特許 7589188 計測装置、計測方法、リソグラフィ装置及び物品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-15

(45)【発行日】2024-11-25

(54)【発明の名称】計測装置、計測方法、リソグラフィ装置及び物品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 9/00 20060101AFI20241118BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20241118BHJP

【ＦＩ】

G03F9/00 H

G01B11/00 H

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2022030176

(22)【出願日】2022-02-28

(65)【公開番号】P2023125840

(43)【公開日】2023-09-07

【審査請求日】2023-10-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山口 渉

【審査官】佐藤 海

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－３０２５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３７２４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２７０３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２８３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２９５０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８１２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２９１４７９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｆ ７／２０－７／２４，

９／００－９／０２

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターゲットの位置を計測する計測装置であって、
前記ターゲットを、第１波長の光、及び、前記第１波長とは異なる第２波長の光を含む光で照明する照明系と、
前記ターゲットからの光における波面収差を変更する波面変更部と、
前記波面変更部を制御する制御部と、を有し、
前記波面変更部は、前記第１波長の光が入射する第１領域と、前記第２波長の光が入射する第２領域と、を含み、
前記制御部は、前記第１波長の光における第１波面収差及び前記第２波長の光における第２波面収差に基づいて、光軸に対して非対称な波面収差を補正するための補正波面を求め、前記補正波面に基づいて、前記第１波面収差を補正するための第１補正波面が前記第１領域に生成され、前記第２波面収差を補正するための第２補正波面が前記第２領域に生成されるように、前記波面変更部を制御することを特徴とする計測装置。

【請求項2】

前記第１波長の光における第１波面収差及び前記第２波長の光における第２波面収差を検出する波面検出部を更に有し、
前記制御部は、前記波面検出部で検出された前記第１波面収差に基づいて、前記第１補正波面が前記第１領域に生成され、前記波面検出部で検出された前記第２波面収差に基づいて、前記第２補正波面が前記第２領域に生成されるように、前記波面変更部を制御することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

前記波面検出部は、前記波面変更部を介して入射される前記第１波長の光及び前記第２波長の光を含む光に基づいて、前記第１波面収差及び前記第２波面収差を検出することを特徴とする請求項２に記載の計測装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記第１領域と前記第２領域とに対応させて前記第１波面収差と前記第２波面収差とを繋ぎ合わせた第３波面収差から、前記第１波面収差及び前記第２波面収差を補正するための補正波面を求め、
前記補正波面に基づいて、前記第１補正波面が前記第１領域に生成され、前記第２補正波面が前記第２領域に生成されるように、前記波面変更部を制御することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記第１波面収差と前記第２波面収差とを瞳面において径方向に繋ぎ合わせることで前記第３波面収差を求めることを特徴とする請求項４に記載の計測装置。

【請求項6】

前記制御部は、
前記第１領域と前記第２領域とに対応させて前記第１補正波面と前記第２補正波面とを繋ぎ合あわせて、前記第１波面収差及び前記第２波面収差を補正するための補正波面を求め、
前記補正波面に基づいて、前記第１補正波面が前記第１領域に生成され、前記第２補正波面が前記第２領域に生成されるように、前記波面変更部を制御することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記第１補正波面と前記第２補正波面とを瞳面において径方向に繋ぎ合わせることで前記補正波面を求めることを特徴とする請求項６に記載の計測装置。

【請求項8】

前記波面変更部は、前記ターゲットからの光を反射する反射面を形成する反射膜と、前記反射膜の形状を変形させるアクチュエータと、を含む形状可変ミラーを含むことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の計測装置。

【請求項9】

前記制御部は、
前記第１波面収差、前記第２波面収差、及び、前記ターゲットからの光における波面収差と前記ターゲットの位置の計測誤差との関係を示す情報に基づいて、前記第１波面収差及び前記第２波面収差を補正するための補正波面を求め、
前記補正波面に基づいて、前記波面変更部を制御することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置。

【請求項10】

前記制御部は、
前記ターゲットからの光における波面収差と前記ターゲットの位置の計測値との関係を示す情報、及び、前記第１波面収差に基づいて、前記ターゲットの位置の計測値が目標値となる補正波面を求め、
前記補正波面に基づいて、前記第１補正波面が前記第１領域に生成され、前記第２補正波面が前記第２領域に生成されるように、前記波面変更部を制御することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置。

【請求項11】

前記波面変更部を介して前記ターゲットからの光を検出する検出部を更に有し、
前記制御部は、前記検出部で検出された前記ターゲットからの光に基づいて、前記ターゲットの位置を求めることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の計測装置。

【請求項12】

前記検出部と前記ターゲットとの間に配置された対物光学系を更に有し、
前記波面変更部は、前記対物光学系の瞳面に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の計測装置。

【請求項13】

前記第１波面収差及び前記第２波面収差は、前記検出部における波面収差を含むことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の計測装置。

【請求項14】

前記ターゲットは、第１パターンと、第２パターンと、を含み、
前記制御部は、前記第１パターンと前記第２パターンとの相対位置を求めることを特徴とする請求項１１乃至１３のうちいずれか１項に記載の計測装置。

【請求項15】

ターゲットの位置を計測する計測装置であって、
前記ターゲットを、第１波長の光、及び、前記第１波長とは異なる第２波長の光を含む光で照明する照明系と、
前記ターゲットからの光における波面収差を変更する波面変更部と、
前記波面変更部を制御する制御部と、を有し、
前記波面変更部は、前記第１波長の光が入射する第１領域と、前記第２波長の光が入射する第２領域と、を含み、
前記制御部は、前記第１波長の光における第１波面収差及び前記第２波長の光における第２波面収差に基づいて、前記第１波面収差を補正するための第１補正波面及び前記第２波面収差を補正するための第２補正波面が予め定められた焦点位置となる補正波面を求め、前記補正波面に基づいて、前記第１補正波面が前記第１領域に生成され、前記第２補正波面が前記第２領域に生成されるように、前記波面変更部を制御することを特徴とする計測装置。

【請求項16】

ターゲットの位置を計測する計測装置であって、
前記ターゲットを、第１波長の光、及び、前記第１波長とは異なる第２波長の光を含む光で照明する照明系と、
前記ターゲットからの光における波面収差を変更する波面変更部と、
前記波面変更部を介して前記ターゲットからの光を検出する検出部と、
前記波面変更部を制御する制御部と、を有し、
前記波面変更部は、前記第１波長の光が入射する第１領域と、前記第２波長の光が入射する第２領域と、を含み、
前記制御部は、前記第１波長の光における第１波面収差を補正するための第１補正波面が前記第１領域に生成され、前記第２波長の光における第２波面収差を補正するための第２補正波面が前記第２領域に生成されるように、前記波面変更部を制御し、前記検出部で検出された前記ターゲットからの光に基づいて、前記ターゲットの位置を求め、
前記第１波面収差及び前記第２波面収差は、前記検出部における波面収差を含むことを特徴とする計測装置。

【請求項17】

ターゲットを、第１波長の光、及び、前記第１波長とは異なる第２波長の光を含む光で照明する照明系と、前記ターゲットからの光における波面収差を変更する波面変更部とを有する計測装置を用いて、前記ターゲットの位置を計測する計測方法であって、
前記波面変更部は、前記第１波長の光が入射する第１領域と、前記第２波長の光が入射する第２領域と、を含み、
前記計測方法は、
前記第１波長の光における第１波面収差、及び、前記第２波長の光における第２波面収差に基づいて、光軸に対して非対称な波面収差を補正するための補正波面を求める工程と、
前記補正波面に基づいて、前記第１波面収差を補正するための第１補正波面が前記第１領域に生成され、前記第２波面収差を補正するための第２補正波面が前記第２領域に生成されるように、前記波面変更部を制御する工程と、
を有することを特徴とする計測方法。

【請求項18】

ターゲットを、第１波長の光、及び、前記第１波長とは異なる第２波長の光を含む光で照明する照明系と、前記ターゲットからの光における波面収差を変更する波面変更部とを有する計測装置を用いて、前記ターゲットの位置を計測する計測方法であって、
前記波面変更部は、前記第１波長の光が入射する第１領域と、前記第２波長の光が入射する第２領域と、を含み、
前記計測方法は、
前記第１波長の光における第１波面収差及び前記第２波長の光における第２波面収差に基づいて、前記第１波面収差を補正するための第１補正波面及び前記第２波面収差を補正するための第２補正波面が予め定められた焦点位置となる補正波面を求める工程と、
前記補正波面に基づいて、前記第１補正波面が前記第１領域に生成され、前記第２補正波面が前記第２領域に生成されるように、前記波面変更部を制御する工程と、
を有することを特徴とする計測方法。

【請求項19】

ターゲットを、第１波長の光、及び、前記第１波長とは異なる第２波長の光を含む光で照明する照明系と、前記ターゲットからの光における波面収差を変更する波面変更部と、前記波面変更部を介して前記ターゲットからの光を検出する検出部とを有する計測装置を用いて、前記ターゲットの位置を計測する計測方法であって、
前記波面変更部は、前記第１波長の光が入射する第１領域と、前記第２波長の光が入射する第２領域と、を含み、
前記計測方法は、
前記第１波長の光における第１波面収差、及び、前記第２波長の光における第２波面収差を取得する工程と、
前記第１波面収差を補正するための第１補正波面が前記第１領域に生成され、前記第２波面収差を補正するための第２補正波面が前記第２領域に生成されるように、前記波面変更部を制御する工程と、
前記検出部で検出された前記ターゲットからの光に基づいて、前記ターゲットの位置を求める工程と、
を有し、
前記第１波面収差及び前記第２波面収差は、前記検出部における波面収差を含むことを特徴とする計測方法。

【請求項20】

パターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、
前記基板に設けられたマークをターゲットとし、前記ターゲットの位置を計測する請求項１乃至１６のうちいずれか１項に記載の計測装置と、
前記計測装置で計測された前記ターゲットの位置に基づいて、前記基板を位置決めするステージと、
を有することを特徴とするリソグラフィ装置。

【請求項21】

レチクルのパターンを前記基板に投影する投影光学系を更に有することを特徴とする請求項２０に記載のリソグラフィ装置。

【請求項22】

請求項１７乃至１９のうちいずれか１項に記載の計測方法を用いて、基板に設けられたマークをターゲットとし、前記ターゲットの位置を計測する計測工程と、
前記計測工程で計測された前記ターゲットの位置に基づいて、前記基板を位置決めする位置決め工程と、
前記位置決め工程で位置決めされた前記基板にパターンを形成する形成工程と、
前記形成工程で前記パターンが形成された前記基板から物品を製造する製造工程と、
を有することを特徴とする物品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計測装置、計測方法、リソグラフィ装置及び物品の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体集積回路の高集積化及び微細化が進み、基板上に形成すべきパターンの線幅が非常に小さくなってきているため、基板上にパターン（レジストパターン）を形成するリソグラフィ工程には、更なる微細化が要求されている。リソグラフィ工程で用いられるステップ・アンド・リピート方式やステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、原版からの光（露光光）を、投影光学系を介して基板上の所定の位置に結像させることで、基板上にパターンを形成する。従って、パターンの微細化の要求を満たすためには、原版と基板との相対位置を高精度に位置合わせ（アライメント）することが重要となる。また、パターンの微細化に伴い、基板上に形成されたパターンの重ね合わせ誤差の計測においても、基板上の異なる層（レイヤー）に形成されたパターンを高精度に計測することが重要となる。

【0003】

そこで、基板上に形成されたパターンなどのターゲットの位置を高精度に計測する技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、ターゲット領域及びターゲット周辺領域（の物理的特性又は光学的特性）に対して、互いに異なる複数の波長の光を照射し、ターゲットからの光を検出する技術が開示されている。基板のプロセス処理においては、材料の物性や膜厚、ターゲットの形状などが変動する、所謂、プロセス変動が生じる場合がある。複数の波長の光を用いてターゲットの位置情報を取得することで、プロセス変動に対する計測誤差が低減されるため、ターゲットの位置を高精度に求めることが可能となる。特許文献１に開示された技術では、異なる波長の光を分割して透過させる分割波長選択フィルタを、光学系の内部に配置することで、異なる波長の光を同時に検出し、高速、且つ、高精度な計測を実現可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６６４４８９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、基板上に形成されたターゲットからの光を検出する検出光学系において、収差補正が不十分である場合には、互いに異なる複数の波長の光を同時に検出する際に計測誤差が生じ、計測精度の低下を招いてしまう。

【0006】

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、ターゲットの位置を計測するのに有利な計測装置を提供することを例示的目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、ターゲットの位置を計測する計測装置であって、前記ターゲットを、第１波長の光、及び、前記第１波長とは異なる第２波長の光を含む光で照明する照明系と、前記ターゲットからの光における波面収差を変更する波面変更部と、前記波面変更部を制御する制御部と、を有し、前記波面変更部は、前記第１波長の光が入射する第１領域と、前記第２波長の光が入射する第２領域と、を含み、前記制御部は、前記第１波長の光における第１波面収差及び前記第２波長の光における第２波面収差に基づいて、光軸に対して非対称な波面収差を補正するための補正波面を求め、前記補正波面に基づいて、前記第１波面収差を補正するための第１補正波面が前記第１領域に生成され、前記第２波面収差を補正するための第２補正波面が前記第２領域に生成されるように、前記波面変更部を制御することを特徴とする。

【0008】

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態によって明らかにされるであろう。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、例えば、ターゲットの位置を計測するのに有利な計測装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一側面としての計測装置を説明するための図である。

【図2】第１実施形態における計測部の計測処理を説明するための図である。

【図3】第２実施形態における計測部を説明するための図である。

【図4】第３実施形態における計測部を説明するための図である。

【図5】第４実施形態における計測部を説明するための図である。

【図6】第５実施形態における計測部を説明するための図である。

【図7】本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。

【図8】基板を露光する露光処理のシーケンスを説明するためのフローチャートである。

【図9】計測装置に用いられる一般的な計測部を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。更に、添付図面においては、同一もしくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0012】

＜第１実施形態＞
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態における計測装置１００の構成を示す概略図である。計測装置１００は、基板７３（対象物上）の異なる層に設けられた複数のパターン（ターゲット）の相対位置を計測する重ね合わせ計測装置（重ね合わせ検査装置）としての機能を有する。また、計測装置１００は、基板７３に設けられたパターン（ターゲット）の位置を計測する位置計測装置としての機能も有する。計測装置１００は、図１（ａ）に示すように、基板７３を保持する基板ステージＷＳと、計測部５０と、制御部１１００とを有する。

【0013】

基板７３は、計測装置１００によって位置合わせ誤差や重ね合わせ誤差が計測される対象物である。基板７３は、例えば、半導体素子や液晶表示素子などのデバイスを製造するのに用いられる基板であって、具体的には、ウエハ、液晶基板、その他の被処理基板などを含む。

【0014】

基板ステージＷＳは、基板チャック（不図示）を介して基板７３を保持し、基板駆動機構（不図示）に接続されている。基板駆動機構は、リニアモータなどを含み、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向に基板ステージＷＳを駆動することで、基板ステージＷＳに保持された基板７３を移動させることができる。また、基板ステージＷＳの位置は、例えば、６軸のレーザ干渉計ＬＩなどで監視され、制御部１１００の制御下において、基板ステージＷＳは所定の位置に駆動される。

【0015】

制御部１１００は、ＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータ（情報処理装置）で構成され、例えば、記憶部に記憶されたプログラムに従って計測装置１００の各部を統括的に制御して計測装置１００を動作させる。制御部１１００は、本実施形態では、計測装置１００における計測処理や計測装置１００で得られた計測値の補正処理（演算処理）を制御する。

【0016】

図１（ｂ）を参照して、計測部５０の構成について説明する。計測部５０は、光源６０からの光を用いて基板７３を照明する照明系ＩＳと、基板７３に設けられている計測用のターゲット７２からの光を検出部９０に導く検出系ＤＳと、を含む。検出部９０は、ターゲット７２からの光を検出する複数の画素を含み、かかる複数の画素によってターゲット７２からの光の強度を検出するための検出領域を形成する光強度検出部として機能する。

【0017】

基板７３に設けられているターゲット７２は、本実施形態では、基板７３における重ね合わせ誤差や位置合わせ誤差を計測するためのパターンである。具体的には、ターゲット７２は、重ね合わせ検査用のパターンであって、基板７３の第１レイヤーに形成された第１パターンと、第１レイヤーとは異なる第２レイヤーに形成された第２パターンとから構成される。従って、第１パターン及び第２パターンのそれぞれの位置を計測することで、ターゲット７２における重ね合わせ誤差を求めることができる。

【0018】

本実施形態における計測部５０の詳細を説明する前に、図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）を参照して、計測装置１００に用いられる一般的な計測部９５０の構成について説明する。

【0019】

図９（ａ）は、計測部９５０の構成を示す概略図である。光源６０から射出された光（照明光）は、照明光学系６１を介して、照明開口絞り機構６２に導かれる。光源６０は、例えば、レーザ光源やＬＥＤ、ハロゲンランプなどの光源を含み、第１波長の光、及び、第１波長とは異なる第２波長の光を含む光を射出する。照明開口絞り機構６２は、互いに異なる複数の照明開口絞りが設けられた照明開口絞り板（不図示）と、かかる照明開口絞り板を駆動する駆動機構と、を含む。駆動機構は、リニアモータなどを含み、例えば、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、ωＸ方向に照明開口絞り板を駆動することで、照明光に対して所望の照明開口絞りを位置合わせすることができる。また、照明開口絞り機構６２は、例えば、エンコーダや干渉計などで監視され、制御部１１００の制御下において、照明開口絞りが所定の位置に駆動される。光源６０から射出された広帯域な波長の光に対して、照明開口絞り機構６２において、照明開口絞りを選択する（駆動させる）ことで、基板７３（ターゲット７２）に対する計測条件や照明光の入射角度を調整（変更）することができる。照明開口絞り機構６２を通過した光は、照明光学系６３及び６４を介して、ビームスプリッタ６５に導かれる。ビームスプリッタ６５で反射される光は、対物光学系７１を介して、基板７３に設けられたターゲット７２を照明する。

【0020】

基板７３に設けられたターゲット７２で反射、回折、散乱された光は、対物光学系７１を介して、ビームスプリッタ６５、開口絞り６９及び結像光学系７９を通過して、検出視野絞り８０に導かれる。検出視野絞り８０からの光は、結像光学系８１及び検出開口絞り８７を通過し、楔部材８８及び結像光学系８９を介して、検出部９０に導かれる。

【0021】

図９（ｂ）は、基板７３に設けられたターゲット７２に入射する光（照明光）ＢＩ、０次回折光ＢＯ、＋１次回折光Ｂ＋１、及び、－１次回折光Ｂ－１を示す図である。例えば、照明開口絞り機構６２において、照明光の入射角度を調整することで、ターゲット７２で回折された－１次回折光Ｂ－１及び０次回折光ＢＯは、対物光学系７１を介して、検出開口絞り８７に導かれる。検出開口絞り８７は、０次回折光ＢＯを遮断するように構成されている。従って、ＺＸ平面における光ＢＩの入射角度を＋θとすると、照明開口絞り機構６２を介して、入射角度が＋θ及び－θの両方の光を照明することで、検出部９０には、ターゲット７２からの１次回折光が導かれる。楔部材８８は、屈折や回析を利用して、１次回折光の角度を変更することで、検出部９０の検出面（ＸＹ面）における両者の相対位置をずらす。これにより、図９（ａ）に示すように、ターゲット７２に対して、光軸に対称な入射角度で光を入射させることで、＋１次回折光と、－１次回折光とを、検出部９０で同時に検出することが可能となる。

【0022】

図９（ｃ）は、瞳共役の関係にある照明開口絞り、開口絞り６９及び検出開口絞り８７について、瞳面における開口部内径の相対位置を示す図である。上述したように、計測部９５０では、開口絞り６９を通過した０次回折光ＢＯが検出開口絞り８７で遮断されることになる。従って、瞳面における光ＢＩ及び０次回折光ＢＯの位置は、開口絞り６９（の開口）の内側を通過する位置、且つ、検出開口絞り８７（の開口）の外側で遮断される位置となる。図９（ｃ）において、Ｂ９１及びＢ９２は、それぞれ、第１波長の光及び第２波長の光における＋１次回折光を示し、いずれも検出開口絞り８７の内側を通過して、検出部９０で検出される。

【0023】

一般的に、ターゲット７２のパターン（格子パターン）の周期をｄ、ターゲット７２に対する光の入射角度をα、回折角度をβ、波長をλ、回折次数をｍとすると、以下の式（１）が成り立つ。

【0024】

ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍ・λ ・・・（１）
従って、複数の波長の光を同一の角度でターゲット７２に入射させた場合には、光の回折角度が波長に応じて変化し、瞳面において回折光が通過する位置に違いが生じる。なお、図９（ｃ）は、瞳共役の関係にある３つの開口絞りの位置関係の概要を説明するための図であって、それぞれの開口絞りの開口径は異なる大きさとしてもよい。

【0025】

計測部９５０においては、上述した特徴を利用して、瞳共役の位置である照明開口絞り機構６２及び検出開口絞り８７のそれぞれに、位置に応じて異なる波長の光を通過（透過）させる分割式波長フィルタを適用する。これにより、不要な光の混入を回避して、複数の波長の光を、高精度に、且つ、同時に検出することができる。

【0026】

次に、計測部９５０において、ターゲット７２の位置を計測する精度（計測精度）が低下する理由について説明する。複数の波長の光をターゲット７２に入射させて回折光を検出する構成においては、高ＮＡのレンズと、高精度な収差補正とを両立させることが必要となる。例えば、対物光学系７１のＮＡが小さい場合には、ターゲット７２からの回折光の検出範囲が狭くなるため、回折光の検出や分割式波長フィルタによる波長分離が困難となり、計測精度の低下を招く。また、対物光学系７１や結像光学系７９において、設計時の収差補正が不十分である場合や製造や組み立ての際に偏芯誤差が発生する場合には、検出部９０に導かれるターゲット７２からの光に非対称性やボケが生じて、計測精度が低下する。従って、高ＮＡのレンズと、高精度な収差補正とが両立できていない場合には、複数の波長の光を同時に検出した際に計測誤差が生じて、計測精度が低下することになる。

【0027】

そこで、本実施形態では、計測部５０において、波面検出系ＷＤＳを用いて、検出系ＤＳにおける波面収差に関する波面収差情報（第１波面収差及び第２波面収差）を取得する。そして、波面変更部７５を２つの領域（第１領域及び第２領域）に分割し、それぞれの領域に、検出系ＤＳにおける波面収差が補正されるように、補正波面（第１補正波面及び第２補正波面）を設定（生成）する。これにより、計測精度の低下が低減（防止）され、ターゲット７２の位置を計測するのに有利となる。

【0028】

以下、図１（ｂ）を参照して、本実施形態における計測部５０の構成について詳細に説明する。計測部５０において、波面変更部７５、及び、ビームスプリッタ８２から波面検出部８６までの波面検出系ＷＤＳを除いた構成は、計測部９５０と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

【0029】

基板７３に設けられたターゲット７２で反射、回折、散乱された光は、対物光学系７１、ビームスプリッタ６５及び開口絞り６９を介して、波面変更部７５に導かれる。波面変更部７５は、ターゲット７２から光における波面収差を変更する機能を有する。波面変更部７５は、例えば、光軸断面において２次元的に光の位相を変更可能な空間変調素子、或いは、基板に液晶分子を平行に配向させた液晶層を光変調部とする液晶空間光位相変調器を含む。

【0030】

波面変更部７５からの光は、結像光学系７８、検出視野絞り８０及び結像光学系８１を通過して、ビームスプリッタ８２に導かれる。ビームスプリッタ８２は、入射した光を、所望の光量比で２つの光に分割する。ビームスプリッタ８２を透過する光は、検出開口絞り８７、楔部材８８及び結像光学系８９を介して、検出部９０に導かれる。
一方、ビームスプリッタ８２で反射される光は、ピンホール８３、瞳結像光学系８４及びレンズアレイ８５を介して、波面検出部８６に導かれる。ピンホール８３は、検出開口絞り８７と共役な位置に配置されることが好ましい。

【0031】

計測部５０において、波面検出部８６を介して、対物光学系７１、結像光学系７８及び８１を含む検出系ＤＳにおける波面収差に関する波面収差情報が取得（検出）される。そして、制御部１１００において、波面検出部８６で取得された波面収差情報に基づいて、検出系ＤＳにおける波面収差を補正するための補正波面を生成して、かかる補正波面を波面変更部７５に設定する。このように、本実施形態では、検出系ＤＳにおける波面収差を補正するための補正波面を波面変更部７５に設定することで、検出系ＤＳにおける波面収差を低減し、複数の異なる波長の光を用いていても、ターゲット７２を高精度に検出することができる。なお、波面収差情報の取得や補正波面の生成については、後で詳細に説明する。

【0032】

図２（ａ）を参照して、本実施形態における計測部５０の計測処理（計測方法）について説明する。かかる計測処理は、波面変更部７５と波面検出部８６とを用いることを特徴とし、上述したように、制御部１１００が計測装置１００の各部を統括的に制御することで行われる。

【0033】

Ｓ１２１では、ターゲット７２からの光が計測部５０における検出部９０（の検出領域）に導かれるように、基板７３を保持した基板ステージＷＳを位置決めする。また、計測部５０に対する基板７３のＺ方向の位置について、例えば、ターゲット７２からの光強度を取得して、かかる光強度やその変化が目標値以上となるように、基板７３を保持した基板ステージＷＳを位置決めする。なお、計測部５０に対する基板７３のＸＹ平面上の位置については、ターゲット７２からの光が検出部９０に導かれる位置である必要はない。例えば、ターゲット７２からの光強度に基づいて、基板ステージＷＳ（基板７３）のＺ方向の位置を決める。その後、基板ステージＷＳをＸＹ平面上で駆動して、検出部９０に対して基板上のターゲット７２が形成されていない領域が位置するように、基板ステージＷＳを位置決めしてもよい。また、基板７３の代わりに、基板ステージ上に配置される基準プレートに設けられた基準パターンからの光が検出部９０に導かれるように、基板ステージＷＳを位置決めしてもよい。

【0034】

Ｓ１２２では、波面検出系ＷＤＳ、即ち、波面検出部８６において、検出系ＤＳにおける波面収差に関する波面収差情報を取得する。上述したように、ピンホール８３、瞳結像光学系８４及びレンズアレイ８５を通過した光を波面検出部８６で検出することで、波面収差情報が取得される。本実施形態において、検出系ＤＳにおける波面収差に関する波面収差情報は、第１波長の光における第１波面収差と、第２波長の光における第２波面収差と、を含む。

【0035】

Ｓ１２３では、Ｓ１２２で取得した波面収差情報に基づいて、検出系ＤＳにおける波面収差を補正するための補正波面を生成する。

【0036】

ここで、Ｓ１２２における波面収差情報の取得について説明する。図２（ｂ）は、波面検出部８６で取得される検出系ＤＳにおける波面収差の一例を示す図であって、縦軸は、参照球面からの位相ずれ量（波面収差）を示し、横軸は、瞳面上の位置を示している。図２（ｂ）において、Ｗ１は、第１波長の光における第１波面収差を表し、Ｗ２は、第２波長の光における第２波面収差を表す。上述したように、検出系ＤＳが大きな波面収差を有していると、検出部９０に導かれるターゲット７２からの光に非対称性やボケが生じて、計測精度が低下するため、検出系ＤＳにおける波面収差の影響を抑えることが好ましい。

【0037】

複数の波長の光における波面収差情報を取得する手法の１つとして、基板７３（又は基準プレート）を複数の波長の光で照明し、ターゲット７２で回折される複数の波長の光を、波面検出部８６で検出する手法がある。例えば、波長に応じて回析角度が異なる光を、波面検出部８６（の検出面上）の異なる位置で検出して、波面収差情報を取得してもよい。また、別の手法として、例えば、照明系ＩＳにおいて、波長フィルタ（不図示）を切り替えることで、基板７３を第１波長の光及び第２波長の光で順次照明して、複数の波長の光における波面収差情報を取得してもよい。

【0038】

次いで、Ｓ１２３における補正波面の生成について説明する。図２（ｃ）は、制御部１１００において、図２（ｂ）に示す波面収差、即ち、検出系ＤＳにおける波面収差に関する波面収差情報に基づいて生成（算出）される補正波面を示す図である。かかる補正波面は、検出系ＤＳにおける波面収差を補正するための補正波面である。図２（ｃ）において、ＣＷ１は、第１波長の光における第１波面収差を補正するための第１補正波面を表し、ＣＷ２は、第２波長の光における第２波面収差を補正するための第２補正波面を表す。例えば、第１補正波面ＣＷ１は、検出系ＤＳにおいて生じる第１波面収差Ｗ１を打ち消すように生成され、第２補正波面ＣＷ２は、検出系ＤＳにおいて生じる第２波面収差Ｗ２を打ち消すように生成される。

【0039】

図２（ｄ）は、制御部１１００において、図２（ｃ）に示す第１補正波面ＣＷ１及び第２補正波面ＣＷから生成される補正波面ＣＷの一例を示す図である。補正波面ＣＷは、第１補正波面ＣＷ１及び第２補正波面ＣＷ２に加えて、波面変更部７５において第１波長の光及び第２波長の光が透過する位置に基づいて生成される。図２（ｄ）において、Ｐ２１及びＰ１２は、波面変更部７５において第１波長の光及び第２波長の光が透過する位置の境界部を表す。具体的には、ターゲット７２の位置を計測する際に、波面変更部７５において、第１波長の光は、第１領域（Ｐ２１＜Ｐ＜Ｐ１２）を透過し、第２波長の光は、第２領域（Ｐ＜Ｐ２１、Ｐ１２＜Ｐ）を透過する。なお、各波長の光が波面変更部７５を透過する位置は、ターゲット７２の周期構造の情報に基づいて算出される回折角度から求めてもよい。

【0040】

補正波面ＣＷの生成において、制御部１１００は、第１領域（Ｐ２１＜Ｐ＜Ｐ１２）における第１補正波面ＣＷ１と、第２領域（Ｐ＜Ｐ２１、Ｐ１２＜Ｐ）における第２補正波面ＣＷ２とを滑らかに繋ぎ合わせてもよい。換言すれば、第１領域と第２領域とに対応させて第１補正波面ＣＷ１と第２補正波面ＣＷ２とを繋ぎ合あわせて、第１波面収差Ｗ１及び第２波面収差Ｗ２を補正するための補正波面ＣＷを求めてもよい。この際、第１領域における補正波面ＣＷ１と第２領域における第２補正波面ＣＷ２とを瞳面の径方向において繋ぎ合わせて補正波面ＣＷを生成してもよい。また、第１波面収差Ｗ１と第２波面収差Ｗ２とを滑らかに繋ぎ合わせて、第１波面収差Ｗ１及び第２波面収差Ｗ２を補正するための補正波面ＣＷを求めてもよい。換言すれば、第１領域と第２領域とに対応させて第１波面収差Ｗ１と第２波面収差Ｗ１とを繋ぎ合わせた第３波面収差から、第１波面収差Ｗ１及び第２波面収差Ｗ２を補正するための補正波面ＣＷを求めてもよい。この際、第１波面収差Ｗ１と第２波面収差Ｗ１とを瞳面の径方向において繋ぎ合わせて補正波面ＣＷを生成してもよい。なお、補正波面ＣＷは、第１波面収差Ｗ１及び第２波面収差Ｗ２を補正するための補正波面に限定されるものではなく、第１波面収差Ｗ１及び第２波面収差Ｗ２のうちの少なくとも一方を補正する補正波面であってもよい。例えば、第１波面収差Ｗ１及び第２波面収差Ｗ２のうちの一方の波面収差が許容範囲に収まっているような場合には、許容範囲外となる波面収差のみを補正する補正波面を生成するようにすればよい。

【0041】

また、補正波面ＣＷを生成する別の手法として、ターゲット７２を複数の波長の光で照明し、ターゲット７２で回折される複数の波長の光における波面収差を同時に取得して、かかる波面収差を打ち消すように補正波面ＣＷを生成してもよい。これにより、複数の異なる波長の光における波面収差を順次取得する場合に比べて、補正波面ＣＷを生成するまでに要する時間（処理時間）を短縮できる利点がある。

【0042】

なお、本実施形態では、第１波長の光及び第２波長の光について補正波面を生成する場合について説明したが、波長の数は２つに限定されるものではなく、３つ以上の異なる波長の光について補正波面を生成することも可能である。

【0043】

補正波面に関しては、検出系ＤＳにおける波面収差を打ち消す（低減する）ことに限らず、検出系ＤＳに起因する計測誤差となる非対称な成分（例えば、コマ収差などの非対称波面収差）を低減するように生成することで、計測誤差を低減することが可能となる。また、例えば、第１補正波面と第２補正波面における焦点位置の違いを補正するように補正波面を生成することで、ターゲット７２で回折された複数の波長の光を同時に検出する際に、焦点位置のずれに起因する計測誤差を低減することができる。更に、波面収差情報とターゲット７２の位置を計測する際の誤差（計測誤差）との関係を示す情報（「位置計測情報」と称する）に基づいて、計測誤差が許容値以下となる波面収差を求めることで、補正波面を生成してもよい。例えば、制御部１１００において、波面収差情報と計測誤差とに関するデータ（位置計測情報）を事前に収集してライブラリを作成し、ターゲット７２の位置を計測する際に取得された波面収差情報とライブラリとから最適な補正波面を生成（決定）してもよい。ライブラリの作成においては、他の光学式の重ね合わせ計測装置や走査電子顕微鏡の計測値を参照して、計測装置１００の計測値との差分から計測誤差を算出してもよい。これにより、ターゲット７２の位置を計測する際に位置計測情報を取得する場合に比べて、補正波面を生成するまでに要する時間を短縮することが可能となる。

【0044】

図２（ｅ）は、図２（ｄ）に示す補正波面ＣＷを波面変更部７５に設定した場合に、波面検出部８６で検出される波面収差の一例を示す図である。なお、補正波面ＣＷを波面変更部７５に設定することは、第１補正波面ＣＷ１が波面変更部７５の第１領域に生成され、第２補正波面ＣＷ２が波面変更部７５の第２領域に生成されるように、波面変更部７５を制御することを意味する。図２（ｅ）において、Ｗ１Ａは、第１波長の光における波面収差を表し、Ｗ２Ａは、第２波長の光における波面収差を表す。

【0045】

図２（ｅ）を参照するに、図２（ｂ）に示す第１波面収差Ｗ１は、波面変更部７５の第１領域（Ｐ２１＜Ｐ＜１２）において、補正波面ＣＷ（第１補正波面ＣＷ１）に打ち消されて（補正されて）、波面収差Ｗ１Ａとなる。同様に、図２（ｂ）に示す第２波面収差Ｗ２は、波面変更部７５の第２領域（Ｐ＜２１、Ｐ１２＜Ｐ）において、補正波面ＣＷ（第２補正波面ＣＷ２）に打ち消されて（補正されて）、波面収差Ｗ２Ａとなる。このように、波面変更部７５に補正波面ＣＷを設定することで、ターゲット７２で回折される第１波長の光及び第２波長の光について、検出系ＤＳにおける波面収差を低減することが可能となる。従って、計測装置１００では、ターゲット７２の位置（重ね合わせ誤差）を高精度に計測することができる。

【0046】

なお、検出系ＤＳにおける波面収差を補正するための補正波面の設定に関しては、制御部１１００による波面変更部７５の制御に限定されるものではない。例えば、波面検出部８６で取得された波面収差情報に基づいて、第１波面収差及び第２波面収差を補正する補正波面を生成し、かかる補正波面と同等の特性を有する光学部材（例えば、非球面レンズ）を、波面変更部７５の位置に配置してもよい。互いに異なる波面収差を有する複数の光学部材から、波面収差情報や補正波面に基づいて、適切な光学部材を選択することで、波面収差情報に応じた補正波面を、波面変更部７５の位置に設定することができる。

【0047】

本実施形態における計測装置１００では、波面変更部７５を介して、ターゲット７２からの光を、検出部９０及び波面検出部８６のそれぞれで検出する。そして、波面変更部７５において、第１領域には、第１波面収差Ｗ１を補正するように第１補正波面ＣＷ１を設定し、第２領域には、第２波面収差Ｗ２を補正するように第１補正波面ＣＷ１とは異なる第２補正波面ＣＷ２を設定する。これにより、検出系ＤＳにおける波面収差に起因する計測誤差を低減して、ターゲット７２の位置、即ち、ターゲット７２の重ね合わせ誤差を高精度に計測することができる。

【0048】

＜第２実施形態＞
本実施形態では、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）を参照して、ターゲット７２からの光を、波面変更部１７５で反射させて検出部９０で検出する形態について説明する。図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、本実施形態の計測部１５０を説明するための図である。

【0049】

図３（ａ）は、計測部１５０の構成を示す図である。計測部１５０は、図１（ｂ）に示す計測装置１００における計測部５０に相当する。計測部１５０は、第１実施形態における計測部５０と比較して、ターゲット７２からの光が、波面変更部１７５で反射され、ミラー１７６で更に反射され、結像光学系７８、８１及び８９を介して、検出部９０で検出される点で異なる。

【0050】

波面変更部１７５は、例えば、図３（ｂ）に示すように、形状可変ミラー１５１を含む。図３（ｂ）は、形状可変ミラー１５１の構成の一例を示す図である。形状可変ミラー１５１は、ターゲット７２からの光を反射する反射面を形成する反射膜１５７と、反射膜１５７の下方に２次元的に配列された複数のアクチュエータ１５１ａ～１５１ｃｈと、を含む。アクチュエータ１５１ａ～１５１ｃｈは、機械式又は圧電素子式のアクチュエータで構成されている。アクチュエータ１５１ａ～１５１ｃｈのそれぞれを個別に制御することで、形状可変ミラー１５１の表面（反射面）を構成する反射膜１５７の形状を動的に変形させることができる。

【0051】

図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す形状可変ミラー１５１の断面構造を示す図である。形状可変ミラー１５１では、ミラー基板１５２の上に構成されたコイル１５３に電流を流すことで、磁石１５４をＰｚ方向に駆動させて、反射膜１５７の形状を変形させることができる。従って、制御部１１００において形状可変ミラー１５１を制御して、形状可変ミラー１５１に入射する光（検出光）ＭＢに対して所望の位相差を与えることで、補正波面を設定することが可能となる。なお、図３（ｃ）に示すように、磁石１５４と反射膜１５７との間には、フレーム１５５及びスプリング１５６が配置されているため、反射膜１５７に対して、磁石１５４の駆動が高速、且つ、高精度に伝達される。反射膜１５７については、金属コーティングを行うことで、高い反射率を実現することができる。

【0052】

本実施形態では、波面変更部１７５の構成として、形状可変ミラー１５１を例に説明したが、これに限定されるものではなく、反射型の空間変調素子であればよい。また、波面収差を動的に制御可能である必要はなく、例えば、補正波面と同等の特性を有する非球面ミラーを配置してもよい。

【0053】

本実施形態においては、反射型の波面変更部１７５を介して、ターゲット７２からの光を、検出部９０及び波面検出部８６のそれぞれで検出する。そして、波面変更部１７５において、第１領域には、第１波面収差Ｗ１を補正するように第１補正波面ＣＷ１を設定し、第２領域には、第２波面収差Ｗ２を補正するように第１補正波面ＣＷ１とは異なる第２補正波面ＣＷ２を設定する。これにより、検出系ＤＳにおける波面収差に起因する計測誤差を低減して、ターゲット７２の位置、即ち、ターゲット７２の重ね合わせ誤差を高精度に計測することができる。

【0054】

＜第３実施形態＞
本実施形態では、図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）を参照して、ターゲット７２からの光を、波面変更部７５を介して検出部９０で検出して、ターゲット７２の位置を計測する形態について説明する。図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、本実施形態の計測部２５０を説明するための図である。

【0055】

図４（ａ）は、計測部２５０の構成を示す図である。計測部２５０は、図１（ｂ）に示す計測装置１００における計測部５０に相当する。第１実施形態における計測部５０は、波面変更部７５及び波面検出部８６の両方を備えているが、本実施形態における計測部２５０は、波面変更部７５のみを備え、波面検出部８６を備えていない。計測部２５０では、ターゲット７２からの光が、波面変更部７５を介して、結像光学系７８、８１及び８９を通過して検出部９０で検出される。

【0056】

本実施形態では、計測部２５０において、波面変更部７５に第１波面収差を設定した状態でターゲット７２の位置を計測して第１計測値を取得する。そして、制御部１１００において、波面収差情報とターゲット７２の位置の計測値との関係を示す情報に基づいて、計測値が目標値となる波面収差を求めることで、補正波面を生成する。

【0057】

図４（ｂ）を参照して、本実施形態における計測部２５０の計測処理について説明する。かかる計測処理は、上述したように、制御部１１００が計測装置１００の各部を統括的に制御することで行われる。

【0058】

Ｓ２２１では、ターゲット７２からの光が計測部２５０における検出部９０（の検出領域）に導かれるように、基板７３を保持した基板ステージＷＳを位置決めする。基板ステージＷＳの位置決めについては、図２（ａ）に示すＳ１２１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

【0059】

Ｓ２２２では、波面変更部７５に第１波面収差を設定し、ターゲット７２の位置を計測して第１計測値を取得する。第１波面収差には、任意の波面収差を設定してもよい。例えば、波面収差がない状態（波面収差がゼロである状態）を設定してもよいし、事前に取得されたデータに基づいて求めた波面収差を設定してもよい。

【0060】

Ｓ２２３では、Ｓ２２２で取得された第１計測値、及び、波面収差情報とターゲット７２の位置の計測値との関係を示す情報に基づいて、検出系ＤＳにおける波面収差を補正するための補正波面を生成する。

【0061】

図４（ｃ）は、波面収差情報とターゲット７２の位置の計測値との関係を示す情報の一例である曲線２９５を示す図である。曲線２９５は、例えば、波面変更部７５に互いに異なる複数の波面収差を設定し、それぞれについて、ターゲット７２の位置の計測値を取得することで事前に求めることができる。なお、波面変更部７５には、光軸に対して非対称な波面収差（例えば、コマ収差）を、異なる大きさで設定してもよい。

【0062】

図４（ｃ）において、Ｍ１は、Ｓ２２２で取得された第１計測値を表し、Ｗ１は、第１計測値Ｍ１が取得される際の波面収差、即ち、Ｓ２２２で設定された第１波面収差を表し、Ｍ２は、ターゲット７２の位置の計測値の目標値を表す。Ｗ２は、ターゲット７２の位置の計測値として目標値Ｍ２が取得される際の波面収差を表し、目標値Ｍ２と曲線２９５とに基づいて算出される。Ｓ２２３では、波面収差Ｗ２と第１波面収差Ｗ１との差分を補正波面ＣＷとして生成し、かかる補正波面ＣＷを波面変更部７５に設定することで、ターゲット７２の位置を計測した際の計測値を目標値Ｍ２とすることができる。

【0063】

本実施形態においては、波面変更部７５を介して、ターゲット７２からの光を、検出部９０で検出し、その計測値と第１波面収差とに基づいて、ターゲット７２の位置の計測値が目標値となる補正波面を生成する。そして、波面変更部７５において、第１領域には、第１波面収差を補正するように第１補正波面を設定し、第２領域には、第２波面収差を補正するように第１補正波面とは異なる第２補正波面を設定する。これにより、検出系ＤＳにおける波面収差に起因する計測誤差を低減して、ターゲット７２の位置、即ち、ターゲット７２の重ね合わせ誤差を高精度に計測することができる。

【0064】

＜第４実施形態＞
本実施形態では、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）及び図５（ｄ）を参照して、ターゲット７２からの光を、波面変更部７５を介して、瞳面強度検出部３９０で検出する形態について説明する。

【0065】

図５（ａ）は、計測部３５０の構成を示す図である。計測部３５０は、図１（ｂ）に示す計測装置１００における計測部５０に相当する。計測部３５０は、第１実施形態における計測部５０と比較して、ターゲット７２からの光が、波面変更部７５を介して、結像光学系７８及び８１を通過して瞳面強度検出部３９０で検出される点で異なる。

【0066】

ここで、図５（ｂ）及び図５（ｃ）を参照して、計測部３５０において、ターゲット７２の位置、即ち、重ね合わせ誤差を計測する原理について説明する。計測部３５０では、瞳面強度検出部３９０において、ターゲット７２で回折された光の瞳面強度分布を検出する。ターゲット７２は、重ね合わせ計測用のパターンであって、基板７３の第１レイヤーＬ１に形成された第１パターンＴ１と、第１レイヤーＬ１とは異なる第２レイヤーＬ２に形成された第２パターンＴ２と、を含む。図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、第１パターンＴ１と第２パターンＴ２との相対位置に応じて、ターゲット７２で回折される＋１次回折光Ｂ＋１と－１次回折光Ｂ－１との間に強度の違いが生じる。具体的には、図５（ｂ）では、－１次回折光Ｂ－１の強度が＋１次回折光Ｂ＋１の強度よりも高く、図５（ｃ）では、－１次回折光Ｂ－１の強度が＋１次回折光Ｂ＋１の強度よりも低い。従って、瞳面強度分布と計測値との関係を予め求めておくことで、瞳面強度検出部３９０で検出された瞳面強度分布に基づいて、ターゲット７２の重ね合わせ誤差を求めることが可能となる。なお、瞳強度分布と計測値（ターゲット７２の重ね合わせ誤差）との関係については、例えば、他の光学式の重ね合わせ計測装置や走査電子顕微鏡の計測値を参照して求めることが好ましい。

【0067】

図５（ｄ）を参照して、本実施形態における計測部３５０の計測処理について説明する。かかる計測処理は、上述したように、制御部１１００が計測装置１００の各部を統括的に制御することで行われる。

【0068】

Ｓ３２１では、ターゲット７２からの光が計測部３５０における瞳面強度検出部３９０（の検出領域）に導かれるように、基板７３を保持した基板ステージＷＳを位置決めする。基板ステージＷＳの位置決めについては、図２（ａ）に示すＳ１２１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

【0069】

Ｓ３２２では、波面検出系ＷＤＳ、即ち、波面検出部８６において、検出系ＤＳにおける波面収差に関する波面収差情報を取得する。具体的には、Ｓ１２２と同様に、ピンホール８３、瞳結像光学系８４及びレンズアレイ８５を通過した光を波面検出部８６で検出することで、波面収差情報が取得される。

【0070】

Ｓ３２３では、Ｓ３２２で取得した波面収差情報に基づいて、検出系ＤＳにおける波面収差を補正するための補正波面を生成する。補正波面の生成については、Ｓ１２３と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

【0071】

本実施形態においては、波面変更部７５を介して、ターゲット７２からの光を、瞳面強度検出部３９０で検出することによって、ターゲット７２の重ね合わせ誤差を計測する。また、波面変更部７５において、第１領域には、第１波面収差を補正するように第１補正波面を設定し、第２領域には、第２波面収差を補正するように第１補正波面とは異なる第２補正波面を設定する。これにより、検出系ＤＳにおける波面収差に起因する計測誤差を低減して、ターゲット７２の位置、即ち、ターゲット７２の重ね合わせ誤差を高精度に計測することができる。

【0072】

＜第５実施形態＞
本実施形態では、図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）及び図６（ｄ）を参照して、ターゲット７２からの光を、波面変更部７５を介して検出部９０で検出し、ターゲット７２の位置を計測する形態について説明する。図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）及び図６（ｄ）は、本実施形態の計測部４５０を説明するための図である。

【0073】

図６（ａ）は、計測部４５０の構成を示す図である。計測部４５０は、図１（ｂ）に示す計測装置１００における計測部５０に相当する。第１実施形態における計測部５０は、基板上の異なるレイヤーに形成されたパターンの相対位置（重ね合わせ誤差）を計測する。一方、本実施形態における計測部４５０は、計測部４５０（検出部９０の検出領域）に対してターゲット７２の位置を変更（移動）させながら、ターゲット７２で回折された光を検出することで、ターゲット７２の位置を計測する。

【0074】

計測部４５０では、制御部１１００の制御下において、検出部９０（の検出領域内）の光軸断面でターゲット７２の位置を変更しながら、検出部９０で検出されるターゲット７２からの光の強度変化に基づいて、ターゲット７２の位置を求める。ターゲット７２の位置を変更する手法としては、例えば、制御部１１００によって、基板７３を保持する基板ステージＷＳを、ＸＹ断面において等速駆動する手法がある。

【0075】

光源６０から射出された光は、照明光学系６１、照明開口絞り機構６２、照明光学系６３及び６４を介して、ミラー４６５に導かれる。ミラー４６５で反射される光は、対物光学系７１を介して、基板７３に設けられたターゲット７２を照明する。

【0076】

基板７３に設けられたターゲット７２で反射、回折、散乱された光は、対物光学系７１を介して、開口絞り６９、波面変更部７５及び結像光学系７８を通過して、検出視野絞り８０に導かれる。検出視野絞り８０からの光は、結像光学系８１、プリズム４８８及び結像光学系８９を介して、検出部９０に導かれる。検出部９０の構成については、分光部材を介した光を撮像素子で検出することで、異なる複数の波長の光を、撮像素子における異なる画素で検出する構成としてもよい。また、検出部９０の構成については、ダイクロイックプリズムを介して異なる複数の波長を波長ごとに分離し、それぞれの波長の光強度を、光検出器を用いて検出する構成としてもよい。ビームスプリッタ８２から波面検出部８６までの波面検出系ＷＤＳの構成は、第１実施形態と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

【0077】

ここで、図６（ｂ）及び図６（ｃ）を参照して、計測部４５０において、ターゲット７２の位置を計測する原理について説明する。計測部４５０では、照明系ＩＳを介して基板７３を照明し、ターゲット７２で回折された光を、検出系ＤＳを介して検出する。図６（ｂ）には、基板７３に垂直に入射する光（照明光）ＢＩ、ターゲット７２からの＋１次回折光Ｂ＋１及び－１次回折光Ｂ－１を示す。なお、ターゲット７２の位置を計測する際に不要となる光（０次回折光を含む光）については、検出系ＤＳで遮断されるように、ミラー４６５や開口絞り６９の形状を決定してもよい。

【0078】

図６（ｃ）は、開口絞り６９における開口部内径と、ターゲット７２で回折された光との相対位置を示す図である。図６（ｃ）において、ＢＯは、ターゲット７２で回折される０次回折光を表す。０次回折光ＢＯについては、上述したように、例えば、ミラー４６５で遮断されるため、検出部９０には導光されない。４１ｍは、第１波長の光における－１次回折光を表し、４１ｐは、第１波長の光における＋１次回折光を表す。また、４２ｍは、第２波長の光における－１次回折光を表し、４２ｐは、第２波長の光における＋１次回折光を表す。ターゲット７２で回折された－１次回折光４１ｍ及び４２ｍ、＋１次回折光４１ｐ及び４２ｐは、開口絞り６９（の開口）の内側を通過し、波面変更部７５を介して、波面検出部８６及び検出部９０のそれぞれで検出される。なお、波面収差情報の取得及び補正収差の生成については、Ｓ１２２及びＳ１２３と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

【0079】

図６（ｄ）は、計測部４５０におけるプリズム４８８の機能を説明するための図である。プリズム４８８は、検出系ＤＳの瞳面に配置され、ターゲット７２で回折された光を分離及び反転して重ね合わせる光学部材である。図６（ｄ）に示すように、プリズム４８８によって、＋１次回折光Ｂ＋１と－１次回折光Ｂ－１が分離及び反転され、更に、重ね合わされて検出部９０に導かれる。検出部９０では、＋１次回折光Ｂ＋１と－１次回折光Ｂ－１とが干渉した光の強度が検出される。＋１次回折光Ｂ＋１及び－１次回折光Ｂ－１の強度は、検出部９０（の検出領域内）におけるターゲット７２の位置に応じて変化するため、検出部９０で検出される光の強度も変化する。従って、ターゲット７２の位置情報と、検出部９０で検出される光の強度情報とに基づいて、ターゲット７２の位置を求めることができる。

【0080】

また、計測部４５０においては、ターゲット７２からの光を、波面変更部７５を介して検出部９０で検出する。制御部１１００の制御下において、波面変更部７５に設定される補正波面の生成については、Ｓ１２３と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

【0081】

本実施形態においては、波面変更部７５を介して、ターゲット７２からの光を、検出部９０で検出することによって、ターゲット７２の位置を計測する。また、波面変更部７５において、第１領域には、第１波面収差を補正するように第１補正波面を設定し、第２領域には、第２波面収差を補正するように第１補正波面とは異なる第２補正波面を設定する。これにより、検出系ＤＳにおける波面収差に起因する計測誤差を低減して、ターゲット７２の位置を高精度に計測することができる。

【0082】

＜第６実施形態＞
図７は、露光装置ＥＸＡの構成を示す概略図である。露光装置ＥＸＡは、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あるリソグラフィ工程に用いられ、基板７３にパターンを形成するリソグラフィ装置である。露光装置ＥＸＡは、原版であるレチクル３１を介して基板７３を露光して、レチクル３１のパターンを基板７３に転写する。露光装置ＥＸＡは、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式を採用しているが、ステップ・アンド・リピート方式、その他の露光方式を採用することも可能である。

【0083】

露光装置ＥＸＡは、図７に示すように、照明光学系８０１と、レチクル３１を保持するレチクルステージＲＳと、投影光学系３２と、基板７３を保持する基板ステージＷＳと、計測装置１００と、制御部１２００とを有する。

【0084】

照明光学系８０１は、光源部８００からの光を用いて、被照明面を照明する光学系である。光源部８００は、例えば、レーザを含む。レーザは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザなどを含むが、光源の種類をエキシマレーザに限定するものではない。例えば、光源部８００は、光源として、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザや波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を使用してもよい。

【0085】

照明光学系８０１は、本実施形態では、光源部８００からの光を露光に最適な所定の形状を有するスリット光に成形し、レチクル３１を照明する。照明光学系８０１は、レチクル３１を均一に照明する機能や偏光照明する機能を有する。照明光学系８０１は、例えば、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレータ、絞りなどを含み、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順に配置することで構成される。

【0086】

レチクル３１は、例えば、石英で構成される。レチクル３１には、基板７３に転写すべきパターン（回路パターン）が形成されている。

【0087】

レチクルステージＲＳは、レチクルチャック（不図示）を介してレチクル３１を保持し、レチクル駆動機構（不図示）に接続されている。レチクル駆動機構は、リニアモータなどを含み、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にレチクルステージＲＳを駆動することで、レチクルステージＲＳに保持されたレチクル３１を移動させることができる。なお、レチクル３１は、その位置が光斜入射系のレチクル位置計測部（不図示）によって計測され、レチクルステージＲＳを介して、所定の位置に配置される。

【0088】

投影光学系３２は、物体面からの光を像面に結像する機能を有する。投影光学系３２は、本実施形態では、レチクル３１のパターンを経た光（回折光）を基板７３に投影し、レチクル３１のパターンの像を基板上に形成する。投影光学系３２には、複数のレンズ素子からなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも１つの凹面ミラーとを含む光学系（カテディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子とキノフォームなどの少なくとも１つの回折光学素子とを含む光学系などが用いられる。

【0089】

基板７３には、フォトレジストが塗布されている。基板７３は、レチクル３１のパターンが転写される被処理体であって、ウエハ、液晶基板、その他の被処理基板などを含む。

【0090】

基板ステージＷＳは、基板チャック（不図示）を介して基板７３を保持する。し、基板駆動機構（不図示）に接続されている。基板駆動機構は、リニアモータなどを含み、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向に基板ステージＷＳを駆動することで、基板ステージＷＳに保持された基板７３を移動させることができる。また、基板ステージＷＳには、基準プレート３９が設けられている。基準プレート３９の表面の高さは、基板ステージＷＳに保持された基板７３の表面と同じ高さになるように定められ、計測装置１００は、基準プレート３９に設けられた基準マークの位置も計測する。

【0091】

レチクルステージＲＳの位置及び基板ステージＷＳの位置は、例えば、６軸のレーザ干渉計ＬＩなどで監視され、制御部１２００の制御下において、レチクルステージＲＳと基板ステージＷＳとが一定の速度比率で駆動される。

【0092】

計測装置１００は、ターゲットとして、基板７３に設けられたマークの位置を計測する。計測装置１００は、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態及び第５実施形態で説明された形態と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

【0093】

制御部１２００は、ＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータ（情報処理装置）で構成され、例えば、記憶部に記憶されたプログラムに従って露光装置ＥＸＡの各部を統括的に制御して露光装置ＥＸＡを動作させる。制御部１２００は、レチクル３１を介して基板７３を露光して、レチクル３１のパターンを基板７３に転写する露光処理を制御する。また、制御部１２００は、本実施形態では、計測装置１００における計測処理や計測装置１００で得られた計測値の補正処理（演算処理）も制御する。このように、制御部１２００は、計測装置１００の一部としても機能する。

【0094】

露光装置ＥＸＡにおいて、レチクル３１を通過した光（回折光）は、投影光学系３２を介して、基板７３に投影される。レチクル３１と基板７３とは、光学的に共役の関係に配置されている。レチクル３１と基板７３とを投影光学系３２の縮小倍率比の速度比で走査することによって、レチクル３１のパターンが基板７３に転写される。

【0095】

次に、図８を参照して、レチクル３１を介して基板７３を露光して、図８を参照して、レチクル３１を介して基板７３を露光して、レチクル３１のパターンを基板７３に転写する露光処理のシーケンスについて説明する。かかる露光処理は、上述したように、制御部１２００が露光装置ＥＸＡの各部を統括的に制御することで行われる。

【0096】

Ｓ１０１では、露光装置ＥＸＡに基板７３を搬入する。Ｓ１０２では、形状計測装置（不図示）によって、基板７３の表面（高さ）を検出して基板７３の全域の表面形状を計測する。

【0097】

Ｓ１０３では、キャリブレーションを行う。具体的には、ステージ座標系における基準プレート３９に設けられた基準マークの設計上の座標位置に基づいて、計測装置１００の光軸上に基準マークが位置するように、基板ステージＷＳを駆動する。次いで、計測装置１００の光軸に対する基準マークの位置ずれを計測し、かかる位置ずれに基づいて、ステージ座標系の原点が計測装置１００の光軸と一致するように、ステージ座標系を再設定する。ここで、基準マークの位置ずれを計測するために、図２（ａ）を参照して説明したように、ターゲットを基準マークとする計測処理が行われる。なお、複数の基準マークを計測する場合には、図２（ａ）に示すＳ１２１乃至Ｓ１２３を基準マークごとに行う必要はない。図２（ａ）に示すＳ１２１乃至Ｓ１２３は、例えば、所定の計測回数ごとや露光処理が行われる基板７３の所定の枚数ごとなどに行われてもよい。次に、計測装置１００の光軸と投影光学系３２の光軸との設計上の位置関係に基づいて、基準マークが露光光の光軸上に位置するように、基板ステージＷＳを駆動する。そして、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）計測系によって、投影光学系３２を介して、露光光の光軸に対する基準マークの位置ずれを計測する。

【0098】

Ｓ１０４では、Ｓ１０３におけるキャリブレーションの結果に基づいて、計測装置１００の光軸と投影光学系３２の光軸とのベースラインを決定する。

【0099】

Ｓ１０５では、計測装置１００によって、基板７３に設けられたマークをターゲットとして、かかるマークの位置を計測する。ここで、基板７３のマークの位置ずれを計測するために、図２（ａ）を参照して説明したように、ターゲットを基板７３のマークとする計測処理が行われる。なお、基板７３の複数のマークを計測する場合には、図２（ａ）に示すＳ１２１乃至Ｓ１２３をマークごとに行う必要はない。図２（ａ）に示すＳ１２１乃至Ｓ１２３は、例えば、所定の計測回数ごとや露光処理が行われる基板７３の所定の枚数ごとなどに行われてもよい。

【0100】

Ｓ１０６では、グローバルアライメントを行う。具体的には、Ｓ１０５における計測結果に基づいて、基板７３のショット領域の配列に関して、シフト、マグニフィケーション（倍率）、ローテーション（回転）を算出し、ショット領域の配列の規則性を求める。そして、ショット領域の配列の規則性及びベースラインから補正係数を求め、かかる補正係数に基づいて、レチクル３１（露光光）に対して基板７３を位置合わせ（アライメント）する。

【0101】

Ｓ１０７では、レチクル３１と基板７３とを走査方向（Ｙ方向）に走査しながら基板７３を露光する。この際、形状計測装置によって計測した基板７３の表面形状に基づいて、Ｚ方向及び傾き（チルト）方向に基板ステージＷＳを駆動して、基板７３の表面を投影光学系３２の結像面に逐次合わせ込む動作も行う。

【0102】

Ｓ１０８では、基板７３の全てのショット領域に対する露光が完了したかどうか（即ち、未露光のショット領域が存在していないかどうか）を判定する。基板７３の全てのショット領域に対する露光が完了していない場合には、Ｓ１０７に移行し、全てのショット領域に対する露光が完了するまで、Ｓ１０７及びＳ１０８を繰り返す。一方、基板７３の全てのショット領域に対する露光が完了している場合には、Ｓ１０９に移行して、露光装置ＥＸＡから基板７３を搬出する。

【0103】

なお、本実施形態では、リソグラフィ装置として、露光装置を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、リソグラフィ装置は、パターン（凹凸）を有する型（モールド、テンプレート）を用いて基板上にインプリント材のパターンを形成するインプリント装置であってもよい。また、リソグラフィ装置は、平面部を有する型（平面テンプレート）を用いて基板上の組成物を平坦化（成形）する平坦化装置であってもよい。更に、リソグラフィ装置は、荷電粒子光学系を介して、荷電粒子線（電子線やイオンビームなど）で基板に描画を行って、基板にパターンを形成する描画装置であってもよい。

【0104】

＜第７実施形態＞
本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、デバイス（半導体素子、磁気記憶媒体、液晶表示素子など）などの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、露光装置ＥＸＡ（計測方法）を用いて、感光剤が塗布された基板を露光する（パターンを基板に形成する）工程と、露光された基板を現像する（基板を処理する）工程を含む。また、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

【0105】

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

【符号の説明】

【0106】

５０：計測部 ７２：ターゲット ７３：基板 ７５：波面変更部 ８６：波面検出部 １００：計測装置 １１００：制御部 ＩＳ：照明系 ＤＳ：検出系 ＷＤＳ：波面検出系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】