(57)【要約】      （修正有）【課題】ベースライン計測に有利なリソグラフィ装置を提供する。【解決手段】リソグラフィ装置１００は、基準マークＦＭを有するステージ１３と、荷電粒子光学系８と、荷電粒子光学系の軸から第１距離だけ離れた光軸を有し、基板に形成されたアライメントマークの位置を計測する第１計測部３と、荷電粒子光学系の軸から第１距離より短い第２距離だけ離れた光軸を有し、基準マークの位置を計測する第２計測部ＢＳと、第１計測部及び第２計測部それぞれにより計測された基準マークの位置と第２計測部のベースラインとに基づいて、第１計測部のベースラインを求める処理部１６０と、を有する。第２計測部による基準マークの位置の計測は、ステージを移動させながら基準マークを介して得られる光信号に基づいてなされる。【選択図】図１
2014220263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線でパターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、
基準マークを有し、前記基板を保持して可動のステージと、
前記荷電粒子線を前記基板に照射する荷電粒子光学系と、
前記荷電粒子光学系の軸から第１距離だけ離れた光軸を有し、前記基板に形成されたアライメントマークの位置を計測する第１計測部と、
前記荷電粒子光学系の軸から前記第１距離より短い第２距離だけ離れた光軸を有し、前記基準マークの位置を計測する第２計測部と、
前記第１計測部及び前記第２計測部それぞれにより計測された前記基準マークの位置と前記第２計測部のベースラインとに基づいて、前記第１計測部のベースラインを求める処理部と、を有し、
前記第２計測部による前記基準マークの位置の計測は、前記ステージを移動させながら前記基準マークを介して得られる光信号に基づいてなされる、ことを特徴とするリソグラフィ装置。
【請求項２】
前記基準マークは、第１方向に延びた第１マーク要素と、第１方向とは異なる第２方向に延びた第２マーク要素とを含み、
前記第２計測部による前記基準マークの位置の計測は、前記ステージを移動させながら前記第１マーク要素および前記第２マーク要素を介して得られる光信号に基づいてなされる、ことを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
【請求項３】
前記基準マークに入射した前記荷電粒子線により飛来する荷電粒子を検出して前記基準マークの位置を計測する第３計測部を有し、
前記処理部は、前記第２計測部及び前記第３計測部それぞれにより計測された前記基準マークの位置に基づいて、前記第２計測部の前記ベースラインを求める、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリソグラフィ装置。
【請求項４】
前記荷電粒子光学系を収容する筐体を有し、
前記第２計測部は、対物光学素子と、該対物光学素子を介して前記基準マークからの光を検出する検出器とを含み、前記対物光学素子は、前記筐体の下に配置されている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項５】
前記リソグラフィ装置は、複数の荷電粒子線で前記パターンを前記基板に形成し、
前記第３計測部は、前記複数の荷電粒子線のうち前記第２計測部の前記光軸に最も近い荷電粒子線を用いて前記基準マークの位置を計測する、ことを特徴とする請求項３に記載のリソグラフィ装置。
【請求項６】
前記基準マークは、前記第１マーク要素が前記第２方向に複数配列されてなる第１マーク要素群と、前記第２マーク要素が前記第１方向に複数配列されてなる第２マーク要素群とを含む、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項７】
前記基準マークは、前記第１マーク要素群および前記第２要素群のうち少なくとも一方を複数含む、ことを特徴とする請求項６に記載のリソグラフィ装置。
【請求項８】
前記基準マークは、前記第１マーク要素および前記第２要素のうち少なくとも一方を複数含む、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項９】
前記第１計測部による前記基準マークの位置の計測は、前記第１マーク要素および前記第２マーク要素を順次撮像してなされる、ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１０】
前記第１計測部、前記第２計測部及び前記基準マークをそれぞれ含む複数のセットを有する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項９のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置を用いてパターンを基板に形成するステップと、
前記ステップで前記パターンを形成された前記基板を現像するステップと、
を有することを特徴とする物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスなどを製造するためのリソグラフィ装置として、レチクルのパターンを基板（ウエハ）に投影する露光装置や荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置が知られている。リソグラフィ装置では、必要な重ね合わせ精度を実現するために、基板に形成されたアライメントマークの計測が行われる。
【０００３】
当該計測は、従来の露光装置において、例えば、図１２に示すように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸＰＬから離れて配置されたオフアクシスのスコープＯＡＳにより行われる。スコープＯＡＳの光軸ＡＸＯＡＳと投影光学系ＰＬの光軸ＡＸＰＬとの間の基板上の距離（または変位ベクトル）は、ベースラインＢＬと呼ばれる。ベースラインＢＬは、適時に計測され、かかる計測結果に基づいて必要な精度な基板の位置合わせ（アライメント）を実現している。
【０００４】
ベースラインＢＬの計測において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸＰＬの位置は、レチクルおよび投影光学系を介して、すなわち所謂ＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｒｅｔｉｃｌｅ）及びＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｌｅｎｓ）の検出系ＤＳにより検出される。具体的には、検出系ＤＳは、レチクルＲの上の基準マークＲＭ１及びＲＭ２の像と、投影光学系ＰＬを介して形成される基板ステージＳＴの上の基準マークＭ１の像とを検出する。それらの像の相対的な位置関係に基づき、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸＰＬの位置を得る（計測する）ことができる。検出系ＤＳは、投影光学系ＰＬで生じる収差の少なさから、例えば、レチクルを介して基板を露光するのに使用する光（露光光）を使用するのが好ましい。
【０００５】
ベースラインＢＬの計測は、まず、ステージＳＴの上の基準マークＭ０の像をスコープＯＡＳで検出することにより、スコープＯＡＳの光軸ＡＸＯＡＳの位置をステージＳＴの座標として得る。次いで、ステージＳＴとともに基準マークＭ１を投影光学系ＰＬの下に移動させ、上述のようにして検出系ＤＳにより投影光学系ＰＬの光軸ＡＸＰＬの位置をステージＳＴの座標として得る。そして、両座標からベースラインＢＬを求める。
【０００６】
レチクル（マスクともいう）を使用しない所謂マスクレスリソグラフィ装置としての荷電粒子線描画装置は、上記のスコープＯＡＳを備えることはできるが、上記のレチクルを利用する検出系ＤＳを備えることができない。そのような描画装置においてベースラインを計測するための技術が提案されている（特許文献１）。特許文献１には、上記の検出系ＤＳに替えて、荷電粒子線を検出する検出系を用いるベースライン計測の技術が開示されている。
【０００７】
また、電子線を基板に投影する投影系の下部（投影系支持部）に対物光学素子（レンズまたはミラー等）を配したマーク位置検出系を含むリソグラフィ装置が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１３３５６６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／１５８０２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に係るベースライン計測では、今後のリソグラフィ（例えば、１６ｎｍ以下のハーフピッチの半導体デバイスを製造するためのリソグラフィ）に要求される計測精度を満足するうえで不利となりうる。これは、荷電粒子線を用いた計測で得られる信号のＳ／Ｎ比の低さが一因である。要求される計測精度を得るために計測回数を増やすと、計測時間が長くなり、スループットの点で有利ではない。また、特許文献２は、マーク位置検出系のベースラインの計測に関する開示は含んでいない。
【００１０】
本発明は、例えば、ベースライン計測に有利なリソグラフィ装置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】
【００１１】
本発明の一側面は、荷電粒子線でパターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、
基準マークを有し、前記基板を保持して可動のステージと、
前記荷電粒子線を前記基板に照射する荷電粒子光学系と、
前記荷電粒子光学系の軸から第１距離だけ離れた光軸を有し、前記基板に形成されたアライメントマークの位置を計測する第１計測部と、
前記荷電粒子光学系の軸から前記第１距離より短い第２距離だけ離れた光軸を有し、前記基準マークの位置を計測する第２計測部と、
前記第１計測部及び前記第２計測部それぞれにより計測された前記基準マークの位置と前記第２計測部のベースラインとに基づいて、前記第１計測部のベースラインを求める処理部と、を有し、
前記第２計測部による前記基準マークの位置の計測は、前記ステージを移動させながら前記基準マークを介して得られる光信号に基づいてなされる、ことを特徴とするリソグラフィ装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、例えば、ベースライン計測に有利なリソグラフィ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】リソグラフィ装置の構成例を示す図
【図２】ベースライン計測の流れを例示する図（流れ図）
【図３】図２におけるステップＳ１を説明するための図
【図４】電子検出器の出力信号を示す図
【図５】図２におけるステップＳ２を説明するための図
【図６】図２におけるステップＳ３を説明するための図
【図７】実施形態１に係るステージ（基準マーク）の構成例を示す上面図
【図８】基準マークの計測の概要を説明するための図
【図９】基準マークの計測の詳細を説明するための図
【図１０】基準マークの計測の比較例を説明するための図
【図１１】実施形態２に係るステージ（基準マーク）の構成例を示す上面図
【図１２】従来の露光装置の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、実施形態を説明するための全図を通して、原則として（断りのない限り）、同一の部材等には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１５】
［実施形態１］
図１は、本発明の一側面としてのリソグラフィ装置１００の構成例を示す図である。リソグラフィ装置１００は、１または複数の荷電粒子線（電子線）でパターンを基板に形成（描画）するリソグラフィ装置である。また、荷電粒子線として電子線を用いる場合について例示するが、それには限定されない。
【００１６】
描画装置１００は、基板９を保持して可動のステージ１３と、電子光学系（荷電粒子光学系）８と、第１計測部３と、第２計測部ＢＳと、取得部１５０と、制御部１６０（処理部ともいう）とを有する。
【００１７】
ステージ１３には、図１に示すように、基準マークＦＭが形成された基準マーク台６が設けられている。基準マークＦＭは、ベースライン計測に使用されるマークである。また、ステージ１３の位置は、ステージ１３の上に設けられたミラー１１４ａを含む位置計測器１１４によって計測される。位置計測器１１４は、レーザー干渉計を含むものとしうる。しかし、位置計測器１１４の方式や配置はそれには限定されない。位置計測器１１４は、例えば、スケールを含むエンコーダから構成されるものとしうる。
【００１８】
電子光学系８は、例えば、電子銃（電子源）、コリメータレンズ、アパーチャアレイ、電子（荷電粒子）レンズ、ブランカアレイ、ストッピングアパーチャアレイ、デフレクタ（偏向器）の少なくとも一つを含みうる。電子光学系８は、筐体（鏡筒）に収容され、電子銃からの電子線を基板９に照射する。
【００１９】
第１計測部３は、電子光学系８の光軸（軸）１０とは離れた位置に光軸を有するオフアクシススコープを含む。第１計測部３は、本実施形態では、電子光学系８の光軸１０から第１距離（ＢＬ）だけ離れた光軸１１を有し、基板９に形成されたアライメントマークの位置をステージ１３の座標として計測する。また、第１計測部３は、ステージ１３の上の基準マークＦＭの位置をステージ１３の座標として計測する。
【００２０】
第２計測部ＢＳは、その少なくとも一部（その対物光学素子を含む）が電子光学系８の下部、例えば、電子光学系８を収容する筐体の下に配置されている。当該対物光学素子は、対物レンズまたは対物ミラー等としうる。第２計測部ＢＳは、第１距離より短い第２距離（ＢＬ０）だけ電子光学系８の光軸ＡＸ１から離れた位置に光軸１２を有し、ステージ１３の上の基準マークＦＭの位置をステージ１３の座標として計測する。第２計測部ＢＳは、本実施形態では、電子光学系８の光軸ＡＸ１と第１計測部３の光軸１１との間の距離（変位ベクトル）、即ち、第１の計測部３のベースラインを求めるのに使用されるベースライン計測用スコープである。なお、ベースラインは、一般にはベクトル量であるが、簡単のため、場合により、スカラー量として、または、当該ベクトル量の特定の成分として記述するものとする。
【００２１】
第１計測部３及び第２計測部ＢＳは、本実施形態では、基板９に形成されたアライメントマークや基準マークＦＭを撮像するための撮像素子を含み、かかる撮像素子から得られる画像信号を処理（画像処理）することでマークの位置を計測する。但し、第１計測部３及び第２計測部ＢＳによるマークＦＭの位置の計測方法は、それには限定されず、それとは代替可能な当業者に周知のいかなるものであってもよい。例えば、第１計測部３及び第２計測部ＢＳは、静止しているマークの像を検出するものではなく、基板ステージ１３を走査（移動）させることで得られるマークからの光（光信号）による計測信号に基づいてマークの位置を計測するものであってもよい。
【００２２】
取得部１５０は、電子光学系８の光軸１０の位置を取得する。取得部１５０は、本実施形態では、後述するように、電子光学系８の光軸ＡＸ１の位置を実際に計測する計測部として具現化されうるが、ユーザによって入力される電子光学系８の光軸１０の位置を記憶する記憶部として具現化されてもよい。また、ユーザは、例えば、電子光学系８の光学設計値を入力してもよい。この場合、取得部１５０は、電子光学系１２０の光学設計値に基づいて電子光学系８の光軸１０の位置を求める演算部（シミュレータ）として具現化される。
【００２３】
制御部１６０（処理部）は、ＣＰＵ、ＤＳＰまたはＦＰＧＡ等のプロセッサまたは処理器やメモリなどを含んで構成されうるが、それに限らず、リソグラフィ装置１００の各部の動作を制御するものであればよい。具体的には、制御部１６０は、電子線でパターンを基板９に形成（描画）する処理を制御する。また、制御部１６０は、第１計測部３のベースラインを計測する処理を制御する。例えば、制御部１６０は、ステージ１３の移動を介在させて第１計測部３及び第２計測部ＢＳによりそれぞれ計測された基準マークＦＭの位置と第２計測部ＢＳのベースラインとに基づいて、第１計測部３のベースラインを求める。ここで、第２計測部ＢＳのベースラインは、電子光学系８の光軸１０と第２計測部ＢＳの光軸１２との間の距離（変位ベクトル）である。
【００２４】
リソグラフィ装置１００におけるベースライン計測処理について説明する。ここでは、図１に示すように、電子光学系８の光軸１０と第２計測部ＢＳの光軸１２との間の距離（変位ベクトル）、即ち、第２計測部ＢＳのベースラインをＢＬ０とする。また、荷電粒子光学系８の光軸１０と第１計測部３の光軸１１との間の距離（変位ベクトル）、即ち、第１計測部３のベースラインをＢＬとする。また、第１計測部３は、静止したマークを撮像して得た画像に対する画像処理により位置計測を行うものとする。また、第２計測部ＢＳは、移動しているマークからの反射光（光信号）を受光して得られた計測信号により位置計測を行うものとする。
【００２５】
図２は、ベースライン計測の流れを例示する図（流れ図）である。図２におけるリソグラフィ装置の各ステップの動作は、制御部１６０による制御の下で実行される。図２において、ステップＳ２およびステップＳ３が通常実施されるベースライン計測の処理であり、ステップＳ１およびステップＳ２は、それより十分に低い頻度で行われる処理である。以下、各ステップを順に説明する。
【００２６】
＜ステップＳ１  電子光学系８の光軸（軸）位置の計測＞
図３を参照して、ステップＳ１の動作を説明する。図３は、電子光学系８の光軸１０の位置計測の状態を示している。電子光学系８の軸上を射出した電子線が、基準マーク台６に設けられているファラデーカップを含む電子検出器１４に入射している。図４は、ステージ１３を＋Ｘ方向に走査（移動）させた場合の電子線検出器１４の出力信号を示す図である。電子線検出器１４の電子線が入射する面にはナイフエッジが取り付けられている。そのため、電子線に対してステージ１３を移動させることにより、ファラデーカップへの電子線の入射量（電流値）が変化し、図４に示すような電子線検出器１４の出力が得られる。電子光学系８の光軸１０の位置（Ｌ１）は、例えば、図４の出力曲線をステージの位置で微分して得られる値（微分値）が最大となる当該位置をもって決定しうる。
【００２７】
なお、電子光学系の光軸１０の位置計測は、この方法に限定されるものではない。例えば、移動している基準マーク台６の上に設けられた基準マークＦＭに電子線を照射することにより基準マークＦＭから飛来する電子（二次電子または散乱電子）を別の電子線検出器２４で検出する方法（いわゆるＳＥＭモードによる方法）によってもよい。一般的に、ファラデーカップ等による電子線検出器１４または２４を含む計測部（第３計測部）は、電子線の検出信号のＳ／Ｎ比が低いため、必要な計測精度を得るためには複数回の計測が必要となる。しかし、ステップＳ１は、リソグラフィ装置が稼働していないときなどに低い頻度で行えばよいため、スループットへの影響は極めて少ない。
【００２８】
＜ステップＳ２  第２計測部ＢＳの光軸の位置計測＞
つづいて、ステップＳ２において、第２計測部ＢＳの光軸１２の位置（Ｌ２）を計測する。図５は、ステージ１３を移動させながら第２計測部ＢＳにより基準マークＦＭの位置を計測している状態を示している。本ステップで得た光軸１２の位置と、ステップＳ１で得た電子光学系の光軸１０の位置との差（変位ベクトル）を求めれば、ベースラインＢＬ０を得ることができる。
【００２９】
なお、電子線検出器１４に含まれるナイフエッジの基準位置と基準マークＦＭの基準位置との間の距離（変位ベクトル）Ｌ０は、外部計測器等により事前に計測されている。また、光軸１０の位置および光軸１２の位置は、それぞれステージ１３の位置Ｌ１およびＬ２として、位置計測器１１４により計測されて制御部１６０のメモリ等に記憶されている。よって、距離ＢＬ０は、以下の式（１）で求めることができる。
ＢＬ０＝Ｌ０＋（Ｌ１−Ｌ２）      式（１）
【００３０】
以下、第２計測部ＢＳによる基準マークＦＭの位置計測について詳細に説明する。図７は、実施形態１に係るステージ（基準マーク）の構成例を示す上面図である。図７の（ａ）および（ｂ）において、図１のリソグラし装置におけるものと符号が同じものは同一の部材を示しているが、説明を容易にするため、その大小関係や配置は若干異ならせている。図７の（ａ）は、基板９、ステージ１３、基準マーク台６、基準マークＦＭ、電子線検出器１４の配置を示している。一方、図７の（ｂ）は、第２計測部ＢＳの直下に基準マークＦＭを位置決めした状態を示し、また、電子光学系８および第１計測部３の配置も示している。
【００３１】
図８は、基準マークの計測の概要を説明する図である。図８の（ａ）は、第２計測部ＢＳの計測光に対して、基準マークＦＭ（ステージ１３）を矢印の方向にを移動させて行うことを示している。ここで、基準マークＦＭは、それぞれが一方向に延びた１または複数のマーク要素からなる（図８では４本のマーク要素（バー）を一方向に周期的に並べたものである）ＦＭ１、ＦＭ２およびＦＭ３から構成されている。ＦＭ１、ＦＭ２およびＦＭ３は、Ｘ軸に対して時計回りに４５度の傾きを有する方向に沿って並べて配置されている。図８の（ａ）に示すように、移動方向とマーク要素の長手（長軸）方向とが直交せず且つ非平行となるように構成すれば、一方向の一回の移動（走査）でＸおよびＹ２方向の位置計測が可能となる。
【００３２】
一方、図８の（ｂ）は、第１計測部３による基準マークＦＭの位置計測の態様を示している。点線で描かれた丸は、位置計測部３の光学系の視野を示している。図８の（ｂ）は、マーク要素ＦＭ１、ＦＭ２およびＦＭ３を順次静止させて順次撮像することにより計測を行うことを示している。その詳細はステップＳ３の説明で明らかになる。
【００３３】
図９は、第２計測部ＢＳによる基準マークの計測の詳細を説明する図である。以下、図９の（ａ）−（ｆ）を参照して、第２計測部ＢＳによる計測を説明する。図９の（ａ）は、説明の都合上、図８の（ａ）の基準マークＦＭを反時計回りに４５度回転させて図示している。図９の（ａ）の矢印は、マーク要素の延びた方向または長手方向（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ  ｏｒ  ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）を示している。マーク要素ＦＭ１およびＦＭ３の長手方向は、第１方向（例えばＸ軸方向）と平行に、マーク要素ＦＭ２の長手方向はＦＭ１およびＦＭ３のそれとは異なり、第２方向（例えばＹ軸方向）と平行になっている。また、図９の（ｂ）は、説明を容易にするため、図９の（ａ）においてそれぞれ１つのマーク要素からなるＦＭ１、ＦＭ２およびＦＭ３を、それぞれ１つのマーク要素（バー）からなるＦＭ１´、ＦＭ２´およびＦＭ３´に置き換えたマークを示している。この図９の（ｂ）に示すマークを用い、かつ、図９に図示したＸ´およびＹ´を新たな座標軸として座標系を定義し（こうしても一般性は失われない）、図９の（ｃ）〜（ｆ）を参照して、第２計測部ＢＳによる基準マークＦＭの計測を説明する。
【００３４】
図９の（ｃ）に示す基準マークＦＭに対して、第２計測部ＢＳの計測光が矢印の上を走査するようにステージ１３を移動させたとする。その場合に３個のマーク要素から得られる計測信号を図９の（ｄ）に示す。図９の（ｄ）において、計測信号の各ピーク（または各山形波形の重心）の位置をｐ１、ｐ２、ｐ３とすると、基準マークＦＭのＸ´方向およびＹ´方向の位置は以下の式で求められる。
ｘ´＝  ｛（ｐ２＋ｐ１）／２＋（ｐ３＋ｐ２）／２｝／２      式（２）
ｙ´＝−｛（ｐ２−ｐ１）−（ｐ３−ｐ２）｝／４              式（３）
【００３５】
ここで、
ｐ２−ｐ１＝ｐ３−ｐ２＝０                                  式（４）
という関係を有していれば、図９の（ｃ）で示すＹ´方向における走査位置をＹ´方向における原点Ｙ´０として設定することができる。
【００３６】
次に、図９の（ｅ）に示すように、走査位置がＹ´方向においてΔｙ´だけずれている場合、計測信号の各ピークの位置は、図９の（ｆ）に示されるようになる。各ピークの位置をｐ１´、ｐ２´、ｐ３´とすると、基準マークＦＭのＸ´方向およびＹ´方向の位置は以下の式で求められる。
ｘ´＝｛（ｐ２´＋ｐ１´）／２＋（ｐ３´＋ｐ２´）／２｝／２
＝｛（ｐ２−Δｘ´＋ｐ１＋Δｘ´）／２＋（ｐ３＋Δｘ´＋ｐ２−Δｘ´）／２｝／２
＝｛（ｐ２＋ｐ１）／２＋（ｐ３＋ｐ２）／２｝／２                    式（５）
ｙ´＝−｛（ｐ２´−ｐ１´）−（ｐ３´−ｐ２´）｝／４
＝−［｛（ｐ２−Δｘ´）−（ｐ１＋Δｘ´）｝−｛（ｐ３＋Δｘ´）−（ｐ２−Δｘ´）｝］／４
＝Δｘ´
＝Δｙ´                                                          式（６）
【００３７】
ここで、走査位置がＹ´方向においてΔｙ´だけずれる前後のピーク位置ｐ１、ｐ２、ｐ３とピーク位置ｐ１´、ｐ２´、ｐ３´との関係は、マーク要素（バー）の傾きθが４５度であるため、以下に示すようになる。
ｐ１´＝ｐ１＋Δｘ´                          式（７）
ｐ２´＝ｐ２−Δｘ´                          式（８）
ｐ３´＝ｐ３＋Δｘ´                          式（９）
Δｘ´＝Δｙ´                                式（１０）
【００３８】
また、傾きθが４５度でない場合は、式（１０）を
Δｘ´＝Δｙ´×ｔａｎθ                      式（１１）
に置換すればよい。
【００３９】
式（２）および式（５）は、Ｘ´方向の位置の計測値は、走査位置が図９の（ｅ）に示すようにＹ´方向においてΔｙ´だけずれたとしても、その影響を受けない（不変である）ことを示している。よって、式（２）で求められるＸ´方向の位置をＸ´方向における原点Ｘ´０として定義することができる。
【００４０】
なお、図９の（ｂ）の基準マークは、図９の（ａ）の基準マークを簡略化したものであるが、いずれの基準マークも実際に使用しうるものである。図９の（ｂ）の基準マークＦＭは、それぞれ１個のマーク要素（１本のバー）からなるＦＭ１´、ＦＭ２´、ＦＭ３´を配列した構成である。ＦＭ１´、ＦＭ２´、ＦＭ３´の長軸方向は、図９の（ａ）の場合と同様に、ＦＭ１´およびＦＭ３´が互いに同じ長手方向を有し、ＦＭ２´がそれとは異なった長手方向を有している。
【００４１】
図１０は、基準マークの計測の比較例を説明するための図である。図１０の（ａ）および（ｂ）に示す基準マークＦＭは、例えば、ステージ１３が何らかの要因でＺ軸の周りに微小量回転してしまった場合、計測エラーが発生するため、基準マークの構成として最適ではない。図１０の（ｃ）−（ｆ）は、図１０の（ｂ）の基準マークＦＭに対してステージ１３を走査しながら行った計測に係るものである。それぞれ図９の（ｃ）−（ｆ）に対応している。
【００４２】
図１０の（ｃ）に示した走査位置での計測は、図１０の（ｄ）に示す２つのピークを有する信号が検出される。このピーク位置ｐ１、ｐ２に基づくＸ´およびＹ´方向における基準マークＦＭの位置は、式（１２）および式（１３）のように求められる。
ｘ´＝（ｐ２＋ｐ１）／２              式（１２）
ｙ´＝−（ｐ２−ｐ１）／２            式（１３）
【００４３】
式（１２）で表されるｘ´の位置は、ｐ１およびｐ２の中点の位置であり、マーク上を走査する位置がＹ´方向に変位したとしても不変である。よって、この中点の位置をＸ´方向における原点Ｘ’０として定義することができる。
【００４４】
ここで、図１０の（ｃ）のＹ´方向における走査位置をＹ´方向の原点位置とすれば、
Ｙ´０＝−（ｐ２−ｐ１）／２          式（１４）
として、基準マークＦＭのｙ´座標は、以下の式により求めることができる。
ｙ´＝−（ｐ２−ｐ１）／２−Ｙ´０    式（１５）
【００４５】
次に、Ｙ´方向における走査位置が図１０の（ｅ）に示すように、Ｙ´方向において原点位置からΔｙ´だけずれた場合、基準マークＦＭの位置は、以下の式で求められる。
ｘ´＝（ｐ２´＋ｐ１´）／２
＝｛（ｐ２−Δｘ）＋（ｐ１＋Δｘ）｝／２
＝（ｐ２＋ｐ１）／２                                        式（１６）
ｙ´＝（ｐ２´−ｐ１´）／２−Ｙ´０
＝−｛（ｐ２−Δｘ´）−（ｐ１＋Δｘ´）｝／２−Ｙ´０
＝Δｘ´                                                   式（１７）
【００４６】
ここで、マーク要素の長手方向は、走査方向に対して反時計回りに４５度傾いているため、走査位置がＹ´方向においてΔｙ´だけずれた場合の計測信号のピーク位置の変化に関して、式（１０）と同様に、Δｘ´＝Δｙ´が成り立つ。しかし、ステージ１３が微小量回転してしまった場合、式（１２）で表されるＸ´方向における原点位置および式（１４）で表されるＹ´方向における原点位置が変化しうる。これに対して、マーク要素（群）が３個（ＦＭ１´−３´またはＦＭ１−３）の場合は、式（４）の関係を満たす走査位置で計測を行えば、原点Ｐ０（Ｘ’０、Ｙ’０）の位置を特定できるので、基準マークの構成として適している。
【００４７】
＜ステップＳ３  第１計測部３の光軸の位置計測＞
続いて、図２のステップＳ３の処理について説明する。図６は、第１計測部３により基準マークＦＭの位置を計測するための状態を示している。第１計測部３の光学系を介して取得された基準マークＦＭの画像情報に基づいて、制御部１６０は、基準マークＦＭの位置の計測値を得る。制御部１６０は、例えば、当該計測値としてステージ１３の位置Ｌ３をメモリに格納する。
【００４８】
図８の（ｂ）は、ステップＳ２でも使用した基準マークＦＭ（ＦＭ１、ＦＭ２、ＦＭ３）に対する第１計測部３の光学系の視野を点線の円により示すとともに、基準マークＦＭ（ＦＭ１、ＦＭ２、ＦＭ３）の位置を順次計測していく流れを示している。制御部１６０は、基準マークＦＭを構成するＦＭ１、ＦＭ２およびＦＭ３の位置（それぞれに対応するステージ１３の位置）の平均値として、第１計測部３の光軸の位置（Ｌ３）を求めることができる。このように、基準マークＦＭは、第２計測部ＢＳおよび第１計測部３の両方の計測で使用可能な構成となっている。
【００４９】
ステップＳ１からステップＳ３のそれぞれで得られた計測値に基づいて、第１計測部３のベースラインを次式にて求めることができる。
ＢＬ＝ＢＬ０＋ＢＬ１      式（１８）
【００５０】
ここで、ＢＬ１は、式（１９）に示すように、ステップＳ２で計測した第２計測部ＢＳの光軸１０の位置Ｌ２と、ステップＳ３で計測した第１計測部３の光軸１１の位置Ｌ３との距離（変位ベクトル）に相当する。
ＢＬ１＝Ｌ２−Ｌ３      式（１９）
【００５１】
なお、上述したように、電子線検出器１４または２４による電子光学系８の光軸位置の計測は、第１計測部３の光軸位置および第２計測部ＢＳの光軸位置の計測に比較して低い頻度でしか行わない。これにより、第１計測部３のベースラインＢＬの計測を短時間かつ高精度に実行可能としている。その理由は以下のとおりである。すなわち、第２計測部ＢＳの光軸１２と電子光学系の光軸１０との間の距離ＢＬ０は、第１計測部３の光軸１１と電子光学系の光軸１０との間の距離ＢＬに比較して十分に小さく設定（設計）されている。ＢＬ０の値が小さければ、その距離を移動するステージ１３の移動に伴う位置計測誤差を低減することができる。また、ＢＬ０の値が小さければ、それに応じて熱等の外乱によるその変動も小さくなる。よって、ＢＬ０の値は、少なくとも短期的には変動を無視しうる。このため、第１計測部３の光軸１１および第２計測部ＢＳの光軸１２の位置計測により、第１計測部３のベースラインの計測を高速かつ高精度に行うことができる。
【００５２】
一方、ＢＬまたはＢＬ１に比較してＢＬ０を十分小さな値にするには、第２計測部ＢＳを小型化しなければならない。これは、例えば、第２計測部ＢＳに、基準マークＦＭの位置計測という限定的な機能のみを持たせることにより可能となる。基準マークＦＭは、例えば、光リソグラフィにおけるマスクやレチクルと同様に、石英ガラスの上にクロムをパター二ングしたものとしうる。その場合、基準マークＦＭの光学像のコントラストは良好（例えば８０％以上）となり、基板（例えば半導体ウエハ）に形成されたマークの位置を計測する第１計測部３に求められるような計測のロバスト性は必要とされない。また、光学性能に関しても、例えば光学系全体の波面収差がλ／２程度あったとしても、一定の構造の基準マークＦＭのみを計測するならば、その計測誤差は一定であるため、その補正も容易である。以上のことから、第２計測部ＢＳは、小型化でき、図１に示すように、電子光学系８の筐体（鏡筒）の下に、対物光学素子を含む少なくともその一部を配置可能である。すなわち、上記のように十分にＢＬ０を小さくできる。
【００５３】
一方、第１計測部３は、第２計測部ＢＳのようには小型化できない。その理由は、第１計測部３は、多様なプロセスを経た基板（半導体ウエハ等）に形成されたアライメントマークに関して高精度な位置計測ができるよう、様々な光学条件での計測ができる構成となっているからである。具体的には、例えば、照明光の波長や、コヒーレンスファクタ（σ）、明視野照明・暗視野照明のいずれとするか、位相差検出を行うか、等を選択または設定する機能を有している。この機能を利用して計測対象の基板（アライメントマーク）に適した計測条件を設定することにより、計測のロバスト性を高め、もって必要な重ね合わせ精度や生産性を実現している。また、第１計測部３は、高い光学性能、例えば、光学系全体の波面収差がλ／１０以下であることが要求される。以上のように、第１計測部３は、種々の計測条件を設定する機能や高い光学性能が要求されるため、その小型化は困難であり、そのため、そのベースラインは第２計測部ＢＳのそれのようには小さくすることができない。
【００５４】
なお、本実施形態における基準マークＦＭの構成は、まとめると次のとおりである。基準マークＦＭは、第１方向（例えばＸ方向）に延びた第１マーク要素と、第１方向とは異なる第２方向（例えばＹ方向）に延びた第２マーク要素とを含みうる。また、基準マークＦＭは、第１方向に延びた第１マーク要素が第２方向に複数配列されてなる第１マーク要素群と、第２方向に延びた第２マーク要素が第１方向に複数配列されてなる第２マーク要素群とを含みうる。また、基準マークＦＭは、第１マーク要素群および第２要素群のうち少なくとも一方を複数含みうる。さらに、基準マークＦＭは、第１方向に延びた第１マーク要素、および、第１方向とは異なる第２方向に延びた第２マーク要素のうち少なくとも一方を複数含みうる。
【００５５】
［実施形態２］
図１１は、実施形態２に係るステージ（基準マーク）の構成例を示す上面図である。図１１の（ａ）は、基準マークＦＭとして、それぞれ複数のマーク要素（４本バー）から構成されるマーク要素群ＦＭ１〜ＦＭ４が配列されてなるものを示している。図１１の（ａ）において、基準マークＦＭは、第１計測部３および第２計測部ＢＳの両方で計測可能な構成となっている。
【００５６】
第２計測部ＢＳに対して基準マークＦＭをＸ軸（またはＹ軸）に対して４５度をなす方向に１回走査すれば、第１実施形態と同様にＸ軸方向およびＹ方向の２方向に関する位置計測をともに行うことができる。マーク要素群ＦＭｉの数が増えたことによる平均化効果のため、計測精度が向上する。一方、図１１の（ａ）において、点線の円は、第１計測部３の光学系の視野を示している。第１計測部３により基準マークＦＭの位置計測を行う場合、ＦＭ２およびＦＭ４の２つのマーク要素群それぞれの位置計測を行うことにより、基準マークＦＭのＸ方向の位置を計測する。同様に、ＦＭ１およびＦＭ３の２つのマーク要素群それぞれの位置計測を行うことにより、基準マークＦＭのＹ方向の位置を計測する。実施形態１の構成では、Ｘ方向位置計測用のマーク要素群は１個、Ｙ方向位置計測用のマーク要素群は２個であったため、平均化効果による計測精度には方向による差があった。しかし、実施形態２の構成では、Ｘ方向位置計測用のマーク要素群の数とＹ方向位置計測用マーク要素群の数とが同じであるため、平均化効果による計測精度は、方向によらず同等である。
【００５７】
なお、各マーク要素群ＦＭｉとして、４本のバー（ｂａｒ）がＸ方向またはＹ方向に周期的に並んでいる例を示したが、バーの本数は４に限定されることはなく、要求される重ね合わせ精度に応じて加減されうる。また、マーク要素群ＦＭｉの数は、実施形態２では、Ｘ方向計測用として２個、Ｙ方向計測用として２個としたが、それに限られず、要求される重ね合わせ精度に応じて加減されうる。また、計測方向によって要求される重ね合わせ精度が異なる場合、マーク要素群ＦＭｉにおけるマーク要素（例えばバー）の数およびマーク要素群ＦＭｉの数の少なくとも一方を各計測方向の精度に応じて計測方向ごとに異ならせてもよい。
【００５８】
図１１の（ｂ）は、基準マークＦＭの他の構成例として、図１０の（ｂ）の基準マークＦＭを走査方向に２つ配列してなるものを示す。図１１の（ｂ）の例では、基準マークＦＭ５および基準マークＦＭ６を基準マーク台６に設けている。基準マークＦＭ５およびＦＭ６のうち少なくとも一方を選択し、それを第２計測部ＢＳに対して走査させることにより、Ｘ方向およびＹ方向の計測が１回の走査で行える。基準マークＦＭ５を選択した場合はＸ方向に１回の走査を、基準マークＦＭ６を選択した場合はＹ方向に１回の走査を行えばよい。一方、第１計測部による基準マークの位置計測は、例えば、基準マークＦＭ５の撮像を介した画像情報に基づくＸ方向の位置計測と、基準マークＦＭ６の撮像を介した画像情報に基づくＹ方向の位置計測とを含みうる。
【００５９】
なお、本実施形態における基準マークＦＭの構成は、まとめると次のとおりである。基準マークＦＭは、第１方向に延びた第１マーク要素、および、第１方向とは異なる第２方向に延びた第２マーク要素のうち両方を複数含みうる。
【００６０】
［実施形態３］
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品製造方法は、基板に塗布された感光剤にリソグラフィ装置を用いて潜像パターンを形成する工程（パターンを基板に形成する工程）と、該工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程（パターンを形成された基板を現像する工程）とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【００６１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、リソグラフィ装置１００は、複数の電子線（荷電粒子線）で基板にパターンを形成するリソグラフィ装置としうる。その場合、ステップＳ１における電子光学系８の光軸（軸）位置の計測は、電子光学系８を介して基板９に導かれる複数の電子線のうち第２計測部ＢＳの光軸１２に最も近い電子線を用いて電子光学系８の光軸１０の位置を計測するのが好ましい。そうすれば、第２計測部ＢＳのベースラインを計測するためのステージ１３の移動量が小さくなるため、計測に要する時間の短さの点で有利である。また、リソグラフィ装置１００は、第１計測部３、第２計測部ＢＳおよび基準マークＦＭをそれぞれ含む複数のセット（組）を有していてもよい。そのようなリソグラフィ装置１００は、基板上のアライメントマークの位置計測の高速性、および、パターン形成（描画）と時間的に近接または並行したアライメントマークの位置計測の実行のうち少なくとも一方において有利となりうる。そのような構成の場合、複数の第２計測部ＢＳのベースラインの計測は、それぞれ、その光軸に最も近い電子線を用いて行うのが好ましい。
【符号の説明】
【００６２】
１００  リソグラフィ装置
ＦＭ  基準マーク
１３  ステージ
８  荷電粒子光学系
３  第１計測部
ＢＳ  第２計測部
１６０  処理部
【図１】
2014220263.tif 000003
【図２】
2014220263.tif 000004
【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】
2014220263.tif 000009
【図８】
2014220263.tif 000010
【図９】
2014220263.tif 000011
【図１０】
2014220263.tif 000012
【図１１】
2014220263.tif 000013
【図１２】
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