(57)【要約】【課題】  撮像素子の出力信号の評価値に複数のピークが検出された場合であっても、フォーカス位置のばらつきを抑制するようにした技術を提供する。【解決手段】  撮像素子と撮像素子の撮像面に被検物体の像を形成する光学系とを有する光学位置検出装置のフォーカス位置を検出する位置検出方法であって、光学系の光軸方向における被検物体の位置と撮像素子の出力信号の評価値との関係を求め、当該求めた関係において評価値のピークが複数ある場合、基準フォーカス位置に近い位置のピークを選択し、当該選択したピークの位置をフォーカス位置として検出する。【選択図】  図１
2009192271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と前記撮像素子の撮像面に被検物体の像を形成する光学系とを有する光学位置検出装置のフォーカス位置を検出する位置検出方法であって、
前記光学系の光軸方向における被検物体の位置と前記撮像素子の出力信号の評価値との関係を求める計測工程と、
前記計測工程で求めた前記関係において前記評価値のピークが複数ある場合、基準フォーカス位置に近い位置のピークを選択し、当該選択したピークの位置をフォーカス位置として検出する検出工程と
を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
前記検出工程では、
前記基準フォーカス位置に近い位置のピークの選択に失敗した場合に、前記基準フォーカス位置をフォーカス位置として検出する
ことを特徴とする請求項１記載の光学位置検出装置の位置検出方法。
【請求項３】
前記基準フォーカス位置は、
前記撮像素子の出力信号の評価値に単一のピークが生じる照明条件により前記被検物体を照明した場合における当該評価値のピークの位置である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光学位置検出装置の位置検出方法。
【請求項４】
前記検出工程は、前記評価値のピークが複数検出された場合、前記基準フォーカス位置を測定する工程を含む
ことを特徴とする請求項３記載の光学位置検出装置の位置検出方法。
【請求項５】
前記基準フォーカス位置として、直前のショット領域又は直前のウエハに対して実施された前記計測工程により求められる前記関係において選択されたピークの位置を用いる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光学位置検出装置の位置検出方法。
【請求項６】
前記基準フォーカス位置として、複数の計測ショットにおける前記計測工程により求められるそれぞれの前記関係を平均化した結果から選択されたピークの位置を用いる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光学位置検出装置の位置検出方法。
【請求項７】
前記基準フォーカス位置として、入力装置を介して与えられる操作者からの指示に従って決定された位置を用いる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光学位置検出装置の位置検出方法。
【請求項８】
原版のパターンをステージに保持された基板に投影し前記基板を露光する露光装置であって、
撮像素子と前記撮像素子の撮像面に被検物体の像を形成する光学系とを有する光学位置検出部と、
前記ステージを駆動するステージ駆動機構と、
前記光学位置検出部及び前記ステージ駆動機構を制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、
前記光学系の光軸方向における被検物体の位置と前記撮像素子の出力信号の評価値との関係を求め、
前記求めた前記関係において前記評価値のピークが複数ある場合、基準フォーカス位置に近い位置のピークを選択し、当該選択したピークの位置をフォーカス位置として検出し、
前記検出部により検出されたフォーカス位置で前記被検物体の位置を検出し、前記被検物体の位置に基づいて前記ステージ駆動機構を制御して前記ステージを位置決めする
ことを特徴とする露光装置。
【請求項９】
デバイス製造方法であって、
請求項８記載の露光装置によって基板を露光する工程と、
前記基板を現像する工程と、
を含む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、位置検出方法、露光装置、及び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、薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィー工程で製造する際に使用する露光装置としては、ステッパーのような一括露光型の投影露光装置、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査型の投影露光装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
ここで、図１を用いて、露光装置について簡単に説明する。
【０００４】
露光光源ＬＳには、極端紫外光であるＫｒＦエキシマレーザーや、更に波長の短いＡｒＦエキシマレーザーなどの単一波長発振レーザー光が用いられている。露光光源ＬＳから発せられた光束は、照明光学系ＩＬにおいてパターン原版であるレチクルＲＴの所定の領域を照明する。レチクルＲＴには転写すべきパターンが形成されている。そのレチクルＲＴに形成されたパターン（例えば、微細回路パターン）は、投影光学系ＰＯによってウエハＷ上に投影される。
【０００５】
露光装置では限界に近い解像力が求められる。そこで、露光装置には、解像力に影響する要因（例えば、大気圧、環境温度等）を測定し、その測定結果に応じて投影光学系ＰＯの結像特性を補正する機構が備えられている。また、解像力を高めるため、投影光学系ＰＯの開口数が大きく設定されるので、結果として焦点深度がかなり浅くなっている。斜入射検出方式の焦点位置検出系ＦＳ（以下、フォーカス検出系）は、ウエハＷ全面の表面の凹凸形状を計測し、露光に最適な投影光学系ＰＯの光軸方向（以下、ｚ方向と言う）の高さを調整する。
【０００６】
解像力の向上に伴って高い重ね合わせ精度も要求されている。重ね合わせには、投影光学系ＰＯの光軸外へ配置されたオフアクシスアライメント（Offaxis Alignment）検出系ＯＡ（以下、アライメント検出系と言う）が用いられる。アライメント検出系ＯＡは、ウエハＷ上に構成された複数のアライメントマークを観察し、投影光学系ＰＯの光軸と垂直な平面（以下、ｘｙ平面と言う）におけるショット領域の位置ズレ量を算出、補正する。
【０００７】
ここで、実際に露光する投影光学系ＰＯの光軸とアライメント検出系ＯＡの光軸とには隔たりがあり、その距離はベースライン量と呼ばれる。ベースライン量が変化すると、アライメント検出系ＯＡでの計測後、投影光学系ＰＯ下への移動時に誤差が発生してしまう。そこで、より高精度で安定したアライメントを実現するため、ＴＴＬ−ＡＡ（Through the Lens Auto Alignment）方式の光学位置検出系ＣＡにおいて、ベースライン量の変化を計測し補正する。ＴＴＬ−ＡＡ方式の光学位置検出系ＣＡでは、レチクルＲＴ及び投影光学系ＰＯを介した露光光等によりレチクルＲＴとウエハＷの相対位置を測定する。光学位置検出系ＣＡ内の光源より射出した光は、レチクルＲＴに設けられた不図示のアライメントマークを照明する。この反射散乱光は光学位置検出系ＣＡ内の撮像面に像を形成する。また、レチクルＲＴ上のアライメントマーク以外の透過領域を透過した検出光は、投影光学系ＰＯを介してウエハＷ上のアライメントマークやステージ基準マークに達する。その反射散乱光は、投影光学系ＰＯを介してレチクルＲＴのアライメントマーク以外の透過領域を経て光学位置検出系ＣＡ内の撮像素子の撮像面に像を形成する。レチクルＲＴ上のアライメントマークとウエハＷ上のアライメントマークやステージ基準マークとを同時に観察できる。これにより、レチクルＲＴとウエハＷの相対位置関係（投影光学系ＰＯの光軸と垂直方向のｘｙ）や、レチクルＲＴとウエハＷとの共役関係（フォーカス合わせ）を測定することができる。
【０００８】
レチクルアライメント光学系ＲＡは、レチクルステージＲＳとレチクルＲＴの位置が相対的に合っているか否かを検出するための光学系である。レチクルアライメント光学系ＲＡでは、レチクルステージＲＳに設けられたレチクル基準マークと、レチクルＲＴに設けられたアライメントマークとを同一視野内で観察することにより、その相対位置を測定し、レチクルＲＴの位置合わせを行なう。
【特許文献１】特開２００５−３０２８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
アライメント検出系ＯＡ、ＴＴＬ−ＡＡ方式の光学位置検出系ＣＡなどの光学位置検出系では、アライメントマークの位置の測定前に、検出系に対しアライメントマークのフォーカス（光軸方向の位置）を合わせる必要がある。このため、検出すべきマークを光軸方向へ駆動しながら、マークの照射に基づく撮像素子の出力信号をモニタリングする。そして、駆動位置と出力信号のコントラストのような評価値とから最適なフォーカス位置を見つけ、この最適なフォーカス位置でアライメントマークの位置を検出する。例えば、駆動位置と出力信号のコントラストの関係を描いたコントラストカーブを取得し、コントラストが最大となるコントラストカープのピーク位置をフォーカス位置とする手法が知られている。
【００１０】
ところが、光学位置検出系の照明条件によっては、上記コントラストカーブのピークが１つではなく、複数生じてしまう場合が存在する。ウエハ内のショット間やウエハ間、ロット間などで製造誤差によりマーク個々の状態にはばらつきが発生するので、コントラストカーブのピークが複数存在すると、フォーカス位置の基準とするピーク位置が安定しない。この場合、プロセスの状態によって検出されるフォーカス位置が変わってしまい、ショット間やウエハ間で検出されるフォーカス位置が大きく変化してしまう。
【００１１】
他方、図１１に示すように、アライメント検出系ＯＡには、光学系の組立調整誤差としてデフォーカス特性が残りうる。これは、検出されるマークの（ウエハ面内方向の）位置がフォーカス位置に依存してシフトする特性である。このため、アライメント時のフォーカス位置が大きくばらつくと、それに伴ってデフォーカス特性に起因してアライメントマークの計測値もばらつきを起こし、アライメント精度に大きな影響をもたらすことになる。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、撮像素子の出力信号の評価値に複数のピークが検出された場合であっても、フォーカス位置のばらつきを抑制するようにした技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の一態様は、撮像素子と前記撮像素子の撮像面に被検物体の像を形成する光学系とを有する光学位置検出装置のフォーカス位置を検出する位置検出方法であって、前記光学系の光軸方向における被検物体の位置と前記撮像素子の出力信号の評価値との関係を求める計測工程と、前記計測工程で求めた前記関係において前記評価値のピークが複数ある場合、基準フォーカス位置に近い位置のピークを選択し、当該選択したピークの位置をフォーカス位置として検出する検出工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一態様は、原版のパターンをステージに保持された基板に投影し前記基板を露光する露光装置であって、撮像素子と前記撮像素子の撮像面に被検物体の像を形成する光学系とを有する光学位置検出部と、前記ステージを駆動するステージ駆動機構と、前記光学位置検出部及び前記ステージ駆動機構を制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記光学系の光軸方向における被検物体の位置と前記撮像素子の出力信号の評価値との関係を求め、前記求めた前記関係において前記評価値のピークが複数ある場合、基準フォーカス位置に近い位置のピークを選択し、当該選択したピークの位置をフォーカス位置として検出し、前記検出部により検出されたフォーカス位置で前記被検物体の位置を検出し、前記被検物体の位置に基づいて前記ステージ駆動機構を制御して前記ステージを位置決めすることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一態様によるデバイスの製造方法は、上記のような露光装置によって基板を露光する工程と、前記基板を現像する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、例えば、撮像素子の出力信号の評価値に複数のピークが検出された場合であっても、フォーカス位置のばらつきを抑制する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係わる位置検出方法、露光装置、及びデバイス製造方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態においては、本発明に係わる位置検出方法を（例えば、光学位置検出部、或いは光学位置検出装置として）適用した露光装置により、アライメント検出系ＯＡにおけるフォーカス位置の検出を行なう場合について説明する。
【００１８】
図１を用いて、露光装置の概要について説明する。なお、上記説明した箇所と重複する部分についての説明は省略する。
【００１９】
アライメント検出系ＯＡは、ウエハステージＷＳに保持されたウエハＷ上のアライメントマーク（被検物体）を光学的に検出する。このアライメント検出系ＯＡは、投影光学系ＰＯを介さずウエハアライメントを行なうため、光学的な制約が少ない。これにより、投影光学系ＰＯを介して検出を行なう場合よりも、高精度な検出を行なえる可能性が高い。
【００２０】
ウエハステージの位置を検出する干渉計ＩＦは、ｘｙ平面にあるウエハステージＷＳの位置を計測する。この位置計測に基づいてウエハステージＷＳが駆動され、ウエハＷ上にあるアライメントマーク（図１では不図示）がアライメント検出系ＯＡの検出範囲内に移動され、アライメントマークの位置計測が行なわれる。
【００２１】
図２を用いて、図１に示すアライメント検出系ＯＡについて更に詳述する。
【００２２】
図２に示すように、アライメント検出系ＯＡは、アライメント検出系用の照明光源２０や、対物レンズ２６等の光学系を備えている。照明光源２０は、ハロゲンランプなどを用いた広帯域波長の光や、Ｈｅ−Ｎｅレーザーなどを用いた単色光を供給する。
【００２３】
照明光源２０を射出された照明光は、照明系レンズ２１を介してハーフミラー２２で反射され、結像レンズ前群２３へ入射する。照明光は更に、リレーレンズ２４を介して反射ミラー２５で反射され、対物レンズ２６へ入射する。対物レンズ２６で集光された照明光は、観察可能範囲内に位置決めされたウエハＷ上にあるアライメントマークＭを照明する。
【００２４】
アライメントマークＭからの反射散乱光は、対物レンズ２６を介し反射ミラー２５で反射された後、リレーレンズ２４へ入射する。更に、その反射散乱光は、結像レンズ前群２３を介し、ハーフミラー２２を透過した後、結像レンズ後群２７で集光され、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子２８の撮像面にアライメントマークＭの像を形成する。撮像素子２８は、その撮像面に形成されたアライメントマークＭの像の出力信号を制御部８へ送る。そして、制御部８において、信号処理されることでウエハＷ上のアライメントマークＭの位置が検出される。また、更に上述した干渉計ＩＦからの情報に基づきウエハＷ内に形成されたショット領域の配列情報が取得される。ウエハステージＷＳは、このショット領域の配列情報に基づいてステージ駆動機構（不図示）により駆動され、ウエハＷを投影光学系ＰＯの露光領域に移動させる。露光装置では、このようにして順次露光を行なうことになる。
【００２５】
アライメント検出系ＯＡにおけるアライメントマークＭのフォーカス位置は、計測によって求められる。アライメント検出系ＯＡは、ウエハＷ上のマークを観察しつつ、ウエハステージＷＳを光軸方向、すなわち、ｚ方向に駆動させる。そして、撮像素子２８からの出力信号の評価値が最適な値を計測したところをフォーカス位置とする。
【００２６】
以下、具体的な計測方法について詳述する。
【００２７】
アライメント検出系ＯＡでは、ウエハＷ上のショット領域の配列情報を計測するため、複数のショットでアライメントマークＭを測定する。このショット領域の配列情報を精度良く測定するためには、各アライメントマークＭにおける最適なフォーカス位置を算出する必要がある。例えば、撮像方式のアライメント検出系ＯＡにおける最適なフォーカス位置としては、コントラストの最も高い位置が挙げられる。これは、コントラストが高いと電気ノイズに代表されるランダムノイズ成分の影響が相対的に低くなり、計測再現性の向上が見込まれるためである。
【００２８】
そこで、まず、計測するアライメントマークＭをアライメント検出系ＯＡの視野内へ送り込み、撮像素子２８からの出力信号を計測しながらウエハＷをアライメント検出系ＯＡの光軸方向（以下、ｚ方向と言う）に駆動する。これにより、ｚ方向への駆動量と出力信号のコントラストとが得られ、凸型のグラフ（コントラストカーブ）を描くことができる（図３（ａ））。そして、このコントラストカーブの頂点（最もコントラストの高い位置）をフォーカス位置としてアライメント計測を行なうことで計測精度の良いアライメントを行なうことができる。
【００２９】
このように頂点（ピーク）が１つだけのコントラストカーブの場合は、プロセスばらつきがあってもピークの位置やコントラスト値が微小に変化するだけとなり、オーバーレイ精度に影響の少ない安定したフォーカス計測を行なうことができる。しかし、コントラストカーブに頂点が複数検出された場合は、プロセスばらつきがあると、フォーカス位置が大きく変化する。例えば、コントラストカーブを出力したアライメントマークＭにおいて、アライメント検出系ＯＡの照明σを小さくした場合のコントラストカーブは図３（ｂ）のようになる。図３（ｂ）を参照すると、ｚ方向への駆動量に対してコントラストカーブのピークが２箇所みられる。この場合、プロセスばらつきによりコントラストが変化し、ショット毎のマークの状態によって最大値を示すピークが入れ替わる。そのため、ショット毎やウエハ毎のプロセスばらつきにより、何れのピークをフォーカス位置として認識するかが変わってしまい、アライメント時のフォーカス位置にばらつきが生じてしまう。
【００３０】
アライメント検出系ＯＡには、光学系の組立調整誤差としてフォーカス位置によって検出されるマークの位置がシフトするデフォーカス特性が残りうる。そのため、アライメント時のフォーカス位置がばらつくと、それに伴って計測値もばらつきを起こし、アライメント精度に大きな影響をもたらすこととなる。
【００３１】
このばらつきを考えると、コントラストカーブが１つのピークしか持たない照明条件、検出条件で測定すればよいが、撮像素子２８からの出力信号のコントラストがプロセスによっては低い場合がある。この場合、照明σを小さくし、コントラストを上げる手法を採らなければ精度良く観測できない。しかし、照明σを小さくすると、複数のピークが発生する可能性がある。
【００３２】
そこで、以下、実施形態において、ウエハＷのデフォーカスと、アライメントマークＭの照明に基づく出力信号のコントラストとの関係（コントラストカーブ）に複数のピークが発生した場合であっても、安定したフォーカス位置を検出する手法について説明する。
【００３３】
（実施形態１）
まず、実施形態１に係わるフォーカス位置の検出方法について説明する。実施形態１においては、上述したコントラストカーブに複数のピークが発生した場合に、当該複数のピークの中から基準フォーカス位置に近いピークを選択し、当該ピークの位置をフォーカス位置として検出する場合について説明する。なお、実施形態１では、基準フォーカス位置として、基準照明モードにおけるフォーカス位置（ピーク）を用いる。基準照明モードにおけるフォーカス位置とは、コントラストカーブが単一のピークしか持たない照明条件（例えば、照明σが大きいなど）時に検出されたフォーカス位置である。基準照明モード時におけるコントラストカーブは、例えば、図５（ａ）に示す破線となる。
【００３４】
ここで、図４を用いて、実施形態１に係わるフォーカス位置の検出方法の手順の一例について説明する。
【００３５】
制御部８は、アライメント検出系ＯＡの視野内にウエハＷ上のアライメントマークＭが入るようにステージ駆動機構（不図示）にウエハステージＷＳを駆動させる（ステップＳ１０１）。
【００３６】
制御部８は、次にアライメントを行なうための照明条件（ここでは、照明σが小さい条件とする）でアライメントマークＭを観察しながら、ステージ駆動機構にウエハステージＷＳをｚ方向に駆動させる。これにより、ウエハＷのｚ方向への駆動量と撮像素子２８からの出力信号のコントラストとの関係（コントラストカーブ）を計測する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において計測されるコントラストカーブは、例えば、図５（ａ）に示す実線となる。
【００３７】
ここで、制御部８は、計測したコントラストカーブを解析し、フォーカス位置となるピークの個数を調べる（ステップＳ１０３）。図５（ｂ）は、図５（ａ）に実線で示されるコントラストカーブの各点をフォーカス位置に対しての傾きとして示した結果（微分カーブ）である。図５（ｂ）においては、中央を横切る０を示す横軸を越える箇所が変曲点となるが、ここではコントラストの高いところを探しているため、微分値が「＋」から「−」に変化し、かつ０を示す横軸を越えている箇所を探す。図５（ｂ）に示す例では、該当箇所は２ヶ所となる。したがって、図５（ａ）に実線で示されるコントラストカーブは、複数のピークを持つコントラストカーブであると判断される。なお、これとは別の手法として、コントラストカーブに多項式フィッティングを行い、多項式を微分することで微分カーブを導出し、ピークの数を求めてもよい。この場合、コントラストカーブの取りうる曲線に対して十分な次数（例えば１０次、１５次など）の多項式をフィッティングする。そして、求めた多項式を微分し、計測したフォーカス範囲内のピーク数を算出することでピークの数を求める。
【００３８】
ステップＳ１０３における解析の結果、ピークが単一であれば、そのピークを示すフォーカス位置でアライメントを行えばよい。また、ピークが複数あれば、常に特定位置周辺のピークをフォーカス位置として決定するため、基準フォーカス位置に基づいて当該複数のピークの中からピークを１つ選択する。なお、常に特定位置周辺のピークをフォーカス位置とするのは、フォーカスばらつきを抑制するためである。
【００３９】
そこで、複数のピークが検出された場合、制御部８は、基準照明モードによりアライメントマークＭを照明させ、その照明に基づくコントラストカーブを計測する（ステップＳ１０４）。なお、基準照明モードによるアライメントマークＭのコントラストカーブの計測は、必ずしもこのタイミングで行なう必要はなく、例えば、予め行なっておいてもよい。その場合、ステップＳ１０４においては、予め記録された基準照明モードにおけるコントラストカーブを記憶装置（例えば、ＲＡＭ）から読み出すことになる。基準照明モード時におけるコントラストカーブは、例えば、図５（ａ）に示す破線となる。
【００４０】
続いて、制御部８は、ピークの位置を特定しフォーカス位置を検出する（ステップＳ１０５）。フォーカス位置の検出は、基準照明モードにおけるフォーカス位置（ピーク）に近いピークをステップＳ１０２におけるコントラストカーブから選択することで行なわれる。なお、基準照明モード時に計測されたコントラストカーブに対しても、上述した微分カーブの算出処理等を実施し、ピークが単一であることを確認しておく必要がある。
【００４１】
基準照明モードにおけるピークが単一である旨確認できれば、そのピークを示すフォーカス位置（１）と、複数のピークを持つコントラストカーブとを比較する。そして、基準照明モード時におけるピークの位置（１）に近いピークの位置（２）がこの照明条件におけるフォーカス位置として検出される。
【００４２】
その後、（フォーカス計測が必要な）各ショットでフォーカス計測が行なわれるたびに、この基準照明モードにおけるピークの位置（１）に近いピークをフォーカス位置として検出する（ステップＳ１０６）。これら検出したフォーカス位置で各ショットのアライメント計測を行なう（ステップＳ１０７）。
【００４３】
以上のように実施形態１によれば、ショット間やウエハ間、ロット間でプロセスのばらつきがあっても、安定したフォーカス位置の検出が行なえる。これにより、精度良くアライメント計測を行なうことができる。
【００４４】
（実施形態２）
次に、実施形態２に係わるフォーカス位置の検出方法について説明する。実施形態２においても実施形態１同様に、複数のピークの中から基準フォーカス位置に近いピークを選択することで、フォーカス位置の検出を行なう場合について説明する。実施形態１との相違点としては、実施形態２においては基準フォーカス位置として直前のショット又はウエハにおけるフォーカス位置を採用するところにある。すなわち、コントラストカーブに複数のピークが存在し、プロセスばらつきによってフォーカス位置を安定して定めることが困難であるとき、前のショットやウエハでのフォーカス位置に近いピークの位置をそのアライメントマークのフォーカス位置とする。
【００４５】
ここで、図６を用いて、実施形態２に係わるフォーカス位置の検出方法の手順の一例について説明する。なお、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０３までの処理は、実施形態１を説明した図４のステップＳ１０１〜ステップＳ１０３と同様となるため、その説明については省略する。
【００４６】
ステップＳ２０３において、コントラストカーブに複数ピークが存在する場合、制御部８は、直前のショット又は直前のウエハで使用したフォーカス位置情報を記憶装置（例えば、ＲＡＭ）から読み出す。そして、この位置に近いピークをフォーカス位置として検出する（ステップＳ２０４）。以降のフォーカス計測でも同様の選択を行ない（ステップＳ２０５）、これら計測したフォーカス位置で各ショットのアライメント計測を行なう（ステップＳ２０６）。
【００４７】
以上のように実施形態２によれば、ショット間やウエハ間、ロット間でプロセスのばらつきがあっても、安定したフォーカス位置の検出が行なえる。これにより、精度良くアライメント計測を行なうことができる。
【００４８】
なお、実施形態２では、直前のショット又は直前のウエハにおけるショットでのフォーカス位置を基準フォーカス位置とする場合について説明したが、これは、それ以前のフォーカス位置を用いる場合より、フォーカス位置の誤差が少ない可能性が高いためである。しかし、必ずしも直前である必要はなく、以前のフォーカス位置（例えば、２つ前のウエハのフォーカス位置）を基準フォーカス位置としてもよい。
【００４９】
（実施形態３）
次に、実施形態３に係わるフォーカス位置の検出方法について説明する。実施形態３においても実施形態１同様に、複数のピークの中から基準フォーカス位置に近いピークを選択することで、フォーカス位置の検出を行なう場合について説明する。実施形態１との相違点としては、実施形態３においては基準フォーカス位置としてウエハＷ面内における複数の計測ショットのコントラストカーブを足し合わせ、その平均により導出されたコントラストカーブのピークの位置を採用するところにある。
【００５０】
ここで、図７を用いて、実施形態３に係わるフォーカス位置の検出方法の概要について説明する。
【００５１】
アライメント検出系ＯＡにとって最適なフォーカス位置を求めるため、制御部８において、上記実施形態１で説明した方法と同様の手法により、任意の照明条件におけるコントラストカーブを測定し、そのピークの個数を求める。
【００５２】
複数のピークを検出した場合、制御部８では、アライメント検出系ＯＡのフォーカス位置を検出するため、ウェハＷ面内における各ショットのコントラストカーブを取得する（図７におけるＳ１〜Ｓ４）。
【００５３】
図７に示す各ショットにおけるコントラストカーブは、ウエハＷ面内のプロセスばらつきを起因として相違しており、コントラストのピークの位置がショットによって変化している。制御部８では、これらコントラストカーブを全て足し合わせ、それを平均化することでコントラストカーブＡ１を算出する。そして、コントラストカーブＡ１の最大値を示すフォーカス位置を算出する。各ショットにおけるコントラストカーブ（図７におけるＳ１〜Ｓ４）では、コントラストカーブＡ１のピークに近いピークをフォーカス位置とする。
【００５４】
Ｓ１、Ｓ２のコントラストカーブでは、右側のピークが左側のピークよりも高いが、コントラストカーブＡ１の最大値を示すピークの位置に合わせると、左側のピークをフォーカス位置として選択することになる。
【００５５】
なお、図７の場合、Ｓ１〜Ｓ４における４点でのコントラストカーブを足し合わせているが、必ずしも４点である必要はなく、例えば、２点であってもよいし、また５点であってもよい。足し合わせるコントラストカーブの数は、多ければ多いほど平均化効果により、安定したコントラストカーブＡ１を得ることができる。
【００５６】
以上のように実施形態３によれば、ウエハＷ面内でプロセスばらつきがあっても、ウエハＷにおける各ショットでのばらつきを加味して求められたフォーカス位置でアライメントを行なうことができる。
【００５７】
（実施形態４）
次に、実施形態４に係わるフォーカス位置の検出方法について説明する。実施形態４においても実施形態１同様に、複数のピークの中から基準フォーカス位置に近いピークを選択することで、フォーカス位置の検出を行なう場合について説明する。実施形態１との相違点としては、実施形態４においては基準フォーカス位置として操作者等による（入力装置（例えば、図１内におけるオペレーションパネルＯＰ）を介して与えられた）指示に従って指定された位置を採用するところにある。
【００５８】
アライメント検出系ＯＡにとって最適なフォーカス位置を求めるため、制御部８において、上記実施形態１で説明した方法と同様の手法により、任意の照明条件におけるコントラストカーブを測定し、そのピークの個数を求める。
【００５９】
コントラストカーブに複数のピークが存在する場合、操作者等によりオペレーションパネルＯＰを介して指定された任意の位置のフォーカス位置に近いピークをそのアライメントマークのフォーカス位置とする。
【００６０】
以上のように実施形態４によれば、ショット間やウエハ間、ロット間でプロセスのばらつきがあっても、安定したフォーカス位置の検出が行なえる。これにより、精度良くアライメント計測を行なうことができる。
【００６１】
なお、上述した実施形態１〜３及び、実施形態４を組み合わせて実施してもよい。例えば、実施形態１〜３で説明した方法によっても、安定したフォーカス位置でアライメントができない場合、操作者がある任意のフォーカス位置を入力し、これに近いコントラストピークをフォーカス位置として採用してもよい。
【００６２】
（実施形態５）
次に、実施形態５に係わるフォーカス位置の検出方法について説明する。実施形態５においては、ピークが複数存在しそのばらつきが大きい、また、上述した実施形態１〜４で説明した方法で対応できない場合に、フォーカス位置を固定する場合について説明する。
【００６３】
アライメント検出系ＯＡにとって最適なフォーカス位置を求めるため、制御部８において、上記実施形態１で説明した方法と同様の手法により、任意の照明条件におけるコントラストカーブを測定し、そのピークの個数を求める。
【００６４】
ここで、複数のピークが存在しそのばらつきが大きい、また、上述した実施形態１〜４で対応できない場合、制御部８は、フォーカス位置を固定する。
【００６５】
フォーカス位置を固定する指標としては、
１、基準照明モードでのフォーカス位置を固定フォーカス位置とする
２、直前のショット又は直前のウエハにおけるショットでのフォーカス位置を固定フォーカス位置とする
３、全計測ショットにおけるウエハＷのｚ方向への駆動量と、撮像素子２８からの出力信号との関係を平均化し、そのコントラストカーブの最大値を示すピークの位置を固定フォーカス位置とする
４、操作者等により任意の位置を入力装置を介して入力させ、その位置を固定フォーカス位置とする
等が挙げられる。
【００６６】
すなわち、「１」は実施形態１、「２」は実施形態２、「３」は実施形態３、「４」は実施形態４、におけるフォーカス位置の検出方法に基づきフォーカス位置を固定することになる。
【００６７】
なお、上述した「４」の指標を用いる場合、フォーカス位置の検出は、これまで述べてきたような「コントラストの高い位置」といった相対的な位置ではない。そのため、例えば、図１に示す斜入射検出方式の焦点位置検出系ＦＳのような被検物体のフォーカス位置を測定する光学式フォーカス検出系を用いてフォーカス位置を測定し決定する。
【００６８】
（実施形態６）
次に、実施形態６に係わるフォーカス位置の検出方法について説明する。実施形態６においては、上述した実施形態１〜５を組み合わせてフォーカス位置の検出を行なう場合について説明する。
【００６９】
ここで、図８を用いて、実施形態６に係わるフォーカス位置の検出方法の手順の一例について説明する。
【００７０】
制御部８は、アライメント検出系ＯＡの視野内にウエハＷ上のアライメントマークＭが入るようにステージ駆動機構（不図示）にウエハステージＷＳを駆動させる（ステップＳ３０１）。アライメントマークＭがアライメント検出系ＯＡの視野内へ送り込まれると、制御部８は、アライメントマークＭを観察しながら、ステージ駆動機構にウエハステージＷＳをｚ方向に駆動させる。そして、ウエハＷのｚ方向への駆動量と、アライメントマークＭの照明に基づく撮像素子２８の出力信号のコントラストとの関係を求め、コントラストカーブを計測する（ステップＳ３０２）。
【００７１】
続いて、制御部８は、コントラストカーブに凸型のピークが複数あるか解析するため、実施形態１で説明したように、微分若しくは多項式フィッティングにより、ピーク数を算出する（ステップＳ３０３）。
【００７２】
ピークが単一の場合、そのピークを示しているフォーカス位置がアライメントにとって最適なフォーカス位置となり、そのフォーカス位置でアライメントを行なう。ピークが複数存在する場合、プロセスばらつきで各ピークの相対高さが変化し、ショット毎に最適なフォーカス位置を示すピークが変化することが懸念される。そこで、制御部８では、実施形態１〜４で示した手法を用いて、相対高さが変化しても常に特定位置周辺のピークがフォーカス位置として検出されるように、ピークの選択を行なう（ステップＳ３０４）。
【００７３】
ステップＳ３０４において、ピークの選択に失敗した場合、制御部８では、実施形態５の手法を用いてアライメント検出時のフォーカス位置を固定する（ステップＳ３０５）。また、プロセスばらつきが大きく、実施形態１〜４で示した手法ではフォーカス位置がばらつき、シフトばらつきとなってアライメント精度が悪化する場合にも、制御部８では、実施形態５の手法を用いてアライメント検出時のフォーカス位置を固定することになる。そして、このフォーカス位置でアライメントを行なう（ステップＳ３０６）。
【００７４】
以上のように実施形態６によれば、実施形態１〜５で説明した手法によるフォーカス位置の検出に失敗した場合であっても、、コントラストが高く、安定したフォーカス位置でのアライメントを行なうことができる。
【００７５】
（実施形態７）
次に、実施形態７について説明する。実施形態７においては、上記実施形態６に係わるフォーカス位置の検出方法を適用した露光装置を利用したデバイス製造方法を説明する。
【００７６】
図９は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル作製）では設計した回路パターンに基づいてレチクル（原版又はマスクとも言う）を作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板とも言う）を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のレチクルとウエハを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。
【００７７】
図１０は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（ＣＭＰ）ではＣＭＰ工程によって絶縁膜を平坦化する。ステップ１６（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１７（露光）では上記の露光装置１５を用いて、回路パターンが形成されたマスクを介し感光剤が塗布されたウエハを露光してレジストに潜像パターンを形成する。ステップ１８（現像）ではウエハ上のレジストに形成された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１９（エッチング）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又はウエハをエッチングする。ステップ２０（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップ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を形成する。
【００７８】
以上が本発明の代表的な実施形態の一例であるが、本発明は、上記及び図面に示す実施形態に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。
【００７９】
例えば、上述した実施形態では、アライメント検出系ＯＡにおけるアライメントマークＭのフォーカス位置を検出する指標がコントラストである場合について説明した。しかし、光量や検出波形の対称性や形状など、撮像素子２８から出力される信号に対する評価指標であれば、複数のフォーカス位置の候補が発生した場合であっても、上記同様の手法により解決できる。
【００８０】
また、上述した実施形態では、アライメント検出系ＯＡにおけるフォーカス位置を検出する場合について説明したが、このフォーカス位置の検出は、アライメント検出系ＯＡ以外にも適用できる。例えば、照明光を用いて被検物体の位置検出を行なう光学位置位置検出部（例えば、ＴＴＬ−ＡＡ方式の光学位置検出系ＣＡ、レチクルアライメント光学系ＲＡ等）におけるフォーカス位置の検出に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】露光装置の概要の一例を示す図である。
【図２】図１に示すアライメント検出系ＯＡの概要の一例を示す図である。
【図３】コントラストカーブの一例を示す第１の図である。
【図４】実施形態１に係わるフォーカス位置の検出方法の手順の流れの一例を示す図である。
【図５】コントラストカーブの一例を示す第２の図である。
【図６】実施形態２に係わるフォーカス位置の検出方法の手順の流れの一例を示す図である。
【図７】実施形態３に係わるフォーカス位置の検出方法の概要の一例を示す図である。
【図８】実施形態６に係わるフォーカス位置の検出方法の手順の流れの一例を示す図である。
【図９】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローの一例を示す図である。
【図１０】図９に示すウエハプロセスの詳細なフローの一例を示す図である。
【図１１】従来の課題を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
ＬＳ    露光光源
ＩＬ    露光照明系
ＲＴ    レチクル
ＲＳ    レチクルステージ
ＰＯ    投影光学系
Ｗ    ウエハ
ＷＳ    ウエハステージ
ＦＳ    フォーカス検出系
ＯＡ    アライメント検出系
ＩＦ    干渉計
ＯＰ    オペレーションパネル
Ｍ    アライメントマーク
Ｍ１    アライメント検出系用基準マーク
８    信号処理系
２０    アライメント検出系用の照明光源
２１    照明系レンズ
２２    ハーフミラー
２３    結像レンズ前群
２４    リレーレンズ
２５    反射ミラー
２６    対物レンズ
２７    結像レンズ後群
２８    撮像素子
【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】
2009192271.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009192271.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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