光学系と、前記マークから生じたビームを受光する受光光学系とを備えており、
    前記照明条件は、前記照明ビームの波長、光量、及び前記照明光学系のＮＡ又はσの少なくとも１つを含み、
    前記受光条件は、前記受光光学系の光路内に、前記マークから生じる所定次数の回折ビームに対して所定の位相差を付与する位相付与部材を配置させた状態と、該位相付与部材を該光路外へ退避させた状態と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の計測方法。
  6. 前記計測系は前記マークを計測する際に変更可能な計測条件として、前記マークから生じるビームを受光して得た光電変換信号を処理する際の、波形解析（波形処理）アルゴリズムの選択、演算ユニットで使用するＥＧＡ計算モデルを含む信号処理アルゴリズムの選択、選択した各信号処理アルゴリズムで使用するパラメータの選択を含む信号処理条件を含み、
    前記所定基板上の第１マークを計測する時には、前記計測系の前記計測条件を第１条件に設定し、
    前記所定基板上の前記第２マークを計測する時には、前記計測系の前記計測条件を、前記第１条件とは異なる第２条件に設定することを特徴とする請求項４又は５に記載の計測方法。
  7. 前記第１マークは、前記基板上に積層された第１レイヤー上に形成されたマークであり、
    前記第２マークは、前記基板上に積層され、且つ前記第１レイヤーとは異なる第２レイヤー上に形成されたマークであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の計測方法。
  8. 前記第１マークは、２次元平面内の所定方向における前記基板の位置を測定するために形成されたマークであり、
    前記第２マークは、前記２次元平面内の前記所定方向と直交する方向における前記基板の位置を測定するために形成されたマークであることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の計測方法。
  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方法であって、
    前記マスク又は前記基板の少なくとも何れか一方について、請求項１〜８の何れか一項に記載の計測方法により、当該マスク又は当該基板に形成されたマークの位置を計測し、当該計測結果に基づいて前記マスク又は前記基板の位置決めを行う工程を含むことを特徴とする露光方法。
  10. 請求項１〜８の何れか一項に記載の計測方法により、物体上の計測対象を計測することを特徴とする計測装置。
  11. 所定基板上に形成され且つ被計測対象となっている複数の第１マーク、及び該第１マークとは異なる複数の第２マークを計測する計測装置であって、
    前記マークから生じるビームを受光して得た光電変換信号を処理する際の信号処理条件を含む前記計測装置の計測条件について、前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複数の第１マークを計測する時には、前記計測装置の前記計測条件の少なくとも前記信号処理条件を第１条件に設定し、前記複数の第２マークを計測する時には、該計測条件の少なくとも前記信号処理条件を該第１条件とは異なる第２条件に設定する条件設定手段と、
    前記所定基板上の前記第１マークの全てを前記第１条件下で計測した後に、前記計測条件を前記第１条件から第２条件に切り換え設定するよう、前記条件設定手段を制御する制御手段と
    を有することを特徴とする計測装置。
  12. 前記計測装置による計測の際の基準位置と、前記基板に対して所望の処理を行う処理装置において該処理を施す際の位置を規定する基準位置との間隔であるベースライン量を、前記設定された計測条件毎にそれぞれ保持する保持装置をさらに有することを特徴とする請求項１１記載の計測装置。
  13. 前記マークを計測する際に変更可能な前記計測装置の計測条件として、前記マークから生じるビームを受光して得た光電変換信号を処理する際の、波形解析（波形処理）アルゴリズムの選択、演算ユニットで使用するＥＧＡ計算モデルを含む信号処理アルゴリズムの選択、選択した各信号処理アルゴリズムで使用するパラメータの選択を含む信号処理条件を含み、
    前記所定基板上において前記被計測対象となっている前記マークのうち、前記複数の第１マークを計測する時には、前記計測装置の計測条件を第１条件に設定し、前記複数の第２マークを計測する時には、該計測条件を該第１条件とは異なる第２条件に設定する条件設定手段を有することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の計測装置。
  14. マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、
    前記マスク又は前記基板の少なくとも何れか一方について、請求項１０〜１３の何れか一項に記載の計測装置を用いて、当該マスク又は当該基板に形成されたマークの位置を計測し、当該計測結果に基づいて前記マスク又は前記基板の位置決めを行う位置決め装置を有することを特徴とする露光装置。
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