(57)【要約】【課題】被検面の領域のデフォーカス量を精度良く検出する。【解決手段】ステップ６０７において、反射率が均一な面の像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）と、反射率が均一でない面の像強度分布データ列関数Ｆ（Ｎ）から、検出対象の反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）を推定する。そして、ステップ６１３において、その推定結果が収束してきたら、反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）の推定を終了し、ステップ６１７において、反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）に基づいて被検面の領域のデフォーカス量を算出する。【選択図】図１２
2005116581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出方法であって、
前記検出光学系のガウス像面上に前記物体の被検面の一部の領域を位置させる第１工程と；
前記第１工程を行った後に、前記検出光学系に対する前記領域のフォーカス状態を計測する第２工程と；
前記第２工程の計測結果に基づいて、前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を決定する第３工程と；を含む検出方法。
【請求項２】
前記第３工程は、
前記第２工程の計測結果に基づいて、前記領域が前記検出光学系に対する合焦位置に位置しているか否かを判別する判別工程と；
前記判別工程において、前記領域が前記検出光学系に対する合焦位置に位置していないと判別した場合には、前記検出光学系の光軸方向に関する前記検出光学系と前記領域との相対位置を調整して、前記領域を前記合焦位置に位置させる制御工程と；を含むことを特徴とする請求項１に記載の検出方法。
【請求項３】
前記第３工程で決定された前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を、記憶装置に記憶させる第４工程と；
前記被検面上の前記領域とは他の領域の前記検出光学系に対するフォーカス状態を計測する際には、前記第４工程で記憶された合焦位置に基づいて、前記他の領域を位置させる第５工程と；を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の検出方法。
【請求項４】
前記第３工程を行った後、
前記第３工程で決定された前記検出光学系に対する合焦位置とは異なる位置に前記領域を位置させた状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像工程を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項５】
前記撮像工程では、
前記マークを撮像する際の前記領域の位置を、前記マークの撮像結果におけるコントラストが最大となる位置とすることを特徴とする請求項４に記載の検出方法。
【請求項６】
前記第３工程を行った後、
前記第３工程で決定された前記検出光学系に対する合焦位置に前記領域を位置させた状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像工程を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項７】
物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出方法であって、
前記物体の被検面の一部の領域近傍の被計測領域に対して所定の結像光束を照射し、前記被計測領域からの反射光束に応じた信号を検出する第１工程と；
前記第１工程で検出された信号に含まれる、前記被計測領域の表面形状のみに依存する第１信号及び前記表面形状に依存しない第２信号の少なくとも一方を推定する第２工程と；
前記推定された前記第１信号及び前記第２信号の少なくとも一方に基づいて、前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態を求める第３工程と；を含む検出方法。
【請求項８】
前記第２工程に先立って、
反射率がほぼ一様な基準面に対して前記所定の結像光束を照射し、該照射によって得られる反射光束に応じた信号を検出する第４工程を更に含み、
前記第２工程では、前記第４工程で検出された信号を用いて、前記推定を行うことを特徴とする請求項７に記載の検出方法。
【請求項９】
前記第４工程では、
前記検出光学系に対する前記基準面のフォーカス位置を順次変更しながら、前記所定の結像光束を照射し、該照射によって得られる反射光束に応じた信号を、前記フォーカス位置が変更される毎に検出し、
前記第２工程では、前記第４工程で検出された複数の信号のうちの一部を選択し、該選択された信号で、前記第１工程で検出された信号を除算又は減算することにより、前記第１信号を推定することを特徴とする請求項８に記載の検出方法。
【請求項１０】
前記第２工程では、
前記第１信号のみに基づいて前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態に関する第１情報を求め、
前記第２信号のみに基づいて前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態に関する第２情報を求め、
前記第１情報と前記第２情報とがほぼ所定の関係となるまで、前記推定を継続することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項１１】
前記所定の関係は、
前記第２情報が、前記第１情報の２倍となる関係であることを特徴とする請求項１０に記載の検出方法。
【請求項１２】
前記第３工程では、
前記第１工程で検出された信号に対する前記第１信号又は前記第２信号の寄与度に応じて、前記第１信号及び前記第２信号の少なくとも一方を選択し、
選択された信号に基づいて前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態を求めることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項１３】
前記寄与度は、前記第１信号及び前記第２信号各々の振幅に関する情報を含むことを特徴とする請求項１２に記載の検出方法。
【請求項１４】
前記第１工程で検出された信号は、複数の撮像素子によって得られた輝度値を含み、
前記寄与度は、前記第１信号及び前記第２信号各々の前記各輝度値の標準偏差と、前記第１工程で検出された信号の前記各輝度値の標準偏差との関係から求められることを特徴とする請求項１３に記載の検出方法。
【請求項１５】
前記第３工程では、
前記第１工程で検出された信号に対する前記第１信号及び前記第２信号の寄与度に応じた重みを用いて、前記第１信号から求められたフォーカス状態と、前記第２信号から求められたフォーカス状態とを重み付け平均することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項１６】
前記第３工程を行った後、
前記第３工程で求められたフォーカス状態に基づき決定された前記検出光学系に対する合焦位置に前記領域を位置させた状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する第５工程と；を更に含むことを特徴とする請求項７〜１５のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項１７】
パターンを、移動体に保持された物体に転写する露光方法であって、
請求項４〜６、１６のいずれか一項に記載の検出方法を用いて、前記移動体上のマークの位置情報を検出する工程と；
前記検出結果に基づいて、前記移動体に保持された物体の位置制御を行いつつ、前記パターンを前記物体に転写する工程と；を含む露光方法。
【請求項１８】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、
前記リソグラフィ工程では、請求項１７に記載の露光方法を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１９】
物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出装置であって、
前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体と前記検出光学系との相対位置を調整する調整装置と；
前記調整装置の調整により、前記検出光学系のガウス像面上に前記物体の被検面の一部の領域が位置した状態で、前記検出光学系に対する前記領域のフォーカス状態を計測する計測装置と；
前記計測装置の計測結果に基づいて、前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を決定する決定装置と；を備える検出装置。
【請求項２０】
前記決定装置によって決定された前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を記憶する記憶装置を更に備え、
前記調整装置の調整により、前記被検面の前記領域とは異なる他の領域が、前記記憶装置に記憶された合焦位置に位置した状態で、前記計測装置が、前記検出光学系に対する前記他の領域のフォーカス状態を計測することを特徴とする請求項１９に記載の検出装置。
【請求項２１】
前記調整装置の調整により、前記決定装置によって決定された前記検出光学系に対する合焦位置とは異なる位置に、前記領域が位置した状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像装置を更に備えることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の検出装置。
【請求項２２】
前記調整装置の調整により、前記決定装置によって決定された前記検出光学系に対する合焦位置に、前記領域が位置した状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像装置を更に備えることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の検出装置。
【請求項２３】
物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出装置であって、
前記物体の被検面の一部の領域近傍の被計測領域に対して所定の結像光束を照射し、前記被計測領域からの反射光束に応じた信号を検出する信号検出装置と；
前記信号検出装置によって検出された信号に含まれる、前記被計測領域の表面形状のみに依存する第１信号及び前記表面形状に依存しない第２信号の少なくとも一方を推定する推定装置と；
前記推定された前記第１信号及び前記第２信号の少なくとも一方に基づいて、前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態を求める算出装置と；を備える検出装置。
【請求項２４】
前記信号検出装置が、反射率がほぼ一様な基準面に対し、前記所定の結像光束を照射することによって得られる反射光束に応じた信号を、前記検出光学系に対する複数の異なるフォーカス位置に対応する信号として記憶する記憶装置を更に備え、
前記推定装置は、前記記憶装置に記憶された複数の信号のうちの一部を選択し、該選択された信号で、前記信号検出装置で検出された信号を除算又は減算することにより、前記第１信号を推定することを特徴とする請求項２３に記載の検出装置。
【請求項２５】
前記調整装置の調整により、前記算出装置によって求められたフォーカス状態に基づいて決定された前記検出光学系に対する合焦位置に、前記領域が位置した状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像装置を更に備えることを特徴とする請求項２３又は２４に記載の検出装置。
【請求項２６】
パターンを、移動体に保持された物体に転写する露光装置であって、
請求項２１、２２、２５のいずれか一項に記載の検出装置と；
前記検出装置の検出結果から得られる前記移動体上のマークの位置情報に基づいて前記移動体に保持された物体の位置制御を行いつつ、前記パターンを前記物体に転写する転写装置と；を備える露光装置。
【請求項２７】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、
前記リソグラフィ工程では、請求項２６に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出方法、露光方法、検出装置、露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出方法、該検出方法を用いる露光方法、物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出装置、該検出装置を備える露光装置、並びに前記露光方法及び前記露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、「ウエハ」と総称する）上に転写する露光装置、例えばステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、このステッパに改良を加えたステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）等の逐次移動型の投影露光装置が主として用いられている。
【０００３】
半導体素子等を製造する場合には、異なる回路パターンをウエハ上に幾層にも積み重ねて形成するため、回路パターンが形成されたレチクルと、ウエハ上の各ショット領域に既に形成されたパターンとを正確に重ね合わせることが重要となる。
【０００４】
パターンの正確な重ね合わせを行うためには、まず、第１に、回路パターンが形成されたレチクルの位置を正確に検出する必要がある。レチクルの位置検出については、レチクル上に形成された位置合わせマーク（アライメントマーク）の位置を検出することにより行われるが、この場合には、検出光束として露光光を用いるものが一般的である。例えば、露光光をレチクル上に形成されたアライメントマークに照射し、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ＶＲＡ（Visual Reticle Alignment）方式のセンサなどが知られている。
【０００５】
また、第２に、ウエハ上に回路パターンとともに形成された位置合わせ用のマーク（アライメントマーク、以下、適宜「ウエハマーク」ともいう）の位置を正確に検出する必要がある。このアライメントマークの位置を検出するウエハアライメント系としては、種々の方式が知られている。最近では、例えば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）系のオフアクシス・アライメントセンサなどが比較的多く用いられている。このＦＩＡ系のアライメントセンサによると、レジスト層による薄膜干渉の影響を受けず、アルミマークや非対称マーク等についても高精度な位置検出が可能である。
【０００６】
これらの光学式アライメントセンサを用いたレチクルとウエハとのアライメントは、概略次の手順で行われる。まず、レチクル上のアライメントマークの像をウエハステージ上の基準マークの投影光学系を介した像と同時にＶＲＡセンサで検出し、その検出結果に基づいてレチクルパターンの投影位置を算出する。次に、ウエハステージを例えば所定距離移動して例えば上述のＦＩＡ系のセンサでウエハステージ上の基準マークを検出し、その検出結果及びその検出時のウエハステージの位置情報と、上記算出結果と、ベースラインの設定値とに基づいてＦＩＡ系のベースラインを求める。しかる後、ウエハ上のアライメントマークをＦＩＡ系のセンサで検出し、その検出結果とその検出時のウエハステージの位置座標とに基づいて、所定の演算処理を行い、ウエハ上の各ショット領域の位置座標を求める。
【０００７】
そして、上記の結果をもとに、レチクル（レチクルステージ）とウエハ（ウエハステージ）との相対位置関係を制御して、ステップ・アンド・リピート方式又はステップ・アンド・スキャン方式で露光を行えば、ウエハ上の各ショット領域にレチクルのパターンを順次重ね合せて転写することが可能となる。
【０００８】
最近では、このレチクルとウエハとの位置合わせ（アライメント）に対する要求精度は、パターンの微細化と共に厳しくなっており、これに伴い、アライメントマークの位置検出に対する要求精度も厳しくなってきている。そのような要求精度の高度化に応えるために考慮すべき点としては、様々なものがあるが、特に重要な点の１つに、結像式のアライメントセンサに対するウエハ上のアライメントマークのフォーカス位置がある。すなわち、上述したような結像式のアライメントセンサを用いたアライメントマークの位置検出に際しては、最良（ベスト）フォーカス位置でアライメントマークの検出を行うのが精度の観点から見れば望ましい。
【０００９】
そこで、従来より、結像式のアライメントセンサには、アライメントマークをその最良フォーカス位置に位置させるためのオートフォーカス機構が設けられている。このオートフォーカス機構では、まず、例えばスリットなどを介した照明光束、すなわち所定形状の像を結像するための結像光束を、アライメントセンサの対物レンズなどの検出光学系を介してウエハ上の被検面上に形成されたアライメントマークの近傍に照射する。そして、アライメントセンサの検出光学系を介したその結像光束の反射光束を、アライメントセンサの検出光学系の瞳共役位置に設けられた瞳分割プリズム等の光束分割部材によって左右に分割する。更に、この分割された２つの分割光束を、例えば１次元ＣＣＤによりなるラインセンサ等の撮像素子で受光する。これにより、２つの分割光束による所定形状の像が、その撮像素子の受光面に、ある間隔を置いて形成される。なお、この撮像素子の受光面は、アライメントセンサの検出光学系に対し、ウエハの被検面が合焦位置にある状態で、上記像の形状を規定するスリット等の位置と共役な位置となるように配置されており、その状態で、そのスリット像が撮像素子の受光面に結像するように設定されている。
【００１０】
この撮像素子に入射する反射光束は、上記光束分割部材によってテレセントリック性が崩されているため、アライメントセンサの検出光学系の光軸方向にウエハが変位すると、撮像素子の受光面上に結像される２つのスリット像の間隔が変化する。このような性質を利用して、撮像素子の受光面における２つのスリット像の間隔を計測すれば、アライメントセンサの検出光学系の光軸方向に関するウエハの被検面上のアライメントマークの位置（フォーカス位置）を検出することが可能となる。
【００１１】
具体的には、このオートフォーカス機構では、各スリット像に対応する像強度分布の重心位置が求められ、２つのスリット像にそれぞれ対応する像強度分布の中心、例えば重心位置の間隔（以下、適宜、「２つのスリット像の間隔」と略述する）が計測される。ここで、アライメントセンサの検出光学系に対し、ウエハの被検面がその最良フォーカス位置に位置する場合に得られる２つのスリット像の間隔が既知（設計値）であるとすると、計測された２つのスリット像の間隔と、最良フォーカス位置での２つのスリット像の間隔との差が、アライメントセンサの検出光学系に対する被検面の最良フォーカス位置からのデフォーカス量に対応することとなる。
【００１２】
そこで、オートフォーカス機構は、計測された２つのスリット像の間隔と、最良フォーカス位置での２つのスリット像の間隔（例えば設計値として予め求められている既知の間隔）との差を求め、その差を実際のデフォーカス量に変換するための変換係数を用いて、アライメントセンサの検出光学系の最良フォーカス位置からのデフォーカス量を求め、求められたデフォーカス量に基づいて、アライメントセンサの検出光学系の光軸方向に関するウエハの位置を調整している（例えば、特許文献１〜４参照）。
【００１３】
ところで、このような所定の結像光束の照射位置（被計測領域）は、通常、検出対象となるアライメントマークが形成された領域の近傍のウエハＷ上のストリートライン上となるように設定されている。最近では、露光精度の高度化などのために、ストリートライン上においても、検出対象のアライメントマークの近傍に、様々なマーク（例えば、アライメントマークを、アライメントセンサの検出視野内に確実に位置させるために行われるサーチアライメント用のマークや、他のアライメントマーク）が多数形成されるようになってきている。この場合、上述したウエハＷ上の所定の結像光束の照射位置（すなわちスリット像が形成される位置）に、たまたま他のマークが設けられていることも考えられるため、それらのマークが、デフォーカス量の算出値に影響を与えるのではないかということが懸念されている。
【特許文献１】特開平１−２０２７０８号公報
【特許文献２】特開平６−２１４１５０号公報
【特許文献３】特開平１０−２２３５１７号公報
【特許文献４】特開２００１−２５７１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、検出光学系に対する被検面を精度良く検出することができる検出方法を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第２の目的は、高精度な露光を実現することができる露光方法を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の第３の目的は、検出光学系に対する被検面を精度良く検出することができる検出装置を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の第４の目的は、高精度な露光を実現することができる露光装置を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の第５の目的は、高集積度のデバイスを生産することができるデバイス製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決すべく、本発明者は、所定の結像光束の照射位置にマークが形成されていた場合に、そのマークがデフォーカス量の算出に対してどのような影響を及ぼしているかについての解析を行なった。以下に、その解析の結果について、図１（Ａ）、図１（Ｂ）を参照して説明する。
【００２０】
図１（Ａ）には、上述の結像光束がウエハＷ上の不図示のウエハマーク周辺に照射されたときの様子が示されている。この図１（Ａ）では、アライメントセンサの検出光学系（以下、単に、「検出光学系」と称する）の光軸方向に関するアライメントマークの位置（フォーカス位置）が、検出光学系のガウス像面（物体面に対し、検出光学系が有する唯一つの像面であり、その像面位置が、計測対象となるウエハマークの構造に依存して変動することが無い像面）に対応する位置を原点として、縦軸として示されており、この縦軸に沿って、上から、ウエハＷが検出光学系のガウス像面よりも上側に位置する状態、ガウス像面（フォーカス位置が０）に位置する状態、ガウス像面よりも下側に位置する状態の３つの状態が模式的に示されている。
【００２１】
また、ウエハＷには、すでに回路パターン等が形成されており、図１（Ａ）では、その回路パターン等の一例として、ウエハマークの一部としての下地パターンＰｔ（ストリートライン上のマーク）が、代表的に示されている。下地パターンＰｔが形成されている部分は、他の部分に比べて反射率が高くなっている。ウエハＷには、表面上に更にフォトレジスト層や反射防止膜などが形成されているが、図１（Ａ）では、その図示が省略されている。また、ウエハＷの表面の反射率は、このフォトレジストの下地の反射率と等価なので、以下では、この反射率を、適宜、「下地反射率」とも呼ぶものとする。
【００２２】
図１（Ａ）に示されるように、ウエハＷには、例えばスリット状の結像光束（所定の結像光束）として、実線の矢印で示されるように、右斜め上側から所定の入射角を有する斜入射光が入射している。この斜入射光により、ウエハＷの表面上には、二点鎖線で示されるスリット像が形成される。
【００２３】
ウエハＷで反射したこの結像光束の反射光束は、前述したように、検出光学系（対物レンズなど）を経て、前述したような光束分割部材で２つの分割光束に分割された後、スリット像として、撮像素子の受光面上に結像する。これにより、撮像素子から、２つの分割光束の像が結像したときの撮像素子の受光面上の光強度分布を表す信号が出力されるようになる。
【００２４】
図１（Ｂ）には、ウエハＷが図１（Ａ）に示される３つの状態にあるときに、撮像素子から出力される光強度分布を示す信号の一例がそれぞれ示されている。図１（Ｂ）に示されるように、撮像素子から出力される信号には、２つのピークＰA，ＰBが表れている。この２つのピークＰA，ＰBは、前述の反射光束によるスリット像に対応しているので、以下では、これらを「スリット像ＰA，ＰB」と呼ぶものとする。このスリット像ＰA，ＰBは、そのスリット像間に鏡面を置いたときに、その鏡面に対して対称である（いわゆる鏡映対称性を有している）。
【００２５】
ここで、ウエハＷが検出光学系のガウス像面に位置する場合に、この２つのスリット像ＰA，ＰBの間隔をｄAとする。ウエハＷが検出光学系のガウス像面よりもその検出光学系寄りに位置する場合には、その間隔はｄAよりも大きいｄUとなり、ウエハＷが検出光学系のガウス像面よりも検出光学系から遠くなる方向に位置する場合には、ｄAよりも小さいｄLとなる。また、特に図１（Ｂ）では図示が省略されているが、最良フォーカス位置にウエハマークが位置するときに、撮像素子の受光面の光強度分布に対応する信号に現れる２つのスリット像ＰA，ＰBの間隔ｄ0が予め求められているものとする。
【００２６】
前述したように、オートフォーカス機構は、各状態における２つのスリット像ＰA，ＰBの間隔ｄU，ｄA，ｄLとｄ0との差、例えばｄU−ｄ0にデフォーカス量への変換係数を乗ずることにより、ウエハＷの被検面を最良フォーカス位置に位置させるための符号付きデフォーカス量を求めている（その符号は、ｄU，ｄA，ｄLとｄ0との大小関係によって決まる）。
【００２７】
ところで、下地パターンＰｔと他の部分との反射率の違いにより、撮像素子の受光面に結像される２つのスリット像ＰA，ＰBの像強度分布は不均一となる。図１（Ｂ）では、下地パターンＰｔによってもたらされるスリット像ＰA，ＰBの像強度分布の不均一性が、スリット像ＰA，ＰB上の３つの突起として模式的に表されている。
【００２８】
また、図１（Ａ）に示されるように、ウエハＷのフォーカス位置に応じて、２点鎖線で示されるスリット像のウエハＷ上の結像位置は、ウエハＷの表面上をずれていくが、下地パターンＰｔの位置は、ウエハＷのフォーカス位置に関わらず、常に一定である。このため、ウエハＷが検出光学系のガウス像面上に位置している場合に、右上から入射した斜入射光に対するスリット像の中心部からの反射光と、下地パターンＰｔの中心部からの反射光とが、互いに一致していたとしても、ウエハＷが検出光学系のガウス像面よりも上側に位置している場合には、右上から入射した斜入射光に対するスリット像の中心部からの反射光（実線）と、下地パターンＰｔの中心部からの反射光（点線）とは、ウエハＷがアライメントセンサの検出光学系のガウス像面上に位置しているときよりも右側にずれる。そして、そのずれ方については、下地パターンＰｔの中心部からの反射光が、スリット像の中心部からの反射光の半分となる。また、ウエハＷが検出光学系のガウス像面よりも下側に位置している場合には、斜入射光に対するスリット像の中心部からの反射光（実線）と、下地パターンＰｔの中心部からの反射光（点線）とは、ウエハＷがアライメントセンサの検出光学系のガウス像面上に位置しているときよりも、左側にずれる。そして、そのずれ方については、下地パターンＰｔの中心部からの反射光が、スリット像の中心部からの反射光の半分となる。
【００２９】
このことから、撮像素子の受光面で結像される２つのスリット像ＰA，ＰBの像強度分布の形状は、検出光学系のガウス像面からのウエハＷのフォーカス方向の位置ずれに応じて変形する。例えば、図１（Ｂ）に示されるように、ウエハＷがその検出光学系のガウス像面に位置するときには、２つのスリット像ＰA，ＰBの３つの突起は、スリット像ＰA，ＰBの中心近辺に現れているが、ウエハＷがそのガウス像面よりも上側（正側）に位置しているときには、２つのスリット像ＰA，ＰBの３つの突起は、スリット像ＰA，ＰB同士の鏡映対称性により、各スリット像に対しそのスリット像の中心から、スリット像ＰAについては右側に、スリット像ＰBについては左側にシフトするようになる。また、ウエハＷが、検出光学系のガウス像面よりも下側（負側）に位置するときには、２つのスリット像ＰA，ＰBの３つの突起は、同じくスリット像ＰA，ＰB同士の鏡映対称性により、各スリット像に対しそのスリット像の中心から、スリット像ＰAについては左側に、スリット像ＰBについては右側にシフトするようになる。すなわち、ウエハＷがアライメントセンサの検出光学系のガウス像面に位置しているときとそうでないときとでは、撮像素子の受光面で結像される２つのスリット像ＰA，ＰBの像強度分布の形状が異なったものとなる。
【００３０】
前述のように、ウエハＷのデフォーカス量は、２つのスリット像ＰA，ＰBの重心位置の間隔によって算出される。したがって、検出光学系のガウス像面からのウエハＷの位置ずれによる２つのスリット像ＰA，ＰBの変形は、２つのスリット像ＰA，ＰBの重心位置の算出に影響を与え、その変形が、検出されるデフォーカス量の検出誤差の要因となってしまう可能性がある。すなわち、図１（Ａ）に示されるように、検出光学系のガウス像面からずれたときの２つのスリット像ＰA，ＰBの重心位置の間隔ｄU，ｄLは、いずれも、フォーカス計測の際のアライメントセンサの検出光学系のガウス像面からのウエハＷの位置ずれに起因した下地パターンＰｔに依存する信号成分による誤差を含むようになり、間隔ｄu，ｄLに基づく符号付きデフォーカス量の信頼性は、必ずしも高いものとはいえなくなる。また、このような２つのスリット像ＰA，ＰBの像強度分布の分布形状のデフォーカスによる変形は、ウエハＷ上への結像光束の照射位置が、ウエハＷのフォーカス位置により異なるため、前もって照射位置を特定し、その下地パターンＰｔに依存する信号成分を予測することも非常に困難である。
【００３１】
本発明は、上述した解析結果によって得られた新規知見に基づいてなされたもので、以下のような構成を採用する。
【００３２】
請求項１に記載の発明は、物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出方法であって、前記検出光学系のガウス像面上に前記物体の被検面の一部の領域を位置させる第１工程と；前記第１工程を行った後に、前記検出光学系に対する前記領域のフォーカス状態を計測する第２工程と；前記第２工程の計測結果に基づいて、前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を決定する第３工程と；を含む検出方法である。
【００３３】
これによれば、第１工程において、物体の被検面上の検出対象の領域を検出光学系のガウス像面上に位置させてから、検出光学系に対するその領域の合焦状態を計測するので、検出光学系に対するその領域のフォーカス状態の計測結果に含まれる、検出光学系のガウス像面からのその領域の位置ずれにより発生する誤差を低減することができる。これにより、そのフォーカス状態に基づいて、被検面上の検出対象となる領域の合焦位置を精度良く検出することができる。
【００３４】
この場合、請求項２に記載の検出方法のごとく、前記第３工程は、前記第２工程の計測結果に基づいて、前記領域が前記検出光学系に対する合焦位置に位置しているか否かを判別する判別工程と；前記判別工程において、前記領域が前記検出光学系に対する合焦位置に位置していないと判別した場合には、前記検出光学系の光軸方向に関する前記検出光学系と前記領域との相対位置を調整して、前記領域を前記合焦位置に位置させる制御工程と；を含むこととすることができる。
【００３５】
上記請求項１又は２に記載の検出方法において、請求項３に記載の検出方法のごとく、前記第３工程で決定された前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を、記憶装置に記憶させる第４工程と；前記被検面上の前記領域とは他の領域の前記検出光学系に対するフォーカス状態を計測する際には、前記第４工程で記憶された合焦位置に基づいて、前記他の領域を位置させる第５工程と；を更に含むこととすることができる。
【００３６】
上記請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出方法において、請求項４に記載の検出方法のごとく、前記第３工程を行った後、前記第３工程で決定された前記検出光学系に対する合焦位置とは異なる位置に前記領域を位置させた状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像工程を更に含むこととすることができる。
【００３７】
この場合、請求項５に記載の検出方法のごとく、前記撮像工程では、前記マークを撮像する際の前記領域の位置を、前記マークの撮像結果におけるコントラストが最大となる位置とすることとすることができる。
【００３８】
上記請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出方法において、請求項６に記載の検出方法のごとく、前記第３工程を行った後、前記第３工程で決定された前記検出光学系に対する合焦位置に前記領域を位置させた状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像工程を更に含むこととすることができる。
【００３９】
請求項７に記載の発明は、物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出方法であって、前記物体の被検面の一部の領域近傍の被計測領域に対して所定の結像光束を照射し、前記被計測領域からの反射光束に応じた信号を検出する第１工程と；前記第１工程で検出された信号に含まれる、前記被計測領域の表面形状のみに依存する第１信号及び前記表面形状に依存しない第２信号の少なくとも一方を推定する第２工程と；前記推定された前記第１信号及び前記第２信号の少なくとも一方に基づいて、前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態を求める第３工程と；を含む検出方法である。
【００４０】
これによれば、第１工程において、物体の被検面の一部の領域近傍の被計測領域に対して所定の結像光束を照射し、前記被計測領域からの反射光束に応じた信号を検出する。そして、第２工程において、第１工程で検出された信号に含まれる、被計測領域の表面形状に依存する第１信号及び表面形状に依存しない第２信号の少なくとも一方を推定する。さらに、第３工程において、推定された第１信号及び第２信号の少なくとも一方に基づいて、検出光学系に対する領域の合焦状態を決定する。このようにすれば、検出光学系のガウス像面からの被計測領域の位置ずれに応じた第１信号と第２信号とのずれ方の違いに関わらず、検出光学系に対するその領域の合焦状態を、精度良く検出することが可能となる。
【００４１】
この場合、請求項８に記載の検出方法のごとく、前記第２工程に先立って、反射率がほぼ一様な基準面に対して前記所定の結像光束を照射し、該照射によって得られる反射光束に応じた信号を検出する第４工程を更に含み、前記第２工程では、前記第４工程で検出された信号を用いて、前記推定を行うこととすることができる。
【００４２】
この場合、請求項９に記載の検出方法のごとく、前記第４工程では、前記検出光学系に対する前記基準面のフォーカス位置を順次変更しながら、前記所定の結像光束を照射し、該照射によって得られる反射光束に応じた信号を、前記フォーカス位置が変更される毎に検出し、前記第２工程では、前記第４工程で検出された複数の信号のうちの一部を選択し、該選択された信号で、前記第１工程で検出された信号を除算又は減算することにより、前記第１信号を推定することとすることができる。
【００４３】
上記請求項７〜９のいずれか一項に記載の検出方法において、請求項１０に記載の検出方法のごとく、前記第２工程では、前記第１信号のみに基づいて前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態に関する第１情報を求め、前記第２信号のみに基づいて前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態に関する第２情報を求め、前記第１情報と前記第２情報とがほぼ所定の関係となるまで、前記推定を継続することとすることができる。
【００４４】
この場合、請求項１１に記載の検出方法のごとく、前記所定の関係は、前記第２情報が、前記第１情報の２倍となる関係であることとすることができる。
【００４５】
上記請求項７〜１１のいずれか一項に記載の検出方法において、請求項１２に記載の検出方法のごとく、前記第３工程では、前記第１工程で検出された信号に対する前記第１信号又は前記第２信号の寄与度に応じて、前記第１信号及び前記第２信号の少なくとも一方を選択し、選択された信号に基づいて前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態を求めることとすることができる。
【００４６】
この場合、請求項１３に記載の検出方法のごとく、前記寄与度は、前記第１信号及び前記第２信号各々の振幅に関する情報を含むこととすることができる。
【００４７】
この場合、請求項１４に記載の検出方法のごとく、前記第１工程で検出された信号は、複数の撮像素子によって得られた輝度値を含み、前記寄与度は、前記第１信号及び前記第２信号各々の前記各輝度値の標準偏差と、前記第１工程で検出された信号の前記各輝度値の標準偏差との関係から求められることとすることができる。
【００４８】
上記請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の検出方法において、請求項１５に記載の検出方法のごとく、前記第３工程では、前記第１工程で検出された信号に対する前記第１信号及び前記第２信号の寄与度に応じた重みを用いて、前記第１信号から求められたフォーカス状態と、前記第２信号から求められたフォーカス状態とを重み付け平均することとすることができる。
【００４９】
上記請求項７〜１５のいずれか一項に記載の検出方法において、請求項１６に記載の検出方法のごとく、前記第３工程を行った後、前記第３工程で求められたフォーカス状態に基づき決定された前記検出光学系に対する合焦位置に前記領域を位置させた状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する第５工程と；を更に含むこととすることができる。
【００５０】
請求項１７に記載の発明は、パターンを、移動体に保持された物体に転写する露光方法であって、請求項４〜６、１６のいずれか一項に記載の検出方法を用いて、前記移動体上のマークの位置情報を検出する工程と；前記検出結果に基づいて、前記移動体に保持された物体の位置制御を行いつつ、前記パターンを前記物体に転写する工程と；を含む露光方法である。
【００５１】
これによれば、請求項４〜６、１６のいずれか一項に記載の検出方法によって良好に撮像されたマークの撮像結果に基づいて検出されたマークの位置情報を用いて、物体の位置制御を行いつつ転写を行うので、高精度な露光を実現することができる。
【００５２】
請求項１８に記載の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、前記リソグラフィ工程では、請求項１７に記載の露光方法を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法である。かかる場合には、請求項１７に記載の露光方法によって露光が行われるため、露光精度が向上するので、高集積度のデバイスを生産することができる。
【００５３】
請求項１９に記載の発明は、物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出装置であって、前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体と前記検出光学系との相対位置を調整する調整装置と；前記調整装置の調整により、前記検出光学系のガウス像面上に前記物体の被検面の一部の領域が位置した状態で、前記検出光学系に対する前記領域のフォーカス状態を計測する計測装置と；前記計測装置の計測結果に基づいて、前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を決定する決定装置と；を備える検出装置である。
【００５４】
これによれば、調整装置によって、物体の被検面上の少なくとも１つの領域を検出光学系のガウス像面上に位置させてから、検出光学系に対するその領域の合焦状態を計測装置によって計測するので、検出光学系のガウス像面からの被検面領域の位置ずれによる誤差を低減することができるようになるため、被検面上の検出対象となる領域を精度良く検出することができる。
【００５５】
この場合、請求項２０に記載の検出装置のごとく、前記決定装置によって決定された前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を記憶する記憶装置を更に備え、前記調整装置の調整により、前記被検面の前記領域とは異なる他の領域が、前記記憶装置に記憶された合焦位置に位置した状態で、前記計測装置が、前記検出光学系に対する前記他の領域のフォーカス状態を計測することとすることができる。
【００５６】
上記請求項１９又は２０に記載の検出装置において、請求項２１に記載の検出装置のごとく、前記調整装置の調整により、前記決定装置によって決定された前記検出光学系に対する合焦位置とは異なる位置に、前記領域が位置した状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像装置を更に備えることとしても良いし、請求項２２に記載の検出装置のごとく、前記調整装置の調整により、前記決定装置によって決定された前記検出光学系に対する合焦位置に、前記領域が位置した状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像装置を更に備えることとしても良い。
【００５７】
請求項２３に記載の発明は、物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出装置であって、前記物体の被検面の一部の領域近傍の被計測領域に対して所定の結像光束を照射し、前記被計測領域からの反射光束に応じた信号を検出する信号検出装置と；前記信号検出装置によって検出された信号に含まれる、前記被計測領域の表面形状のみに依存する第１信号及び前記表面形状に依存しない第２信号の少なくとも一方を推定する推定装置と；前記推定された前記第１信号及び前記第２信号の少なくとも一方に基づいて、前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態を求める算出装置と；を備える検出装置である。
【００５８】
これによれば、信号検出装置によって検出された信号に含まれる、被計測領域の表面形状に依存する第１信号及びその表面形状に依存しない第２信号の少なくとも一方を、推定装置によって推定し、その推定装置によって推定された第１信号及び第２信号の少なくとも一方に基づいて、検出光学系に対するその領域の合焦状態を決定装置によって決定する。このようにすれば、検出光学系のガウス像面から被計測領域の位置ずれに起因する第１信号と第２信号とずれ方の違いに関わらず、検出光学系に対するその領域のフォーカス状態を、精度良く検出することが可能となる。
【００５９】
この場合、請求項２４に記載の検出装置のごとく、前記信号検出装置が、反射率がほぼ一様な基準面に対し、前記所定の結像光束を照射することによって得られる反射光束に応じた信号を、前記検出光学系に対する複数の異なるフォーカス位置に対応する信号として記憶する記憶装置を更に備え、前記推定装置は、前記記憶装置に記憶された複数の信号のうちの一部を選択し、該選択された信号で、前記信号検出装置で検出された信号を除算又は減算することにより、前記第１信号を推定することとすることができる。
【００６０】
上記請求項２３又は２４に記載の検出装置において、請求項２５に記載の検出装置のごとく、前記調整装置の調整により、前記算出装置によって求められたフォーカス状態に基づいて決定された前記検出光学系に対する合焦位置に、前記領域が位置した状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像装置を更に備えることとすることができる。
【００６１】
請求項２６に記載の発明は、パターンを、移動体に保持された物体に転写する露光装置であって、請求項２１、２２、２５のいずれか一項に記載の検出装置と；前記検出装置の撮像結果から得られる前記移動体上のマークの位置情報に基づいて前記移動体に保持された物体の位置制御を行いつつ、前記パターンを前記物体に転写する転写装置と；を備える露光装置である。
【００６２】
これによれば、請求項２１、２２、２５のいずれか一項に記載の検出装置を用いて、移動体とパターンとの位置合わせ用マーク、あるいは物体上に形成されたショット領域の位置合わせ用のマークなどを良好に撮像することができるので、例えば、その撮像結果から得られるマークの位置情報に基づいて移動体に保持された物体の位置制御を行いつつ、パターンを物体に転写すれば、高精度な重ね合わせ露光が可能となる。
【００６３】
請求項２７に記載の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、前記リソグラフィ工程では、請求項２６に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法である。かかる場合には、請求項２６に記載の露光装置によって露光が行われるため、露光精度が向上するので、高集積度のデバイスを生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を、図２〜図９に基づいて説明する。
【００６５】
図２には、本発明に係る検出方法、露光方法を実施するのに好適な第１の実施形態に係る露光装置１００の概略構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。この露光装置１００は、照明系１０、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、物体としてのウエハＷが搭載されるウエハステージＷＳＴ、並びに装置全体を統括制御する主制御装置２０等を備えている。
【００６６】
前記照明系１０は、例えば特開平６−３４９７０１号公報などに開示されるように、光源、フライアイレンズ等からなる照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド（固定レチクルブラインド及び可動レチクルブラインド）、及びダイクロイックミラー等（いずれも不図示）を含んで構成されている。この照明系１０は、不図示の固定レチクルブラインド（走査開始時及び走査終了時には、固定レチクルブラインドに加え、可動レチクルブラインド）で規定されＸ軸方向（図２における紙面内左右方向）に細長く延びるレチクルＲ上の所定パターン状の照明領域を、露光用照明光（以下、「露光光」と略述する）ＥＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、露光光ＥＬとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）などの遠紫外光、あるいはＦ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光などが用いられる。露光光ＥＬとして、超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）を用いることも可能である。
【００６７】
前記レチクルステージＲＳＴ上には、そのパターン面（図２における下面）に回路パターンＰＡが形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータを含む不図示のレチクルステージ駆動部によって、照明系１０の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向（ここでは紙面直交方向であるＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００６８】
レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、このレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいて、不図示のレチクルステージ駆動部を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。
【００６９】
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図２における下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとしては、例えば両側テレセントリックで所定の縮小倍率（例えば１／５、１／４）を有する屈折光学系が用いられている。このため、照明光学系からの露光光ＥＬによってレチクルＲの照明領域が照明されると、このレチクルＲを通過した露光光ＥＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領域内のレチクルＲの回路パターンＰＡの縮小像（部分倒立像）が、表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上に形成される。
【００７０】
前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図２における下方で、不図示のベース上に配置され、リニアモータ等を含む不図示のウエハステージ駆動部によってＸＹ方向（Ｚ軸回りの回転を含む）に駆動可能となっており、Ｚ軸方向及びＸＹ面に対する傾斜方向への微小駆動も可能となっている。
【００７１】
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）を含む）は、ウエハレーザ干渉計システム（以下、「ウエハ干渉計」と略述する）１８によって例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハ干渉計１８としては、Ｙ軸に沿って干渉計ビームを照射するＹ干渉計と、Ｘ軸に沿って干渉計ビームを照射するＸ干渉計とが設けられており、ウエハステージＷＳＴの移動位置を規定する静止座標系は、ウエハ干渉計１８のＹ干渉計及びＸ干渉計の測長軸によって規定されている。以下においては、この静止座標系を「ステージ座標系」とも呼ぶ。なお、ウエハ干渉計１８のＹ干渉計及びＸ干渉計は、測長軸を複数有する多軸干渉計であり、これらの干渉計によって、ウエハステージＷＳＴのθｚ回転（ヨーイング）、Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転（ピッチング）、Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転（ローリング）も計測されている。
【００７２】
ウエハステージＷＳＴのステージ座標系における位置情報（又は速度情報）は主制御装置２０に供給され、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴの位置情報に基づいて、不図示のウエハステージ駆動部を介してウエハステージＷＳＴを制御する。
【００７３】
この主制御装置２０の制御により、ウエハステージＷＳＴは、走査方向（Ｙ軸方向）の移動のみならず、ウエハＷ上の複数のショット領域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させるため、走査方向に直交する非走査方向（Ｘ軸方向）にも移動可能となっており、これにより、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光する動作と、次ショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作が可能となる。
【００７４】
更に、ウエハステージＷＳＴ上には、多数のピンによって平坦度良くウエハＷを真空吸着あるいは静電吸着により保持するためのウエハホルダ２５が設けられている。また、ウエハステージＷＳＴ上には、基準マーク板４０が固定されている。この基準マーク板４０の表面は、ウエハホルダ２５に保持されたウエハＷの表面とほぼ同じ高さに設定されている。この基準マーク板４０の表面には、後述する複数の計測用マーク、いわゆるベースライン計測用の基準マーク、及びレチクルアライメント用の基準マークその他のマークが形成されている。
【００７５】
更に、レチクルＲの上方に、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマークと基準マーク板４０のマークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から成る一対のレチクルアライメント検出系（以下、「ＲＡ検出系」と略述する）ＲＡ１，ＲＡ２が設けられている。これらのＲＡ検出系ＲＡ１，ＲＡ２の検出信号は、主制御装置２０に供給されるようになっている。この場合、レチクルＲからの検出光をそれぞれのＲＡ検出系ＲＡ１，ＲＡ２に導くためのプリズムから成る偏向ミラー５０Ａ，５０Ｂが移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御装置２０からの指令のもとで、不図示のミラー駆動装置によりそれぞれ偏向ミラー５０Ａ，５０Ｂが退避される。なお、ＲＡ検出系ＲＡ１，ＲＡ２と同等の構成は、例えば特開平７−１７６４６８号公報等に開示されているのでここでは詳細な説明を省略する。
【００７６】
更に、この露光装置１００は、オフアクシス方式のアライメントセンサ１４を備えている。このアライメントセンサ１４は、所定の波長幅を有する照明光（アライメント光）を、基準マーク板４０上のマーク、あるいはウエハＷ上のアライメントマークに照射し、それらのマークの像と、基準マーク板４０及びウエハＷと共役な面内に配置された指標板上の指標マークの像とを、対物レンズ等によって撮像素子（ＣＣＤ等）の受光面上に結像する。そして、その結果として得られる撮像信号が主制御装置２０に出力され、主制御装置２０にてその撮像信号に所定の画像処理が施され、前記指標マークの中心に対するマークの位置情報が算出される。
【００７７】
アライメントセンサ１４は、図３に示されるように、筺体１３０、該筺体１３０の外部に設けられた光源１０３、該光源１０３から射出されるアライメント光ＡＬを筺体１３０に導くライトガイド１０４、前記筺体１３０内においてライトガイド１０４からの光の出射方向に順次配置されたコンデンサレンズ１０５、シャッタ１０６Ｂ、視野絞り板１０６Ａ、レンズ系１０７、第１ビームスプリッタ１０８、該第１ビームスプリッタ１０８にて反射された光の進行方向（−Ｘ側）に配置された対物レンズ１０９、第１ビームスプリッタ１０８の＋Ｘ側に順次配置されたレンズ系１１１、第２ビームスプリッタ１１２、該第２ビームスプリッタ１１２の＋Ｚ側に順次配置されたマーク検出系１２４、第２ビームスプリッタ１１２の＋Ｘ側に配置された遮光板１１３、該遮光板１１３の後方（＋Ｘ側）に配置されたフォーカス検出系１２３等を備えている。
【００７８】
前記光源１０３としては、ここではハロゲンランプを用いることとしている。これは、ハロゲンランプの出射光の波長帯域が５００〜８００ｎｍなので、ウエハＷの上面に塗布されたフォトレジストがこの出射光により感光することがなく、波長帯域が前述のように広帯域であり、ウエハＷの表面上における反射率の波長特性の影響を軽減することができるためである。
【００７９】
前記視野絞り板１０６Ａは、図４（Ａ）に示されるように、円板状部材から成り、その中心部は、ほぼ正方形状の計測用開口ＯＰが形成され、その計測用開口ＯＰの外側に互いの長手方向が直交する２つのスリット状開口ＳＯ1，ＳＯ2が形成されている。従って、アライメント光が視野絞り板１０６Ａを照明することにより、ウエハＷ上には、計測用開口ＯＰ及びパターン開口ＳＯ1，ＳＯ2の像が、それぞれ形成される（図６参照）。また、視野絞り板１０６Ａの光路手前に設けられたシャッタ１０６Ｂは、アライメント光ＡＬの光路を制限する機能を有し、後述するように、計測対象のアライメントマークのウエハＷ上の位置に応じてアライメント光ＡＬの所定パターン開口ＳＯ1，ＳＯ2への入射が選択的に制限されるようになっている。
【００８０】
前記第２ビームスプリッタ１１２にて反射された光の光路上に配置される前記マーク検出系１２４は、指標板１２０、レンズ系１２１、及び撮像部１２２等を含んで構成されている。
【００８１】
前記指標板１２０は、合焦状態では、対物レンズ１０９とレンズ系１１１との合成系に関してウエハＷの表面と共役に配置されるとともに、レンズ系１２１に関して撮像部１２２の受光面と共役に配置されている。この指標板１２０では、透明板の表面にクロム層等で指標マークが形成され、その指標マークが形成された中央部以外の部分は遮光部となっている。なお、指標マークは、ウエハＷ上のＸ軸方向又はＹ軸方向と共役な方向の位置基準となっている。
【００８２】
前記撮像部１２２は、例えば２次元ＣＣＤ等からなり、その受光面に結像されたアライメントマークの像及び上記指標マークの投影像を撮像して光電変換する。また、光電変換により得られた画像信号を主制御装置２０へ向けて出力する。
【００８３】
一方、前記第２ビームスプリッタ１１２を通過した光の光路上に配置される前記遮光板１１３は、図４（Ｂ）に示されるように、透明板の中央部に遮光のための矩形領域１１３ａからなる遮光部が設けられており、該遮光部１１３ａによって入射する光の一部（すなわち、計測用開口ＯＰから射出され、ウエハＷの表面にて反射された光）が遮光されるようになっている。その一方で、この遮光板１１３の遮光領域１１３ａの周囲を透過した光は、フォーカス検出系１２３に入射する。
【００８４】
前記フォーカス検出系１２３は、反射板１１４Ａ，１１４Ｂ、該反射板１１４Ａ，１１４Ｂにてそれぞれ反射された光の光路後方（＋Ｚ側）に配置された反射板１１５Ａ，１１５Ｂ、該反射板１１５Ａ、１１５Ｂにおける反射光の光路後方に順次配置されたレンズ系１１６、瞳分割ミラー１１７、レンズ系１１８、及びラインセンサ１１９を含んで構成されている。
【００８５】
この場合、反射板１１４Ａ，１１４Ｂは、図５（Ａ）,図５（Ｂ）に示されるように配置されている。すなわち、反射板１１４Ａ，１１４Ｂは、図５（Ｂ）に示されるように、それぞれが＋Ｚ方向から見て重なり合わないように配置され、−Ｘ方向から見た状態では、視野絞り板１０６Ａのパターン開口ＳＯ1，ＳＯ2から射出される照明光束（ＩＬ1，ＩＬ2）に対応して配置されている。
【００８６】
瞳分割ミラー１１７は、２面が１８０度に近い鈍角で山型に形成されたプリズムから成り、その２面が反射面に仕上げられている。本第１の実施形態においては、反射面とされた２面の交線（山の稜線）が入射光の光軸と交差し、その光軸をほぼ９０度横に振るように傾けて配置されている。ラインセンサ１１９は、１次元ＣＣＤ等から構成されている。
【００８７】
なお、アライメントセンサ１４の筺体１３０の対物レンズ１０９の−Ｘ側近傍には、アライメント光ＡＬの光路を９０°折り曲げ、Ｚ軸方向に沿って、ウエハＷの表面に導くためのプリズムミラー１１０が設けられている。
【００８８】
このように構成されたアライメントセンサ１４の作用を説明すると、光源１０３からのアライメント光ＡＬは、ライトガイド１０４を介して筺体１３０内の所定位置まで導かれる。ライトガイド１０４の射出端から射出されたアライメント光ＡＬは、コンデンサレンズ１０５を介して視野絞り板１０６Ａに入射し、ウエハＷに照射される照明光束（結像光束）の形状が規定される。
【００８９】
視野絞り板１０６Ａを通過したアライメント光ＡＬの光束は、レンズ系１０７を介して第１ビームスプリッタ１０８で反射され、対物レンズ１０９を通過した後、筺体１３０から射出される。そして、この出射された光束は、プリズムミラー１１０によって反射され、例えばウエハＷに形成されているウエハマークの近傍に照射される。シャッタ１０６Ｂが照明光を遮光しない場合には、ウエハＷが、前述の計測用開口ＯＰを通過したほぼ正方形の形状を有する照明光束ＭＬと、前述のＳＯ1，ＳＯ2をそれぞれ通過した照明光束（結像光束）ＩＬ1，ＩＬ2とによって照明されることとなるが、通常、シャッタ１０６Ｂは、照明光束ＩＬ1，ＩＬ2のいずれか一方を遮光する。例えば、図６に示されるように、照明光束ＭＬがウエハマークＡＭ１に照射され、照明光束ＩＬ1がストリートラインＳＬ上に照射され、照明光束ＩＬ2がショット領域ＳＡ上に照射されている場合を考える。この場合、シャッタ１０６Ｂは、後述するフォーカス計測に悪影響を及ぼさないように、照明光束ＩＬ1だけを透過させ、照明光束ＩＬ2を遮光する。すなわち、図６に示される例においては、これら照明光束ＩＬ1の照射領域が、後述するフォーカス計測のための被計測領域となる（照明光束ＩＬ2の照射領域の方がストリートライン上であるときには、当然照明光束ＩＬ2の照射領域が被計測領域となる）。
【００９０】
ウエハＷの表面で反射された照明光束ＭＬ，ＩＬ1，ＩＬ2の反射光は、先ほど進行してきた光路を逆に進行し、プリズムミラー１１０、対物レンズ１０９を介して第１ビームスプリッタ１０８に再度入射する。この第１ビームスプリッタ１０８を透過した照明光束ＭＬ，ＩＬ1，ＩＬ2は、レンズ系１１１を介して第２ビームスプリッタ１１２に入射する。
【００９１】
この第２ビームスプリッタ１１２で反射された光のうち、照明光束ＭＬは、指標板１２０及びレンズ系１２１を介して、撮像部１２２の受光面にて受光される。これにより、撮像部１２２の受光面には、ウエハマークの反射像及び上記指標マークの投影像が結像される。そして、それらの像に対応する光が撮像部１２２によって光電変換され、この光電変換により得られた撮像信号は、主制御装置２０へ出力される。そして、主制御装置２０では、ウエハＷに関するＸ軸方向又はＹ軸方向における位置情報が、その撮像信号から検出される指標とウエハマークの位置関係とそのときのウエハ干渉計１８の出力とに基づいて、前述したステージ座標系におけるウエハマークのＸ座標又はＹ座標として求められる。
【００９２】
一方、第２ビームスプリッタ１１２を透過した照明光束ＭＬ，ＩＬ1，ＩＬ2は、遮光板１１３に入射する。この遮光板１１３は、ウエハＷからの照明光束ＭＬの反射光束を遮光する。
【００９３】
そして、遮光板１１３を透過したウエハＷからの２つの照明光束ＩＬ1，ＩＬ2（の反射光束）は、その光路上に配置されたフォーカス検出系１２３を構成する反射板１１４Ａ，１１４Ｂにより反射される。この場合、反射板１１４Ａには、照明光束ＩＬ1の反射光束が入射し、反射板１１４Ｂには、照明光束ＩＬ2の反射光束が入射する（図５（Ａ）参照）。
【００９４】
反射板１１４Ａ，１１４Ｂにて反射された照明光束ＩＬ1，ＩＬ2（の反射光束）は、反射板１１５Ａ，１１５Ｂにてそれぞれ再度反射され、レンズ系１１６を介して瞳分割ミラー１１７に入射する。ここで、瞳分割ミラー１１７においては、入射された２つの光（照明光ＩＬ1，ＩＬ2）がそれぞれ２つの光束に分割されるようになっており、分割された計４つの光束は、ラインセンサ１１９上に結像される。これにより、ラインセンサ１１９上に、照明光束ＩＬ1 による像（瞳分割ミラー１１７で分割された２つの像）と、照明光束ＩＬ2による像（瞳分割ミラー１１７で分割された２つの像）の合計４つの像が結像されることになる。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）には、照明光束ＩＬ2の２つの像がラインセンサ上に結像された状態が代表的に示されている。
【００９５】
ここで、ウエハＷの表面上の検出対象（すなわちアライメントマーク）の位置がアライメントセンサ１４の最良焦点面と一致している場合（すなわちアライメントマークが最良フォーカス位置に位置している場合）には、ラインセンサ１１９上に結像される照明光ＩＬ2の２つの像の間隔（像の重心位置の間隔）が、図７（Ｂ）に示されるように距離ｄ0となるように設定されている。このとき、ウエハＷの表面がアライメントセンサ１４の最良焦点面よりも低い（−Ｚ側）位置にある場合には、図７（Ａ）に示されるようにラインセンサ１１９よりも光路前方の位置に焦点を有することとなるため、２つの像の重心位置間の距離としては、図７（Ｂ）の距離ｄ0よりも短い距離ｄLがラインセンサ１１９によって計測されることが分かる。一方、ウエハＷの表面がアライメントセンサ１４の最良焦点面よりも高い（＋Ｚ側）位置にある場合には、図７（Ｃ）に示されるようにラインセンサ１１９の後方の位置に焦点を有するため、２つの像の重心位置間の距離としては、図７（Ｂ）の距離ｄ0よりも長い距離ｄUがラインセンサ１１９によって計測されることが分かる。
【００９６】
このように、ウエハＷの位置によりラインセンサ１１９における計測結果が異なることから、基準となる最良焦点面にウエハＷがある場合の２つの像の距離ｄ0の値を、基準値として後述する記憶装置６０に記憶しておけば、主制御装置２０は、記憶装置６０に記憶された基準値を読み出し、その基準値ｄ0と計測された値との差に基づいて（その差をデフォーカス量変換係数に乗じることによって）、ウエハＷの表面のデフォーカス量を検出することができる。
【００９７】
なお、他方の照明光束ＩＬ1を用いたウエハＷの表面のデフォーカス量も上記と同様にして計測することができる。
【００９８】
その後、ラインセンサ１１９は、その受光面に結像された像を撮像して光電変換する。光電変換された電気信号は、主制御装置２０に向けて出力される。
【００９９】
上述したように、照明光束ＩＬ1、又は照明光束ＩＬ2の反射光によりラインセンサ１１９の受光面に形成された像の受光面内での位置に関して、前記記憶された基準値ｄ0（ラインセンサ１１９上の合焦時の照明光束ＩＬ1、又は照明光束ＩＬ2の像の間隔）に対する横ずれ量及び横ずれの発生方向から、ウエハマークのＺ軸方向の位置ずれ（位置ずれ方向と位置ずれ量、すなわち符号付きデフォーカス量）が計測可能となる。
【０１００】
露光装置１００には、更に、投影光学系ＰＬの最良結像面に向けて複数の所定パターン像を形成するための結像光束を光軸ＡＸ方向に対して斜め方向より供給する不図示の照射光学系と、その結像光束のウエハＷの表面での各反射光束を、それぞれ所定パターンを介して受光する不図示の受光光学系とから成る斜入射方式の多点フォーカス検出系が、投影光学系ＰＬを支える支持部（図示省略）に固定されている。この多点フォーカス検出系としては、例えば特開平６−２８３４０３号公報に開示されるものと同様の構成のものが用いられ、主制御装置２０は、走査露光等の際には、この多点フォーカス検出系からのウエハＷの位置情報に基づいてウエハステージＷＳＴをＺ方向及び傾斜方向に駆動する。なお、同公報に記載の多点フォーカス検出系は、ウエハＷ上の露光領域だけでなく、走査方向のウエハＷの起伏を先読みする機能等を有しているが、それらの機能は有していなくても良く、また、照射光学系によって照射される光束の形状は、平行四辺形その他の形状であっても良い。
【０１０１】
主制御装置２０は、マイクロコンピュータ又はワークステーションを含んで構成され（すなわち、ＣＰＵ及びメインメモリを備えている）、装置の構成各部を統括して制御する。また、主制御装置２０には、記憶装置６０が接続されている。主制御装置２０は、記憶装置６０に対し、データを書き込んだり、記憶されているデータを読み出したりすることができるようになっている。
【０１０２】
次に、上述のようにして構成された本第１の実施形態の露光装置１００によりウエハＷに対して第２層目（セカンドレイヤ）以降の層の露光を行う際における一連の動作について、主制御装置２０内のＣＰＵの処理アルゴリズムを示す図８等のフローチャートに沿って、かつ適宜他の図面を参照して説明する。なお、ここでは、ウエハＷ上への１層目の露光がすでに終了しており、２層目以降の露光を行うものとして説明する。また、説明を簡略化するために、ウエハＷ上にすでに形成されているレイヤを元工程レイヤとして、以下、単に「元工程」と呼び、今回の露光処理工程において形成するレイヤを現工程レイヤ（現行レイヤ）として、以下、単に「現工程」と呼ぶ。
【０１０３】
図８に示されるように、ステップ２０１において、まず、不図示のレチクルローダを用いて、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲをロードする。このレチクルＲのロード後、レチクルアライメント及びオフアクシス方式のアライメント検出系であるアライメントセンサ１４のベースライン計測を行う。
【０１０４】
具体的には、ステップ２０３において、レチクル干渉計１６及びウエハ干渉計１８の計測結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴ上の基準マーク板４０に形成された例えば４対のレチクルアライメント用基準マーク（以下、「第１基準マーク」と略述する）のうちの所定の一対の第１基準マークと、これに対応するレチクルＲ上のレチクルマークの像とを同時に観察可能な位置に、レチクルステージ駆動部及びウエハステージ駆動部（ともに不図示）を介して、レチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴを移動させる。
【０１０５】
次に、レチクルアライメント検出系ＲＡ１，ＲＡ２を用いて、前記所定の一対の第１基準マークに対応する一対のレチクルマークの像の位置ずれ量を計測する。
【０１０６】
次いで、基準マーク板４０とレチクルＲとを、投影倍率比でＹ軸方向に同期してステップ移動することによって、順次他の３対の基準マークに対するレチクルマーク像の位置ずれ量を計測する。
【０１０７】
そして、これら４対のレチクルマークの位置ずれ量から、基準マーク板４０ひいてはウエハステージＷＳＴに対するレチクルＲの投影像の位置ずれ量のオフセット、回転角、及び走査方向の角度ずれ等を算出し、この算出結果をメインメモリに記憶する。なお、このレチクルアライメント動作は、特開平７−１７６４６８号公報などに詳細に開示されている。
【０１０８】
上記のレチクルアライメント終了後、ステップ２０５において、アライメントセンサ１４の真下に基準マーク板４０が位置するようにウエハステージＷＳＴを移動させ、基準マーク板４０上の第１基準マークとは異なる第２基準マークのアライメントセンサ１４の検出中心（前述の指標（マーク）の中心）に対する位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量の検出結果及び前述のレチクルアライメント結果と、このときのウエハ干渉計１８の計測値と、設計上のベースラインと、第１基準マークと第２基準マークとの位置関係とに基づいてアライメントセンサ１４のいわゆるベースラインを算出する。
【０１０９】
次に、ステップ２０７において、不図示のウエハローダを介して、ウエハステージＷＳＴ上へのウエハロードを実行する。ここでは、１ロットの先頭のウエハＷがロードされる。なお、このとき、ウエハＷ上の元工程において形成されたショット領域の配列によって規定されるウエハ座標系（配列座標系）が、不図示のプリアライメント装置によって予めある程度までステージ座標系に一致するように、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの向きが調整されているものとする。
【０１１０】
次に、ウエハアライメントのサブルーチン２０９を実行する。図９には、サブルーチン２０９のフローチャートが示されている。図９に示されるように、まず、ステップ３０１において、内部に備えられたカウンタの値（以下、「カウンタ値ｎ」と略述する）ｎを１に初期化する。そして、ステップ３０３において、元工程でウエハＷ上にすでに形成されている複数のショット領域のうち、予め選択された特定の複数のショット領域（サンプルショット）にそれぞれ付設されたウエハマークのうち、１番目に計測するウエハマークが、アライメントセンサ１４の検出光学系の検出視野内（図３のプリズムミラー１１０の下方）に位置するように、ウエハステージＷＳＴを移動させる。これにより、１番目のウエハマークが形成されている領域が、被検面の検出対象の領域となる。
【０１１１】
次に、ステップ３０５において、ウエハＷの表面がアライメントセンサ１４の検出光学系のガウス像面に位置するように、不図示のウエハステージ駆動部を介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に移動させる。なお、アライメントセンサ１４の検出光学系のガウス像面に相当する位置は、設計上の位置として予め求められているものとする。
【０１１２】
次のステップ３０７において、フォーカス計測を行う。具体的には、光源１０３に発光を指示するとともに、ラインセンサ１１９から、１番目のウエハマーク近傍の被計測領域に対する像強度分布に対応する信号が検出され、その信号に対応するピクセルデータのデータ列、すなわち像強度分布データ列が、ラインセンサ１１９から送られてくるのを待つ。なお、ここで、１番目のウエハマークが図６に示されるウエハマークＡＭ１であったとすると、主制御装置２０は、光源１０３に発光を指示するとともに、シャッタ１０６Ｂを駆動し、視野絞り板１０６Ａの開口ＳＯ1を開放状態に設定し、開口ＳＯ2を遮蔽状態に設定する。したがって、ラインセンサ１１９の受光面には、照明光束ＩＬ1の反射光束だけが結像されるようになる。このように、ウエハマークを検出するためにフォーカスを計測する際には、照明光束ＩＬ1の照射領域と、照明光束ＩＬ2の照射領域のどちらがストリートライン上に位置しているかを、そのウエハマークとショット領域との位置関係に基づいて予め求めておき、ストリートライン上に照射される照明光束のみが、ウエハＷに到達するように、シャッタ１０６Ｂを駆動する。なお、以降、フォーカスを計測する際には、シャッタ１０６Ｂを駆動し、視野絞り板１０６Ａの開口ＳＯ1，ＳＯ2のいずれか一方を遮蔽状態に設定する動作を含め、上述した動作と同じであるため、以下では、フォーカス計測動作の詳細な説明を省略する。
【０１１３】
なお、ステップ３０７で計測されるデフォーカス量は、アライメントセンサ１４の検出光学系のガウス像面上にそのウエハマークの形成面を位置させた状態で計測されているので、ガウス像面からのずれによる誤差が低減された計測値となっている。
【０１１４】
そして、フォーカス検出系１２３のラインセンサ１１９から送られた像強度分布データ列を受信すると、その像強度分布データ列を用いて（例えばその鏡映対称性や並進対称性などを考慮して）、そのデータ列の２つのスリット像の重心位置の間隔（例えばこの間隔をｄRとする）を検出し、これを合焦位置に関する情報とし、ｄR−ｄ0にデフォーカス変換係数を乗ずることによって、デフォーカス量を算出する。
【０１１５】
次のステップ３０９において、算出したデフォーカス量が所定範囲内であるか否か、すなわち合焦位置にあるかどうかを判断する。ここで合焦位置にあると判断した場合には、ステップ３１５に進み、合焦位置にないと判断した場合には、ステップ３１１に進む。ここでは、算出されたデフォーカス量が所定範囲内でなく、合焦位置になかったとして、ステップ３１１に進むものとする。
【０１１６】
次のステップ３１１では、そのデフォーカス量だけ、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向に関する位置を調整する。そして、次のステップ３１３において、再度ステップ３０７と同様にフォーカス計測を行い、そのときに得られる像強度分布データ列の２つのスリット像の重心位置の間隔ｄRを検出する。
【０１１７】
ステップ３１３実行後、又は、ステップ３０９において判断が肯定された場合には、ステップ３１５に移行する。ステップ３１５において合焦位置に関する情報として、ステップ３０７又はステップ３１３で取得された間隔ｄRを記憶装置６０に記憶する。
【０１１８】
次に、ステップ３１７において、１番目のウエハマークを撮像する。具体的には、光源１０３に発光を指示する。すると、アライメントセンサ１４のマーク検出系１２４の撮像部１２２によって１番目のウエハマークが撮像され、その撮像信号が、主制御装置２０に送られてくるので、その撮像信号とウエハ干渉計１８から得られるウエハステージＷＳＴの位置情報に基づいて、ウエハマークの位置情報（ステージ座標系におけるウエハマークのＸ座標又はＹ座標）を検出し、そのウエハマークの位置情報を記憶装置６０に記憶する。
【０１１９】
ステップ３１９では、カウンタ値ｎを１だけインクリメントし（ｎ←ｎ＋１）、次のステップ３２１では、ｎ番目に計測するウエハマークが、アライメントセンサ１４の検出光学系の検出視野内（図３のプリズムミラー１１０の下方）に位置するように、ウエハステージＷＳＴを移動させる。これにて、２番目のウエハマークが形成されている領域が、被検面の検出対象の領域となる。
【０１２０】
次のステップ３２３では、記憶装置６０に記憶された、合焦位置に関する情報（間隔ｄR）に対応する位置に、ｎ番目（ここでは、２番目）のウエハマークが、位置するように、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置を調整する。
【０１２１】
そして、次のステップ３２５において、フォーカス計測を行う。具体的には、フォーカス検出系１２３のラインセンサ１１９から送られた像強度分布データ列を受信すると、その像強度分布データ列を用いて（例えばその鏡映対称性や並進対称性などを考慮して）、そのデータ列の２つのスリット像の重心位置の間隔（例えばこの間隔をｄR'とする）を検出し、この間隔ｄR'とステップ３１５で記憶装置６０に記憶されたｄRとの差、ｄR'−ｄRにデフォーカス変換係数を乗ずることによって、符号付きデフォーカス量を算出する。そして、次のステップ３２７では、そのデフォーカス量に応じて、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向に関する位置を調整する。
【０１２２】
次に、ステップ３２９において、ｎ番目（ここでは２番目）のマークを撮像する。具体的には、光源１０３に発光を指示する。すると、アライメントセンサ１４のマーク検出系１２４の撮像部１２２によって２番目のウエハマークが撮像され、その撮像信号が、主制御装置２０に送られるので、その撮像信号とウエハ干渉計１８から得られるウエハステージＷＳＴに基づいて、ウエハマークの位置情報（ステージ座標系におけるウエハマークのＸ座標又はＹ座標）を検出し、そのウエハマークの位置情報を記憶装置６０に記憶する。
【０１２３】
次のステップ３３１では、計測対象のすべてのウエハマークの位置情報を取得したか否か、すなわちカウンタ値ｎが所定値ｎc（＞３）を超えたか否かを判断する。ここで、判断が否定されれば、ステップ３１９に戻り、判断が肯定されれば、ステップ３３３に進む。ここでは、まだ２番目（ｎ＝２）のウエハマークの位置情報が取得されただけなので、判断は否定され、ステップ３１９に戻る。
【０１２４】
以降、ステップ３３１において、その判断が肯定されるまで、すなわち計測対象のすべてのウエハマーク（ｎc個のウエハマーク）の位置情報が取得されるまで、ステップ３１９→ステップ３２１→ステップ３２３→ステップ３２５→ステップ３２７→ステップ３２９→ステップ３３１が繰り返し実行される。なお、ステップ３２１で、ウエハＷ上の被検面（計測対象のウエハマークが形成された領域）の位置が、１番目のウエハマークを求める際に決定された合焦位置となるように調整しているため、この時点で、ウエハＷは、合焦位置近傍にすでに位置していることになる。したがって、ステップ３２５では、ウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に大幅に移動させる必要がなくなるので、フォーカス調整に要する時間を短縮することができる。
【０１２５】
ステップ３３１で、判断が肯定されると、次のステップ３３３において、これまでに算出されたウエハマークの位置情報、すなわちウエハマークの位置座標を用いて、例えば特開昭６１−４４４２９号公報などに開示される最小自乗法を用いた統計演算を実行し、ウエハＷの各ショット領域の配列座標系とステージ座標系との回転成分、スケーリング成分、オフセット成分、ステージ座標系のＸ軸とＹ軸の直交度成分等のパラメータを算出し、そのパラメータを所定の演算式に代入して、ウエハＷ上の各ショット領域の配列座標、すなわち重ね合わせ位置を算出し、サブルーチン２０９の処理を終了する。
【０１２６】
これにより、ウエハアライメントが終了し、その後、図８のステップ２１１において、以下のようにしてステップ・アンド・スキャン方式の露光動作を行なう。
【０１２７】
この露光動作にあたって、ウエハアライメントの結果及びベースラインの計測結果に基づいて、ウエハ干渉計１８の計測値をモニタしつつ、ウエハＷのファーストショット（第１番目のショット領域）の露光のための走査開始位置（加速開始位置）にウエハステージＷＳＴを移動させる。
【０１２８】
そして、不図示のレチクルステージ駆動部、ウエハステージ駆動部を介して、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとのＹ軸方向の走査を開始し、両ステージＲＳＴ、ＷＳＴがそれぞれの目標走査速度に達すると、露光光ＥＬによってレチクルＲのパターン領域を照明し始め、走査露光を開始する。
【０１２９】
上記の走査露光時には、レチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動速度ＶｒとウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動速度Ｖｗとが投影光学系ＰＬの投影倍率（例えば１／５）に応じた速度比に維持されるようにレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを同期制御する。
【０１３０】
そして、レチクルＲのパターン領域の異なる領域が露光光ＥＬで逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了すると、ウエハＷ上のファーストショットの走査露光が完了となる。これにより、レチクルＲの回路パターンが投影光学系ＰＬを介してファーストショットに縮小転写される。
【０１３１】
このようにして、ファーストショットの走査露光が終了すると、ウエハステージＷＳＴをＸ、Ｙ軸方向にステップ移動させ、セカンドショット（第２番目のショット領域）の露光のための走査開始位置（加速開始位置）に移動させる。そして、セカンドショットに対して上述した動作と同様の走査露光を実行する。
【０１３２】
このようにして、ウエハＷ上のｍ番目（ｍは自然数）のショット領域の走査露光とｍ＋１番目のショット領域露光のためのステッピング動作とが繰り返し実行され、ウエハＷ上の全ての露光対象ショット領域にレチクルＲの回路パターンが順次転写される。
【０１３３】
そして、ステップ２１３において、不図示のウエハローダを介して、ウエハＷのアンロードを実行する。
【０１３４】
そして、ステップ２１５において、露光対象となっているすべてのウエハ、例えば１ロットのウエハの現工程の露光が終了したか否かを判断する。まだ、露光すべきウエハが残っている場合には、その判断は否定され、処理はステップ２０７に戻る。そして、ステップ２１５において、露光対象となっている全てのウエハの露光の終了を確認するまで、ステップ２０７（ウエハロード）→サブルーチン２０９（ウエハアライメント）→ステップ２１１（露光）→ステップ２１３（ウエハのアンロード）→ステップ２１５（終了判断）の処理を繰り返し実行する。そして、ステップ２１５において、全てのウエハの露光を終了したと判断すると、一連の露光処理動作を終了する。
【０１３５】
以上詳細に説明したように、本第１の実施形態の検出方法によれば、ステップ３０５において、ウエハＷの表面上のウエハマークが形成された領域を、アライメントセンサ１４の検出光学系のガウス像面上に位置させてから、その検出光学系に対するウエハマークが形成された領域のフォーカス状態を検出するので、そのフォーカス状態の計測結果に含まれる、アライメントセンサ１４の検出光学系のガウス像面からのウエハマークが形成された面の位置ずれに起因する誤差を低減することができるので、ウエハＷ上のウエハマークが形成された領域のフォーカス状態（デフォーカス量）を精度良く検出することができる。
【０１３６】
また、本第１の実施形態では、ステップ３０７のフォーカスの計測結果に基づいて、ステップ３０９において、１番目のウエハマークが、アライメントセンサ１４の検出光学系の合焦位置にないと判断した場合には、ステップ３１１において、ウエハステージＷＳＴの位置を再度調整する。このようにすれば、ウエハマークが形成された領域を、アライメントセンサ１４の合焦位置に確実に位置させることができるようになる。
【０１３７】
また、２番目以降のウエハマークを検出する場合、それらのウエハマークが形成された領域は同じ被検面上で略同一平面にあるため、アライメントセンサ１４の検出光学系に対する各領域の合焦位置は、ほぼ同一であるとみなすことができる。そこで、本第１の実施形態では、１番目のウエハマークにおける合焦位置ｄRをステップ３１５において記憶し、２番目以降のウエハマークが形成された領域の位置を、１番目のウエハマークが形成された領域の合焦位置に位置させる。このようにすれば、２番目以降のウエハマークが形成された領域の合焦位置を、効率良く迅速に検出することができる。
【０１３８】
また、本第１の実施形態によれば、上述のようにして精度良く計測された合焦位置に基づいて、アライメントセンサ１４によってウエハマークが撮像されるので、そのウエハマークの撮像結果を良好なものとすることができる。
【０１３９】
また、本第１の実施形態の露光方法によれば、上述した検出方法によって良好に撮像されたウエハマークの撮像結果に基づいて検出されたウエハマークの位置情報を用いて、ウエハＷの位置制御を行いつつ転写を行うので、高精度な露光を実現することができる。
【０１４０】
なお、本第１の実施形態で、ステップ３２７において、ウエハマークを撮像する際には、ステップ３１５において記憶装置６０に記憶された合焦位置に、ウエハマークを位置させたうえでそのウエハマークの撮像を行ったが、これには限定されず、その合焦位置を基準として、ウエハステージＷＳＴをＺ軸方向に順次移動させながら、マークを撮像し、異なるＺ軸位置で得られた複数の撮像信号から、画像のコントラストが最大となる撮像信号を、そのマークの撮像結果として採用するようにしても良い。すなわち、マークは、ステップ３１５で記憶された合焦位置とは異なる位置（例えば、撮像コントラスト最大の位置）でウエハマークを撮像するようにしても良い。
【０１４１】
また、ステップ３０３及びステップ３０５におけるウエハステージＷＳＴの駆動を同時に行っても良いし、ステップ３２１及びステップ３２３におけるウエハステージＷＳＴの駆動を同時に行っても良い。
【０１４２】
なお、基準マーク板４０上に形成された基準マークを検出する際、すなわちステップ２０５のベースライン計測を実行する際にも、ステップ３０３〜ステップ３１７と同様の処理を実行すれば、その基準マークの撮像結果を良好なものとすることができ、結果的に高精度な露光を実現することができる。
【０１４３】
これまでの説明から明らかなように、本第１の実施形態では、主制御装置２０が、本発明の検出装置の調整装置、計測装置、及び決定装置に対応している。すなわち、主制御装置２０のＣＰＵが行う、ステップ３０５（図９）の処理によって調整装置が実現され、ステップ３０７（図９）の処理によって計測装置が実現され、ステップ３０９〜ステップ３１５（図９）の処理によって決定装置が実現されている。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではないことは勿論である。
【０１４４】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を図１０〜図１３に基づいて説明する。この第２の実施形態では、本発明に係る検出方法、及び露光方法が、前述の第１の実施形態と同一若しくは同等の露光装置を用いて行われる。したがって、以下においては、重複記載を防止する観点から、これらの装置及びそれぞれの構成各部については第１の実施形態と同一の符号を用いるとともに、上記第１の実施形態と処理内容が異なる、図１０に示されるサブルーチン２０９のウエハアライメントの処理についてのみ説明する。
【０１４５】
サブルーチン２０９では、図１０に示されるように、まず、ステップ４０１において、ロードされたウエハが、１ロットの１枚目であるか否かを判断する。その判断が肯定されるとサブルーチン４０３に進み、否定されるとステップ４０５に進む。ここでは、１枚目なので、その判断は肯定され、サブルーチン４０３に進む。
【０１４６】
サブルーチン４０３では、複数のフォーカス位置にそれぞれ対応する、フォーカス検出系１２３のラインセンサ１１９によって検出される信号と、その信号の２つのピークの間隔との対応関係を示すテーブルを作成する処理を行う。
【０１４７】
図１１には、サブルーチン４０３のフローチャートが示されている。図１１に示されるように、まず、ステップ５０１において、アライメントセンサ１４のプリズムミラー１１０の真下に、ウエハＷ上の反射率が均一な領域（例えば、元工程においてパターンが形成されていない領域）が配置されるように、ウエハステージＷＳＴを移動させる。
【０１４８】
次に、ステップ５０３において、アライメントセンサ１４の焦点位置、すなわちアライメントセンサ１４の検出光学系（プリズムミラー１１０、対物レンズ１０９等）の光軸方向に関するウエハＷの基準位置としての所定位置Ｚｃ、焦点位置の計測範囲Ｌ、焦点位置の計測間隔ΔＺを設定する。このサブルーチン４０３では、後述するように、ウエハＷのＺ軸方向に関する位置を、基準位置Ｚｃを基準とした計測範囲Ｌの範囲内で、間隔ΔＺだけ順次移動しながら、アライメントセンサ１４のフォーカス検出系１２３のラインセンサ１１９によってその受光面上の像強度分布に対応する信号を各々の位置において検出させるが、ここでは、その基準位置と、計測範囲と、間隔とを設定するのである。この基準位置Ｚｃとしては、例えばアライメントセンサ１４の検出光学系に関する設計値や、シミュレーションによって求められた合焦位置などを設定することができるが、それらの位置に近い任意の位置を設定しても良い。また、合焦位置の計測範囲Ｌとしては、特に制限はないが、アライメントセンサ１４の検出光学系のガウス像面が含まれているのが望ましい。また、間隔ΔＺについては、フォーカス検出系１２３のラインセンサ１１９の分解能等を考慮して設定するのが望ましい。
【０１４９】
ここでは、不図示の入力装置などを用いて所定位置Ｚｃ等が設定されるようになっていても良いし、装置パラメータとして、所定位置Ｚｃ等の値が予め記憶装置６０に記憶されており、その装置パラメータを、主制御装置２０が読み出すことによって所定位置Ｚｃ等が設定されるようになっていても良い。なお、本第２の実施形態の露光装置では、アライメントセンサ１４は、その検出光学系の光軸方向に関して移動不可となっているため、アライメントセンサ１４の検出光学系の光軸方向に関するウエハＷの位置が定まれば、アライメントセンサ１４とウエハマークとの相対位置が決定されるようになっている。
【０１５０】
次のステップ５０５において、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向に関する位置を、Ｚｃ―Ｌ／２に位置決めする。そして、ステップ５０７において、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向に関する位置が、Ｚｃ＋Ｌ／２を超えたか否かを判断する。ここでは、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向に関する位置は、Ｚｃ＋Ｌ／２を超えていないので（現在位置はＺｃ―Ｌ／２）、判断は否定され、ステップ５０９に進む。
【０１５１】
次に、ステップ５０９において、フォーカス計測を行う。フォーカス検出系１２３のラインセンサ１１９から送られてきたウエハＷの反射率が均一な面に対する反射光束の像強度分布に対応する信号は、ラインセンサ１１９の各撮像素子において検出されるピクセルデータ（輝度値）のデータ列（像強度分布データ列）を示している。主制御装置２０は、この像強度分布データ列に基づいて、その像強度分布に形成される２つのピークの重心位置の間隔を検出し、その像強度分布データ列とその間隔とを対応付けて、記憶装置６０に記憶する。
【０１５２】
次に、ステップ５１１に進み、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向に関する位置を、ΔＺだけ＋Ｚ側にずらし、ステップ５０７に戻る。
【０１５３】
以降、ステップ５０７において、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向に関する位置が、Ｚｃ＋Ｌ／２を超えたという判断が肯定されるまで、ステップ５０７→ステップ５０９→ステップ５１１が繰り返し実行され、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向に関する位置がΔＺだけ＋Ｚ側に変更させる毎に、ラインセンサ１１９によって検出される像強度分布データ列が、主制御装置２０によって、そのデータ列に基づいて求められる２つのピークの重心位置の間隔に対応付けられて記憶装置６０に記憶される。そして、ステップ５０７において、判断が肯定されると、ステップ５１３に進み、ステップ５１３において、記憶装置６０に記憶された反射率が均一な面の像強度分布データ列とそのデータ列より求まる２つのピークの重心位置との対応関係をまとめてテーブル化し、サブルーチン４０３の処理を終了する。なお、以下では、記憶装置６０に記憶されたデータ列を示す関数を像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）と呼ぶ（図１３（Ｂ）参照）。Ｎは、ラインセンサ１１９における各ピクセルの番号を示す自然数であり、Ｇ（Ｎ）は、ピクセルＮにおける輝度値（ピクセルデータ）を表している。
【０１５４】
図１０に戻り、ステップ４０５において、カウンタ値ｎを１に初期化する。そして、ステップ４０７において、元工程でウエハＷ上にすでに形成されている複数のショット領域のうち、特定のショット領域（サンプルショット）にそれぞれ付設されたウエハマークのうち、ｎ番目に計測するウエハマークが、アライメントセンサ１４の検出光学系の検出視野内に位置するように、ウエハステージＷＳＴを移動させる。ここでは、ｎ＝１なので、１番目に計測するウエハマークがアライメントセンサ１４の検出光学系の検出視野内に位置するようになる。
【０１５５】
次に、フォーカス調整のサブルーチン４０９を実行する。図１２には、サブルーチン４０９のフローチャートが示されている。サブルーチン４０９では、図１２に示されるように、まず、ステップ６０１において、フォーカスを計測する。ここでは、ｎ番目のウエハマークの近傍の被計測領域（例えば図６に示される照明光ＩＬ1，ＩＬ2のいずれか一方の照射領域）からの反射光束による像強度分布に対応する信号（ピクセルデータのデータ列、すなわち像強度分布データ列）が得られる。ここで、受信された像強度分布データ列を示す関数を像強度分布データ列関数Ｆ（Ｎ）とする（図１３（Ａ）参照）。
【０１５６】
次のステップ６０３において、その像強度分布データ列関数Ｆ（Ｎ）のデータのばらつきを示す標準偏差σFを求める。そして、次のステップ６０５において、像強度分布データ列関数Ｆ（Ｎ）の２つのピークの重心位置の間隔ｄFを求め、その間隔に対応する反射率が均一な面の像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）を、記憶装置６０に記憶されたテーブルから読み出す。
【０１５７】
そして、次のステップ６０７において、下地反射率を推定する。所定の結像光束をウエハマークの近傍の被計測領域に照射することにより得られる反射光束によって形成される像強度分布は、その結像光束によって形成される像の像強度分布（第２信号の成分）と、その結像光束が入射した検出対象の面の反射率（第１信号の成分）との積となる。したがって、検出対象（ここでは、ウエハＷ上のｎ番目のウエハマークが形成された領域）に対する像強度分布に関する情報と、反射率が均一である面に対する像強度分布に関する情報との違い、例えばそれらの比を算出すれば、その比から検出対象の反射率に関する情報を推定することができる。
【０１５８】
具体的には、ステップ６０７において、ステップ６０１で受信した像強度分布データ列関数Ｆ（Ｎ）の各データの値（輝度値）から、記憶装置６０から読み出された像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）を除算して得られる関数Ｈ（Ｎ）（＝Ｆ（Ｎ）／Ｇ（Ｎ））を算出する。データ列関数Ｈ（Ｎ）の各データのうち、その値が所定値よりも低いデータについては、その値を０とする。この除算結果、すなわちデータ列関数Ｈ（Ｎ）は、検出対象となるウエハマーク周辺（被計測領域）の下地反射率に相当するデータ列（下地反射率データ列）として推定される。図１３（Ａ）には、ステップ６０１で受信した像強度分布データ列関数Ｆ（Ｎ）の一例が示されており、図１３（Ｂ）には、ステップ６０５で記憶装置６０から読み出された像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）の一例が示されており、図１３（Ｃ）には、図１３（Ａ）に示されるデータ列関数Ｆ（Ｎ）から、図１３（Ｂ）に示されるデータ列関数Ｇ（Ｎ）で、ステップ６０７における除算を行ったときに求められる下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）が示されている。なお、このステップ６０７では、推定された下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）のデータのばらつきを示す標準偏差σHも算出しておく。
【０１５９】
次のステップ６０９において、標準偏差の比σF／σHが、所定値以上であるか否かを判断する。その判断が肯定されれば、ステップ６１１に進み、否定されれば、ステップ６１９に進む。ここでは、判断が肯定されたものとして話を進める。
【０１６０】
次のステップ６１１では、ステップ６０７で推定された下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）に基づいて、２つのピークの重心位置の間隔ｄHを検出する。図１３（Ｃ）に示されるように、下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）の分布形状は、照明光束ＩＬ1，ＩＬ2のいずれかが照射されるウエハＷの面の反射率に対応するものであり、明確な２つのピークを有する分布形状とはならない場合が多い（図１３（Ａ），図１３（Ｂ）参照）。したがって、ここでは、統計的な演算処理を用いて、アライメントセンサ１４のフォーカスを計測する。
【０１６１】
例えば、図１３（Ｃ）に示されるように、まず、壁Ｗ１、Ｗ２によって十分に広い幅が規定されたスコープを設定し、そのスコープを下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）に対し紙面左右方向（Ｎ軸方向）に走査させていったときに、そのスコープの中心位置Ｃ0を中心としたスコープ内のデータ列の分布形状の鏡映対称度が最も高かったときの中心位置Ｃ0を、フォーカスを求めるための中心位置として決定する。そして、図１３（Ｃ）中、決定された中心位置より左側のデータ列の重心位置と、中心位置より右側のデータ列の重心位置との間隔を、アライメントセンサ１４のフォーカスに対応する間隔ｄHとして算出する。
【０１６２】
次のステップ６１３において、主制御装置２０は、２（ｄH−ｄ0）とｄG−ｄ0との差が所定範囲内であるか否かを判断する。なお、ここで、ｄGとは、図１３（Ｂ）に示されるように、ステップ６０５で読み出された像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）に対応する間隔である。ｄH−ｄ0を２倍するのは、図１（Ｂ）に示されるように、デフォーカスによる下地パターンＰｔに起因する反射率分布（第１信号）のＮ軸方向のずれに対し、結像光束による像（第２信号）のＮ軸方向のずれが２倍となるためで、下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）から求められる間隔からデフォーカス量への変換係数は、像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）から求められる２つのピークの重心位置の間隔からデフォーカス量への変換係数が２倍になると考えられるためである。ここで、判断が否定された場合には、ステップ６１５に移行し、判断が肯定された場合には、ステップ６１７に進む。ここでは、判断は否定され、ステップ６１５に移行するものとして説明を進める。
【０１６３】
ステップ６１５では、間隔２（ｄH−ｄ0）＋ｄ0に対応する像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）を記憶装置６０のテーブルから読み出す。そして、ステップ６１５を実行した後は、ステップ６０７に戻る。
【０１６４】
以降、ステップ６１３において、判断が肯定されるまで、ステップ６０７→ステップ６０９→ステップ６１１→ステップ６１３→ステップ６１５の処理を繰り返し実行する。なお、このループ処理において、ステップ６０９で判断が否定された場合には、ステップ６１９に進む。
【０１６５】
このようなループ処理を実行すれば、下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）から検出される間隔ｄHがある値（すなわち真の下地反射率によって求められる間隔）に次第に収束するようになる。
【０１６６】
ステップ６１３において、判断が肯定されると、ステップ６１７に移行し、そのときの関数Ｈ（Ｎ）から算出される２（ｄH−ｄ0）に、デフォーカス量変換係数を乗ずることによってデフォーカス量を算出する。また、ステップ６０９において、判断が否定されると、ステップ６１９に進み、ウエハマークの周辺は、下地反射率はほぼ均一であったとして、ステップ６０１において現在選択されている像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）を用いて、そのデータ列の２つのピークの重心位置の間隔ｄGを検出し、ｄG−ｄ0にデフォーカス変換係数を乗ずることによってデフォーカス量を算出する。
【０１６７】
ステップ６１７又はステップ６１９を実行した後は、ステップ６２１に移行し、ステップ６２１において、算出されたデフォーカス量だけ、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向に関する位置を調整する。そして、ステップ６２１実行後、サブルーチン４０９を終了する。
【０１６８】
図１０に戻り、ステップ４１１において、マークを撮像する。ここで、主制御装置２０は、撮像部１２２によって撮像されたウエハマークの撮像信号とウエハ干渉計１８から得られるウエハステージＷＳＴの位置情報とに基づいて、ウエハマークの位置情報（ステージ座標系におけるウエハマークのＸ座標又はＹ座標）を検出し、そのウエハマークの位置情報を記憶装置６０に記憶する。
【０１６９】
ウエハマークの位置情報の取得が完了すると、次のステップ４１３に進み、ｎを１だけインクリメントする（ｎ←ｎ＋１）。そして、ステップ４１５において、計測対象のすべてのウエハマークの位置情報を取得したか否か、すなわちカウンタｎが所定値ｎcを超えたか否かを判断する。ここで、判断が否定されれば、ステップ４０７に戻り、判断が肯定されれば、ステップ４１７に進む。ここでは、まだ１番目（すなわちｎ＝１）のウエハマークの位置情報が取得されただけなので、判断は否定され、ステップ４０７に戻る。
【０１７０】
以降、ステップ４１５において判断が肯定されるまで、すなわち計測対象のすべてのウエハマーク（ｎC個のウエハマーク）の位置情報が取得されるまで、ステップ４０７→サブルーチン４０９→ステップ４１１→ステップ４１３→ステップ４１５の処理が繰り返し実行される。
【０１７１】
ステップ４１５で、判断が肯定されると、次のステップ４１７において、これまでに算出されたウエハマークの位置情報、すなわちウエハマークの位置座標を用いて、例えば特開昭６１−４４４２９号公報などに開示される最小自乗法を用いた統計演算を実行し、ウエハＷの各ショット領域の配列座標系とステージ座標系との回転成分、スケーリング成分、オフセット成分、ステージ座標系のＸ軸とＹ軸の直交度成分等のパラメータを算出し、そのパラメータを所定の演算式に代入して、ウエハＷ上の各ショット領域の配列座標、すなわち重ね合わせ位置を算出し、サブルーチン２０９の処理を終了する。
【０１７２】
サブルーチン２０９の終了後に行われる処理は、上記第１の実施形態における図８に示される処理とほぼ同様であるので、説明を省略する。
【０１７３】
これまでの説明から明らかなように、本第２の実施形態では、主制御装置２０が、本発明の検出装置の推定装置、及び算出装置に対応している。すなわち、主制御装置２０のＣＰＵが行う、サブルーチン４０９（図１２）のステップ６０７等の処理によって推定装置の機能が実現され、ステップ６１７、ステップ６１９（図１２）等の処理によって算出装置の機能が実現されている。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではないことは勿論である。
【０１７４】
以上詳細に説明したように、本第２の実施形態によれば、図１２のステップ６０１において、照明光束ＩＬ1，ＩＬ2のいずれかを、計測対象となるウエハマーク周辺の被計測領域に照射することにより得られる反射光束による像の像強度分布に対応する信号を検出し、ステップ６０７において、検出された信号に含まれる、被計測領域の反射率に依存する第１信号（像強度分布データ列関数Ｈ（Ｎ））を推定し、ステップ６１７又はステップ６１９において、推定された第１信号（像強度分布データ列関数Ｈ（Ｎ））か、第１信号を推定する際に第２信号として用いる像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）に基づいて、アライメントセンサ１４の検出光学系に対するウエハマークのデフォーカス量を算出する。このようにすれば、第１信号（像強度分布データ列関数Ｈ（Ｎ）に相当する信号）と第２信号（像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）に相当する信号）とのデフォーカスに応じたＮ軸方向のずれ方の違いによらず、アライメントセンサ１４の検出光学系に対するウエハマークが形成された領域のフォーカス状態（デフォーカス量）を、精度良く検出することが可能となる。
【０１７５】
また、本第２の実施形態では、図１２のステップ６０７において、ウエハマークの周辺（被計測領域）の反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）を推定し、その推定精度が所定レベル以上に達するまで（すなわち、ステップ６１３における判断が肯定されるまで）、被計測領域の下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）の推定を繰り返し行う。そして、その推定精度が所定レベル以上になったとき（すなわち、関数Ｈ（Ｎ）から算出されるデフォーカス量が、関数Ｇ（Ｎ）から算出されるデフォーカス量の２倍となったとき）の下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）を用いて、デフォーカス量を検出する。このようにすれば、照明光束ＩＬ1，ＩＬ2のいずれか一方による像が投影されるウエハマーク周辺の下地反射率が一様でなく、ウエハマークがアライメント１４の検出光学系に対してデフォーカスすることによってラインセンサ１１９によって検出される像強度分布、すなわち関数Ｆ（Ｎ）の分布形状が変形していても、アライメントセンサ１４の検出光学系に対するデフォーカス量を、精度良く検出することができるようになる。
【０１７６】
なお、本第２の実施形態のように、ウエハマーク周辺の下地反射率の推定を行う場合には、上記第１の実施形態のように、被計測領域をアライメントセンサ１４の検出光学系のガウス像面に位置させる必要はない。これは、被計測領域の位置がアライメントセンサ１４の検出光学系の合焦位置からずれていたとしても、下地反射率の推定に基づいてデフォーカス量を精度良く検出することができるからである。
【０１７７】
また、本第２の実施形態では、前述の下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）の推定を行う前に、図１１に示されるサブルーチン４０３において、アライメントセンサ１４の検出光学系とウエハＷ上の反射率均一面との相対位置を順次変更しながら、反射率均一面に対する像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）を検出し、その関数Ｇ（Ｎ）から得られる２つのピークの重心位置の間隔と、その関数Ｇ（Ｎ）とが対応付けされたテーブルを作成しておく。そして、ステップ６０５では、推定に用いる関数Ｇ（Ｎ）を、そのテーブルに登録された複数の関数Ｇ（Ｎ）の中から選択する。このようにすれば、下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）を推定する毎に、反射率が均一な面に対する像強度分布に対応する情報（すなわち関数Ｇ（Ｎ））を、逐一検出する必要がなくなるため、関数Ｈ（Ｎ）の推定に要する時間を短縮することが可能となる。
【０１７８】
なお、本第２の実施形態では、ウエハＷ上のパターンが形成されていない面を用いてそのテーブルを作成したが、これには限らず、露光装置１００の立ち上げ時あるいはメンテナンス時において、例えば鏡面加工された基準ウエハ等をアライメントセンサ１４のプリズムミラー１１０の下に配置して、図１１のステップ５０１〜ステップ５１３を実行して、そのテーブルを作成しておくようにしても良い。このようにすれば、一連の露光工程中でテーブルの作成を行わずに済むので、露光工程のスループットを向上させることができる。
【０１７９】
また、本第２の実施形態によれば、関数Ｈ（Ｎ）（反射率に依存する信号、すなわち第１信号）を推定したが、反射率に依存しない信号（第２信号）を推定するようにしても良い。
【０１８０】
また、本第２実施形態の検出方法は、上記第１の実施形態の検出方法と同様に、図８のステップ２０５のベースライン計測等で、アライメントセンサ１４により基準マーク等を検出する際にも適用することができる。この場合には、例えばステップ２０５を実行する前に、露光装置の立ち上げ時あるいはメンテナンス時において、例えば鏡面加工された基準ウエハ等をアライメントセンサ１４のプリズムミラー１１０に下に配置して、サブルーチン４０３と同様の処理を実行して、反射率均一面像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）が登録されたテーブルを作成するようにしておく必要がある。
【０１８１】
また、本第２の実施形態の露光方法によれば、ウエハＷ上に形成されたショット領域のウエハマークが形成された領域などをアライメントセンサ１４の検出光学系の被検面とし、上述した本第２の実施形態の検出方法を用いて、ウエハマーク等の位置情報を精度良く検出することができるので、アライメントセンサ１４の検出光学系の検出結果（ウエハマークの位置情報）に基づいてパターンをウエハＷに転写すれば、高精度な重ね合わせ露光が可能となる。
【０１８２】
なお、本第２の実施形態では、ステップ６１３において、下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）の推定を終了する条件を、関数Ｈ（Ｎ）から得られるｄH−ｄ0の２倍と、関数Ｇ（Ｎ）から得られるｄG−ｄ0との差が所定範囲内にあることとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、推定されるＨ（Ｎ）からステップ６０７において毎回得られるｄH−ｄ0の収束度合によって、例えば前回と得られたｄH−ｄ0との差が所定範囲内となったとき、その推定処理を終了させるようにしても良い。
【０１８３】
また、本第２の実施形態では、ステップ６１７において、関数Ｈ（Ｎ）（第１信号）からデフォーカス量を算出したが、関数Ｈ（Ｎ）の推定に用いられた関数Ｇ（Ｎ）（第２信号）からデフォーカス量を算出しても良い。また、ステップ６１９では、関数Ｇ（Ｎ）でなく、関数Ｆ（Ｎ）（ステップ６０１で検出された信号）からデフォーカス量を検出するようにしても良い。ステップ６１７において、デフォーカス量を検出する際にいずれの関数を用いるかは、関数Ｈ（Ｎ）及び関数Ｇ（Ｎ）の関数Ｆ（Ｎ）に対する寄与度に基づいて決定するようにしても良い。これらの寄与度は、関数Ｇ（Ｎ）及び関数Ｈ（Ｎ）の振幅やデータの標準偏差に基づいて考慮すれば良い。また、ステップ６１７では、関数Ｇ（Ｎ）の関数Ｆ（Ｎ）に対する寄与度に応じた重みを用いて、関数Ｇ（Ｎ）から求められた間隔（間隔ｄH）と、関数Ｆ（Ｎ）から求められた間隔（間隔ｄF）とを重み付け平均することによって、デフォーカス量を決定するようにしても良い。
【０１８４】
また、本第２の実施形態では、下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）を、像強度分布データ列関数Ｆ（Ｎ）と反射率均一面像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）との比によって求めたが、これには限定されず、関数Ｆ（Ｎ）と関数Ｇ（Ｎ）との差に基づいて、関数Ｈ（Ｎ）を推定するようにしても良い。
【０１８５】
また、本第２の実施形態では、１ロットの１枚目のウエハＷに対してだけ、記憶装置６０に記憶されるテーブルを作成したが、これに限らず、ウエハＷをロードする毎に、すなわちステップ４０１の判断を行わずに、ウエハ毎にテーブルを作成するようにしても良い。また、次のロットのウエハに対しては、テーブルを作成する処理を省略し、すでに記憶装置６０に記憶されているテーブルを下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）の推定に用いても良い。
【０１８６】
また、本第２の実施形態では、記憶装置６０内に作成されるテーブルにおいて、そのテーブルに登録される反射率均一面の像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）は、離散的なＺ位置で求められたデータ列から成る離散的な関数であるが、テーブルに登録されてない像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）を補間により作成することも可能である。
【０１８７】
例えば、Ｚ位置Ｚkと、ＺkからΔＺだけ離れたＺ位置Ｚk+1の中間のＺ位置Ｚk'の像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）を求めたい場合には、Ｚ位置Ｚkに対応する像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）と、Ｚ位置Ｚk+1に対応する像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）とをテーブルから読み出し、同一番号（Ｎ）のデータ列に対応するそれぞれのデータ（輝度値）の平均を、その番号のデータとして有する関数を、Ｚ位置Ｚk'の像強度分布データ列関数Ｇ（Ｎ）として、下地反射率データ列関数Ｈ（Ｎ）の推定に用いても良い。なお、Ｚkからの距離とＺk+1からの距離の比に応じて補間すれば、中間位置Ｚk'だけでなく、Ｚkと、Ｚk+1との間のすべてのＺ位置において、関数Ｇ（Ｎ）を求めることが可能である。
【０１８８】
なお、上記各実施形態では、被検面からの反射光束を、光束分割部材を用いて分割することによって得られる像強度分布に基づいてフォーカス状態（デフォーカス量）を計測するオートフォーカス機構に本発明を適用する場合について述べたが、これには限定されず、被検面からの反射光束によってフォーカス状態を検出する装置であれば適用することが可能である。
【０１８９】
また、上記各実施形態では、アライメントセンサ１４として、ＦＩＡ方式のアライメントセンサを用いたが、又は、レーザ光をウエハＷ上の点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又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）方式のアライメントセンサや、そのアライメントセンサと上記ＦＩＡ方式とを適宜組み合わせたアライメントセンサにも本発明を適用することは可能である。また、例えばコヒーレントな検出光を被検面のマークに照射し、そのマークから発生する２つの回折光（例えば同次数）を干渉させて検出するアライメントセンサを、単独で、あるいは上記ＦＩＡ方式、ＬＳＡ方式などと適宜組み合わせたアライメントセンサに本発明を適用することは勿論可能である。
【０１９０】
また、上記各実施形態では、本発明がスキャニング・ステッパに適用された場合について説明したが、これに限らず、ステップ・アンド・リピート方式のステッパ等の静止型の露光装置にも適用できる。かかる場合には、静止露光を行う際に、ウエハを露光位置（レチクルパターンの投影位置）に精度良く位置決めすることができ、レチクルのパターンをウエハ上の所望の区画領域に精度良く重ね合せて転写することができる。
【０１９１】
なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系、並びにアライメントセンサ１４を露光装置本体に組み込み、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより、上記実施形態の露光装置を製造することができる。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。
【０１９２】
なお、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用することができる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、ホタル石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。
【０１９３】
更に、本発明に係る検出方法は、露光装置に限らず、結像式の検出光学系を備えた装置であれば、適用が可能である。
【０１９４】
《デバイス製造方法》
次に、上述した露光装置１００をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
【０１９５】
図１４には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートが示されている。図１４に示されるように、まず、ステップ７０１（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ７０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ７０３（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
【０１９６】
次に、ステップ７０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ７０１〜ステップ７０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ７０５（デバイス組立てステップ）において、ステップ７０４で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ７０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。
【０１９７】
最後に、ステップ７０６（検査ステップ）において、ステップ７０５で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
【０１９８】
図１５には、半導体デバイスにおける、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されている。図１５において、ステップ７１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ７１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ７１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ７１４（イオン打ち込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ７１１〜ステップ７１４それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
【０１９９】
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ７１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ７１６（露光ステップ）において、上記実施形態の露光装置１００を用いてマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ７１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステップ７１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ７１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
【０２００】
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０２０１】
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップ７１６）において上記各実施形態の露光装置１００が用いられるので、高精度な露光を実現することができる。この結果、より高集積度のデバイスの生産することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
以上説明したように、本発明に係る検出方法及び装置は、物体の被検面を検出光学系を介して検出するのに適しており、本発明に係る露光方法及び装置は、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程に適しており、本発明に係るデバイス製造方法は、マイクロデバイスの生産に適している。
【図面の簡単な説明】
【０２０３】
【図１】図１（Ａ）は、結合光束がウエハに照射されたときの様子の模式図であり、図１（Ｂ）は、３つのフォーカス状態において撮像素子で検出される像強度分布の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る露光装置を概略的に示す図である。
【図３】図２のアライメントセンサの内部構成を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、視野絞り板を示す図であり、図４（Ｂ）は、遮光板を示す図である。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、反射板の配置を説明するための図である。
【図６】ウエハマークＡＭ１を計測している状態を示す図である。
【図７】図７（Ａ）は、ウエハ表面が最良焦点面よりも低い位置にあるときのラインセンサ上における結像状態を示す図であり、図７（Ｂ）は、ウエハ表面が最良焦点面にあるときのラインセンサ上における結像状態を示す図であり、図７（Ｃ）は、ウエハ表面が最良焦点面よりも高い位置にあるときのラインセンサ上における結像状態を示す図である。
【図８】露光処理工程における一連の動作における主制御装置内のＣＰＵの処理アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施形態におけるウエハアライメントのサブルーチンの処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるウエハアライメントの処理を示すサブルーチンのフローチャートである。
【図１１】テーブル作成処理のサブルーチンの処理を示すフローチャートである。
【図１２】フォーカス調整のサブルーチンの処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１３（Ａ）は、ステップ６０１で受信した像強度分布データ列関数の一例を示す図であり、図１３（Ｂ）は、ステップ６０５で記憶装置６０から読み出された像強度分布データ列関数の一例を示す図であり、図１３（Ｃ）は、推定された下地反射率データ列関数の一例を示す図である。
【図１４】本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１４のステップ７０４の詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０２０４】
１４…アライメントセンサ、２０…主制御装置（調整装置、計測装置、決定装置、推定装置）、６０…記憶装置、１００…露光装置、１０３…光源、１０４…ライトガイド、１０５…コンデンサレンズ、１０６Ａ…視野絞り板、１０６Ｂ…シャッタ、１０７…レンズ系、１０８…第１ビームスプリッタ、１０９…対物レンズ（検出光学系）、１１０…プリズムミラー、１１１…レンズ系、１１２…第２ビームスプリッタ、１１３…遮光板、１１９…ラインセンサ（計測装置、信号検出装置）、１２２…撮像部（撮像装置）、１２３…フォーカス検出系、１２４…マーク検出系、ＡＭ１…ウエハマーク、ＩＬ1，ＩＬ2…照明光束、ＥＬ…露光光、Ｒ…レチクル、ＲＡ１，ＲＡ２…レチクルアライメント検出系、Ｗ…ウエハ（物体）、ＷＳＴ…ウエハステージ（移動体）。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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