検出装置、露光装置、および、デバイスの製造方法
【課題】被検物（例えば、基板の裏面と表面とに形成されたマーク）の位置を高精度に検出することができる技術を提供する。
【解決手段】被検体の位置を検出する検出装置であって、前記被検体を第１波長帯域及び前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域を含む光で照明する照明系と、前記被検体からの光により前記被検体の像を形成する結像系と、前記被検体の像を撮像する撮像素子と、前記照明系又は前記結像系の光路における前記第１波長帯域の光に対する透過率と前記第２波長帯域の光に対する透過率とを異ならせることで、前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第１波長帯域の光の強度と前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第２波長帯域の光の強度との強度差を低減する光学部材と、を有することを特徴とする検出装置を提供する。
【解決手段】被検体の位置を検出する検出装置であって、前記被検体を第１波長帯域及び前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域を含む光で照明する照明系と、前記被検体からの光により前記被検体の像を形成する結像系と、前記被検体の像を撮像する撮像素子と、前記照明系又は前記結像系の光路における前記第１波長帯域の光に対する透過率と前記第２波長帯域の光に対する透過率とを異ならせることで、前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第１波長帯域の光の強度と前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第２波長帯域の光の強度との強度差を低減する光学部材と、を有することを特徴とする検出装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の位置を検出する検出装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー技術を用いてデバイス（例えば、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド）を製造する際に、レチクル（マスク）のパターンを投影光学系によってウエハなどの基板に投影してパターンを転写する露光装置が使用されている。
【０００３】
近年では、メモリやロジックなどのＩＣチップだけではなく、ＭＥＭＳやＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）などの特殊な素子（貫通ヴィア工程を用いた積層デバイス）を製造することが露光装置に要求されている。このような特殊な素子の製造においては、従来のＩＣチップの製造と比較して、線幅解像度や重ね合わせ精度は緩いが、深い焦点深度が必要となる。
【０００４】
また、特殊な素子を製造する際には、基板（例えば、Ｓｉウエハ）の裏面側に構成されたアライメントマークに基づいて、基板の表面側を露光する特殊工程が行われる。かかる工程は、例えば、基板の表面側から貫通ヴィアを形成し、基板の裏面側の回路と導通させるために必要となる。
【０００５】
基板の裏面側のアライメントマークを検出するために、基板の裏面側（基板チャック側）にアライメント検出系を構成する技術が提案されている（特許文献１参照）。但し、ウエハの裏面側にアライメント検出系を構成した場合には、アライメント検出系の検出領域に位置するアライメントマークだけしか検出することができず、基板上の任意の位置に配置されるアライメントマークを検出することができない。また、露光装置のアライメント検出系には、基板の裏面側のアライメントマークを検出するだけではなく、基板の表面側のアライメントマークを検出することも要求される。
【０００６】
そこで、基板に対して透過性を有する赤外光（波長１０００ｎｍ以上の光）を用いて、基板の表面側から基板の裏面側のアライメントマークを検出する技術も考えられている。かかる技術では、基板の裏面側のアライメントマークを赤外光で検出し、基板の表面側のアライメントマークを赤外光よりも短い波長の光（可視光）で検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２８０２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、基板の裏面側及び表面側の両方のアライメントマークを検出するために、可視光から赤外光までの広帯域な波長の光を用いた場合には、アライメントマークの像を撮像する撮像素子の感度の波長依存性が問題となる。特に、赤外光の波長帯域では、撮像素子の感度の波長依存性が大きい。従って、検出信号の干渉縞を低減するために広帯域な赤外光を用いようとしても、かかる赤外光に対する撮像素子の感度差が大きいため、一部の波長帯域の赤外光の強度が強くなり、検出信号の干渉縞の低減効果が低くなってしまう。検出信号の干渉縞を十分に低減することができない場合には、検出信号の波形が崩れ、アライメントマーク（の位置）を高精度に検出することができなくなる。
【０００９】
また、本発明者の鋭意検討の結果、広帯域な赤外光に対する撮像素子の分光特性は、撮像素子の感度の波長依存性だけではなく、アライメントマークが形成されている基板のプロセスにも影響されることがわかった。例えば、あるプロセスに対して、広帯域な赤外光に対する撮像素子の感度が均一であったとしても、異なるプロセスに対しては、広帯域な赤外光に対する撮像素子の感度が均一ではなくなり、検出信号の干渉縞を十分に低減することができないことがある。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、被検物（例えば、基板の裏面と表面とに形成されたマーク）の位置を高精度に検出することができる技術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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての検出装置は、被検体の位置を検出する検出装置であって、前記被検体を第１波長帯域及び前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域を含む光で照明する照明系と、前記被検体からの光により前記被検体の像を形成する結像系と、前記被検体の像を撮像する撮像素子と、前記照明系又は前記結像系の光路における前記第１波長帯域の光に対する透過率と前記第２波長帯域の光に対する透過率とを異ならせることで、前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第１波長帯域の光の強度と前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第２波長帯域の光の強度との強度差を低減する光学部材と、を有することを特徴とする。
【００１２】
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好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、例えば、被検物（例えば、基板の裏面と表面とに形成されたマーク）の位置を高精度に検出する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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２】ウエハステージに配置されるステージ基準プレートの構成を示す図である。
【図３】基板アライメント検出系の具体的な構成を示す概略断面図である。
【図４】光源でのビーム径と開口絞り板でのビーム径との関係を示す図である。
【図５】Ｓｉ基板の入射光の波長に対する透過率を模式的に示す図である。
【図６】基板アライメント検出系による基板の表面及び裏面に形成されたアライメントマークの検出を説明するための図である。
【図７】アライメントマークを撮像して得られる検出信号の一例を示す図である。
【図８】アライメントマークを検出する際に用いた光の波長帯域とアライメントマークの検出誤差との関係を示す図である。
【図９】赤外光に対する撮像素子の感度を示す図である。
【図１０】波長フィルタ板に配置されたフィルタの透過率を示す図である。
【図１１】基板の裏面に形成されたアライメントマークを検出する際に用いられるフィルタの透過率を示す図である。
【図１２】基板アライメント検出系による基板の裏面に形成されたアライメントマークの検出を説明するための図である。
【図１３】基板の裏面に形成されたアライメントマークを検出する際に用いられるフィルタの透過率を示す図である。
【図１４】撮像素子で撮像されるアライメントマークの像を形成する光の強度とフィルタの透過率との関係を示す図である。
【図１５】基板アライメント検出系の検出処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略図である。露光装置１は、レチクル１０１を保持するレチクルステージ１０２と、基板１０３を保持する基板ステージ１０４と、レチクルステージ１０２に保持されたレチクル１０１を照明する照明光学系１０５とを有する。また、露光装置１は、レチクル１０１のパターン（の像）を基板ステージ１０４に保持された基板１０３に投影する投影光学系１０６と、露光装置１の全体の動作を統括的に制御する制御部１１７とを有する。
【００１７】
露光装置１は、本実施形態では、レチクル１０１と基板１０３とを走査方向に互いに同期走査しながら（即ち、ステップ・アンド・スキャン方式で）、レチクル１０１のパターンを基板１０３に転写する走査型露光装置（スキャナー）である。但し、露光装置１は、レチクル１０１を固定して（即ち、ステップ・アンド・リピート方式で）、レチクル１０１のパターンを基板１０３に転写する露光装置（ステッパー）であってもよい。
【００１８】
以下では、投影光学系１０６の光軸と一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でレチクル１０１及び基板１０３の走査方向をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。また、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り及びＺ軸回りのそれぞれの方向を、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向とする。
【００１９】
レチクルステージ１０２は、投影光学系１０６の光軸に垂直な平面内、即ち、ＸＹ平面内で２次元移動可能に、且つ、θＺ方向に回転可能に構成される。但し、レチクルステージ１０２は、リニアモータなどの駆動装置によって１軸駆動又は６軸駆動される。
【００２０】
レチクルステージ１０２にはミラー１０７が配置され、ミラー１０７に対向する位置にはレーザ干渉計１０９が配置されている。レチクルステージ１０２の２次元方向の位置及び回転角はレーザ干渉計１０９によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１１７に出力される。制御部１１７は、レーザ干渉計１０９の計測結果に基づいて駆動装置を制御し、レチクルステージ１０２に保持されたレチクル１０１を位置決めする。
【００２１】
投影光学系１０６は、複数の光学素子を含み、レチクル１０１のパターンを所定の投影倍率βで基板１０３に投影する。投影光学系１０６は、本実施形態では、投影倍率βとして、例えば、１／４又は１／５を有する縮小光学系である。
【００２２】
基板ステージ１０４は、チャックを介して基板１０３を保持するＺステージと、Ｚステージを支持するＸＹステージと、ＸＹステージを支持するベースとを含む。基板ステージ１０４は、リニアモータなどの駆動装置によって駆動される。
【００２３】
基板ステージ１０４には、ミラー１０８が配置され、ミラー１０８に対向する位置にはレーザ干渉計１１０及び１１２が配置されている。基板ステージ１０４のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθＺ方向の位置はレーザ干渉計１１０によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１１７に出力される。同様に、基板ステージ１０４のＺ軸方向の位置、θＸ方向及びθＹ方向の位置はレーザ干渉計１１２によってリアルタイムに計測され、かかる計測結果は制御部１１７に出力される。制御部１１７は、レーザ干渉計１１０及び１１２の計測結果に基づいて駆動装置を制御し、基板ステージ１０４に保持された基板１０３を位置決めする。
【００２４】
レチクルアライメント検出系１１３は、レチクルステージ１０２の近傍に配置される。レチクルアライメント検出系１１３は、レチクルステージ１０２に保持されたレチクル１０１の上のレチクル基準マークと、投影光学系１０６を介して基板ステージ１０４に配置されたステージ基準プレート１１１の上の基準マークＭＫ１とを検出する。
【００２５】
レチクルアライメント検出系１１３は、基板１０３を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、レチクル１０１の上のレチクル基準マークと、投影光学系１０６を介して基準マークＭＫ１とを照明する。また、レチクルアライメント検出系１１３は、レチクル基準マーク及び基準マークＭＫ１からの反射光を撮像素子（例えば、ＣＣＤカメラなどの光電変換素子）で検出する。かかる撮像素子からの検出信号に基づいて、レチクル１０１と基板１０３との位置合わせ（アライメント）が行われる。この際、レチクル１０１の上のレチクル基準マークとステージ基準プレート１１１の上の基準マークＭＫ１の位置及びフォーカスを合わせることで、レチクル１０１と基板１０３との相対的な位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。
【００２６】
レチクルアライメント検出系１１４は、基板ステージ１０４に配置される。レチクルアライメント検出系１１４は、透過型の検出系であって、基準マークＭＫ１が透過型のマークである場合に使用される。レチクルアライメント検出系１１４は、基板１０３を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、レチクル１０１の上のレチクル基準マーク及び基準マークＭＫ１を照明し、かかるマークからの透過光を光量センサで検出する。この際、レチクルアライメント検出系１１４は、基板ステージ１０４をＸ軸方向（又はＹ軸方向）及びＺ軸方向に駆動させながら透過光の光量を検出する。これにより、レチクル１０１の上のレチクル基準マークとステージ基準プレート１１１の上の基準マークＭＫ１との位置及びフォーカスを合わせることができる。
【００２７】
このように、レチクルアライメント検出系１１３、或いは、レチクルアライメント検出系１１４のどちらを用いても、レチクル１０１と基板１０３との相対的な位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。
【００２８】
図２に示すように、ステージ基準プレート１１１は、基板１０３の表面とほぼ同じ高さになるように、基板ステージ１０４のコーナーに配置される。ステージ基準プレート１１１は、基板ステージ１０４の１つのコーナーに配置されていてもよいし、基板ステージ１０４の複数のコーナーに配置されていてもよい。
【００２９】
ステージ基準プレート１１１は、レチクルアライメント検出系１１３又は１１４によって検出される基準マークＭＫ１と、基板アライメント検出系１１６によって検出される基準マークＭＫ２とを有する。ステージ基準プレート１１１は、複数の基準マークＭＫ１や複数の基準マークＭＫ２を有していてもよい。また、基準マークＭＫ１と基準マークＭＫ２との位置関係（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）は、所定の位置関係に設定されている（即ち、既知である）。なお、基準マークＭＫ１と基準マークＭＫ２とは、共通のマークであってもよい。
【００３０】
フォーカス検出系１１５は、基板１０３の表面に光を投射する投射系と、基板１０３の表面で反射した光を受光する受光系とを含み、基板１０３のフォーカス（Ｚ軸方向の位置）を検出し、かかる検出結果を制御部１１７に出力する。制御部１１７は、フォーカス検出系１１５の検出結果に基づいて基板ステージ１０４を駆動する駆動装置を制御し、基板ステージ１０４に保持された基板１０３のＺ軸方向の位置及び傾斜角を調整する。
【００３１】
基板アライメント検出系１１６は、基板１０３の上のアライメントマークＡＭ１やステージ基準プレート１１１の上の基準マークＭＫ２を照明する照明系と、かかるマークからの光によりマークの像を形成する結像系とを含む。基板アライメント検出系１１６は、アライメントマークＡＭ１や基準マークＭＫ２の位置を検出し、かかる検出結果を制御部１１７に出力する。制御部１１７は、基板アライメント検出系１１６の検出結果に基づいて基板ステージ１０４を駆動する駆動装置を制御し、基板ステージ１０４に保持された基板１０３のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を調整する。
【００３２】
なお、基板アライメント検出系の構成は、一般的には、オフアクシス（Ｏｆｆ−ａｘｉｓ）検出系とＴＴＬ−ＡＡ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｌｅｎｓ Ａｕｔｏ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）検出系の２つに大別される。オフアクシス検出系は、投影光学系を介さずに、基板の上のアライメントマークを光学的に検出する。ＴＴＬ−ＡＡ検出系は、投影光学系を介して、露光光の波長とは異なる波長の光を用いて基板の上のアライメントマークを検出する。基板アライメント検出系１１６は、本実施形態では、オフアクシス検出系であるが、ＴＴＬ−ＡＡ検出系であってもよい。基板アライメント検出系１１６がＴＴＬ−ＡＡ検出系である場合には、投影光学系１０６を介して、基板１０３の上のアライメントマークＡＭ１を検出するが、基本的な構成はオフアクシス検出系と同様である。
【００３３】
図３を参照して、基板アライメント検出系１１６について詳細に説明する。図３は、基板アライメント検出系１１６の具体的な構成を示す概略断面図である。基板アライメント検出系１１６は、上述したように、アライメントマークＡＭ１や基準マークＭＫ２などの被検体（の位置）を検出する検出装置として機能する。
【００３４】
光源２０は、基板１０３を透過しない可視光及び基板１０３を透過する赤外光を射出する光源である。光源２０から射出された光は、第１リレー光学系２１、波長フィルタ板２２及び第２リレー光学系２３を通過して、基板アライメント検出系１１６の瞳面（物体面に対する光学的なフーリエ変換面）に位置する開口絞り板２４に到達する。なお、開口絞り板２４でのビーム径ＬＤ２４は、図４に示すように、光源２０でのビーム径ＬＤ２０よりも十分に小さくなる。図４は、光源２０でのビーム径ＬＤ２０と開口絞り板２４でのビーム径ＬＤ２４との関係を示す図である。
【００３５】
波長フィルタ板２２には、透過させる光の波長帯域が互いに異なる複数のフィルタが配置され、制御部１１７の制御下において、複数のフィルタから１つのフィルタが選択されて基板アライメント検出系１１６の光路に配置される。換言すれば、波長フィルタ板２２は、基板アライメント検出系１１６の光路に対して、互いに異なる透過率を有する複数のフィルタを交換可能に保持する。なお、波長フィルタ板２２は、新たなフィルタを追加することが可能な構成を有する。図５は、基板１０３としてのＳｉ基板の入射光の波長に対する透過率を模式的に示す図である。Ｓｉ基板は、図５に示すように、波長１０００ｎｍ程度から透過率が増加する特性を有している。従って、Ｓｉ基板の裏面に形成されたアライメントマークは波長１０００ｎｍ以上の光で検出することが可能であり、Ｓｉ基板の表面に形成されたアライメントマークは波長１０００ｎｍ未満の波長の光で検出することが可能である。そこで、本実施形態では、可視光を透過する可視光用のフィルタ及び赤外光を透過する赤外光用のフィルタを波長フィルタ板２２に配置し、これらのフィルタを切り替えることで、可視光及び赤外光のいずれか一方の光でアライメントマークを照明する。また、波長フィルタ板２２に配置されたフィルタを切り替えるのではなく、可視光を射出する可視光源と赤外光を射出する赤外光源とを準備して、それらの光源を切り替えることで、可視光及び赤外光のいずれか一方の光でアライメントマークを照明してもよい。
【００３６】
開口絞り板２４には、互いに照明σが異なる複数の開口絞りが配置され、制御部１１７の制御下において、基板アライメント検出系１１６の光路に配置する開口絞りを切り替えることで、アライメントマークを照明する光の照明σを変更することができる。なお、開口絞り板２４は、新たな開口絞りを追加することが可能な構成を有する。
【００３７】
開口絞り板２４に到達した光は、第１照明系２５及び第２照明系２７を介して、偏光ビームスプリッター２８に導光される。偏光ビームスプリッター２８に導光された光のうち紙面に垂直なＳ偏光は、偏光ビームスプリッター２８で反射され、ＮＡ絞り２６及びλ／４板２９を透過して円偏光に変換される。λ／４板２９を透過した光束は、対物レンズ３０を通過して、基板１０３の表面に形成されたアライメントマークＡＭ１を照明する。なお、ＮＡ絞り２６は、制御部１１７の制御下において、絞り量を変えることでＮＡを変更することができる。
【００３８】
アライメントマークＡＭ１からの反射光、回折光及び散乱光は、対物レンズ３０を通過し、λ／４板２９を透過して紙面に平行なＰ偏光に変換され、ＮＡ絞り２６を介して、偏光ビームスプリッター２８を透過する。偏光ビームスプリッター２８を透過した光は、リレーレンズ３１、第１結像系３２、コマ収差調整用光学部材３５、第２結像光学系３３及び波長シフト差調整用光学部材３９を介して、撮像素子３４の上にアライメントマークＡＭ１の像を形成する。撮像素子３４は、アライメントマークＡＭ１の像を撮像して検出信号を出力する。
【００３９】
基板アライメント検出系１１６が基板１０３の上のアライメントマークＡＭ１を検出する場合、アライメントマークＡＭ１の上には、レジスト（透明層）が塗布（形成）されているため、単色光又は狭い波長帯域の光では干渉縞が発生してしまう。従って、撮像素子３４からの検出信号（アライメント信号）に干渉縞の信号が加算され、アライメントマークＡＭ１（の位置）を高精度に検出することができなくなる。そこで、一般的には、広帯域の波長の光を射出する光源を光源２０として用いて、撮像素子３４からの検出信号に干渉縞の信号が加算されることを低減している。
【００４０】
また、基板１０３の上のアライメントマークＡＭ１を高精度に検出するためには、撮像素子３４においてアライメントマークＡＭ１の像を明確に撮像しなければならない。換言すれば、基板アライメント検出系１１６の焦点（ピント）がアライメントマークＡＭ１に合っていなければならない。そこで、基板アライメント検出系１１６は、一般的には、ＡＦ検出系（不図示）を有し、かかるＡＦ検出系の検出結果に基づいて、アライメントマークＡＭ１をベストフォーカス面に位置させた状態でアライメントマークＡＭ１を検出する。
【００４１】
基板アライメント検出系１１６による基板１０３の裏面に形成されたアライメントマーク（被検体）ＡＭ２の検出について説明する。図６は、基板アライメント検出系１１６が基板１０３の表面に形成されたアライメントマークＡＭ１及び基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出している状態を示している。上述したように、基板１０３の表面に形成されたアライメントマークＡＭ１を検出する場合には、図６（ａ）に示すように、可視光ＶＬでアライメントマークＡＭ１を照明する。一方、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する場合には、図６（ｂ）に示すように、赤外光ＩＬでアライメントマークＡＭ２を照明する。なお、基板１０３の表面にはレジストＲＳが塗布されているが、塗布むらなどによって、レジストＲＳの表面は平坦ではなく、凹凸が形成されている。
【００４２】
例えば、基板１０３の表面に形成されたアライメントマークＡＭ１を狭い波長帯域の可視光（例えば、５５０ｎｍ〜５８０ｎｍなどの波長帯域３０ｎｍの可視光）を用いて検出すると、図７（ａ）に示すような検出信号が得られる。図７（ａ）を参照するに、レジストＲＳの表面の凹凸の影響による干渉縞が発生しており、このような検出信号からは、上述したように、アライメントマークＡＭ１（の位置）を高精度に検出することができない。
【００４３】
一方、基板１０３の表面に形成されたアライメントマークＡＭ１を広い波長帯域の可視光（例えば、５００ｎｍ〜７００ｎｍなどの波長帯域２００ｎｍの可視光）を用いて検出すると、図７（ｂ）に示すような検出信号が得られる。図７（ｂ）に示す検出信号は、図７（ａ）に示す検出信号と比較して、干渉縞の影響が低減されている。
【００４４】
図８は、アライメントマークＡＭ１を検出する際に用いた光の波長帯域とアライメントマークＡＭ１の検出誤差（計測だまされ）との関係を示す図である。図８を参照するに、狭い波長帯域ＷＢａの光を用いた場合には、検出誤差が十分に平均化されずに、真値からマイナス方向に検出誤差が生じてしまう。同様に、狭い波長帯域ＷＢｂの光を用いた場合にも、検出誤差が十分に平均化されずに、真値からプラス方向に検出誤差が生じてしまう。それに対して、広い波長帯域ＷＢｃの光を用いた場合には、検出誤差が平均化され、計測誤差が低減されて真値に近くなる。このように、アライメントマークを検出する際には、広い波長帯域の光を用いることで干渉縞の影響を低減し、アライメントマークを高精度に検出することができるという利点がある。但し、波長帯域を広げすぎると、平均化効果によって検出信号のコントラストが低下してしまう。従って、コントラストの低下が許容される範囲内において、波長帯域を広げる必要がある。
【００４５】
赤外光を用いて基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する場合について考える。基板１０３の波長に対する透過率は、図５に示す透過率であるものとする。図５を参照するに、波長１０００ｎｍ以上の光が基板１０３を透過するため、アライメントマークＡＭ２を検出する際には、波長１０００ｎｍ以上の赤外光を用いる。一般的に、赤外光（波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍ）に対する撮像素子３４の感度は、図９に示すように、波長１０００ｎｍで最も高くなり、長波長側である１２００ｎｍに近づくにつれて低くなる。
【００４６】
基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を波長１０００ｎｍ〜１０３０ｎｍなどの波長帯域３０ｎｍの赤外光（狭い波長帯域の赤外光）を用いて検出すると、干渉縞が発生し、図７（ａ）に示したような検出信号が得られる。そこで、干渉縞の影響を低減するために、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を波長１０００ｎｍ〜１２００ｎｍなどの波長帯域２００ｎｍの赤外光（広い波長帯域の赤外光）を用いて検出しても、図７（ａ）に示したような検出信号が得られる。この際、波長フィルタ板２２に配置された複数のフィルタから、図１０に示すように、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍに対してほぼ１００％の透過率を有するフィルタが選択され、かかるフィルタが基板アライメント検出系１１６の光路に配置される。
【００４７】
このように、広い波長帯域の赤外光を用いても、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する場合には、図７（ａ）に示すようなアラ検出信号が得られてしまう。これは、図９に示したように、赤外光（波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍ）に対する撮像素子３４の感度が長波長側に近づくにつれて低くなることが原因である。図９を参照するに、１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長帯域では、１０００ｎｍ〜１０５０ｎｍの波長帯域に比べて撮像素子３４の感度が低くなっている。従って、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの広い波長帯域の赤外光を用いても、実質的には、１０００ｎｍ〜１０５０ｎｍ程度の狭い波長帯域の赤外光しか検出信号に現れない。換言すれば、広い波長帯域の赤外光を用いても、赤外光の波長帯域における撮像素子３４の感度が均一ではないため、狭い波長帯域の赤外光しか検出信号に寄与せず、干渉縞の影響を十分に低減することができない。
【００４８】
そこで、本実施形態では、以下に説明するように、赤外光の波長帯域において、基板アライメント検出系１１６の光路における第１波長帯域の光に対する透過率と第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の光に対する透過率とを異ならせる。これにより、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する第１波長帯域の光の強度と撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する第２波長帯域の光の強度との強度差を低減する。換言すれば、本実施形態では、赤外光の波長帯域において、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光の強度を均一にする。
【００４９】
具体的には、赤外光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおいて、各波長帯域に対して異なる透過率（透過強度）を有するフィルタ（光学部材）を用いる。例えば、図１１に示すように、撮像素子３４の感度（図９参照）とは逆の透過率を有するフィルタを用いる。図１１を参照するに、かかるフィルタでは、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍ（短波長側）での透過率が低く、波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍ（長波長側）での透過率が高くなっている。換言すれば、かかるフィルタは、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する短波長側の光の強度と長波長側の光の強度との強度差をゼロにするための透過率を有している。このようなフィルタを波長フィルタ板２２に配置しておき、アライメントマークＡＭ２を検出する際に基板アライメント検出系１１６の光路に配置する。
【００５０】
図１１に示す透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する場合について説明する。図１１に示す透過率を有するフィルタは、上述したように、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率が低く、波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率が高くなっている。ここで、図９に示す撮像素子３４の感度の波長依存性を含めて考えると、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおける強度が均一になる。従って、図１１に示す透過率を有するフィルタを通過した波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの赤外光を用いてアライメントマークＡＭ２を検出すれば、図７（ｂ）に示したような、干渉縞が十分に低減された検出信号を得ることができる。
【００５１】
このように、本実施形態では、赤外光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおいて、図９に示す撮像素子３４の感度の波長依存性とは逆の透過率（透過率分布）を有するフィルタを用いる。換言すれば、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおいて、基板アライメント検出系１１６の波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの光に対する透過率と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの光に対する透過率が異ならせる。これにより、基板アライメント検出系１１６において、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍでの分光特性が均一になり、干渉縞の影響が低減された検出信号を得ることができるため、アライメントマークＡＭ２（の位置）を高精度に検出することができる。
【００５２】
一方、従来技術では、上述したように、図１０に示す透過率を有するフィルタを通過した波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの赤外光を用いてアライメントマークＡＭ２を検出している。この場合、撮像素子３４の感度の波長依存性によって、図７（ａ）に示したような検出信号しか得ることができない。
【００５３】
本実施形態では、赤外光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおいて、各波長帯域に対して異なる透過率を有する光学部材としてフィルタを用いたが、このような透過率を有するのであれば、フィルタ以外の光学部材を用いてもよい。また、光源側において各波長帯域の光の光量を制御してもよい。例えば、互いに異なる波長帯域の光を射出する複数の光源（光学部）を用いて、それぞれの光源から射出される光の光量（即ち、基板アライメント検出系に入射する光の各波長帯域における光量）を調整することで、各波長帯域の光の光量を制御することができる。また、ハロゲンランプを光源として用いている場合には、ハロゲンランプに供給する電圧（供給電圧）を調整することで各波長帯域の光の光量を制御することも可能である。例えば、ハロゲンランプは、供給電圧を高くすると、短波長側の光の強度が長波長側の光の強度よりも高くなる傾向を有する。従って、短波長側の光に対する透過率を長波長側の光に対する透過率よりも高くしたい場合には、供給電圧を高くすればよい。一方、短波長側の光に対する透過率を長波長側の光に対する透過率よりも低くしたい場合には、供給電圧を低くすればよい。
【００５４】
本実施形態では、赤外光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍを例に説明したが、波長帯域を限定するものではなく、干渉縞が十分に低減されれば、波長帯域は１０５０ｎｍ〜１２００ｎｍや１１００ｎｍ〜１２５０ｎｍであってもよい。また、本実施形態は、赤外光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおける撮像素子の感度の波長依存性を例に説明したが、赤外光の波長帯域以外、例えば、可視光の波長領域における撮像素子の感度の波長依存性にも適用可能である。
【００５５】
次に、基板１０３のプロセスが検出信号に与える影響について説明する。図１２（ａ）に示すように、基板１０３の上にレジストＲＳａが塗布されている場合、及び、図１２（ｂ）に示すように、基板１０３の上に層間膜ＬＣ及びレジストＲＳｂが塗布されている場合について考える。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）を参照するに、基板１０３に塗布されたレジストＲＳａ及びＲＳｂの表面は平坦ではなく、塗布むらなどによって、凹凸が形成されているため、広い波長帯域の光を用いて干渉縞を低減する必要がある。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）のそれぞれについて、図１０に示したような波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍに対してほぼ１００％の透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置した場合を考える。この場合、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの赤外光を用いてアライメントマークＡＭ２を検出すると、図７（ａ）に示したような検出信号しか得ることができない。
【００５６】
そこで、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）のそれぞれについて、図１１に示す透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する場合について考える。この場合、上述したように、図７（ｂ）に示したような、干渉縞が十分に低減された検出信号が得られることが期待されるが、実際には、図７（ａ）に示したような検出信号が得られてしまう。図６では、基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性がほぼ均一であったため、撮像素子３４の感度の波長依存性を逆補正するフィルタ（図１１参照）を用いることで、基板アライメント検出系１１６の分光特性を均一にすることができる。但し、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）では、基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性が均一でないため、撮像素子３４の感度の波長依存性を逆補正するフィルタを用いるだけでは、基板アライメント検出系１１６の分光特性を均一にすることができない。このような場合には、撮像素子３４の感度の波長依存性だけではなく、基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性も考慮して、基板アライメント検出系１１６の分光特性を均一にする必要がある。
【００５７】
そこで、以下では、撮像素子３４の感度の波長依存性だけではなく、基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性も考慮して、基板アライメント検出系１１６の分光特性を均一にすることについて説明する。
【００５８】
図１２（ａ）に示す基板１０３のプロセスについて考える。まず、図１３（ａ）に示すような透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、図１２（ａ）に示す基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する。図１３（ａ）に示す透過率を有するフィルタは、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率がほぼ１００％、波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率が０％となっている。この場合、アライメントマークＡＭ２を照明する赤外光の波長帯域は１０００ｎｍ〜１１００ｎｍとなり、十分に広い波長帯域の赤外光ではないため、図７（ａ）に示したような干渉縞が低減されていない検出信号が得られる。この際、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光（検出信号）の強度が８０％であったとする。
【００５９】
次に、図１３（ｂ）に示すような透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、図１２（ａ）に示す基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する。図１３（ｂ）に示す透過率を有するフィルタは、波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率がほぼ１００％、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率が０％となっている。この場合、アライメントマークＡＭ２を照明する赤外光の波長帯域は１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとなり、十分に広い波長帯域の赤外光ではないため、図７（ａ）に示したような干渉縞が低減されていない検出信号が得られる。この際、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光の強度が４％であったとする。なお、フィルタ以外の検出信号（特に、強度）に影響を与える他の条件（アライメントマークＡＭ２を検出する際の条件、例えば、光源２０の電圧、撮像素子３４の蓄積時間）は変更しないものとする。
【００６０】
このように、赤外光の波長帯域に対して互いに異なる透過率を有する２つのフィルタを用いてアライメントマークＡＭ２を検出することで、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光（検出信号）の強度に２０倍の差が生じている。これは、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとでの、撮像素子３４の感度の波長依存性に基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性を考慮した場合の基板アライメント検出系１１６の分光特性の差を示している。
【００６１】
そこで、本実施形態では、図１３（ｃ）に示す透過率を有するフィルタを用いて、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおける２０倍の強度比を補正する。図１３（ｃ）に示す透過率を有するフィルタは、波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率がほぼ１００％、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率がほぼ５％になっている。従って、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率との比が１：２０になっている。換言すれば、図１３（ｃ）に示すフィルタの透過率は、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００での強度（８０％）と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの強度（４％）との比と逆の関係になっている。図１３（ｃ）に示す透過率を有するフィルタを通過した波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの赤外光を用いてアライメントマークＡＭ２を検出すれば、図７（ｂ）に示したような、干渉縞が十分に低減された検出信号を得ることができる。
【００６２】
図１２（ｂ）に示す基板１０３のプロセスについて考える。図１３（ｃ）に示すような透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、図１２（ｂ）に示す基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する。この場合、図７（ａ）に示したような干渉縞が低減されていない検出信号が得られる。これは、図１２（ｂ）に示す基板１０３のプロセスは図１２（ａ）に示す基板１０３のプロセスと異なり、基板１０３のプロセスの波長に対する分光特性が異なるためである。
【００６３】
そこで、まず、図１３（ａ）に示すような透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、図１２（ｂ）に示す基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する。この場合、アライメントマークＡＭ２を照明する赤外光の波長帯域は１０００ｎｍ〜１１００ｎｍとなり、十分に広い波長帯域の赤外光ではないため、図７（ａ）に示したような干渉縞が低減されていない検出信号が得られる。この際、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光（検出信号）の強度が７０％であったとする。
【００６４】
次に、図１３（ｂ）に示すような透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、図１２（ｂ）に示す基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する。この場合、アライメントマークＡＭ２を照明する赤外光の波長帯域は１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとなり、十分に広い波長帯域の赤外光ではないため、図７（ａ）に示したような干渉縞が低減されていない検出信号が得られる。この際、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光の強度が３５％であったとする。なお、フィルタ以外の検出信号（特に、強度）に影響を与える他の条件（アライメントマークＡＭ２を検出する際の条件、例えば、光源２０の電圧、撮像素子３４の蓄積時間）は変更しないものとする。
【００６５】
このように、赤外光の波長帯域に対して互いに異なる透過率を有する２つのフィルタを用いてアライメントマークＡＭ２を検出することで、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光（検出信号）の強度に２倍の差が生じている。これは、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとでの、撮像素子３４の感度の波長依存性に基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性を考慮した場合の基板アライメント検出系１１６の分光特性の差を示している。
【００６６】
そこで、本実施形態では、図１３（ｄ）に示す透過率を有するフィルタを用いて、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおける２倍の強度比を補正する。図１３（ｄ）に示す透過率を有するフィルタは、波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率がほぼ１００％、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率がほぼ５０％になっている。従って、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率との比が１：２になっている。換言すれば、図１３（ｄ）に示すフィルタの透過率は、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００での強度（７０％）と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの強度（３５％）との比と逆の関係になっている。図１３（ｄ）に示す透過率を有するフィルタを通過した波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの赤外光を用いてアライメントマークＡＭ２を検出すれば、図７（ｂ）に示したような、干渉縞が十分に低減された検出信号を得ることができる。
【００６７】
図１４は、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）のそれぞれに示す基板１０３のプロセスについて、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光（検出信号）の強度とフィルタの透過率との関係を示す図である。図１４を参照するに、フィルタの透過率比は、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとにおける強度比と逆となっていることがわかる。
【００６８】
このように、本実施形態では、撮像素子３４の感度の波長依存性だけではなく、基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性も考慮して、基板アライメント検出系１１６の分光特性を均一にすることができる。
【００６９】
なお、本実施形態では、図１３（ｃ）に示す透過率を有するフィルタ及び図１３（ｄ）に示す透過率を有するフィルタのそれぞれを波長フィルタ板２２に配置して、基板１０３のプロセスに応じて切り替えることを想定している。但し、波長フィルタ板２２には、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの光に対する透過率と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの光に対する透過率との比が１：５や１：１０となる透過率を有するフィルタを配置しておいてもよい。
【００７０】
また、例えば、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとにおける強度比に対応する透過率比を有するフィルタが波長フィルタ板２２に配置されていない場合もある。例えば、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとにおける強度比が６：１である場合を考える。そして、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの光に対する透過率と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの光に対する透過率との比が１：６となる透過率を有するフィルタが波長フィルタ板２２に配置されていないとする。このような場合には、波長フィルタ板２２に配置された複数のフィルタから、１：６の透過率比に最も近い透過率比、例えば、１：５の透過率比を有するフィルタを選択すればよい。
【００７１】
また、基板１０３のプロセスに対して最適なフィルタを選択した場合には、基板１０３のプロセスと選択したフィルタとの対応関係を記憶部（例えば、制御部１１７のメモリなど）に記憶させてもよい。ここで、最適なフィルタとは、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する短波長側の光の強度と長波長側の光の強度との強度差をゼロにするための透過率を有するフィルタである。これにより、同じプロセスの基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する場合には、記憶部に記憶された対応関係に基づいて、基板アライメント検出系１１６の光路に配置すべきフィルタを選択することができる。なお、基板アライメント検出系１１６の光路に配置すべきフィルタを選択した場合に限らず、基板１０３のプロセス（即ち、赤外線の波長帯域における強度比）と最適なフィルタとの対応関係を予め記憶部に記憶させておいてもよい。
【００７２】
また、本実施形態では、赤外光の波長帯域を１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長帯域及び１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長帯域の２つの波長帯域（２つの分割波長帯域）に分割したが、３つ以上の波長帯域に分割してもよい。例えば、赤外光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍを、波長帯域１０００ｎｍ〜１０６０ｎｍ、波長帯域１０６０ｎｍ〜１１３０ｎｍ、波長帯域１１３０〜１２００の３つの分割波長帯域に分割する。そして、それぞれの分割波長帯域での透過率がほぼ１００％となる透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置してアライメントマークＡＭ２を検出し、３つの分割波長帯域における強度比を求める。このように、赤外光の波長帯域に対して分割する波長帯域の数（分割波長帯域の数）は２つ以上であれば、３つであっても４つであってもよい。
【００７３】
図１５を参照して、露光装置１における基板アライメント検出系１１６の検出処理について説明する。かかる検出処理は、制御部１１７が露光装置１の各部、特に、基板アライメント検出系１１６の各部を統括的に制御することで行われる。ここでは、処理対象としての基板１０３のプロセスが以前にアライメントマークＡＭ２を検出した基板のプロセスと同じである場合には、制御部１１７のメモリなどの記憶部に基板１０３のプロセスとフィルタとの対応関係が記憶されているものとする。また、基板アライメント検出系１１６は、動作モードとして、アライメントマークＡＭ２の位置の検出を行う検出モードと、アライメントマークＡＭ２の位置を検出するための準備を行う準備モードとを有するが、ここでは、準備モードについて詳細に説明する。なお、検出モードは、Ｓ１５０２、Ｓ１５０３及びＳ１５１６を含み、準備モードは、Ｓ１５０４乃至Ｓ１５１４を含む。
【００７４】
Ｓ１５０２では、処理対象としての基板１０３のプロセスが以前にアライメントマークＡＭ２を検出した基板のプロセスと同じであるかどうかを判定する。基板１０３のプロセスが以前にアライメントマークＡＭ２を検出した基板のプロセスと同じである場合には、Ｓ１５０３に移行する。また、基板１０３のプロセスが以前にアライメントマークＡＭ２を検出した基板のプロセスと同じでない場合には、Ｓ１５０４に移行する。
【００７５】
Ｓ１５０３では、記憶部に記憶されている基板１０３のプロセスとフィルタとの対応関係に基づいて、基板アライメント検出系１１６の光路に配置するフィルタを選択する。
【００７６】
Ｓ１５０４では、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する際に用いる赤外線の波長帯域を決定する。具体的には、図７（ｂ）に示したような、干渉縞が十分に低減された検出信号を得ることができるように、十分に広い波長帯域（例えば、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍ）を決定する。
【００７７】
Ｓ１５０６では、Ｓ１５０４で決定された波長帯域を複数の分割波長帯域に分割し、各分割波長帯域の光でアライメントマークＡＭ２を検出する。具体的には、各分割波長帯域での透過率がほぼ１００％となる透過率を有するフィルタのそれぞれを基板アライメント検出系１１６の光路に配置してアライメントマークＡＭ２を検出する。このようにして、アライメントマークＡＭ２の検出は、分割波長帯域の数だけ繰り返される。
【００７８】
Ｓ１５０８では、Ｓ１５０６での検出結果に基づいて、各分割波長帯域について、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光の強度を算出する。例えば、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍを波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍに分割した場合には、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの強度と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの強度を算出する。従って、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光の強度は、分割波長帯域の数だけ算出される。
【００７９】
Ｓ１５１０では、Ｓ１５０８での算出結果に基づいて、Ｓ１５０４で決定した波長帯域における強度比を算出する。ここでは、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの強度の比（強度比）が１０：１であったものとする。
【００８０】
Ｓ１５１２では、波長フィルタ板２２に配置された複数のフィルタから、基板アライメント検出系１１６の光路に配置するフィルタを選択する。具体的には、Ｓ１５１０で算出した強度比に基づいて、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する短波長側の光の強度と長波長側の光の強度との強度差を低減する透過率を有するフィルタを選択する。ここでは、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの光に対する透過率と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの光に対する透過率との比が１：１０となる透過率を有するフィルタを選択する。但し、このような透過率を有するフィルタが波長フィルタ板２２に配置されていない場合には、波長フィルタ板２２に配置された複数のフィルタから、透過率の比が１：１０に最も近い透過率を有するフィルタを選択する。
【００８１】
Ｓ１５１４では、基板１０３のプロセスとＳ１５１２で選択したフィルタとの対応関係を制御部１１７のメモリなどの記憶部に記憶する。
【００８２】
Ｓ１５１６では、Ｓ１５０３又はＳ１５１２で選択したフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置し、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭを検出する。
【００８３】
本実施形態の基板アライメント検出系１１６の検出処理によれば、干渉縞の影響が低減された検出信号を得ることができるため、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２（の位置）を高精度に検出することができる。
【００８４】
露光装置１による露光処理について説明する。光源から発せられた光は、照明光学系１０５を介して、レチクル１０１を照明する。レチクル１０１を通過してパターンを反映する光は、投影光学系１０６を介して、基板１０３に結像される。この際、基板１０３は、基板アライメント検出系１１６の検出結果に基づいて、高精度に位置決めされている。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）を提供することができる。なお、デバイスは、露光装置１を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることにより製造される。
【００８５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では、赤外光を用いて基板の裏面に形成されたアライメントマークを検出する場合について説明したが、本発明は、可視光を用いて基板の表面に形成されたアライメントマークを検出する場合にも適用することができる。また、本実施形態では、基板アライメント検出系について説明したが、本発明は、レチクルアライメント検出系などの他の検出系にも適用することができる。更に、本発明は、オフアクシス検出系だけではなく、ＴＴＬ−ＡＡ検出系にも適用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の位置を検出する検出装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー技術を用いてデバイス（例えば、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド）を製造する際に、レチクル（マスク）のパターンを投影光学系によってウエハなどの基板に投影してパターンを転写する露光装置が使用されている。
【０００３】
近年では、メモリやロジックなどのＩＣチップだけではなく、ＭＥＭＳやＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）などの特殊な素子（貫通ヴィア工程を用いた積層デバイス）を製造することが露光装置に要求されている。このような特殊な素子の製造においては、従来のＩＣチップの製造と比較して、線幅解像度や重ね合わせ精度は緩いが、深い焦点深度が必要となる。
【０００４】
また、特殊な素子を製造する際には、基板（例えば、Ｓｉウエハ）の裏面側に構成されたアライメントマークに基づいて、基板の表面側を露光する特殊工程が行われる。かかる工程は、例えば、基板の表面側から貫通ヴィアを形成し、基板の裏面側の回路と導通させるために必要となる。
【０００５】
基板の裏面側のアライメントマークを検出するために、基板の裏面側（基板チャック側）にアライメント検出系を構成する技術が提案されている（特許文献１参照）。但し、ウエハの裏面側にアライメント検出系を構成した場合には、アライメント検出系の検出領域に位置するアライメントマークだけしか検出することができず、基板上の任意の位置に配置されるアライメントマークを検出することができない。また、露光装置のアライメント検出系には、基板の裏面側のアライメントマークを検出するだけではなく、基板の表面側のアライメントマークを検出することも要求される。
【０００６】
そこで、基板に対して透過性を有する赤外光（波長１０００ｎｍ以上の光）を用いて、基板の表面側から基板の裏面側のアライメントマークを検出する技術も考えられている。かかる技術では、基板の裏面側のアライメントマークを赤外光で検出し、基板の表面側のアライメントマークを赤外光よりも短い波長の光（可視光）で検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２８０２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、基板の裏面側及び表面側の両方のアライメントマークを検出するために、可視光から赤外光までの広帯域な波長の光を用いた場合には、アライメントマークの像を撮像する撮像素子の感度の波長依存性が問題となる。特に、赤外光の波長帯域では、撮像素子の感度の波長依存性が大きい。従って、検出信号の干渉縞を低減するために広帯域な赤外光を用いようとしても、かかる赤外光に対する撮像素子の感度差が大きいため、一部の波長帯域の赤外光の強度が強くなり、検出信号の干渉縞の低減効果が低くなってしまう。検出信号の干渉縞を十分に低減することができない場合には、検出信号の波形が崩れ、アライメントマーク（の位置）を高精度に検出することができなくなる。
【０００９】
また、本発明者の鋭意検討の結果、広帯域な赤外光に対する撮像素子の分光特性は、撮像素子の感度の波長依存性だけではなく、アライメントマークが形成されている基板のプロセスにも影響されることがわかった。例えば、あるプロセスに対して、広帯域な赤外光に対する撮像素子の感度が均一であったとしても、異なるプロセスに対しては、広帯域な赤外光に対する撮像素子の感度が均一ではなくなり、検出信号の干渉縞を十分に低減することができないことがある。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、被検物（例えば、基板の裏面と表面とに形成されたマーク）の位置を高精度に検出することができる技術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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての検出装置は、被検体の位置を検出する検出装置であって、前記被検体を第１波長帯域及び前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域を含む光で照明する照明系と、前記被検体からの光により前記被検体の像を形成する結像系と、前記被検体の像を撮像する撮像素子と、前記照明系又は前記結像系の光路における前記第１波長帯域の光に対する透過率と前記第２波長帯域の光に対する透過率とを異ならせることで、前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第１波長帯域の光の強度と前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第２波長帯域の光の強度との強度差を低減する光学部材と、を有することを特徴とする。
【００１２】
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好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、例えば、被検物（例えば、基板の裏面と表面とに形成されたマーク）の位置を高精度に検出する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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２】ウエハステージに配置されるステージ基準プレートの構成を示す図である。
【図３】基板アライメント検出系の具体的な構成を示す概略断面図である。
【図４】光源でのビーム径と開口絞り板でのビーム径との関係を示す図である。
【図５】Ｓｉ基板の入射光の波長に対する透過率を模式的に示す図である。
【図６】基板アライメント検出系による基板の表面及び裏面に形成されたアライメントマークの検出を説明するための図である。
【図７】アライメントマークを撮像して得られる検出信号の一例を示す図である。
【図８】アライメントマークを検出する際に用いた光の波長帯域とアライメントマークの検出誤差との関係を示す図である。
【図９】赤外光に対する撮像素子の感度を示す図である。
【図１０】波長フィルタ板に配置されたフィルタの透過率を示す図である。
【図１１】基板の裏面に形成されたアライメントマークを検出する際に用いられるフィルタの透過率を示す図である。
【図１２】基板アライメント検出系による基板の裏面に形成されたアライメントマークの検出を説明するための図である。
【図１３】基板の裏面に形成されたアライメントマークを検出する際に用いられるフィルタの透過率を示す図である。
【図１４】撮像素子で撮像されるアライメントマークの像を形成する光の強度とフィルタの透過率との関係を示す図である。
【図１５】基板アライメント検出系の検出処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略図である。露光装置１は、レチクル１０１を保持するレチクルステージ１０２と、基板１０３を保持する基板ステージ１０４と、レチクルステージ１０２に保持されたレチクル１０１を照明する照明光学系１０５とを有する。また、露光装置１は、レチクル１０１のパターン（の像）を基板ステージ１０４に保持された基板１０３に投影する投影光学系１０６と、露光装置１の全体の動作を統括的に制御する制御部１１７とを有する。
【００１７】
露光装置１は、本実施形態では、レチクル１０１と基板１０３とを走査方向に互いに同期走査しながら（即ち、ステップ・アンド・スキャン方式で）、レチクル１０１のパターンを基板１０３に転写する走査型露光装置（スキャナー）である。但し、露光装置１は、レチクル１０１を固定して（即ち、ステップ・アンド・リピート方式で）、レチクル１０１のパターンを基板１０３に転写する露光装置（ステッパー）であってもよい。
【００１８】
以下では、投影光学系１０６の光軸と一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でレチクル１０１及び基板１０３の走査方向をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。また、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り及びＺ軸回りのそれぞれの方向を、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向とする。
【００１９】
レチクルステージ１０２は、投影光学系１０６の光軸に垂直な平面内、即ち、ＸＹ平面内で２次元移動可能に、且つ、θＺ方向に回転可能に構成される。但し、レチクルステージ１０２は、リニアモータなどの駆動装置によって１軸駆動又は６軸駆動される。
【００２０】
レチクルステージ１０２にはミラー１０７が配置され、ミラー１０７に対向する位置にはレーザ干渉計１０９が配置されている。レチクルステージ１０２の２次元方向の位置及び回転角はレーザ干渉計１０９によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１１７に出力される。制御部１１７は、レーザ干渉計１０９の計測結果に基づいて駆動装置を制御し、レチクルステージ１０２に保持されたレチクル１０１を位置決めする。
【００２１】
投影光学系１０６は、複数の光学素子を含み、レチクル１０１のパターンを所定の投影倍率βで基板１０３に投影する。投影光学系１０６は、本実施形態では、投影倍率βとして、例えば、１／４又は１／５を有する縮小光学系である。
【００２２】
基板ステージ１０４は、チャックを介して基板１０３を保持するＺステージと、Ｚステージを支持するＸＹステージと、ＸＹステージを支持するベースとを含む。基板ステージ１０４は、リニアモータなどの駆動装置によって駆動される。
【００２３】
基板ステージ１０４には、ミラー１０８が配置され、ミラー１０８に対向する位置にはレーザ干渉計１１０及び１１２が配置されている。基板ステージ１０４のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθＺ方向の位置はレーザ干渉計１１０によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１１７に出力される。同様に、基板ステージ１０４のＺ軸方向の位置、θＸ方向及びθＹ方向の位置はレーザ干渉計１１２によってリアルタイムに計測され、かかる計測結果は制御部１１７に出力される。制御部１１７は、レーザ干渉計１１０及び１１２の計測結果に基づいて駆動装置を制御し、基板ステージ１０４に保持された基板１０３を位置決めする。
【００２４】
レチクルアライメント検出系１１３は、レチクルステージ１０２の近傍に配置される。レチクルアライメント検出系１１３は、レチクルステージ１０２に保持されたレチクル１０１の上のレチクル基準マークと、投影光学系１０６を介して基板ステージ１０４に配置されたステージ基準プレート１１１の上の基準マークＭＫ１とを検出する。
【００２５】
レチクルアライメント検出系１１３は、基板１０３を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、レチクル１０１の上のレチクル基準マークと、投影光学系１０６を介して基準マークＭＫ１とを照明する。また、レチクルアライメント検出系１１３は、レチクル基準マーク及び基準マークＭＫ１からの反射光を撮像素子（例えば、ＣＣＤカメラなどの光電変換素子）で検出する。かかる撮像素子からの検出信号に基づいて、レチクル１０１と基板１０３との位置合わせ（アライメント）が行われる。この際、レチクル１０１の上のレチクル基準マークとステージ基準プレート１１１の上の基準マークＭＫ１の位置及びフォーカスを合わせることで、レチクル１０１と基板１０３との相対的な位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。
【００２６】
レチクルアライメント検出系１１４は、基板ステージ１０４に配置される。レチクルアライメント検出系１１４は、透過型の検出系であって、基準マークＭＫ１が透過型のマークである場合に使用される。レチクルアライメント検出系１１４は、基板１０３を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、レチクル１０１の上のレチクル基準マーク及び基準マークＭＫ１を照明し、かかるマークからの透過光を光量センサで検出する。この際、レチクルアライメント検出系１１４は、基板ステージ１０４をＸ軸方向（又はＹ軸方向）及びＺ軸方向に駆動させながら透過光の光量を検出する。これにより、レチクル１０１の上のレチクル基準マークとステージ基準プレート１１１の上の基準マークＭＫ１との位置及びフォーカスを合わせることができる。
【００２７】
このように、レチクルアライメント検出系１１３、或いは、レチクルアライメント検出系１１４のどちらを用いても、レチクル１０１と基板１０３との相対的な位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。
【００２８】
図２に示すように、ステージ基準プレート１１１は、基板１０３の表面とほぼ同じ高さになるように、基板ステージ１０４のコーナーに配置される。ステージ基準プレート１１１は、基板ステージ１０４の１つのコーナーに配置されていてもよいし、基板ステージ１０４の複数のコーナーに配置されていてもよい。
【００２９】
ステージ基準プレート１１１は、レチクルアライメント検出系１１３又は１１４によって検出される基準マークＭＫ１と、基板アライメント検出系１１６によって検出される基準マークＭＫ２とを有する。ステージ基準プレート１１１は、複数の基準マークＭＫ１や複数の基準マークＭＫ２を有していてもよい。また、基準マークＭＫ１と基準マークＭＫ２との位置関係（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）は、所定の位置関係に設定されている（即ち、既知である）。なお、基準マークＭＫ１と基準マークＭＫ２とは、共通のマークであってもよい。
【００３０】
フォーカス検出系１１５は、基板１０３の表面に光を投射する投射系と、基板１０３の表面で反射した光を受光する受光系とを含み、基板１０３のフォーカス（Ｚ軸方向の位置）を検出し、かかる検出結果を制御部１１７に出力する。制御部１１７は、フォーカス検出系１１５の検出結果に基づいて基板ステージ１０４を駆動する駆動装置を制御し、基板ステージ１０４に保持された基板１０３のＺ軸方向の位置及び傾斜角を調整する。
【００３１】
基板アライメント検出系１１６は、基板１０３の上のアライメントマークＡＭ１やステージ基準プレート１１１の上の基準マークＭＫ２を照明する照明系と、かかるマークからの光によりマークの像を形成する結像系とを含む。基板アライメント検出系１１６は、アライメントマークＡＭ１や基準マークＭＫ２の位置を検出し、かかる検出結果を制御部１１７に出力する。制御部１１７は、基板アライメント検出系１１６の検出結果に基づいて基板ステージ１０４を駆動する駆動装置を制御し、基板ステージ１０４に保持された基板１０３のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を調整する。
【００３２】
なお、基板アライメント検出系の構成は、一般的には、オフアクシス（Ｏｆｆ−ａｘｉｓ）検出系とＴＴＬ−ＡＡ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｌｅｎｓ Ａｕｔｏ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）検出系の２つに大別される。オフアクシス検出系は、投影光学系を介さずに、基板の上のアライメントマークを光学的に検出する。ＴＴＬ−ＡＡ検出系は、投影光学系を介して、露光光の波長とは異なる波長の光を用いて基板の上のアライメントマークを検出する。基板アライメント検出系１１６は、本実施形態では、オフアクシス検出系であるが、ＴＴＬ−ＡＡ検出系であってもよい。基板アライメント検出系１１６がＴＴＬ−ＡＡ検出系である場合には、投影光学系１０６を介して、基板１０３の上のアライメントマークＡＭ１を検出するが、基本的な構成はオフアクシス検出系と同様である。
【００３３】
図３を参照して、基板アライメント検出系１１６について詳細に説明する。図３は、基板アライメント検出系１１６の具体的な構成を示す概略断面図である。基板アライメント検出系１１６は、上述したように、アライメントマークＡＭ１や基準マークＭＫ２などの被検体（の位置）を検出する検出装置として機能する。
【００３４】
光源２０は、基板１０３を透過しない可視光及び基板１０３を透過する赤外光を射出する光源である。光源２０から射出された光は、第１リレー光学系２１、波長フィルタ板２２及び第２リレー光学系２３を通過して、基板アライメント検出系１１６の瞳面（物体面に対する光学的なフーリエ変換面）に位置する開口絞り板２４に到達する。なお、開口絞り板２４でのビーム径ＬＤ２４は、図４に示すように、光源２０でのビーム径ＬＤ２０よりも十分に小さくなる。図４は、光源２０でのビーム径ＬＤ２０と開口絞り板２４でのビーム径ＬＤ２４との関係を示す図である。
【００３５】
波長フィルタ板２２には、透過させる光の波長帯域が互いに異なる複数のフィルタが配置され、制御部１１７の制御下において、複数のフィルタから１つのフィルタが選択されて基板アライメント検出系１１６の光路に配置される。換言すれば、波長フィルタ板２２は、基板アライメント検出系１１６の光路に対して、互いに異なる透過率を有する複数のフィルタを交換可能に保持する。なお、波長フィルタ板２２は、新たなフィルタを追加することが可能な構成を有する。図５は、基板１０３としてのＳｉ基板の入射光の波長に対する透過率を模式的に示す図である。Ｓｉ基板は、図５に示すように、波長１０００ｎｍ程度から透過率が増加する特性を有している。従って、Ｓｉ基板の裏面に形成されたアライメントマークは波長１０００ｎｍ以上の光で検出することが可能であり、Ｓｉ基板の表面に形成されたアライメントマークは波長１０００ｎｍ未満の波長の光で検出することが可能である。そこで、本実施形態では、可視光を透過する可視光用のフィルタ及び赤外光を透過する赤外光用のフィルタを波長フィルタ板２２に配置し、これらのフィルタを切り替えることで、可視光及び赤外光のいずれか一方の光でアライメントマークを照明する。また、波長フィルタ板２２に配置されたフィルタを切り替えるのではなく、可視光を射出する可視光源と赤外光を射出する赤外光源とを準備して、それらの光源を切り替えることで、可視光及び赤外光のいずれか一方の光でアライメントマークを照明してもよい。
【００３６】
開口絞り板２４には、互いに照明σが異なる複数の開口絞りが配置され、制御部１１７の制御下において、基板アライメント検出系１１６の光路に配置する開口絞りを切り替えることで、アライメントマークを照明する光の照明σを変更することができる。なお、開口絞り板２４は、新たな開口絞りを追加することが可能な構成を有する。
【００３７】
開口絞り板２４に到達した光は、第１照明系２５及び第２照明系２７を介して、偏光ビームスプリッター２８に導光される。偏光ビームスプリッター２８に導光された光のうち紙面に垂直なＳ偏光は、偏光ビームスプリッター２８で反射され、ＮＡ絞り２６及びλ／４板２９を透過して円偏光に変換される。λ／４板２９を透過した光束は、対物レンズ３０を通過して、基板１０３の表面に形成されたアライメントマークＡＭ１を照明する。なお、ＮＡ絞り２６は、制御部１１７の制御下において、絞り量を変えることでＮＡを変更することができる。
【００３８】
アライメントマークＡＭ１からの反射光、回折光及び散乱光は、対物レンズ３０を通過し、λ／４板２９を透過して紙面に平行なＰ偏光に変換され、ＮＡ絞り２６を介して、偏光ビームスプリッター２８を透過する。偏光ビームスプリッター２８を透過した光は、リレーレンズ３１、第１結像系３２、コマ収差調整用光学部材３５、第２結像光学系３３及び波長シフト差調整用光学部材３９を介して、撮像素子３４の上にアライメントマークＡＭ１の像を形成する。撮像素子３４は、アライメントマークＡＭ１の像を撮像して検出信号を出力する。
【００３９】
基板アライメント検出系１１６が基板１０３の上のアライメントマークＡＭ１を検出する場合、アライメントマークＡＭ１の上には、レジスト（透明層）が塗布（形成）されているため、単色光又は狭い波長帯域の光では干渉縞が発生してしまう。従って、撮像素子３４からの検出信号（アライメント信号）に干渉縞の信号が加算され、アライメントマークＡＭ１（の位置）を高精度に検出することができなくなる。そこで、一般的には、広帯域の波長の光を射出する光源を光源２０として用いて、撮像素子３４からの検出信号に干渉縞の信号が加算されることを低減している。
【００４０】
また、基板１０３の上のアライメントマークＡＭ１を高精度に検出するためには、撮像素子３４においてアライメントマークＡＭ１の像を明確に撮像しなければならない。換言すれば、基板アライメント検出系１１６の焦点（ピント）がアライメントマークＡＭ１に合っていなければならない。そこで、基板アライメント検出系１１６は、一般的には、ＡＦ検出系（不図示）を有し、かかるＡＦ検出系の検出結果に基づいて、アライメントマークＡＭ１をベストフォーカス面に位置させた状態でアライメントマークＡＭ１を検出する。
【００４１】
基板アライメント検出系１１６による基板１０３の裏面に形成されたアライメントマーク（被検体）ＡＭ２の検出について説明する。図６は、基板アライメント検出系１１６が基板１０３の表面に形成されたアライメントマークＡＭ１及び基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出している状態を示している。上述したように、基板１０３の表面に形成されたアライメントマークＡＭ１を検出する場合には、図６（ａ）に示すように、可視光ＶＬでアライメントマークＡＭ１を照明する。一方、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する場合には、図６（ｂ）に示すように、赤外光ＩＬでアライメントマークＡＭ２を照明する。なお、基板１０３の表面にはレジストＲＳが塗布されているが、塗布むらなどによって、レジストＲＳの表面は平坦ではなく、凹凸が形成されている。
【００４２】
例えば、基板１０３の表面に形成されたアライメントマークＡＭ１を狭い波長帯域の可視光（例えば、５５０ｎｍ〜５８０ｎｍなどの波長帯域３０ｎｍの可視光）を用いて検出すると、図７（ａ）に示すような検出信号が得られる。図７（ａ）を参照するに、レジストＲＳの表面の凹凸の影響による干渉縞が発生しており、このような検出信号からは、上述したように、アライメントマークＡＭ１（の位置）を高精度に検出することができない。
【００４３】
一方、基板１０３の表面に形成されたアライメントマークＡＭ１を広い波長帯域の可視光（例えば、５００ｎｍ〜７００ｎｍなどの波長帯域２００ｎｍの可視光）を用いて検出すると、図７（ｂ）に示すような検出信号が得られる。図７（ｂ）に示す検出信号は、図７（ａ）に示す検出信号と比較して、干渉縞の影響が低減されている。
【００４４】
図８は、アライメントマークＡＭ１を検出する際に用いた光の波長帯域とアライメントマークＡＭ１の検出誤差（計測だまされ）との関係を示す図である。図８を参照するに、狭い波長帯域ＷＢａの光を用いた場合には、検出誤差が十分に平均化されずに、真値からマイナス方向に検出誤差が生じてしまう。同様に、狭い波長帯域ＷＢｂの光を用いた場合にも、検出誤差が十分に平均化されずに、真値からプラス方向に検出誤差が生じてしまう。それに対して、広い波長帯域ＷＢｃの光を用いた場合には、検出誤差が平均化され、計測誤差が低減されて真値に近くなる。このように、アライメントマークを検出する際には、広い波長帯域の光を用いることで干渉縞の影響を低減し、アライメントマークを高精度に検出することができるという利点がある。但し、波長帯域を広げすぎると、平均化効果によって検出信号のコントラストが低下してしまう。従って、コントラストの低下が許容される範囲内において、波長帯域を広げる必要がある。
【００４５】
赤外光を用いて基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する場合について考える。基板１０３の波長に対する透過率は、図５に示す透過率であるものとする。図５を参照するに、波長１０００ｎｍ以上の光が基板１０３を透過するため、アライメントマークＡＭ２を検出する際には、波長１０００ｎｍ以上の赤外光を用いる。一般的に、赤外光（波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍ）に対する撮像素子３４の感度は、図９に示すように、波長１０００ｎｍで最も高くなり、長波長側である１２００ｎｍに近づくにつれて低くなる。
【００４６】
基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を波長１０００ｎｍ〜１０３０ｎｍなどの波長帯域３０ｎｍの赤外光（狭い波長帯域の赤外光）を用いて検出すると、干渉縞が発生し、図７（ａ）に示したような検出信号が得られる。そこで、干渉縞の影響を低減するために、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を波長１０００ｎｍ〜１２００ｎｍなどの波長帯域２００ｎｍの赤外光（広い波長帯域の赤外光）を用いて検出しても、図７（ａ）に示したような検出信号が得られる。この際、波長フィルタ板２２に配置された複数のフィルタから、図１０に示すように、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍに対してほぼ１００％の透過率を有するフィルタが選択され、かかるフィルタが基板アライメント検出系１１６の光路に配置される。
【００４７】
このように、広い波長帯域の赤外光を用いても、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する場合には、図７（ａ）に示すようなアラ検出信号が得られてしまう。これは、図９に示したように、赤外光（波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍ）に対する撮像素子３４の感度が長波長側に近づくにつれて低くなることが原因である。図９を参照するに、１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長帯域では、１０００ｎｍ〜１０５０ｎｍの波長帯域に比べて撮像素子３４の感度が低くなっている。従って、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの広い波長帯域の赤外光を用いても、実質的には、１０００ｎｍ〜１０５０ｎｍ程度の狭い波長帯域の赤外光しか検出信号に現れない。換言すれば、広い波長帯域の赤外光を用いても、赤外光の波長帯域における撮像素子３４の感度が均一ではないため、狭い波長帯域の赤外光しか検出信号に寄与せず、干渉縞の影響を十分に低減することができない。
【００４８】
そこで、本実施形態では、以下に説明するように、赤外光の波長帯域において、基板アライメント検出系１１６の光路における第１波長帯域の光に対する透過率と第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の光に対する透過率とを異ならせる。これにより、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する第１波長帯域の光の強度と撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する第２波長帯域の光の強度との強度差を低減する。換言すれば、本実施形態では、赤外光の波長帯域において、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光の強度を均一にする。
【００４９】
具体的には、赤外光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおいて、各波長帯域に対して異なる透過率（透過強度）を有するフィルタ（光学部材）を用いる。例えば、図１１に示すように、撮像素子３４の感度（図９参照）とは逆の透過率を有するフィルタを用いる。図１１を参照するに、かかるフィルタでは、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍ（短波長側）での透過率が低く、波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍ（長波長側）での透過率が高くなっている。換言すれば、かかるフィルタは、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する短波長側の光の強度と長波長側の光の強度との強度差をゼロにするための透過率を有している。このようなフィルタを波長フィルタ板２２に配置しておき、アライメントマークＡＭ２を検出する際に基板アライメント検出系１１６の光路に配置する。
【００５０】
図１１に示す透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する場合について説明する。図１１に示す透過率を有するフィルタは、上述したように、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率が低く、波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率が高くなっている。ここで、図９に示す撮像素子３４の感度の波長依存性を含めて考えると、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおける強度が均一になる。従って、図１１に示す透過率を有するフィルタを通過した波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの赤外光を用いてアライメントマークＡＭ２を検出すれば、図７（ｂ）に示したような、干渉縞が十分に低減された検出信号を得ることができる。
【００５１】
このように、本実施形態では、赤外光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおいて、図９に示す撮像素子３４の感度の波長依存性とは逆の透過率（透過率分布）を有するフィルタを用いる。換言すれば、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおいて、基板アライメント検出系１１６の波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの光に対する透過率と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの光に対する透過率が異ならせる。これにより、基板アライメント検出系１１６において、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍでの分光特性が均一になり、干渉縞の影響が低減された検出信号を得ることができるため、アライメントマークＡＭ２（の位置）を高精度に検出することができる。
【００５２】
一方、従来技術では、上述したように、図１０に示す透過率を有するフィルタを通過した波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの赤外光を用いてアライメントマークＡＭ２を検出している。この場合、撮像素子３４の感度の波長依存性によって、図７（ａ）に示したような検出信号しか得ることができない。
【００５３】
本実施形態では、赤外光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおいて、各波長帯域に対して異なる透過率を有する光学部材としてフィルタを用いたが、このような透過率を有するのであれば、フィルタ以外の光学部材を用いてもよい。また、光源側において各波長帯域の光の光量を制御してもよい。例えば、互いに異なる波長帯域の光を射出する複数の光源（光学部）を用いて、それぞれの光源から射出される光の光量（即ち、基板アライメント検出系に入射する光の各波長帯域における光量）を調整することで、各波長帯域の光の光量を制御することができる。また、ハロゲンランプを光源として用いている場合には、ハロゲンランプに供給する電圧（供給電圧）を調整することで各波長帯域の光の光量を制御することも可能である。例えば、ハロゲンランプは、供給電圧を高くすると、短波長側の光の強度が長波長側の光の強度よりも高くなる傾向を有する。従って、短波長側の光に対する透過率を長波長側の光に対する透過率よりも高くしたい場合には、供給電圧を高くすればよい。一方、短波長側の光に対する透過率を長波長側の光に対する透過率よりも低くしたい場合には、供給電圧を低くすればよい。
【００５４】
本実施形態では、赤外光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍを例に説明したが、波長帯域を限定するものではなく、干渉縞が十分に低減されれば、波長帯域は１０５０ｎｍ〜１２００ｎｍや１１００ｎｍ〜１２５０ｎｍであってもよい。また、本実施形態は、赤外光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおける撮像素子の感度の波長依存性を例に説明したが、赤外光の波長帯域以外、例えば、可視光の波長領域における撮像素子の感度の波長依存性にも適用可能である。
【００５５】
次に、基板１０３のプロセスが検出信号に与える影響について説明する。図１２（ａ）に示すように、基板１０３の上にレジストＲＳａが塗布されている場合、及び、図１２（ｂ）に示すように、基板１０３の上に層間膜ＬＣ及びレジストＲＳｂが塗布されている場合について考える。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）を参照するに、基板１０３に塗布されたレジストＲＳａ及びＲＳｂの表面は平坦ではなく、塗布むらなどによって、凹凸が形成されているため、広い波長帯域の光を用いて干渉縞を低減する必要がある。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）のそれぞれについて、図１０に示したような波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍに対してほぼ１００％の透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置した場合を考える。この場合、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの赤外光を用いてアライメントマークＡＭ２を検出すると、図７（ａ）に示したような検出信号しか得ることができない。
【００５６】
そこで、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）のそれぞれについて、図１１に示す透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する場合について考える。この場合、上述したように、図７（ｂ）に示したような、干渉縞が十分に低減された検出信号が得られることが期待されるが、実際には、図７（ａ）に示したような検出信号が得られてしまう。図６では、基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性がほぼ均一であったため、撮像素子３４の感度の波長依存性を逆補正するフィルタ（図１１参照）を用いることで、基板アライメント検出系１１６の分光特性を均一にすることができる。但し、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）では、基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性が均一でないため、撮像素子３４の感度の波長依存性を逆補正するフィルタを用いるだけでは、基板アライメント検出系１１６の分光特性を均一にすることができない。このような場合には、撮像素子３４の感度の波長依存性だけではなく、基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性も考慮して、基板アライメント検出系１１６の分光特性を均一にする必要がある。
【００５７】
そこで、以下では、撮像素子３４の感度の波長依存性だけではなく、基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性も考慮して、基板アライメント検出系１１６の分光特性を均一にすることについて説明する。
【００５８】
図１２（ａ）に示す基板１０３のプロセスについて考える。まず、図１３（ａ）に示すような透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、図１２（ａ）に示す基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する。図１３（ａ）に示す透過率を有するフィルタは、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率がほぼ１００％、波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率が０％となっている。この場合、アライメントマークＡＭ２を照明する赤外光の波長帯域は１０００ｎｍ〜１１００ｎｍとなり、十分に広い波長帯域の赤外光ではないため、図７（ａ）に示したような干渉縞が低減されていない検出信号が得られる。この際、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光（検出信号）の強度が８０％であったとする。
【００５９】
次に、図１３（ｂ）に示すような透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、図１２（ａ）に示す基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する。図１３（ｂ）に示す透過率を有するフィルタは、波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率がほぼ１００％、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率が０％となっている。この場合、アライメントマークＡＭ２を照明する赤外光の波長帯域は１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとなり、十分に広い波長帯域の赤外光ではないため、図７（ａ）に示したような干渉縞が低減されていない検出信号が得られる。この際、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光の強度が４％であったとする。なお、フィルタ以外の検出信号（特に、強度）に影響を与える他の条件（アライメントマークＡＭ２を検出する際の条件、例えば、光源２０の電圧、撮像素子３４の蓄積時間）は変更しないものとする。
【００６０】
このように、赤外光の波長帯域に対して互いに異なる透過率を有する２つのフィルタを用いてアライメントマークＡＭ２を検出することで、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光（検出信号）の強度に２０倍の差が生じている。これは、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとでの、撮像素子３４の感度の波長依存性に基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性を考慮した場合の基板アライメント検出系１１６の分光特性の差を示している。
【００６１】
そこで、本実施形態では、図１３（ｃ）に示す透過率を有するフィルタを用いて、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおける２０倍の強度比を補正する。図１３（ｃ）に示す透過率を有するフィルタは、波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率がほぼ１００％、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率がほぼ５％になっている。従って、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率との比が１：２０になっている。換言すれば、図１３（ｃ）に示すフィルタの透過率は、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００での強度（８０％）と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの強度（４％）との比と逆の関係になっている。図１３（ｃ）に示す透過率を有するフィルタを通過した波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの赤外光を用いてアライメントマークＡＭ２を検出すれば、図７（ｂ）に示したような、干渉縞が十分に低減された検出信号を得ることができる。
【００６２】
図１２（ｂ）に示す基板１０３のプロセスについて考える。図１３（ｃ）に示すような透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、図１２（ｂ）に示す基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する。この場合、図７（ａ）に示したような干渉縞が低減されていない検出信号が得られる。これは、図１２（ｂ）に示す基板１０３のプロセスは図１２（ａ）に示す基板１０３のプロセスと異なり、基板１０３のプロセスの波長に対する分光特性が異なるためである。
【００６３】
そこで、まず、図１３（ａ）に示すような透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、図１２（ｂ）に示す基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する。この場合、アライメントマークＡＭ２を照明する赤外光の波長帯域は１０００ｎｍ〜１１００ｎｍとなり、十分に広い波長帯域の赤外光ではないため、図７（ａ）に示したような干渉縞が低減されていない検出信号が得られる。この際、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光（検出信号）の強度が７０％であったとする。
【００６４】
次に、図１３（ｂ）に示すような透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置して、図１２（ｂ）に示す基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する。この場合、アライメントマークＡＭ２を照明する赤外光の波長帯域は１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとなり、十分に広い波長帯域の赤外光ではないため、図７（ａ）に示したような干渉縞が低減されていない検出信号が得られる。この際、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光の強度が３５％であったとする。なお、フィルタ以外の検出信号（特に、強度）に影響を与える他の条件（アライメントマークＡＭ２を検出する際の条件、例えば、光源２０の電圧、撮像素子３４の蓄積時間）は変更しないものとする。
【００６５】
このように、赤外光の波長帯域に対して互いに異なる透過率を有する２つのフィルタを用いてアライメントマークＡＭ２を検出することで、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光（検出信号）の強度に２倍の差が生じている。これは、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとでの、撮像素子３４の感度の波長依存性に基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性を考慮した場合の基板アライメント検出系１１６の分光特性の差を示している。
【００６６】
そこで、本実施形態では、図１３（ｄ）に示す透過率を有するフィルタを用いて、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍにおける２倍の強度比を補正する。図１３（ｄ）に示す透過率を有するフィルタは、波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率がほぼ１００％、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率がほぼ５０％になっている。従って、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの透過率と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの透過率との比が１：２になっている。換言すれば、図１３（ｄ）に示すフィルタの透過率は、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００での強度（７０％）と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの強度（３５％）との比と逆の関係になっている。図１３（ｄ）に示す透過率を有するフィルタを通過した波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの赤外光を用いてアライメントマークＡＭ２を検出すれば、図７（ｂ）に示したような、干渉縞が十分に低減された検出信号を得ることができる。
【００６７】
図１４は、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）のそれぞれに示す基板１０３のプロセスについて、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光（検出信号）の強度とフィルタの透過率との関係を示す図である。図１４を参照するに、フィルタの透過率比は、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとにおける強度比と逆となっていることがわかる。
【００６８】
このように、本実施形態では、撮像素子３４の感度の波長依存性だけではなく、基板１０３のプロセス自体の波長に対する分光特性も考慮して、基板アライメント検出系１１６の分光特性を均一にすることができる。
【００６９】
なお、本実施形態では、図１３（ｃ）に示す透過率を有するフィルタ及び図１３（ｄ）に示す透過率を有するフィルタのそれぞれを波長フィルタ板２２に配置して、基板１０３のプロセスに応じて切り替えることを想定している。但し、波長フィルタ板２２には、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの光に対する透過率と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの光に対する透過率との比が１：５や１：１０となる透過率を有するフィルタを配置しておいてもよい。
【００７０】
また、例えば、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとにおける強度比に対応する透過率比を有するフィルタが波長フィルタ板２２に配置されていない場合もある。例えば、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍとにおける強度比が６：１である場合を考える。そして、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの光に対する透過率と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの光に対する透過率との比が１：６となる透過率を有するフィルタが波長フィルタ板２２に配置されていないとする。このような場合には、波長フィルタ板２２に配置された複数のフィルタから、１：６の透過率比に最も近い透過率比、例えば、１：５の透過率比を有するフィルタを選択すればよい。
【００７１】
また、基板１０３のプロセスに対して最適なフィルタを選択した場合には、基板１０３のプロセスと選択したフィルタとの対応関係を記憶部（例えば、制御部１１７のメモリなど）に記憶させてもよい。ここで、最適なフィルタとは、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する短波長側の光の強度と長波長側の光の強度との強度差をゼロにするための透過率を有するフィルタである。これにより、同じプロセスの基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する場合には、記憶部に記憶された対応関係に基づいて、基板アライメント検出系１１６の光路に配置すべきフィルタを選択することができる。なお、基板アライメント検出系１１６の光路に配置すべきフィルタを選択した場合に限らず、基板１０３のプロセス（即ち、赤外線の波長帯域における強度比）と最適なフィルタとの対応関係を予め記憶部に記憶させておいてもよい。
【００７２】
また、本実施形態では、赤外光の波長帯域を１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長帯域及び１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長帯域の２つの波長帯域（２つの分割波長帯域）に分割したが、３つ以上の波長帯域に分割してもよい。例えば、赤外光の波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍを、波長帯域１０００ｎｍ〜１０６０ｎｍ、波長帯域１０６０ｎｍ〜１１３０ｎｍ、波長帯域１１３０〜１２００の３つの分割波長帯域に分割する。そして、それぞれの分割波長帯域での透過率がほぼ１００％となる透過率を有するフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置してアライメントマークＡＭ２を検出し、３つの分割波長帯域における強度比を求める。このように、赤外光の波長帯域に対して分割する波長帯域の数（分割波長帯域の数）は２つ以上であれば、３つであっても４つであってもよい。
【００７３】
図１５を参照して、露光装置１における基板アライメント検出系１１６の検出処理について説明する。かかる検出処理は、制御部１１７が露光装置１の各部、特に、基板アライメント検出系１１６の各部を統括的に制御することで行われる。ここでは、処理対象としての基板１０３のプロセスが以前にアライメントマークＡＭ２を検出した基板のプロセスと同じである場合には、制御部１１７のメモリなどの記憶部に基板１０３のプロセスとフィルタとの対応関係が記憶されているものとする。また、基板アライメント検出系１１６は、動作モードとして、アライメントマークＡＭ２の位置の検出を行う検出モードと、アライメントマークＡＭ２の位置を検出するための準備を行う準備モードとを有するが、ここでは、準備モードについて詳細に説明する。なお、検出モードは、Ｓ１５０２、Ｓ１５０３及びＳ１５１６を含み、準備モードは、Ｓ１５０４乃至Ｓ１５１４を含む。
【００７４】
Ｓ１５０２では、処理対象としての基板１０３のプロセスが以前にアライメントマークＡＭ２を検出した基板のプロセスと同じであるかどうかを判定する。基板１０３のプロセスが以前にアライメントマークＡＭ２を検出した基板のプロセスと同じである場合には、Ｓ１５０３に移行する。また、基板１０３のプロセスが以前にアライメントマークＡＭ２を検出した基板のプロセスと同じでない場合には、Ｓ１５０４に移行する。
【００７５】
Ｓ１５０３では、記憶部に記憶されている基板１０３のプロセスとフィルタとの対応関係に基づいて、基板アライメント検出系１１６の光路に配置するフィルタを選択する。
【００７６】
Ｓ１５０４では、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２を検出する際に用いる赤外線の波長帯域を決定する。具体的には、図７（ｂ）に示したような、干渉縞が十分に低減された検出信号を得ることができるように、十分に広い波長帯域（例えば、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍ）を決定する。
【００７７】
Ｓ１５０６では、Ｓ１５０４で決定された波長帯域を複数の分割波長帯域に分割し、各分割波長帯域の光でアライメントマークＡＭ２を検出する。具体的には、各分割波長帯域での透過率がほぼ１００％となる透過率を有するフィルタのそれぞれを基板アライメント検出系１１６の光路に配置してアライメントマークＡＭ２を検出する。このようにして、アライメントマークＡＭ２の検出は、分割波長帯域の数だけ繰り返される。
【００７８】
Ｓ１５０８では、Ｓ１５０６での検出結果に基づいて、各分割波長帯域について、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光の強度を算出する。例えば、波長帯域１０００ｎｍ〜１２００ｎｍを波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍに分割した場合には、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍでの強度と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの強度を算出する。従って、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する光の強度は、分割波長帯域の数だけ算出される。
【００７９】
Ｓ１５１０では、Ｓ１５０８での算出結果に基づいて、Ｓ１５０４で決定した波長帯域における強度比を算出する。ここでは、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍと波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍでの強度の比（強度比）が１０：１であったものとする。
【００８０】
Ｓ１５１２では、波長フィルタ板２２に配置された複数のフィルタから、基板アライメント検出系１１６の光路に配置するフィルタを選択する。具体的には、Ｓ１５１０で算出した強度比に基づいて、撮像素子３４で撮像されるアライメントマークＡＭ２の像を形成する短波長側の光の強度と長波長側の光の強度との強度差を低減する透過率を有するフィルタを選択する。ここでは、波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの光に対する透過率と波長帯域１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの光に対する透過率との比が１：１０となる透過率を有するフィルタを選択する。但し、このような透過率を有するフィルタが波長フィルタ板２２に配置されていない場合には、波長フィルタ板２２に配置された複数のフィルタから、透過率の比が１：１０に最も近い透過率を有するフィルタを選択する。
【００８１】
Ｓ１５１４では、基板１０３のプロセスとＳ１５１２で選択したフィルタとの対応関係を制御部１１７のメモリなどの記憶部に記憶する。
【００８２】
Ｓ１５１６では、Ｓ１５０３又はＳ１５１２で選択したフィルタを基板アライメント検出系１１６の光路に配置し、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭを検出する。
【００８３】
本実施形態の基板アライメント検出系１１６の検出処理によれば、干渉縞の影響が低減された検出信号を得ることができるため、基板１０３の裏面に形成されたアライメントマークＡＭ２（の位置）を高精度に検出することができる。
【００８４】
露光装置１による露光処理について説明する。光源から発せられた光は、照明光学系１０５を介して、レチクル１０１を照明する。レチクル１０１を通過してパターンを反映する光は、投影光学系１０６を介して、基板１０３に結像される。この際、基板１０３は、基板アライメント検出系１１６の検出結果に基づいて、高精度に位置決めされている。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）を提供することができる。なお、デバイスは、露光装置１を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることにより製造される。
【００８５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では、赤外光を用いて基板の裏面に形成されたアライメントマークを検出する場合について説明したが、本発明は、可視光を用いて基板の表面に形成されたアライメントマークを検出する場合にも適用することができる。また、本実施形態では、基板アライメント検出系について説明したが、本発明は、レチクルアライメント検出系などの他の検出系にも適用することができる。更に、本発明は、オフアクシス検出系だけではなく、ＴＴＬ−ＡＡ検出系にも適用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の位置を検出する検出装置であって、
前記被検体を第１波長帯域及び前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域を含む光で照明する照明系と、
前記被検体からの光により前記被検体の像を形成する結像系と、
前記被検体の像を撮像する撮像素子と、
前記照明系又は前記結像系の光路における前記第１波長帯域の光に対する透過率と前記第２波長帯域の光に対する透過率とを異ならせることで、前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第１波長帯域の光の強度と前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第２波長帯域の光の強度との強度差を低減する光学部材と、
を有することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記光学部材は、前記強度差をゼロにするための透過率を有することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記検出装置は、動作モードとして、前記被検体の位置の検出を行う検出モードと、前記被検体の位置を検出するための準備を行う準備モードとを有し、
前記準備モードにおいて、
前記照明系は、前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む波長帯域を分割した複数の分割波長帯域の光のそれぞれで前記被検体を照明し、
前記撮像素子は、前記複数の分割波長帯域の光のそれぞれにより形成される前記被検体の像を撮像し、
前記光学部材は、互いに異なる透過率を有して前記光路に交換可能に配置される複数の光学素子を含み、
前記検出装置は、
前記撮像素子で撮像された前記複数の分割波長帯域の光のそれぞれにより形成される前記被検体の像の強度から前記波長帯域における強度比を求め、前記強度比に基づいて、前記複数の光学素子から前記強度差を低減する光学素子を選択し、前記選択した光学素子を前記検出モードにおいて前記光路に配置する制御部を更に有することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記強度比に基づいて、前記複数の光学部材から前記強度差をゼロにするための透過率を有する光学素子を選択し、前記選択した光学素子を前記検出モードにおいて前記光路に配置することを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記強度比と前記強度差をゼロにするための透過率を有する光学素子との対応関係を記憶する記憶部を含み、前記記憶部に記憶した前記対応関係に基づいて、前記複数の光学素子から光学素子を選択し、前記選択した光学素子を前記検出モードにおいて前記光路に配置することを特徴とする請求項４に記載の検出装置。
【請求項６】
前記被検体は、基板の裏面に形成されたマークであって、
前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む光は、赤外光であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項７】
被検体の位置を検出する検出装置であって、
前記被検体を第１波長帯域及び前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域を含む光で照明する照明系と、
前記被検体からの光により前記被検体の像を形成する結像系と、
前記被検体の像を撮像する撮像素子と、
前記照明系に入射させる前記第１波長帯域の光の光量と前記第２波長帯域の光の光量とを異ならせることで、前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第１波長帯域の光の強度と前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第２波長帯域の光の強度との強度差を低減する光学部と、
を有することを特徴とする検出装置。
【請求項８】
レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、
前記基板を保持するステージと、
前記基板の表面と裏面とに形成されたマークの位置を検出する検出装置と、
前記検出装置の検出結果に基づいて、前記ステージの位置を制御する制御部と、
を有し、
前記検出装置は、前記マークの位置を被検体の位置として検出する請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の検出装置を含むことを特徴とする露光装置。
【請求項９】
請求項８に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項１】
被検体の位置を検出する検出装置であって、
前記被検体を第１波長帯域及び前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域を含む光で照明する照明系と、
前記被検体からの光により前記被検体の像を形成する結像系と、
前記被検体の像を撮像する撮像素子と、
前記照明系又は前記結像系の光路における前記第１波長帯域の光に対する透過率と前記第２波長帯域の光に対する透過率とを異ならせることで、前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第１波長帯域の光の強度と前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第２波長帯域の光の強度との強度差を低減する光学部材と、
を有することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記光学部材は、前記強度差をゼロにするための透過率を有することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記検出装置は、動作モードとして、前記被検体の位置の検出を行う検出モードと、前記被検体の位置を検出するための準備を行う準備モードとを有し、
前記準備モードにおいて、
前記照明系は、前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む波長帯域を分割した複数の分割波長帯域の光のそれぞれで前記被検体を照明し、
前記撮像素子は、前記複数の分割波長帯域の光のそれぞれにより形成される前記被検体の像を撮像し、
前記光学部材は、互いに異なる透過率を有して前記光路に交換可能に配置される複数の光学素子を含み、
前記検出装置は、
前記撮像素子で撮像された前記複数の分割波長帯域の光のそれぞれにより形成される前記被検体の像の強度から前記波長帯域における強度比を求め、前記強度比に基づいて、前記複数の光学素子から前記強度差を低減する光学素子を選択し、前記選択した光学素子を前記検出モードにおいて前記光路に配置する制御部を更に有することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記強度比に基づいて、前記複数の光学部材から前記強度差をゼロにするための透過率を有する光学素子を選択し、前記選択した光学素子を前記検出モードにおいて前記光路に配置することを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記強度比と前記強度差をゼロにするための透過率を有する光学素子との対応関係を記憶する記憶部を含み、前記記憶部に記憶した前記対応関係に基づいて、前記複数の光学素子から光学素子を選択し、前記選択した光学素子を前記検出モードにおいて前記光路に配置することを特徴とする請求項４に記載の検出装置。
【請求項６】
前記被検体は、基板の裏面に形成されたマークであって、
前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む光は、赤外光であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項７】
被検体の位置を検出する検出装置であって、
前記被検体を第１波長帯域及び前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域を含む光で照明する照明系と、
前記被検体からの光により前記被検体の像を形成する結像系と、
前記被検体の像を撮像する撮像素子と、
前記照明系に入射させる前記第１波長帯域の光の光量と前記第２波長帯域の光の光量とを異ならせることで、前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第１波長帯域の光の強度と前記撮像素子で撮像される前記被検体の像を形成する前記第２波長帯域の光の強度との強度差を低減する光学部と、
を有することを特徴とする検出装置。
【請求項８】
レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、
前記基板を保持するステージと、
前記基板の表面と裏面とに形成されたマークの位置を検出する検出装置と、
前記検出装置の検出結果に基づいて、前記ステージの位置を制御する制御部と、
を有し、
前記検出装置は、前記マークの位置を被検体の位置として検出する請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の検出装置を含むことを特徴とする露光装置。
【請求項９】
請求項８に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−２５３１４５（Ｐ２０１２−２５３１４５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３５８６（Ｐ２０１１−１２３５８６）
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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