(57)【要約】【課題】フォーカス位置を安定して検出するために有利な技術を提供する。【解決手段】撮像素子の撮像面に撮像対象の像を形成する光学系のフォーカス位置を検出する検出方法は、前記光学系の光軸方向における複数の位置のそれぞれに前記撮像対象が位置する状態で前記撮像素子から出力される出力信号に基づいて第１組の評価値群Ｃ１および第２組の評価値群Ｃ２を含む複数組の評価値群を得る工程と、前記複数組の評価値群に基づいて第３組の評価値群Ｃ３を得る工程と、前記第３組の評価値群Ｃ３に基づいて前記フォーカス位置を検出する工程と、を含む。【選択図】図５
2020003575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の撮像面に撮像対象の像を形成する光学系のフォーカス位置を検出する検出方法であって、
前記光学系の光軸方向における複数の位置のそれぞれに前記撮像対象が位置する状態で前記撮像素子から出力される出力信号に基づいて第１組の評価値群および第２組の評価値群を含む複数組の評価値群を得る工程と、
前記複数組の評価値群に基づいて第３組の評価値群を得る工程と、
前記第３組の評価値群に基づいて前記フォーカス位置を検出する工程と、
を含むことを特徴とする検出方法。
【請求項２】
前記第３組の評価値群における最大値と最小値との差が、前記第１組の評価値群における最大値と最小値との差、および、前記第２組の評価値群における最大値と最小値との差の少なくとも一方より大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の検出方法。
【請求項３】
前記第３組の評価値群におけるピークの数が、前記第１組の評価値群におけるピークの数より小さい、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の検出方法。
【請求項４】
前記第３組の評価値群におけるピークの数が、前記第２組の評価値群におけるピークの数より小さい、
ことを特徴とする請求項３に記載の検出方法。
【請求項５】
前記第３組の評価値群におけるピークの数が１である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の検出方法。
【請求項６】
前記第３組の評価値群が複数のピーク値を有し、
前記第１組の評価値群が複数のピーク値を有し、
前記第３組の評価値群における前記複数のピーク値のうち最も大きいピーク値と２番目に大きいピーク値との差が、前記第１組の評価値群における前記複数のピーク値のうち最も大きいピーク値と２番目に大きいピーク値との差より大きい、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の検出方法。
【請求項７】
前記第２組の評価値群が複数のピーク値を有し、
前記第３組の評価値群における前記複数のピーク値のうち最も大きいピーク値と２番目に大きいピーク値との差が、前記第２組の評価値群における前記複数のピーク値のうち最も大きいピーク値を２番目に大きいピーク値との差より大きい、
ことを特徴とする請求項６に記載の検出方法。
【請求項８】
前記第２組の評価値群は、基準信号と前記撮像素子からの出力信号との相関度を示す、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の検出方法。
【請求項９】
前記基準信号は、前記光学系の光軸方向における前記複数の位置のそれぞれに前記撮像対象が位置する状態で前記撮像素子から出力される出力信号から選択された信号である、
ことを特徴とする請求項８に記載の検出方法。
【請求項１０】
前記基準信号を取得する工程を更に含む、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の検出方法。
【請求項１１】
前記第１組の評価値群は、前記撮像素子からの出力信号のコントラストを示す、
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の検出方法。
【請求項１２】
前記第３組の評価値群に基づいて前記フォーカス位置を検出する前記工程では、前記光軸方向における前記撮像対象の位置と前記第３組の評価値群が有するべき値との関係を示す近似式と、少なくとも２つの前記第３組の評価値群とに基づいて、前記フォーカス位置を検出する、
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の検出方法。
【請求項１３】
基板に設けられたマークの位置に基づいて前記基板と原版とを位置合わせする位置合わせ工程と、
前記位置合わせ工程の後に前記基板を露光する露光工程と、
前記露光工程の後に前記基板を現像する工程と、を含み、
前記位置合わせ工程では、撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に前記マークの像を形成する光学系とを有するアライメント検出系が使用され、
前記位置合わせ工程は、
前記光学系の光軸方向における複数の位置のそれぞれに前記マークが位置する状態で前記撮像素子から出力される出力信号に基づいて第１組の評価値および第２組の評価値を含む複数組の評価値を得る工程と、
前記複数組の評価値に基づいて第３組の評価値を得る工程と、
前記第３組の評価値に基づいて前記光学系のフォーカス位置を検出する工程と、
前記マークを前記フォーカス位置に位置させて前記マークの位置を検出する工程と、を含む、
ことを特徴とするリソグラフィー方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のリソグラフィー方法によって基板の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基板を加工する工程と、
を含むことを特徴とする物品製造方法。
【請求項１５】
撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に撮像対象の像を形成する光学系とを有する光学装置であって、
前記光学系の光軸方向における複数の位置のそれぞれに前記撮像対象が位置する状態で前記撮像素子から出力される出力信号に基づいて第１組の評価値および第２組の評価値を含む複数組の評価値を生成し、前記複数組の評価値に基づいて第３組の評価値を生成し、前記第３組の評価値に基づいて前記光学系のフォーカス位置を検出する制御部を備える、
ことを特徴とする光学装置。
【請求項１６】
基板を露光する露光装置であって、
基板に設けられたマークの位置を検出する検出装置と、
原版のパターンを前記基板に投影し前記基板を露光する投影光学系と、を備え、
前記検出装置は、撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に撮像対象の像を形成する光学系と、制御部と、を含み、
前記制御部は、前記光学系の光軸方向における複数の位置のそれぞれに前記撮像対象が位置する状態で前記撮像素子から出力される出力信号に基づいて第１組の評価値および第２組の評価値を含む複数組の評価値を生成し、前記複数組の評価値に基づいて第３組の評価値を生成し、前記第３組の評価値に基づいて前記光学系のフォーカス位置を検出し、前記フォーカス位置に前記マークが配置されるようにフォーカス動作を制御する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の露光装置を用いて基板の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基板を加工する工程と、
を含むことを特徴とする物品製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出方法、リソグラフィー方法、物品製造方法、光学装置および露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等の物品を製造する露光装置では、基板のショット領域に設けられたアライメントマークの位置を検出することによってショット領域と原版との位置合わせがなされる。露光装置は、アライメントマークを撮像することによってその位置を検出するアライメント検出系を備えている。高精度にアライメントマークの位置を検出するためには、ベストフォーカス状態においてアライメントマークを撮像する必要がある。アライメント検出系の物体面にアライメントマークが配置されている状態がベストフォーカス状態であり、ベストフォーカス状態からずれるとデフォーカス状態になる。アライメント検出系におけるアライメントマークのフォーカス状態は、基板をアライメント検出系の光軸方向の複数の位置に位置決めし、各位置においてアライメント検出系の撮像素子によってアライメントマークを撮像した結果に基づいて検出されうる。より具体的には、光軸方向の複数の位置のそれぞれにおける撮像素子からの出力信号から評価値（例えば、コントラスト）を算出することによって、光軸方向における位置と評価値との関係を示すカーブが得られる。そして、このカーブのピーク位置がベストフォーカス位置として検出される。このようなカーブは、評価値がコントラストである場合は、コントラストカーブと呼ばれる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９２２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フォーカス位置を検出する際に、アライメントマークが形成された基板の表面状態またはアライメント検出系による撮像条件等によっては、評価値のカーブが１つのピークではなく、複数のピークを有する場合がある。また、評価値のカーブが平坦で、ピーク位置が不明確な場合もある。このような状況では、検出されるフォーカス位置が安定しない。検出されるフォーカス位置が安定しないと、アライメントマークの位置の検出結果も安定しない。
【０００５】
本発明は、フォーカス位置を安定して検出するために有利な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの側面は、撮像素子の撮像面に撮像対象の像を形成する光学系のフォーカス位置を検出する検出方法に係り、前記検出方法は、前記光学系の光軸方向における複数の位置のそれぞれに前記撮像対象が位置する状態で前記撮像素子から出力される出力信号に基づいて第１組の評価値群および第２組の評価値群を含む複数組の評価値群を得る工程と、前記複数組の評価値群に基づいて第３組の評価値群を得る工程と、前記第３組の評価値群に基づいて前記フォーカス位置を検出する工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、フォーカス位置を安定して検出するために有利な技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の露光装置の構成を示す図。
【図２】アライメントマークの画像を例示する図。
【図３】コントラストカーブを例示する図。
【図４】フォーカスカーブ（ａ）、ＺＰ１で撮像を行った撮像素子の出力信号（ｂ）、ＺＰ２で撮像を行った撮像素子の出力信号（ｃ）を例示する図。
【図５】コントラスト（第１の評価値）、相関度（第２の評価値）および組合せ評価値（第３の評価値）のそれぞれのカーブを例示する図。
【図６】基板のショット領域の配置を例示する図。
【図７】フォーカス位置の検出範囲と評価値群のカーブとの関係を例示する図。
【図８】露光装置の動作シーケンスを例示する図。
【図９】フォーカス位置検出シーケンスの詳細を示す図。
【図１０】他の相関度を説明するための図。
【図１１】複数組の評価値群からフォーカス位置検出のための組合せ評価群を得る方法を説明するための図。
【図１２】コントラストカーブに基づいてフォーカス位置を推定する場合に生じうる問題点（ａ）、および、組合せ評価値群に基づいてフォーカス位置を推定する方法（ｂ）を説明する図。
【図１３】他のフォーカス位置検出シーケンスの詳細を示す図。
【図１４】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローの一例を示す図。
【図１５】ウエハプロセスの詳細なフローの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る検出方法、露光装置および光学装置が適用された一実施形態の露光装置の構成および動作の説明を通して本発明に係る検出方法、露光装置および光学装置の構成および動作を例示的に説明する。本発明に係る検出方法は、例えば、露光装置に組み込まれたアライメント検出系等の光学装置における光学系のフォーカス位置を検出するように適用されうる。本発明に係る光学装置は、例えば、露光装置として実施されうるほか、例えば、撮像対象を拡大して撮像する顕微鏡装置として実施されうる。以下の説明では、投影光学系ＰＯの光軸に平行な方向をＺ方向とするＸＹＺ座標系によって方向を示す。ＸＹ方向は、ＸＹ平面に平行な方向を意味する。
【００１０】
図１は、第１実施形態の露光装置１００の構成を示す図である。露光装置１００は、アライメント検出系ＯＡを使って原版（レチクル）Ｒと基板（ウエハ）Ｗとを位置合わせ（アライメント）した後に基板Ｗを露光する。基板Ｗの露光は、照明系ＩＬによって原版Ｒを露光光で照明し、原版Ｒのパターンを投影光学系ＰＯを介して基板Ｗに投影することによってなされる。基板Ｗは、表面に感光材層を有し、露光によって該感光材層に原版Ｒのパターンが転写され、潜像が形成される。この潜像は、現像工程を経ることによって物理的なパターンに変換される。基板Ｗは、基板チャックＣＨによって保持される。基板チャックＣＨは、ステージＳＴＧに搭載されていて、駆動機構ＤＭによって、例えばＸ、Ｙ、Ｚ方向に駆動されうる。ステージＳＴＧの位置は、干渉計ＩＦ等の計測器によって計測されうる。
【００１１】
露光装置１００は、制御部ＨＰを備えている。制御部ＨＰは、干渉計ＩＦによるステージＳＴＧの位置計測結果に基づいて駆動機構ＤＭを制御することによってステージＳＴＧを位置決めする。制御部ＨＰは、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組込まれた汎用又は専用のコンピュータ、又は、これらの全部または一部の組合せによって構成されうる。基板Ｗ上には、基板Ｗと原版Ｒとの位置合わせを行うために複数のマーク（アライメントマーク）ＭＡが設けられている。マークＭＡは、例えば、図２（ａ）に例示されているように、Ｘ方向およびＹ方向の位置情報を有する。
【００１２】
露光装置１００は、アライメント検出系ＯＡを備えている。アライメント検出系ＯＡは、基板Ｗに設けられたマークＭＡの位置（ＸＹ方向の位置）を検出する検出装置である。アライメント検出系ＯＡを使ってマークＭＡの位置を検出する際には、マークＭＡがアライメント検出系ＯＡの検出範囲ＡＲ内に入るように、ステージＳＴＧが位置決めされる。
【００１３】
アライメント検出系ＯＡは、例えば、照明光源ＬＩ、光学系ＯＬ、ハーフミラーＭおよび撮像素子Ｓを含みうる。照明光学系ＬＩから射出された照明光は、ハーフミラーＭで反射され、光学系ＯＬを介してマークＭＡを照明しうる。マークＭＡからの反射光または散乱光は、光学系ＯＬを介して撮像素子Ｓの撮像面に撮像対象であるマークＭＡの像を形成する。撮像素子Ｓは、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等のイメージセンサを含みうる。撮像素子Ｓは、その撮像面に形成されたマークＭＡの像に対応する電気的な画像信号を発生し、制御部ＨＰに供給する。露光装置１００は、撮像素子Ｓと、撮像素子Ｓの撮像面に撮像対象であるマークＭＡの像を形成する光学系ＯＬを有する光学装置として理解されてもよい。
【００１４】
制御部ＨＰは、アライメント計測において、アライメント検出系ＯＡから出力される画像信号を処理することによって基板Ｗ上のマークＭＡの位置（ＸＹ方向の位置）を検出する。また、制御部ＨＰは、アライメント計測において、マークＭＡの位置の他、干渉計ＩＦからの情報に基づいて、基板Ｗに配置された複数のショット領域の配列情報を取得しうる。制御部ＨＰは、この配列情報に基づいて、基板Ｗの複数のショット領域に順次に原版Ｒのパターンが転写されるように駆動機構ＤＭを制御する。
【００１５】
アライメント検出系ＯＡ（光学系ＯＬ）のフォーカス位置の検出では、ステージＳＴＧをＺ方向（アライメント検出系ＯＡの光軸方向）における複数の位置に位置決めしながら、該複数の位置のそれぞれでアライメント検出系ＯＡによって撮像が行われる。これによって得られる複数の画像を評価することによって、アライメント検出系ＯＡのフォーカス位置が決定されうる。グローバルアライメント計測においては、アライメント検出系ＯＡを使って基板Ｗの複数のショット領域のマークＭＡの位置が検出される。個々のメントマークＭＡの位置の検出精度を高めるためには、個々のマークＭＡについてフォーカス位置（マークＭＡをアライメント検出系ＯＡのフォーカス位置に配置させるためのステージＳＴＧのＺ方向の位置）が決定されるべきである。
【００１６】
アライメント検出系ＯＡのフォーカス位置を決定するために使われる評価値としては、例えば、コントラストを挙げることができる。これは、コントラストが高いと、電気ノイズに代表されるランダムノイズ成分の影響が相対的に低くなり、計測再現性の向上が見込まれるためである。図２（ａ）にはフォーカスが合っている状態（ベストフォーカス状態）で観察されるマークＭＡが示され、図２（ｂ）には、フォーカスが合っていない状態（デフォーカス状態）で観察されるマークＭＡが示されている。デフォーカス状態では、マークＭＡの輝度の最大値と最小値との差が小さく、つまり、コントラストが低い。コントラストの算出方法としては、例えば、（式１）または（式２）が代表的である。
【００１７】
（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）／（Ｌｍａｘ＋Ｌｍｉｎ）  ・・・（式１）
Ｌｍａｘ／Ｌｍｉｎ                              ・・・（式２）
ここで、Ｌｍａｘは、アライメント検出系ＯＡの検出範囲ＡＲ内の輝度の最大値であり、Ｌｍｉｎは、アライメント検出系ＯＡの検出範囲ＡＲ内の輝度の最小値である。
【００１８】
フォーカス位置の検出では、まず、検出対象のマークＭＡがアライメント検出系ＯＡの検出範囲ＡＲ内に入るように駆動機構ＤＭによってステージＳＴＧが駆動される。そして、駆動機構ＤＭによってステージＳＴＧをＺ方向における複数の位置に位置決めしながら、該複数の位置のそれぞれでアライメント検出系ＯＡの撮像素子ＳによるマークＭＡの撮像が行われる。これによって、Ｚ方向における複数の位置にそれぞれ対応する、マークＭＡの複数の画像が得られる。そして、マークＭＡの複数の画像のそれぞれから評価値としてのコントラストが計算されうる。これにより、ステージＳＴＧ（マークＭＡ）のＺ方向における位置と撮像された画像のコントラストとの相関関係が得られる。
【００１９】
図３（ａ）は、このようにして得られる相関関係の一例を視覚的に示したものであり、図３（ａ）中のカーブは、コントラストカーブと呼ばれる。理想的には、コントラストカーブは、凸型のカーブである。コントラストカーブのピーク（頂点）におけるＺ方向の位置は、アライメント検出系ＯＡ（光学系ＯＬ）のフォーカス位置（ベストフォーカス状態が得られるステージＳＴＧのＺ方向の位置）である。コントラストカーブの頂点におけるＺ方向の位置は、例えば、頂点付近の数点を用いて重心計算を行って精密に計算することができる。
【００２０】
コントラストカーブが有するピークの個数が１である場合は、プロセスばらつきがあっても、ピークの位置（Ｚ方向の位置）やコントラスト値が微小に変化するだけである。したがって、オーバーレイ精度に対する影響が少ない安定したフォーカス位置検出を行なうことができる。しかし、コントラストカーブが複数のピークを有する場合は、プロセスばらつきがあると、検出されるフォーカス位置が大きく変化しうる。例えば、アライメント検出系ＯＡの照明σを小さくした場合のコントラストカーブは、図３（ｂ）のようになりうる。図３（ｂ）を参照すると、コントラストカーブが２つのピークを有する。この場合、プロセスばらつきによってショット領域毎または基板毎にマークの状態が変化し、それによって、最大値を示すピークが２つのピークの間で入れ替わりうる。そのため、ショット領域毎または基板毎に、何れのピークの位置がフォーカス位置として検出されるかが変わってしまい、マークの位置の検出時のフォーカス位置にばらつきが生じうる。
【００２１】
アライメント検出系ＯＡには、光学系の組立および調整の誤差に起因して、基板ＷのＺ方向の位置によって、検出されるマークの位置（ＸＹ方向の位置）がシフトするという問題が存在しうる。そのため、マークの位置の検出時にフォーカス位置がばらつくと、それに伴ってマークの位置の検出値もばらつきを起こし、基板Ｗ（ショット領域）と原版Ｒとの位置合わせ精度に大きな影響をもたらすこととなる。このばらつきを考えると、コントラストカーブが１つのピークしか持たない照明条件および検出条件でフォーカス位置の検出を行えばよい。しかし、撮像素子Ｓからの出力信号（画像信号）のコントラストは、プロセスによっては低い場合がある。この場合、照明σを小さくし、コントラストを上げる手法を採らなければ、高い精度でフォーカス位置の検出を行うことができない。しかし、照明σを小さくすると、複数のピークが発生する可能性がある。
【００２２】
そこで、以降では、フォーカス位置とマークＭＡを撮像する撮像素子Ｓの出力信号の評価値（例えば、コントラスト）との関係を示すカーブに複数のピークが発生した場合であっても、安定したフォーカス位置の検出を可能にする方法について説明する。
【００２３】
以下では、露光装置においてアライメント検出系ＯＡ（の光学系ＯＬ）のフォーカス位置を検出する方法について説明する。図４（ａ）は、複数のピークを有するコントラストカーブを例示している。図４（ａ）において、横軸がステージＳＴＧのＺ方向の位置、縦軸が評価値としてのコントラストを示している。なお、ステージＳＴＧのＺ方向の位置、チャックＣＨのＺ方向の位置、基板Ｗ（マークＭＡ）のＺ方向の位置は、相互に一定の差を有するが、この差を除けば等価な情報である。したがって、ステージＳＴＧのＺ方向の位置は、チャックＣＨのＺ方向の位置または基板Ｗ（マークＭＡ）のＺ方向の位置で読み替えられてもよい。
【００２４】
図４（ａ）において、第１のピーク位置（コントラストが第１のピークを示すときのＺ方向の位置）をＺＰ１、第２のピーク位置（コントラストが第２のピークを示すときのＺ方向の位置）をＺＰ２とする。図４（ｂ）は、第１のピーク位置ＺＰ１で撮像を行った撮像素子Ｓの出力信号ＷＺＰ１であり、横軸がＺ方向と直交する方向、即ち、マークＭＡの平面方向（図４（ｂ）ではＸ方向）を示している。図４（ｃ）は、第２のピーク位置ＺＰ２で撮像を行った撮像素子Ｓの出力信号ＷＺＰ２であり、横軸がＺ方向と直交する方向、即ち、マークＭＡの平面方向（図４（ｃ）ではＸ方向）を示している。
【００２５】
第１のピーク位置ＺＰ１におけるコントラストと第２のピーク位置ＺＰ２におけるコントラストとはほぼ同じである。したがって、プロセスばらつきが存在すると、第１のピーク位置ＺＰ１をフォーカス位置として判断する場合と、第２のピーク位置ＺＰ２をフォーカス位置として判断する場合とが発生しうる。
【００２６】
一方で、出力信号ＷＺＰ１の形状と出力信号ＷＺＰ２の形状とは互いに異なっていることが分かる。したがって、第１のピーク位置ＺＰ１と第２のピーク位置ＺＰ２とは、撮像素子Ｓの出力信号から評価値を得る方法を工夫することによって区別可能である。本実施形態では、制御部ＨＰは、撮像素子Ｓの出力信号に基づいて第１組の評価値群と、第１組の評価値群とは異なる評価方法で評価された第２組の評価値群とを生成し、更に、第１組の評価値群と第２組の評価値群とに基づいて第３組の評価値群を生成する。そして、制御部ＨＰは、第３組の評価値群に基づいてアライメント検出系ＯＡ（光学系ＯＬ）のフォーカス位置を検出する。
【００２７】
ここで、第１組の評価値群は、マークＭＡがＺ方向の複数の位置のそれぞれに位置する状態で撮像素子Ｓによって撮像され撮像素子Ｓから出力される複数の出力信号にそれぞれ対応する複数の第１の評価値の集合体である。この例では、第１組の評価値群を構成する複数の第１の評価値の各々は、マークＭＡがＺ方向の１つの位置に位置するときに撮像素子Ｓによって撮像され撮像素子Ｓから出力された出力信号から得られるコントラストである。第２組の評価値群は、マークＭＡがＺ方向の複数の位置のそれぞれに位置する状態で撮像素子Ｓによって撮像され撮像素子Ｓから出力される複数の出力信号にそれぞれ対応する複数の第２の評価値の集合体である。第３組の評価値群は、第１組の評価値群と第２組の評価値群とから生成される複数の第３の評価値の集合体である。
【００２８】
本実施形態では、制御部ＨＰは、第２組の評価値群を生成するための準備として、第１のピーク位置ＺＰ１を、フォーカス位置を決定するために使う基準ピーク位置として決定する。そして、制御部ＨＰは、基準ピーク位置における撮像素子Ｓからの出力信号（以下、「基準ピーク出力信号」ともいう）ＷＺＰ１に基づいて、第２組の評価値群を算出する。
【００２９】
第２組の評価値群は、この例では、基準ピーク出力信号ＷＺＰ１と、マークＭＡがＺ方向の複数の位置のそれぞれに位置する状態で撮像素子Ｓによって撮像され撮像素子Ｓから出力される複数の出力信号のそれぞれと、の相関度である。つまり、この例では、第２組の評価値群を構成する複数の評価値の各々は、基準ピーク出力信号ＷＺＰ１と、マークＭＡがＺ方向の１つの位置に位置するときに撮像素子Ｓによって撮像され撮像素子Ｓから出力された出力信号と、の相関度である。この例では、第１のピーク位置ＺＰ１を基準ピーク位置としたが、第２のピーク位置ＺＰ２を基準ピーク位置としてもよい。複数のショット領域、および、複数の基板に関して、第１組の評価値群における複数のピークのうち同じピークを計測するために、共通の基準ピーク出力信号が使われる。基準ピーク出力信号は、相関度を算出するための基準信号として理解されうる。
【００３０】
相関度を算出する方法としては、基準ピーク出力信号とこれに対する相関度を求める対象の出力信号（撮像素子Ｓの出力信号）との差の絶対値和を算出する方法があり、この方法は、例えば（式３）で示される。相関度を算出する他の方法としては、正規化相互相関を算出する方法があり、この方法は、例えば（式４）で示される。ここで、撮像素子Ｓの出力信号の平面方向（例えばＸ方向）における出力値数（画素数）をＮとする。また、基準ピーク出力信号の出力値をＷＺＰ（ｎ）、Ｚ方向におけるｎ個目の位置での出力信号（画像信号）の出力値をＺＰＡ（ｎ）、１≦ｎ≦Ｎ、出力値の最大値Ｏｍａｘ、相関度をＣｏｒｒとする。
【００３１】
【数３】
2020003575.tif 000003
・・・（式３）
【００３２】
【数４】
2020003575.tif 000004
・・・（式４）
相関度Ｃｏｒｒは、ＺＰＡ（ｎ）とＷＺＰ（ｎ）が０以上の場合は、０≦Ｃｏｒｒ≦１となり、１に近いほど相関度が高い。
【００３３】
図５には、第１組の評価値群、第２組の評価値群および第３組の評価値群が例示されている。第１組の評価値群は、図４（ａ）と同じである。第１組の評価値群は、Ｚ方向におけるマークＭＡの位置に応じて変化するコントラストのカーブＣ１を提供する。第２組の評価値群は、Ｚ方向におけるマークＭＡの位置に応じて変化する相関度のカーブＣ２を提供する。カーブＣ１が複数のピークを有するのに対して、カーブＣ２は、第１のピーク位置ＺＰ１にのみピークを有する。
【００３４】
本実施形態では、制御部ＨＰは、第１組の評価値群である複数のコントラストと第２組の評価値群である複数の相関度とを組合せて第３組の評価値群である組合せ評価値群（複数の組合せ評価値）を算出する。ここで、複数組の評価値群を組合せることは、複数組の評価値群を変数とする関数の値を求めることを意味する。組合せの具体的な手法としては、Ｚ方向の各位置における第１組の評価値（コントラスト）と第２組の評価値（相関度）とを乗算することによって第３組の評価値群を得る方法を挙げることができる。カーブＣ３は、Ｚ方向の各位置における第１組の評価値（コントラスト）と第２組の評価値（相関度）とを乗算することによって第３組の評価値群によって構成されるカーブである。本実施形態におけるフォーカス位置検出では、制御部ＨＰは、第３組の評価値群のカーブＣ３に基づいてフォーカス位置を決定する。
【００３５】
第３組の評価値群（カーブＣ３）における最大値と最小値との差は、第１組の評価値群（カーブＣ１）における最大値と最小値との差、および、第２組の評価値群（のカーブＣ２）における最大値と最小値との差、の少なくとも一方よりも大きいことが好ましい。他の観点では、ＺＰ１とＺＰ２との間の区間において、カーブＣ３における最大値と最小値との差は、カーブＣ１における最大値と最小値との差、および、カーブＣ２における最大値と最小値との差の少なくとも一方よりも大きいことが好ましい。更に他の観点においては、ＺＰ１、ＺＰ２におけるカーブＣ３の値の差は、ＺＰ１、ＺＰ２におけるカーブＣ１の値の差、および、ＺＰ１、ＺＰ２におけるカーブＣ２の値の差、の少なくとも一方よりも大きいことが好ましい。
【００３６】
フォーカス位置の検出の安定化の観点において、第３組の評価値群におけるピークの数は、第１組の評価値群におけるピークの数より小さいことが好ましい。これに加えて、第３組の評価値群におけるピークの数が第２組の評価値群におけるピークの数より小さいことが更に好ましい。あるいは、第３組の評価値群におけるピークの数は、１であることが最も好ましい。
【００３７】
第３組の評価値群が複数のピーク値を有し、第１組の評価値群が複数のピーク値を有する場合もありうる。このような場合は、第３組の評価値群における複数のピーク値のうち最も大きいピーク値と２番目に大きいピーク値との差が、第１組の評価値群における複数のピーク値のうち最も大きいピーク値と２番目に大きいピーク値との差より大きいことが好ましい。これに加えて、第２組の評価値群も複数のピーク値を有しうる。この場合、第３組の評価値群における複数のピーク値のうち最も大きいピーク値と２番目に大きいピーク値との差が、第２組の評価値群における複数のピーク値のうち最も大きいピーク値と２番目に大きいピーク値との差異より大きいことが好ましい。
【００３８】
露光装置１００におけるアライメント計測では、基板Ｗの複数のショット領域のそれぞれに配置されたマークＭＡが計測される。したがって、フォーカス位置検出も複数のショット領域のそれぞれに配置されたマークＭＡについて実施される。図６には、基板Ｗ上に設定されたアライメント計測用の複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ４が例示されている。
【００３９】
図７を参照しながらショット領域Ｓ１およびショット領域Ｓ２についてフォーカス位置の検出を行う例を説明する。まず、制御部ＨＰは、ショット領域Ｓ１のマークＭＡがアライメント検出系ＯＡの検出範囲ＡＲ内に入るように、駆動機構ＤＭにステージＳＴＧを駆動させる。その後、制御部ＨＰは、図７（ａ）に示されたＺ方向の駆動範囲Ｗ１内の複数の位置にステージＳＴＧが位置決めされるように駆動機構ＤＭを制御する。また、制御部ＨＰは、駆動範囲Ｗ１内の複数の位置のそれぞれにおいて、撮像素子ＳにマークＭＡを撮像させ、撮像素子Ｓからの出力信号を取得する。その後、制御部ＨＰは、駆動範囲Ｗ１内の各位置について、撮像素子Ｓの出力信号から第１の評価値としてコントラストを算出する。これにより、駆動範囲Ｗ１内の複数の位置のそれぞれに対応する複数の第１の評価値の集合体である第１組の評価値群が算出される。図７（ｂ）には、第１組の評価値群としてのコントラストのカーブＣ４が例示されている。カーブＣ４には第１のピークＺＰ３と第２のピークＺＰ４が存在する。この例では、制御部ＨＰは、第１のピークＺＰ３を基準ピーク位置とする。
【００４０】
制御部ＨＰは、基準ピーク位置ＺＰ３における撮像素子Ｓの出力信号と駆動範囲Ｗ１内の各位置における撮像素子Ｓの出力信号との相関度を第２の評価値として算出する。これにより、駆動範囲Ｗ１内の複数の位置のそれぞれに対応する複数の第２の評価値の集合体である第２組の評価値群が算出される。その後、制御部ＨＰは、第１組の評価値群と第２組の評価値群とを組合せて、第３組の評価値群である組合せ評価値群（複数の組み合せ評価値）を算出する。図７（ｂ）には、組合せ評価値群のカーブＣ５が例示されている。駆動範囲Ｗ１における組合せ評価値群のカーブＣ５に基づいて、制御部ＨＰは、第１のピークＺＰ３をフォーカス位置として決定する。
【００４１】
次に、制御部ＨＰは、ショット領域Ｓ２のマークＭＡがアライメント検出系ＯＡの検出範囲ＡＲ内に入るように駆動機構ＤＭにステージＳＴＧを駆動させる。基板Ｗの表面は、凹凸を有し、ショット領域Ｓ１のＺ方向の位置に対してショット領域Ｓ２のＺ方向の位置がずれている場合がある。ショット領域Ｓ１のＺ方向の位置を基準としてフォーカス計測時のステージＳＴＧのＺ方向の駆動範囲Ｗ２を決定した場合、ショット領域Ｓ２のマークＭＡから得られるコントラストカーブは、図７（ｄ）のカーブＣ６のようになりうる。駆動範囲Ｗ２内に範囲が制限されたカーブＣ６は、第２のピーク位置ＺＰ６に１つのピークを有するだけである。このような場合、カーブＣ６を用いてフォーカス位置を検出すると、第２のピーク位置ＺＰ６をフォーカス位置として決定してしまうため、ショット領域Ｓ１とショット領域Ｓ２とでフォーカス位置の決定の基準が異なることになる。
【００４２】
一方、ショット領域Ｓ２のマークＭＡについての組合せ評価値群のカーブは、図７（ｄ）のカーブＣ７のようになる。駆動範囲Ｗ２において、カーブＣ７は、単調増加していて、ピークを有しない。したがって、駆動範囲Ｗ２におけるカーブＣ７からフォーカス位置を検出することはできない。そこで、制御部ＨＰは、駆動範囲を変更しフォーカス位置の検出を再実行する。再実行の結果、制御部ＨＰは、新たな駆動範囲Ｗ３についての組合せ評価値群のカーブＣ７から第１のピーク位置ＺＰ５をフォーカス位置として検出することができる。
【００４３】
以下、図８を参照しながら露光装置の動作シーケンスを説明する。この動作シーケンスは、制御部ＨＰによって制御される。工程Ｓ００１では、露光装置に基板（ウエハ）Ｗが搬入される。工程Ｓ００２では、基板Ｗのプリアライメントが行われる。プリアライメントは、例えば、基板Ｗの２つのマークを不図示の低倍率のアライメントスコープの位置で検出し、この検出結果に基づいて基板Ｗのシフト、倍率、および、ローテーションを決定する処理である。
【００４４】
工程Ｓ００３では、現在の処理対象の基板Ｗが複数の基板からなるロット中の１枚目の基板であるかどうかが判断され、１枚目の基板Ｗである場合には工程Ｓ００４においてフォーカス位置検出が実行された後に工程Ｓ００５が実行される。一方、現在の処理対象の基板Ｗがロット中の２枚目以降である場合には、工程Ｓ００４が実行されることなく、工程Ｓ００５が実行される。工程Ｓ００５では、グローバルアライメントが実行される。グローバルアライメントは、高倍率のアライメント検出系ＯＡを使って基板Ｗの複数のマークＭＡの位置（ＸＹ方向の位置）を検出し、この検出結果に基づいて基板Ｗ上の各ショット領域の位置を決定する処理である。マークＭＡの位置を検出する際に、マークＭＡがアライメント検出系ＯＡの光学系ＯＬの物体面にマークＭＡの高さが一致するように、制御部ＨＰは、工程Ｓ００４で検出されたフォーカス位置に応じて駆動機構ＤＭにステージＳＴＧを駆動させる。このような動作は、フォーカス動作と呼ばれる。つまり、工程Ｓ００５では、マークＭＡをフォーカス位置に位置させるフォーカス動作を行った後に、アライメント検出系ＯＡを使ってマークＭＡの位置（ＸＹ方向の位置）を検出する。
【００４５】
工程Ｓ００６では、基板Ｗの複数のショット領域に対して順次に露光処理が行われ、工程Ｓ００７では、基板Ｗが搬出される。工程Ｓ００８では、ロット内の全ての基板Ｗに対する露光処理が終了したかどうかが判断され、ロット内の全ての基板Ｗに対する露光処理が終了した場合には、一連の動作シーケンスが終了する。一方、未処理の基板Ｗが残っている場合には、その基板Ｗについて工程Ｓ００１〜Ｓ００７が実行される。
【００４６】
図９には、図８の工程００４（フォーカス位置検出）の詳細なシーケンスが示されている。以下、図９を参照しながらフォーカス位置検出について説明する。工程Ｓ１０１では、制御部ＨＰは、フォーカス位置の検出対象のマークＭＡがアライメント検出系ＯＡの検出範囲ＡＲ内に入るように、駆動機構ＤＭにステージＳＴＧを駆動させる。工程Ｓ１０２では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の駆動範囲内の複数の位置にステージＳＴＧが位置決めされるように駆動機構ＤＭを制御する。また、工程Ｓ１０２では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の駆動範囲内の複数の位置のそれぞれにおいて、撮像素子ＳにマークＭＡを撮像させ、撮像素子Ｓからの出力信号を取得する。工程Ｓ１０３では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の駆動範囲内の各位置について、撮像素子Ｓの出力信号から第１の評価値としてコントラストを算出する。つまり、工程Ｓ１０３では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の複数の位置にそれぞれ対応する複数のコントラスト（第１組の評価値群）を算出する。これにより、コントラストカーブが得られる。
【００４７】
工程Ｓ１０４では、制御部ＨＰは、現在の処理対象の基板Ｗについて既に基準ピーク出力信号を取得しているかどうかを判断し、取得済の場合には工程Ｓ１０７に進み、未取得の場合には、工程Ｓ１０５に進む。基準ピーク出力信号は、基板のプロセス条件、マークＭＡの種類、アライメント検出系ＯＡの照明条件に依存するため、それぞれの条件毎に取得することが望ましい。
【００４８】
工程Ｓ１０５では、制御部ＨＰは、工程Ｓ１０３で得たコントラストカーブに基づいてフォーカス位置を決定する。工程Ｓ１０６では、制御部ＨＰは、工程Ｓ１０５で決定したフォーカス位置における撮像素子Ｓからの出力信号を基準ピーク出力信号として保存する。工程Ｓ１０７では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の各位置について、基準ピーク出力信号と撮像素子Ｓからの出力信号との相関度を、第２の評価値として、算出する。つまり、工程Ｓ１０７では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の複数の位置にそれぞれ対応する複数の相関度（第２組の評価値群）を算出する。工程Ｓ１０８では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の各位置について、第１組の評価値群である複数のコントラストと第２組の評価値群である複数の相関度とを組合せた組合せ評価値群（複数の組合せ評価値）を、第３組の評価値群として、算出する。工程Ｓ１０９では、制御部ＨＰは、第３組の評価値群としての組合せ評価値群に基づいてフォーカス位置を決定（検出）する。工程Ｓ１１０では、制御部ＨＰは、フォーカス位置の検出対象の全てのマークについてフォーカス位置の検出が終了したかどうかを判断し、未検出のマークについて工程Ｓ１０１〜Ｓ１０９を実行する。一方、フォーカス位置の検出対象の全てのマークについてフォーカス位置の検出が終了したら図８の工程Ｓ００５に進む。
【００４９】
上記の実施形態では、フォーカス位置を検出するために、第１の評価値としてコントラスト、第２の評価値として基準ピーク位置の出力信号とＺ方向の各位置の出力信号との相関度を例に挙げて説明したが、評価値としてはこれらに限定しない。フォーカス位置では反射光がより多く撮像素子Ｓに入射するため、撮像領域内の最大光量、あるいは、積算光量を評価値として用いることができる。また、マークの対称性、マークの凹凸の度合いなども評価値となりうる。ここに挙げた評価値のそれぞれについて、基準ピーク位置の評価値とＺ方向の各位置の評価値との相関度を求めて、これを相関度に関する評価値とすることもできる。
【００５０】
コントラストと撮像素子Ｓの出力信号との相関度以外の、相関度に関する評価値の一例として、図１０を用いて、マークの凹凸の度合いＵｎｅｖｅｎｎｅｓｓを算出する方法を説明する。マークを撮像した時の撮像素子Ｓの出力信号ＳＩＧに対して、マークの中心から左側に計測ウィンドウＷｌ、右側に計測ウィンドウＷｒをそれらが相互に対称になるように設定する。この時、左ウィンドウＷｌの左端の値をＬ１、右端の値をＬ２、右ウィンドウＷｒの左端の値をＬ３、右端の値をＬ４とすると、Ｕｎｅｖｅｎｎｅｓｓは、次の式５で表される。
【００５１】
【数５】
2020003575.tif 000005
・・・（式５）
【００５２】
Ｕｎｅｖｅｎｎｅｓｓ＞０の場合は凸形状、Ｕｎｅｖｅｎｎｅｓｓ＜０の場合は凹形状、Ｕｎｅｖｅｎｎｅｓｓ＝０の場合は平坦な形状であることを意味する。前述した基準ピーク位置の出力信号とＺ方向の各位置の出力信号との相関度と同じように、基準ピーク位置のＵｎｅｖｅｎｎｅｓｓとＺ方向の各位置のＵｎｅｖｅｎｎｅｓｓとの相関度を求めて、これを相関度に関する評価値とすることができる。
【００５３】
組合せる評価値は２つに限らず、２つ以上の評価値を組合せて、ピークが一意に決まるような評価値カーブが得られる組合せ評価値を採用可能である。評価値の組合せ方法は、評価値の数の増加に応じて増加する。そこで、これ以降では、評価値の組合せを導き出す方法について説明する。ここで説明する方法は、制御部ＨＰによって実行されうる。
【００５４】
図１１には、Ｎ個の評価値Ｄ１〜ＤＮが例示されている。まず、第１組の評価値群として評価値群Ｄ１（例えば、コントラスト）を選択する。評価値群Ｄ１は、第１のピークと、第２のピークとを有し、それぞれのピーク位置（Ｚ方向の位置）は、第１のピーク位置ＺＰ７、第２のピーク位置ＺＰ８である。例えば、第１のピーク位置ＺＰ７を基準ピーク位置とすることができる。
【００５５】
第１組の評価値群である評価値群Ｄ１と他の（Ｎ−１）組の評価値群Ｄ２〜ＤＮの１つとを組合せて（Ｎ−１）組の組合せ評価値群が生成されうる。そして、第１のピーク位置ＺＰ７と第２のピーク位置ＺＰ８との区間における（Ｎ−１）組の組合せ評価値群のそれぞれの変化量（最大値と最小値との差）が算出されうる。このとき、第１のピーク位置ＺＰ７での組合せ評価値の方が第２のピーク位置ＺＰ８での組合せ評価値よりも大きくなるものとする。（Ｎ−１）組の組合せ評価値群について変化量が算出され、変化量が最も大きい組合せ評価値群（その組合せ評価値を得るための２つの評価値）が選択されうる。更に、３組以上の評価値群を組合せて組合せ評価値群を得てもよい。この場合においても、第１のピーク位置ＺＰ７と第２のピーク位置ＺＰ８との間の区間における組合せ評価値群の変化量が最も大きい組合せ評価値群（その組合せ評価値を得るための３以上の評価値）が選択されうる。
【００５６】
以上を要約すると、本実施形態の検出方法は、撮像素子Ｓの撮像面に撮像対象としてのマークＭＡの像を形成する光学系ＯＬのフォーカス位置を検出する検出方法であって、第１工程と、第２工程と、第３工程とを含む。該第１工程では、光学系ＯＬの光軸方向であるＺ方向における複数の位置のそれぞれにマークＭＡが位置する状態で撮像素子Ｓから出力される出力信号に基づいて第１組の評価値群および第２組の評価値群を含む複数組の評価値群を得る。該第２工程では、該お複数組の評価値群に基づいて第３組の評価値群を得る。該第３工程では、該第３組の評価値群に基づいて光学系ＯＬのフォーカス位置（物体面位置）を検出する。
【００５７】
上記の説明では、第１組の評価値群のカーブが複数のピークを有するが、１つのピークのみ有するが、カーブのピークとその他の領域との差が小さく平坦な形状となる場合においても、組合せ評価値群による評価が有用である。このような場合においても、組合せ評価値群を利用することによって、ピークとその他の領域との差が大きくなり、フォーカス位置検出を安定して行うことができる。組合せ評価値群の選定方法は、第１組の評価値群が複数のピークを有する前述の例に従いうる。ただし、第２のピーク位置の代わりに、例えば、第１のピーク位置から一定量離れた位置が使用されうる。
【００５８】
本実施形態によれば、第１組の評価値群のカーブが複数のピークを有する場合や、ピークが明確ではない場合においても、検出されるフォーカス位置のばらつきを抑えることができる。
【００５９】
以下、第１組の評価値群と第２組の評価値群との組合せによって得られる第３組の評価値群に基づいてフォーカス位置を推定する方法を説明する。まず、図１２（ａ）を参照しながらコントラストカーブに基づいてフォーカス位置を推定する場合に生じうる問題点を説明する。図１２（ａ）には、第１組の評価値群（複数のコントラスト）のカーブＣ８が例示されている。カーブＣ８は、複数のピークとして第１のピークと第２のピークとを有する。第１のピーク、第２のピークのぞれぞれのＺ方向の位置は、第１のピーク位置ＺＰ９、第２のピーク位置ＺＰ１０である。このような場合において、第１のＺ位置（Ｚ方向の位置）ｚ１におけるコントラストＰ１と第２のＺ位置ｚ２におけるコントラストＰ２が、第３のＺ位置ｚ３におけるコントラストＰ３と第４のＺ位置ｚ４におけるコントラストＰ４と同等の値をとりうる。そのため、カーブＣ８から回帰曲線を算出して、回帰曲線に基づいてフォーカス位置を推測しようとしても、同等のコントラストが複数個所に存在するために、２点のコントラストからはピーク位置を一意に推測することができない。このような場合は、少なくとも３つのＺ位置における評価値を用いてピーク位置を推測する必要がある。
【００６０】
次に、図１２（ｂ）を参照しながら組合せ評価値群に基づいてフォーカス位置を推定する方法を説明する。図１２（ｂ）には、第１組の評価値群としての複数のコントラストと第２組の評価値群としての複数の相関度とを組合せて得られた第３組の評価値群としての組合せ評価値群（複数の組合せ評価値）のカーブＣ９が例示されている。カーブＣ９は、１つのピークのみを有するように複数組の評価値群を組合せて得られた組合せ評価値群の一例である。組合せ評価値群のカーブが１つのピークのみを有するかどうかは、例えば、組合せ評価値群のカーブが有する極大値の数に基づいて判断することができる。１つのピークのみを組合せ評価値群のカーブが有するように組合せ評価値群の生成方法を決定することによって、２つのＺ位置に基づいてピーク位置、即ち、フォーカス位置を推定（決定）することができる。
【００６１】
図１２（ｂ）の例では、組合せ評価値群Ｃ９の回帰曲線Ｃ９´を算出し、回帰曲線Ｃ９´を用いて、２つの組合せ評価値、即ち、第１のＺ位置ｚ５の組合せ評価値Ｐ５と第２のＺ位置ｚ６の組合せ評価値Ｐ６とからフォーカス位置ＺＰ１１を推測することができる。組合せ評価値群Ｃ９を２次近似した回帰曲線（近似式）は、例えば、式６で表される。
【００６２】
Ｐ＝ａ１ｚ２＋ａ２ｚ＋ａ３  ・・・（式６）
ここで、Ｐは組合せ評価値、ｚはＺ位置（Ｚ方向のうち）である。係数ａ１〜ａ３は、あらかじめ算出した既知の値となる。第１のＺ位置ｚ５の組合せ評価値Ｐ５と第２のＺ位置ｚ６の組合せ評価値Ｐ６とを式６に当てはめると、
Ｐ５＝ａ１ｚ５２＋ａ２ｚ５＋ａ３  ・・・（式７）
Ｐ６＝ａ１ｚ６２＋ａ２ｚ６＋ａ３  ・・・（式８）
となる。なお、この段階では、第１のＺ位置ｚ５と第２のＺ位置ｚ６は回帰曲線上のどの位置にあるのかは特定できていないため、式７と式８からそれぞれの位置を特定する。ｚ６はｚ５からｄだけ離れた位置であるとした場合、
ｚ６＝ｚ５＋ｄ  ・・・（式９）
と表すことができる。これを式８に当てはめると、
Ｐ６＝ａ１（ｚ５＋ｄ）２＋ａ２（ｚ５＋ｄ）＋ａ３  ・・・（式１０）
となる。式７と式１０を解くと、
ｚ５＝（Ｐ６−Ｐ５−ｄ２・ａ１−ｄ・ａ２）／２・ｄ・ａ１  ・・・（式１１）
となり、回帰曲線上のｚ５の位置を特定することができる。フォーカス位置ＺＰ１１は、式６の回帰曲線の極大値となるため、式６を微分した式１２のＰ´が０となる位置、つまり式１３で与えられる。
【００６３】
Ｐ´＝２ａ１ｚ＋ａ２  ・・・（式１２）
ＺＰ１１＝ａ２／２ａ１  ・・・（式１３）
最終的に、式１１と式１３との差分Ｚｍが第１のＺ位置ｚ５とフォーカス位置ＺＰ１１までの距離となる（式１４）。
【００６４】
Ｚｍ＝ＺＰ１１−Ｚ５  ・・・（式１４）
【００６５】
図１３には、図９に示されたフォーカス位置検出（図８の工程００４（フォーカス位置検出））の変形例が示されている。以下、図１３を参照しながら変形例におけるフォーカス位置検出について説明する。工程Ｓ２０１では、制御部ＨＰは、フォーカス位置の検出対象のマークＭＡがアライメント検出系ＯＡの検出範囲ＡＲ内に入るように、駆動機構ＤＭにステージＳＴＧを駆動させる。工程Ｓ２０２では、制御部ＨＰは、組み合わせ評価値のカーブの回帰曲線が算出済であるかどうかを判断し、未算出であれば工程Ｓ２０３に進み、算出済であれば工程Ｓ２１３に進む。
【００６６】
工程Ｓ２０３では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の駆動範囲内の複数の位置のそれぞれにおいて、撮像素子ＳにマークＭＡを撮像させ、撮像素子Ｓからの出力信号を取得する。工程Ｓ２０４では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の駆動範囲内の各位置について、撮像素子Ｓの出力信号から第１の評価値としてコントラストを算出する。つまり、工程Ｓ２０４では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の複数の位置にそれぞれ対応する複数のコントラスト（第１組の評価値群）を算出する。これにより、コントラストカーブが得られる。
【００６７】
工程Ｓ２０５では、制御部ＨＰは、工程Ｓ２０４で得たコントラストカーブに基づいてフォーカス位置を決定する。工程Ｓ１０６では、制御部ＨＰは、工程Ｓ２０５で決定したフォーカス位置における撮像素子Ｓからの出力信号を基準ピーク出力信号として保存する。工程Ｓ２０７では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の各位置について、基準ピーク出力信号と撮像素子Ｓからの出力信号との相関度を、第２の評価値として、算出する。つまり、工程Ｓ２０７では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の複数の位置にそれぞれ対応する複数の相関度（第２組の評価値群）を算出する。工程Ｓ２０８では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の各位置について、第１組の評価値群である複数のコントラストと第２組の評価値群である複数の相関度とを組合せた組合せ評価値群（複数の組合せ評価値）を、第３組の評価値群として、算出する。
【００６８】
工程Ｓ２０９では、制御部ＨＰは、第３組の評価値群としての組合せ評価値群に基づいて、フォーカス位置を推測するための回帰曲線（の係数ａ１〜ａ３）を算出する。この回帰曲線は、Ｚ方向（光軸方向）における撮像対象（マークＭＡ）の位置と第３組の評価値群が有するべき値との関係を示す近似式である。
【００６９】
工程Ｓ２０２において、制御部ＨＰが回帰曲線を算出済であると判断した場合、工程Ｓ２１３〜Ｓ２１７が実行される。工程Ｓ２１３では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の２つの位置のそれぞれにおいて、撮像素子ＳにマークＭＡを撮像させ、撮像素子Ｓからの出力信号を取得する。Ｚ方向の２つの位置は、例えば、前回計測したマークのフォーカス位置やそこから一定の距離だけ離れた位置を設定することができる。工程Ｓ２０１でフォーカス位置の検出対象のマークＭＡがアライメント検出系ＯＡの検出範囲ＡＲ内に入るように、駆動機構ＤＭにステージＳＴＧを駆動させる際に、ステージＳＴＧのＺ方向の位置を該２つの位置のうちの１つに位置決めしてもよい。
【００７０】
工程Ｓ２１４では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の２つの位置のそれぞれについて、撮像素子Ｓの出力信号から第１組の評価値群としてのコントラストを算出する。工程Ｓ２１５では、制御部ＨＰは、基準ピーク出力信号とＺ方向の２つの位置における撮像素子Ｓからの出力信号との相関度を、第２組の評価値群として、算出する。工程Ｓ２１６では、制御部ＨＰは、Ｚ方向の２つの位置について、第１組の評価値群である２つのコントラストと第２組の評価値群である２つの相関度とを組合せた２つの組合せ評価値（組合せ評価値群）を、第３組の評価値群として、算出する。工程Ｓ２１７では、制御部ＨＰは、工程Ｓ２１６で算出した２つの第３組の評価値群と、工程Ｓ２０９で算出した回帰曲線（の係数ａ１〜ａ３）に基づいて、フォーカス位置を算出する。
【００７１】
工程Ｓ２１０では、制御部ＨＰは、フォーカス位置の検出対象の全てのマークについてフォーカス位置の検出が終了したかどうかを判断し、未検出のマークについてフォーカス位置を検出するために工程Ｓ２０１に戻る。一方、フォーカス位置の検出対象の全てのマークについてフォーカス位置の検出が終了したら図８の工程Ｓ００５に進む。
【００７２】
回帰曲線に基づいて算出されたフォーカス位置は誤差を含んでいる場合があるため、工程Ｓ２１７の後に、算出されたフォーカス位置の付近で再度フォーカス位置計測を行ってもよい。こうすることで、より正確なフォーカス位置を算出することができる。
【００７３】
以上のように、ピークが１つになるような組合せ評価値群を算出し回帰曲線によるフォーカス位置の推定を行うことで、複数のピークが存在する第１組の評価値群に比べて、より少ない評価値からフォーカス位置を推定することができる。
【００７４】
本発明の一実施形態に係るリソグラフィー方法は、基板Ｗに設けられたマークＭＡの位置に基づいて基板Ｓと原版Ｒとを位置合わせする位置合わせ工程と、該位置合わせ工程の後に基板Ｗを露光する露光工程と、該露光工程後に基板Ｗを現像する工程とを含みうる。該位置合わせ工程では、上記の検出方法によってアライメント検出系ＯＡの光学系ＯＬのフォーカス位置を検出し、撮像対象としてのマークＭＡを該フォーカス位置に位置させてマークＭＡの位置を検出する。
【００７５】
本発明の一実施形態に係る物品製造法は、上記のリソグラフィー方法によって基板Ｗの上にパターンを形成する工程と、該パターンが形成された基板Ｗを加工（例えば、エッチング、イオン注入）する工程とを含む。
【００７６】
以下、上記の露光装置を利用したデバイス製造方法を説明する。図１４は、物品製造方法あるいはデバイスの全体製造方法のフローを示す図である。回路設計（Ｓ３０１）では半導体デバイスの回路設計を行う。レチクル作製（Ｓ３０２）では設計した回路パターンに基づいてレチクル（原版又はマスクとも言う）を作製する。一方、ウエハ製造（Ｓ３０３）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板とも言う）を製造する。ウエハプロセス（Ｓ３０４）は前工程と呼ばれ、上記のレチクルとウエハを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次の組立（Ｓ３０５）は後工程と呼ばれ、Ｓ３０４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、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）等の組立工程を含む。検査（Ｓ３０６）ではＳ３０５で作製された半導体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。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（Ｓ３０７）する。
【００７７】
図１５は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。酸化（Ｓ４０１）ではウエハの表面を酸化させる。ＣＶＤ（Ｓ４０２）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。電極形成（Ｓ４０３）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。イオン打込み（Ｓ４０４）ではウエハにイオンを打ち込む。ＣＭＰ（Ｓ４０５）ではＣＭＰ工程によって絶縁膜を平坦化する。レジスト処理（Ｓ４０６）ではウエハに感光剤を塗布する。露光（Ｓ４０７）では上記の露光装置を用いて、回路パターンが形成されたマスクを介し感光剤が塗布されたウエハを露光してレジストに潜像パターンを形成する。現像（Ｓ４０８）ではウエハ上のレジストに形成された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。エッチング（Ｓ４０９）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又はウエハをエッチングする。レジスト剥離（Ｓ４１０）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【００７８】
以上が本発明の代表的な実施形態の一例であるが、本発明は、上記及び図面に示す実施形態に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。
【符号の説明】
【００７９】
Ｓ:撮像素子、ＯＬ：光学系、ＬＩ：照明光源、ＯＡ：アライメント検出系、ＳＴＧ：ＸＹＺステージ、Ｗ：基板、ＭＡ：マーク、ＨＰ：制御部、１００：露光装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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