(57)【要約】  【課題】斜入射方式の位置検出方法及び装置において、簡単な処理により、位置検出結果の整合性を検出することができ、少なくとも不適切なフォーカス位置で後段の処理を継続する可能性を少なくすることのできる位置検出方法及び位置検出装置を提供する。  【解決手段】位置検出対象の被計測面上に２つの検出光を各々斜めから入射させ、前記被計測面で反射された２つの反射光を各々受光し、当該２つの反射光の受光面上での各受光位置間の間隔に基づいて、前記被計測面の当該被計測面に垂直な方向の位置を検出する位置検出方法において、前記２つの反射光の各受光位置間の間隔に基づいて検出された所望の検出結果が適切であるか否かを、前記２つの反射光個々の前記各受光位置に基づいてそれぞれ個別に検出された前記被計測面の２つの位置検出結果に基づいて判定する。  【選択図】  図１０
2006078229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置検出対象の被計測面上に２つの検出光を各々斜めから入射させ、前記被計測面で反射された２つの反射光を各々受光し、当該２つの反射光の受光面上での各受光位置間の間隔に基づいて、前記被計測面の当該被計測面に垂直な方向の位置を検出する位置検出方法において、
前記２つの反射光の各受光位置間の間隔に基づいて検出された所望の検出結果が適切であるか否かを、前記２つの反射光個々の前記各受光位置に基づいてそれぞれ個別に検出された前記被計測面の２つの位置検出結果に基づいて判定する検出結果確認工程を有することを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
前記検出結果確認工程においては、前記２つの反射光の受光位置の間隔に基づいて検出された前記被計測面の位置検出結果と、前記２つの検出光のうちの第１の検出光に対する反射光の受光位置のみに基づいて検出された前記被計測面の位置検出結果、及び、前記２つの検出光のうちの第２の検出光に対する反射光の受光位置のみに基づいて検出された前記被計測面の位置検出結果との差を各々検出し、当該差の少なくとも何れか１つが所定の閾値よりも大きい場合には、前記所望の計測結果が適切ではないと判定することを特徴とする請求項１に記載の位置検出方法。
【請求項３】
前記所定の閾値は、前記被計測面の前記位置検出方向における位置変動におけるあそび成分、及び、前記被計測面の位置の計測再現性に基づく位置の変動に基づいて、当該変動を吸収するに十分な値に設定されることを特徴とする請求項２に記載の位置検出方法。
【請求項４】
前記検出光は、所定のピッチで複数のラインが配置されたラインアンドスペースの像と投影するものであり、
前記被計測面の位置は、前記検出光の反射光で形成されるラインアンドスペースの像に基づいて検出するものであり、
前記所定の閾値は、前記反射光で形成されるラインアンドスペースの像に基づいて前記被計測面の位置を検出する処理において、ピッチとびが発生した場合に生じる前記被計測面の位置の変動に基づいて、当該変動を吸収するに十分な値に設定されることを特徴とする請求項２に記載の位置検出方法。
【請求項５】
前記検出結果確認工程において、前記所望の検出結果が適切ではないと判定された場合には、前記２つの反射光の受光信号波形における当該各反射光に相当する成分のエッジ傾斜量に基づいて、当該２つの反射光の何れの反射光を使用する位置検出系に原因があるかを検出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検出方法。
【請求項６】
前記検出結果確認工程において、前記所望の検出結果が適切ではないと判定された場合には、当該被計測面の位置を再検出することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の位置検出方法。
【請求項７】
前記被計測面の位置を再検出する際には、前記被計測面を当該面に平行な面内で移動し、当該被計測面の他の箇所に対して前記検出光を入射させ、当該被計測面の位置を検出することを特徴とする請求項６に記載の位置検出方法。
【請求項８】
前記検出結果確認工程において、前記所望の検出結果が適切ではないと判定された場合には、その旨の警告を発することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の位置検出方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の位置検出方法により、基板の被露光面の位置を検出し、
前記基板の被露光面の位置をアライメント計測系の合焦位置に位置合わせし、
前記基板に形成された所望のパターンの位置を前記アライメント計測系により計測する
ことを特徴とするアライメント計測方法。
【請求項１０】
請求項１〜８の何れか一項に記載の位置検出方法により、基板の被露光面の位置を検出し、
前記基板の被露光面の位置を投影光学系の合焦位置に位置合わせし、
前記基板上に所定のパターンの像を前記投影光学系を投影し、当該パターンを前記基板に転写露光する
ことを特徴とする露光方法。
【請求項１１】
位置検出対象の被計測面に２つの検出光を各々斜めから入射させ、前記被計測面で反射された２つの反射光を各々受光し、当該２つの反射光の受光面上での各受光位置間の間隔に基づいて、前記被計測面の当該被計測面に垂直な方向の位置を検出する位置検出装置であって、
前記２つの反射光の各受光位置間の間隔に基づいて検出された所望の検出結果が適切であるか否かを、前記２つの反射光個々の前記各受光位置に基づいてそれぞれ個別に検出された前記被計測面の２つの位置検出結果に基づいて判定する検出結果確認手段
を有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項１２】
基板の被露光面の位置を検出する請求項１１に記載の位置検出装置と、
前記基板の被露光面の位置を位置合わせする位置合わせ手段と、
前記位置合わせされた基板に形成された所望のパターンの位置を計測するアライメント計測系と、
を有することを特徴とするアライメント計測装置。
【請求項１３】
基板の被露光面の位置を検出する請求項１１に記載の位置検出装置と、
前記基板の被露光面の位置を位置合わせする位置合わせ手段と、
前記位置合わせされた基板上に、所定のパターンを転写露光する露光手段と
を有することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体素子等の電子デバイスを製造する際の露光装置に適用して好適な基板等の被露光面の位置を２つの斜入射光の反射光の相対位置に基づいて検出する位置検出方法とその装置、その位置検出方法を用いたアライメント計測方法とその装置、及び、そのアライメント計測方法により露光対象の基板等の位置を決定する露光方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、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あるいは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）を製造する際には、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上に投影露光する。
この時用いられる露光装置としては種々の方式のものがあるが、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）やステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（スキャニング・ステッパ）が広く使用されている。ステッパは、レチクルと感光基板との相対的な位置合わせを行った後で、レチクルに形成されたパターンを感光基板上に設定された複数のショット領域に、感光基板をステップ移動させながら順次露光（転写）する露光装置である。
【０００３】
通常、ウエハ上の各ショット領域には、複数のパターンが重ね合わせ露光されてデバイス製造がなされる。この重ね合わせの際の誤差を低減するために、この種の露光装置には、前層に露光されているパターンの位置を計測するための位置検出装置（アライメント検出装置）が具備されている
従来、この種の位置検出装置には、ウエハ上のアライメントマークを最適な焦点状態で計測するためのフォーカス検出装置が備えられており、例えばこの種のフォーカス装置として、いわゆる瞳分割方式の位置検出方式が知られている。瞳分割方式では、例えばスリット状の光束で物体面（露光装置の場合には感光性基板面）を照明し、照明された物体面からの光束を対物光学系の瞳面又は瞳共役面の近傍で瞳分割する。そして、瞳分割された光束の位置情報に基づいて、対物光学系の焦点位置に対する物体面の相対位置（露光装置の場合には投影光学系の結像面に対する感光性基板面の相対位置）を検出する（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−１６７５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのような斜入射方式の位置検出装置においては、例えば反射面の反射率が計測困難なものであったり、あるいは計測機構の経時変化によって計測が適切に行なわれない状態となっていたとしても、２つの斜入射光の反射光の相対的な位置関係に基づいてそのフォーカス位置が予め事前に想定している計測ストローク内の計測結果が得られれば、その値を用いてフォーカスを合わせていた。すなわち、この斜入射方式によるフォーカス位置の検出結果をそのまま信じてフォーカス調整を行なうようにしている。しかしその結果、フォーカス状態が適切でない状態でパターンの位置検出等を行なう可能性があり問題であった。
フォーカス状態が不適切な状態では、アライメントマーク等の位置を適切に検出することができず、適切な位置に適切な線幅で適切なパターンを基板上に転写することができないこととなるため、改善が望まれている。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は斜入射方式の位置検出方法及び装置において、簡単な処理により、位置検出結果の整合性を検出することができ、少なくとも不適切なフォーカス位置で後段の処理を継続する可能性を少なくすることのできる位置検出方法及び位置検出装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、フォーカス状態が不適切な状態でのアライメント計測を避けることができるアライメント計測方法及びアライメント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、フォーカス状態が不適切な状態でアライメントを行ない、さらに露光処理を行なうことを避ける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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る位置検出方法は、位置検出対象の被計測面上に２つの検出光を各々斜めから入射させ、前記被計測面で反射された２つの反射光を各々受光し、当該２つの反射光の受光面上での各受光位置間の間隔に基づいて、前記被計測面の当該被計測面に垂直な方向の位置を検出する位置検出方法において、前記２つの反射光の各受光位置間の間隔に基づいて検出された所望の検出結果が適切であるか否かを、前記２つの反射光個々の前記各受光位置に基づいてそれぞれ個別に検出された前記被計測面の２つの位置検出結果に基づいて判定する検出結果確認工程を有する（請求項１）。
【０００７】
また本発明に係る位置検出装置は、位置検出対象の被計測面に２つの検出光を各々斜めから入射させ、前記被計測面で反射された２つの反射光を各々受光し、当該２つの反射光の受光面上での各受光位置間の間隔に基づいて、前記被計測面の当該被計測面に垂直な方向の位置を検出する位置検出装置であって、前記２つの反射光の各受光位置間の間隔に基づいて検出された所望の検出結果が適切であるか否かを、前記２つの反射光個々の前記各受光位置に基づいてそれぞれ個別に検出された前記被計測面の２つの位置検出結果に基づいて判定する検出結果確認手段を有する（請求項１１）。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、斜入射方式の位置検出方法及び装置において、簡単な処理により、位置検出結果の整合性を検出することができ、少なくとも不適切なフォーカス位置で後段の処理を継続する可能性を少なくすることのできる位置検出方法及び位置検出装置を提供することができる。
また、フォーカス状態が不適切な状態でのアライメント計測を避けることができるアライメント計測方法及びアライメント計測装置を提供することができる。
また、フォーカス状態が不適切な状態でアライメントを行ない、さらに露光処理を行なうことを避けることができる露光方法及び露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一実施形態の露光装置について、図１〜図１２を参照して説明する。
図１は、本実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。
図１に示す露光装置は、所定の露光光でマスクとしてのレチクルＲを均一に照明するための露光用照明系ＩＬを有する。レチクルＲは、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されており、そのパターン領域ＰＡには転写すべき回路パターンが形成されている。
露光用照明系ＩＬで照明されてレチクルＲを透過した光は、投影光学系ＰＬを介してウエハＷに達し、ウエハＷ上にはレチクルＲのパターン像が形成される。ウエハＷは、ウエハホルダＷＨを介してＺステージＺＳ上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されている。
【００１０】
ＺステージＺＳは、ＸＹステージＸＹ上に支持され、ステージ制御系ＳＣによって、投影光学系ＰＬの光軸に沿って駆動されるように構成されている。
ＸＹステージＸＹは、同じくステージ制御系ＳＣによって、投影光学系ＰＬの光軸に対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に駆動されるように構成されている。なお、ステージ制御系ＳＣは、主制御系ＭＣによって制御されるように構成されている。
【００１１】
このような構成の露光装置では、投影露光に先立って、投影光学系ＰＬの結像面に対してウエハＷの露光面を設定する必要がある。そこで、露光装置には、投影光学系ＰＬの結像面に対する光軸に沿ったウエハＷの相対位置を検出するための位置検出装置ＰＤが搭載されている。
【００１２】
図２は、図１に示す位置検出装置ＰＤの全体構成を模式的に示す図である。
位置検出装置ＰＤは、例えばハロゲンランプに波長選択フィルターを設けた図示せぬ第１光源を備えており、第１光源から供給された照明光（例えば波長５３０ｎｍ〜８００ｎｍ）は、図示せぬリレーレンズ系を介して、光ファイバーのような一対のライトガイド１ａ、１ｂに入射する。
ライトガイド１ａ，１ｂの内部を伝搬した照明光は、その射出端から射出された後、アライメントオートフォーカス（ＡＬＧ−ＡＦ）光学系の照明光学系２に入射される。この照明光学系２については、図３（Ａ）にその概略構成が示されている。図３（Ａ）において、左側に示されたライトガイド１ａから射出された光（第１検出光）をウエハ上に導く照明系と、ライトガイド１ｂから射出された光（第２検出光）をウエハ上に導く照明系とは、その構成は左右対称になっている点以外は同一である。
【００１３】
ライトガイド１ａ，１ｂそれぞれから射出し、レンズ系２０ａ，２０ｂを通過した各光束は、照明スリット２２ａ，２２ｂをそれぞれ照明する。
照明スリット２２ａ，２２ｂは、ウエハＷの表面と光学的に共役な位置又はその近傍に配置され、図４に示すようなＸ方向に沿ってピッチ方向を有するライン・アンド・スペースパターン（一対の太いラインパターンと、その間に挟まれた５本の細いラインパターン）に対応した複数の開口部を有する。
【００１４】
照明スリット２２ａを通過した光は、第１検出光束として、レンズ系２４ａ、プリズム２６ａ，２８ａ及びハーフミラー３を介して、第２対物レンズ１３に入射する。一方、照明スリット２２ｂを通過した光束は、第２検出光束として、レンズ系２４ｂ、プリズム２６ｂ、２８ｂ及びハーフミラー３を介して、第２対物レンズ１３に入射する。
【００１５】
第２対物レンズ１３を介した光束は、ミラー１４で反射され、ハーフプリズム１５を透過した後、第１対物レンズ１６に入射する。第１対物レンズ１６の第１群に入射した光束は、その光路中に配置されたミラー１７で反射された後、第１対物レンズ１６の第２群を介してウエハＷの表面（被計測面，露光面）を照明する。
この時、第１検出光束及び第２検出光束は、ウエハＷの表面の法線に関してほぼ対称に斜めから入射して、図５（Ａ）に示すように、ウエハＷの表面上の矩形状領域８１において、図５（Ｂ）に示すような形態のスリットパターン像を形成する。なお、図５（Ａ）において破線で示す円８２は、結像光学系１３及び１６の視野に対応している。また、図５（Ｂ）に示すように、スリット２２ａ，２２ｂを介した各スリット像は、ウエハ上でストリートラインに対して略３０度傾斜して投影されている。
【００１６】
前述したように、第１検出光束及び第２検出光束は、図４に示すような照明スリット６８ｂ及び６８ｃの開口部パターンに対応するパターンを形成する。この時、第１対物レンズ１６の焦点位置とウエハＷの表面とが一致しているフォーカス状態において、図５（Ｂ）に示すように２つのライン・アンド・スペース・パターンが重なり合うように設定されている。
【００１７】
一対の検出光束で照明されたウエハＷからの反射光は、第１対物  レンズ１６、その光路中に配置されたミラー１７、ハーフプリズム１５、ミラー１４、第２対物レンズ１３、ハーフミラー３，４を介して、ＡＬＧ−ＡＦ光学系の検出光学系（受光光学系）５に入射する。この受光光学系３については、図３（Ｂ）にその概略構成が示されている。図３（Ｂ）において、ライトガイド１ａから射出した第１検出光束は、ウエハＷ上で反射された後に、図３（Ｂ）において右側に図示された光学系（プリズム３１０ａ，３２０ａ、レンズ系３３０ａ、プリズム３４０ａ，３５０ａ）を介して開口絞り板に到達する。一方のライトガイド１ｂから射出した第２検出光束は、図３（Ｂ）において左側に図示された光学系（３１０ｂ〜３５０ｂ）を介して開口絞り板６に到達する。その後、各光束は、それぞれ絞り６の各開口６ａ，６ｂ（図６（Ｃ）参照）を通過した後に、図６（Ａ）に示すように、一次元撮像素子７の撮像面７ａ上においてＸ方向に沿って間隔を隔てた位置に、２つのパターン像７３ａ及び７３ｂを形成する。ここで、ウエハＷの表面で反射された第１検出光束が形成する第１パターン像及び第２検出光束が形成する第２パターン像は、図６（Ｂ）に示すように、図４に示す照明スリット２２ａ及び２２ｂのパターンに対応している。
【００１８】
一次元撮像素子７は、その撮像面７ａ上に形成された２つのパターン像を光電検出し、検出信号を信号処理系２６に供給する。図７は、この撮像素子７で計測された一対のパターン像の信号歯系の一例を示すものである。信号処理系２６では、後述するように、第１パターン像における特定の１つのライン部の位置、第２パターン像における特定の１つのライン部の位置、及び、これら２つのパターンの特定のライン部の中心間距離を計測し、計測した中心間距離に基づいて第１対物レンズ１６の焦点位置に対するウエハＷの表面の高さ方向（Ｚ方向）における相対位置ずれ量を検出する。
信号処理系２６で検出された第１パターン像のライン部の位置、第２パターン像のライン部の位置、及び、第１パターン像のライン部と第２パターン像のライン部の相対位置ずれ量の情報は、主制御系ＭＣに供給される。
【００１９】
主制御系ＭＣでは、信号処理系２６から供給された第１パターン像のライン部の位置、第２パターン像のライン部の位置、及び、第１パターン像のライン部と第２パターン像のライン部の相対位置ずれ量の情報に基づいて、まず、検出結果が妥当な結果か否かの判定を行なう。そして、検出結果が妥当な結果と判定した場合は、検出した相対位置ずれ量だけＺステージＺＳを光軸ＡＸに沿って駆動させるための指令をステージ制御系ＳＣに供給する。
こうして、主制御系ＭＣからの指令に基づいて作動するステージ制御系ＳＣの作用により、第１対物レンズ１６の焦点位置に、ウエハＷの露光面が設定される。
【００２０】
また、位置検出装置ＰＤは、ウエハ上に形成されたウエハマークのＸ方向位置及びＹ方向位置を検出するためのＦＩＡ系位置検出部を具備する。
ＦＩＡ系位置検出部は、例えばハロゲンランプに波長選択フィルターを付け加えた図示せぬ第２光源（例えば波長５３０ｎｍ〜８００ｎｍのブロードバンド光を発生する）と、例えばＬＥＤ（例えば波長８７０ｎｍ）のように赤外光を供給するための第３光源とを備えている。
【００２１】
第２光源及び第３光源からの光は、リレーレンズ等を介して、例えば光ファイバーのようなライトガイド３１に入射する。ライトガイド３１の内部を伝搬した光は、その射出端から射出された後、リレーレンズ３４を介してハーフプリズム１５で反射された後、第１対物  レンズ１６を介して、指標板３５に入射する。指標板３５は、例えば石英ガラスで形成された平行平面板状の光学部材であって、その下側面（ウエハＷ側面）には赤外反射膜が形成されている。赤外反射膜は、第３光源からの赤外光を反射し且つ第２光源からの白色光（可視光、上述のブロードバンド光）を透過させる特性を有し、例えば誘電体層膜で構成されている。
【００２２】
したがって、第２光源からの白色光は、指標板３５を透過してウエハＷ上に形成されたウエハマークを照明する。照明されたウエハマークからの反射光は、指標板３５及び第１対物レンズ１６を介して、ハーフプリズム１５に入射する。一方、第３光源からの赤外光は、指標板３５の内部を伝搬し、赤外反射膜で反射され、指標板３５の内部を伝搬した後、指標マークを照明する。そして、照明された指標マークからの反射光は、指標板３５の内部を伝搬し、赤外反射膜で反射され、指標板３５の内部を伝搬した後、第１対物レンズ１６を介してハーフプリズム１５に入射する。
【００２３】
ハーフプリズム１５を透過した白色光及び赤外光は、ミラー１４、第２対物レンズ１３、ハーフミラー３，４を介して、第３対物レンズ３６に入射する。第３対物レンズ３６を通過した白色光及び赤外光は、開口絞り３７、第４対物レンズ３８、及びミラー３９を介して、ダイクロイックミラー４０に入射する。ダイクロイックミラー４０は、白色光を反射しつつ赤外光を透過させる特性を有する。したがって、ウエハマークからの白色光は、ダイクロイックミラー４０で反射されてウエハマーク検出用ＣＣＤ４１に入射する。
【００２４】
こうして、ウエハマーク検出用ＣＣＤ４１の撮像面には、ウエハマークの像が形成される。ウエハマーク検出用ＣＣＤ４１からの出力信号は、信号処理系２６に供給される。一方、指標マークからの赤外光は、ダイクロイックミラー４０を透過し、ミラー４２で反射された後、指標マーク検出用ＣＣＤ４３に入射する。指標マーク検出用ＣＣＤ４３の撮像面には、指標マークの像が形成される。指標マーク検出用ＣＣＤ３からの出力信号は、信号処理系２６に供給される。
なお、図５において、結像光学系１３及び１６の円形視野８２の中央における矩形状の領域８３は、ウエハマーク検出用ＣＣＤ４１の撮像面及び指標マーク検出用ＣＣＤ４３の撮像面に対応している。
【００２５】
信号処理系２６では、ウエハマーク検出用ＣＣＤ４１からの出力信号及び指標マーク検出用ＣＣＤ４３からの出力信号を信号処理（波形処理）することにより、指標マークを基準としたウエハマークの位置情報が得られる。信号処理系２６で検出されたウエハマークの位置情報（すなわちウエハＷの位置情報）は、主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣでは、信号処理系２６から供給されたウエハＷの位置情報に基づいて、ＸＹステージＸＹを駆動させるための指令をステージ制御系ＳＣに供給する。こうして、主制御系ＭＣからの指令に基づいて作動するステージ制御系ＳＣの作用により、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡとウエハＷ上の各露光領域とのアライメント（位置合わせ）が行なわれる。
【００２６】
次に、このような位置検出装置ＰＤにおける本発明に係るフォーカス位置の検出結果の判定方法について説明する。
前述したように、本実施形態においては、２系統の検出光束の検出位置（絶対位置）に基づいて、それら２系統の検出光束の相対的な位置関係に基づいて検出されたフォーカス位置の検出結果の妥当性を判定する。その判定の基準（判定の閾値）としては、種々の閾値を用いることができるが、一例として、例えば計測再現性上のあそび程度のずれを許容するような閾値を用いるのが好適である。ここで、「あそび程度のずれ」とは、Ｚ方向に１μｍ（１０００ｎｍ）程度以内のずれの許容値のことである。
その場合の、フォーカス位置検出結果の判定方法について説明する。
【００２７】
図８に示す信号は、図３に示した如き左右２系統の斜入射光の相対的な位置関係を検出する２つのラインの受光信号を示す図である。図８中の２つの凸部分が各々左右の系統の信号を示す。なお、ここで左系統とは、図３（Ａ）においてライトガイド１ｂから射出した第２検出光束を受光する系統３１０ｂ〜７（図３（Ｂ））であり、右系統とは図３（Ａ）のライトガイド１ａから射出した第２検出光束を検出する系統３１０ａ〜７である。この検出信号においては、左の例えば、左系統の半分の領域にウエハ上のショット領域内の回路パターンの中の低反射率の反射面領域が入ってしまうと、このような信号が得られる。
【００２８】
なお、図８においては、右系統は基準位置Ｘ２と観測位置Ｘ２’に差が無いものとし、左系統については、基準位置Ｘ１に対して観測位置Ｘ１’を観測値として得たものとする。なお、ここで基準位置Ｘ１，Ｘ２とは、予め（事前に）一様な輝度をもつ基準面（例えばウエハステージ上に設けた不図示のフィデューシャルマーク板上の非マーク形成面）に対して、位置検出装置ＰＤの上述したＡＬＧ−ＡＦ系を用いてフォーカス計測をし、合焦状態となった時のＡＬＧ−ＡＦ系の計測信号に基づいて求められるセンサー（ＣＣＤ７）上での２つのスリットパターン像の各位置のことである。
この時、間隔Ｘ２’−Ｘ１’及び、左系統及び右系統の各位置Ｘ１’及びＸ２’から算出される各デフォーカス量ΔＺは、
【００２９】
【数１】
2006078229.tif 000003
【００３０】
となる。ここで、Ｓは事前に計測される各々ＸとΔＺの関係を示す係数であり、ＳＸ１’ＳＸ２’は、それぞれ一対のスリットパターン像の各々のパターン像のセンサー（ＣＣＤ７）上での位置（この場合Ｘ方向の位置）とΔＺとの各関係を示し、ＳＸ１’−Ｘ２’は、一対のスリットパターン像のセンサー（ＣＣＤ７）上での相対位置間隔とΔＺとの関係を示すものである。
上式（１）に示す３つのΔＺは、計測誤差及び計測だまされが全く無ければ一致するはずである。
しかし、今、左・右系統個々のセンサー上３ピクセルが反射面位置換算３μｍ、左右間隔のセンサー上３ピクセルが反射面位置換算１．５μｍというシステムだったとすると、
【００３１】
【数２】
2006078229.tif 000004
【００３２】
という結果が得られる。そして、設定されている閾値が、通常の計測再現性の仕様値及び上述のあそび程度を許容するという観点から、例えば１．５μｍ未満と設定されていたとすると、上述の計算結果から明らかなように、何れのずれ量も閾値を越えており、何らかの不都合が生じていると判定される。
本実施形態においては、このようにして検出されたフォーカス位置の妥当性を判定する。
なお、判定性の基準としては、上記閾値の他に、例えばマルチラインのマーク像を用いる場合には、そのピッチ抜け等に対応する閾値を用いるようにしても良い。
【００３３】
次に、ＡＬＧ−ＡＦ系（撮像素子７）で計測された信号波形のエッジの傾斜から検査する方法について説明する。
エッジの傾斜からフォーカス検出結果の適否を判定する場合には、図９に示すように、予め、デフォーカス量、エッジ傾斜量、左右系統のセンサー上位置の対応関係を求めておく。具体的には、一様な輝度分布を有する基準面（例えば上述したＦＭの非マーク形成面）上にアライメントＡＦ系の上述したスリット像を投影した状態で、ウエハステージ（基準面）をＺ方向に振りながら、各Ｚ位置での計測信号をラインセンサー７で得る（サンプリングする）。そして、各Ｚ位置でのセンサー７からの信号に基づいて、左右各系統で検出したスリットパターン像のセンサー７上での位置、デフォーカス量、エッジ傾斜量をそれぞれ対応付けて求めておく。なお、エッジ傾斜量とは、計測した信号（スリットパターンの光電信号）を微分して得られた微分信号のピーク値（微分値）を示すものとする。なお、図９においては、エッジ傾斜量は左右系統で等しいものとした。但し、より精度を高くするためには、左右系統別に、エッジ傾斜量との関係を抽出しておくのが適切である。
【００３４】
適度なサンプリング点数で上記情報量（例えば図９のデータ）を得たら、２次（又はより高次数）の補完を得たデータに対して行ない、図１０のようなセンサー位置とエッジ傾斜量の関係（関数、多項式）を得る。この求めた関係が、実測データとの比較の基準となる。
そして、実際のウエハに対するフォーカス検出の際に計測（実測）して得られたフォーカス信号（ラインセンサー７の信号）に基づき算出された左右各系統のエッジ傾斜量（実測値）と、図９又は図１０に示すようなセンサー位置とエッジ傾斜量（比較基準となる関係）から算出されるエッジ傾斜量の基準値（左右各系統のセンサー上の位置（実測値）をｘとして、図１０に示した左右系統の各関数式で算出されるエッジ傾斜量ｙに、上述の許容閾値を加えたもの）との関係とを対比し、その差（エッジ傾斜量の上記実測値と上記基準値との間の差）が所定の閾値を越えた場合には、その系統にだまされが生じているものという判断を下す。
【００３５】
ここで、上述のエッジ傾斜量を用いる方法を具体例を挙げて説明する。
上述した構成のアライメントフォーカス検出系（ＡＬＧ−ＡＦ系）を用いて、あるプロセスウエハのフォーカス検出を行ったところ（ラインセンサー７でスリットパターン像の検出を行ったところ）、左系統で検出したスリットパターン像のラインセンサー７上での位置が０［pixel］で、そのスリットパターン像に対応する信号波形のエッジ傾斜量が１３９であったとする。
今、上述の許容閾値が１．０μｍに設定されており、また、センサー上位置[pixel]とＺ方向の位置［μｍ］との換算レートが１［pixel］⇔１［μｍ］というシステムであったとすると、上述の図１０に示した関係式（左系統の式：ｙ＝−０．４ｘ２−０．０ｘ＋１４０．０）のｘに０±１［pixel］を代入すると、エッジ傾斜量の上記基準値ｙは、ｙ＝１４０．０±０．４となる。上記実測値１３９は、上記基準値１４０．０±０．４に入っていないため、この場合には、左系統に不整合が生じていると判断されることになる。
【００３６】
このエッジ傾斜量を用いる方法では、フォーカス位置の検出結果の妥当性の判定に加えて、何れの系統が不適切かを判定することができる。
なお、このエッジ傾斜量を用いる方法は、何れの系統が不適切かを判定する場合にのみ使用し、そもそも不適切か否かの判定は、前述した計測精度に基づく閾値を用いるようにしても良い。
【００３７】
なお、エッジ傾斜量からも求められるデフォーカス量ΔＺは、正負２つ検出されることが予測される。何れのデフォーカス量を用いるかは、元のセンサー上の位置に基づいて判断するようにすれば良い。
また、エッジ傾斜量の絶対値は、反射率の異なる反射面を計測した場合、無意味なものとなるが、この場合は、信号を正規化（規格化）（平均信号強度で信号全体の値を割る等）してから、エッジ傾斜量を求めれば良い。
【００３８】
なお、このようにして、フォーカス位置の検出結果に何らかの矛盾があることを判定した場合には、計測不可能と判断して計測エラーのため装置を停止するようにしても良いが、スループット低下を抑えるために、以下のような対処を行なうようにしても良い。例えば、反射率が一様であるような既知の位置への視野移動、近傍のストリートラインへの視野移動、事前にシーケンスプログラム等の中に記載した第２の計測点への移動、あるいはごく近傍の任意の位置への移動等を行なった上で、その移動先（移動した場所）で、フォーカス位置の再計測を行なう（フォーカス計測のリトライ）ようにすれば、シーケンス（装置シーケンス、あるいは計測シーケンス）を止めることなく処理を続行でき、且つ、不整合（不適正）なフォーカス計測値（フォーカス結果）を用いないようにすることもできる。あるいは、ＡＬＧ−ＡＦ計測の信号処理アルゴリズムとして複数の信号処理アルゴリズムを備える場合には、その信号処理アルゴリズムのうち最も適切なものを選択するようにしても良い。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、２系統の斜入射光の受光センサー上の結像位置関係で反射面の位置（基準位置からのずれ量）を計測する場合に、間隔を計測する上で必然的に計測することになるセンサー上の結像位置を活用することで、計測結果の自己判定を行なうことができる。
また、同じくエッジ傾斜量を用いることで、２系統のどちらに異常があるかをチェックできる。
また、別途の調整や製造が必要なく、簡単に判定を行なうことができ、その結果、自己矛盾の無い、高精度な計測が期待できる。
【００４０】
なお、本実施の形態は、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。本実施の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。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】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】図２は、図１に示した露光装置の位置検出装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、図２に示したアライメントフォーカス検出装置の構成を示す図である。
【図４】図４は、図３に示したアライメントフォーカス検出装置の照明スリットを示す図である。
【図５】図５は、図３に示したアライメントフォーカス検出装置におけるウエハ上のＡＦスリット像を示す図である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、図３に示したアライメントフォーカス検出装置の撮像素子上におけるパターン像を示す図である。
【図７】図７は、図５に示したＡＬＧ−ＡＦセンサーで検出した信号の例を示す図である。
【図８】図８は、左右２系統の斜入射光の相対的な位置関係を検出する２つのスリットパターン像の受光信号を示す図である。
【図９】図９は、デフォーカス量、エッジ傾斜量、左右系統のセンサー上位置の対応関係を示す図である。
【図１０】図１０は、２次元関数補完したデフォーカス量、エッジ傾斜量、左右系統のセンサー上位置の対応関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
ＰＤ…位置検出装置
ＩＬ…露光用照明系
Ｒ…レチクル
ＲＳ…レチクルステージ
ＰＬ…投影光学系
Ｗ…ウエハ
ＷＨ…ウエハホルダ
ＺＳ…Ｚステージ
ＳＣ…ステージ制御系
ＸＹ…ＸＹステージ
ＭＣ…主制御系
１ａ，１ｂ…ライトガイド
２…ＡＬＧ−ＡＦ用照明光学系
５…ＡＬＧ−ＡＦ用受光光学系
６…開口絞り
７…ラインセンサー
１３…第２対物レンズ
１６…第１対物レンズ
２２ａ，２２ｂ…照明スリット
２６…信号処理系
【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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