(57)【要約】      （修正有）【課題】パターンを基板に形成するリソグラフィ装置で、基板の第１面に形成された第１マークと、前記第１面とは反対側の第２面に形成された第２マークとの重ね合わせずれ量を計測するのに有利な計測部を提供する。【解決手段】計測部は、基板を透過する波長の光で第１面側から前記基板を照明し、前記第１面からの光により第１マーク１９の像を、第２面からの光により第２マークの像を形成する光学系と、前記第１マーク・第２マークの像のそれぞれを検出するセンサ３４と、前記第１マークの像を検出可能な前記光学系のフォーカス状態で取得された第１マーク検出情報と、前記センサによって前記第２マークの像を検出可能な前記光学系のフォーカス状態で取得された第２マーク検出情報とに基づいて前記第１面における前記第１マークの位置及び前記第２面における前記第２マークの位置を求める処理を行う処理部と、を含む。【選択図】図３
2015109390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、
前記基板の第１面に形成された第１マークと、前記第１面とは反対側の第２面に形成された第２マークとの重ね合わせずれ量を計測する計測部を有し、
前記計測部は、
前記基板を透過する波長の光で前記第１面側から前記基板を照明し、前記第１面からの光により前記第１マークの像を、前記第２面からの光により前記第２マークの像を形成する光学系と、
前記第１マークの像及び前記第２マークの像のそれぞれを検出するセンサと、
前記センサによって前記第１マークの像を検出可能な前記光学系のフォーカス状態で取得された第１マーク検出情報と、前記センサによって前記第２マークの像を検出可能な前記光学系のフォーカス状態で取得された第２マーク検出情報とに基づいて、前記センサによって前記第１マークの像及び前記第２マークの像の両方を検出可能な前記光学系の計測用フォーカス位置を決定し、前記光学系のフォーカス位置が前記計測用フォーカス位置に位置する前記光学系の第１フォーカス状態で前記センサによって前記第１マークの像及び前記第２マークの像を検出し、前記第１フォーカス状態で検出された前記第１マークの像及び前記第２マークの像に基づいて、前記第１面における前記第１マークの位置及び前記第２面における前記第２マークの位置を求める処理を行う処理部と、
を含むことを特徴とするリソグラフィ装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記センサによって前記第１マークの像及び前記第２マークの像が同時に検出されるように、前記計測用フォーカス位置を前記基板の前記第１面と前記第２面との間の位置に決定す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】
前記第１マーク検出情報及び前記第２マーク検出情報は、マークの像のコントラスト、マークの像に対応する検出信号の波形対称性及び波形傾きの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のリソグラフィ装置。
【請求項４】
前記第１マーク検出情報は、前記第１マークの像の第１コントラストを含み、
前記第２マーク検出情報は、前記第２マークの像の第２コントラストを含み、
前記処理部は、前記計測用フォーカス位置から前記基板の前記第２面までの距離と前記計測用フォーカス位置から前記基板の前記第１面までの距離との比が前記第１コントラストと前記第２コントラストとの比と一致するように、前記計測用フォーカス位置を決定す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５】
前記処理部は、
前記光学系のデフォーカス特性に基づいて、前記第１フォーカス状態で検出された前記第１マークの像の第１検出値及び前記第２マークの像の第２検出値のそれぞれに含まれるデフォーカスに起因する誤差を補正して第１補正値及び第２補正値を求め、
前記第１補正値及び前記第２補正値に基づいて、前記第１面における前記第１マークの位置及び前記第２面における前記第２マークの位置を求めることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項６】
前記処理部は、
前記第１検出値から、前記デフォーカス特性と前記計測用フォーカス位置から前記基板の前記第１面までの距離との積を減算することで前記第１補正値を求め、
前記第２検出値から、前記デフォーカス特性を前記基板の屈折率で除算した値と前記計測用フォーカス位置から前記基板の前記第２面までの距離との積を減算することで前記第２補正値を求めることを特徴とする請求項５に記載のリソグラフィ装置。
【請求項７】
前記第１マーク検出情報は、前記第１マークの像の第１コントラストを含み、
前記第２マーク検出情報は、前記第２マークの像の第２コントラストを含み、
前記処理部は、前記第１コントラストと前記第２コントラストとの比が閾値よりも小さい場合に、前記基板の前記第２面の位置を前記計測用フォーカス位置として決定す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８】
前記第２マーク検出情報は、前記第２マークの像の第２コントラストを含み、
前記処理部は、前記第２コントラストが閾値よりも小さい場合に、前記基板の前記第２面の位置を前記計測用フォーカス位置として決定す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９】
前記計測部は、前記基板の前記第１面と前記第２面との間の距離が予め定められた距離よりも小さい基板を計測することを特徴とする請求項７又は８に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１０】
前記予め定められた距離は、前記光学系の焦点深度の２倍の距離であることを特徴とする請求項９に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１１】
前記計測部は、前記第２マークの線幅よりも線幅が大きい前記第１マークを計測することを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１２】
前記処理部は、
前記基板の前記第１面と前記第２面との間の距離が前記光学系の焦点深度の２倍の距離未満である場合には、前記処理を行い、
前記基板の前記第１面と前記第２面との間の距離が前記光学系の焦点深度の２倍の距離以上である場合には、前記センサによって前記第１マークの像を検出可能な前記光学系のフォーカス状態において前記第１マークの像を検出し、当該第１マークの像に基づいて、前記第１面における前記第１マークの像の位置を求め、前記センサによって前記第２マークの像を検出可能な前記光学系のフォーカス状態において前記第２マークの像を検出し、当該第２マークの像に基づいて、前記第２面における前記第２マークの像の位置を求める処理を行う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１３】
パターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、
前記基板の第１面に形成された第１マークと、前記第１面とは反対側の第２面に形成された第２マークとの重ね合わせずれ量を計測する計測部を有し、
前記計測部は、
前記基板を透過する波長の光で前記基板を照明し、前記第１面からの光により前記第１マークの像を、前記第２面からの光により前記第２マークの像を形成する光学系と、
前記第１マークの像及び前記第２マークの像のそれぞれを検出するセンサと、
前記光学系のフォーカス位置が前記基板の前記第１面と前記第２面との間に位置するフォーカス状態において前記センサによって前記第１マークの像及び前記第２マークの像を検出する処理を行う処理部と、
を含むことを特徴とするリソグラフィ装置。
【請求項１４】
前記処理部は、前記光学系のフォーカス位置が前記基板の前記第１面と前記第２面との中間に位置するフォーカス状態において前記センサによって前記第１マークの像及び前記第２マークの像を検出する処理を行うことを特徴とする請求項１３に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１５】
前記計測部は、金属で形成されている前記第２マークを計測することを特徴とする請求項１乃至１４のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５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工程と、
前記工程で前記パターンを形成された前記基板を加工する工程と、
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】
フォトリソグラフィー技術を用いてデバイス（例えば、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド）を製造する際に、レチクル（マスク）のパターンを投影光学系によってウエハなどの基板に投影してパターンを転写する露光装置が使用されている。
【０００３】
近年では、メモリやロジックなどのＩＣチップだけではなく、ＭＥＭＳやＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）などの特殊な素子（貫通ヴィア工程を用いた積層デバイス）を製造することが露光装置に要求されている。このような特殊な素子の製造においては、従来のＩＣチップの製造と比較して、線幅解像度や重ね合わせ精度は緩いが、深い焦点深度が必要となる。
【０００４】
また、特殊な素子を製造する際には、基板（例えば、Ｓｉウエハ）の裏面側に形成されたアライメントマークに基づいて、基板の表面側を露光する特殊工程が行われる。かかる工程は、例えば、基板の表面側から貫通ヴィアを形成し、基板の裏面側の回路と導通させるために必要となる。このように、昨今では、基板の裏面側に形成されたアライメントマークの検出（以下、「裏面アライメント」と称する）への技術的なサポートが重要になってきている。特に、基板の裏面側に形成されたアライメントマークに基づいて、基板の表面側を露光する際には、基板の表面側に形成されたアライメントマークと裏面側に形成されたアライメントマークとの重ね合わせ検査を行うことが必要となる。
【０００５】
裏面側アライメントとしては、基板の裏面側（基板チャック側）にアライメント検出系を構成する技術が提案されている（特許文献１参照）。但し、基板の裏面側にアライメント検出系を構成した場合には、アライメント検出系の検出領域に位置するアライメントマークだけしか検出することができず、基板上の任意の位置に配置されるアライメントマークを検出することができない。
【０００６】
そこで、基板に対して透過性を有する赤外光（波長１０００ｎｍ以上の光）を用いて、基板の表面側から基板の裏面側に形成されたアライメントマークを検出する技術が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２８０２９９号公報
【特許文献２】特開２０１１−４０５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
露光装置における一般的な重ね合わせ検査では、基板上の同一のレイヤーに形成されたインナーマークとアウターマークとを同時に検出して、インナーマークとアウターマークとの重ね合わせずれ量を求めている。これは、アライメント検出系のフォーカス位置をインナーマーク及びアウターマークの両方に合わせることができるからである。従って、インナーマークの検出時とアウターマークの検出時との間で、基板を保持する基板ステージをＺ軸方向（アライメント検出系の光軸方向）に駆動する必要がないため、高精度な重ね合わせ検査を実現することが可能である。
【０００９】
一方、特殊な素子を製造する際には、上述したように、基板の裏面側に形成されたアライメントマーク（裏面側マーク）と基板の表面側に形成されたアライメントマーク（表面側マーク）との重ね合わせ検査を行うことが要求されている。しかしながら、裏面側マークと表面側マークとは基板上の同一のレイヤーに形成されていないため、裏面側マークと表面側マークとを同時に検出することができない。
【００１０】
そこで、特許文献２では、表面側マークを赤外光よりも短い波長の光（可視光）で検出し、基板を保持する基板ステージをＺ軸方向に駆動した後、裏面側マークを赤外光で検出することで、裏面側マークと表面側マークとの重ね合わせ検査を行っている。但し、この場合には、表面側マークの検出時と裏面側マーク検出時とでアライメント検出系のフォーカス位置が異なるため、表面側マーク及び裏面側マークのそれぞれにアライメント検出系のフォーカス位置を合わせなければならない。従って、基板ステージの駆動、或いは、アライメント検出系のフォーカス調整レンズの駆動が２回必要となり、基板ステージやフォーカス調整レンズの駆動誤差に起因して、裏面側マークと表面側マークとの重ね合わせ検査の精度が低下してしまう。
【００１１】
また、基板の厚さに対応した可視光と赤外光の軸上色収差が発生するようにアライメント検出系を設計することで、基板ステージをＺ軸方向に駆動することなく、表面側マーク及び裏面側マークのそれぞれを可視光及び赤外光で検出することも考えられる。但し、この場合には、ある一定の厚さの基板の重ね合わせ検査しか行うことができず、基板の厚さが変化したときに対応することができないという問題がある。
【００１２】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、基板の第１面及び第２面のそれぞれに形成されたマークを検出するのに有利な技術を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としてのリソグラフィ装置は、パターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、前記基板の第１面に形成された第１マークと、前記第１面とは反対側の第２面に形成された第２マークとの重ね合わせずれ量を計測する計測部を有し、前記計測部は、前記基板を透過する波長の光で前記第１面側から前記基板を照明し、前記第１面からの光により前記第１マークの像を、前記第２面からの光により前記第２マークの像を形成する光学系と、前記第１マークの像及び前記第２マークの像のそれぞれを検出するセンサと、前記センサによって前記第１マークの像を検出可能な前記光学系のフォーカス状態で取得された第１マーク検出情報と、前記センサによって前記第２マークの像を検出可能な前記光学系のフォーカス状態で取得された第２マーク検出情報とに基づいて、前記センサによって前記第１マークの像及び前記第２マークの像の両方を検出可能な前記光学系の計測用フォーカス位置を決定し、前記光学系のフォーカス位置が前記計測用フォーカス位置に位置する前記光学系の第１フォーカス状態で前記センサによって前記第１マークの像及び前記第２マークの像を検出し、前記第１フォーカス状態で検出された前記第１マークの像及び前記第２マークの像に基づいて、前記第１面における前記第１マークの位置及び前記第２面における前記第２マークの位置を求める処理を行う処理部と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、例えば、基板の第１面及び第２面のそれぞれに形成されたマークを検出するのに有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。
【図２】基板ステージに配置されるステージ基準プレートの構成を示す図である。
【図３】基板アライメント検出系の具体的な構成を示す概略図である。
【図４】光源でのビーム径と開口絞り板でのビーム径との関係を示す図である。
【図５】従来技術における重ね合わせ検査を説明するための図である。
【図６】本実施形態における重ね合わせ検査を説明するための図である。
【図７】本実施形態における重ね合わせ検査を説明するための図である。
【図８】本実施形態における重ね合わせ検査を説明するための図である。
【図９】基板アライメント検出系のデフォーカス特性を説明するための図である。
【図１０】本実施形態における重ね合わせ検査を説明するための図である。
【図１１】本実施形態における重ね合わせ検査を説明するためのフローチャートである。
【図１２】重ね合わせ検査装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、パターンを基板に形成するリソグラフィ装置である。露光装置１００は、レチクル１を保持するレチクルステージ２と、基板３を保持する基板ステージ４と、レチクルステージ２に保持されたレチクル１を照明する照明光学系５とを有する。また、露光装置１００は、レチクル１のパターン（の像）を基板ステージ４に保持された基板３に投影する投影光学系６と、露光装置１００の全体の動作を統括的に制御する制御部１７とを有する。
【００１９】
露光装置１００は、本実施形態では、レチクル１と基板３とを走査方向に互いに同期走査しながら（即ち、ステップ・アンド・スキャン方式で）、レチクル１のパターンを基板３に転写する走査型露光装置（スキャナー）である。但し、露光装置１００は、レチクル１を固定して（即ち、ステップ・アンド・リピート方式で）、レチクル１のパターンを基板３に投影する露光装置（ステッパー）であってもよい。
【００２０】
以下では、投影光学系６の光軸と一致する方向（光軸方向）をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でレチクル１及び基板３の走査方向をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。また、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り及びＺ軸周りのそれぞれの方向を、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向とする。
【００２１】
照明光学系５は、レチクル１、具体的には、レチクル上の所定の照明領域を、均一な照度分布の光（露光光）で照明する。露光光としては、例えば、超高圧水銀ランプのｇ線（波長約４３６ｎｍ）やｉ線（波長約３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長約１４３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（波長約１５７ｎｍ）などが用いられる。また、より微細な半導体素子を製造するために、数ｎｍ〜数百ｎｍの極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ光）を露光光として用いてもよい。
【００２２】
レチクルステージ２は、投影光学系６の光軸に垂直な平面内、即ち、ＸＹ平面内で２次元移動可能に、且つ、θＺ方向に回転可能に構成される。レチクルステージ２は、リニアモータなどの駆動装置（不図示）によって１軸駆動又は６軸駆動される。
【００２３】
レチクルステージ２には、ミラー７が配置されている。また、ミラー７に対向する位置には、レーザ干渉計９が配置されている。レチクルステージ２の２次元方向の位置及び回転角はレーザ干渉計９によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１７に出力される。制御部１７は、レーザ干渉計９の計測結果に基づいて駆動装置を制御し、レチクルステージ２に保持されたレチクル１を位置決めする。
【００２４】
投影光学系６は、複数の光学素子を含み、レチクル１のパターンを所定の投影倍率βで基板３に投影する。投影光学系６は、本実施形態では、投影倍率βとして、例えば、１／４又は１／５を有する縮小光学系である。
【００２５】
基板ステージ４は、チャックを介して基板３を保持するＺステージと、Ｚステージを支持するＸＹステージと、ＸＹステージを支持するベースとを含む。基板ステージ４は、リニアモータなどの駆動装置によって駆動される。
【００２６】
基板ステージ４には、ミラー８が配置されている。また、ミラー８に対向する位置には、レーザ干渉計１０及び１２が配置されている。基板ステージ４のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθＺ方向の位置はレーザ干渉計１０によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１７に出力される。同様に、基板ステージ４のＺ軸方向の位置、θＸ方向及びθＹ方向の位置はレーザ干渉計１２によってリアルタイムに計測され、かかる計測結果は制御部１７に出力される。制御部１７は、レーザ干渉計１０及び１２の計測結果に基づいて駆動装置を制御し、基板ステージ４に保持された基板３を位置決めする。
【００２７】
レチクルアライメント検出系１３は、レチクルステージ２の近傍に配置される。レチクルアライメント検出系１３は、レチクルステージ２に保持されたレチクル１の上のレチクル基準マーク（不図示）と、投影光学系６を介して基板ステージ４に配置されたステージ基準プレート１１の上の基準マーク３９とを検出する。
【００２８】
レチクルアライメント検出系１３は、基板３を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、レチクル１の上のレチクル基準マークと、投影光学系６を介して基準マーク３９とを照明する。また、レチクルアライメント検出系１３は、レチクル基準マーク及び基準マーク３９からの反射光を撮像素子（例えば、ＣＣＤカメラなどの光電変換素子）で検出する。かかる撮像素子からの検出信号に基づいて、レチクル１と基板３との位置合わせ（アライメント）が行われる。この際、レチクル１の上のレチクル基準マークとステージ基準プレート１１の上の基準マーク３９との位置及びフォーカスを合わせることで、レチクル１と基板３との相対的な位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。
【００２９】
レチクルアライメント検出系１４は、基板ステージ４に配置される。レチクルアライメント検出系１４は、透過型の検出系であって、基準マーク３９が透過型のマークである場合に使用される。レチクルアライメント検出系１４は、基板３を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、レチクル１の上のレチクル基準マーク及び基準マーク３９を照明し、かかるマークからの透過光を光量センサで検出する。この際、基板ステージ４をＸ軸方向（又はＹ軸方向）及びＺ軸方向に移動させながら、レチクルアライメント検出系１４は、透過光の光量を検出する。これにより、レチクル１の上のレチクル基準マークとステージ基準プレート１１の上の基準マーク３９との位置及びフォーカスを合わせることができる。
【００３０】
このように、レチクルアライメント検出系１３、或いは、レチクルアライメント検出系１４のどちらを用いても、レチクル１と基板３との相対的な位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。
【００３１】
ステージ基準プレート１１は、基板３の表面とほぼ同じ高さになるように、基板ステージ４のコーナーに配置される。ステージ基準プレート１１は、基板ステージ４の１つのコーナーに配置されていてもよいし、基板ステージ４の複数のコーナーに配置されていてもよい。
【００３２】
ステージ基準プレート１１は、図２に示すように、レチクルアライメント検出系１３又は１４によって検出される基準マーク３９と、基板アライメント検出系１６によって検出される基準マーク４０とを有する。ステージ基準プレート１１は、複数の基準マーク３９や複数の基準マーク４０を有していてもよい。また、基準マーク３９と基準マーク４０との位置関係（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）は、所定の位置関係に設定されている（即ち、既知である）。なお、基準マーク３９と基準マーク４０とは、共通のマークであってもよい。
【００３３】
フォーカス検出系１５は、基板３の表面に光を投射する投射系と、基板３の表面で反射した光を受光する受光系とを含み、基板３のＺ軸方向の位置を検出して、かかる検出結果を制御部１７に出力する。制御部１７は、フォーカス検出系１５の検出結果に基づいて基板ステージ４を駆動する駆動装置を制御し、基板ステージ４に保持された基板３のＺ軸方向の位置及び傾斜角を調整する。
【００３４】
基板アライメント検出系１６は、基板３に形成されたアライメントマークやステージ基準プレート１１の上の基準マーク４０を照明する照明系、かかるマークからの光によりマークの像を形成する結像系などの光学系を含む。基板アライメント検出系１６は、基板３に形成されたアライメントマークや基準マーク４０の位置を検出し、かかる検出結果を制御部１７に出力する。制御部１７は、基板アライメント検出系１６の検出結果に基づいて基板ステージ４を駆動する駆動装置を制御し、基板ステージ４に保持された基板３のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を調整する。
【００３５】
また、基板アライメント検出系１６は、基板アライメント検出系用のフォーカス検出系（ＡＦ検出系）４１を含む。ＡＦ検出系４１は、フォーカス検出系１５と同様に、基板３の表面に光を投射する投射系と、基板３の表面で反射した光を受光する受光系とを含む。フォーカス検出系１５は、投影光学系６のフォーカス合わせに用いるのに対して、ＡＦ検出系４１は、基板アライメント検出系１６のフォーカス合わせに用いる。
【００３６】
基板アライメント検出系の構成は、一般的には、オフアクシスアライメント（ＯＡ）検出系と、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  ｔｈｅ  Ｌｅｎｓ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）検出系の２つに大別される。ＯＡ検出系は、投影光学系を介さずに、基板に形成されたアライメントマークを光学的に検出する。ＴＴＬ検出系は、投影光学系を介して、露光光の波長とは異なる波長の光（非露光光）を用いて基板に形成されたアライメントマークを検出する。基板アライメント検出系１６は、本実施形態では、ＯＡ検出系であるが、本発明は、アライメントの検出方式を限定するものではない。例えば、基板アライメント検出系１６がＴＴＬ検出系である場合には、投影光学系６を介して、基板に形成されたアライメントマークを検出するが、基本的な構成は、ＯＡ検出系と同様である。
【００３７】
図３を参照して、基板アライメント検出系１６について詳細に説明する。図３は、基板アライメント検出系１６の具体的な構成を示す概略図である。基板アライメント検出系１６は、基板３の表面（第１面）に形成されたアライメントマーク（第１マーク）と基板３の裏面（第１面とは反対側の第２面）に形成されたアライメントマーク（第２マーク）との重ね合わせずれ量を計測する計測部として機能する。ここでは、基板アライメント検出系１６が基板３の表面側に形成されたアライメントマーク（以下、「表面側マーク」とする）１９を検出する場合を例に説明する。また、基板３は、Ｓｉウエハであるものとする。
【００３８】
光源２０は、基板３を透過しない波長の光として可視光（例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長の光）、及び、基板３を透過する波長の光として赤外光（例えば、８００ｎｍ〜１５００ｎｍの波長の光）を射出する。光源２０からの光は、第１リレー光学系２１、波長フィルタ板２２及び第２リレー光学系２３を通過して、基板アライメント検出系１６の瞳面（物体面に対する光学的なフーリエ変換面）に位置する開口絞り板２４に到達する。なお、開口絞り板２４でのビーム径３７は、図４に示すように、光源２０でのビーム径３６よりも十分に小さくなる。図４は、光源２０でのビーム径３６と開口絞り板２４でのビーム径３７との関係を示す図である。
【００３９】
波長フィルタ板２２には、透過させる光の波長帯域が互いに異なる複数のフィルタが配置され、制御部１７の制御下において、複数のフィルタから１つのフィルタが選択されて基板アライメント検出系１６の光路に配置される。本実施形態では、可視光を透過する可視光用のフィルタ及び赤外光を透過する赤外光用のフィルタが波長フィルタ板２２に配置され、これらのフィルタを切り替えることで、可視光及び赤外光のいずれか一方の光でアライメントマークを照明する。なお、波長フィルタ板２２は、新たなフィルタを追加することが可能な構成を有する。
【００４０】
開口絞り板２４には、互いに照明σが異なる複数の開口絞りが配置され、制御部１７の制御下において、基板アライメント検出系１６の光路に配置する開口絞りを切り替えることで、アライメントマークを照明する光の照明σを変更することができる。なお、開口絞り板２４は、新たな開口絞りを追加することが可能な構成を有する。
【００４１】
開口絞り板２４に到達した光は、第１照明系２５及び第２照明系２７を介して、偏光ビームスプリッター２８に導かれる。偏光ビームスプリッター２８に導かれた光のうち紙面に垂直なＳ偏光は、偏光ビームスプリッター２８で反射され、ＮＡ絞り２６及びλ／４板２９を透過して円偏光に変換される。λ／４板２９を透過した光は、対物レンズ３０を通過して、基板３に形成された表面側マーク１９を照明する。なお、ＮＡ絞り２６は、制御部１７の制御下において、絞り量を変えることでＮＡを変更することができる。
【００４２】
表面側マーク１９からの反射光、回折光及び散乱光は、対物レンズ３０を通過し、λ／４板２９を透過して紙面に平行なＰ偏光に変換され、ＮＡ絞り２６を介して、偏光ビームスプリッター２８を透過する。偏光ビームスプリッター２８を透過した光は、リレーレンズ３１、第１結像系３２、コマ収差調整用光学部材３５及び第２結像系３３を介して、光電変換素子（例えば、ＣＣＤなどのセンサ）３４の上に表面側マーク１９の像を形成する。光電変換素子３４は、表面側マーク１９の像を撮像（検出）して検出信号を取得する。また、光電変換素子３４の上に基板の裏面に形成されたアライメントマークの像が形成される場合には、光電変換素子３４は、かかるアライメントマークの像を撮像して検出信号を取得する。
【００４３】
基板アライメント検出系１６が基板３に形成された表面側マーク１９を検出する場合、表面側マーク１９の上には、レジスト（透明層）が塗布（形成）されているため、単色光又は狭い波長帯域の光では干渉縞が発生してしまう。従って、光電変換素子３４からの検出信号に干渉縞の信号が加算され、表面側マーク１９を高精度に検出することができなくなる。そこで、一般的には、広帯域の波長の光を射出する光源を光源２０として用いて、光電変換素子３４からの検出信号に干渉縞の信号が加算されることを低減している。
【００４４】
処理部５０は、光電変換素子３４で撮像されたアライメントマークの像に基づいて基板上のアライメントマークの位置を求める処理を行う。また、処理部５０は、本実施形態では、後述するように、基板３の表面に形成されたアライメントマークと基板３の裏面に形成されたアライメントマークとの重ね合わせ検査に関する処理を行う。但し、処理部５０の機能は、制御部１７が有していてもよい。
【００４５】
以下、図５（ａ）乃至図５（ｃ）を参照して、基板３の表面側に形成された表面側マーク１９と、基板３の裏面側に形成されたアライメントマーク（以下、「裏面側マーク」とする）４２との重ね合わせ検査について説明する。まず、従来技術における重ね合わせ検査について説明する。図５（ａ）は、表面側マーク１９及び裏面側マーク４２が形成された基板３の断面を示す概略図である。図５（ａ）に示すように、表面側マーク１９と裏面側マーク４２とは、Ｘ軸方向において、距離Ｄ１だけ離れて配置されている。従来技術における重ね合わせ検査では、表面側マーク１９の位置と裏面側マーク４２の位置とを個別に検出することで、重ね合わせずれ量を求めている。具体的には、図５（ｂ）に示すように、裏面側マーク４２を赤外光ＩＬで検出し、図５（ｃ）に示すように、表面側マーク１９を可視光ＶＬで検出する。但し、裏面側マーク４２と表面側マーク１９とは基板上の同一のレイヤーに形成されていない。従って、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、裏面側マーク４２を検出してから表面側マーク１９を検出する際に、基板アライメント検出系１６のフォーカス位置を調整するために、基板３（基板ステージ４）をＺ軸方向に距離Ｄ２だけ駆動している。換言すれば、裏面側マーク４２を検出する際には、基板３の裏面に基板アライメント検出系１６のフォーカス位置を合わせ、表面側マーク１９を検出する際には、基板３の表面に基板アライメント検出系１６のフォーカス位置を合わせている。これにより、裏面側マーク４２を検出する場合も表面側マーク１９を検出する場合もベストフォーカス状態でマークの像を検出することができるため、高いコントラストを得ることができる。但し、基板ステージ４をＺ軸方向に駆動することで、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に駆動誤差が発生し、表面側マーク１９と裏面側マーク４２との重ね合わせ検査の精度が低下してしまう。
【００４６】
そこで、本実施形態では、表面側マーク１９と裏面側マーク４２との重ね合わせ検査を高精度に行うことを可能にする。例えば、本実施形態では、基板ステージ４をＺ軸方向に駆動することなく、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を同時に検出する。
【００４７】
まず、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９のそれぞれに基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせた状態で、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９のそれぞれを検出して、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９のそれぞれの検出情報を取得する。換言すれば、光電変換素子３４によって裏面側マーク４２の像を検出可能なフォーカス状態で裏面側マーク４２を検出し、光電変換素子３４によって表面側マーク１９の像を検出可能なフォーカス状態で表面側マーク１９を検出する。この際、裏面側マーク４２の検出では、赤外光ＩＬを計測光として使用し、表面側マーク１９の検出でも、赤外光ＩＬを計測光として使用する。
【００４８】
このようにして取得される裏面側マーク４２の検出情報（第２マーク検出情報）及び表面側マーク１９の検出情報（第１マーク検出情報）は、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９のそれぞれを検出することで得られる情報である。かかる検出情報は、例えば、マークの像のコントラスト、マークの検出時の基板ステージ４の位置、マークの像に対応する検出信号の波形対称性及び波形傾きの少なくとも１つを含む。本実施形態では、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９のそれぞれの検出情報として、マークの像のコントラストを例に説明する。以下では、裏面側マーク４２を赤外光ＩＬで検出したときの裏面側マーク４２の像のコントラスト（第２コントラスト）を裏面コントラストと称する。また、表面側マーク１９を赤外光ＩＬで検出したときの表面側マーク１９の像のコントラスト（第１コントラスト）を表面コントラストと称する。
【００４９】
本実施形態では、裏面コントラスト及び表面コントラストに基づいて、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９の検出時の基板ステージ４のＺ軸方向の位置、即ち、基板アライメント検出系１６の計測用フォーカス位置を決定する。ここで、計測用フォーカス位置とは、光電変換素子３４によって裏面側マーク４２及び表面側マーク１９の両方を検出可能なフォーカス位置である。従って、基板アライメント検出系１６のフォーカス位置が計測用フォーカス位置に位置するフォーカス状態（第１フォーカス状態）においては、裏面側マーク４２の像及び表面側マーク１９の像を同時に検出することが可能となる。
【００５０】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本実施形態において、裏面側マーク４２の像及び表面側マーク１９の像を同時に検出している状態を示す図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、基板アライメント検出系１６のフォーカス位置は、計測用フォーカス位置ＭＦＰに合って（位置して）おり、裏面側マーク４２又は表面側マーク１９には合っていないことがわかる。計測用フォーカス位置ＭＦＰは、裏面コントラスト、表面コントラスト、及び、基板３の厚さ（表面と裏面との間の距離）ＴＣに基づいて決定される。
【００５１】
例えば、表面コントラストが裏面コントラストの２倍である場合、具体的には、裏面コントラストが０．１であり、表面コントラストが０．２である場合を考える。また、基板アライメント検出系１６のフォーカス位置から基板３の裏面までの距離をＤ３、基板アライメント検出系１６のフォーカス位置から基板３の表面までの距離をＤ４とする。この場合、距離Ｄ３と距離Ｄ４との比が、裏面コントラストと表面コントラストとの比（１：２）と一致するように、計測用フォーカス位置ＭＦＰを決定する。換言すれば、基板３の厚さＴＣを、表面側から表面コントラストと裏面コントラストとの比（２：１）で分ける位置を、計測用フォーカス位置ＭＦＰとする。これにより、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９の両方を、十分に検出可能なコントラストで同時に検出することができる。
【００５２】
このように、本実施形態では、裏面コントラストと表面コントラストとを比較し、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９のうちコントラストが低い方のマークに基板アライメント検出系１６のフォーカス位置を近づける。また、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９のそれぞれのデフォーカスに対するコントラストの変化を予め取得しておくとよい。これにより、基板アライメント検出系１６のフォーカス位置が裏面側マーク４２や表面側マーク１９からデフォーカスした状態でも裏面側マーク４２や表面側マーク１９を十分なコントラストで検出可能であるかどうかを判断することができる。
【００５３】
裏面側マーク４２の検出には、基板３を透過する赤外光ＩＬを用いる必要がある。従って、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９の両方を同時に検出する際にも、基板３を透過する赤外光ＩＬを用いる必要がある。図６（ｃ）は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す状態で裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を同時に検出した結果をＸＹ座標系で示す図である。図６（ｃ）では、基板アライメント検出系１６の視野（視野内）ＦＶに、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９の両方が位置しているため、基板ステージ４を駆動させずに、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を同時に検出することが可能である。
【００５４】
このように、本実施形態では、赤外光ＩＬを用いて、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９のそれぞれをベストフォーカス状態で予め検出して、裏面側マーク４２の検出情報及び表面側マーク１９の検出情報のそれぞれを取得する。そして、計測用フォーカス位置ＭＦＰは、予め取得された裏面側マーク４２の検出情報及び表面側マーク１９の検出情報、基板３の厚さＴＣに基づいて決定される。なお、基板３の厚さＴＣは、予め求めておいてもよいし、裏面側マーク４２の検出情報及び表面側マーク１９の検出情報（即ち、基板３の裏面及び表面の検出）から推測することも可能である。
【００５５】
本実施形態では、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９のそれぞれの検出情報をマークの像のコントラストとし、かかるコントラストを指標として計測用フォーカス位置ＭＦＰを決定している。但し、コントラスト以外の検出情報、例えば、マークの像に対応する検出信号の波形対称性及び波形傾きなどを指標として計測用フォーカス位置ＭＦＰを決定してもよい。
【００５６】
また、基板３の表面と裏面との間の中間位置を計測用フォーカス位置ＭＦＰとし、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を同時に検出することも考えられる。但し、一般には、裏面側マーク４２を検出する際には、基板３を透過して裏面側マーク４２で反射された赤外光を検出するため、基板３の表面で反射された赤外光の影響を受けてしまう。従って、裏面コントラストは、表面コントラストよりも低くなりやすいため、基板３の表面と裏面との間の中間位置を計測用フォーカス位置ＭＦＰとすると、裏面コントラストが低くなり、裏面側マーク４２を十分な精度で検出できない可能性がある。
【００５７】
そこで、本実施形態では、予め取得された裏面コントラスト及び表面コントラストに基づいて、計測用フォーカス位置ＭＦＰを決定している。但し、裏面側マーク４２が金属で形成され、表面側マーク１９が段差で形成されている場合などでは、裏面コントラストと表面コントラストとが同等になることもある。このような場合には、基板３の表面と裏面との間の中間位置を計測用フォーカス位置ＭＦＰとしても、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を同時に検出することができる。
【００５８】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、裏面側マーク４２が金属で形成され、表面側マーク１９が段差で形成されている場合において、裏面側マーク４２の像及び表面側マーク１９の像を同時に検出している状態を示す図である。この場合、裏面コントラストと表面コントラストとが同じ値になることがある。ここでは、例えば、裏面コントラストを０．１５とし、表面コントラストが０．１５とする。この場合、表面コントラストと裏面コントラストとの比が１：１となる。従って、基板アライメント検出系１６のフォーカス位置から、基板３の裏面までの距離Ｄ３と基板３の表面までの距離Ｄ４との比が、裏面コントラストと表面コントラストとの比（１：１）と一致するように、計測用フォーカス位置ＭＦＰを決定する。換言すれば、基板３の厚さＴＣを、表面側から表面コントラストと裏面コントラストとの比（１：１）で分ける位置、即ち、基板３の表面と裏面との間の中間位置を計測用フォーカス位置ＭＦＰとする。これにより、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９の両方を、十分に検出可能なコントラストで同時に検出することができる。
【００５９】
このように、裏面コントラストと表面コントラストとの比が１：１である場合には、基板３の表面と裏面との間の中間位置を計測用フォーカス位置ＭＦＰとして決定する。但し、裏面側マーク４２が金属で形成されている場合には、裏面コントラストが十分に高いため、裏面コントラストと表面コントラストとの比にかかわらず、基板３の表面と裏面との間の中間位置を計測用フォーカス位置ＭＦＰとしてもよい。これにより、基板３の厚さＴＣが予め求められていれば、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９のそれぞれをベストフォーカス状態で予め検出することなく、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を同時に検出することが可能となる。従って、スループットの点で有利である。この場合、基板３の表面をＡＦ検出系４１で検出し、ＡＦ検出系４１によって検出された基板３の表面から、基板３の厚さＴＣの中間位置に到達するように基板ステージ４を駆動すればよい。
【００６０】
図５（ｂ）及び図５（ｃ）、図６（ａ）及び図６（ｂ）、図７（ａ）及び図７（ｂ）では、発明の理解を容易にするため、裏面側マーク４２の検出を示す図では表面側マーク１９を図示せず、表面側マーク１９の検出を示す図では裏面側マーク４２を図示していない。また、基板アライメント検出系１６の光軸上に、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９が配置されているように図示されているが、実際には、裏面側マーク４２と表面側マーク１９とは重なっているわけではない。実際には、図６（ｃ）に示すように、基板アライメント検出系１６の視野ＦＶに、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９の両方が位置することになる。基板アライメント検出系１６の視野ＦＶに、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９の両方が位置すると、基板ステージ４をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に駆動することなく、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を同時に検出することができる。但し、図８に示すように、基板アライメント検出系１６の視野ＦＶに、裏面側マーク４２又は表面側マーク１９のみが位置する場合も考えられる。この場合、基板ステージ４をＸ軸方向に駆動する必要はあるが、基板ステージ４をＺ軸方向に駆動することなく、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出することができる。リソグラフィ装置においては、一般的に、基板ステージ４のＸ軸方向及びＹ軸方向への駆動精度は、基板ステージ４のＺ軸方向への駆動精度よりも高い。従って、基板ステージ４をＸ軸方向に駆動したとしても、基板ステージ４をＺ軸方向に駆動することなく、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出することができれば、重ね合わせ検査の精度の点で有利となる。
【００６１】
また、本実施形態では、重ね合わせ検査を更に高精度に行うために、裏面側マーク４２を検出した結果（第２検出値）及び表面側マーク１９を検出した結果（第１検出値）に含まれるデフォーカスシフトを補正することも可能である。デフォーカスシフトとは、デフォーカスに起因する誤差であって、基板アライメント検出系１６の光軸の傾き、及び、裏面側マーク４２や表面側マーク１９に対する基板アライメント検出系１６のデフォーカス量に応じて発生するシフト量である。デフォーカスシフトは、基板アライメント検出系１６の光軸の傾きが大きいほど、また、基板アライメント検出系１６のデフォーカス量が大きいほど、大きくなる（即ち、発生するシフト量が大きくなる）。
【００６２】
以下、本実施形態におけるデフォーカスシフトの補正について説明する。上述したように、本実施形態では、基板ステージ４をＺ軸方向に駆動することなく、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出することができる。但し、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９は、基板アライメント検出系１６のフォーカス位置からデフォーカスした状態で検出されることになるため、デフォーカスシフトが発生してしまう。そこで、ステージ基準プレート１１に形成された基準マーク４０を用いて、基板アライメント検出系１６のデフォーカス特性を取得し、裏面側マーク４２や表面側マーク１９の検出時におけるデフォーカスシフトを補正する。
【００６３】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、基板アライメント検出系１６のデフォーカス特性を説明するための図である。まず、図９（ａ）の中段に示すように、基準マーク４０を基板アライメント検出系１６のベストフォーカス位置で検出して得られる検出波形から基準マーク４０の位置を求める。次に、図９（ａ）の上段及び下段に示すように、基板ステージ４をＺ軸方向に駆動して（即ち、デフォーカスさせて）基準マーク４０を検出して得られる検出波形から基準マーク４０の位置を求める。基板アライメント検出系１６の光軸が傾いていると、デフォーカスした状態で得られる検出波形は、図９（ａ）の上段及び下段に示すように、歪みを含み、基準マーク４０の位置がベストフォーカスの状態からシフトすることになる。図９（ｂ）は、基板アライメント検出系１６のフォーカス状態と、検出波形から求まる基準マーク４０の位置との関係を示す図である。図９（ｂ）では、横軸にデフォーカスを採用し、縦軸に基準マーク４０の位置を採用している。図９（ｂ）を参照するに、デフォーカスに対する基準マーク４０の位置の傾きＴＴがデフォーカス特性であり、基板アライメント検出系１６の光軸の傾きを意味している。
【００６４】
このような基板アライメント検出系１６のデフォーカス特性と、表面側マーク１９を検出する際のデフォーカス量（図６（ａ）では、距離Ｄ４）との積によって、表面側マーク１９の検出時におけるデフォーカスシフト量が求まる。従って、表面側マーク１９の真の位置（第１補正値）は、表面側マーク１９を検出した結果（第１検出値）−デフォーカス特性×デフォーカス量によって求めることができる。換言すれば、第１補正値は、第１検出値から、デフォーカス特性と計測用フォーカス位置ＭＦＰから基板３の表面までの距離との積を減算することで求めることができる。
【００６５】
一方、裏面側マーク４２については、赤外光ＩＬが基板３を透過（通過）するため、デフォーカスシフトの補正に基板３の屈折率も考慮する必要がある。具体的には、裏面側マーク４２の真の位置（第２補正値）は、裏面側マーク４２を検出した結果（第２検出値）−｛デフォーカス特性／基板３の屈折率｝×デフォーカス量によって求めることができる。換言すれば、第２補正値は、第２検出値から、デフォーカス特性を基板３の屈折率で除算した値と計測用フォーカス位置ＭＦＰから基板３の裏面までの距離との積を減算することで求めることができる。
【００６６】
このように、本実施形態では、基板ステージ４をＺ軸方向に駆動することなく裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出するだけではなく、デフォーカスシフトを補正することで、高精度な重ね合わせ検査を実現することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、基板アライメント検出系１６のデフォーカス特性を、ステージ基準プレート１１に形成された基準マーク４０を用いて求めているが、基準マーク４０以外のマークを用いて求めてもよい。但し、基板アライメント検出系１６のデフォーカス特性を求めるためのマークに歪みがあると、デフォーカス特性を高精度に求めることができなくなる（即ち、誤差が含まれる）ため、歪みの少ないマークを用いるとよい。
【００６８】
これまでの説明では、基板３の表面と裏面との間に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせた状態で、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出している。但し、基板３の厚さＴＣが比較的薄い場合、裏面側マーク４２に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせた状態で裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出することも可能である。この場合、裏面側マーク４２をベストフォーカスの状態で検出しているため、裏面側マーク４２については、デフォーカスシフトが発生しない。
【００６９】
また、上述したように、裏面側マーク４２を検出する場合には、表面側マーク１９を検出する場合に比べて、基板３の表面で反射された赤外光の影響を受けてしまうため、相対的に、コントラストが低くなる傾向がある。そこで、裏面コントラストに対して閾値を設定し、裏面コントラストが低い場合には、裏面側マーク４２に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせた状態で裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出することが有効となる。基板３の厚さＴＣが十分に厚い場合、裏面側マーク４２に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせてしまうと、表面側マーク１９が大きくデフォーカスして検出することができなくなる。従って、裏面側マーク４２に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせること、即ち、基板３の裏面の位置を計測用フォーカス位置ＭＦＰとして決定することは、基板３の厚さＴＣが比較的薄い場合に特に有効である。
【００７０】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、裏面側マーク４２に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせた状態において、裏面側マーク４２の像及び表面側マーク１９の像を同時に検出している状態を示す図である。裏面コントラストが表面コントラストに比べて閾値以上に小さいときに、裏面側マーク４２に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせて、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出する場合について説明する。ここでは、表面コントラストと裏面コントラストとの比が、閾値として設定された１／４よりも小さい場合、裏面側マーク４２に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせた状態で裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出するものとする。
【００７１】
例えば、裏面コントラストが０．１であり、表面コントラストが０．５である場合、裏面コントラスト／表面コントラストは、１／５となり、閾値である１／４よりも小さい。このような場合には、図１０（ａ）に示すように、裏面側マーク４２に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせた状態で、裏面側マーク４２を検出する。また、図１０（ｂ）に示すように、裏面側マーク４２に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせた状態で（即ち、基板ステージ４をＺ軸方向に駆動することなく）、表面側マーク１９も検出する。これにより、コントラストが低くなる傾向にある裏面側マーク４２を十分に検出することが可能となる。なお、デフォーカスシフトの補正は、表面側マーク１９を検出した結果（第１検出値）のみに行えばよい。
【００７２】
また、裏面コントラスト／表面コントラストに対して閾値を設定するのではなく、裏面コントラストに対して閾値を設定してもよい。例えば、閾値を０．０７に設定し、裏面コントラストが０．０７以下であれば、裏面コントラスト／表面コントラストにかかわらず、裏面側マーク４２に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせた状態で裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出する。裏面コントラストが０．０７であり、表面コントラストが０．２１である場合、裏面コントラスト／表面コントラストは１／３となり、上述した閾値１／４よりも大きくなる。この場合、裏面側マーク４２に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせずに、表面コントラスト及び裏面コントラストに基づいて、計測用フォーカス位置ＭＦＰを決定することになる。但し、裏面コントラストが０．０７であると、裏面側マーク４２を十分に検出することができるコントラストが得られていないため、デフォーカスした状態では、裏面側マーク４２を検出できない可能性がある。このような場合に、裏面コントラストに対して閾値を設定することが有効となる。
【００７３】
また、これまでの説明では、裏面側マーク４２に対して表面側マーク１９は必ずデフォーカスしてしまうため、表面側マーク１９の線幅を裏面側マーク４２の線幅よりも大きくしておくとよい。これにより、表面側マーク１９が大きくデフォーカスしても、コントラストの低下の影響を低減することが可能となる。
【００７４】
本実施形態では、基板ステージ４をＺ軸方向に駆動することなく、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出することができるため、基板ステージ４の駆動誤差の影響を受けずに、高精度な重ね合わせ検査を実現することができる。但し、基板３の厚さＴＣによっては、基板ステージ４をＺ軸方向に駆動することなく、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出することができない場合もある。また、裏面コントラストが低いと、裏面側マーク４２に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせなければ、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出することができない場合もある。
【００７５】
図１１は、本実施形態における重ね合わせ検査を説明するためのフローチャートである。Ｓ１１０２では、基板３の厚さＴＣが基板アライメント検出系１６の焦点深度の２倍未満であるかどうか（即ち、基板３の厚さＴＣが基板アライメント検出系１６の焦点距離の２倍の距離未満であるかどうか）を判定する。基板３の厚さＴＣが基板アライメント検出系１６の焦点深度の２倍未満でない（即ち、基板３の厚さＴＣが基板アライメント検出系１６の焦点距離の２倍の距離以上である）場合には、Ｓ１１０４に移行する。また、基板３の厚さＴＣが基板アライメント検出系１６の焦点深度の２倍未満である場合には、Ｓ１１０６に移行する。
【００７６】
基板３の厚さＴＣが基板アライメント検出系１６の焦点深度の２倍未満でない場合は、基板ステージ４をＺ軸方向に駆動することなく、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出することができない。そこで、Ｓ１１０４では、基板ステージ４をＺ軸方向に駆動して、表面側マーク１９及び裏面側マーク４２のそれぞれを個別に検出する。
【００７７】
Ｓ１１０６では、裏面コントラストが閾値以上であるか（即ち、裏面コントラストが十分に得られているか）どうかを判定する。裏面コントラストが閾値以上でない場合には、Ｓ１１０８に移行する。また、裏面コントラストが閾値以上である場合には、Ｓ１１１２に移行する。
【００７８】
Ｓ１１０８では、裏面側マーク４２に基板アライメント検出系１６のフォーカスを合わせた状態で裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出する。この際、表面側マーク１９は、デフォーカスした状態で検出される。そこで、Ｓ１１１０では、Ｓ１１０８で検出された表面側マーク１９の検出値に対して、デフォーカスシフトの補正を行う。
【００７９】
Ｓ１１１２では、裏面コントラスト、表面コントラスト及び基板３の厚さＴＣに基づいて、計測用フォーカス位置ＭＦＰを決定する。Ｓ１１１４では、基板アライメント検出系１６のフォーカス位置が計測用フォーカス位置ＭＦＰに位置した状態で裏面側マーク４２及び表面側マーク１９を検出する。この際、裏面側マーク４２及び表面側マーク１９は、デフォーカスした状態で検出される。そこで、Ｓ１１１６では、Ｓ１１１２で検出された裏面側マーク４２及び表面側マーク１９のそれぞれの検出値に対して、デフォーカスシフトの補正を行う。
【００８０】
本実施形態の露光装置１００によれば、基板３の表面に形成された表面側マーク１９と基板３の裏面に形成された裏面側マーク４２との重ね合わせ検査を高精度に行うことができる（重ね合わせ誤差を高精度に求めることができる）。従って、露光装置１００は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）などの物品を提供することができる。かかるデバイスなどの物品は、露光装置１００を用いてパターンを基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板等）に形成する工程と、パターンを形成された基板を加工（現像、エッチングなど）する工程とを含む。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【００８１】
本実施形態では、露光装置１００の基板アライメント検出系１６を用いた重ね合わせ検査について説明したが、本発明は、露光装置の検出系に限定されず、露光装置以外の装置、例えば、専用の重ね合わせ検査装置にも適用することができる。
【００８２】
図１２は、重ね合わせ検査装置２００の構成を示す概略図である。重ね合わせ検査装置２００は、基板３を保持する基板ステージ４と、基板アライメント検出系１６と、制御部１７とを有する。重ね合わせ検査装置２００は、露光装置１００と同様に、基板アライメント検出系１６を用いて高精度な重ね合わせ検査を実現することができる。
【００８３】
露光装置１００が有する基板アライメント検出系１６を用いて重ね合わせ検査を行えば、専用の重ね合わせ検査装置、例えば、重ね合わせ検査装置２００などは不要であるが、スループットが低下する懸念がある。そこで、実際の製造現場では、露光装置１００が有する基板アライメント検出系１６及び重ね合わせ検査装置２００の両方を用いて重ね合わせ検査が行われている。本発明は、いずれの装置にも適用することができる。
【００８４】
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、本発明は、露光装置に限定されるものではなく、描画装置やインプリント装置などのリソグラフィ装置にも適用することができる。ここで、描画装置は、荷電粒子線（電子線やイオンビームなど）で基板を描画するリソグラフィ装置であり、インプリント装置は、基板上のインプリント材（樹脂など）をモールドにより成形してパターンを基板に形成するリソグラフィ装置である。また、基板は、Ｓｉウエハに限定されるものではなく、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、サファイア、ドーパントＳｉなどであってもよい。本発明は、基板の材質にかかわらず、適用することができる。
【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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