(57)【要約】【課題】広い波長帯域の光を用いる場合でも、マーク等の被計測部の位置情報を高精度に計測する。【解決手段】被計測部ＷＭに対して検知ビームを照射することで得られる被計測部ＷＭに関する信号を用いて、被計測部ＷＭの位置情報を計測する。検知ビームを被計測部ＷＭに対して照射し、被計測部ＷＭを複数の波長帯域毎にそれぞれ検出する検出手段５８、６６と、複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された信号のもつ対称性に基づいて、波長帯域を選択する選択手段２４と、選択された波長帯域をもつ信号を用いて、被計測部ＷＭの位置情報を計測する計測手段２４とを有する。【選択図】　　　図２
2004103932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測部に対して検知ビームを照射することで得られる前記被計測部に関する信号を用いて、該被計測部の位置情報を計測する位置計測装置において、
前記検知ビームを前記被計測部に対して照射し、該被計測部を複数の波長帯域毎にそれぞれ検出する検出手段と、
前記複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された信号のもつ対称性に基づいて、前記波長帯域を選択する選択手段と、
前記選択された波長帯域をもつ前記信号を用いて、前記被計測部の前記位置情報を計測する計測手段と、
を有することを特徴とする位置計測装置。
【請求項２】
前記検出手段は、互いに異なる波長帯域をもつ複数の検知ビームをそれぞれ用いて前記被計測部を検出し、
前記選択手段は、前記複数の検知ビームの照射毎に得られた複数の信号それぞれがもつ対称性に基づいて前記波長帯域を選択し、
前記計測手段は、前記選択手段で選択された波長帯域をもつ検知ビームを用いて前記位置情報を計測することを特徴とする請求項１に記載の位置計測装置。
【請求項３】
複数の波長成分を有する広帯域なビームを発生する光源と、前記光源から発生した広帯域ビームが前記被計測部に至る前に、該広帯域ビームを前記選択された波長帯域に設定する波長設定手段とを有し、
前記計測手段は、前記波長設定手段により設定された検知ビームを用いて前記計測を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置計測装置。
【請求項４】
前記検出手段は、複数の波長成分を含む検知ビームを前記被計測部に対して照射し、該照射により前記被計測部から発生したビームを複数の波長帯域毎に分離して検出し、
前記選択手段は、前記複数の波長帯域毎に分離して検出されたそれぞれの信号がもつ対称性に基づいて前記波長帯域を選択し、
前記計測手段は、前記分離して検出された複数の信号のうち、前記選択された波長帯域をもつ信号を用いて前記位置情報を計測することを特徴とする請求項１に記載の位置計測装置。
【請求項５】
前記選択手段は、前記波長帯域毎に検出された複数の信号のうち、前記対称性が最良となる複数の信号の組み合わせに基づいて、複数の波長帯域を選択することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項６】
前記計測手段は、前記選択された複数の波長帯域にそれぞれ対応する複数の信号を合成し、該合成信号に基づいて前記位置情報を計測することを特徴とする請求項５に記載の位置計測装置。
【請求項７】
前記計測手段は、前記選択された複数の波長帯域に対応する前記複数の信号のうちの少なくとも１つの正負を反転させて前記合成を行うことを特徴とする請求項６に記載の位置計測装置。
【請求項８】
前記計測手段は、前記選択された複数の波長帯域にそれぞれ対応する複数の前記信号毎に前記位置情報を計測し、該計測結果を前記信号毎の前記対称性の度合いを重みとして加重平均演算することを特徴とする請求項５に記載の位置計測装置。
【請求項９】
前記選択手段は、前記信号のコントラストも利用して、前記波長帯域の選択を行うことを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項１０】
被計測部に対して検知ビームを照射することで得られる前記被計測部に関する信号を用いて、前記被計測部の位置情報を計測する位置計測装置において、
前記検知ビームを前記被計測部に対して照射し、該被計測部を複数の波長帯域毎にそれぞれ検出する検出手段と、
前記複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された複数の信号のうち、少なくとも１つの信号を加工する加工手段と、
前記加工された信号を用いて、前記被計測部の前記位置情報を計測する計測手段と、
を有することを特徴とする位置計測装置。
【請求項１１】
前記加工手段は、前記信号の正負を反転させることを特徴とする請求項１０に記載の位置計測装置。
【請求項１２】
前記計測手段は、前記加工された信号とそれ以外の信号とを合成し、該合成信号に基づいて前記位置情報を計測することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の位置計測装置。
【請求項１３】
前記計測手段は、前記複数の信号毎に計測された位置情報と、前記加工信号に基づいて計測された位置情報とを、前記各信号がもつ対称性の度合いとコントラストとの少なくとも一方を重みとして加重平均演算することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の位置計測装置。
【請求項１４】
被計測部に対して検知ビームを照射することで得られる前記被計測部に関する信号を用いて、前記被計測部の位置情報を計測する位置計測装置において、
前記検知ビームを前記被計測部に対して照射し、該被計測部を複数の波長帯域毎にそれぞれ検出する検出手段と、
前記複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された複数の信号毎に、前記位置情報を計測する計測手段と、
前記計測された複数の位置情報を、前記各信号がもつ対称性の度合いとコントラストとの少なくとも一方を重みとして加重平均演算する演算手段と、
を有することを特徴とする位置計測装置。
【請求項１５】
前記検出手段は、複数の波長成分を含む検知ビームを前記被計測部に対して照射し、該照射により前記被計測部から発生したビームを複数の波長帯域毎に分離して検出することを特徴とする請求項１０から１４の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項１６】
前記対称性は、前記各信号を折り返して自己相関した相関値、又は前記各信号を左右反転させて自己相関した相関値、又は位置に対する前記各信号の空間周波数帯依存性に基づき求められることを特徴とする請求項１〜９及び１３から１５の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項１７】
前記信号は、前記被計測部を前記検知ビームで照明して撮像した撮像信号であることを特徴とする請求項１から１６の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項１８】
マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、
請求項１から１７の何れか一項に記載の位置計測装置と、
前記位置計測装置により計測された前記基板上のマークの位置情報に基づいて、前記マスクと前記基板との相対的な位置合わせを行う位置合わせ手段とを有し、前記位置合わせされた基板上に前記マスク上のパターン像を転写することを特徴とする露光装置。
【請求項１９】
被計測部に対して検知ビームを照射することで得られる前記被計測部に関する信号を用いて、該被計測部の位置情報を計測する位置計測方法において、
前記検知ビームを前記被計測部に対して照射し、該被計測部を複数の波長帯域毎にそれぞれ検出する検出工程と、
前記複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された信号のもつ対称性に基づいて、前記波長帯域を選択する選択工程と、
前記選択された波長帯域をもつ前記信号を用いて、前記被計測部の前記位置情報を計測する計測工程と、
を有することを特徴とする位置計測方法。
【請求項２０】
前記検出工程では、互いに異なる波長帯域をもつ複数の検知ビームをそれぞれ用いて前記被計測部を検出し、
前記選択工程では、前記複数の検知ビームの照射毎に得られた複数の信号それぞれがもつ対称性に基づいて前記波長帯域を選択し、
前記計測工程では、前記選択工程で選択された波長帯域をもつ検知ビームを用いて、前記位置情報を計測することを特徴とする請求項１９に記載の位置計測方法。
【請求項２１】
前記検出工程では、複数の波長成分を含む検知ビームを前記被計測部に対して照射し、該照射により前記被計測部から発生したビームを複数の波長帯域毎に分離して検出し、
前記選択工程では、前記複数の波長帯域毎に分離して検出されたそれぞれの信号がもつ対称性に基づいて前記波長帯域を選択し、
前記計測工程では、前記分離して検出された複数の信号のうち、前記選択された波長帯域をもつ信号を用いて前記位置情報を計測することを特徴とする請求項１９に記載の位置計測方法。
【請求項２２】
前記選択工程では、前記波長帯域毎に検出された複数の信号のうち、前記対称性が最良となる複数の信号の組み合わせに基づいて、複数の波長帯域を選択することを特徴とする請求項１９から２１の何れか一項に記載の位置計測方法。
【請求項２３】
前記計測工程では、前記選択された複数の波長帯域にそれぞれ対応する複数の信号を合成し、該合成信号に基づいて前記位置情報を計測することを特徴とする請求項２２に記載の位置計測方法。
【請求項２４】
被計測部に対して検知ビームを照射することで得られる前記被計測部に関する信号を用いて、前記被計測部の位置情報を計測する位置計測方法において、
前記検知ビームを前記被計測部に対して照射し、該被計測部を複数の波長帯域毎にそれぞれ検出する検出工程と、
前記複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された複数の信号のうち、少なくとも１つの信号を加工する加工工程と、
前記加工された信号を用いて、前記被計測部の前記位置情報を計測する計測工程と、
を有することを特徴とする位置計測方法。
【請求項２５】
前記加工工程では、前記信号の正負を反転させ、
前記計測工程では、前記加工された信号とそれ以外の信号とを合成し、該合成信号に基づいて前記位置情報を計測することを特徴とする請求項２４に記載の位置計測方法。
【請求項２６】
被計測部に対して検知ビームを照射することで得られる前記被計測部に関する信号を用いて、前記被計測部の位置情報を計測する位置計測方法において、
前記検知ビームを前記被計測部に対して照射し、該被計測部を複数の波長帯域毎にそれぞれ検出する検出工程と、
前記複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された複数の信号毎に、前記位置情報を計測する計測工程と、
前記計測された複数の位置情報を、前記各信号がもつ対称性の度合いとコントラストとの少なくとも一方を重みとして加重平均演算する演算工程と、
を有することを特徴とする位置計測方法。
【請求項２７】
マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する露光方法であって、
請求項１９から２６の何れか一項に記載の位置計測方法を用いて前記基板上のマークの位置情報を計測し、
前記計測されたマークの位置情報に基づいて、前記マスクと前記基板との相対的な位置合わせを行った後に、前記位置合わせされた基板上に前記マスク上のパターン像を転写することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体上に形成されたマーク等の被計測部の位置に関する位置情報を計測する位置計測装置及び位置計測方法、並びに半導体素子や液晶表示素子などのデバイスの製造工程で使用される露光装置及び露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子や液晶表示素子の製造にあたっては、露光装置を用いてフォトマスクやレチクル（以下、レチクルという）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ェハやガラスプレート等の感光基板（以下、ウェハという）上に投影露光することが行われている。レチクルのパターンは、例えば、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置を用い、レチクルとウェハとを高精度に位置合わせ（アライメント）して、ウェハ上に既に形成されているパターンに重ね合わせて投影露光される。このアライメントに精度に対する要求は、パターンの微細化と共に厳しくなってきており、アライメントには、様々な工夫がなされている。
【０００３】
レチクルのアライメントには露光光を用いるものが一般的である。この種のアライメント方式としては、露光光をレチクル上に描画されたアライメントマークに照射し、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）カメラなどで撮像したアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＶＲＡ（Ｖｉｓｕａｌ　Ｒｅｔｉｃｌｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式などが知られている。
【０００４】
ウェハのアライメント方式としては、特許文献１に示されるような、レーザ光をウェハ上のドット列状のアライメントマークに照射し、そのマークにより回折または散乱された光を用いてマーク位置を検出するＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ　Ｓｔｅｐ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、特許文献２に示されるような、ハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で照明し、ＣＣＤカメラなどで撮像したアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｉｍａｇｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、あるいは特許文献３や特許文献４に示されるような、ウェハ上の回折格子状のアライメントマークにピッチ方向に対照的に傾斜した２つのコヒーレントビームを照射し、発生した２つの回折光を干渉させ、その位相からアライメントマークの位置を計測するＬＩＡ（Ｌａｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式等がある。
【０００５】
これらの光学式アライメントにおいては、まずレチクル上のアライメントマークを検出、処理し、位置座標を計測する。次に、ウェハ上のアライメントマークを検出、処理し、位置座標を計測することで、重ね合わされるショットの位置を求める。それらの結果を基に、ショット位置にレチクルのパターン像が重なるように、ウェハをウェハステージによって移動させてレチクルのパターン像を投影露光する。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６０−１３０７４２号公報
【特許文献２】
特開平４−６５６０３号公報
【特許文献３】
特開昭６１−２０８２２０号公報
【特許文献４】
特開昭６１−２１５９０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の位置計測装置、位置計測方法および露光装置並びに露光方法には、以下のような問題が存在する。
ハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で感光基板上のマークを照明する場合、計測されるマークは薄膜干渉や分散などの影響で色（すなわち波長）によって見え方が異なる。
【０００８】
ＦＩＡ方式の顕微鏡を用いてアライメントマークを計測した際に、波長帯域毎の計測波形を図１１（ａ）〜（ｃ）に示す。図１１（ａ）に示す波長帯域では、比較的大きなコントラストでマークの像を検出できるが、図１１（ｂ）に示す波長帯域ではコントラストがほとんど得られないノイズだけの信号が検出される。
また、図１１（ｃ）に示す波長帯域では、（ａ）の波長帯域に対して正負が反転した信号が得られる。
【０００９】
そのため、これら複数の波長帯域を含むブロードバンド（広帯域）の検知ビームでアライメントマークを計測した場合、例えば（ａ）、（ｃ）に示す各波形（信号）が合成・加算されることで、個々の波長帯域では計測可能であったものが、図１１（ｄ）に示すように、コントラストが充分ではなくなる場合が生じてしまう。さらに、（ｂ）に示す信号が加算されるた場合、精度を悪化させる要因にしかならないという問題があった。
【００１０】
一方、アライメントマークの位置は、検出された信号波形から適当なスライスレベルでの中点を求めることにより計測されるが、検出した信号がマーク位置Ｍに対して対称でないと、得られるマーク位置精度が低下するという問題もあった。このように、マーク位置計測の精度が低下した場合、露光処理においてはレチクルとウエハと位置合わせ精度が低下して、ウエハ上に形成されるパターンの位置、線幅等、所望の露光精度が得られない可能性が生じる。
【００１１】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、広い波長帯域の光を用いる場合でも、マーク等の被計測部の位置情報を高精度に計測できる位置計測装置および位置計測方法、並びに露光精度の向上に寄与する露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、実施の形態を示す図１ないし図９に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の位置計測装置は、被計測部（ＷＭ）に対して検知ビームを照射することで得られる被計測部（ＷＭ）に関する信号を用いて、被計測部（ＷＭ）の位置情報を計測する位置計測装置（ＷＡ）において、検知ビームを被計測部（ＷＭ）に対して照射し、被計測部（ＷＭ）を複数の波長帯域毎にそれぞれ検出する検出手段（５８、６６）と、複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された信号のもつ対称性に基づいて、波長帯域を選択する選択手段（２４）と、選択された波長帯域をもつ信号を用いて、被計測部（ＷＭ）の位置情報を計測する計測手段（２４）と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の位置計測方法は、被計測部（ＷＭ）に対して検知ビームを照射することで得られる被計測部（ＷＭ）に関する信号を用いて、被計測部（ＷＭ）の位置情報を計測する位置計測方法において、検知ビームを被計測部（ＷＭ）に対して照射し、被計測部（ＷＭ）を複数の波長帯域毎にそれぞれ検出する検出工程（Ｓ１）と、複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された信号のもつ対称性に基づいて、波長帯域を選択する選択工程（Ｓ２）と、選択された波長帯域をもつ信号を用いて、被計測部（ＷＭ）の位置情報を計測する計測工程（Ｓ５）と、を有することを特徴としている。
【００１４】
従って、本発明では、複数の波長帯域のうち、被計測部（ＷＭ）からの信号の対称性が良好なものを選択し、選択した波長帯域の信号のみを用いて被計測部（ＷＭ）の位置情報を計測することで、計測精度を低下させる非対称の信号の影響を抑制して、計測精度を向上させることが可能になる。
【００１５】
また、本発明の位置計測装置は、被計測部（ＷＭ）に対して検知ビームを照射することで得られる被計測部（ＷＭ）に関する信号を用いて、被計測部（ＷＭ）の位置情報を計測する位置計測装置（ＷＡ）において、検知ビームを被計測部（ＷＭ）に対して照射し、被計測部（ＷＭ）を複数の波長帯域毎にそれぞれ検出する検出手段（５８、６６）と、複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された複数の信号のうち、少なくとも１つの信号を加工する加工手段（２４）と、加工された信号を用いて、被計測部（ＷＭ）の位置情報を計測する計測手段（２４）と、を有することを特徴とするものである。
【００１６】
そして、本発明の位置計測方法は、被計測部（ＷＭ）に対して検知ビームを照射することで得られる被計測部（ＷＭ）に関する信号を用いて、被計測部（ＷＭ）の位置情報を計測する位置計測方法において、検知ビームを被計測部（ＷＭ）に対して照射し、被計測部（ＷＭ）を複数の波長帯域毎にそれぞれ検出する検出工程（Ｓ１２）と、複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された複数の信号のうち、少なくとも１つの信号を加工する加工工程（Ｓ１４）と、加工された信号を用いて、被計測部（ＷＭ）の位置情報を計測する計測工程（Ｓ１６）と、を有することを特徴としている。
【００１７】
従って、本発明では、複数の波長帯域のうち、信号を合成・加算することでコントラストが低下してしまう波長帯域については、コントラストが低下しない手法で信号を加工することで、計測精度が低下することを防止できる。例えば、波長帯域間で信号の正負が逆の場合には、信号を合成・加算することでコントラストが低下してしまうが、一方の信号について信号の正負を反転させることで、合成・加算された信号のコントラストを向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の位置計測装置は、被計測部（ＷＭ）に対して検知ビームを照射することで得られる被計測部（ＷＭ）に関する信号を用いて、被計測部（ＷＭ）の位置情報を計測する位置計測装置（ＷＡ）において、検知ビームを被計測部（ＷＭ）に対して照射し、被計測部（ＷＭ）を複数の波長帯域毎にそれぞれ検出する検出手段（５８、６６）と、複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された複数の信号毎に、位置情報を計測する計測手段（２４）と、計測された複数の位置情報を、各信号がもつ対称性の度合いとコントラストとの少なくとも一方を重みとして加重平均演算する演算手段（２４）と、を有することを特徴とするものである。
【００１９】
そして、本発明の位置計測方法は、被計測部（ＷＭ）に対して検知ビームを照射することで得られる被計測部（ＷＭ）に関する信号を用いて、被計測部（ＷＭ）の位置情報を計測する位置計測方法において、検知ビームを被計測部（ＷＭ）に対して照射し、被計測部（ＷＭ）を複数の波長帯域毎にそれぞれ検出する検出工程（Ｓ１２）と、複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された複数の信号毎に、位置情報を計測する計測工程（Ｓ２１）と、計測された複数の位置情報を、各信号がもつ対称性の度合いとコントラストとの少なくとも一方を重みとして加重平均演算する演算工程（Ｓ２２）と、を有することを特徴としている。
【００２０】
従って、本発明では、各波長帯域における信号がもつ対称性の度合いやコントラストに応じて位置情報を補正できるので、計測精度を低下させる非対称の信号の影響を抑制して、計測精度を向上させることが可能になる。
【００２１】
そして、本発明の露光装置は、マスク（Ｒ）上に形成されたパターンを基板（Ｗ）上に転写する露光装置（１０）であって、請求項１から１７の何れか一項に記載の位置計測装置（ＷＡ）と、位置計測装置（ＷＡ）により計測された基板（Ｗ）上のマーク（ＷＭ）の位置情報に基づいて、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との相対的な位置合わせを行う位置合わせ手段（２４）とを有し、位置合わせされた基板（Ｗ）上にマスク（Ｒ）上のパターン像を転写することを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の露光方法は、マスク（Ｒ）上に形成されたパターンを基板（Ｗ）上に転写する露光方法であって、請求項１９から２６の何れか一項に記載の位置計測方法を用いて基板（Ｗ）上のマーク（ＷＭ）の位置情報を計測し、計測されたマークの位置情報に基づいて、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との相対的な位置合わせを行った後に、位置合わせされた基板（Ｗ）上にマスク（Ｒ）上のパターン像を転写することを特徴としている。
【００２３】
従って、本発明では、各波長帯域における信号がもつ対称性の度合いやコントラストに起因する悪影響を抑制した状態で基板の位置情報を計測できるため、マスク（Ｒ）のパターンを高精度に基板（Ｗ）上に転写することが可能になり、基板（Ｗ）上に形成されるパターンの位置、線幅等の露光精度を向上させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の位置計測装置、位置計測方法および露光装置並びに露光方法の第１の実施形態を、図１ないし図４を参照して説明する。ここでは、本発明の位置計測装置を露光装置においてウエハ上のアライメントマークを計測するウエハアライメント系とする場合の例を用いて説明する。
【００２５】
図１は、本実施例に好ましく用いられる半導体デバイス製造用の縮小投影型露光装置１０の構成を概略的に示している。この露光装置１０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１次元方向に同期移動させつつ、レチクルＲに形成された回路パターンを、ウエハＷ上の各ショット領域に転写する、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、いわゆるスキャニング・ステッパである。まず、この露光装置１０の全体構成について以下説明する。
【００２６】
この露光装置１０は、不図示の露光用光源からのエネルギービーム（露光用照明光）によりレチクルＲを照明する照明系２１、レチクルＲから射出される露光光をウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、レチクルＲを保持するレチクルステージ２２、ウエハＷを保持するウエハステージ２３、及び装置全体を統括的に制御する主制御ユニット２４等を含んで構成されている。
【００２７】
照明系２１は、図示しないリレーレンズ、フライアイレンズ（又はロット・インテグレータ）、コンデンサレンズ等の各種レンズ系や、開口絞り及びレチクルＲのパターン面と共役な位置に配置されたブラインド等を含んで構成され、露光用光源からの照明光を、レチクルＲ上の所定の照明領域内に均一な照度分布で照射する。
【００２８】
投影光学系ＰＬは、図示しない複数のレンズを含んで構成されており、レチクルＲを透過した照明光を、所定の縮小倍率１／β（βは例えば１／４，１／５等）に縮小し、感光材（フォトレジストなど）が塗布されたウエハＷ上に投影露光する。ここで、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向をＺ方向とし、光軸ＡＸに垂直な平面内でレチクルＲと照明領域との相対走査の方向（紙面に平行な方向）をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な軸線を中心とする回転方向をθ方向とする。
【００２９】
レチクルステージ２２は、図示しない駆動装置によって駆動され、Ｘ方向に１次元走査移動するとともに、Ｙ方向及びθ方向に微小移動するように構成されている。また、レチクルステージ２２のＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向の位置は、図示しないレーザ干渉計によって常時モニターされ、これにより得られた位置情報は主制御ユニット２４に供給される。
【００３０】
ウエハステージ２３は、２次元平面内（図２中のＸＹ平面内）で移動自在なＸＹステージ３０と、ウエハＷを吸着保持しかつＸＹステージ３０上でＺ方向に微小移動自在なＺレベリングステージ３１とを含んで構成され、図示しないベース上に配置されている。ＸＹステージ３０は、例えば磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータ等から成る駆動装置３２を有しており、主制御ユニット２４の指令のもとで、ウエハＷの所定位置への位置決めや移動を行う。また、Ｚレベリングステージ３１は、図示しない駆動機構を有しており、主制御ユニット２４の指令のもとで、ウエハＷをＺ方向に微小移動させる。なお、Ｚレベリングステージ３１のＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向の位置は、レーザ干渉計３３により常時モニターされ、これにより得られた位置情報は主制御ユニット２４に供給される。
【００３１】
ここで、この露光装置１０の概略的な露光動作を説明する。
露光時において、主制御ユニット２４は、ＸＹステージ３０を駆動して、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内でＸ方向及びＹ方向に所定量ずつウエハＷをステッピング移動させ、ウエハＷ上に設定される各ショット領域のそれぞれにレチクルＲの回路パターンの像を順次転写する。このとき、ウエハＷの各ショット領域の中心を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに位置合わせするアライメント動作が行われる。このアライメント動作は、レチクルＲ及びウエハＷ上に形成されたアライメント用のマーク（レチクルマークＲＭ、ウエハマークＷＭ）の位置情報に基づいて行われる。また、レチクルマークＲＭはレチクルアライメント系ＲＡによって検出され、ウエハマークＷＭはウエハアライメント系ＷＡによって検出される。
【００３２】
このアライメント時において、ウエハアライメント系ＷＡの投影像面側（ウエハ側）における光軸ＡＸａは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行に配される。したがって、ウエハアライメント系ＷＡの視野領域（照明領域）内にウエハステージ２３上に設けられた基準マーク（フィデューシャルマーク）ＦＭを配置してその位置座標（Ｘ座標、Ｙ座標）を計測するとともに、その基準マークＦＭをレチクルアライメント系ＲＡの視野内に配置してその位置情報を計測することにより、ウエハアライメント系ＷＡの光軸と投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとの間の距離、いわゆるベースライン量が算出される。
【００３３】
このベースライン量は、ウエハＷ上の各ショット領域を投影光学系ＰＬの視野内に配するときの基準量となるものである。すなわち、ウエハアライメント系ＷＡによってアライメント用のウエハマークＷＭの位置座標（Ｘ座標、Ｙ座標）を計測し、この計測結果にベースライン量を加算して得られる値に基づいて、ウエハステージ２３を駆動し、ウエハＷをＸ方向及びＹ方向にステッピング移動させることにより、ウエハＷの各ショット領域の中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸにアライメントされる。本実施形態は、このアライメント動作における被計測部としてのウエハマークＷＭの位置座標の計測に、本発明の位置計測方法を適用したものである。
【００３４】
ここで、レチクルアライメント系ＲＡ、及びウエハアライメント系ＷＡについて説明する。
レチクルアライメント系ＲＡとしては、本実施形態では、レチクルＲ上に形成されたレチクルマークＲＭと、ウエハステージ２３（Ｚレベリングステージ３１）上に設けられた基準マークＦＭとを同時に検出する、いわゆるＴＴＲ方式（スルー・ザ・レチクル方式）の光学系が用いられる。レチクルアライメント系ＲＡは、レチクルマークＲＭの位置座標（Ｘ座標、Ｙ座標）を計測し、不図示の駆動装置を介して、レチクルＲの中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと合致するようにレチクルＲをアライメントする。レチクルマークＲＭとレチクルＲの中心との距離は設計上予め定まった値であり、この値を投影光学系ＰＬの縮小倍率に基づいて演算処理することにより、投影光学系ＰＬの像面側（ウエハ側）におけるレチクルマークＲＭの投影点と投影光学系ＰＬの中心との距離が算出される。この距離は、ウエハＷ上の各ショット領域を投影光学系ＰＬの視野内に配するときの補正値として用いられる。また、基準マークＦＭは、例えば、ウエハマークＷＭと同等の形状に形成され、ウエハマークＷＭ（ウエハ表面）とほぼ同じ高さとなるように、Ｚレベリングステージ３１上に設けられた基準マーク板に形成される。
【００３５】
一方、ウエハアライメント系ＷＡとしては、本実施例では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸから離れた位置でアライメント用のウエハマークＷＭを検出するオフ・アクシス方式の光学系が用いられる。このウエハアライメント系ＷＡは、照明光で照明したウエハＷ上のマークの像を撮像し、その撮像信号を画像処理することにより位置計測を行う、いわゆるＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｉｍａｇｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメント系である。
【００３６】
図２に、ウエハアライメント系ＷＡの構成例を示す。
このウエハアライメント系ＷＡにおいて、ウエハＷ上のフォトレジストに対して非感光性の波長帯域幅の広い、ブロードバンド（広帯域）な照明光（白色光）が検知ビームとしてハロゲンランプ等の光源５１から射出され、この照明光がレンズ系５２を介してビームスプリッタ５３に入射する。ビームスプリッタ５３によって反射された照明光は、対物レンズ５４を介してウエハＷ上の所定領域を照明する。
【００３７】
また、光源５１とレンズ系５２の間の光路上には、上述したブロードバンドな光から所定の波長の光を抽出するためのフィルタ機構（波長設定手段）５５が配置されている。このフィルタ機構５５は、各々が互いに異なる波長の光を抽出する複数（ここでは４つ）の抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄと、この複数の抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄのうちのいずれか１つを上述した光路上に配置するフィルタ駆動部５７とを有している。本実施形態では、抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄは、光源５１からの照明光の光路を横切る方向に並べて配置されており、フィルタ駆動部５７によってその光路を横切る方向に移動されることによりいずれか１つの抽出フィルタが照明光の光路上に配置される。なお、抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄの配置位置は、光源５１と共役かつ色ムラの生じにくい位置とするのが好ましい。また、上述した光源５１、レンズ系５２、ビームスプリッタ５３、及びフィルタ機構５５等により照明系５８が構成される。
【００３８】
ここで、図３に示すように、各抽出フィルタ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、及び５６Ｄが抽出する光の波長帯域（抽出波長帯域）は、波長５３０〜６２０ｎｍ（緑色光）、波長６２０〜７１０ｎｍ（橙色光）、波長７１０〜８００ｎｍ（赤色光）、及び波長５３０〜８００ｎｍ（白色光）となっている。なお、本実施形態では４つの抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄを用いるが、抽出フィルタの数はこれに限定されない。また、抽出する波長も上述した波長に限定されるものではない。例えば、上述した波長よりもさらに帯域幅の狭い波長を抽出する抽出フィルタを用いてもよいし、一の抽出フィルタの抽出波長の帯域が他の抽出フィルタの抽出波長の帯域に一部重なってもよい。
【００３９】
図２に戻り、上記照明系５８より照射され、ウエハＷの表面で反射した光は、第１対物レンズ５４を経てビームスプリッタ５３に戻る。ビームスプリッタ５３を透過した光は第２対物レンズ６０を介して指標板６１にウエハマークＷＭの像を結像する。この像及び指標板６１上の指標マークからの光は、撮像用の第３対物レンズ６２、開口絞り（Ｎ．Ａ．絞り）６３、及び第４対物レンズ６４を介して、２次元ＣＣＤ等からなる２次元撮像素子６５の撮像面にウエハマークＷＭ及び指標マークの像を結像する。
【００４０】
なお、実際には、ウエハマークＷＭの像及び指標板６１上の指標マークからの光は、不図示のビームスプリッタによって、Ｘ軸用の２次元撮像素子、及びＹ軸用の２次元撮像素子に向けて分割される構成となっているが、ここでは簡略化のため省略している。また、第１対物レンズ５４の結像面にウエハＷの表面が合致した合焦状態において、指標板６１は、第１対物レンズ５４と第２対物レンズ６０との合成系に関してウエハＷの表面と共役に配置され、さらに指標板６１と撮像素子６５の撮像面とは第３対物レンズ６２に関して互いに共役に配置される。
指標板６１は、透明板の上にクロム層等で指標マークを形成したものであり、ウエハマークＷＭの像が形成される部分は透明部のままである。また、指標マークは、ウエハＷ上のＸ方向と共役な方向の位置基準となるＸ軸の指標マークと、Ｙ方向と共役な方向の位置基準となるＹ軸の指標マークとから構成される。また、実際には、指標板６１を独立に照明するための指標マーク用の照明系を設けるとよい。なお、第１〜第４対物レンズ５４，６０，６２，６４、ビームスプリッタ５３、指標板６１、開口絞り６３、及び撮像素子６５等により結像系６６が構成され、上記照明系５８および結像系６６により本発明の検出手段が構成される。
【００４１】
この結像系６６において、ウエハマークＷＭと指標マークの光学像は撮像素子６５によって画像信号に変換され、主制御ユニット２４に供給される。主制御ユニット２４は、この画像信号を画像処理することにより、ウエハＷ上におけるウエハマークＷＭの位置座標（Ｘ座標、Ｙ座標）を計測する。
【００４２】
上記の構成のウエハアライメント系ＷＡおよび露光装置１０を用いてウェハＷをアライメントする手順を図４に示すフローチャートを用いて説明する。
ここで、本実施形態におけるウエハアライメント系ＷＡを用いたウエハマークＷＭの位置計測は、予備計測と本計測に大別される。以下、詳細に説明する。
【００４３】
ステップＳ０で予備計測が開始されると、まず、プロセス前に予め像の波長依存性を計測する。具体的には、フィルタ機構を駆動することにより、抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｃを照明光の光路上に順次配置し、各抽出フィルタで抽出された波長帯域の光でウエハマークＷＭを照明してそのマーク像をそれぞれ撮像し、各照明光の照射毎の像信号（撮像信号）を複数得る（ステップＳ１；検出工程）。
【００４４】
次に、ステップＳ２（選択工程）において、選択手段としての主制御ユニット２４は、得られた像信号を合成したときに対称性が最良となる像の組み合わせを選び、得られた最適な分光特性に最も近い透過特性を有する抽出フィルタ（例えば波長帯域５３０〜６２０ｎｍの５６Ａ）を選択して記憶装置７０（図２参照）に記憶する。なお、主制御ユニット２４は、像信号の対称性を、各信号を折り返して自己相関した相関値、又は各信号を左右反転させて自己相関した相関値、又は位置に対する各信号の空間周波数帯依存性に基づき求めている。また、このとき、主制御ユニット２４は、単に像信号の対称性のみならず、当該像信号がマーク位置計測に必要なコントラスト（所定レベル以上のコントラスト）を有するか否かも併せて、合成すべき像の組み合わせの選択基準としている。
【００４５】
このように予備計測が終了して、本計測を実施する際には（ステップＳ３）、まず、主制御ユニット２４がフィルタ駆動部５７を介して、予備計測で選択・記憶された抽出フィルタ（例えば５６Ａとする）を照明光の光路上に配置する（ステップＳ４）。そして、この抽出フィルタ５６Ａを透過した特定の波長帯域の光でウエハマークＷＭを照明し、そのマーク像を撮像することで像信号を得る。主制御ユニット２４は、得られた像信号を用いて、上述したように、信号波形から適当なスライスレベルでの中点を求めることにより、計測手段としてウエハマークＷＭの位置を計測し、さらに指標マークとの位置ずれ量を求める（ステップＳ５；計測工程）。
【００４６】
この後、得られた計測値（位置ずれ量）と設計値とに基づいて最小二乗法等の統計演算処理により、ウエハＷ上のショット領域の配列特性に関する位置情報として、Ｘシフト、Ｙシフト、Ｘスケール、Ｙスケール、回転、直交度等のショット配列誤差パラメータ（ＥＧＡパラメータ）を算出する。そして、主制御ユニット２４は、位置合わせ手段として、これらのＥＧＡパラメータに基づいて、ウエハＷ上の全てのショット領域に対して設計上の座標位置を補正することでレチクルＲとウエハＷとを位置合わせ（アライメント）する（ステップＳ６）。アライメントが終了すると、既述した露光処理を実施する（ステップＳ７）。
【００４７】
なお、上記予備計測は、同じ処理プロセスで流れるロット内では各ウエハごとにほぼ同一であることから、そのロットの先頭のウエハに対して選択した光の波長を、同一ロット内の他のウエハにも用いるようにするとよい。
【００４８】
このように、本実施の形態では、検出した信号のもつ対称性に基づいてアライメント用照明光の波長帯域を選択しているので、広い波長帯域の光を用いる場合でも、対称性に劣る波長帯域の信号に起因する悪影響を排除することができ、マーク位置の計測精度が低下することを防止できる。従って、このマーク位置計測に基づくレチクルＲとウエハＷとの位置合わせ精度も向上させることができ、ウエハＷ上に露光形成されるパターン位置、線幅等の露光精度も向上させることが可能になる。
【００４９】
また、本実施の形態では、信号の対称性のみならず、コントラストも利用してアライメント用照明光の波長帯域を選択しているので、コントラスト不足等に起因する計測精度低下の影響を排除して、より正確なマーク位置計測が可能になるとともに、予備計測の結果に基づいて照明光の波長帯域を選択しているので、本計測における信号処理が簡素化され、スループットの向上にも寄与することができる。
【００５０】
なお、上記実施の形態では、一つの波長帯域を選択して、その帯域の照明光でマーク位置計測を実施する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば、合成したときに対称性が最良となる像の組み合わせが求められれば、本計測時にもフィルタ機構５５を駆動することで、この組み合わせを実現する複数の抽出フィルタを用いて順次、マーク位置計測を実施し、得られた複数の像信号を合成する構成としてもよい。この場合、より高精度のマーク位置計測を実施することができる。
【００５１】
図５は、本発明の第２の実施形態を示す図である。
これらの図において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態の構成要素と同一の要素及び同一の工程については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
この実施形態のウエハアライメント系ＷＡは、上記実施の形態と異なり、所定の波長の光を抽出するためのフィルタ機構５５が結像系６６の光路上に配置されている。結像系６６の光路上におけるフィルタ機構５５の配置位置としては、この図５に示すように、開口絞り６３から撮像素子６５に至るまでの間が好ましく、さらに、第４対物レンズ６４から撮像素子６５に至るまでの間とするのがよい。これは、フィルタ機構５５を開口絞り６３よりもウエハＷ側に配置した場合、結像系６６の光路上に配置される抽出フィルタの配置位置やその取り付け角度のわずかなずれにより、撮像素子６５の撮像面に結像されるウエハマークＷＭ及び指標マークの像質が変化しやすいために、この像質の変化を抑制することを目的とするものである。
【００５３】
また、このウエハアライメント系ＷＡでは、照明系５８の光路上に、フィルタ機構は配置されず、ウエハＷ上のウエハマークＷＭは、光源５１からのブロードバンドな照明光（白色光）により照明される。ブロードバンドな照明光によってウエハＷ上のウエハマークＷＭが照明される場合、そのときのウエハＷの表面特性によって、ウエハマークＷＭから発生する光の波長が変化する。この位置計測装置では、フィルタ機構５５の複数の抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄのうちのいずれかの抽出フィルタを結像系６６の光路上に配置することにより、所定の波長の光を分離・抽出して撮像素子６５に入射させる。より具体的には、そのときのウエハＷの表面特性に応じて、上記第１の実施形態と同様に、撮像素子６５の撮像面上に撮像されるウエハマークＷＭの対称性が最良となるように、撮像素子６５に入射させる光の波長帯域を抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄの抽出波長の中から選択するとともに、撮像素子６５からの画像信号を画像処理する。これにより、前述した実施形態と同様に、様々な表面特性のウエハＷに対応して、ウエハマークＷＭの位置座標を高精度に計測することが可能となる。
【００５４】
図６及び図７は、本発明の第３の実施形態を示す図である。
これらの図において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態の構成要素と同一の要素および同一の工程については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５５】
図６に示すウエハアライメント系ＷＡは、第４対物レンズ６４と撮像素子６５との間の光路上に、ウエハマークＷＭで反射した照明光を複数の波長帯域毎に分離するダイクロイックミラー７６が配置され、このダイクロイックミラー７６によって分離されたウエハマークＷＭの光学像が各波長帯域毎に複数設置された撮像素子６５、６５でそれぞれ撮像される。主制御ユニット２４は、撮像素子６５からの画像信号に基づいて、ウエハマークＷＭの位置を計測する。
【００５６】
本実施の形態では、上記第１、第２の実施形態のように予備計測を実施せずに、露光工程中にマーク位置計測（本計測）を実施する。
以下、マーク位置計測から露光処理までの手順について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。
【００５７】
ステップＳ３で計測が開始されると、既述の複数の波長帯域を含む広帯域の照明光でウエハマークＷＭを照射し（ステップＳ１１）、照射によりウエハマークＷＭから発生してダイクロイックミラー７６で各波長帯域毎に分離された反射光（ビーム）を、複数の撮像素子６５でそれぞれ撮像・検出する（ステップＳ１２；検出工程）。
【００５８】
各波長帯域毎の像信号が得られると、主制御ユニット２４は、例えば図１１（ａ）、（ｃ）に示す像信号のように、正負が互いに反転する像信号が存在するかを判断し（ステップＳ１３）、存在する場合はステップＳ１４（加工工程）で像信号を加工する。具体的には、各波長帯域に対応する複数の像信号の中、少なくとも一つを正負が反転するように加工し、全ての像信号が同じ方向のプロファイルを呈するようにする（例えば図１１（ｃ）に示す像信号の正負を反転させる）。このとき、正負を反転させる信号数が少ない方を選択することで、処理時間を短縮することができ好ましい。
【００５９】
ステップＳ１４において像信号の加工が終了した後、及びステップＳ１３で互いに反転する像信号が存在しないと判断された場合、主制御ユニット２４は、得られた複数の像信号（加工された像信号とそれ以外の像信号）を合成・加算し（ステップＳ１５）、この合成信号を用いて、上述したように、信号波形から適当なスライスレベルでの中点を求めることによりウエハマークＷＭの位置を計測し、さらに指標マークとの位置ずれ量を求める（ステップＳ１６）。なお、本実施形態では、これらステップＳ１５、Ｓ１６により計測工程が構成される。この後の工程は、上記第１の実施形態と同様である。
【００６０】
このように本実施の形態では、ウエハＷの表面特性等により正負が反転する像信号が検出された場合でも各波長帯域毎に得られた像信号を加工した後に合成しているので、図１１（ｄ）に二点鎖線で示すように、大きなコントラストが得られることになり、単に像信号を加工した場合のように、計測に必要なコントラストが得られない等の理由で計測精度が低下したり、再計測が必要になりスループットが低下する等の不具合の発生を防止することができる。また、本実施の形態では、予備計測を実施する必要がないので、露光処理におけるスループットの向上にも寄与できる。
【００６１】
なお、上記実施の形態では、得られた全ての像信号を合成する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば像信号の加工後に、最良の対称性となる信号の組み合わせを求め、この組み合わせに含まれる像信号のみを選択して合成する手順としてもよい。この場合、上記実施形態では予備計測を実施していないが、最良の対称性となる信号の組み合わせを求めるための予備計測を実施する手順としてもよい。さらに、最良の対称性となる信号の組み合わせが求められた場合、図８に示すように、照明系５８にフィルタ機構５５を設け、ウエハＷに対する照明光を、上記組み合わせに対応する波長帯域とすることにより、撮像素子６５に撮像されるウエハマークＷＭの光学像のコントラストを向上させることが可能になる。
【００６２】
続いて、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、第３の実施形態と同様のウエハアライメント系ＷＡを用い、異なる計測方法でマーク位置計測を実施するものである。以下、図９に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。なお、図７に示す第３の実施形態と同一の工程については同一符号を付し、その説明を簡略化する。
【００６３】
ステップＳ３で計測が開始されると、既述の複数の波長帯域を含む広帯域の照明光でウエハマークＷＭを照射し（ステップＳ１１）、照射によりウエハマークＷＭから発生してダイクロイックミラー７６で各波長帯域毎に分離された反射光（ビーム）を、複数の撮像素子６５でそれぞれ撮像・検出する（ステップＳ１２）。
【００６４】
各波長帯域毎の像信号が得られると、主制御ユニット２４は、それぞれ検出された複数の像信号毎に、上述したように、信号波形から適当なスライスレベルでの中点を求めることによりウエハマークＷＭの位置を計測する（ステップＳ２１；計測工程）。次に、主制御ユニット２４は、得られた複数のマーク位置に対して、演算手段として、各波長帯域毎の像信号がもつ対称性の度合い及び／又はコントラストとを重みとして加重平均演算を行い（ステップＳ２２；演算工程）、この演算結果をマーク位置計測結果とし、指標マークとの位置ずれ量を求める（ステップＳ１６）。この後の工程は、上記第１の実施形態と同様である。
【００６５】
このように、本実施の形態では、各波長帯域毎の像信号から計測されたマーク位置を像信号がもつ対称性の度合い及び／又はコントラストを重みとして加重平均しているため、対称性の度合いが小さい信号や、図１１（ｂ）に示すようなコントラストがなく（または小さく）、信頼性に乏しい信号の悪影響を小さく抑えることができ、ウエハマークＷＭの位置を高精度に計測することが可能になる。
【００６６】
なお、上記第１、第２の実施形態では、選択した像信号を加工せずにそのまま使用する構成としたが、第３の実施形態と同様に、選択した像信号に対して例えば正負を反転させるような加工を行った後に、合成・加算する手順とすることも可能である。さらに、対称性が最良となる複数の像信号の組み合わせを選択した後に、第４の実施形態と同様に、複数の像信号毎にマーク位置を計測し、これらの計測結果を信号毎の対称性の度合いやコントラストの少なくとも一方を重みとして加重平均演算する手順としてもよい。さらに、上記第３の実施形態についても、加工した像信号毎にマーク位置を計測し、これらの計測結果を信号毎の対称性の度合いやコントラストの少なくとも一方を重みとして加重平均演算する手順としてもよい。この加重平均演算に関しては、上記第４の実施形態では、像信号がもつ対称性の度合い及びコントラストの双方を重みとして加重平均したが、これに限られるものではなく、何れか一方のみを重みとして加重平均演算する手順としてもよい。
【００６７】
また、上記第３、第４の実施形態では、ダイクロイックミラー７６及び分離された波長帯域にそれぞれ対応する複数の撮像素子６５を用いる構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば一つカラーＣＣＤを設け、カラーＣＣＤに設けられる各色のフィルターにより反射光の波長帯域を分離して、波長帯域毎に像信号を検出する構成としてもよい。
【００６８】
また、上記実施の形態では、本発明の位置計測装置をＦＩＡ方式のアライメント系に適用する構成としたが、例えば特許第２７７３１４７号等で公知のいわゆるＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ　Ｓｔｅｐ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメント系に対しても適用可能であり、この場合、アライメントマークにより回折または散乱した光の信号を、上記ＦＩＡ方式の像信号と同様に扱えばよい。
【００６９】
なお、本実施の形態の基板としては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハＷのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。
【００７０】
露光装置１０としては、レチクルＲとウエハＷとを同期移動してレチクルＲのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニング・ステッパー；ＵＳＰ５，４７３，４１０）の他に、レチクルＲとウエハＷとを静止した状態でレチクルＲのパターンを露光し、ウエハＷを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパー）にも適用することができる。また、本発明はウエハＷ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
【００７１】
露光装置１０の種類としては、ウエハＷに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
【００７２】
また、露光用光源としては、超高圧水銀ランプから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０４．ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）、Ａｒ２レーザ（１２６ｎｍ）のみならず、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。また、ＹＡＧレーザや半導体レーザ等の高調波などを用いてもよい。
【００７３】
例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を露光光として用いてもよい。なお、単一波長レーザの発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
【００７４】
また、レーザプラズマ光源、又はＳＯＲから発生する波長５〜５０ｎｍ程度の軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｕｌｔｒａ　Ｖｉｏｌｅｔ）光を露光光として用いてもよく、ＥＵＶ露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学系が複数枚（例えば３〜６枚程度）の反射光学素子（ミラー）のみからなる縮小系となっている。
【００７５】
投影光学系ＰＬは、縮小系のみならず等倍系および拡大系のいずれでもよい。
また、投影光学系ＰＬは屈折系、反射系、及び反射屈折系のいずれであってもよい。なお、露光光の波長が２００ｎｍ程度以下であるときは、露光光が通過する光路を、露光光の吸収が少ない気体（窒素、ヘリウムなどの不活性ガス）でパージすることが望ましい。また電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真空状態にすることはいうまでもない。
【００７６】
ウエハステージ２３やレチクルステージ２２にリニアモータ（ＵＳＰ５，６２３，８５３またはＵＳＰ５，５２８，１１８参照）を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージ２２、２３は、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。
【００７７】
各ステージ２２、２３の駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージ２２、２３を駆動する平面モータを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージ２２、２３に接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージ２２、２３の移動面側に設ければよい。
【００７８】
ウエハステージ２３の移動により発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−１６６４７５号公報（ＵＳＰ５，５２８，１１８）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
レチクルステージ２２の移動により発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−３３０２２４号公報（ＵＳ　Ｓ／Ｎ　０８／４１６，５５８）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
【００７９】
以上のように、本願実施形態の露光装置１０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。なお、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。
【００８０】
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図１０に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、シリコン材料からウエハを製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光する露光処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る位置計測装置は、複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された信号のもつ対称性に基づいて波長帯域を選択して被計測部の位置情報を計測する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、広い波長帯域の光を用いる場合でも、対称性に劣る波長帯域の信号に起因する悪影響を排除して、被計測部の位置計測精度が低下することを防止できるという効果を奏する。
【００８２】
請求項２に係る位置計測装置は、互いに異なる波長帯域をもつ複数の検知ビームをそれぞれ用いて被計測部を検出する構成になっている。
これにより、この位置計測装置では、複数の検知ビームをそれぞれ用いて被計測部を検出することで、対称性に劣る波長帯域の信号に起因する悪影響を排除して、被計測部の位置計測精度が低下することを防止できるという効果を奏する。
【００８３】
請求項３に係る位置計測装置は、広帯域ビームが被計測部に至る前に、広帯域ビームを選択された波長帯域に設定する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、被計測部に至る前に選択された広帯域ビームを用いて、対称性に劣る波長帯域の信号に起因する悪影響を排除して、被計測部の位置計測精度が低下することを防止できるという効果を奏する。
【００８４】
請求項４に係る位置計測装置は、複数の波長成分を含む検知ビームを被計測部に対して照射し、照射により被計測部から発生したビームを複数の波長帯域毎に分離して検出し、検出されたそれぞれの信号がもつ対称性に基づいて波長帯域を選択する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、被計測部から発生したビームを複数の波長帯域毎に分離して検出することで、対称性に劣る波長帯域の信号に起因する悪影響を排除して、被計測部の位置計測精度が低下することを防止できるという効果を奏する。
【００８５】
請求項５に係る位置計測装置は、波長帯域毎に検出された複数の信号のうち、対称性が最良となる複数の信号の組み合わせに基づいて、複数の波長帯域を選択する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、被計測部の位置情報を最良の組み合わせで計測できるという効果を奏する。
【００８６】
請求項６に係る位置計測装置は、選択された複数の波長帯域にそれぞれ対応する複数の信号を合成し、合成信号に基づいて位置情報を計測する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、最良の組み合わせを合成した信号で被計測部の位置情報を計測できるという効果を奏する。
【００８７】
請求項７に係る位置計測装置は、選択された複数の波長帯域に対応する複数の信号のうちの少なくとも１つの正負を反転させて合成を行う構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、正負が反転する像信号が検出された場合でも、大きなコントラストが得られることになり、単に像信号を加工した場合のように、計測精度が低下したり、再計測が必要になりスループットが低下する等の不具合の発生を防止することができる。
【００８８】
請求項８に係る位置計測装置は、選択された複数の波長帯域にそれぞれ対応する複数の信号毎に位置情報を計測し、計測結果を信号毎の対称性の度合いを重みとして加重平均演算する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、信頼性に乏しい信号の悪影響を小さく抑えることができ、被計測部の位置情報を高精度に計測できるという効果が得られる。
【００８９】
請求項９に係る位置計測装置は、信号のコントラストも利用して、波長帯域の選択を行う構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、コントラスト不足等に起因する計測精度低下の影響を排除して、より正確な位置情報計測が可能になるという効果を奏する。
【００９０】
請求項１０に係る位置計測装置は、複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された複数の信号のうち、少なくとも１つの信号を加工する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、加工前の信号により位置情報の計測精度が低下することを防止できるという効果が得られる。
【００９１】
請求項１１に係る位置計測装置は、信号の正負を反転させる構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、他の信号に対して正負が反転した信号により位置情報の計測精度が低下することを防止できるという効果が得られる。
【００９２】
請求項１２に係る位置計測装置は、加工された信号とそれ以外の信号とを合成し、合成信号に基づいて位置情報を計測する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、正負が反転する像信号が検出された場合でも、大きなコントラストが得られることになり、単に像信号を加工した場合のように、計測精度が低下したり、再計測が必要になりスループットが低下する等の不具合の発生を防止することができる。
【００９３】
請求項１３に係る位置計測装置は、複数の信号毎に計測された位置情報と、加工信号に基づいて計測された位置情報とを、各信号がもつ対称性の度合いとコントラストとの少なくとも一方を重みとして加重平均演算する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、信頼性に乏しい信号の悪影響を小さく抑えることができ、被計測部の位置情報を高精度に計測できるという効果が得られる。
【００９４】
請求項１４に係る位置計測装置は、計測された複数の位置情報を、各信号がもつ対称性の度合いとコントラストとの少なくとも一方を重みとして加重平均演算する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、信頼性に乏しい信号の悪影響を小さく抑えることができ、被計測部の位置情報を高精度に計測できるという効果が得られる。
【００９５】
請求項１５に係る位置計測装置は、複数の波長成分を含む検知ビームを被計測部に対して照射し、照射により被計測部から発生したビームを複数の波長帯域毎に分離して検出する構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、被計測部から発生したビームを複数の波長帯域毎に分離して検出された信号に対して、加工前の信号により位置情報の計測精度が低下することを防止できるという効果が得られる。
【００９６】
請求項１６に係る位置計測装置は、対称性が各信号を折り返して自己相関した相関値、又は各信号を左右反転させて自己相関した相関値、又は位置に対する各信号の空間周波数帯依存性に基づき求められる構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、各信号を折り返して自己相関した相関値、又は各信号を左右反転させて自己相関した相関値、又は位置に対する各信号の空間周波数帯依存性に基づいて求めた信号の対称性に劣る波長帯域の信号に起因する悪影響を排除して、被計測部の位置計測精度が低下することを防止できるという効果を奏する。
【００９７】
請求項１７に係る位置計測装置は、信号が被計測部を検知ビームで照明して撮像した撮像信号である構成となっている。
これにより、この位置計測装置では、広い波長帯域の光を用いる場合でも、対称性に劣る波長帯域の撮像信号に起因する悪影響を排除して、被計測部の位置計測精度が低下することを防止できるという効果を奏する。
【００９８】
請求項１８に係る露光装置は、請求項１から１７の何れか一項に記載の位置計測装置を有する構成となっている。
これにより、この露光装置では、マークの位置計測に基づくマスクと基板との位置合わせ精度も向上させることができ、基板上に露光形成されるパターン位置、線幅等の露光精度を向上させることができる。
【００９９】
請求項１９に係る位置計測方法は、複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された信号のもつ対称性に基づいて波長帯域を選択して被計測部の位置情報を計測する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、広い波長帯域の光を用いる場合でも、対称性に劣る波長帯域の信号に起因する悪影響を排除して、被計測部の位置計測精度が低下することを防止できるという効果を奏する。
【０１００】
請求項２０に係る位置計測方法は、互いに異なる波長帯域をもつ複数の検知ビームをそれぞれ用いて被計測部を検出する手順になっている。
これにより、この位置計測方法では、複数の検知ビームをそれぞれ用いて被計測部を検出する場合でも、対称性に劣る波長帯域の信号に起因する悪影響を排除して、被計測部の位置計測精度が低下することを防止できるという効果を奏する。
【０１０１】
請求項２１に係る位置計測方法は、複数の波長成分を含む検知ビームを被計測部に対して照射し、照射により被計測部から発生したビームを複数の波長帯域毎に分離して検出し、検出されたそれぞれの信号がもつ対称性に基づいて波長帯域を選択する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、被計測部から発生したビームを複数の波長帯域毎に分離して検出することで、対称性に劣る波長帯域の信号に起因する悪影響を排除して、被計測部の位置計測精度が低下することを防止できるという効果を奏する。
【０１０２】
請求項２２に係る位置計測方法は、波長帯域毎に検出された複数の信号のうち、対称性が最良となる複数の信号の組み合わせに基づいて、複数の波長帯域を選択する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、被計測部の位置情報を最良の信号で計測できるという効果を奏する。
【０１０３】
請求項２３に係る位置計測方法は、選択された複数の波長帯域にそれぞれ対応する複数の信号を合成し、合成信号に基づいて位置情報を計測する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、最良の組み合わせを合成した信号で被計測部の位置情報を計測できるという効果を奏する。
【０１０４】
請求項２４に係る位置計測方法は、複数の波長帯域毎にそれぞれ検出された複数の信号のうち、少なくとも１つの信号を加工する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、加工前の信号により位置情報の計測精度が低下することを防止できるという効果が得られる。
【０１０５】
請求項２５に係る位置計測方法は、正負を反転させた信号とそれ以外の信号とを合成し、合成信号に基づいて位置情報を計測する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、正負が反転する像信号が検出された場合でも、大きなコントラストが得られることになり、単に像信号を加工した場合のように、計測精度が低下したり、再計測が必要になりスループットが低下する等の不具合の発生を防止することができる。
【０１０６】
請求項２６に係る位置計測方法は、計測された複数の位置情報を、各信号がもつ対称性の度合いとコントラストとの少なくとも一方を重みとして加重平均演算する手順となっている。
これにより、この位置計測方法では、信頼性に乏しい信号の悪影響を小さく抑えることができ、被計測部の位置情報を高精度に計測できるという効果が得られる。
【０１０７】
請求項２７に係る露光方法は、請求項１９から２６の何れか一項に記載の位置計測方法を用いて基板上のマークの位置情報を計測する手順となっている。
これにより、この露光方法では、マークの位置計測に基づくマスクと基板との位置合わせ精度も向上させることができ、基板上に露光形成されるパターン位置、線幅等の露光精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る露光装置の全体構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る位置計測装置としてのウエハアライメント系の構成例を示す図である。
【図３】複数の抽出フィルタで抽出される波長帯域の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るマーク位置計測のフローチャート図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るウエハアライメント系の構成例を示す図である。
【図６】本発明の第３及び第４の実施形態に係るウエハアライメント系の構成例を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るマーク位置計測のフローチャート図である。
【図８】本発明の別の実施形態に係るウエハアライメント系の構成例を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るマーク位置計測のフローチャート図である。
【図１０】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は波長帯域毎の信号強度を示す図であり、（ｄ）は各信号が合成されたときの信号強度を示す図である。
【符号の説明】
Ｓ１、Ｓ１２　検出工程
Ｓ２　選択工程
Ｓ５、Ｓ１６、Ｓ２１　計測工程
Ｓ１４　加工工程
Ｓ２２　演算工程
Ｒ　レチクル（マスク）
Ｗ　ウエハ（基板）
ＷＡ　ウエハアライメント系（位置計測装置）
ＷＭ　ウエハマーク（被計測部、マーク）
１０　露光装置
２４　主制御ユニット（選択手段、計測手段、加工手段、演算手段、位置合わせ手段）
５１　光源
５５　フィルタ機構（波長設定手段）
５８　照明系（検出手段）
６６　結像系（検出手段）
【図１】
2004103932.tif 000003
【図２】
2004103932.tif 000004
【図３】
2004103932.tif 000005
【図４】
2004103932.tif 000006
【図５】
2004103932.tif 000007
【図６】
2004103932.tif 000008
【図７】
2004103932.tif 000009
【図８】
2004103932.tif 000010
【図９】
2004103932.tif 000011
【図１０】
2004103932.tif 000012
【図１１】
2004103932.tif 000013