(57)【要約】【課題】キャリブレーション計測及びアライメント計測の処理時間を短縮することが可能となる。【解決手段】露光装置において、ステージ基準プレート９上のウエハ側マーク位置がＴＴＲアライメントスコープ２０を用いて計測される。ＴＴＲアライメントスコープ２０は、ウエハ側マークを撮像するための光学系としてハーフミラー２２、ミラー２４、対物レンズ２３を含み、投影光学系５を介してウエハ側マークを観察する。ウエハステージ１０を光軸方向に移動しながらＴＴＲアライメントスコープ２０の撮像素子２５によって撮像された画像に基づいて、ウエハ側マークの撮像面内における位置の変動とステージの光軸方向位置の関係、及び撮像素子２５にウエハマークが合焦するときのステージの位置を同時に計測する。この計測結果に基づいてキャリブレーション補正値が算出される。【選択図】  図１
2004303830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置においてマーク位置計測を行なうマーク計測装置であって、
前記計測マークを撮像するための光学系と撮像部を含む撮像手段と、
前記撮像部における前記計測マークのフォーカス状態を変更するべく前記光学系の光軸方向に部材を移動する移動手段と、
前記移動手段により前記部材を移動しながら前記撮像手段によって撮像された画像に基づいて、前記計測マークの撮像面内における位置の変動と該部材の位置の関係、及び前記撮像部に該計測マークが合焦するときの該部材の位置を同時に計測する計測手段とを備えることを特徴とするマーク計測装置。
【請求項２】
前記計測マークはステージ上に設けられ、
前記移動手段は前記ステージを光軸方向に沿って移動することを特徴とする請求項１に記載のマーク計測装置。
【請求項３】
前記移動手段は、前記ステージを光軸方向へ移動させながら該光軸と直交する方向へも所定量移動させることを特徴とする請求項２に記載のマーク計測装置。
【請求項４】
前記移動手段は、前記変動量が所定範囲内である前記ステージの移動範囲において、該ステージを前記撮像部の画素分解能に応じた量だけ前記光軸と直交する方向へ移動させることを特徴とする請求項３に記載のマーク計測装置。
【請求項５】
前記移動手段は前記光学系に設けられた焦点位置変更用のリレーレンズを光軸方向に沿って移動させることを特徴とする請求項１に記載のマーク計測装置。
【請求項６】
前記移動手段は、前記変動量が所定範囲内である前記リレーレンズの移動範囲内において、前記光学系の対物レンズを前記光軸に直交する方向へ所定量移動させることを特徴とする請求項５に記載のマーク計測装置。
【請求項７】
前記移動手段は、前記変動量が所定範囲内である前記リレーレンズの移動範囲において、前記対物レンズを前記撮像部の画素分解能に応じた量だけ前記光軸と直交する方向へ移動させることを特徴とする請求項６に記載のマーク計測装置。
【請求項８】
前記光学系は、露光処理に用いられる露光光を導く投影光学系を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のマーク計測装置。
【請求項９】
前記光学系は、露光装置が有するオフアクシスアライメントスコープを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマーク計測装置。
【請求項１０】
前記撮像手段は、露光装置の有する投影光学系を含む第１撮像手段と、オフアクシスアライメントスコープを含む第２撮像手段を含み、
前記移動手段、計測手段、算出手段は前記第１及び第２撮像手段の夫々に関して順次に処理を進めることを特徴とする請求項１に記載のマーク計測装置。
【請求項１１】
前記撮像手段は、露光装置の有する投影光学系を含む第１撮像手段と、オフアクシスアライメントスコープを含む第２撮像手段を含み、
前記移動手段、計測手段、算出手段は前記第１及び第２撮像手段の夫々に関して同時に処理を進めることを特徴とする請求項１に記載のマーク計測装置。
【請求項１２】
前記移動手段による前記部材の移動は連続駆動であることを特徴とする請求項１に記載のマーク計測装置。
【請求項１３】
前記計測手段による計測の結果に基づいてキャリブレーション補正値を算出する算出手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のマーク計測装置。
【請求項１４】
前記計測マークがウエハ上に形成されたアライメントマークであり、
前記計測手段による計測の結果に基づいてアライメント補正値を算出する算出手段を更に備えることを特徴とする請求項９に記載のマーク計測装置。
【請求項１５】
露光装置におけるマーク位置計測のためのキャリブレーション補正値を取得するマーク計測方法であって、
光学系と撮像部を含む撮像手段を用いて前記計測マークを撮像する撮像工程と、
前記撮像部における前記計測マークのフォーカス状態を変更するべく前記光学系の光軸方向に部材を移動する移動工程と、
前記移動工程により前記部材を移動しながら前記撮像工程によって撮像された画像に基づいて、前記計測マークの撮像面内における位置の変動と該部材の位置の関係、及び前記撮像部に該計測マークが合焦するときの該部材の位置を同時に計測する計測工程とを備えることを特徴とするマーク計測方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１４のいずれかに記載のマーク計測装置を備えた露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体回路素子製造用の投影型露光装置におけるアライメント技術に関する。更に詳しくは、半導体回路素子の製造分野における、半導体ウエハ表面にレチクルの回路パターンを繰り返し投影露光する際のキャリブレーション機能、アライメント機能及び結像特性補正機能に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造に用いられる投影露光装置は、マスクとしてのレチクル上に形成された回路パターンを感光基板のウエハ又はガラスプレート等の上のフォトレジスト層に高い重ね合わせ精度で転写する。このような転写精度を実現するために、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライメント）することが求められている。
【０００３】
レチクルに対するウエハの焦点位置を合わせる手法としては、フォーカスキャリブレーションが良く知られている。以下、一般的なキャリブレーション計測について第１実施形態の露光装置を示す図１を流用して以下に説明する。
【０００４】
図１において、１は露光用の光源である。レチクル上の回路パターンをウエハ上に転写露光する際には、露光装置制御部７０の指示が光源制御部３０に伝えられ、光源制御部３０の指示により露光光源１の動作が制御されている。２はレチクルであり、レチクルステージ４に保持されている。又、３はレチクル基準プレートであり、図１ではレチクルステージ４に保持されているが、光学的にレチクルと等価な位置に固定されている場合もある。
【０００５】
レチクルステージ４は、走査型露光装置では投影光学系５の光軸方向（ｚ）及びこの方向に直交する方向（ｘ、ｙ）に移動可能であり、光軸に対して回転させることも可能である。レチクルステージ４の駆動制御は、露光装置制御部７０の指示がレチクルステージ制御部４０に伝えられ、レチクルステージ制御部４０の指示によりレチクルステージ４は駆動制御される。レチクル基準プレート３上には、不図示だが数種類の基準マークが設けられている。
【０００６】
投影光学系５は、複数のレンズで構成されており、露光時はレチクル２上の回路パターンをウエハ８上に投影光学系５の縮小倍率に対応した倍率で結像させている。６、７はオフアクシスのオートフォーカス光学系を形成している。６は投光光学系であり、投光光学系６より発せられた非露光光である光束は、ステージ基準プレート９上の点（又はウエハ８の上面）に集光し、反射される。反射された光束は、検出光学系７に入射する。検出光学系７内には不図示の位置検出用受光素子が配置され、位置検出用受光素子とステージ基準プレート９上の光束の反射点が共役となるように構成されている。こうして、ステージ基準プレート９の投影光学系５の光軸方向の位置ズレは、検出光学系７内の位置検出用受光素子上での入射光束の位置ズレとして計測される。
【０００７】
検出光学系７により計測されたステージ基準プレート９の所定の基準面からの位置ズレは、ウエハステージ制御部６０に伝達される。ウエハステージ制御部６０は、後述するフォーカスキャリブレーション計測時においては、ステージ基準プレート９を所定の基準位置の近傍で投影光学系５の光軸方向（ｚ方向）に上下駆動する。また、露光時にはウエハステージ１０を駆動制御してウエハ８の位置制御を実行する。
【０００８】
次に、ウエハ８面のフォーカス状態を検知して、その信号に基づいてウエハステージ１０を駆動させてレチクル２に対するウエハ８の最適焦点位置を検出するための構成要素について説明する。２０はＴＴＲアライメントスコープであり、後述する要素２１、２２、２３、２４、２５を有している。ファイバ２１（光源２１）から出射した照明光束はハーフミラー２２を通過し、対物レンズ２３とミラー２４を介してレチクル基準プレート３（又はレチクル２）近傍に集光する。
【０００９】
レチクル基準プレート３近傍に集光した照明光束は、投影光学系５を介してステージ基準プレート９上に集光する。ステージ基準プレート９面上には数種類の基準マーク（不図示）が設けられている。ステージ基準プレート９からの反射光は元の光路を戻り、順に投影光学系５、レチクル基準プレート３、ミラー２４、対物レンズ２３を介し、ハーフミラー２２で反射されて撮像素子２５（本例ではＣＣＤ）に入射する。なお、ＴＴＲアライメントスコープ２０内には、観察面との焦点位置を変えるリレーレンズ（不図示）が構成されている。
【００１０】
なお、ステージ基準プレート９はウエハ８と同じウエハステージ１０上に配置されており、ウエハ８とは等価なフォーカス面上に固定されている。ウエハ８の上面とステージ基準プレート９の上面の各々の投影光学系５に対する焦点位置、又は両面間のフォーカスオフセット量は露光装置制御部７０により管理されている。また、２６〜２９はオフアクシスアライメントスコープを構成している。
【００１１】
＜フォーカス計測＞
上記の構成の露光装置において実行可能な一般的なオートフォーカス計測の具体的な動作について説明する。
図２は特許文献１で開示されているＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｒｅｔｉｃｌｅ）方式のオートフォーカス計測のシーケンスを示すフローチャートである。図２では、まずステップＳ０にてＴＴＲアライメントスコープ２０内のリレーレンズを計測開始位置へ駆動する。そして、以下の（１）〜（３）の手順を複数回繰り返し、レチクル側マークに対するリレーレンズの焦点位置を変化させた時の光量値又はコントラスト値の変化を記録する。すなわち、リレーレンズの焦点位置と、各焦点位置において計測された光量値又はコントラスト値を対応させて記憶する。
【００１２】
（１）レチクル側マークをＴＴＲアライメントスコープ２０で計測する（ステップＳ１）．
（２）所定の回数分計測を実行したかを判定する（ステップＳ２）．
（３）計測未終了の場合はリレーレンズの焦点位置を変更する（ステップＳ３）。
【００１３】
なお、所定の回数とはレチクル側マークに対するＴＴＲアライメントスコープの最良焦点位置（Ｂ．Ｆ．位置）を算出するために必要な計測値を得るための計測回数である。続いて、ステップＳ４ではＢ．Ｆ．位置の算出結果に基づき、リレーレンズをＢ．Ｆ．位置に駆動する。以上のようにしてレチクルマークのフォーカス計測を完了する。
【００１４】
次に、ステップＳ５ではステージ側マークをＴＴＲアライメントスコープで計測する位置へ駆動する。そして、以下の手順を複数回繰り返し、投影光学系５に対するステージ側マークの焦点位置を変化させた時の光量値又はコントラスト値と、光量値又はコントラスト値を計測した時のステージ側マークの焦点位置を記憶する。すなわち、以下の（１）〜（３）を繰り返して、ステージ側マークの焦点位置を変化させたときの光量値またはコントラスト値の変化を記憶する。
【００１５】
（１）ウエハ側マークをＴＴＲアライメントスコープ２０で計測する（ステップＳ６）．
（２）所定の回数分計測を実行したかを判定する（ステップＳ７）．
（３）計測未終了の場合はステージ側マークの焦点位置を変える（ステップＳ８）。
【００１６】
なお、所定の回数とはＴＴＲアライメントスコープ（レチクル側マーク）に対するウエハ側マークのＢ．Ｆ．位置を算出するために必要な最低限の計測値を得るための計測回数である。
【００１７】
以上のようにして得られた光量値又はコントラスト値と焦点位置の情報に基づいて、近似計算又は重心計算により、レチクル基準プレート３（レチクル２）に対するステージ基準プレート９（ウエハ８）の最適焦点位置を算出している（ステップＳ９）。
【００１８】
なお、ＴＴＲ方式のオートフォーカス計測は上記以外にも特許文献２、特許文献３、特許文献４で開示されているような、ウエハステージ１０を光軸方向に連続駆動しながら、ウエハステージの光軸方向位置計測と光量又はコントラストの計測を同期させる方法がある。また、特許文献５、特許文献６で開示されているような光量センサを使ったオートフォーカス計測方法もある。
【００１９】
また、レチクル及び投影レンズを通さないオフアクシス方式によるオートフォーカス計測は、図２のフローチャート中のステップＳ５〜ステップＳ９の間でオートフォーカス光学系（投光光学系６、検出光学系７）を用いることによって実現される。なお、特許文献４ではオフアクシス方式でのウエハステージ１０を光軸方向に連続駆動させるオートフォーカス計測に関して開示している。
【００２０】
＜ベースライン計測＞
次に、ベースライン計測の具体的な動作について説明する。図３はベースライン計測のシーケンスを示すフローチャートである。図３に示すように、ステップＳ２１にてＴＴＲアライメントスコープ２０でレチクル側マークとウエハ側マークの粗計測を行う。粗計測では、ＴＴＲアライメントスコープ２０でレチクル側／ウエハ側マークを同時観察する際、観察視野内に双方のマークが入るよう相対位置合せを行っている。
【００２１】
ステップＳ２２は、ＴＴＲアライメントスコープ２０でレチクル側マーク及びウエハ側マークを位置ずれ計測位置に駆動する。ステップＳ２３では、ＴＴＲアライメントスコープ２０の焦点位置をレチクルマーク面に合わせるために上述のオートフォーカス計測（ステップＳ０〜Ｓ３）を実施している。ここでレチクルマークのオートフォーカス計測を実施する理由は、ずれ量計測をより正確に行うためにＴＴＲアライメントスコープ２０の焦点位置をレチクルマーク面に合焦させておく必要が有るからである。なお、ＴＴＲアライメントスコープ２０のレチクルマーク面に対する焦点位置が不変であればこの焦点位置を毎回計測する必要はない。
【００２２】
ステップＳ２４では、ＴＴＲアライメントスコープ２０の焦点位置をステップＳ２３で求めたレチクルマーク面に合焦させた状態で、ウエハ側マークのオートフォーカス計測（図２のステップＳ５〜Ｓ８）を実施している。ここで、オートフォーカス計測を実施する理由は、ずれ量計測をより正確に行うためにはＴＴＲアライメントスコープ２０の焦点位置をウエハ側マーク面に合焦させておく必要があるからである。なお、ＴＴＲアライメントスコープ２０のウエハ側マーク面に対する焦点位置が不変であればこの焦点位置を毎回計測する必要はない。ステップＳ２５では、ＴＴＲアライメントスコープの基準位置に対してレチクル側及びウエハ側マークのずれ量を計測する。
【００２３】
次に、ステップＳ２６では、オフアクシスアライメントスコープ２７又は２９でウエハ側マークを計測するためにウエハステージ１０を駆動する。そして、ステップＳ２７において、オフアクシスアライメントスコープ２７又は２９とウエハ側マークを合焦させるために、ウエハ側マークのオートフォーカス計測を実施している。ここで、オートフォーカス計測を実施する理由は、ずれ量計測をより正確に行うためにはオフアクシスアライメントスコープ２７又は２９とウエハ側マーク面を合焦させておく必要があるからである。なお、オフアクシスアライメントスコープ２７又は２９のウエハ側マーク面に対する焦点位置が不変であればこの焦点位置を毎回計測する必要はない。そして、ステップＳ２８において、オフアクシスアライメントスコープ２７又は２９の基準位置に対するウエハ側マークのずれ量を計測する。
【００２４】
ベースライン計測においては、計測を高精度で行うために計測誤差対策を行う。具体的には、レチクル側マーク及びウエハ側マークを、計測光学系（この場合はＴＴＲアライメントスコープ２０及びオフアクシスアライメントスコープ２７又は２９を指す）の画素分解能に応じた微少量だけずらした位置に駆動（ステップＳ３０、ステップＳ３１）させて複数回の計測を行う（ステップＳ２９）ことにより、デジタル誤差等の誤差要因を排除する。
【００２５】
ベースライン計測では、以上のステップＳ２５及びステップＳ２８にて得られた計測値をもとに補正値を算出しする。なお、特許文献７では、光量センサを使ったベースライン計測が開示されている。
【００２６】
＜アライメント計測＞
また、マスクとしてのレチクル上に形成された回路パターンを感光基板のウエハ又はガラスプレート等の上のフォトレジスト層に高い重ね合わせ精度で転写するために、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライメント）することが求められている。以下、一般的なアライメント計測の具体的な動作について説明する。
【００２７】
図４はアライメント計測のシーケンスを示すフローチャートである。図４に示すように、ステップＳ４１ではプリアライメント（ＰｒｅＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）計測を実施する。プリアライメント計測で装置基準に対するウエハのＳｈｉｆｔ及びθの粗補正を実施した後、ステップＳ４２にてアライメント第１マークへウエハステージ１０を駆動する。ステップＳ４３ではアライメント計測で使用するオフアクシスアライメントスコープ２７又は２９によるマークのオートフォーカス計測を実施する（オフアクシスアライメントスコープ２７又は２９でのオートフォーカス計測処理に関しては前述してあるので割愛する）。ここでオートフォーカス計測を実施する理由は、マークのずれ量計測を実施する際の検出光学系に対するウエハ（アライメント計測マーク）の合焦点位置を合わせておくためである。ロット内で検出光学系に対するウエハ（アライメント計測マーク）の合焦点位置がほぼ一定である場合には、ロットの先頭でのみオートフォーカス計測を実施し、以降のウエハ処理時でオートフォーカス計測を実施しないことも可能である。
【００２８】
ステップＳ４４ではオフアクシスアライメントスコープ２７又は２９に対するアライメントマークのずれ量を計測する。ステップＳ４４では、ステップＳ４３のオートフォーカス計測で求めた合焦点位置にステージを駆動した後にアライメントマークのずれ量計測を実施する。ステップＳ４５では、指定されたサンプルショット分のアライメント計測が終了したか否かを判定し、全マーク計測が終了していない場合はステップＳ４６に進み、次の計測マークへウエハステージ１０を駆動し、ステップＳ４３へ戻る。こうして、アライメント計測を全マーク計測が終了するまでステップＳ４３、Ｓ４４、Ｓ４６を繰り返す（ステップＳ４５）。こうして計測された全マークの計測値より重ね焼き時の補正量が算出される。
【００２９】
【特許文献１】
特開平９−２６０２６９号公報
【特許文献２】
特開平１１−２５１２２９号公報
【特許文献３】
特開平５−１６０００３号公報
【特許文献４】
特開平１１−４０４９１号公報
【特許文献５】
特公平２−２７８１１号公報
【特許文献６】
特公平５−１６０１４号公報
【特許文献７】
特公平２−５８７６６号公報
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
半導体素子の製造に用いられる投影露光装置においては、マスクとしてのレチクル上に形成された回路パターンを感光基板としてのウエハ又はガラスプレートなどの上のフォトレジスト層に高い重ね合わせ精度で転写するために、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライメント）することが求められている。また、形成する回路パターンの線幅もより微細化が進んでいるために、上述のフォーカス計測やベースライン計測等のキャリブレーション計測や、上述のアライメント計測に求められる精度もより厳しくなっている。
【００３１】
一方、ＡＳＩＣ等の少量多品種製品が主流となってきているため、投影露光装置においてはスループットの向上が求められている。従来は、露光処理にかかる処理時間を短くするために、キャリブレーション計測の実行タイミングを毎ウエハ処理単位や毎ショット処理単位ではなく、複数枚ウエハ処理単位としていた。また、アライメント計測では計測に時間がかかるオートフォーカス計測をロット先頭ウエハでのみ行い、以降はロット先頭で計測したオートフォーカスの計測値を基にアライメント計測を実行していた。
【００３２】
さらに、プロセス要因・アライメントスコープ光学特性等の要因により合焦点位置で計測したずれ量が必ずしも正確な計測値であるとは限らない（デフォーカス特性がある）ことも分かっている。
【００３３】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、キャリブレーション計測及びアライメント計測の高精度化とともに、処理時間を短縮することを可能にすることを目的とする。
特に、キャリブレーション計測の高精度化及び高速化、デフォーカス特性を考慮した高精度なアライメント計測を可能とすることを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明によるマーク計測装置は、以下の構成を備える。すなわち、
露光装置においてマーク位置計測を行なうマーク計測装置であって、
前記計測マークを撮像するための光学系と撮像部を含む撮像手段と、
前記撮像部における前記計測マークのフォーカス状態を変更するべく前記光学系の光軸方向に部材を移動する移動手段と、
前記移動手段により前記部材を移動しながら前記撮像手段によって撮像された画像に基づいて、前記計測マークの撮像面内における位置の変動と該部材の位置の関係、及び前記撮像部に該計測マークが合焦するときの該部材の位置を同時に計測する計測手段とを備える。
【００３５】
また、上記の目的を達成するための本発明によるマーク計測方法は、
露光装置におけるマーク位置計測のためのキャリブレーション補正値を取得するマーク計測方法であって、
光学系と撮像部を含む撮像手段を用いて前記計測マークを撮像する撮像工程と、
前記撮像部における前記計測マークのフォーカス状態を変更するべく前記光学系の光軸方向に部材を移動する移動工程と、
前記移動工程により前記部材を移動しながら前記撮像工程によって撮像された画像に基づいて、前記計測マークの撮像面内における位置の変動と該部材の位置の関係、及び前記撮像部に該計測マークが合焦するときの該部材の位置を同時に計測する計測工程とを備える。
【００３６】
また、本発明によれば、上記マーク計測装置を備えた露光装置が提供される。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００３８】
《第１実施形態》
第１実施形態では、ＴＴＲアライメントスコープを使用し、フォーカス計測、レンズ像面計測、レンズ倍率計測、及びレンズ歪み計測を高速に実施する構成について説明する。特に、第１実施形態では、ＴＴＲアライメントスコープを使用し、レチクル側マークの焦点位置及びＴＴＲアライメントスコープに対する位置ずれと、ウエハ側マークの焦点位置及びＴＴＲアライメントスコープに対する位置ずれを同時に計測する。これにより、フォーカス位置、デフォーカス特性、レンズ倍率、レンズ歪といったキャリブレーション計測を同時に行うことができる。
【００３９】
上記計測を実現するため、第１実施形態では、レチクル側マーク及びウエハ側マークをＴＴＲアライメントスコープ下（計測位置）に駆動後に、ＴＴＲアライメントスコープの焦点位置をレチクル側マークに合焦させた状態でウエハステージを光軸と平行に連続駆動させる。そして、このウエハステージの駆動中に、
（１）ウエハステージの光軸方向位置の読み出し又は計測、
（２）ウエハステージの光軸に対する直交方向位置の読み出し又は計測、
（３）ウエハ側マークの光量またはコントラストの計測、
（４）レチクル側マークの光量またはコントラストの計測、
（５）ウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置の計測、
（６）レチクル側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置の計測、
（７）レチクルステージの光軸に対する直交方向位置の読み出しまたは計測、
の各タイミングを同期させる。
【００４０】
上記の（１）と（２）によってウエハステージの光軸方向に対する直交方向位置の読み出しまたは計測が行われるので、ウエハステージが光軸と平行に駆動していることを確認できる。なお、後述するが、上記ウエハステージは、光軸に対して微小角度傾けて駆動することで計測誤差を低減することができる。このような駆動形態（光軸に対して微小角度傾けた駆動）においては、上記（２）の計測によってウエハステージの光軸に対する直交方向の正確な位置を検出できることになる。
【００４１】
また、上記の（３）、（４）により、レチクル側マークとウエハ側マークの光量またはコントラストの計測が行われる。これらの計測を行うことによりウエハステージの連続駆動中に観察光学系の焦点位置が変動していないかを確認できる。
【００４２】
また、上記（５）により、ウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置の計測がおこなわれる。これにより、ウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置（位置ずれ）が計測できる。同様に、上記（６）により、レチクル側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置の計測が行われ、これによってレチクル側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置（位置ずれ）が計測できる。
【００４３】
更に、（７）の計測により、レチクルステージの光軸に対する直交方向位置の読み出しまたは計測が行われる。これにより、連続計測中にレチクルステージの光軸に対する直交方向位置の変動を確認できる。
【００４４】
以上のような計測により、ウエハステージを連続駆動させながらＴＴＲアライメントスコープに対するウエハ側マークの合焦点位置と水平方向位置の同時計測が可能となる。また、計測中はウエハステージ及びレチクルステージの位置変動も計測している為（（１）、（２）、（７））、得られる計測値に対するエラー要因を排除可能である。また、ＴＴＲアライメントスコープを使った計測（（３）〜（６））により、レチクル側マークに対するウエハ側マークの合焦点位置が得られる。また、レチクル側マークとウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置よりレンズ倍率及びレンズ歪みを同時に求めることが可能となる。
【００４５】
また、ＴＴＲアライメントスコープを複数のスコープで構成し、計測像高（計測位置）を複数点とすることにより、各計測位置でのウエハ側マークとレチクル側マークの合焦点位置の差よりレンズ像面も同時に求めることができる。なお、ウエハステージを光軸に対して微少角度傾けて駆動することにより、従来技術で説明したデジタル誤差等の誤差要因を排除できる。
【００４６】
以上のように、第１実施形態によれば、高精度で且つ短時間にフォーカス計測、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測及びレンズ像面計測（レンズ像面計測はＴＴＲアライメントスコープが複数ある場合に同時計測が可能である）が実行できる。
【００４７】
具体的な構成としては、図１に示した露光装置において、ウエハステージ１０の光軸方向への駆動部にリニアエンコーダ等（不図示）を配置し、ウエハステージ１０の光軸方向位置を検出する。また、ウエハステージ１０及びレチクルステージ４の光軸に対する直交方向位置検出のために、レーザ干渉計（不図示）等を配置する。
【００４８】
ウエハステージ制御部６０は、ウエハステージ１０に対して光軸方向への連続駆動開始を指示するとともに、露光装置制御部７０に画像蓄積又は光量積算の開始（ウエハ側／レチクル側マークの光量またはコントラストの計測及びウエハ側／レチクル側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置の計測）を指示する。更に、ウエハステージ制御部６０は、露光装置制御部７０に対して上記処理開始信号の出力と同時にリニアエンコーダからの位置情報のモニタ（ウエハステージ１０の光軸方向位置の読み出し）とレーザ干渉計からの位置情報のモニタ（ウエハステージ１０及びレチクルステージ４の光軸に対する直交方向位置の読み出し）を開始する。なお、本例では、レチクルステージ４の位置情報はレチクルステージ制御部４０よりウエハステージ制御部６０が取得するものとする。
【００４９】
そして、ウエハステージ制御部６０は、露光装置制御部７０からの画像蓄積又は光量積算終了を受け、モニタしていたウエハステージ１０及びレチクルステージ４の位置情報の平均値を算出する。露光装置制御部７０では、取り込まれた画像又は光量を基にコントラスト値又は光量値の算出及びマークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置の算出を行う。
【００５０】
ウエハステージの連続駆動中は上記処理を連続的に実行する。これにより、短時間に複数の計測値を得ることが可能となる。なお、ウエハステージ１０及びレチクルステージ４の位置情報の読み出しタイミングは、ＴＴＲアライメントスコープ２０の光源２２としてレーザを使用している場合は、パルス発振のタイミングと同期させても良い。また、ＴＴＲアライメントスコープ２０の光源２２としてランプを使用している場合は、シャッタを開くタイミングと同期させても良い。ウエハステージ１０の光軸方向の位置制御用にレーザ干渉計を併置している場合もこのタイミングで位置情報を読み出せば良い。
【００５１】
なお、ウエハステージ１０の光軸方向の位置に関しては、図１のオートフォーカス光学系６、７により位置計測を行っても良い。この場合はオートフォーカス計測を行うタイミングを画像蓄積又は光量積算のタイミングと同期させれば良い。すなわち、ウエハステージ１０の連続駆動中は、ウエハステージ１０がどこの位置にいる時に画像蓄積又は光量積算が行われたかが分かるように同期させていれば良い。
【００５２】
なお、第１実施形態ではウエハステージ１０を光軸方向に連続駆動させる形態としたが、ウエハステージ１０を光軸方向にステップ駆動させた場合にも適用可能であることは明らかであろう。
【００５３】
以上のように、上記の第１実施形態によれば、ＴＴＲアライメントスコープ２０を使った計測により、フォーカス計測（オートフォーカス計測系とリニアエンコーダのオフセット計測を含む）、レンズ像面計測、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測を同時に実施することが可能である。なお、ＴＴＲアライメントスコープ２０は、レンズ像面計測を行なうために、複数のスコープが同時に計測可能な構成となっていることが望ましい。
【００５４】
以下、第１実施形態についてより具体的に説明する。
【００５５】
上述したように、第１実施形態では、ウエハステージ１０を光軸方向と平行に連続駆動させ、連続駆動中の画像より「フォーカス計測、レンズ像面計測、レンズ倍率計測、及びレンズ歪み計測」を同時に実施する。
【００５６】
図１は第１実施形態で用いた露光装置の装置構成概略図である。上述のように、第１実施形態では、各ステージ（１０、４）の光軸に対する直交方向位置はレーザ干渉計で、ウエハステージ１０の光軸方向の位置はリニアエンコーダで当該ステージの直接座標を計測する。或いは、オートフォーカス光学系６、７でステージの間接座標を計測してもよい。また、ＴＴＲアライメントスコープ２０は、光源２２として露光光とほぼ同じ波長のレーザ光を用いて照明し、ＣＣＤカメラ２５は一定時間画像を蓄積するものを使用している。
【００５７】
図５Ａは第１実施形態におけるフォーカス計測、レンズ像面傾き計測、レンズ倍率計測、及びレンズ歪み計測を同時に行うキャリブレーション計測のシーケンスを示すフローチャートである。なお、第１実施形態では、ＴＴＲアライメントスコープ２０をＬＲ２眼構成とする。
【００５８】
図５Ａに示すように、まず、ステップＳ１０１にて、ＴＴＲアライメントスコープ２０を使ってレチクル側マークとウエハ側マークがＴＴＲアライメントスコープ２０の視野内に来るように粗計測を行い、その後、レチクル側マークにＴＴＲアライメントスコープの焦点合せを実施している。なお、ステップＳ１０１の粗計測及び焦点合せは毎回実施する必要は無く、省略可能である。また、ＴＴＲアライメントスコープの対物レンズはステップＳ１０１の実行前に既に計測位置に駆動されているものとする。
【００５９】
次に、ステップＳ１０２ではウエハステージ１０を光軸方向に駆動しながら、ＴＴＲアライメントスコープ２０によって得られた画像よりレチクル側マーク及びウエハ側マークのコントラストとレチクル側マーク及びウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープ２０に対する水平方向位置（ずれ量）の計測を行う。ここで、レチクル側マークのコントラストを計測している理由は、ＴＴＲアライメントスコープ２０の焦点位置が計測中に変動していないかを確認するためである。従って、ＴＴＲアライメントスコープ２０の焦点位置の変動を確認する必要が無い場合等では、レチクル側マークのコントラスト計測は省略可能である。
【００６０】
ステップＳ１０３ではウエハ側マーク及びレチクル側マークのＴＴＲアライメントスコープに対するずれ量計測を高精度で行うための計測誤差対策を実行済みか否か判断する。計測誤差対策では、マークのずれ量計測をレチクル側及びウエハ側マークをＴＴＲアライメントスコープ２０の画素分解能に応じた微少量ずらした位置に駆動して（ステップＳ１０４，ステップＳ１０５）レチクルがマークとウエハ側マークのコントラストとずれ量の計測を行なう（ステップＳ１０２）という動作を所定回数繰り返す。このように複数回の計測を行うことにより、デジタル誤差等の誤差要因を排除することが可能となる。
【００６１】
なお、計測誤差対策は、ステップＳ１０２でウエハステージ１０を光軸方向に駆動する際に微少角度傾けて駆動することで代替え可能である。この場合の動作について具体例を挙げて説明する。
【００６２】
ウエハステージ１０の光軸方向位置に対するコントラスト及びずれ量が図７（ａ）、（ｂ）の関係であり、現在のウエハステージ１０の水平方向位置がＸ＝１３９ｍｍ，Ｙ＝１２０ｍｍで、ＴＴＲアライメントスコープ２０の画素分解能に応じたずらし量がＸ＝１００ｎｍ，Ｙ＝１００ｎｍである場合を説明する。この場合、ウエハステージ１０の光軸方向位置が＋３００ｎｍになった時点で、ウエハステージ１０の光軸方向位置が−３００ｎｍに到達する際のステージの水平方向目標位置を、ＴＴＲアライメントスコープの画素分解能に応じたずらし量であるＸ＝１００ｎｍ，Ｙ＝１００ｎｍだけずらした位置、すなわちＸ＝１３９．０００１ｍｍ，Ｙ＝１２０．０００１ｍｍに変更する。なお、レチクル側マークも画像を取り込むタイミングに合わせて、ずらし量ずらした位置に駆動すれば良い。また、ウエハステージ１０を光軸方向に駆動する際に微少角度傾けて駆動する範囲は、ずれ量計測値の変化の少ない範囲（すなわち、ずれ量計測値の変化が所定範囲内となるウエハステージの駆動範囲、図７では＋３５０ｎｍ〜−３５０ｎｍ）内であれば良い。
【００６３】
次に、図５ＡのステップＳ１０２における動作を図８Ａ，Ｂのタイミングチャートを用いて説明する。
【００６４】
図８Ａにおいて、「ＣＣＤ制御部」及び「ステージ制御部」として示されるタイミングは、ハードウエアで構成されるＣＣＤ制御部７０ｂ、ウエハステージ制御部６０の信号処理の概略動作を示す。なお、図１に示すように、ＣＣＤ制御部７０ｂはスコープ制御部７０ａ内に構成されていて、スコープ制御部７０ａ及びウエハステージ制御部６０及びレチクルステージ制御部４０（以下、これらを総称してステージ制御部ともいう）との信号の送受信が可能である。ここでスコープ制御部７０ａは露光装置制御部７０内に構成されていて、露光装置制御部７０及びステージ制御部６０、４０との信号の送受信が可能である。また、「ＣＣＤ処理」、「画像処理」及び「ステージ制御」で示されるタイミングは、ハードウエア信号をトリガにしたソフトウエアの動作を示している。
【００６５】
露光装置制御部７０がウエハステージ制御部６０に対して計測開始命令を出すと、ウエハステージ制御部６０は、ウエハステージ１０の光軸方向への連続駆動を開始する。ウエハステージ１０が所望の駆動速度に達するまでには図６に示すように助走区間が必要である。ウエハステージ制御部６０は駆動速度が所望の速度に達した後に、ＣＣＤ制御部７０ｂに対して画像蓄積開始信号を与える。ステージ制御ソフトはこの時点よりステージの位置の読み込み（オートフォーカス光学系の場合は計測動作となる）を開始する。ステージの位置の読み込み（計測）タイミングは、不図示であるが、光源がレーザの場合はレーザのパルス発振周期毎であり、光源がランプの場合はレーザ干渉計又はオートフォーカス光学系のサンプリング周期毎となる。
【００６６】
ＣＣＤ制御部７０ｂでは、画像蓄積終了時にウエハステージ制御部６０に対して画像蓄積終了信号を与えると同時に、蓄積した画像を画像処理部７０ｃへ転送する。画像処理部７０ｃでは転送された画像に基づき、コントラスト計算とＴＴＲアライメントスコープに対するずれ量計算を行い計算結果（計測値）を記憶する。ウエハステージ制御部６０はＣＣＤ制御部７０ｂからの画像蓄積終了信号を受け、サンプリングしていたステージの位置の平均値を算出し記憶するとともに、次の画像蓄積開始信号を与える。これらの処理を予め設定した計測点数分繰り返すことにより、ウエハステージ１０の光軸方向の位置によるコントラスト計測値及びずれ量計測値を得ることが出来る。
【００６７】
図８Ｂの（ａ）はウエハステージ１０を光軸方向にステップ駆動させながら計測を行った場合の１画像処理のタイミングチャートである。図からも分かるように、ステップ駆動による１画像処理には、
画像蓄積（３２ｍｓｅｃ）＋画像転送（６ｍｓｅｃ）＋次計測位置へステップ駆動（７８ｍｓｅｃ）＝１１６ｍｓｅｃ
かかってしまう。
【００６８】
これに対して、図８Ｂの（ｂ）は、ウエハステージ１０を光軸方向に連続駆動させながら計測を行った場合の１画像処理のタイミングチャートである。図８Ｂの（ｂ）からも分かるように、連続駆動による１画像処理は、
画像蓄積（３２ｍｓｅｃ）＋画像転送（６ｍｓｅｃ）＝３８ｍｓｅｃ
である。ステップ駆動による計測と比較すると計測時間が約１／３となり、計測時間が短縮されることがわかる。よって、計測時間の観点からすれば、ウエハステージを連続駆動してキャリブレーション計測することが好ましい。
【００６９】
次に、図７について詳しく説明する。図７はウエハステージ１０の光軸方向の位置（Ｚ）に対するコントラスト計測値（ａ）及びＴＴＲアライメントスコープに対するずれ量計測値の関係（ｂ）を表した図である。図７に示されるように、コントラスト計測値はウエハステージの光軸方向の位置により変化する。（Ｚ＝０の近辺で最大となり、Ｚの位置が遠くなるほど値は小さくなる）。また、ＴＴＲアライメントスコープに対するずれ量の計測値もウエハステージ１０の光軸方向の位置により変化する。（Ｚ＝０の近辺で計測の変化量が少なく、Ｚの位置が遠くなるほど変化量は大きくなる）。
【００７０】
図７中の「○」はウエハステージ１０の光軸方向の位置とコントラスト値の関係より求めた合焦点位置を示している。「●」はステージの光軸方向の位置とＴＴＲアライメントスコープ２０に対するずれ量の関係より求めた計測値の変化が少ないステージの光軸方向範囲の中点を示している。図７からも分かるように、コントラスト値より求めた合焦点位置とＴＴＲアライメントスコープに対するずれ量計測値の変化が少ない範囲の中点位置は必ずしも一致しているわけではない。この不一致はＴＴＲアライメントスコープ２０の光学特性などにより発生し、ばらつきを持っている。
【００７１】
第１実施形態のようにウエハステージ１０を光軸方向に連続駆動中にステージの光軸方向の位置とコントラスト計測及びＴＴＲアライメントスコープ２０に対するずれ量計測を同時に行うことにより、合焦点位置とＴＴＲアライメントスコープに対するずれ量計測値の変化が少ない範囲を同時に得ることが可能となる。また、合焦点位置とＴＴＲアライメントスコープに対するずれ量計測値の変化が少ない範囲はオフセットとして管理することが可能である。
【００７２】
また、第１実施形態では、上記計測により得られた合焦点位置及びずれ量より、フォーカスオフセット、レンズ像面傾きオフセット、レンズ倍率オフセット、レンズ歪みオフセットを以下のようにして算出する。
【００７３】
フォーカスオフセットは、Ｌ側及びＲ側の合焦点位置の平均値より算出する。本実施形態では、ＴＴＲアライメントスコープ２０はレチクル側マークに合焦した状態で計測しているため、Ｌ側及びＲ側の合焦点位置はレチクル側マークに対するフォーカスオフセットとなる。このため、フォーカスオフセットは、レチクルに対する合焦点位置となる。
【００７４】
レンズ像面傾きオフセットは、Ｌ側及びＲ側の合焦点位置の差分とＬ側及びＲ側の計測位置（計測スパン）より算出される像面傾きである。
【００７５】
また、レンズ倍率オフセット及びレンズ歪みオフセットは、Ｌ側及びＲ側のレチクル側マークに対するウエハ側マークの水平方向位置（ずれ量）とＬ側及びＲ側の計測位置（計測スパン）より算出される。
【００７６】
なお、フォーカスオフセット、レンズ像面オフセット、レンズ倍率オフセット、及びレンズ歪みオフセットについては、図５Ｂのフローチャートに示すようにＬ側及びＲ側の計測像高（計測位置）を変えながら複数点で計測することにより、より高精度に得られる。なお、図５ＢのステップＳ１１１及びステップＳ１１２で示される処理は、図５ＡのステップＳ１０１及びＳ１０２〜Ｓ１０５の処理にそれぞれ対応する。そして、図５Ｂのフローチャートでは、複数の像高について図５Ａで示した処理を実行するべく、スコープ対物レンズを駆動し、ウエハ側マーク送り座標を変更して図５Ａの処理を繰り返す（ステップＳ１１３〜Ｓ１１５）。
【００７７】
また、レチクル基準プレート上のマークではなく、レチクル上のマークを計測することにより、レチクル倍率オフセット及びレチクル歪みオフセットを算出することも可能である。
【００７８】
また、ＴＴＲアライメントスコープをＬ，Ｒの２眼ではなく、３つ以上の複数のスコープで構成することにより短時間で精度の高いオフセットが得られる。例えば、Ｌ，Ｒの２眼に加えて、投影光学系光軸上にスコープを構成する事により、より多くの計測値を取得する事が可能となり、高精度のオフセットが得られる事となる。さらに、Ｌ，Ｒの２眼と投影光学系光軸上にスコープのフォーカス計測値より、レンズ像面湾曲オフセットも算出可能となる。
【００７９】
また、図６は第１実施形態による連続駆動中のステージの挙動概略を示した図である。図６（ａ）は計測範囲中にステージを定速駆動させたときの様子を、図６（ｂ）は計測範囲中のＺ＝０近辺でステージ速度を落として定速駆動させたときの様子を示している。図６（ｂ）の様なステージ制御をした場合は、Ｚ＝０付近でより多くのサンプリングデータを得ることが可能となり、計測精度を向上することができる。このように、多少計測時間がかかってもより多くの計測値を得たい範囲ではステージ速度を遅くすることも可能である。
【００８０】
なお、第１実施形態の装置構成は図１の構成として説明したが、特公平５−１６０１４号公報で開示されているように、ウエハステージ側にスリットとセンサを構成し、スリットを透過した光をセンサで光量積算する装置構成にも適用することが可能である。
【００８１】
《第２実施形態》
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、ＴＴＲアライメントスコープを使用し、フォーカス計測、レンズ像面傾き計測、レンズ像面湾曲、レンズ倍率、レンズ歪み計測、レチクル像面傾き計測、レチクル像面湾曲計測を高速に実施する。すなわち、ＴＴＲアライメントスコープを使用し、レチクル側マークの合焦点位置及びＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置とウエハ側マークの合焦点位置及びＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置を同時に計測する。なお、第２実施形態では、ウエハステージを光軸方向へ移動する代わりにＴＴＲアライメントスコープ内のリレーレンズを光軸方向に移動する。
【００８２】
具体的には、レチクル側マーク及びウエハ側マークをＴＴＲアライメントスコープ下（計測位置）に駆動後に、ウエハ側マークの焦点位置をＴＴＲアライメントスコープに合焦させた状態で、リレーレンズ（焦点位置変更レンズ）を光軸方向に連続駆動させ、その連続駆動中に、
（１）リレーレンズの光軸方向位置の読み出し、
（２）ウエハ側マークの光量またはコントラストの計測、
（３）レチクル側マークの光量またはコントラストの計測、
（４）ウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置の計測、
（５）レチクル側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置の計測、
（６）ウエハステージの光軸方向位置の読み出し又は計測、
（７）ウエハステージの光軸に対する直交方向位置の読み出し又は計測、
（８）レチクルステージの光軸に対する直交方向位置の読み出し又は計測、
のタイミングを同期させる。
【００８３】
上記計測によれば、リレーレンズを光軸方向に連続駆動中に、レチクル側マーク及びウエハ側マークの光量またはコントラストの計測とＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置の計測、レチクルステージとウエハステージの位置変動が同じタイミングで計測される。このため、得られる計測値に対するエラー要因を排除することが可能であるとともに、レチクル側及びウエハ側マークの同時計測が可能である。
【００８４】
第２実施形態では、ＴＴＲアライメントスコープを使った計測により求まるウエハ側マークに対するレチクル側マークの合焦点位置と、レチクル側マークとウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置より求まるレンズ倍率及びレンズ歪みを同時に得ることが可能となる。また、ＴＴＲアライメントスコープを複数のスコープで構成し、計測像高（計測位置）を複数点とすることにより、Ｌ，Ｒの合焦点位置の差分とＬ側及びＲ側の計測位置（計測スパン）より算出されるレチクル像面傾き及び、各計測位置でのレチクル側マークの合焦点位置の差より求まるレチクル像面湾曲と、ウエハ側マークとレチクル側マークの合焦点位置の差より求まるレンズ像面湾曲とを同時に得ることが可能となる。
【００８５】
したがって、第２実施形態によれば、高精度且つ短時間にフォーカス計測、レンズ像面傾き計測、レンズ像面湾曲計測、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測、レチクル像面傾き計測、レチクル像面湾曲計測が実行できることになる。
【００８６】
具体的な構成は、第１実施形態と同様であるが、第２実施形態では、リレーレンズの光軸方向位置を測定するために、リレーレンズの光軸方向への駆動部にリニアエンコーダ等が配置される。露光装置制御部７０は、リレーレンズに対して光軸方向への連続駆動開始を指示するとともに、画像蓄積又は光量積算の開始（ウエハ側／レチクル側マークの光量またはコントラスト及びウエハ側／レチクル側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置の計測）を指示する。
【００８７】
更に、露光装置制御部７０はウエハステージ制御部６０及びレチクルステージ制御部４０に対して、リニアエンコーダからの位置情報のモニタ（ウエハステージの光軸方向位置の読み出し）とレーザ干渉計からの位置情報のモニタ（ウエハステージ及びレチクルステージの光軸に対する直交方向位置の読み出し）を指示すると共に、リレーレンズ駆動部のリニアエンコーダからの位置情報のモニタ（リレーレンズの光軸方向位置の読み出し）を開始する。ウエハステージ制御部６０は、露光装置制御部７０からの画像蓄積又は光量積算の終了信号を受けると、モニタしていたウエハステージ及びレチクルステージの位置情報の平均値を算出する。
【００８８】
露光装置制御部７０では、取り込まれた画像又は光量を基にコントラスト値又は光量値の算出及びＴＴＲアライメントスコープ２０に対する水平方向位置の算出を行うと共に、モニタしていたリレーレンズの位置情報の平均値を算出する。リレーレンズの連続駆動中は上記処理を連続的に実行する。これにより、短時間に複数の計測値を得ることが可能となる。ウエハステージ、レチクルステージ及びリレーレンズの位置情報の読み出しタイミングは、ＴＴＲアライメントスコープ２０の光源２２としてレーザを使用している場合は、パルス発振のタイミングと同期させれば良いし、光源２２としてランプを使用している場合は、シャッターを開くタイミングと同期させれば良い。
【００８９】
なお、ウエハステージ１０の光軸方向の位置に関しては、図１のオートフォーカス光学系（６、７）により位置計測を行っても良い。この場合はオートフォーカス計測を行うタイミングを画像蓄積又は光量積算のタイミングと同期させれば良い。すなわち、画像蓄積又は光量積算が行われた時点でウエハステージ１０、レチクルステージ４及びリレーレンズがどの位置にいたかが分かるように同期させていれば良い。
【００９０】
なお、第２実施形態ではリレーレンズを光軸方向に連続駆動させる形態としたが、従来の技術で記述したようにリレーレンズを光軸方向にステップ駆動させた場合にも本発明は適用可能である。
【００９１】
上記の第２実施形態によれば、ＴＴＲアライメントスコープ２０を使った計測により、フォーカス計測、レンズ像面傾き計測、レンズ像面湾曲計測、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測、レチクル像面傾き計測及びレチクル像面湾曲計測を同時に実施することが可能となる。なお、ＴＴＲアライメントスコープ２０は、複数のスコープが同時に計測可能な構成となっていることが望ましい。
【００９２】
以下、第２実施形態についてより具体的に説明する。上述したように、第２実施形態では、ＴＴＲアライメントスコープ２０のリレーレンズを光軸方向と平行に連続駆動させ、この連続駆動中に取得された画像より「フォーカス計測、レンズ像面計測、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測、レチクル像面計測」を同時に実施する。
【００９３】
なお、ＴＴＲアライメントスコープ２０内に構成されているリレーレンズは、そのレンズ位置を駆動することによりＴＴＲアライメントスコープ２０の光軸方向の焦点位置を変えることが出来る。また、ＴＴＲアライメントスコープ２０内に構成されている対物レンズは、そのレンズ位置を駆動することによりＴＴＲアライメントスコープ２０の光軸方向に対する直交（水平）方向位置を変えることが出来る。
【００９４】
なお、第２実施形態の露光装置の構成では、リレーレンズの光軸方向の位置及び対物レンズの光軸方向に対する直交方向位置を変更するべく駆動可能であるとともに、リレーレンズ、対物レンズの各位置をリニアエンコーダで計測する。他は第１実施形態と同様である。
【００９５】
図９Ａは第２実施形態におけるフォーカス計測、レンズ像面傾き計測、レンズ像面湾曲計測、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測、レチクル像面傾き計測及びレチクル像面湾曲計測を同時に行うキャリブレーション計測のシーケンスを示すフローチャートである。なお、第２実施形態においてはＴＴＲアライメントスコープ２０をＬＲ及び不図示ではあるが投影光学系光軸上のＣの３眼構成とする。
【００９６】
図９Ａに示すように、まず、ステップＳ２０１にてレチクル側マークとウエハ側マークを計測位置（ＴＴＲアライメントスコープ視野内）に来るように粗計測が行われる。粗計測は毎回実施する必要は無く、省略も可能である。なお、ＴＴＲアライメントスコープ２０の対物レンズはステップＳ２０１の実行前に既に計測位置に駆動されているものとする。
【００９７】
ステップＳ２０２ではＴＴＲアライメントスコープ２０内に構成されているリレーレンズを光軸方向に駆動し、駆動中の画像よりレチクル側マーク及びウエハ側マークのコントラストとレチクル側マーク及びウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープ２０に対する水平方向位置（ずれ量）の計測を行う。
【００９８】
次に、ステップＳ２０３〜Ｓ２０５により、ウエハ側マーク及びレチクル側マークのＴＴＲアライメントスコープ２０に対するずれ量計測を高精度で行うための計測誤差対策を実行する。具体的には、レチクル側マーク及びウエハ側マークをＴＴＲアライメントスコープ２０の画素分解能に応じた微少量ずらした位置に駆動し（ステップＳ２０４，ステップＳ２０５）、ステップＳ２０２による計測（コントラスト及びずれ量の計測）を実行する。このような計測を複数回行うことにより、デジタル誤差等の誤差要因を排除することが可能となる。
【００９９】
なお、計測誤差対策は、ステップＳ２０２でリレーレンズを光軸方向に駆動中に画像を取り込むタイミングに合わせてウエハステージ１０及びレチクルステージ４をＴＴＲアライメントスコープ２０の画素分解能に応じたずらし量ずらして駆動することで代替え可能である。
【０１００】
具体例を挙げ説明する。以下、図７（ａ），（ｂ）におけるグラフの横軸をリレーレンズの光軸方向位置として説明する。リレーレンズの光軸方向位置に対するコントラスト及びずれ量が図７のような関係であり、現在のウエハステージ水平方向位置がＸ＝１３９ｍｍ，Ｙ＝１２０ｍｍ、レチクルステージ水平方向位置がＸ＝０ｍｍ，Ｙ＝０ｍｍで、ＴＴＲアライメントスコープ２０の画素分解能に応じたずらし量がＸ＝１００ｎｍ，Ｙ＝１００ｎｍであるとする。
【０１０１】
この場合、リレーレンズの光軸方向位置が＋３００ｎｍになった時点で、リレーレンズの光軸方向位置が−３００ｎｍに到達する際の対物レンズの水平方向目標位置を変更する。変更後の対物レンズの水平方向目標位置は、ＴＴＲアライメントスコープの画素分解能に応じたずらし量、Ｘ＝１００ｎｍ，Ｙ＝１００ｎｍだけずらした位置とする（対物レンズの水平方向目標位置はウエハステージＸ＝１３９．０００１ｍｍ，Ｙ＝１２０．０００１ｍｍ、レチクルステージＸ＝０．０００１ｍｍ，Ｙ＝０．０００１ｍｍ）。
【０１０２】
なお、リレーレンズを光軸方向に駆動する際にウエハステージ１０及びレチクルステージ４を微少駆動する範囲は、ずれ量計測値の変化の少ない範囲（すなわち、ずれ量計測値の変化が所定範囲内となるリレーレンズの駆動範囲、図７では＋３５０ｎｍ〜−３５０ｎｍ）内であれば良い。
【０１０３】
次に、ステップＳ２０２の計測処理を図１０のタイミングチャートを用いて説明する。
【０１０４】
図１０において、「ＣＣＤ制御部」、「スコープ制御部」及び「ステージ制御部」に対応したタイミングチャートはハードウエアで構成される信号処理のタイミングの概略を示す。なお、図１に示すように、ＣＣＤ制御部７０ｂはスコープ制御部７０ａ内に構成されていて、スコープ制御部７０ａ及びステージ制御部６０及びレチクルステージ制御部４０（以下、これらを総称してステージ制御部ともいう）との信号の送受信が可能である。ここでスコープ制御部７０ａは露光制御部７０内に構成されていて、露光制御部７０及びステージ制御部６０、４０との信号の送受信が可能である。また、「ＣＣＤ処理」、「画像処理」及び「ステージ制御」はハードウエア信号をトリガにしたソフトウエアの概略動作を示している。
【０１０５】
露光装置制御部７０はスコープ制御部７０ａに対して計測開始命令を出す。スコープ制御部７０ｃは、リレーレンズを光軸方向に連続駆動を開始すると同時に、
（１）ＣＣＤ制御部７０ｂに対して画像蓄積開始信号を与え、
（２）ステージ制御部６０、４０に対してステージ位置読み込み（計測）信号を与え、
（３）リレーレンズ及び対物レンズの位置の読み込みを開始する。
【０１０６】
ＣＣＤ制御部７０ｂは画像蓄積開始信号を受け画像蓄積を開始する。ステージ制御部６０、４０ではステージ位置読み込み（計測）信号を受け、ステージ制御ソフトによりステージの位置の読み込み（オートフォーカス光学系の場合は計測動作となる）を開始する。ステージの位置の読み込み（計測）タイミングは、不図示であるが、光源がレーザの場合はレーザのパルス発振周期毎に、光源がランプの場合はレーザ干渉計又はオートフォーカス光学系のサンプリング周期毎に行う。
【０１０７】
ＣＣＤ制御部７０ｂは、画像蓄積終了時にスコープ制御部７０ａ及びステージ制御部６０、４０に対して画像蓄積終了信号を与えると同時に蓄積した画像を画像処理部７０ｃへ転送する。画像処理部７０ｃでは転送された画像に基づき、コントラスト計算とＴＴＲアライメントスコープに対するずれ量計算をウエハ側マーク及びレチクル側マーク個別に行い計算結果（計測値）を記憶する。ＣＣＤ制御部７０ｂは画像転送を完了した時点でスコープ制御部７０ｃに対して画像転送終了信号を与える。
【０１０８】
スコープ制御部７０ａ及びステージ制御部６０、４０はＣＣＤ制御部７０ｂからの画像蓄積終了信号を受け、サンプリングしていたリレーレンズ、対物レンズ、レチクルステージ４及びウエハステージ１０の位置の平均値を算出し記憶する。スコープ制御部７０ａは、ＣＣＤ制御部７０ｂからの画像転送終了信号を受け、次の画像蓄積開始信号を与える。
【０１０９】
これら処理を予め設定した計測点数分繰り返すことにより、リレーレンズの光軸方向の位置によるコントラスト計測値及びＴＴＲアライメントスコープ２０に対するずれ量計測値を得ることが出来る。
【０１１０】
上記計測により得られた各計測値（レチクル側マークの合焦点位置、ウエハ側マークの合焦点位置、レチクル側マークのずれ量、ウエハ側マークのずれ量）より、フォーカスオフセット、レンズ像面傾きオフセット、レンズ像面湾曲オフセット、レンズ倍率オフセット、レンズ歪みオフセット、レチクル像面傾きオフセット、レチクル像面湾曲オフセットが算出される。すなわち、フォーカスオフセットは、Ｌ側及びＲ側のレチクル側マークの合焦点位置とウエハ側マークの合焦点位置の差分の平均値より算出され、また、レンズ像面傾きオフセットとしては、Ｌ側及びＲ側の合焦点位置の差分とＬ側及びＲ側の計測位置（計測スパン）より算出される像面傾きが用いられる。また、レンズ像面湾曲オフセットは、レンズ像面傾き分を補正後のＬ側及びＲ側の合焦点位置とＣの合焦点位置を元に近似関数を求める事によりオフセットを算出する。また、レンズ倍率オフセット及びレンズ歪みオフセットは、Ｌ側及びＲ側のレチクル側マークに対するウエハ側マークの水平方向位置（ずれ量）とＬ側及びＲ側の計測位置（計測スパン）より算出したオフセットが用いられる。また、レチクル像面傾きオフセットとしては、Ｌ側及びＲ側のレチクル側マークの合焦点位置の差分とＬ側及びＲ側の計測位置（計測スパン）より算出される像面傾きが用いられる。更に、レチクル像面湾曲オフセットとしては、レチクル像面傾き分を補正後のＬ側及びＲ側の合焦点位置とＣの合焦点位置を元に近似関数を求める事によりオフセットを算出する。
【０１１１】
なお、フォーカスオフセット、レンズ像面傾きオフセット、レンズ像面湾曲オフセット、レンズ倍率オフセット、レンズ歪みオフセット、レチクル像面傾きオフセット、及びレチクル像面湾曲オフセットは、図９Ｂのフローチャートに示すようにＬ側及びＲ側の計測像高（計測位置）を変えながら複数点で計測することにより、高精度に得ることができる。なお、図９Ｂにおいて、ステップＳ２１１で示される処理は、図９ＡのステップＳ２０１〜Ｓ２０５の処理に対応する。図９Ｂのフローチャートでは、複数の像高について図９Ａで示した処理を実行するべく、スコープ対物レンズを駆動して図９Ａの処理を繰り返す（ステップＳ２１２１〜Ｓ２１３）。
【０１１２】
図９Ｂのフローチャートに示すように、リレーレンズを光軸方向に連続駆動させ、レチクル上の複数像高で計測を行うことにより、
（１）複数のレチクルマークのＴＴＲアライメントスコープ２０に対する水平方向位置計測値より「レチクル回転」が、
（２）複数のレチクルマークのＴＴＲアライメントスコープ２０に対する水平方向位置計測値より「レチクル伸縮」が、
（３）複数のレチクルマークの最適焦点位置より「レチクルたわみ」が、
（４）複数のレチクルマークとウエハ側マークの最適焦点位置の差分より「露光最適焦点位置」が、
（５）複数のレチクルマークとウエハ側マークの最適焦点位置の差分より「像面湾曲」が、
（６）複数のレチクルマークとウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープ２０に対する水平方向位置計測値より「レンズ倍率」が、
（７）複数のレチクルマークとウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープ２０に対する水平方向位置計測値より「レンズ歪み」が得られ、これらの計測を短時間に実行することが可能となる。
【０１１３】
また、レチクル側マークをレチクル基準プレート上のマークではなく、レチクル上のマークを計測することにより、レチクル倍率オフセット及びレチクル歪みオフセットを算出することも可能である。
【０１１４】
《第３実施形態》
第３実施形態では、第１及び第２実施形態で説明したＴＴＲアライメントスコープによる計測の終了後に、オフアクシスアライメントスコープを使用した計測を行なうことにより、フォーカス計測、レンズ像面傾き計測、レンズ像面湾曲計測、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測、レチクル像面傾き計測、レチクル像面湾曲計測及びベースライン計測を高速に実施する。
【０１１５】
第３実施形態では、ウエハステージ１０をウエハ側マークがオフアクシスアライメントスコープ２９で計測可能な位置に駆動し、ウエハ側マークの合焦点位置及びオフアクシスアライメントスコープに対する水平方向位置を同時に計測する。より具体的には、ウエハ側マークをオフアクシスアライメントスコープ下（計測位置）に駆動後に、ウエハステージ１０を光軸と平行または光軸に対して微少角度傾けた方向へ連続駆動させる。そしてその駆動中に、
（１）ウエハステージ１０の光軸方向位置の読み出し又は計測、
（２）ウエハステージ１０の光軸に対する直交方向位置の読み出し又は計測、
（３）ウエハ側マークの光量またはコントラストの計測、
（４）ウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置の計測のタイミングを同期させる。
【０１１６】
上記（１）と（２）の計測を行なうことにより、ウエハステージを光軸と平行に連続駆動中においてウエハステージが光軸と平行に駆動しているかを確認しながら、（３）、（４）の計測を実行できる。また、ウエハステージを光軸に対して微少角度傾けて連続駆動する場合では、第１、第２実施形態で説明したようにデジタル誤差等の誤差要因を排除できる。ウエハステージの光軸に対する直交方向の正確な位置を得ることができる。また、ウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープに対する水平方向位置の計測を行うことにより合焦位置とともにウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープに対する位置ずれが計測できる。
【０１１７】
上記より、ウエハステージを連続駆動することでオフアクシスアライメントスコープ（２６〜２９）に対するウエハ側マークの合焦点位置と水平方向位置の同時計測が可能となる。また、計測中はウエハステージの位置変動も計測している為、得られる計測値に対するエラー要因を排除可能である。
【０１１８】
また、ＴＴＲアライメントスコープを使ったレチクル側マークとウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する位置ずれの計測結果と、オフアクシスアライメントスコープを使ったウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープに対する位置ずれの計測結果よりベースラインを求めることが可能となる。
【０１１９】
以上のように、第３実施形態によれば、高精度且つ短時間にフォーカス計測、レンズ像面傾き計測、レンズ像面湾曲計測、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測、レチクル像面傾き計測、レチクル像面湾曲計測及びベースライン計測が実行できる。
【０１２０】
具体的な構成としては、ウエハステージ１０の光軸方向への駆動部にリニアエンコーダ等を配置して（１）の計測を実現する。また、ウエハステージ１０の光軸に対する直交方向位置の計測（（２）の計測）にはレーザ干渉計等を用いる。
【０１２１】
ウエハステージ制御部６０は、ウエハステージ１０に対して光軸方向への連続駆動開始を指示し、露光装置制御部７０に画像蓄積又は光量積算の開始（ウエハ側マークの光量またはコントラストの計測及びウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置の計測）を指示する。
【０１２２】
ウエハステージ制御部６０は、露光装置制御部７０に対して処理開始信号を出すと同時にリニアエンコーダからの位置情報のモニタ（ウエハステージ１０の光軸方向位置の読み出し）とレーザ干渉計からの位置情報のモニタ（ウエハステージ１０の光軸に対する直交方向位置の読み出し）を開始する。そして、ウエハステージ制御部６０は、露光装置制御部７０からの画像蓄積又は光量積算の終了を受けると、ウエハステージ１０の位置情報の平均値を算出する。露光装置制御部７０では、取り込まれた画像又は光量を基にコントラスト値又は光量値の算出及びオフアクシスアライメントスコープに対する水平方向位置の算出を行う。
【０１２３】
ウエハステージ１０の連続駆動中は上記処理を連続的に実行する。これにより、短時間に複数の計測値を得ることが可能となる。
【０１２４】
なお、ウエハステージ１０の位置情報の読み出しタイミングは、オフアクシスアライメントスコープ２９の光源としてレーザを使用している場合は、パルス発振のタイミングと同期させれば良いし、光源としてランプを使用している場合は、シャッターを開くタイミングと同期させれば良い。レーザ干渉計によりウエハステージの光軸方向の位置制御を行っている場合も同様である。
【０１２５】
また、ウエハステージ１０の光軸方向の位置に関しては、図１のオートフォーカス光学系９により位置計測を行っても良い。この場合はオートフォーカス計測を行うタイミングを画像蓄積又は光量積算のタイミングと同期させれば良い。ウエハステージ１０の連続駆動中は、ウエハステージ１０がどこの位置にいる時に画像蓄積又は光量積算が行われたかが分かるように同期させていれば良い。
【０１２６】
更に、ウエハステージを光軸方向に対して微少角度傾けて駆動すれば、デジタル誤差等の誤差要因を排除可能である。
【０１２７】
なお、第３実施形態としてはウエハステージを光軸方向に連続駆動させる形態としたが、従来の技術で記述したようにウエハステージを光軸方向にステップ駆動させた場合にも適用可能である。また、ＴＴＲアライメントスコープを使った計測方法に関しては、前述の第１実施形態又は第２実施形態のいずれの方法を用いても良い。
【０１２８】
上記の第３実施形態によれば、ＴＴＲアライメントスコープ２０を使った計測後に、オフアクシスアライメントスコープを使った計測を実施するため、ベースライン計測も実施することが可能となる。
【０１２９】
以下、第３実施形態の動作についてより詳細に説明する。第３実施形態では、ＴＴＲアライメントスコープを使った「フォーカス計測、レンズ像面傾き計測、レンズ倍率計測、及びレンズ歪み計測（第１実施形態）」、または「フォーカス計測、レンズ像面傾き計測、レンズ像面湾曲計測、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測、レチクル像面傾き計測及びレチクル像面湾曲計測（第２実施形態）」の終了後に、オフアクシスアライメントスコープ２６〜２９を使い、ウエハステージ１０を光軸と平行に連続駆動させ、連続駆動中に取得されれた画像よりベースライン計測を実施する。
【０１３０】
第３実施形態による露光装置は、図１に示したものと同様であり、その構成内容は説明の重複を避けるために省略する。オフアクシスアライメントスコープ２６〜２９では、露光光とは異なる波長の光源により照明し、ＣＣＤカメラ２８は一定時間画像を蓄積するものを使用している。
【０１３１】
図１１Ａは、ＴＴＲアライメントスコープを使った計測後に、オフアクシスアライメントスコープを用いてベースライン計測を行う、第３実施形態による計測動作を示すフローチャートである。ステップＳ３０１ではＴＴＲアライメントスコープを使いウエハステージを光軸方向に連続駆動させ計測を行っている。詳細は第１実施形態で記述しているので省略する。
【０１３２】
ステップＳ３０２ではウエハ側マークがオフアクシスアライメントスコープ２９の視野内に来るようにウエハステージ１０を駆動する。ステップＳ３０３ではウエハステージ１０を光軸方向に連続駆動し、駆動中の画像よりウエハ側マークのコントラストとウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープ２９からのずれを計測する。
【０１３３】
ステップＳ３０４ではウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープ２９に対するずれ量計測を高精度で行うために、計測誤差対策を行っている。具体的にはマークのずれ量計測をウエハ側マークをオフアクシスアライメントスコープ２９の画素分解能に応じた微少量ずらした位置に駆動し（ステップＳ３０５）、複数回計測を行うことにより、デジタル誤差等の誤差要因を排除することが可能となる。
【０１３４】
なお、計測誤差対策は、ステップＳ３０３でステージを光軸方向に駆動する際に微少角度傾けて駆動することで代替え可能である。
【０１３５】
その場合について具体例を挙げ説明する。ステージの光軸方向位置に対するコントラスト及びずれ量が図７の関係であり、現在のウエハステージ水平方向位置がＸ＝１３９ｍｍ，Ｙ＝１２０ｍｍで、オフアクシスアライメントスコープ２９の画素分解能に応じたずらし量がＸ＝１００ｎｍ，Ｙ＝１００ｎｍである場合には、ウエハステージ１０の光軸方向位置が＋３００ｎｍになった時点で、ウエハステージ１０の光軸方向位置が−３００ｎｍに到達する際のステージの水平方向目標位置を変更する。変更後のステージの水平方向目標位置は、オフアクシスアライメントスコープ２９の画素分解能に応じたずらし量に相当するＸ＝１００ｎｍ，Ｙ＝１００ｎｍだけずらした位置とする（ステージの水平方向目標位置はＸ＝１３９．０００１ｍｍ，Ｙ＝１２０．０００１ｍｍ）。
【０１３６】
なお、ウエハステージ１０を光軸方向に駆動する際に微少角度傾けて駆動する範囲は、ずれ量計測値の変化の少ない範囲（図７では＋３５０ｎｍ〜−３５０ｎｍ）内であれば良い。
【０１３７】
なお、ステップＳ３０３の計測タイミングは第１実施形態の図８Ａ，Ｂのタイミングチャートと同じであるため省略する。
【０１３８】
上記計測により得られた各計測値（ＴＴＲアライメントスコープの「レチクル側マークの合焦点位置、ウエハ側マークの合焦点位置、レチクル側マークのずれ量、ウエハ側マークのずれ量」計測値及びオフアクシスアライメントスコープの「ウエハ側マークの合焦点位置、ウエハ側マークのずれ量」）よりベースラインオフセットが算出される。
【０１３９】
なお、上述したように、ステップＳ３０１におけるＴＴＲ計測には、第２実施形態で説明した計測方法を用いることもできる。この場合の処理を、図１１Ｂに示す。この場合、ステップＳ３１１において、ＴＴＲアライメントスコープを使いリレーレンズを光軸方向に連続駆動させ計測を行う。この処理の詳細は第２実施形態で記述しているので省略する。以降、ステップＳ３１２〜Ｓ３１５の各処理は図１１ＡのステップＳ３０２からＳ３０５と同様である。
【０１４０】
なお、上記第３実施形態では、第１及び第２実施形態によるＴＴＲアライメントスコープ２０を用いた計測を完了した後にオフアクシス（ＯｆｆＡｘｉｓ）アライメントスコープ２９を用いた計測を実行している。しかしながら、ＴＴＲアライメントスコープ２０を用いた計測とオフアクシスアライメントスコープ２９を用いた計測を交互に実行するようにしてもよい。
【０１４１】
図１６はそのようなキャリブレーション計測のシーケンスを示すフローチャートである。同図に示すように、ステップＳ６０１にてＴＴＲアライメントスコープ２０でレチクル側マークとウエハ側マークの粗計測を行う。粗計測ではＴＴＲアライメントスコープ２０でレチクル側／ウエハ側マークを同時に観察した際に観察視野内に双方のマークが入るように相対位置合せを行っている。
【０１４２】
ステップＳ６０２では、ＴＴＲアライメントスコープ２０でレチクル側／ウエハ側マークを位置ずれ計測位置に駆動する。ステップＳ６０３では、ＴＴＲアライメントスコープ２０の焦点位置をレチクルマーク面に合わせるためにオートフォーカス計測を実施している。ここで、オートフォーカス計測を実施する理由は、ずれ量計測をより正確に行うためにはＴＴＲアライメントスコープ２０の焦点位置をレチクルマーク面に合焦させておく必要があるからである。但し、ＴＴＲアライメントスコープ２０のレチクルマーク面に対する焦点位置が不変であれば、当該オートフォーカス計測は省略可能である。
【０１４３】
ステップＳ６０４では、ＴＴＲアライメントスコープ２０によるウエハ側／レチクル側マークの計測を行う。ステップＳ６０５では、オフアクシスアライメントスコープ２７又は２９でウエハ側マークを計測するためにウエハステージ１０を駆動する。そして、ステップＳ６０６では、オフアクシスアライメントスコープによるウエハ側マークの計測を行う。
【０１４４】
ステップＳ６０７では、キャリブレーション計測を高精度で行うために、計測誤差対策を行っている。具体的にはマークのずれ量計測をレチクル側及びウエハ側マークを観察光学系（この場合はＴＴＲアライメントスコープ２０及びオフアクシスアライメントスコープ２７又は２９を指す）の画素分解能に応じた微少量ずらした位置に駆動し（ステップＳ６０８，ステップＳ６０９）、複数回計測を行うことにより、デジタル誤差等の誤差要因を排除することが可能となる。
【０１４５】
なお、計測誤差対策の様に、ステージを光軸方向に連続駆動させる計測を複数回行う際は、計測毎に同一方向の駆動でなくとも良い。例えば１回目の計測は図１の上→下方向に連続駆動し、２回目の計測では図１の下→上方向に連続駆動としても良い。このように駆動方向を選択することにより、計測時間をより短縮することが可能となる。このことは本明細書の全ての実施形態に共通である。また、第３実施形態においては、ＴＴＲアライメント計測を上→下の方向へ実行し、オフアクシスアライメント計測を下→上方向へ実行するようにしてもよい。
【０１４６】
《第４実施形態》
次に、第４実施形態を説明する。第４実施形態では、第１或いは第２実施形態によるキャリブレーション計測と、第３実施形態に示したオフアクシスアライメントスコープによるキャリブレーション計測を同時に実行して、キャリブレーション計測の更なる高速化を図る。ＴＴＲアライメントスコープ２０及びオフアクシスアライメントスコープ２９を使用し、フォーカス計測、レンズ像面傾き計測、レンズ像面湾曲計測（第２実施形態のみ）、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測及びベースライン計測を高速に実施する場合の手段に関し説明する。
【０１４７】
第４実施形態では、ウエハ側マークの配置をベースライン長を考慮して、ＴＴＲアライメントスコープ２０とオフアクシスアライメントスコープ２９で同時に計測可能な配置とし、ＴＴＲアライメントスコープ２０の焦点位置をレチクル側マークに合焦させた状態で、ウエハステージ１０を光軸と平行または光軸に対して微少角度傾けて連続駆動させる。そして、このウエハステージの連続駆動中において、
（１）ウエハステージの光軸方向位置の読み出しまたは計測、
（２）ウエハステージの光軸に対する直交方向位置の読み出しまたは計測、
（３）ウエハ側マークの光量またはコントラストの計測（ＴＴＲアライメントスコープ）、
（４）レチクル側マークの光量またはコントラストの計測（ＴＴＲアライメントスコープ）、
（５）ウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置の計測、
（６）レチクル側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置の計測、
（７）レチクルステージの光軸に対する直交方向位置の読み出しまたは計測、
（８）ウエハ側マークの光量またはコントラストの計測（オフアクシスアライメントスコープ）、
（９）ウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープに対する水平方向位置の計測のタイミングを同期させる。
【０１４８】
上記計測によれば、ＴＴＲアライメントスコープ２０によってレチクル側マークの光量またはコントラストの計測（（４）の計測）を行うことにより連続駆動中に観察光学系の焦点位置が変動していないかを確認できる。また、ウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープ２０及びオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置の計測（（５）、（９）の計測）を行うことによりアライメントスコープに対するウエハ側マークの水平方向位置（位置ずれ）が計測できる。また、レチクル側マークのＴＴＲアライメントスコープ２０に対する水平方向位置の計測（（６）の計測）を行うことにより連続駆動中にレチクル側マークのＴＴＲアライメントスコープ２０に対する水平方向位置が変動していないかを確認できる。更に、レチクルステージ４の光軸に対する直交方向位置の読み出しまたは計測（（７）の計測）を行うことにより連続計測中にレチクルステージ４の光軸に対する直交方向位置の変動を確認できる。
【０１４９】
上記より、ウエハステージ１０を連続駆動することでＴＴＲアライメントスコープ２０及びオフアクシスアライメントスコープ２９に対するウエハ側マークの合焦点位置と水平方向位置の同時計測が可能となる。また、計測中はウエハステージ１０及びレチクルステージ４の位置変動も計測している為、得られる計測値に対するエラー要因を排除可能である。
【０１５０】
以上のように第４実施形態では、ＴＴＲアライメントスコープ２０を使った計測により、レチクル側マークに対するウエハ側マークの合焦点位置と、レチクル側マークとウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置が得られ、レンズ倍率及びレンズ歪みを同時に求めることが可能となる。さらに、レチクル側マークとウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープ２０に対する水平方向位置及びウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置よりベースラインも同時に求めることが可能となる。
【０１５１】
第４実施形態によれば、高精度且つ短時間にフォーカス計測、レンズ像面傾き計測、レンズ像面湾曲計測（第２実施形態のみ）、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測、及びベースライン計測を同時に実行できる。
【０１５２】
第４実施形態の具体的な構成としては、ウエハステージ１０の光軸方向への駆動部にリニアエンコーダ等を配置し、ウエハステージ１０の光軸に対する直交方向位置計測にレーザ干渉計等を配置する。
【０１５３】
ウエハステージ制御部６０は、ウエハステージ１０に対して光軸方向への連続駆動開始を指示する。次にウエハステージ制御部６０は、露光処理制御部にＴＴＲアライメントスコープ２０による画像蓄積又は光量積算の開始（ウエハ側／レチクル側マークの光量またはコントラストの計測及びウエハ側／レチクル側マークのＴＴＲアライメントスコープに対する水平方向位置の計測）及びオフアクシスアライメントスコープ２９による画像蓄積又は光量積算の開始（ウエハ側マークの光量またはコントラストの計測及びウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置の計測）を指示する。
【０１５４】
ウエハステージ制御部６０では、露光装置制御部７０に対して処理開始信号を出すと同時にリニアエンコーダからの位置情報のモニタ（ウエハステージ１０の光軸方向位置の読み出し）とレーザ干渉計からの位置情報のモニタ（ウエハステージ及びレチクルステージ４の光軸に対する直交方向位置の読み出し）を開始する。ウエハステージ制御部６０は、露光装置制御部７０からの画像蓄積又は光量積算終了を受け、モニタしていたウエハステージ１０及びレチクルステージ４の位置情報の平均値を算出する。
【０１５５】
露光装置制御部７０では、取り込まれた画像又は光量を基にコントラスト値又は光量値の算出及びウエハ側マーク及びレチクル側マークのＴＴＲアライメントスコープ２０に対する水平方向位置及び、ウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置の算出を行う。
【０１５６】
ウエハステージ１０の連続駆動中は上記処理を連続的に実行する。これにより、短時間に複数の計測値を得ることが可能となる。
【０１５７】
ウエハステージ１０及びレチクルステージ４の位置情報の読み出しタイミングは、ＴＴＲアライメントスコープ２０及びオフアクシスアライメントスコープ２９の光源としてレーザを使用している場合は、パルス発振のタイミングと同期させれば良いし、光源としてランプを使用している場合は、シャッターを開くタイミングと同期させれば良い。レーザ干渉計によりウエハステージの光軸方向の位置制御を行っている場合も同様である。
【０１５８】
ウエハステージ１０の光軸方向の位置に関しては、図１のオートフォーカス光学系６、７により位置計測を行っても良い。この場合はオートフォーカス計測を行うタイミングを画像蓄積又は光量積算のタイミングと同期させれば良い。ウエハステージ１０の連続駆動中は、ウエハステージ１０がどこの位置にいる時に画像蓄積又は光量積算が行われたかが分かるように同期させていれば良い。
【０１５９】
第４実施形態によれば、ＴＴＲアライメントスコープ２０を使った計測により、フォーカス計測（オートフォーカス計測系とリニアエンコーダのオフセット計測を含む）、レンズ像面傾き計測、レンズ像面湾曲計測（第２の実施形態のみ）、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測が、オフアクシスアライメントスコープ２９を使った計測によりフォーカス計測（オートフォーカス計測系とリニアエンコーダのオフセット計測を含む）、ベースライン計測が同時に実行可能となりキャリブレーション計測時間を大幅に短縮することが可能となる。
【０１６０】
また、ウエハステージを光軸方向に対して微少角度傾けて駆動することにより、デジタル誤差等の誤差要因を排除可能である。第４実施形態としてはウエハステージを光軸方向に連続駆動させる形態としたが、従来の技術で記述したようにウエハステージを光軸方向にステップ駆動させた場合にも適用可能である。
【０１６１】
次に、第４実施形態のより具体的な動作について説明する。第４実施形態では、ベースライン長を考慮して、ウエハ側マークをＴＴＲアライメントスコープ２０とオフアクシスアライメントスコープ２９で同時に計測可能な配置とする。そして、ウエハステージ１０を光軸方向と平行に連続駆動させ、連続駆動中に取得された画像より「フォーカス計測、レンズ像面傾き計測、レンズ像面湾曲計測（第２実施形態のみ）、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測及びベースライン計測」を同時に実施する。なお、第４実施形態において、オフアクシスアライメントスコープ２９では、露光光とは異なる波長の光源により照明し、ＣＣＤカメラ２８は一定時間画像を蓄積するものを使用している。
【０１６２】
図１２は第４実施形態におけるフォーカス計測、レンズ像面傾き計測、レンズ像面湾曲計測、レンズ倍率計測、レンズ歪み計測、及びベースライン計測を同時に行うキャリブレーション計測のシーケンスを示すフローチャートである。
【０１６３】
図１２に示すようにステップＳ４０１にてＴＴＲアライメントスコープ２０及びオフアクシスアライメントスコープ２９を用いてレチクル側マークとウエハ側マークがＴＴＲアライメントスコープ２０の視野内に、ウエハ側マークがオフアクシスアライメントスコープ２９の視野内に来るようにウエハステージ１０及びレチクルステージ４を駆動し、粗計測を行う。予め各スコープ視野に対してレチクル側・ウエハ側マークが視野内に来るように調整しておけば、粗計測は毎回実施する必要は無いため、省略することも可能である。
【０１６４】
ステップＳ４０２ではウエハステージ１０を光軸方向に駆動し、ＴＴＲアライメントスコープ２０及びオフアクシスアライメントスコープ２９の画像より、レチクル側マーク及びウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープ２０からの位置ずれと、ウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープ２９からの位置ずれの計測を行う。
【０１６５】
ステップＳ４０３ではレチクル側マーク及びウエハ側マークのＴＴＲアライメントスコープ２０に対するずれ量計測及び、ウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープ２９に対するずれ量計測を高精度で行うために、計測誤差対策を行っている。具体的にはマークのずれ量計測をＴＴＲアライメントスコープ及びオフアクシスアライメントスコープの画素分解能に応じた微少量ずらした位置に駆動し（ステップＳ４０４及びステップＳ４０５）、複数回計測を行うことにより、デジタル誤差等の誤差要因を排除することが可能となる。
【０１６６】
なお、計測誤差対策は、ステップＳ４０２でステージを光軸方向に駆動する際に微少角度傾けて駆動することで代替え可能である。
【０１６７】
具体例を挙げ説明する。ステージの光軸方向位置に対するコントラスト及びずれ量が図１３の関係であり、現在のウエハステージ水平方向位置がＸ＝１３９ｍｍ，Ｙ＝１２０ｍｍで、ＴＴＲアライメントスコープ２０及びオフアクシスアライメントスコープ２９の画素分解能に応じたずらし量がＸ＝１００ｎｍ，Ｙ＝１００ｎｍである場合には、ウエハステージ１０の光軸方向位置が＋４００ｎｍになった時点で、ウエハステージ１０の光軸方向位置が＋１００ｎｍに到達する際のステージの水平方向目標位置を変更することでＴＴＲアライメントスコープ２０での計測誤差対策を実施できる。また、ウエハステージ１０の光軸方向位置が−２００ｎｍとなった時点で、ステージの光軸方向が−７００ｎｍに到達する際のステージの水平方向位置を変更することでオフアクシスアライメントスコープ２９での計測誤差対策を実施できる。
【０１６８】
変更後のウエハステージ１０の水平方向目標位置は、それぞれＴＴＲアライメントスコープ２０及びオフアクシスアライメントスコープ２９の画素分解能に応じたずらし量であるＸ＝１００ｎｍ，Ｙ＝１００ｎｍずらした位置とする。
【０１６９】
ウエハステージ１０を光軸方向に駆動する際に微少角度傾けて駆動する範囲は、ずれ量計測値の変化の少ない範囲（図１３では＋４００ｎｍ〜＋１００ｎｍ：ＴＴＲアライメントスコープ２０、−２００ｎｍ〜−７００ｎｍ：オフアクシスアライメントスコープ２９）内であれば良い。ずれ量計測値の変化の少ない範囲がＴＴＲアライメントスコープ２０とオフアクシスアライメントスコープ２９で同じ範囲である場合、或いは一部重複する場合は、その範囲でのみ微少角度傾けて駆動すれば良い。
【０１７０】
ステップＳ４０２の計測処理を図１４のタイミングチャートを用いて説明する。図１４で「ＣＣＤ制御部」、「スコープ制御部」及び「ステージ制御部」はハードウエアで構成される信号処理のタイムチャートの概略動作を示す。ここで、ＣＣＤ制御部７０ｂはスコープ制御部７０ａ内に構成されていて、スコープ制御部７０ａ及びステージ制御部４０、６０との信号の送受信が可能である。また、ここでスコープ制御部７０ａは露光装置制御部７０内に構成されていて、露光装置制御部７０及びステージ制御部４０、６０との信号の送受信が可能である。また、図１４において、「ＣＣＤ処理」、「画像処理」及び「ステージ制御」はハードウエア信号をトリガにしたソフトウエアの概略動作を示している。
【０１７１】
露光装置制御部７０はステージ制御部６０に対して計測開始命令を出す。ステージ制御部６０は、ステージを光軸方向に連続駆動を開始する。ウエハステージ１０は図６に示したように所望の駆動速度に達するまでには助走区間が必要である。ステージ制御部４０、６０は駆動速度が所望の速度に達した後に、ＣＣＤ制御部７０ｂに対して画像蓄積開始信号を与える。なお、第４実施形態では、ＣＣＤ制御部７０ｂがＴＴＲアライメントスコープ２０用の制御部及びオフアクシスアライメントスコープ２９用の制御部とに分離して構成されており、画像蓄積開始信号はこれら２つの制御部にタイミングを同期させて与えられる。なお、２つのアライメントスコープのＣＣＤ制御部が共通で構成されている場合はタイミングは考えずに画像蓄積開始信号を与えれば良い。ステージ制御ソフトはこの時点よりステージの位置の読み込み（オートフォーカス光学系の場合は計測動作）を開始する。
【０１７２】
ウエハステージ１０、レチクルステージ４の位置の読み込み（計測）タイミングは、不図示ではあるが、ＴＴＲアライメントスコープ２０の光源２２がレーザの場合はレーザのパルス発振周期毎に、光源２２がランプの場合はレーザ干渉計又はオートフォーカス光学系のサンプリング周期毎に行う。
【０１７３】
ＣＣＤ制御部７０ｂでは、画像蓄積終了時にステージ制御部４０、６０に対して画像蓄積終了信号を与えると同時に蓄積した画像を画像処理部７０ｃへ転送する。画像処理部７０ｃでは転送された画像に基づき、コントラスト計算とＴＴＲアライメントスコープ２０及びオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置計算を行い計算結果（計測値）を記憶する。
【０１７４】
ステージ制御部４０、６０はＣＣＤ制御部７０ｂからの画像蓄積終了信号を受け、サンプリングしていたステージの位置の平均値を算出し記憶する。また、ステージ制御部４０、６０は、ＣＣＤ制御部７０ｂからの画像転送終了信号を受け、次の画像蓄積開始信号を与える。これら処理を予め設定した計測点数分繰り返すことにより、ステージ１０、４の光軸方向の位置によるコントラスト計測値及びずれ量計測値を得ることが出来る。
【０１７５】
上記計測により得られた各計測値（ＴＴＲアライメントスコープ２０による「レチクル側マークの合焦点位置、ウエハ側マークの合焦点位置、レチクル側マークのずれ量、ウエハ側マークのずれ量」計測値及びオフアクシスアライメントスコープ２９による「ウエハ側マークの合焦点位置、ウエハ側マークのずれ量」）よりフォーカスオフセット、レンズ像面オフセット、レンズ倍率オフセット、レンズ歪みオフセット、及びベースラインオフセットが算出される。
【０１７６】
上記第４実施形態の計測により、図１３に示すように、焦点位置（Ｚ）に対するコントラスト及び位置ずれ計測値を得ることが可能である。図１３はＴＴＲアライメントスコープ２０及びオフアクシスアライメントスコープ２９でウエハステージ１０、レチクルステージ４を連続駆動中に計測したコントラスト値及び各アライメントスコープに対する計測マークの位置ずれの関係を示した図である。
【０１７７】
図１３中の「Ａ」はＴＴＲアライメントスコープ２０で計測したレチクル側マークとウエハ側マークのステージの焦点位置（Ｚ）に対するコントラストより、各々の合焦点位置を算出し、算出した各々の合焦点位置の差分より算出した装置の最適焦点位置のオフセットである。図中の「Ａ’」はＴＴＲアライメントスコープ２０で計測したウエハ側マークとオフアクシスアライメントスコープ２９で計測したウエハ側マークのステージの焦点位置（Ｚ）に対するコントラストより、各々の合焦点位置を算出し、算出した各々の合焦点位置の差分より算出したアライメントスコープのフォーカスオフセットである。
【０１７８】
図中の「Ｂ」はＴＴＲアライメントスコープ２０で計測したレチクル側マークとウエハ側マークの各々の合焦点位置での位置ずれ計測値より算出した位置ずれオフセットである。図中の「Ｂ’」はＴＴＲアライメントスコープ２０で計測したウエハ側マークとオフアクシスアライメントスコープ２９で計測したウエハ側マークの各々の合焦点位置での位置ずれ計測値より算出したベースラインオフセットである。
【０１７９】
図中の「Ｃ」はＴＴＲアライメントスコープ２０で計測したウエハ側マークのステージの焦点位置（Ｚ）に対するコントラストから算出された合焦点位置とＴＴＲアライメントスコープで計測したウエハ側マークの位置ずれの変化が少ない範囲の中点に相当するステージの焦点位置（Ｚ）との差分より算出したフォーカスオフセットである。不図示ではあるが、上記合焦点位置での位置ずれ計測値と位置ずれの変化が少ない範囲の中点に相当するステージの焦点位置（Ｚ）での位置ずれ計測値との差分はスコープのデフォーカス特性を示す位置ずれオフセットである。
【０１８０】
図中の「Ｄ」はＴＴＲアライメントスコープ２０で計測したレチクル側マークのステージの焦点位置（Ｚ）に対するコントラストより算出された合焦点位置とＴＴＲアライメントスコープ２０で計測したレチクル側マークの位置ずれの変化が少ない範囲の中点に相当するステージの焦点位置（Ｚ）との差分より算出したフォーカスオフセットである。不図示ではあるが、上記合焦点位置での位置ずれ計測値と位置ずれの変化が少ない範囲の中点に相当するステージの焦点位置（Ｚ）での位置ずれ計測値との差分はスコープのデフォーカス特性を示す位置ずれオフセットである。
【０１８１】
図中の「Ｅ」はオフアクシスアライメントスコープ２９で計測したウエハ側マークのステージの焦点位置（Ｚ）に対するコントラストより算出された合焦点位置とオフアクシスアライメントスコープ２９で計測したウエハ側マークの位置ずれの変化が少ない範囲の中点に相当するステージの焦点位置（Ｚ）との差分より算出したフォーカスオフセットである。不図示ではあるが、上記合焦点位置での位置ずれ計測値と位置ずれの変化が少ない範囲の中点に相当するステージの焦点位置（Ｚ）での位置ずれ計測値との差分はスコープのデフォーカス特性を示す位置ずれオフセットである。
【０１８２】
上述したようにレチクル側マークのコントラストよりレチクル側マークの合焦点位置を求め、求めた合焦点位置よりレチクルの像面を算出する。レチクル側マークの位置ずれよりレチクルシフト、レチクル回転、レチクル倍率、レチクル歪みを算出する。レチクルの像面傾き、レチクルの像面湾曲、レチクルシフト、レチクル回転、レチクル倍率、レチクル歪みは、第４実施形態では左右２眼のＴＴＲアライメントスコープからの計測値及び投影光学系光軸上のＣの計測値より算出している。
【０１８３】
また、図５Ａ、図９Ａ、図１２の計測を計測位置を変えながら複数位置で計測することでも、より詳細なレチクル像面傾き、レチクル像面湾曲、レチクルシフト、レチクル回転、レチクル倍率、レチクル歪みを算出可能である。前記レチクル側マークの合焦点位置とウエハ側マークのコントラストよりウエハ側マークの合焦点位置を求め、求めたレチクル側マーク／ウエハ側マークの合焦点位置の差より装置システムとしての合焦点位置を算出する。
【０１８４】
また、第１乃至第４実施形態ではウエハ側マークの左右二点の合焦点位置よりステージ面の傾きを算出している。ステージ面の傾きは、本発明の実施例１〜４ではＴＴＲアライメントスコープは左右二点の計測値より算出しているが、第２実施形態の様にＴＴＲアライメントスコープの目を増やし、同時に複数位置での計測が可能な構成とすれば、短時間でより詳細なステージ面傾き（露光時のステージ走査方向の傾き及び非走査方向の傾き）及び像面湾曲を算出可能となる。また、図５Ａ、図９Ａ、図１２の計測を計測位置を変えながら複数位置で計測することでも、より詳細なステージ面傾き及び像面湾曲を算出可能となる。
【０１８５】
また、ウエハ側マークの合焦点位置算出の際に、直接座標系の合焦点位置と間接座標系の合焦点位置よりオフセットを算出する。前記レチクル側マークの位置ずれ計測値とウエハ側マークの位置ずれ計測値よりレンズ倍率及びレンズ歪みを算出する。レチクル側マークを二組、ウエハ側マークを二組用意し、レチクル側マーク一組に対して二組のウエハ側マークをそれぞれ計測本実施例のシーケンスにて計測することにより短時間にレチクルステージとウエハステージの走査方向に対するずれ（ｓｋｅｗ）も計測可能となる。
【０１８６】
ＴＴＲアライメントスコープを使ったレチクル側マークの位置ずれ計測値とウエハ側マークの位置ずれ計測値及びオフアクシスアライメントスコープを使ったウエハ側マークの位置ずれ計測値よりベースラインを算出する。
【０１８７】
なお、第４実施形態においては、ＴＴＲアライメントスコープとオフアクシスアライメントスコープによるキャリブレーション計測をともにウエハステージを光軸方向に連続駆動させて行う場合（第１実施形態と第３実施形態の組み合わせ）を説明した。しかしながら、ＴＴＲアライメントスコープによるキャリブレーション計測にリレーレンズの光軸方向駆動を採用してもよい。
【０１８８】
《第５実施形態》
第５実施形態では、オフアクシスアライメントスコープを使用し、アライメント計測を高速に実施する場合の手段に関し説明する。すなわち、オフアクシスアライメントスコープを使用し、アライメント計測の際にウエハ側マークの合焦点位置及びオフアクシスアライメントスコープに対する水平方向位置を同時に計測する。より具体的には、ウエハ側マークをオフアクシスアライメントスコープ下（計測位置）に駆動後に、ウエハステージを光軸方向に連続駆動させ、連続駆動中に、
（１）ウエハステージの光軸方向位置の読み出し又は計測、
（２）ウエハステージの光軸に対する直交方向位置の読み出し又は計測、
（３）ウエハ側マークの光量またはコントラストの計測、
（４）ウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープに対する水平方向位置の計測のタイミングを同期させる。
【０１８９】
ウエハステージの光軸方向に対する直交方向位置の読み出しまたは計測を行うことにより、ウエハステージを光軸と平行に連続駆動中はウエハステージが光軸と平行に駆動しているかを確認できる。
【０１９０】
また、ウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープに対する水平方向位置の計測を行うことにより連続駆動中にウエハ側マークの光軸方向位置に対する光量、コントラスト及び水平方向位置（位置ずれ）の関係より、オフアクシスアライメントスコープの特性やプロセス要因によるデフォーカス特性のオフセットが分かる。また、計測中はウエハステージの位置変動も計測している為、得られる計測値に対するエラー要因を排除可能である。
【０１９１】
第５実施形態によればオフアクシスアライメントスコープの特性やプロセス要因によるデフォーカス特性のオフセットを考慮して、アライメント計測値を求めることが可能となる。また、第５実施形態によれば、高精度且つ短時間にアライメント計測を実行することが可能となる。
【０１９２】
具体的な構成としては、ウエハステージ１０の光軸方向への駆動部にリニアエンコーダ等を配置してウエハステージ１０の光軸方向位置を計測する。また、ウエハステージ１０の光軸に対する直交方向位置計測用にレーザ干渉計等を配置する。
【０１９３】
ウエハステージ制御部６０は、ウエハステージ１０に対して光軸方向への連続駆動開始を指示し、露光装置制御部７０に画像蓄積又は光量積算の開始（ウエハ側マークの光量またはコントラストの計測及びウエハ側マークのオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置の計測）を指示する。ウエハステージ制御部６０では、露光装置制御部７０に対して処理開始信号を出すと同時にリニアエンコーダからの位置情報のモニタ（ウエハステージ１０の光軸方向位置の読み出し）とレーザ干渉計からの位置情報のモニタ（ウエハステージ１０の光軸に対する直交方向位置の読み出し）を開始する。ウエハステージ制御部６０は、露光装置制御部７０からの画像蓄積又は光量積算の終了を受けると、モニタしていたウエハステージ１０の位置情報の平均値を算出する。
【０１９４】
露光装置制御部７０では、取り込まれた画像又は光量を基にコントラスト値又は光量値の算出及びオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置の算出を行う。ウエハステージ１０の連続駆動中は上記処理を連続的に実行する。これにより、短時間に複数の計測値を得ることが可能となる。
【０１９５】
ウエハステージ１０の位置情報の読み出しタイミングは、オフアクシスアライメントスコープ２９の光源としてレーザを使用している場合は、パルス発振のタイミングと同期させれば良い。また、光源としてランプを使用している場合は、シャッターを開くタイミングと同期させれば良い。レーザ干渉計によりウエハステージの光軸方向の位置制御を行っている場合も同様である。
【０１９６】
ウエハステージ１０の光軸方向の位置に関しては、図１のオートフォーカス光学系９により位置計測を行っても良い。この場合はオートフォーカス計測を行うタイミングを画像蓄積又は光量積算のタイミングと同期させれば良い。ウエハステージ１０の連続駆動中は、ウエハステージ１０がどこの位置にいる時に画像蓄積又は光量積算が行われたかが分かるように同期させていれば良い。
【０１９７】
アライメント計測を上記方法にて実施することにより、合焦点位置と水平方向位置（位置ずれ）との関係が分かり、これをオフセットとして管理することができる。この管理により次回以降の計測ではオフセットを考慮した位置にウエハステージ１０を駆動することができ、アライメント計測を短時間に実施することが可能となる。
【０１９８】
なお、第５実施形態としてはウエハステージ１０を光軸方向に連続駆動させる形態としたが、従来の技術で記述したようにウエハステージ１０を光軸方向にステップ駆動させた場合にも適用可能である。
【０１９９】
以下、第５実施形態によるアライメント計測についてより詳細に説明する。第５実施形態では、ウエハステージ１０を光軸方向と平行に連続駆動させながらアライメント計測を実施する。なお、露光装置の構成等は第１実施形態と同様である。第５実施形態では、ウエハステージ１０の光軸に対する直交方向位置はレーザ干渉計で、ウエハステージ１０の光軸方向の位置はリニアエンコーダでステージの直接座標を計測する。或いは、オートフォーカス光学系６、７でウエハステージ１０の間接座標を計測してもよい。また、オフアクシスアライメントスコープ２９では、露光光とは異なる波長の光源により照明し、ＣＣＤカメラ２８は一定時間画像を蓄積するものを使用している。
【０２００】
図１５は第５実施形態におけるアライメント計測のシーケンスを示すフローチャートである。まず、ステップＳ５０１にてプリアライメント計測を実施する。プリアライメント計測で装置基準に対するウエハのＳｈｉｆｔ及びθの粗補正を実施後、ステップＳ５０２にてアライメント第１マークへウエハステージ１０を駆動する。
【０２０１】
ステップＳ５０３ではアライメントマークの計測を実施する。ステップＳ５０３ではウエハステージ１０を光軸方向に駆動し、駆動中のアライメントマークのコントラスト計測及びオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向の位置ずれを計測している。ステップＳ５０４では指定されたサンプルショット分アライメント計測が終了したかを判定する。全マーク計測が終了していない場合はステップＳ５０５にて次の計測マークへウエハステージ１０を駆動しステップＳ５０３によるマークの計測を行なう。このようにしてアライメント計測を全マークについて終了するまで繰り返す。そして、計測した全マークの計測値よりアライメント補正値を算出する。
【０２０２】
ステップＳ５０３を図８Ａ，Ｂのタイミングチャートを用いて説明する。図８Ａでは、上述のように、「ＣＣＤ制御部」及び「ステージ制御部」はハードウエアで構成される信号処理のタイムチャートの概略動作を表す。また、「ＣＣＤ処理」、「画像処理」及び「ステージ制御」はハードウエア信号をトリガにしたソフトウエアの概略動作を表している。但し、ＣＣＤ制御はオフアクシスアライメントスコープ２９のＣＣＤ２８を制御する。
【０２０３】
露光装置制御部７０は、ウエハステージ制御部６０に対して計測開始命令を出す。ウエハステージ制御部６０は、ウエハステージ１０を光軸方向に連続駆動を開始する。ウエハステージ１０は図６に示すように所望の駆動速度に達するまでには助走区間が必要である。ウエハステージ制御部６０は駆動速度が所望の速度に達した後に、ＣＣＤ制御部７０ｂに対して画像蓄積開始信号を与える。ステージ制御ソフトはこの時点よりウエハステージ１０の位置の読み込み（オートフォーカス光学系の場合は計測動作となる）を開始する。ウエハステージ１０の位置の読み込み（計測）タイミングは、不図示では有るが、光源がレーザの場合はレーザのパルス発振周期毎に、光源がランプの場合はレーザ干渉計又はオートフォーカス光学系のサンプリング周期毎に行う。
【０２０４】
ＣＣＤ制御部７０ｂでは、画像蓄積終了時にウエハステージ制御部６０に対して画像蓄積終了信号を与えると同時に蓄積した画像を画像処理部７０ｃへ転送する。画像処理部７０ｃでは転送された画像に基づき、コントラスト計算とオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置（位置ずれ）計算を行い計算結果（計測値）を記憶する。ウエハステージ制御部６０はＣＣＤ制御部７０ｂからの画像蓄積終了信号を受け、サンプリングしていたウエハステージ１０の位置の平均値を算出し記憶する。また、ウエハステージ制御部６０は、ＣＣＤ制御部７０ｂからの画像転送終了信号を受け、次の画像蓄積開始信号を与える。
【０２０５】
これら処理を予め設定した計測点数分繰り返すことにより、ウエハステージ１０の光軸方向の位置によるコントラスト計測値及びずれ量計測値を得ることが出来る。
【０２０６】
図７はウエハステージ１０の光軸方向の位置（Ｚ）に対するコントラスト計測値及びオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置計測値の関係を表した図である。図７よりコントラストはウエハステージ１０の光軸方向の位置によりコントラスト値が変化する（Ｚ＝０の近辺で最大となり、Ｚの位置が遠くなるほど値は小さくなる）。
【０２０７】
オフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置もウエハステージ１０の光軸方向の位置により計測値が変化する（Ｚ＝０の近辺で計測の変化量が少なく、Ｚの位置が遠くなるほど変化量は大きくなる）。図７中の「○」はウエハステージ１０の光軸方向の位置とコントラスト値の関係より求めた合焦点位置を示している。「●」はウエハステージ１０の光軸方向の位置とオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置の関係より求めた計測値の変化が少ないウエハステージ１０の光軸方向範囲の中点を示している。
【０２０８】
図７からも分かるように、合焦点位置とオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置計測値の変化が少ない範囲の中点位置は必ずしも一致しているわけではない。この不一致はプロセス要因やオフアクシスアライメントスコープ２９の光学特性などにより発生し、ばらつきを持っている。
【０２０９】
第５実施形態のようにウエハステージ１０を光軸方向に連続駆動中にウエハステージ１０の光軸方向の位置とコントラスト計測及びオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置計測を同時に行うことにより、合焦点位置とオフアクシスアライメントスコープに対する水平方向位置計測値の変化が少ない範囲を同時に得ることが可能となる。アライメント補正値を算出する際の計測値は、合焦点位置はウエハステージ１０の光軸方向位置とコントラスト計測値より算出した合焦点位置「○」としても良いし、ステージの光軸方向位置とオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置より算出した計測値の変化が少ないステージの光軸方向範囲の中点「●」としても良い。また、「○」と「●」の差分をプロセスオフセットとして記憶することにより、次のアライメント計測時はオフセットを加味し、ステージの合焦点位置を変更すれば良いこととなる。
【０２１０】
また、合焦点位置は、リニアエンコーダの読み値とコントラスト値より算出した位置を合焦点位置としても良いし、オートフォーカス光学系６、７の計測値とコントラスト値より算出した位置を合焦点位置としても良い。さらに、各合焦点位置の差よりリニアエンコーダとオートフォーカス光学系のオフセットを求めることも可能となる。
【０２１１】
リニアエンコーダとオートフォーカス光学系６、７のオフセットを記憶することにより、以降はステージ焦点位置を変更する時はどちらか一方の焦点位置情報に基づきステージを駆動すれば良い。
【０２１２】
また、オフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置計測値は、ウエハステージ１０の光軸方向位置が「○」の位置の時に計測した値としても良いし、ウエハステージ１０の光軸方向の位置が「●」の位置の時に計測した値としても良い。
【０２１３】
このように、ウエハステージ１０を光軸方向に駆動させ、駆動中にコントラスト及びオフアクシスアライメントスコープ２９に対する水平方向位置を求めることが可能となる。このため、図４におけるステップＳ４３及びステップＳ４４を同時に計測できる。よって、第５実施形態によればアライメント計測時間を短縮し、更にデフォーカス特性を考慮した計測値を得ることが可能となるため、アライメント計測値の精度も向上する。
【０２１４】
また、ロット先頭ウエハで複数又は全ショットのアライメント計測でステージを光軸方向に連続駆動中に行い、合焦点位置とオフアクシススアライメントスコープ２９に対する水平方向位置計測値の変化量が少ないウエハステージ１０の光軸方向範囲をオフセットとして記憶する。これにより、以降のウエハのアライメント計測時はオフアクシスアライメントスコープに対する水平方向位置計測値の変化量が少ない位置にステージを駆動しオフアクシスアライメントスコープに対する水平方向位置計測を行うことが可能となり、補正値の精度を低下させること無くスループットを向上させることが出来る。
【０２１５】
以上のように上記各実施形態によれば、ステージ又はリレーレンズを光軸方向に連続駆動中に光軸方向（Ｚ方向）計測値とアライメントスコープに対する水平方向位置（ＸＹ方向）計測値を同時に計測することが可能となる。更に、画像蓄積（取り込み）または光量積算とステージ及びアライメントスコープの位置読み込み（計測）のタイミングを同期させることにより、精度の高い計測値を得ることが可能となる。
【０２１６】
連続駆動中の計測によりデフォーカス特性を得ることが可能であるため、デフォーカス特性を考慮した補正値算出が可能となる。
ステップ駆動方式に比べ連続駆動方式では短時間に計測が可能であるため、スループットも向上する。
【０２１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、キャリブレーション計測及びアライメント計測の処理時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態による露光装置の概略図である。
【図２】一般的なオートフォーカス計測のシーケンスを示すフローチャートである。
【図３】一般的なベースライン計測のシーケンスを示すフローチャートである。
【図４】一般的なアライメント計測のシーケンスを示すフローチャートである。
【図５Ａ】第１実施形態におけるキャリブレーション計測のシーケンスを示すフローチャートである。
【図５Ｂ】第１実施形態におけるキャリブレーション計測のシーケンスを示すフローチャートである。
【図６】実施形態におけるステージの、時間とＺ位置及びＺ位置と駆動速度の関係を示す図である。
【図７】ステージ又はリレーレンズの光軸方向位置に対するコントラスト及びアライメントスコープに対する水平方向位置計測値の関係を示す図である。
【図８Ａ】第１及び第２実施形態における計測動作のタイミングチャートである。
【図８Ｂ】第１実施形態における計測動作のタイミングチャートである。
【図９Ａ】第２実施形態におけるキャリブレーション計測のシーケンスを示すフローチャートである。
【図９Ｂ】第２実施形態におけるキャリブレーション計測のシーケンスを示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態における計測動作のタイミングチャートである。
【図１１Ａ】第３実施形態におけるキャリブレーション計測のシーケンスを示すフローチャートである。
【図１１Ｂ】第３実施形態におけるキャリブレーション計測のシーケンスを示すフローチャートである。
【図１２】第４実施形態におけるキャリブレーション計測のシーケンスを示すフローチャートである。
【図１３】第４実施形態における光軸方向位置に対するコントラスト及びアライメントスコープに対する水平方向位置計測値の関係を示す図である。
【図１４】第４実施形態による計測動作のタイミングチャートである。
【図１５】第５実施形態におけるアライメント計測のシーケンスを示すフローチャートである。
【図１６】第３実施形態の変形例を示すフロチャートである。
【図１】
2004303830.tif 000003
【図２】
2004303830.tif 000004
【図３】
2004303830.tif 000005
【図４】
2004303830.tif 000006
【図５Ａ】
2004303830.tif 000007
【図５Ｂ】
2004303830.tif 000008
【図６】
2004303830.tif 000009
【図７】
2004303830.tif 000010
【図８Ａ】
2004303830.tif 000011
【図８Ｂ】
2004303830.tif 000012
【図９Ａ】
2004303830.tif 000013
【図９Ｂ】
2004303830.tif 000014
【図１０】
2004303830.tif 000015
【図１１Ａ】
2004303830.tif 000016
【図１１Ｂ】
2004303830.tif 000017
【図１２】
2004303830.tif 000018
【図１３】
2004303830.tif 000019
【図１４】
2004303830.tif 000020
【図１５】
2004303830.tif 000021
【図１６】
2004303830.tif 000022