(57)【要約】【課題】  マークの位置情報を高い精度で計測する。【解決手段】  レチクルＲ上のマーク等が形成されていない領域ＲＲ１，ＲＲ２及び基準板ＷＦＢ上のマークが形成されていない領域ＷＲ１，ＷＲ２内の複数箇所を撮像して複数のノイズ情報を得る。次いで、複数得られたノイズ情報からマークの位置情報を求める上で望ましいノイズ情報を推定する。そして、推定したノイズ情報と、レチクルＲ上に形成されたレチクルマーク及び基準板ＷＦＢ上に形成されたウエハ基準マークを撮像して得られる撮像信号とに基づいて信号処理を行い、これらマークの位置情報を求める。【選択図】  図７
2006041387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上に形成された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、
前記マークが形成された前記物体上のマーク領域とは異なる複数の非マーク領域を撮像し、該非マーク領域毎のノイズに関するノイズ情報を得る第１ステップと、
前記第１ステップで得た前記ノイズ情報から前記マークの位置情報を求める上で望ましいノイズ情報を推定する第２ステップと、
前記第２ステップで推定されたノイズ情報と前記マーク領域を撮像して得られる撮像信号とに基づいて信号処理を行い、前記マークの位置情報を求める第３ステップと、
を備えることを特徴とする位置計測方法。
【請求項２】
前記第１ステップは、前記非マーク領域に照明ビームを照射して前記非マーク領域を撮像して得られる光量依存成分を含むノイズ情報を得るステップを有することを特徴とする請求項１に記載の位置計測方法。
【請求項３】
前記第１ステップは、前記非マーク領域に照明ビームを照射せずに前記非マーク領域を撮像して得られる光量非依存成分を含むノイズ情報を得るステップを有することを特徴とする請求項２に記載の位置計測方法。
【請求項４】
前記第３ステップは、前記撮像信号から前記第２ステップで推定されたノイズ情報を減算するステップを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の位置計測方法。
【請求項５】
前記第２ステップは、前記第１ステップで得られる前記非マーク領域毎の前記ノイズ情報から、前記非マーク領域各々の汚れを示す評価規範を求めるステップと、
前記評価規範が最小となるものを前記マークの位置情報を求める上で望ましいノイズ情報と推定するステップと、
を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の位置計測方法。
【請求項６】
前記評価規範が所定の閾値を超えているときに、前記物体の交換及び清掃の何れか一方を指示する警告を発するステップを備えることを特徴とする請求項５に記載の位置計測方法。
【請求項７】
前記第２ステップで推定されたノイズ情報が得られる非マーク領域を再度撮像して該非マーク領域のノイズ情報を得る第４ステップと、
前記第２ステップで推定されたノイズ情報に対する前記第４ステップで得られたノイズ情報の変化量が所定の閾値を超えている場合に所定の処理を行う第５ステップと、
を有することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の位置計測方法。
【請求項８】
前記第５ステップで行われる所定の処理は、警告を発する処理であることを特徴とする請求項７に記載の位置計測方法。
【請求項９】
前記第２ステップは、前記マークの位置情報を求める上で望ましいノイズ情報を順序づけて推定するステップであり、
前記第５ステップで行われる所定の処理は、前記第２ステップで最も望ましと推定されたノイズ情報の次に望ましいノイズ情報が得られる非マーク領域を再度撮影し、該非マーク領域のノイズ情報を得る処理であることを特徴とする請求項７に記載の位置計測方法。
【請求項１０】
マスク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、
請求項１〜９の何れか一項に記載の位置計測方法を用いて前記マスク又は前記基板上に形成されたマークの位置情報を計測する計測ステップと、
前記計測ステップで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位置決めする位置決めステップと、
を備えることを特徴とする露光方法。
【請求項１１】
マスクに形成されたパターンを基板上に露光転写する露光装置において、
撮像手段と、
前記マスク又は前記基板上に形成されたマークを前記撮像手段を介して撮像し、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、
前記信号処理手段で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位置決めする位置決め手段とを備え、
前記信号処理手段は、前記マークが形成された前記マスク又は前記基板上のマーク領域とは異なる複数の非マーク領域を前記撮像手段を介して撮像して得られる該非マーク領域毎のノイズ情報から前記マークの位置情報を求める上で望ましいノイズ情報を推定し、推定したノイズ情報と前記マーク領域を前記撮像手段を介して撮像して得られる撮像信号とに基づいて信号処理を行い、前記マークの位置情報を求めることを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
前記信号処理手段は、前記非マーク領域毎の前記ノイズ情報から、前記非マーク領域各々の汚れを示す評価規範を求め、該評価規範が最小となるものを前記マークの位置情報を求める上で望ましいノイズ情報と推定することを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の露光方法、又は請求項１１若しくは１２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ことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体上に形成されたマークの位置情報を計測する位置計測方法、及び当該位置計測方法を用いて計測した位置情報に基づいてマスク又は基板の位置決めをして露光処理を行う露光方法及び露光装置、並びに当該露光方法又は露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他のデバイスは、プロセス処理を行いながらウエハ又はガラスプレート等の基板上に多数層のパターンを所定の位置関係で積み重ねることにより製造される。このため、露光装置で２層目以降の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（以下、これらを総称する場合にはマスクという）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（アライメント）を高精度に行う必要がある。基板及びマスク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の位置合わせが行われる。
【０００３】
マークを計測する技術としては、投影光学系を介して基板上のマークに照明ビームを照射し、その光学像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子で撮像し、その撮像信号を信号処理してマークの位置情報を計測する方式がある。また、マスクに形成されたマークに照明ビームを照射するとともに投影光学系を介して基板上のマークに照明ビームを照射して両者を撮像素子で撮像し、得られた撮像信号に対して信号処理を施すことにより、両者の相対位置関係を計測する方式がある。尚、従来の位置計測方法の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
【特許文献１】特開平１０−２８１７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した計測方法を用いてマークの位置情報を計測する場合に、撮像素子に流れる暗電流によるノイズ（光量非依存成分）及び光学素子による多重反射等によるノイズ（光量依存成分）が生ずる。これらのノイズが含まれる撮像信号に対して信号処理を行うとマークの計測誤差が生ずることがある。この計測誤差を排除するために、マークの位置計測を行う前にこれらのノイズを予め計測しておき、マークを撮像して得られた撮像信号から予め計測したノイズを除去した上で信号処理を行うことで計測誤差を低減することが行われている。尚、光量非依存成分は照明ビームを照射せずに撮像素子から撮像信号を得ることにより求めることができ、光量依存成分はマスク又は基板上のマークが形成されていない領域（非マーク領域）に照明ビームを照射し、撮像素子から撮像信号を得ることにより求めることができる。
【０００５】
しかしながら、上記の光量依存成分を計測するときにマスク又は基板の照明ビームが照射される位置に塵埃又は傷等があると、求められた光量依存成分を用いて計測誤差の低減を行おうとすると、この成分が却って計測精度を悪化させることがある。なぜならば、得られた光量依存成分は塵埃又は傷等の影響を受けたものであって、その塵埃又は傷等は非マーク領域には存在するがマークが形成された領域（マーク領域）には通常は存在しないものだからである。つまり、マークを撮像して得られた撮像信号から塵埃又は傷等の影響を受けた光量依存成分を除去すると、塵埃又は傷等の影響を受けた分だけ余計に除去されて計測精度が悪化してしまうのである。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、塵埃又は傷等の影響を排除してマークの位置情報を高い精度で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、当該位置計測方法を用いて計測した位置情報に基づいてマスク又は基板の位置決めをして露光処理を行う露光方法及び露光装置、並びに当該露光方法又は露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法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】
【０００７】
以下、この項に示す説明では、本発明を、実施形態を表す図面に示す部材符号に対応付けて説明するが、本発明の各構成要件は、これら部材符号を付した図面に示す部材に限定されるものではない。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によると、物体（Ｒ、ＷＦＢ）上に形成されたマーク（ＲＭ１、ＲＭ２、ＷＦＭ１、ＷＦＭ２）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、前記マークが形成された前記物体上のマーク領域（ＲＲ０、ＷＲ０）とは異なる複数の非マーク領域（ＲＲ１、ＲＲ２、ＷＲ１、ＷＲ２）を撮像し、該非マーク領域毎のノイズに関するノイズ情報を得る第１ステップ（Ｓ１１、Ｓ１４）と、前記第１ステップで得た前記ノイズ情報から前記マークの位置情報を求める上で望ましいノイズ情報を推定する第２ステップ（Ｓ１６）と、前記第２ステップで推定されたノイズ情報と前記マーク領域を撮像して得られる撮像信号とに基づいて信号処理を行い、前記マークの位置情報を求める第３ステップ（Ｓ１８）と、を備える位置計測方法が提供される。
【０００９】
本発明の第１の観点に係る位置計測方法では、複数の非マーク領域を撮像して得られた複数のノイズ情報からマークの位置情報を求める上で望ましいノイズ情報を推定するようにしたので、物体に塵埃が付着しており又は物体に傷等が形成されていても、これらの影響のより少ないノイズ情報を用いて信号処理することができるようになり、マークの位置情報をより高い精度で計測することができるようになる。
【００１０】
本発明の第２の観点によると、マスク（Ｒ）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、上記本発明の第１の観点に係る位置計測方法を用いて前記マスク又は前記基板上に形成されたマークの位置情報を計測する計測ステップと、前記計測ステップで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位置決めする位置決めステップと、を備える露光方法が提供される。
【００１１】
本発明の第３の観点によると、マスク（Ｒ）に形成されたパターンを基板（Ｗ）上に露光転写する露光装置（１）において、撮像手段（２２ａ、２２ｂ）と、前記マスク又は前記基板上に形成されたマーク（ＲＭ１、ＲＭ２、ＷＦＭ１、ＷＦＭ２）を前記撮像手段を介して撮像し、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（２５）と、前記信号処理手段で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位置決めする位置決め手段（１７、ＲＳＴ、ＷＳＴ）とを備え、前記信号処理手段は、前記マークが形成された前記マスク又は前記基板上のマーク領域（ＲＲ０、ＷＲ０）とは異なる複数の非マーク領域（ＲＲ１、ＲＲ２、ＷＲ１、ＷＲ２）を前記撮像手段を介して撮像して得られる該非マーク領域毎のノイズ情報から前記マークの位置情報を求める上で望ましいノイズ情報を推定し、推定したノイズ情報と前記マーク領域を前記撮像手段を介して撮像して得られる撮像信号とに基づいて信号処理を行い、前記マークの位置情報を求めるようにした露光装置が提供される。
【００１２】
本発明の第２の観点に係る露光方法又は本発明の第３の観点に係る露光装置では、物体上の塵埃や傷等の影響のより少ないノイズ情報を用いて信号処理することにより、高い精度で計測された位置情報に基づいてマスク又は基板を正確に位置決めできるようにしたので、露光精度を向上することができる。
【００１３】
本発明の第４の観点によると、上記本発明の第２の観点に係る露光方法、又は上記本発明の第３の観点に係る露光装置を用いて、マスク（Ｒ）上に形成されたデバイスパターンを基板（Ｗ）上に転写する工程を含むデバイス製造方法が提供される。露光精度の高い本発明に係る露光方法又は露光装置を用いているので、微細なパターンを高い精度で形成することができ、高性能、高品質なデバイスを製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、塵埃又は傷等の影響を排除してマークの位置情報を高い精度で計測することができるという効果がある。また、微細なパターンを高い精度で形成することができるという効果がある。更に、高性能、高品質なデバイスを製造することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。この露光装置１は、マスクとしてのレチクルＲと基板としてのウエハＷとを同期移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンを、ウエハＷ上の各ショット領域に逐次転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、所謂スキャニング・ステッパである。尚、以下の説明においては、必要に応じて図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。図１に示したＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸が水平面に含まれるよう設定されており、Ｚ軸が鉛直上方向に設定されている。
【００１６】
露光装置１は、光源１１を含む照明光学系１０、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、メインフォーカス検出系２１、レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂ、ウエハアライメントセンサ２３、及び制御系等を含んで構成されている。
【００１７】
照明光学系１０は、例えばエキシマレーザからなる光源１１、ビーム整形用レンズ、及びフライアイレンズ（オプティカルインテグレータ）等を含む照度均一化光学系１２、照明系開口絞り板（レボルバ）１３、リレー光学系１４、不図示のレチクルブラインド、折り曲げミラー１５、及び不図示のコンデンサレンズ系等を含んで構成される。光源１１は、例えばＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）又はＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）である。
【００１８】
照明光学系１０の構成各部についてその作用とともに説明すると、光源１１から射出された照明ビームＩＬは、照度均一化光学系１２によって光束の一様化及びスペックルの低減化等が行われる。光源１１のレーザパルスの発光は後述する主制御装置２５によって制御される。尚、光源１１としては、上記のＫｒＦエキシマレーザ又はＡｒＦエキシマレーザ以外に、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）等の輝線を発する超高圧水銀ランプ、Ｆ２レーザ（波長１５７ｎｍ）、ＹＡＧレーザ、金属蒸気レーザ、又は半導体レーザ等の高調波発生装置等を用いても良い。
【００１９】
照度均一化光学系１２の出口部分には円板状部材からなる照明系開口絞り板１３が配置されている。この照明系開口絞り板１３には、ほぼ等角度間隔で、例えば通常の円形開口よりなる開口絞り、小さな円形開口よりなりコヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための開口絞り、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置してなる変形開口絞り（何れも図示省略）等が配置されている。この照明系開口絞り板１３は、主制御装置２５により制御されるモータ等の駆動系１６により回転駆動されるようになっており、これによりいずれかの開口絞りが照明ビームＩＬの光路上に選択的に配置される。
【００２０】
照明系開口絞り板１３の後方の照明ビームＩＬの光路上には、不図示のブラインドを介在してリレー光学系１４が設置されている。ブラインドの設置面はレチクルＲと光学的に共役な関係にある。リレー光学系１４後方の照明ビームＩＬの光路上には、このリレー光学系１４を通過した照明ビームＩＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラー１５が配置されており、この折り曲げミラー１５後方の照明ビームＩＬ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ＩＬは、リレー光学系１４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、折り曲げミラー１５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ＰＡを均一な照度で照明する。
【００２１】
レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴ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ＲＳＴは、水平面（ＸＹ平面）内で２次元移動可能に構成されており、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴに載置された後、レチクルＲのパターン領域ＰＡの中心点が光軸ＡＸと一致するように位置決めが行なわれる。こうしたレチクルステージＲＳＴの位置決め動作は、主制御装置２５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。尚、レチクルＲの初期設定のためのレチクルア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。
【００２２】
投影光学系ＰＬ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ＡＸ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ＰＬとしては、投影倍率が例えば１／４又は１／５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ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域が照明されると、そのレチクルＲのパターン面に形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって表面にレジスト（感光材）が塗布されたウエハＷ上に縮小投影され、ウエハＷ上の一つのショット領域にレチクルＲのパターンの縮小像が転写される。
【００２３】
ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方に配設されたステージ定盤ＢＳ上に載置されている。このウエハステージＷＳＴは、実際には水平面（ＸＹ面）内を２次元移動可能なＸＹステージと、このＸＹステージ上に搭載され光軸方向（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ではこれらを代表的にウエハステージＷＳＴとして示している。以下の説明中では、このウエハステージＷＳＴは、駆動系１７によってステージ定盤ＢＳの上面に沿ってＸＹ２次元方向に駆動されるとともに微小範囲（例えば１００μｍ程度）内で光軸ＡＸ方向にも駆動されるようになっているものとする。尚、ステージ定盤ＢＳ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。
【００２４】
ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハホルダ１８を介してウエハＷが真空吸着等によって保持される。ウエハステージＷＳＴの２次元的な位置は、ウエハステージＷＳＴ上に固定された移動鏡１９を介してレーザ干渉計２０によって所定の分解能（例えば１ｎｍ程度）で常時検出される。このレーザ干渉計２０の出力は主制御装置２５に供給されて、この情報に基づいて主制御装置２５は駆動系１７を制御する。このような閉ループの制御系によって、例えば、ウエハステージＷＳＴはウエハ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、全てのショット位置に対する露光が終了すると、ウエハＷは不図示のウエハ交換装置によって他のウエハＷに交換される。尚、ウエハ交換装置は、ウエハステージＷＳＴから外れた位置に配置され、ウエハＷの受け渡しを行うウエハローダ等のウエハ搬送系を備えて構成されている。
【００２５】
また、ウエハＷ面のＺ方向の位置は、メインフォーカス検出系２１により測定される。メインフォーカス検出系２１としては、投影光学系ＰＬの結像面に向けてピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束若しくは平行光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射光学系２１ａと、その結像光束若しくは平行光束のウエハＷ表面（又は後述する基準板ＷＦＢの表面）での反射光束を受光する受光光学系２１ｂとからなる斜入射光式の焦点検出系が用いられており、受光光学系２１ｂからの信号が主制御装置２５に供給されている。主制御装置２５では受光光学系２１ｂからの信号に基づき、常に投影光学系ＰＬの最良結像面にウエハＷの表面が来るように駆動系１７を介してウエハＷのＺ位置を制御する。
【００２６】
制御系は、図１に示す主制御装置２５によって主に構成される。主制御装置２５は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からな所謂マイクロコンピュータ（又はミニコンピュータ）によって構成されており、露光動作が的確に行われるようにレチクルＲとウエハＷとの位置合わせ（アライメント）、ウエハＷのステッピング及び露光タイミング等を統括して制御する。また、主制御装置２５は、レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂの焦点位置の調整を行なう他、装置全体を統括制御する。
【００２７】
ここで、ウエハアライメントセンサ２３、及びレチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂについて詳細に説明する。まず、ウエハアライメントセンサ２３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４−６５６０３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。ウエハステージＷＳＴ上には、後述するレチクルアライメント及びベースライン計測のためのウエハ基準マーク（ウエハフィデューシャルマーク）ＷＦＭ１〜ＷＦＭ３等の各種の基準マークが形成された基準板ＷＦＢが設けられている。
【００２８】
この基準板ＷＦＢの表面位置（Ｚ方向の位置）はウエハＷの表面位置とほぼ同一とされている。ウエハアライメントセンサ２３は、この基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭ、ウエハＷ上のウエハアライメントマークの位置を検出し、その検出結果を主制御装置２５に供給する。尚、ウエハアライメントセンサとして、例えば特開平１０−１４１９１５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。
【００２９】
レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂはそれぞれ、検出用照明光をレチクルＲに照射するアライメント照明系、比較的に粗い検出を実施するためのサーチ検出系、及び比較的に精密な（サーチ検出系よりも精密な）検出を実施するためのファイン検出系等からなる。図２は、レチクルアライメント顕微鏡２２ａの構成を説明するための図である。尚、他方のレチクルアライメント顕微鏡２２ｂ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。
【００３０】
図２において、レチクルアライメント顕微鏡２２ａに設けられるアライメント照明系は、検出用照明光として露光光としての照明ビームＩＬ（図１参照）を用いる構成であり、照明ビームＩＬ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アライメント顕微鏡２２ａ内に導き、更にその光束をレチクルＲ上に導く。より具体的には、アライメント照明系は、可動ミラー３１、集光レンズ３２、結像レンズ３３、及び偏向ミラー３４等を含んで構成され、ハーフミラー３５によりファイン検出系及びサーチ検出系に接続されている。
【００３１】
可動ミラー３１は、照明ビームＩＬの光路を切り換えるためのミラーであり、照明ビームＩＬを反射させない第１の位置と照明ビームＩＬ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３１は主制御装置２５によりその位置が選択される。
【００３２】
また、落斜ミラーＭ１は、図２中の矢印Ａ−Ａ’の方向に移動可能に構成されており、照明位置と退避位置との各々に自在に配置される。レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂを用いてアライメントを行う際には、主制御装置２５が不図示の駆動系を介して落斜ミラーＭ１を矢印Ａ方向に駆動して図２に示す照明位置に位置決めし、ア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Ｍ１を矢印Ａ’方向に駆動して所定の退避位置に退避させる。
【００３３】
アライメント照明系により導かれた照明ビームＩＬは落斜ミラーＭ１を介してレチクルマークＲＭ１を照明するとともに、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬを介して基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭ１を照明する。レチクルマークＲＭ１及びウエハ基準マークＷＦＭ１からの反射ビームは落斜ミラーＭ１でそれぞれ反射され、それらの反射ビームはレチクルアライメント顕微鏡２２ａに設けられたサーチ検出系及びファイン検出系に入射する。
【００３４】
レチクルアライメント顕微鏡２２ａに設けられるサーチ検出系は、落斜ミラーＭ１、第１対物レンズ３６、ハーフミラー３７、偏向ミラー３８、及び第２対物レンズ３９等を含むサーチ光学系とサーチ撮像用カメラ４０を含んで構成される。他方、レチクルアライメント顕微鏡２２ａに設けられるファイン検出系は、落斜ミラーＭ１、第１対物レンズ３６、第２対物レンズ４１等を含むファイン光学系とファイン撮像用カメラ４２を含んで構成される。サーチ撮像用カメラ４０及びファイン撮像用カメラ４２として、本実施形態では、ＣＣＤ等の撮像素子をそれぞれ用いている。また、サーチ撮像用カメラ４０としては低感度のものを、ファイン撮像用カメラ４２としては高感度のものを用いている。更に、サーチ光学系は拡大倍率が低く、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。サーチ撮像用カメラ４０及びファイン撮像用カメラ４２の撮像信号（光電変換信号）は、主制御装置２５に供給される。
【００３５】
上記構成の露光装置１において、レチクルＲの位置決め（アライメント）を行う際には、主制御装置２５により可動ミラー３１を第２の位置に設定し、ア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ＲＭ１を照明する。レチクルＲ及び基準板ＷＦＢでの反射ビームは、サーチ光学系を介してサーチ撮像用カメラ４０に入射し、レチクルマークＲＭ１、及びウエハ基準マークＷＦＭ１の像が同時にサーチ撮像用カメラ４０の受光面に結像される。また、レチクルＲ及び基準板ＷＦＢでの反射ビームは、ファイン光学系を介してファイン撮像用カメラ４２に入射し、レチクルマークＲＭ、及びウエハ基準マークＷＦＭ１の像が同時にファイン撮像用カメラ４２の受光面に結像される。
【００３６】
図３はレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の構成例を示す図であり、図４はウエハ基準マークＷＦＭ１〜ＷＦＭ３の構成例を示す図である。これらレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２及びウエハ基準マークＷＦＭ１〜ＷＦＭ３の具体的な形状は、特に限定されないが、図３，図４に示す通り、二次元方向に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望ましい。
【００３７】
レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２（以下、これらを総称する場合にはレチクルマークＲＭという）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ＥＢ露光装置といった装置により、設計データを基にしてレチクル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た構成である。
【００３８】
ウエハ基準マークＷＦＭ１〜ＷＦＭ３（以後、これらを総称する場合にはウエハ基準マークＷＦＭという）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が形成されている。図４に示す例では、ウエハ基準マークＷＦＭ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む構成である。尚、ウエハ基準マーク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、ウエハ基準マークＷＦＭが形成された基準板ＷＦＢをウエハステージＷＳＴ（図１参照）上に設けているが、この基準板ＷＦＢは、ステージ定盤ＢＳ上であれば他の位置（例えばウエハホルダ１８又は移動鏡１９上等）にあってもよい。
【００３９】
図５は、サーチ撮像用カメラ４０又はファイン撮像用カメラ４２の受光面に同時に結像されたレチクルマークＲＭ及びウエハ基準マークＷＦＭの像、並びにこれらの像をファイン撮像用カメラ４２で撮像して得られた撮像信号（光電変換信号）を示す図である。尚、ファイン撮像用カメラ４２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ＰＦｘ，ＰＦｙ内の像を撮像する。前述した通り、本実施形態では、レチクルマークＲＭ及びウエハ基準マークＷＦＭの各マーク要素がクロムで形成されていることから、撮像信号は各マーク要素で反射したビームの強度が強く、そのマーク要素に対応する部分で信号強度（Ｖｘ，Ｖｙ）が凸形状となる信号波形となる。
【００４０】
レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂのそれぞれのサーチ撮像用カメラ４０又はファイン撮像用カメラ４２は、レチクルマークＲＭの像とウエハ基準マークＷＦＭ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２５に供給する。主制御装置２５は、これらレチクルマークＲＭとウエハ基準マークＷＦＭ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（レチクルアライメント）。また、レチクルアライメントでは、サーチ検出系の検出結果に基づいて、比較的に粗くレチクルＲを位置決めした後に、ファイン検出系の検出結果に基づいて、精密なレチクルＲの位置決めを行う。
【００４１】
図６は、レチクルアライメントに伴うマークの位置計測動作の一例を示すフローチャートである。尚、図６に示すフローチャートは、上述したファイン検出系を用いたレチクルの位置決め処理（ファインアライメント処理）に伴うマークの位置計測動作の手順の一例を示すものである。本実施形態の位置計測動作の概要は、マークを実際に撮像して得られる撮像信号に対して信号処理を施す前（例えば、露光装置の立ち上げ時）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ている。尚、レチクルＲは、不図示のレチクル交換装置を介してレチクルステージＲＳＴ上に搭載された後、サーチ検出系を用いたサーチアライメント処理によりラフな位置決めが既に行われているものとする。
【００４２】
まず、レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂ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処理が行われる（ステップＳ１１）。ここで、ノイズの光量非依存成分の計測は、照明ビームがレチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂで検出されない状態で行う。具体的には、主制御装置２５がレチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂに設けられた可動ミラー３１を第１の位置に設定し、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２に対する照明を行わない状態で撮像用カメラ４２の信号を取得する。尚、照明ビームが観察されない状態にするには、上述した可動ミラー３１を制御する方法以外に、他の手段で照明ビームの光路を遮る方法又は光源１１の出力を停止させる方法を用いることができる。
【００４３】
照明ビームがレチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂ（撮像用カメラ４２）で検出されない状態で、撮像用カメラ４２の信号を主制御装置２５が取得することにより、レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂにおけるノイズの光量非依存成分を計測することができる。このノイズ成分は、主として撮像用カメラ４２の暗電流成分である。主制御装置２５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記憶する。
【００４４】
次に、主制御装置２５は、レチクルステージＲＳＴに付随する不図示の駆動系及びウエハステージＷＳＴに付随する駆動系１７の各々に制御信号を出力してレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを移動させ（ステップＳ１２）、レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂの計測視野を非マーク領域に配置する（ステップＳ１３）。尚、本実施形態のレチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂは、レチクルＲに形成されたレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２と基準板ＷＦＢに形成されたウエハ基準マークＷＦＭ１，ＦＭ２とを同時に検出しているため、レチクルＲのレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２等が形成されていない領域（非マーク領域）と基準板ＷＦＢのウエハ基準マークＷＦＭ１〜ＷＦＭ３等が形成されていない領域（非マーク領域）とがレチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂの計測視野内に配置されている状態にする必要がある。
【００４５】
図７は、ノイズ計測時においてレチクルＲ及び基準板ＷＦＢ上に設定されるレチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂの計測視野位置の一例を示す図であって、（ａ）は基準板ＷＦＢ上に設定される計測視野位置を示す図であり、（ｂ）はレチクルＲ上に設定される計測視野位置を示す図である。図７（ａ）において、基準板ＷＦＢ上面の領域ＷＲ０はウエハ基準マークＷＦＭ１〜ＷＦＭ３等が形成されたマーク領域を示しており、領域ＷＲ１，ＷＲ２はウエハ基準マークＷＦＭ１〜ＷＦＭ３等のマークが形成されていない非マーク領域を示している。尚、マーク領域ＷＲ０及び非マーク領域ＷＲ１，ＷＲ２の下地領域は同じ材質で形成されている。また、図７（ｂ）において、レチクルＲ上にはパターン領域ＰＡ（図１参照）が設定されるとともに、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２等が形成される領域ＲＭが設定されており、また領域ＲＲ１，ＲＲ２というレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２等が形成されていない非マーク領域も設定されている。尚、領域ＰＡ，ＰＭ及び非マーク領域ＲＲ１，ＲＲ２の下地領域は同じ材質（ガラス）で形成されており、非マーク領域ＲＲ１，ＲＲ２はレチクルＲの母材であるガラス板のみが表面に露出している領域であって、この領域に入射した光はレチクルＲを単に透過することになる。
【００４６】
本実施形態においては、基準板ＷＦＢ上面の非マーク領域ＷＲ１，ＷＲ２内、及びレチクルＲの領域ＲＲ１，ＲＲ２内の異なる複数箇所がレチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂの計測視野内に配置されるよう設定することで、レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂで複数の非マーク領域を撮像するようにしている。具体的には、図７（ａ）中の非マーク領域ＷＲ１内で互いに重ならないようレチクルアライメント顕微鏡２２ａの計測視野位置Ｐ１１〜Ｐ１３を設定するとともに、非マーク領域ＷＲ２内で互いに重ならないようレチクルアライメント顕微鏡２２ｂの計測視野位置Ｐ２１〜Ｐ２３を設定している。
【００４７】
また、図７（ｂ）中の領域ＲＲ１内で互いに重ならないようレチクルアライメント顕微鏡２２ａの計測視野位置Ｐ３１〜Ｐ３４を設定するとともに、領域ＲＲ２内で互いに重ならないようレチクルアライメント顕微鏡２２ｂの計測視野位置Ｐ４１〜Ｐ４４を設定している。従って、非マーク領域におけるレチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂの計測視野の配置方法は、基準板ＷＦＢ上に設定された３組の計測視野位置（（Ｐ１１，Ｐ２１）、（Ｐ１２，Ｐ２２）、（Ｐ１３，Ｐ２３））とレチクルＲに設定された４組の計測視野位置（（Ｐ３１，Ｐ４１）、（Ｐ３２，Ｐ４２）、（Ｐ３３，Ｐ４３）、（Ｐ３４，Ｐ４４））とを組み合わせた計１２通りある。このように、非マーク領域内に複数の計測視野位置を設定するのは、何れかの計測視野位置に塵埃又は傷等が存在したとしても、他の計測視野位置におけるノイズの計測結果を用いることで、ノイズの影響を排除してレチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂによる計測精度を高めるためである。
【００４８】
上記のステップＳ１３では、例えばレチクルアライメント顕微鏡２２ａの計測視野が基準板ＷＦＢ上の計測視野位置Ｐ１１及びレチクルＲ上の計測視野位置Ｐ３１に設定されるとともに、レチクルアライメント顕微鏡２２ｂの計測視野が基準板ＷＦＢ上の計測視野位置Ｐ２１及びレチクルＲ上の計測視野位置Ｐ４１に設定される。以上の配置を終えると、主制御装置２５はレチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂ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Ｓ１４）。ノイズの光量依存成分の計測は、レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂの計測視野が上記の計測視野位置にそれぞれ配置されている状態で、レチクルＲの領域ＲＲ１，ＲＲ２内における計測視野位置Ｐ３１，Ｐ４１及び基準板ＷＦＢ上の非マーク領域ＷＲ１，ＷＲ２内における計測視野位置Ｐ１１，Ｐ２１を含む領域を照明ビームで照明し、基準板ＷＦＢ上の計測視野位置Ｐ１１及びレチクルＲ上の計測視野位置Ｐ３１をレチクルアライメント顕微鏡２２ａを介して撮像するとともに、基準板ＷＦＢ上の計測視野位置Ｐ２１及びレチクルＲ上の計測視野位置Ｐ４１をレチクルアライメント顕微鏡２２ｂを介して撮像することにより行う。
【００４９】
レチクルＲの非マーク領域ＲＲ１，ＲＲ２内における計測視野位置Ｐ３１，Ｐ４１から発生したビーム及び基準板ＷＦＢ上の非マーク領域ＷＲ１，ＷＲ２内における計測視野位置Ｐ１１，Ｐ２１から発生したビームを観察した信号を主制御装置２５が取得することにより、レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂにおけるノイズの光量依存成分を計測できる。このノイズ成分は、レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂをビームが通過することに起因して生じるものであり、その発生起因としては、例えば、撮像用カメラ４０，４２のカバーガラスや、ハーフミラー３７，３５で生じる干渉縞、或いは撮像用カメラ４０，４２における複数の画素の間の感度ばらつき等がある。こうしたノイズ成分は、レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂを通過するビームの光量に対してほぼ比例的に変化し、ビームの光量が大きいほど大きく生じる傾向にある。主制御装置２５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。
【００５０】
以上の処理を終えると、主制御装置２５は所定回数の計測が終了したか否かを判断する（ステップＳ１５）。つまり、前述した通り、非マーク領域におけるレチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂの計測視野の配置方法は計１２通りの組み合わせがあるため、例えばこの組合わせの全てについて計測が終了したか否かを判断する。なお、この所定の計測回数は任意に設定可能である。この判断結果が「ＮＯ」の場合には、主制御装置２５は例えばレチクルステージＲＳＴに付随する不図示の駆動系に制御信号を出力してレチクルステージＲＳＴを移動させる（ステップＳ１２）。そして、例えばレチクルアライメント顕微鏡２２ａの計測視野を計測視野位置Ｐ１１，Ｐ３２に設定するとともに、レチクルアライメント顕微鏡２２ｂの計測視野を計測視野位置Ｐ２１，Ｐ４２に設定し（ステップＳ１３）、同様にノイズの光量依存成分の計測を行う（ステップＳ１４）。ステップＳ１５の判断結果が「ＮＯ」の間は以上のステップＳ１２〜Ｓ１４の処理が繰り返されてノイズの光量依存成分の計測が行われる。
【００５１】
所定回数の計測が終了してステップＳ１５の判断結果が「ＹＥＳ」になると、主制御装置２５はレチクルＲに形成されたレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２及び基準板ＷＦＢに形成されたウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２の位置情報を計測する上で望ましいノイズに関する情報（ノイズ情報）を推定する処理を行う（ステップＳ１６）。
【００５２】
このステップＳ１６で行われる推定処理について、図８に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。この推定処理を説明するに当たり、レチクルＲの非マーク領域ＲＲ１，ＲＲ２内に設定した計測視野位置の各々に番号を付し、これをレチクル位置ｉ（１≦ｉ≦ｎＲ）とする。また、基準板ＷＦＢ上の非マーク領域ＷＲ１，ＷＲ２内に設定した計測視野位置の各々に番号を付し、これを基準板位置ｊ（１≦ｉ≦ｎＦＭ）とする。尚、本実施形態では、レチクルＲの領域ＲＲ１，ＲＲ２内の異なる４箇所に計測視野位置を設定しているためｎＲ＝４であり、基準板ＷＦＢ上の非マーク領域ＷＲ１，ＷＲ２内の異なる３箇所に計測視野位置を設定しているためｎＦＭ＝３である。また、レチクル位置ｉ、基準板位置ｊにおいて計測される撮像信号（下地画像）をｆｉ，ｊ（ｘ）とする。ここで、ｘは撮像用カメラ４２の画素位置を示す変数であって、１≦ｘ≦ｎｐｉｘ（ｎｐｉｘは撮像用カメラ４２の画素数）である。
【００５３】
いま、以上説明したステップＳ１２〜Ｓ１４の処理で得られた撮像信号のうち、基準板位置ｊを「１」に固定してレチクルＲの位置を変えたｎＲ個の撮像信号ｆｉ，１（ｘ）と、レチクル位置ｉを「１」に固定して基準板ＷＦＢの位置を変えたｎＦＭ個の画像信号ｆ１，ｊ（ｘ）との計ｎＲ＋ｎＦＭ個の撮像信号を考える。尚、ここでは、ステップＳ１２〜Ｓ１４の処理によって得られた計１２個の撮像信号の中から上記のｎＲ＋ｎＦＭ個（７個）の撮像信号を用いるものとして説明するが、ステップＳ１２〜Ｓ１４の処理によって上記のｎＲ＋ｎＦＭ個（７個）の撮像信号のみを計測取得するようにした方がスループット等の観点から好ましい。また、上記の撮像信号ｆｉ，１（ｘ）はレチクルＲに付着した塵埃又は傷等の有無を推定するために用い、上記の撮像信号ｆ１，ｊ（ｘ）は基準板ＷＦＢに付着した塵埃又は傷等の有無を推定するために用いる。
【００５４】
まず、主制御装置２５は、得られた撮像信号ｆｉ，１（ｘ），ｆ１，ｊ（ｘ）を、その明るさ（平均値）で規格化する処理を行う（ステップＳ２１）。撮像信号ｆｉ，ｊ（ｘ）を明るさ（平均値）で規格化する処理は以下の（１）式を用いて行われ、規格化された撮像信号をＦｉ，ｊ（ｘ）と表記する。
【００５５】
【数１】
2006041387.tif 000003
【００５６】
次に、主制御装置２５は、ステップＳ２１で規格化したｎＲ個の撮像信号Ｆｉ，１（ｘ）を用いてレチクルＲの汚れ等の影響を除去した除去信号を推定する処理を行う（ステップＳ２２）。即ち、各撮像信号Ｆｉ，１（ｘ）の画素位置ｘ毎にレチクルＲの汚れ等の影響を除去した輝度値を推定する。尚、以下の説明ではｎＲをｎａｌｌと表記し、撮像信号Ｆｉ，１（ｘ）をＦｉ（ｘ）と表記する。
【００５７】
この処理では、ある画素位置ｘについて、ｎａｌｌ個の撮像信号Ｆｉ（ｘ）の値をｎａｌｌ−ｈ個の正常値Ｎと、ｈ個の異常値Ｉとに分ける。ここで、ｈは０からｎａｌｌ／２までの値を取る変数である。つまり、ｎａｌｌ個の撮像信号Ｆｉ（ｘ）の値を、ｎａｌｌ個の正常値Ｎと０個の異常値Ｉ、ｎａｌｌ−１個の正常値Ｎと１個の異常値Ｉ、…、（ｎａｌｌ／２）個の正常値Ｎと（ｎａｌｌ／２）個の異常値Ｉに分ける。尚、本実施形態では、ｎａｌｌ（＝ｎＲ）＝４である。
【００５８】
撮像信号Ｆｉ（ｘ）の値を正常値Ｎと異常値Ｉとに分けると、変数ｈの値に応じて以下の（２）式に示す平均値μｈ（ｘ）、以下の（３）式に示す最尤分散σｈ２（ｘ）、及び以下の（４）式に示す赤池情報量規準（ＡＩＣ：Ａｋａｉｋｅ’ｓ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）ＡＩＣｈ（ｘ）をそれぞれ求める。
【００５９】
【数２】
2006041387.tif 000004
【数３】
2006041387.tif 000005
【数４】
2006041387.tif 000006
【００６０】
尚、実際上はｎａｌｌ個の撮像信号Ｆｉ（ｘ）の値を正常値Ｎと異常値Ｉとに分ける際に基準が必要になるため、まず変数ｈの値を０に設定してｎａｌｌ個の正常値Ｎと０個の異常値Ｉにする。つまり、撮像信号Ｆｉ（ｘ）の値の全てを正常値Ｎとして上記（２）式から平均値μ０（ｘ）、上記（３）式から最尤分散σ０２（ｘ）、上記（４）式から赤池情報量規準ＡＩＣ０（ｘ）をそれぞれ求める。
【００６１】
次に、以下の（５）式から平均値μ０（ｘ）からの撮像信号Ｆｉ（ｘ）各々の偏差を求めて、ｎａｌｌ個の撮像信号Ｆｉ（ｘ）のうち偏差が最も大きいものを異常値Ｉにすることで、撮像信号Ｆｉ（ｘ）の値をｎａｌｌ−１個の正常値Ｎと１個の異常値Ｉとに分ける。
【００６２】
【数５】
2006041387.tif 000007
【００６３】
次に、ｈの値を１に設定して上記の処理によりｎａｌｌ−１個の正常値Ｎと１個の異常値Ｉとに分けられた撮像信号Ｆｉ（ｘ）を用いて上記（２）式から平均値μ１（ｘ）、上記（３）式から最尤分散σ１２（ｘ）、上記（４）式から赤池情報量規準ＡＩＣ１（ｘ）をそれぞれ求める。その後、上記の（５）式から平均値μ１（ｘ）からの撮像信号Ｆｉ（ｘ）各々の偏差を求めて、ｎａｌｌ個の撮像信号Ｆｉ（ｘ）のうち偏差が最も大きいものを異常値Ｉにすることで、撮像信号Ｆｉ（ｘ）の値をｎａｌｌ−２個の正常値Ｎと２個の異常値Ｉとに分ける。以下、ｈの値を１づつ増加させて（インクリメントさせて）ｈの値がｎａｌｌ／２個になるまで同様の処理を行う。
【００６４】
次に、以上の処理によって求められた（ｎａｌｌ／２）＋１個の赤池情報量規準ＡＩＣｈ（ｘ）から値が最小となるものを求め、その値が得られるときの正常値の平均値を画素位置ｘにおけるレチクルＲの汚れ等の影響を除去した輝度値であるとする。この輝度値をＧＲ（ｘ）とすると、上記の処理は以下の（６）式で表される。
【００６５】
【数６】
2006041387.tif 000008
【００６６】
以上説明した処理を画素位置ｘの全てについて行うことにより、撮像信号からレチクルの汚れ等の影響を除去した除去信号が得られる。
【００６７】
次に、主制御装置２５は、ステップＳ２１で規格化したｎＦＭ個の撮像信号Ｆ１，ｊ（ｘ）を用いて基準板ＷＦＢの汚れ等の影響を除去した除去信号を推定する処理を行う（ステップＳ２３）。この処理は、ｎＦＭをｎａｌｌとし、撮像信号Ｆ１，ｊ（ｘ）をＦｉ（ｘ）とすれば、上記のステップＳ２２と同様の処理となる。尚、画素位置ｘにおける基準板ＷＦＢの汚れ等の影響を除去した輝度値をＧＦＭ（ｘ）とする。
【００６８】
以上の処理が終了すると、主制御装置２５はレチクルＲの非マーク領域ＲＲ１，ＲＲ２内における汚れ等の影響が最も小さい計測視野位置、及び基準板ＷＦＢの非マーク領域ＷＲ１，ＷＲ２内における汚れ等の影響が最も小さい計測視野位置を選択する処理をそれぞれ行う（ステップＳ２４）。この処理では、レチクルＲの非マーク領域ＲＲ１，ＲＲ２内における汚れ等の影響の大小を示す評価規範が用いられる。この評価規範ｑＲ，ｉは、以下の（７）式で表される。
【００６９】
【数７】
2006041387.tif 000009
【００７０】
つまり、上記（７）式から、レチクルＲの非マーク領域ＲＲ１，ＲＲ２内におけるレチクル位置ｉでの評価規範ｑＲ，ｉは、レチクル位置ｉで撮像された撮像信号の各画素位置ｘでの撮像信号Ｆｉ，０（ｘ）から汚れ等の影響を除去した輝度値ＧＲ（ｘ）を減じた値の最大値と最小値との差で表される。主制御装置２５は、この評価規範ｑＲ，ｉが最小となるレチクル位置ｉを最も汚れ等の影響が小さい計測視野位置であるとする。
【００７１】
レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂは、図５に示す通り、Ｘ軸に沿う撮像領域ＰＦｘとＹ軸に沿う撮像領域ＰＦｙとをそれぞれ有している。以上説明した処理は、例えばレチクルアライメント顕微鏡２２ａの撮像領域ＰＦｘから得られる撮像信号のみに対する処理であったが、レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂの撮像領域ＰＦｘ，ＰＦｙから得られる撮像信号の全てに対して上記と同様の処理を行う必要がある。
【００７２】
４つの撮像領域を考慮した評価規範ＱＲ，ｉは、各領域をｐｆとすると、以下の（８）式で表される。主制御装置２５は、以下の（８）式に示され評価規範ＱＲ，ｉが最小となるレチクル位置ｉを最も汚れ等の影響が小さい計測視野位置であると選択する。
【００７３】
【数８】
2006041387.tif 000010
【００７４】
同様に、基準板ＷＦＢの非マーク領域ＷＲ１，ＷＲ２内における汚れ等の影響が最も小さい計測視野位置を求める評価規範ｑＦＭ，ｊは以下の（９）式で表され、レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂの撮像領域ＰＦｘ，ＰＦｙを考慮した評価規範ＱＦＭ，ｊは以下の（１０）式で表される。主制御装置２５は、以下の（１０）式に示され評価規範ＱＦＭ，ｊが最小となる基準板位置ｊを最も汚れ等の影響が小さい計測視野位置であると選択する。
【００７５】
【数９】
2006041387.tif 000011
【数１０】
2006041387.tif 000012
【００７６】
次に、主制御装置２５は、ステップＳ２４の処理で選択した計測視野位置について汚れ等の影響が十分排除されたか否かを判断する（ステップＳ２５）。具体的には、ステップＳ２４の処理によって求められた最小の評価規範ＱＲ，ｉが予め設定された閾値ＴＨＲよりも大きいか否か、及び最小の評価規範ＱＦＭ，ｊが予め設定された閾値ＴＨＦＭよりも大きいか否かを判断する。最小の評価規範ＱＲ，ｉが予め設定された閾値ＴＨＲを超える場合、又は最小の評価規範ＱＦＭ，ｊが予め設定された閾値ＴＨＦＭを超える場合、つまり汚れ等の影響が十分に除去されていない場合には、主制御装置２５は、レチクルＲの交換又はレチクルの清掃をオペレータに指示する警報を発し（ステップＳ２６）、処理を終了する。
【００７７】
他方、最小の評価規範ＱＲ，ｉが予め設定された閾値ＴＨＲ以下であり、且つ最小の評価規範ＱＦＭ，ｊが予め設定された閾値ＴＨＦＭ以下である場合には、図６のステップＳ１７に戻って、主制御装置２５はレチクルステージＲＳＴに付随する不図示の駆動系及びウエハステージＷＳＴに付随する駆動系１７の各々に制御信号を出力してレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを移動させる。そして、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２及びウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２をレチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂの計測視野内に配置させて、これらのマークの検出を行う。具体的には、主制御装置２５は、予め定められた設計値に基づいて基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２の中心点が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置するように、レーザ干渉計２０の出力をモニタしつつウエハステージＷＳＴを移動させる。そして、ウエハステージＷＳＴの移動が完了すると、レチクルアライメント顕微鏡２２ａ，２２ｂから照明ビームを射出させてレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２及びウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２に照射し、これらのマークＲＭ１，ＲＭ２，ＷＦＭ１，ＷＦＭ２を撮像する。
【００７８】
次に、主制御装置２５は、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２及びウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２を同時撮像した結果と、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、レチクルマークＲＭ１とウエハ基準マークＷＦＭ１との相対的な位置関係、及びレチクルマークＲＭ２とウエハ基準マークＷＦＭ２との相対的な位置関係を計測する（ステップＳ１８）。
【００７９】
図９は、マーク（レチクルマーク及びウエハ基準マーク）及びノイズの計測結果の一例を示す図であって、（ａ）はマークを撮像用カメラで撮像した際の撮像信号（光電変換信号）を示す図であり、（ｂ）は、その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り、（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示す図である。
【００８０】
主制御装置２５は、図９（ａ）に示す撮像信号に対して、例えば以下の（１１）式に示す信号処理を行って、マークの位置情報を計測している。
【００８１】
Ｄ＝（Ｄｍ−Ｄｎｂ）／（Ｄｎａ−Ｄｎｂ）    ……（１１）
【００８２】
ここで、上記（１１）式において、Ｄｍはマークの撮像信号であり、Ｄｎａはノイズの光量依存成分の信号波形データであり、Ｄｎｂはノイズの光量依存成分の信号波形データである。つまり、主制御装置２５は、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（Ｄｎｂ）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（Ｄｎａ）から光量非依存成分の信号波形データ（Ｄｎｂ）を減算した処理結果を除算する処理を行っている。この処理を行うことにより、例えば図１０に示す波形データが得られる。
【００８３】
図１０は、撮像信号に対して信号処理を行って得られた波形データの一例を示す図である。図１０を参照すると上記（１１）式に示す信号処理を施すことにより、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ていることが分かる。尚、マークの撮像信号に対して施す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良く、上記（１１）式の減算処理を省略してマークの信号波形データ（Ｄｍ）をノイズの光量依存成分の信号波形データ（Ｄｎａ）で除算する処理、或いはマークの信号波形データ（Ｄｍ）からノイズの光量依存成分の信号波形データ（Ｄｎａ）を減算する処理のみであっても良い。
【００８４】
以上説明した通り、本実施形態では、前述した処理によってマークの位置情報を計測する上で望ましいノイズ情報を推定しているため、レチクルＲ及び基準板ＷＦＢの一部に塵埃が付着し、又は傷等があってもレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２及びウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２の位置情報を高い精度で計測することができる。
【００８５】
上記の相対的位置関係の計測結果に基づいて投影光学系ＰＬに対するレチクルＲの位置決め、即ちレチクルア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、ウエハアライメントセンサ２３を用いて基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭ３を検出し、ウエハ基準マークＷＦＭ３とウエハアライメントセンサ２３の指標との相対位置関係を計測することにより、所謂ベースライン量を算出することができる。即ち、基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭ１〜ＷＦＭ３は、予め定められた設計上の位置関係に従った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エハアライメントセンサ２３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。
【００８６】
上記レチクルアライメント及びベースライン計測の後、主制御装置２５はウエハＷ上に設定された複数のショット領域に付設されているウエハアライメントマークの位置をウエハアライメントセンサ２３を用いて順次計測し、所謂ＥＧＡ（エンハンストグローバルアライメント）の手法により、ウエハ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、ウエハＷ上のショット領域を投影光学系ＰＬの真下（露光位置）に順次位置決めしつつ光源１１のレーザ発光を制御して、所謂ステップアンドリピート方式で各ショット領域に対する露光処理を順次行う。
【００８７】
上述した望ましいノイズ情報の推定処理（Ｓ１６）を含むノイズ情報（光量非依存成分、光量依存成分）の計測処理（Ｓ１１〜Ｓ１６）の実施タイミングとしては、露光装置の立ち上げ時、メンテナンス後、あるいはオペレータが必要と判断した時やオペレータが設定したインターバル毎に行うようにすることができるが、これらに加えて予め決められたタイミングで定期的に行うようにしても良い。例えば、一定期間毎に或いは複数枚のウエハＷを単位としたロット毎に、或いはロット先頭ウエハの処理前、或いはベースライン計測毎に、等々のタイミングにおいて、上述した望ましいノイズ情報の推定処理（Ｓ１６）を含むノイズ情報の計測処理（Ｓ１１〜Ｓ１６）の全てを行うようにしても良い。
【００８８】
但し、上述した望ましいノイズ情報の推定処理（Ｓ１６）を含むノイズ情報の計測処理（Ｓ１１〜Ｓ１６）の全てを頻繁に行うと、スループット（単位時間に露光処理することができるウエハＷの枚数）が低下する懸念があるため、露光装置の立ち上げ時等に望ましいノイズ情報の推定処理（Ｓ１６）を含むノイズ情報の計測処理（Ｓ１１〜Ｓ１６）の全てを行って求められた評価規範ｑＲ，ｉ，ｑＦＭ，ｊ（又は評価規範ＱＲ，ｉ，評価規範ＱＦＭ，ｊ）が最小となるレチクル位置ｉ及び基準板位置ｊについてのみノイズ情報を計測（Ｓ１２〜１４）し、Ｓ１５とＳ１６を省略するようにしても良い。
【００８９】
ノイズ情報の計測処理を２回以上行うと、何らかの異常により、前回のノイズ情報の計測結果と今回のノイズ情報の計測結果とが大きく異なっていることが考えられる。この場合には、予め閾値を設定しておき、前回の計測結果と今回の計測結果との差が閾値を超えたか否かを主制御装置２５が判断し、閾値を超えたと判断した場合に警告を発してオペレータに対して異常が生じた旨を通知するようにすると良い。
【００９０】
また、このような異常が発生した場合には、当該通知とともに、或いは独立に計測動作を含む処理を一時的に中断させるようにしても良いし、或いは動作を停止させるとスループット低下の一因となってしまうことから、望ましいノイズ情報の推定処理（Ｓ１６）を含むノイズ情報の計測処理（Ｓ１１〜Ｓ１６）の全てを新たに行ってノイズ情報を求めるようにしても良い。この場合において、更にスループット低下を抑制するため、露光装置の立ち上げ時におけるノイズの計測処理にて、上記の評価規範ｑＲ，ｉ，ｑＦＭ，ｊ（又は評価規範ＱＲ，ｉ，評価規範ＱＦＭ，ｊ）が最小となるレチクル位置ｉ及び基準板位置ｊから最大となるレチクル位置ｉ及び基準板位置ｊを順序付けておき、毎回の計測においては前回の計測結果と今回の計測結果との差が閾値を超えた場合に、二番目（場合により三番目、四番目、…）に小さな評価規範ｑＲ，ｉ，ｑＦＭ，ｊ（又は評価規範ＱＲ，ｉ，評価規範ＱＦＭ，ｊ）が得られるレチクル位置ｉ及び基準板位置ｊで計測するようにしても良い。
【００９１】
また、ノイズ情報の計測タイミングは、定期的であるものに限定されず、必要に応じて行うようにしても良い。例えば、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としては、例えば、雰囲気温度、気圧、装置温度等がある。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し、撮像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微小変形し、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。従って、それら物体の温度或いはその周辺温度を計測しておき、温度変化が所定の許容値を超えた場合に、ノイズ情報の計測処理を行うようにしても良い。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。
【００９２】
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。即ち、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。
【００９３】
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。即ち、ノイズの計測にあたっては、電気系のランダムノイズ等、レチクルア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イズを含むおそれがあるため、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、ノイズの計測誤差を軽減することができる。
【００９４】
図１１は、本発明の実施形態に係る露光装置を用いたマイクロデバイス（半導体デバイス）の製造方法の一例を示すフローチャートである。図１１に示す通り、まずステップＳ３０（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Ｓ３１（マスク製作ステップ）において、設計したパターンに基づいて、マスクを製作する。一方、ステップＳ３２（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。次に、ステップＳ３３（ウエハプロセスステップ）において、ステップＳ３０〜ステップＳ３２で用意したマスクとウエハを使用して、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ３４（組立ステップ）において、ステップＳ３３において処理されたウエハを用いてチップ化する。このステップＳ３４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、ステップＳ３５（検査ステップ）において、ステップＳ３４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、これが出荷される。
【００９５】
尚、以上説明した実施形態は、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、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の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む趣旨である。例えば、ウエハ又はレチクル、基準板等に形成されるマークの数や配置、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。
【００９６】
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（ウエハ）とをそれぞれ相対移動する走査露光方式（例えば、ステップ・アンド・スキャン方式等）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・リピート方式等でもよい。更に、基板上で周辺部が重なる複数のショット領域にそれぞれパターンを転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置等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ＰＬ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等に対しても本発明を適用できる。
【００９７】
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、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン、及びＤＮＡチップ等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やレチクルの製造用等でもよい。また、本発明は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（検査装置等を含む）に対しても適用することができる。
【００９８】
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、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系につい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。尚、露光装置の製造は温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。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態のレチクルアライメント顕微鏡の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態のレチクルマークの構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態のウエハ基準マークの構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態において、撮像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エハ基準マークの像、並びにこれらの像を撮像用カメラで撮像して得られた撮像信号（光電変換信号）を示す図である。
【図６】本発明の実施形態のレチクルアライメントに伴うマークの位置計測動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態のノイズ計測時においてレチクル及び基準板上に設定されるレチクルアライメント顕微鏡の計測視野位置の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態のマークの位置情報を計測する上で望ましいノイズ情報を推定する処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態のマーク（レチクルマーク及びウエハ基準マーク）及びノイズの計測結果の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態の撮像信号に対して信号処理を行って得られた波形データの一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１００】
１…露光装置
１７…駆動系
２２ａ，２２ｂ…レチクルアライメント顕微鏡
２５…主制御装置
Ｒ…レチクル
ＲＭ１，ＲＭ２…レチクルマーク
ＲＲ０…領域
ＲＲ１，ＲＲ２…非マーク領域
ＲＳＴ…レチクルステージ
Ｗ…ウエハ
ＷＦＢ…基準板
ＷＦＭ１，ＷＦＭ２…ウエハ基準マーク
ＷＲ０…マーク領域
ＷＲ１，ＷＲ２…非マーク領域
ＷＳＴ…ウエハステージ
【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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