JP2002134392A

JP2002134392A - 位置計測装置及び方法、露光装置、並びにデバイス製造方法

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Publication number: JP2002134392A
Application number: JP2000323367A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kato; 正紀加藤; Sayaka Ishibashi; さやか石橋; Manabu Toguchi; 学戸口; Yutaka Hobiki; 豊帆引
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2002-05-10

Abstract

(57)【要約】【課題】スループットを低下させずに高い計測精度を
得ることができる位置計測装置及び方法を提供し、高い
精度で重ね合わせを行うことができる露光装置を提供
し、更に当該露光装置を用いたデバイスの製造方法を提
供する。【解決手段】プレートＰの中央部を通り、Ｘ軸方向に
伸びる直線Ｌ１及びＹ軸方向に伸びる直線Ｌ２で区分さ
れる第１象限Ｒ１から第４象限Ｒ４の各々に形成された
マークＡＭ１〜ＡＭ４各々に対応して設けられ、対応す
るマークＡＭ１〜ＡＭ４に検出光を照射して得られる光
に基づいて対応するマークＡＭ１〜ＡＭ４の位置情報を
計測する少なくとも４つのプレートアライメントセンサ
２０ａ〜２０ｄを備え、第１象限Ｒ１から第４象限Ｒ４
各々に形成されたマークＡＭ１〜ＡＭ４のＸ軸方向及び
Ｙ軸方向の位置情報を、４つのプレートアライメントセ
ンサ２０ａ〜２０ｄを少なくとも用いて同時に計測す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置計測装置及び
方法、露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、特に
半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘ
ッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造
する際に用いられる位置計測装置及び方法、露光装置、
並びにデバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、
又は薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造におい
ては、マスクやレチクル（以下、マスクと称する）に形
成されたパターンの像をウェハやガラスプレート等（以
下、これらを総称する場合は、基板と称する）に転写す
る露光装置が用いられる。例えば、液晶表示素子（ＬＣ
Ｄ）を製造する際には、所謂ステップ・アンド・リピー
ト方式の露光装置（以下、ステッパと称する）が用いら
れることが多い。このステッパは、マスク上に形成され
たＬＣＤのパターンを基板としてのガラスプレート（以
下、プレートと称する）の所定の領域に露光した後、プ
レートが載置されているステージを一定距離だけステッ
ピング移動させて、プレートの別の領域に再び露光を行
い、かかる動作をプレートに設定された全ての領域に対
して繰り返し行うことにより、プレート全体に対してマ
スクに形成されたパターンの像を転写する装置である。

【０００３】マスクに形成されたパターンの像をプレー
トに転写する際には、プレートの位置とパターンの像の
位置とを精密に合わせる必要がある。近年、プレートに
形成されるパターンの微細化に伴ってマスクとプレート
との高い位置合わせ精度が要求され、例えばプレートに
形成されるパターンの最小線幅の数分の１から数十分の
１程度の位置合わせ精度が要求される。このため、マス
クやプレートには位置計測用のマークが形成されてお
り、露光装置はこれらのマークの位置情報を高い精度で
計測する位置計測装置を備えている。

【０００４】プレートに形成された位置計測用のマーク
を用いて位置情報を計測する位置計測装置の主なものと
しては、計測原理の観点から分類すると、ＬＳＡ（Lase
r Step Alignment）方式やＦＩＡ（Field Image Alignm
ent）方式のものがある。ＬＳＡ方式の位置計測装置
は、レーザ光をプレート上に形成されたドット列のマー
クに照射し、回折・散乱された光を利用してそのマーク
の位置情報を計測する位置計測装置である。ＦＩＡ方式
の位置計測装置は、ハロゲンランプ等の波長帯域幅の広
い光源を用いてマークを照明し、その結果得られたマー
クの像を画像信号に変換した後、画像処理してマークの
位置情報を求める位置計測装置であり、アルミニウム層
やプレート上に形成された非対称なマークの計測に効果
的である。

【０００５】上記のＬＳＡ方式の位置計測装置は、ドッ
ト列のマークにレーザ光を照射する必要があるため、レ
ーザ光源から射出されたレーザ光を細長い矩形形状に整
形する光学系を備える必要がある。また、マークの位置
情報を計測するためには照射されるレーザ光に対して計
測対象の基板に形成されたマークを走査する必要がある
ため、ステージの移動を行わなければならない。通常
は、ステージに対して設定された直交する座標系（ＸＹ
直交座標系）内におけるマークの位置情報を計測する必
要があるため、ステージをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動
させて走査する必要がある。一方、ＦＩＡ方式の位置計
測装置は、上述したようにハロゲンランプ等の波長帯域
幅の広い光源を用いているため、レジストによる干渉の
影響を低減することができるという利点を有する。更
に、マークの像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等
の撮像素子を用いて撮像し、得られた画像信号に対して
画像処理を施すことによりマークの位置情報を求めてい
るため、ＬＳＡ方式の位置計測装置のように、マークの
位置情報を計測するときにステージを移動させる必要は
なく、ステージを静止させた状態で計測が行われる。

【０００６】また、位置計測における観察方法の観点か
ら位置計測装置を分類すると、投影光学系を介してプレ
ート上のマークの位置情報を計測するＴＴＬ（スルー・
ザ・レンズ）方式、投影光学系を介してプレートに形成
されたマークとマスクに形成されたマークとを同時に観
察し、両者の相対位置関係を検出するＴＴＭ（スルー・
ザ・マスク）方式、及び投影光学系を介することなく直
接プレート上のマークの位置情報を計測するオフ・アク
シス方式等がある。液晶表示素子の製造においては、大
型のプレートを扱うため、一般的にはオフ・アクシス方
式の位置計測装置が用いられる。液晶表示素子を製造す
る際に用いられる露光装置は、以下の理由から、通常、
オフ・アクシス方式であってＬＳＡ方式の位置計測装置
を備えている。

【０００７】ＬＳＡ方式の位置計測装置は、上述したよ
うに、マークにレーザ光を照射した状態でステージを移
動させ、レーザ光に対し計測対象のマークを走査するこ
とによりマークの位置情報を計測しているが、マークの
位置情報を計測する際に、レーザ光が照射される位置に
対してマークが大きくずれて配置されたとしても、ステ
ージの移動距離を長くすればマークの位置情報を計測す
ることができる。これに対し、ＦＩＡ方式の位置計測装
置では、撮像素子でマークの像を撮像しているため、計
測精度を維持しつつ計測視野を広げることが難しい。よ
って、マークの位置情報を計測する際に、計測対象のマ
ークが計測視野から外れた位置に配置された場合には、
マークの位置情報を計測することができない。

【０００８】この不具合を解決するため、光学系の倍率
を高く設定し、計測視野を狭く設定して高精度で位置情
報の計測を行う高倍系と、光学系の倍率を低く設定し、
計測誤差を犠牲にして計測視野を広く設定した低倍系と
を備えたＦＩＡ方式の位置計測装置も実用化されてい
る。この位置計測装置を用いてマークの位置情報を計測
するときには、まず低倍系を用いてマークの大まかな位
置を計測し、この計測結果に基づいて位置計測装置に対
するマークの位置合わせを行い、高倍系に切り換えてマ
ークの位置情報を高い精度で計測する。このように、低
倍系及び高倍系を備える位置計測装置では、高倍系の計
測視野外にマークが配置されている場合でもマークの位
置情報を計測することができないという不具合を解消す
ることができるが、高倍系及び低倍系を備えるために、
構成が複雑となりコストが上昇するという問題点があ
る。

【０００９】また、液晶表示素子では大型のプレートを
用いるため、プレート表面のうねりや、プレート表面と
裏面とが平行に形成されていない（テーパーが生じてい
る）場合がある。このような特性を有するプレート上に
形成された複数のマークの位置情報をオフ・アクシス方
式の位置計測装置で高精度に計測するためには、位置計
測装置が備える光学系の焦点深度内に全てのマークが配
置されるように制御する必要がある。これに対し、ＬＳ
Ａ方式のアライメントセンサは、マークにレーザ光を照
射して得られる光（回折・散乱された光）を用いて位置
情報を計測するため、実質的な焦点深度が深いため、Ｆ
ＩＡ方式の位置計測装置に対して、プレート表面に直交
する方向におけるマークの位置ずれを殆ど考慮すること
なく計測を行うことができる。以上説明した理由によ
り、従来のステッパは、オフ・アクシス方式であってＬ
ＳＡ方式の位置計測装置を備えている。

【００１０】尚、オフ・アクシス方式の位置計測装置を
備える露光装置は、マスクに形成されたパターンの像を
プレートに照射する投影光学系の投影領域外に計測視野
が設定されているため、位置計測装置の計測中心と、マ
スクに形成されたパターンの投影像の中心（露光中心）
との間隔であるベースライン量を予め求めておく必要が
ある。ベースライン量の計測は、プレートを載置するス
テージ上に設けられた基準マークを用いて行われる。

【００１１】従来ベースライン量を計測する際には、ま
ずステージを移動させて基準マークを投影光学系の投影
領域内の所定位置に配置し、投影光学系を介して基準マ
ークとマスクに形成された位置計測用のマークとを同時
に観察してマスクに形成されたパターンの投影像の中心
（露光中心）を求める。次に、ステージを移動させて基
準マークを位置計測装置の計測視野内に配置し、位置計
測装置で基準マークの位置情報を計測して位置計測装置
の計測中心を求める。そして、得られた露光中心及び計
測中心、並びに露光中心及び計測中心を求めたときのス
テージ位置に基づいて露光中心と計測中心との距離を求
めることによりベースライン量を求める。ＬＳＡ方式の
位置計測装置を備える露光装置では、ベースライン量を
求める際にも、レーザ光に対して基準マークを走査して
基準マークの位置情報を計測する必要がある。

【００１２】露光処理を行う場合には、プレートをステ
ージ上に搬送した後、位置計測装置によってプレートに
形成されたマークを計測し、マークの計測中心からのず
れ量を求め、このずれ量をベースライン量で補正した距
離だけプレートを移動することによってプレートとマス
クとの相対位置を正確に位置合わせした後に、露光光を
マスクに照射してマスクに形成されたパターンの像を投
影光学系を介してプレートに転写する。

【００１３】近年、露光処理を行うプレートが大型化し
ているが、露光処理に要するコスト上昇を抑え且つ精度
の低下を防止する観点から、ステージの大型化を極力抑
える必要がある。このため、プレートが載置される位置
に上下動する基準マークを設け、その上下動する基準マ
ークにてベースライン量を計測している。また、プレー
トの大型化に伴って、複数のマスクを用いてプレート全
体の露光を行う露光装置も用いられている。例えば、４
枚のマスクを用いる場合には、ステージ上にプレートが
載置されていない状態で基準マークを上方向へ移動させ
て、基準パターンをステージ上にプレートが載置された
ときのプレート表面位置とほぼ同じ位置に配置して、各
マスク対して露光中心を順に計測して各マスク毎のべー
スライン量を求める必要がある。

【００１４】尚、各マスクの位置情報を計測する方法
は、例えば、特開昭６１−１４３７６０のように、ステ
ージ上に設けられた基準マークとその下方に設けられた
受光センサとにより、マスクに形成された位置検出用の
マークと基準マークとの相対位置を検出したり、特開昭
６３−２８４８１４のように、基準マークとして形成さ
れたスリットマークを下方向（ステージ側）から発光
し、投影光学系を介して、マスクに形成されたスリット
マークとの相対位置を照明光学系内に設けられた受光セ
ンサにて検出する方法等がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、液晶
表示素子の製造においても、より微細なパターンを形成
することによって、液晶表示装置に形成されるＴＦＴ
（Thin Film Transistor）等の素子の応答性を向上させ
たり、単位面積当たりの画素の密度を向上させることが
行われている。従来、液晶表示素子は、３μｍのプロセ
スルールで製造されることが多かったが、近年は２μｍ
以下のプロセスルールで製造されつつある。かかる状況
に対応するために、液晶表示素子の製造に用いられる露
光装置においても解像度を向上させる必要がある。

【００１６】いま、仮に露光装置が一度に露光すること
ができる露光領域は同一のままで、解像力を１．５倍に
向上させた場合を考えてみる。解像度を向上させると必
然的に露光装置が備える投影光学系の焦点深度が減少す
る。例えば、露光光の波長は同一のままで解像度を１．
５倍に向上させると、焦点深度は１／２．２５に減少す
る。このように、焦点深度が減少すると、プレート全面
に亘ってプレート表面を焦点深度内に収める必要がある
ため、プレートの反りやうねり及びテーパーが問題とな
る。このため、プレートの平坦度を向上させる必要があ
り、現に高い平坦度を有するプレートを用いて液晶表示
素子の製造が行われつつある。

【００１７】また、解像度の向上に伴って重ね合わせ精
度も高くする必要がある。このためには、プレートに形
成されたマークの位置情報を高精度で計測する必要があ
り、更に位置合わせの精度も向上させる必要もある。液
晶表示素子の場合には、半導体素子の製造に比べて露光
面積が広いため、スループット（単位時間に処理できる
プレートの枚数）の向上が最も重要視されてきた。よっ
て、重ね合わせ精度を向上させた場合であってもスルー
プットの低下は避けなければならない。

【００１８】従来の露光装置では、前述したようにオフ
・アクシス方式であってＬＳＡ方式の位置計測装置を備
えている。ＬＳＡ方式の位置計測装置でマークの位置情
報を計測する場合には、大型のステージを移動させてレ
ーザ光に対してマークを走査する必要があった。しか
も、Ｘ軸方向とＹ軸方向の２方向に走査する必要があっ
たため、マークの位置情報を計測する際に時間を必要と
し、スループットを悪化させる一因であった。また、位
置合わせ精度を向上させるためにマークの計測回数を増
やすほど大型のステージの移動回数も増加し、更に時間
を費やしてスループットを低下させるという問題があっ
た。更に、ＬＳＡ方式の位置計測装置は、前述したよう
にレーザ光に対してマークを走査する方式の装置であ
る。従って、その検出精度は、ステージの位置情報を計
測しているレーザ干渉系の計測精度に大きく依存する。
よって、マークの位置情報を計測しているときにステー
ジの揺らぎや振動が生ずると、計測精度に大きな影響を
与えてしまうという問題があった。

【００１９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、スループットを低下させずに高い計測精度を得る
ことができる位置計測装置及び方法を提供するととも
に、高い精度で重ね合わせを行うことができる露光装置
を提供し、更に当該露光装置を用いたデバイスの製造方
法を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の位置計測装置は、被位置検出体（Ｐ）の中
央部を通り、第１方向（Ｘ軸方向）に伸びる直線（Ｌ
１）及び当該第１方向（Ｘ軸方向）と直交する第２方向
（Ｙ軸方向）に伸びる直線（Ｌ２）で区分される第１象
限（Ｒ１）から第４象限（Ｒ４）の各々に形成されたマ
ーク（ＡＭ１〜ＡＭ４）各々に対応して設けられ、対応
するマーク（ＡＭ１〜ＡＭ４）に検出光（ＩＬ１）を照
射して得られる光に基づいて対応するマーク（ＡＭ１〜
ＡＭ４）の位置情報を計測する少なくとも４つのセンサ
部（２０ａ〜２０ｄ）と、前記第１象限（Ｒ１）から第
４象限（Ｒ４）各々に形成された前記マーク（ＡＭ１〜
ＡＭ４）の前記第１方向（Ｘ軸方向）及び前記第２方向
（Ｙ軸方向）における位置情報を、前記４つのセンサ部
（２０ａ〜２０ｄ）を少なくとも用いて同時に計測する
制御系（１５）とを具備することを特徴としている。こ
の発明によれば、第１象限から第４象限の各々に形成さ
れたマーク各々にほぼ同時に検出光を照射し、検出光を
マーク各々に照射して得られる光に基づいてマーク各々
の位置情報をほぼ同時に得ている。よって、従来の計測
とは異なりマークの位置情報を計測する際にステージの
移動を伴わないのでマークの位置情報をスループットを
低下させずに計測することができる。また、第１象限〜
第４象限に形成されたマーク各々の位置情報を計測して
いるため、被位置検出体の歪みを算出するために必要な
マークの位置情報が被位置検出体全体に亘って均等に得
ているため、被位置検出体の位置情報を高い精度で求め
ることができる。また、本発明の位置計測装置は、前記
少なくとも４つのセンサ部（２０ａ〜２０ｄ）が、前記
検出光（ＩＬ１）を前記マーク（ＡＭ１〜ＡＭ４）に照
射して得られる光に含まれる前記マーク（ＡＭ１〜ＡＭ
４）の像（Ｉｍ１〜Ｉｍ４）を撮像面（ＦＰ、ＦＰ１〜
ＦＰ４）で受光して撮像する撮像素子（５２）を備え、
前記制御系（１５）は、前記撮像面（ＦＰ、ＦＰ１〜Ｆ
Ｐ４）の中央部を含んで設定された中央計測領域（ＳＣ
１、ＳＣ２）に結像される前記マーク（ＡＭ１〜ＡＭ
４）の像（Ｉｍ１〜Ｉｍ４）に基づいて前記マーク（Ａ
Ｍ１〜ＡＭ４）各々の位置を同時に計測することを特徴
としている。更に、本発明の位置計測装置は、前記被位
置検出体（Ｐ）を載置した状態で移動可能なステージ
（ＰＳ）を備え、前記制御系（１５）は、前記撮像面
（ＦＰ、ＦＰ１〜ＦＰ４）の周辺部に設定された周辺計
測領域（Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ２１、Ｗ２２）に結像され
る前記マーク（ＡＭ１〜ＡＭ４）の像（Ｉｍ１〜Ｉｍ
４）に基づいて前記マーク（ＡＭ１〜ＡＭ４）のおおま
かな位置情報を計測し、当該計測結果に基づいて前記ス
テージ（ＰＳ）を移動させ、前記中央計測領域（ＳＣ
１、ＳＣ２）を用いた計測を行うことを特徴としてい
る。これらの発明によれば、検出光をマークに照射して
得られる光に含まれるマークの像の内、撮像素子の撮像
面の周辺部に設定された周辺計測領域に結像する像に基
づいてマークのおおまかな位置情報を計測し、この計測
結果に基づいて被位置検出体を移動させ、撮像面の中央
部を含んで設定された中央計測領域に結像する像に基づ
いてマーク各々の位置情報をほぼ同時に得ている。よっ
て、中央計測領域に結像する像に基づいて位置情報の計
測が行われる前に、マークの大まかな位置情報に基づい
て被位置検出体の位置が調整されるため、被位置検出体
がセンサ部に対してずれて配置されたとしても、各マー
クの位置情報を高速に計測することができる。また、大
まかな位置情報を計測するためのマークと高精度の位置
情報を計測するためのマークとは同一のマークであるの
で、被位置検出体に形成するマークの数を低減すること
ができる。更に、大まかな位置情報を計測する場合と高
精度の位置情報を計測する場合とにおいて、光学系の切
り換え（例えば、倍率の切り換え）を行う必要がないた
め、高速に計測することができる。ここで、マークの大
まかな位置情報を計測する際には、第１象限から第４象
限の各々に形成されたマークの少なくとも２つのマーク
の位置情報を計測することが、スループット低下を防止
しつつ、計測精度を維持する観点からは好ましい。ま
た、周辺計測領域には、前記第１方向に沿う２本の第１
計測部（Ｗ１１、Ｗ１２）と前記第２方向に沿う２本の
第２計測部（Ｗ２１、Ｗ２２）とが設定され、マークの
大まかな位置情報の計測においては、一方の第１計測部
と一方の第２計測部とを用いて得られた計測結果に応じ
て、他の第１計測部若しくは他の第２計測部、又は他の
第１計測部及び他の第２計測部に切り換えて計測を行う
ことが好ましい。更に、マーク各々の位置情報の計測に
先だって、前記マーク各々がセンサ部各々に対して所定
量ずれた位置に配置されるように前記被位置検出体を配
置することが好ましい。また、本発明の露光装置は、露
光光を射出する露光光源（２）を備え、該露光光をマス
クに照射して該マスク（Ｍ１〜Ｍ４）に形成されたパタ
ーンの像を基板（Ｐ）に転写する露光装置において、前
記基板（Ｐ）を前記被位置検出体として前記基板（Ｐ）
に形成されたマーク（ＡＭ１〜ＡＭ４）の位置情報を計
測するための上記の位置計測装置を備え、前記位置計測
装置の計測結果に基づいて前記ステージ（ＰＳ）を移動
させ、前記マスク（Ｍ１〜Ｍ４）と前記基板（Ｐ）との
相対的な位置合わせを行うための位置合わせ手段（１
５、１６Ｘ、１６Ｙ）を更に備えることを特徴としてい
る。また、本発明のデバイス製造方法は、上記の位置計
測方法を用いて、基板（Ｐ）を前記被位置検出体（Ｐ）
として該基板に形成されたマーク（ＡＭ１〜ＡＭ４）の
位置情報を計測する位置計測工程と、前記位置計測工程
における計測結果に基づいて、マスク（Ｍ１〜Ｍ４）と
前記基板（Ｐ）との相対位置合わせを行う位置合わせ工
程と、露光光を前記マスク（Ｍ１〜Ｍ４）に照射し、前
記マスク（Ｍ１〜Ｍ４）に形成されたパターンの像を前
記基板（Ｐ）上に転写する転写工程と、転写された前記
基板を現像する現像工程とを含むことを特徴としてい
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態による位置計測装置及び方法、露光装置、並び
にデバイス製造方法について詳細に説明する。図１は、
本発明の一実施形態による位置計測装置を備える本発明
の実施形態による露光装置の全体構成を示す斜視図であ
る。本実施形態においては、マスクＭ１〜Ｍ４として液
晶表示素子のパターンが形成されたものを用い、ステッ
プ・アンド・リピート方式の露光装置により、上記パタ
ーンの像をプレートＰに転写する場合を例に挙げて説明
する。尚、以下の説明においては、図１中に示されたＸ
ＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照
しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交
座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がステージＰＳに対して平行と
なるよう設定され、Ｚ軸ステージＰＳに対して直交する
方向（投影光学系ＰＬの光軸に平行な方向）に設定され
ている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水
平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定さ
れる。

【００２２】楕円鏡１の第１焦点位置には、例えばｇ線
（４３６ｎｍ）及びｉ線（３６５ｎｍ）の露光光を供給
する超高圧水銀ランプ等の光源２が配置されており、こ
の光源２からの露光光は、楕円鏡１により集光されてミ
ラー３で反射された後、楕円鏡１の第２焦点位置に収斂
される。そして、コレクタレンズ４に入射して平行光束
に変換される。尚、ミラー３とコレクタレンズ４との間
には光路に対して進退自在に減光フィルタ５が配置され
る。減光フィルタ５は、ミラー３で反射された露光光の
光量を抑制するものであり、例えば光電検出器１９ｂで
検出される光量を調整するために設けられる。また、図
示は省略しているが、ミラー３とコレクタレンズ４との
間の光路に所定の波長の露光光のみを通過させる波長選
択フィルタを設けることが好ましい。

【００２３】コレクタレンズ４を透過した露光光は、フ
ライアイ・インテグレータ６にて均一な照度分布の光束
にされる。フライアイ・インテグレータ６は、多数の正
レンズ要素からなるものであり、その射出側に正レンズ
要素の数の等しい数の光源像を形成して実質的な面光源
を形成している。尚、図１においては図示を省略してい
るが、フライアイ・インテグレータ６の射出面には、照
明条件を決定するσ値（後述する投影光学系ＰＬの瞳の
開口径に対する、その瞳面上での光源像の口径の比）を
設定するための絞り部材が配置されている。

【００２４】フライアイ・インテグレータ６により形成
された多数の光源像からの光束は、ハーフミラー７及び
レンズ８を介して開口Ｓの大きさを増減させて露光光の
照射範囲を調整するブラインド９を照射する。ブライン
ド９の開口Ｓを通過した露光光は、レンズ１０を介した
後、ミラー１１で反射されて不図示のコンデンサレンズ
に入射し、このコンデンサレンズによってブラインド９
の開口Ｓの像がマスクステージＭＳ上に載置されたマス
クＭ１上で結像し、マスクＭ１の所望範囲が照明され
る。マスクステージＭＳ上に載置されるマスクの交換
は、不図示のマスクチェンジャによって行われる。尚、
楕円鏡１、光源２、ミラー３、コレクタレンズ４、減光
フィルタ５、フライアイ・インテグレータ６、ハーフミ
ラー７、レンズ８、ブラインド９、レンズ１０、ミラー
１１、及び不図示のコンデンサレンズは照明光学系をな
す。

【００２５】マスクＭ１の照明領域に存在するパターン
の像は、投影光学系ＰＬを介してステージＰＳ上に載置
された被位置検出体（基板）としてのプレートＰ上に転
写される。投影光学系ＰＬには、温度、気圧等の環境変
化に対応して、結像特性等の光学特性を一定に制御する
不図示のレンズコントローラ部が設けられている。尚、
図１においては、プレートＰは破線で示してあるが、こ
れはプレートＰがステージＰＳ上に載置されたときの状
態を示すものである。ステージＰＳはＸＹ平面内におい
てプレートＰを移動させるＸＹステージ、Ｚ軸方向にプ
レートＰを移動させるＺステージ、プレートＰをＸＹ平
面内で微小回転させるステージ、及びＺ軸に対する角度
を変化させてＸＹ平面に対するプレートＰの傾きを調整
するステージ等から構成される。ステージＰＳの上面の
一端にはステージＰＳの移動可能範囲以上の長さを有す
る移動鏡１３Ｘ，１３Ｙが取り付けられ、移動鏡１３
Ｘ，１３Ｙの鏡面に対向した位置にレーザ干渉計１４
Ｘ，１４Ｙがそれぞれ配置されている。

【００２６】尚、図１では図示を簡略化しているが、レ
ーザ干渉計１４Ｘは、Ｘ軸に沿って移動鏡１３Ｘにレー
ザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計を備
え、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びレーザ干渉計１４
Ｙにより、ステージＰＳのＸ座標及びＹ座標が計測され
る。また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差に
より、ステージＰＳのＸＹ平面内における回転角が計測
される。レーザ干渉計１４Ｘ，１４Ｙにより計測された
Ｘ座標、Ｙ座標、及び回転角の情報はステージ位置情報
として主制御系１５に供給される。主制御系１５は供給
されたステージ位置情報をモニターしつつステージ駆動
系１６Ｘ，１６Ｙへ出力し、ステージＰＳの位置決め動
作を制御する。尚、図１には示していないが、マスクＭ
１を載置するマスクステージＭＳにもステージＰＳに対
して設けられた移動鏡及びレーザ干渉計と同様のものが
設けられており、マスクステージＭＳのＸＹＺ位置等の
情報が主制御系１５に入力される。

【００２７】ここで、各種の位置情報を計測するために
ステージＰＳに設けられた部材の配置について説明す
る。図２は、各種の位置情報を計測する際に用いられる
ステージＰＳに設けられた部材の配置を示す図である。
図２に示したように、ステージＰＳには、反射板ＲＦ０
及び基準マークＦＭ１，ＦＭ２が設けられている。反射
板ＲＦ０及び基準マークＦＭ１，ＦＭ２は、ステージＰ
Ｓに対して突出・没入自在に構成されており、ステージ
ＰＳ上に突出した際にはその上面がプレートＰの上面と
略面一になるよう設計されている。また、これらをステ
ージＰＳ内に没入することでプレートＰをステージＰＳ
上に載置可能となる。反射板ＲＦ０及び基準マークＦＭ
１，ＦＭ２を突出・没入自在とする理由は、ステージＰ
Ｓを小型化するためである。つまり、プレートＰが載置
される部分以外にこれらを形成すると、その分ステージ
ＰＳが大型化してしまうためである。尚、反射板ＲＦ０
及び基準マークＦＭ１，ＦＭ２が何の位置情報を計測す
る際に用いられるかは以下で随時説明する。尚、図２に
おいては、図１に示したプレートアライメントセンサ２
０ａ〜２０ｄの配置関係も図示している。ステージＰＳ
が移動すると、プレートアライメントセンサ２０ａ〜２
０ｄに対して反射板ＲＦ０及び基準マークＦＭ１，ＦＭ
２が移動する。

【００２８】図１に戻り、ステージＰＳのＺ軸方向の位
置は、ステージＰＳの上方であって投影光学系ＰＬの側
方に配設された投光系１７ａと受光系１７ｂとからなる
オートフォーカス機構１７によって計測される。オート
フォーカス機構１７は、投光系１７ａから射出された検
知光を、ステージＰＳ上に設けられた反射板ＲＦ０（図
２参照）に対して斜め方向から照射し、その反射光を受
光系１７ｂで受光することで、投影光学系ＰＬの光軸方
向（Ｚ軸方向）について、プレートＰの上面をマスクス
テージＭＳ上に載置されたマスクＭ１と共役な位置に位
置合わせをする構成になっている。

【００２９】一方、マスクの位置情報は、マスクの上方
に設けられたマスク観察系１８ａ，１８ｂで計測され
る。マスク観察系１８ａ，１８ｂは、マスク上のパター
ン領域外に描画された位置計測用のマークに検知光を照
射し、その反射光を受光することにより、位置計測用の
マークの位置を計測するものであって、その計測結果を
主制御系１５に出力する。通常、マスクのパターン領域
に形成されるパターン及び位置計測用のマークは描画誤
差が存在し、更にマスクの位置によっては、投影光学系
ＰＬのディストーションの影響を考慮する必要があるた
め、位置計測用のマークはパターン領域の近傍に配置さ
れる。

【００３０】本実施形態においては、４枚のマスクＭ１
〜Ｍ４各々を用いてプレートＰ全体を露光する場合を考
えているので、マスク観察系１８ａ，１８ｂは各マスク
に形成されたパターンの像をプレートＰに転写するに先
立って、マスクステージＭＳ上に載置されるマスク各々
に対して位置情報を正確に計測する。主制御系１５は、
マスク観察系１８ａ，１８ｂの計測結果に基づいて、マ
スクＭ１を保持するマスクステージＭＳを、図示しない
リニアモータ等の駆動手段をサーボ制御することによ
り、ＸＹ平面上の所望の位置に移動させることができる
構成になっている。また、照明光学系内には、レンズ１
９ａと光電検出器１９ｂとからなるアライメント系が設
けられている。このアライメント系は、基準マークＦＭ
１，ＦＭ２を用いてマスクＭに形成された位置計測用の
マークをＴＴＬ方式で検出するものである。

【００３１】更に、ステージＰＳには光電計測装置が設
けられている。この光電計測装置は、マスクステージＭ
Ｓ上に載置されたマスクに形成されている位置計測用の
マークに対して露光光を照射して得られる像を受光し
て、マスクステージＭＳ上に載置されたマスクに形成さ
れたパターンの投影像の中心（露光中心）を求めるもの
である。光電計測装置によって計測された露光中心はベ
ースライン量を求める際に用いられる。図３は、ステー
ジＰＳにベースライン量を求める際に用いられる光電計
測装置の構成を示す断面図である。図３に示したよう
に、光電計測装置は基準マークＦＭ１，ＦＭ２、レンズ
３１、絞り３２、レンズ３３、視野絞り３４、レンズ３
５、及び光電変換素子３６を備える。

【００３２】基準マークＦＭ１，ＦＭ２には、ベースラ
イン量を計測する際に用いるスリットパターン３０ａ
と、基準位置マーク３０ｂとが形成されている。図４
は、基準マークＦＭ１，ＦＭ２に形成されたスリットパ
ターン３０ａ及び基準位置マーク３０ｂの一例を示す図
である。スリットパターン３０ａ及び基準位置マーク３
０ｂは、例えば透明なガラス基板にクロムを蒸着して形
成される。図４において、クロムが蒸着されている箇所
には斜線を付してある。スリットパターン３０ａは、長
手方向がＸ軸方向に設定された開口部と長手方向がＹ軸
方向に設定された開口部とが交差した形状に形成され
る。

【００３３】図５は、基準位置マーク３０ｂの拡大図で
ある。図５に示したように、基準位置マーク３０ｂは、
コ字形状のマーク要素３７ａとコ字形状のマーク要素３
７ｂとをＸ軸方向に配列するとともに、コ字形状のマー
ク要素３７ｃとコ字形状のマーク要素３７ｄとをＹ軸方
向に配列して形成される。ここで、コ字形状のマーク要
素３７ａの開口部３８ａとコ字形状のマーク要素３７ｂ
の開口部３８ｂとが互いに逆方向を向くように設定さ
れ、コ字形状のマーク要素３７ｃの開口部３８ｃとコ字
形状のマーク要素３７ｄの開口部３８ｄとが互いに逆方
向を向くように設定される。更に、基準位置マーク３０
ｂは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ長手方向が設定
されたＬ字形状のマーク要素３９ａをコ字形状のマーク
要素３７ａ，３７ｃに隣接して配置し、同様に、Ｌ字形
状のマーク要素３９ｂをマーク要素３７ｂとマーク要素
３７ｃに隣接して配置し、Ｌ字形状のマーク要素３９ｃ
をマーク要素３７ｂとマーク要素３７ｄに隣接して配置
し、Ｌ字形状のマーク要素３９ｄをマーク要素３７ｃと
マーク要素３７ｄに隣接して配置している。

【００３４】図３に戻り、スリットパターン３０ａは、
マスクステージＭＳ上に載置されたマスクに形成された
パターンの投影像の中心（露光中心）を計測する際に用
いられる。よって、スリットパターン３０ａには、マス
クステージＭＳ上に載置されているマスクに形成された
位置計測用のマークの像が投影光学系ＰＬを介して投影
される。スリットパターン３０ａを通過した光は、レン
ズ３１、絞り３２、及びレンズ３３を順に介して視野絞
り３４の位置に結像する。尚、視野絞り３４は、レンズ
３１及びレンズ３３に関して基準マークＦＭ１，ＦＭ２
と共役となる位置に配置されている。この光は視野絞り
３４に形成された開口部を通過してレンズ３５を介して
光電変換素子３６に至り、光電変換される。光電変換素
子３６は、基準マークＦＭ１，ＦＭ２に対して瞳の位置
に配置されているため、入射する光の強度を示す信号を
出力する。

【００３５】一方、基準位置マーク３０ｂは、後述する
プレートアライメントセンサ２０ａ〜２０ｄの計測中心
を計測する際に用いられる。よって、基準位置マーク３
０ｂは、プレートアライメントセンサ２０ａ〜２０ｄか
ら射出される検出光が照明される。基準位置マーク３０
ｂの周辺を透過した検出光は、レンズ３１、絞り３２、
及びレンズ３３を順に介して視野絞り３４に入射する
が、視野絞り３４で遮光される。プレートアライメント
センサ２０ａ〜２０ｄは、検出光を基準位置マーク３０
ｂに照射して得られる反射光を用いて基準位置マーク３
０ｂの位置情報を計測するため、基準位置マーク３０ｂ
の周辺を透過した検出光を光電変換素子３６で光電変換
して光強度を示す信号を得る必要はない。このため、視
野絞り３４はマスクに形成されたパターンの投影像の中
心（露光中心）を計測する際にスリットパターン３０ａ
を透過した光を透過させ、プレートアライメントセンサ
２０ａ〜２０ｄの計測中心を計測する際には基準位置マ
ーク３０ｂの周辺を透過した検出光を遮光する。尚、図
２に示したように基準マークＦＭ１と基準マークＦＭ２
とがステージＰＳ上に２つ形成されている理由は、ステ
ージＰＳの移動量を少なくするためである。

【００３６】図１に戻り、投影光学系ＰＬの側方には、
更に４つのオフ・アクシス方式のプレートアライメント
センサ２０ａ〜２０ｄが配置されている。この４つのプ
レートアライメントセンサ２０ａ〜２０ｄは本発明にい
うセンサ部をなすものである。プレートアライメントセ
ンサ２０ａ〜２０ｄは、図４に示した基準マークＦＭ
１，ＦＭ２に形成された基準位置マーク３０ｂやプレー
トＰに形成されたマークの位置情報を計測する。図１に
示したように複数のプレートアライメントセンサ２０ａ
〜２０ｄが設けられる理由は、ステージＰＳの移動量を
少なくするため、及びスループットの向上を図るためで
ある。図１に示した例では、４つのプレートアライメン
トセンサ２０ａ〜２０ｄが設けられている。

【００３７】ここで、プレートアライメントセンサ２０
ａ〜２０ｄの配置について説明する。図６は、プレート
Ｐに形成されるマーク及びプレートアライメントセンサ
２０ａ〜２０ｄの配置の関係を示す模式図である。位置
計測装置は、ステージＰＳ上のプレートＰに形成された
マークの位置情報を計測した結果から、プレートＰのＸ
軸方向へのずれ量（シフト）、Ｙ軸方向へのずれ量、プ
レートＰの回転量（ローテーション）、倍率（スケーリ
ング）、及び直交度の５つの成分を求めることによりプ
レートＰの線形的なずれ量を算出する。ここで、これら
の５成分を求めるためには最低５つの計測結果があれば
よい。よって、プレートＰに形成された１つのマークか
らＸ軸方向の位置情報及びＹ軸方向の位置情報が得られ
る場合には、最低３つのマークについて計測を行えば良
いことになる。しかしながら、プレートＰはアニール処
理等の熱処理が行われるため、熱の影響によりプレート
Ｐが非線形に歪むことがある。よって、プレートＰの形
状及び計測精度を考えると、図６に示したように、被位
置検出体としてのプレートＰの中心部を通り、第１方向
としてのＸ軸方向に伸びる直線Ｌ１及び第２方向として
のＹ軸方向に伸びる直線Ｌ２で区分される第１象限Ｒ
１、第２象限Ｒ２、第３象限Ｒ３、及び第４象限Ｒ４を
設定し、これら第１象限Ｒ１〜第４象限の各々にマーク
が形成され、各マークに対してプレートアライメントセ
ンサが配置されていることが好適である。

【００３８】図６に示した例では、第１象限Ｒ１にはマ
ークＡＭ３が形成され、このマークＡＭ３に対応してプ
レートアライメントセンサ２０ｃが配置され、第２象限
Ｒ２にはマークＡＭ４が形成され、このマークＡＭ４に
対応してプレートアライメントセンサ２０ｄが配置さ
れ、第３象限Ｒ３にはマークＡＭ１が形成され、このマ
ークＡＭ１に対応してプレートアライメントセンサ２０
ａが配置され、第４象限Ｒ４にはマークＡＭ２が形成さ
れ、このマークＡＭ２に対応してプレートアライメント
センサ２０ｂが配置されている。マークＡＭ１〜ＡＭ４
は、プレートＰの回転量や倍率等の計測精度を向上させ
る観点からプレートＰの四隅に近い位置に形成されてい
ることが好適である。また、図６に示した例では、マー
クＡＭ１〜ＡＭ４は、基準マークＦＭ１，ＦＭ２に形成
された基準位置マーク３０ｂ（図５参照）と同様の形状
である。更に、図６に示した領域ＳＡ１〜ＳＡ４はマス
クＭ１〜Ｍ４に形成されたパターンの像がそれぞれ転写
される領域を示している。尚、図６においては、マーク
ＡＭ１〜ＡＭ４の大きさを誇張して図示している。

【００３９】次に、本発明の一実施形態による位置計測
装置の一部をなすセンサ部としてのプレートアライメン
トセンサ２０ａ〜２０ｄについて詳細に説明する。図７
は、本発明の一実施形態による位置計測装置の一部をな
すプレートアライメントセンサ２０ａ〜２０ｄの光学系
の構成例を示す図である。尚、プレートアライメントセ
ンサ２０ａ〜２０ｄ各々の構成は同一であるため、図７
においては、プレートアライメントセンサ２０ａの構成
のみを代表して図示してある。図７において、４０は４
００〜８００ｎｍ程度の波長帯域幅を有する光を射出す
るハロゲンランプである。ここで、光源としてハロゲン
ランプ４０を用いる理由は、プレートＰ上に塗布された
フォトレジスト等の感光剤に単一波長の光を照射した場
合に多重干渉が生じ、その結果計測誤差が生ずるといっ
た事態を極力防止するためである。

【００４０】ハロゲンランプ４０から射出された光は、
コンデンサレンズ４１によって平行光に変換された後、
ダイクロイックフィルタ４２に入射する。ダイクロイッ
クフィルタ４２はハロゲンランプ４０から射出される光
の光路に進出・挿入自在に構成された複数のフィルタか
らなり、光路に挿入されるフィルタの組み合わせを変え
ることにより、入射する光の内、所定の波長帯域の光の
みを選択して透過させる。例えば、上記ハロゲンランプ
４０から射出される光の内、青色領域の光（波長領域：
約４２０〜５３０ｎｍ程度）、赤色領域の光（波長領
域：約５８０〜７３０ｎｍ程度）、黄色領域の光のみ、
又は白色の光（ハロゲンランプ４０から射出される光の
波長帯域のほぼ全て）の光を通過させることができる。

【００４１】ダイクロイックフィルタ４２を透過した光
は、焦点の一方が光ファイバ４４の入射端４４ａの位置
にほぼ配置されるように設定された集光レンズ４３に入
射する。光ファイバ４４は、１つの入射端と４つの射出
端を備え、射出端各々はプレートアライメントセンサ２
０ａ〜２０ｄ各々の内部に導かれている。尚、上記ハロ
ゲンランプ４０、コンデンサレンズ４１、ダイクロイッ
クフィルタ４２、及び集光レンズ４３は熱的な影響を避
けるため露光装置のチャンバ外に設けられ、ダイクロイ
ックフィルタ４２を透過した光を光ファイバ４４でプレ
ートアライメントセンサ２０ａ〜２０ｄ各々に導くよう
構成されてる。

【００４２】光ファイバ４４の１つの射出端４４ｂから
射出された光は検出光ＩＬ１として用いられる。検出光
ＩＬ１はコンデンサレンズ４５及び視野絞り４６を照明
する。視野絞り４６は、結像面ＦＣにおける検出光ＩＬ
１の照射領域を規定するために設けられる。視野絞り４
６を通過した検出光ＩＬ１はリレーレンズ４８を介して
送光と受光を分岐するハーフミラー４９に入射する。ハ
ーフミラー４９で反射された検出光ＩＬ１は、対物レン
ズ５０を介して結像面ＦＣに結像される。以上説明した
光ファイバ４４、コンデンサレンズ４５、視野絞り４
６、リレーレンズ４８、ハーフミラー４９、及び対物レ
ンズ５０は、照射光学系をなす。プレートＰに形成され
たマークＡＭ１や基準マークＦＭ１が結像面ＦＣに配置
されている場合には、反射光が対物レンズ５０、ハーフ
ミラー４９、及び第２対物レンズ５１を順に介して撮像
素子５２の撮像面に結像する。尚、以上の対物レンズ５
０、ハーフミラー４９、第２対物レンズ５１、及び撮像
素子５２は受光光学系をなす。

【００４３】撮像素子５２は、撮像面に結像した光学像
を所定の走査方向に走査しつつ順次画像信号に変換し、
主制御系１５に画像信号を出力する。主制御系１５は、
撮像素子５２から出力される画像信号の画像処理を行
い、例えば撮像素子５２の撮像面の中心位置からのマー
クの中心位置のずれ量を求める。レーザ干渉計１４Ｘ，
１４Ｙから主制御系１５には、ステージＰＳのＸ軸方向
及びＹ軸方法の位置及びステージＰＳの回転量を示すス
テージ位置情報が常時入力されているので、主制御系１
５は、ステージ位置情報と撮像素子５２の撮像面の中心
位置マークの中心位置のずれ量とに基づいて、計測して
いるマークの位置情報を求める。

【００４４】ここで、プレートアライメントセンサ２０
ａ〜２０ｄの計測視野の大きさはある程度限られている
ため、計測を行う際にプレートＡＭ１や基準マークＦＭ
１に形成された基準位置マーク３０ｂを正確にプレート
アライメントセンサ２０ａ〜２０ｄの計測中心に配置す
ることは困難な場合が多い。そこで、本実施形態では、
まずマークの大まかな位置情報を求め、この位置情報に
基づいてプレートＰを移動させてプレートアライメント
センサ２０ａ〜２０ｄの計測中心にマークを配置してか
ら高い精度で位置情報を求めている。従来、撮像素子を
備えるプレートアライメントセンサでは、受光光学系の
光学的な倍率を低く設定してマークの大まかな位置情報
を計測し、次に光学的な倍率を高く設定して高い精度で
位置情報の計測を行っていたが、倍率の切り換えに時間
を要し、スループットの低下を招くという不具合があっ
た。本実施形態では、大まかな位置情報を計測する場合
（以下、サーチ計測と称する）と高精度で位置情報を計
測する場合（以下、ファイン計測と称する）とで、撮像
素子５２の撮像面に異なる計測領域を設けて計測処理を
工夫することによりスループットの低下を防止してい
る。

【００４５】図８は、サーチ計測用の計測領域及びファ
イン計測用の計測領域を示す図である。図８においてＦ
Ｐは撮像素子５４の撮像面を示しており、撮像素子５４
の走査方向は例えばＸ軸方向に設定される。図示したよ
うに、撮像面ＦＰの中央部を含んでＸ軸方向に長手方向
が設定されたファイン計測用の計測領域ＳＣ１と、撮像
面ＦＰの中央部を含んでＹ軸方向に長手方向が設定され
たファイン計測用の計測領域ＳＣ２とが設定されてい
る。これらの計測領域ＳＣ１，ＳＣ２は中央計測領域を
なすものである。また、撮像面ＦＰの周辺には周辺計測
領域をなす計測領域Ｗ１１，Ｗ１２及び計測領域Ｗ２
１，Ｗ２２が設定される。第１計測部としての計測領域
Ｗ１１，Ｗ１２は長手方向がＸ軸方向に設定され、第２
計測部としての計測領域Ｗ２，Ｗ２２は長手方向がＹ軸
方向に設定されている。サーチ計測の場合には、主制御
系１５は撮像素子５２から出力される画像信号の画像処
理を行って、計測領域Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２
に結像したマークの像の端部（エッジ位置）を検出して
マークの中心位置を算出し、撮像面ＦＰの中心位置から
のずれ量を求める。また、ファイン計測の場合には、計
測領域ＳＣ１，ＳＣ２に結像したマークの像の端部（エ
ッジ位置）を検出してマークの中心位置を算出し、撮像
面ＦＰの中心位置からのずれ量を求める。尚、この計測
動作の詳細については後述する。

【００４６】以上、本発明の一実施形態による露光装置
及び本発明の一実施形態による位置計測装置の一部をな
すセンサ部としてのプレートアライメントセンサ２０ａ
〜２０ｄの構成例について説明したが、次に、本発明の
一実施形態による位置計測装置及び露光装置の動作につ
いて説明する。図９は、本発明の一実施形態による露光
装置のベースライン量計測時の概略動作を示すフローチ
ャートである。本実施形態の露光装置は、まずマスクホ
ルダＭＳ上にマスクＭ１を載置し、図１に示したマスク
観察系１８ａ，１８ｂでマスクＭ１上のパターン領域外
に描画された位置計測用のマークに検知光を照射し、そ
の反射光を受光することにより、位置計測用のマークの
位置情報を計測する。計測された位置情報は主制御系１
５へ出力され、主制御系１５はこの位置情報に基づいて
マスクステージＭＳの微動を行ってマスクＭ１の位置を
調整し、マスクＭ１を所定の位置に配置させ、そのとき
の位置情報（例えば、マスクＭ１の中心位置を示す位置
情報）を記憶する（ステップＳ１０）。また、ステージ
ＰＳ上に設けられた反射板ＲＦ０及び基準マークＦＭ
１，ＦＭ２をステージＰＳに対して突出させ、これらの
部材の上面をプレートＰがステージＰＳ上に載置された
場合のプレートＰの上面と略面一に設定する。

【００４７】次に、主制御系１５は、ステージＰＳを移
動させて反射板ＲＦ０（図２参照）を投影光学系ＰＬの
投影中心に配置し、オートフォーカス機構１７によりス
テージＰＳのＺ軸方向の位置情報を計測する（ステップ
Ｓ１２）。ステージＰＳのＺ軸方向の位置情報を検出す
る場合には、投光系１７ａが反射板ＲＦ０の斜め方向か
ら反射板ＲＦ０上に検知光を照射し、その反射光を受光
系１７ｂで受光する。主制御系１５は受光系１７ｂから
出力される受光結果に基づいて、ステージＰＳのＺ軸方
向の位置を調整することにより、反射面ＲＦ０（プレー
トＰの上面に相当）をマスクステージＭＳ上に載置され
たマスクＭ１と共役な位置に位置合わせする。

【００４８】以上の処理が終了すると、マスクステージ
ＭＳ上に載置されたマスクＭ１の位置計測用のマークが
形成された箇所に露光光を照射してステージＰＳに設け
られた光電計測装置（図３参照）を用いてマスクステー
ジＭＳ上に載置されたマスクに形成されたパターンの投
影像の中心（露光中心）を計測する処理が行われる（ス
テップＳ１４）。露光中心の計測にあたって、主制御系
１５はステージＰＳを移動させて基準マークＦＭ１を露
光中心近傍に配置した後に露光光をマスクＭ１に形成さ
れた位置計測用のマークに露光光を照射する。位置計測
用のマークの像は投影光学系ＰＬを介して基準マークＦ
Ｍ１上に照射される。基準マークＦＭ１に形成されたス
リットパターン３０ａ（図４参照）を通過した光は、レ
ンズ３１、絞り３２、及びレンズ３３を順に介して視野
絞り３４に入射し、視野絞り３４を通過して更にレンズ
３５を介して光電変換素子３６に至り光電変換される。

【００４９】光電変換素子３６から出力される信号は、
光電変換素子３６に入射する光の強度を示す信号であ
り、この信号は主制御系１５へ出力される。主制御系１
５は、光電変換素子３６から信号が出力されている状態
で、ステージ駆動系１６Ｘ，１６Ｙを介してステージを
移動させ、レーザ干渉計１４Ｘ，１４Ｙから出力される
ステージ位置情報と光電変換素子３６から出力される信
号との関係を得る。マスクＭ１に形成される位置計測用
のマークの形状は略十字形状であるため、このマークの
像が照射されている位置とスリットパターン３０ａの位
置とが一致した場合に光電変換素子３６から出力される
信号が最大となる。よって、光電変換素子３６から出力
される信号が最大になるときにレーザ干渉計１４Ｘ，１
４Ｙから出力されるステージ位置情報を求めることによ
り露光中心を計測する。尚、露光中心の計測は、基準マ
ークＦＭ１及び基準マークＦＭ２の何れを用いて行って
も良い。

【００５０】次に、各プレートアライメントセンサ２０
ａ〜２０ｄの計測中心の計測が行われる（ステップＳ１
６）。この計測において、主制御系１５は図２に示した
基準マークＦＭ１の位置情報をプレートアライメントセ
ンサ２０ａ，２０ｄで順次計測する制御を行った後に、
基準マークＦＭ２の位置情報をプレートアライメントセ
ンサ２０ｂ，２０ｃで順次計測する制御を行う。このよ
うに、ステージＰＳ上の異なる位置に基準マークＦＭ
１，ＦＭ２をそれぞれ配置することで、ステージＰＳの
移動量を少なくすることができる。その結果、ステージ
ＰＳの小型化を図ることができる。

【００５１】いま、プレートアライメントセンサ２０ａ
の計測中心を計測する場合を例に挙げて計測中心の計測
方法を説明する。まず、主制御系１５がステージ駆動系
１６Ｘ，１６Ｙを介してステージを移動させ、基準マー
ク２０ａをプレートアライメントセンサ２０ａの直下に
配置させる。次に、図７に示したハロゲンランプ４０か
ら４００〜８００ｎｍ程度の波長帯域幅を有する光を射
出させる。この光は、レンズ４１、ダイクロイックフィ
ルタ４２、及び集光レンズ４３を順に介して入射端４４
ａから光ファイバ４４内に入射する。光ファイバ４４に
よって、入射端４４ａから入射した光はプレートアライ
メントセンサ２０ａ内に導かれる。光ファイバ４４の１
つの射出端４４ｂから射出された光は検出光ＩＬ１とし
て用いられる。検出光ＩＬ１はコンデンサレンズ４５を
介して視野絞り４６を照明する。

【００５２】視野絞り４６を透過した検出光ＩＬ１はリ
レーレンズ４８を介した後、ハーフミラー４９で反射さ
れ、対物レンズ５０によって集束される。ここで、図３
を参照すると、検出光ＩＬ１が基準位置マーク３０ｂを
照明しても視野絞り３４によって遮光されるため、検出
光ＩＬ１が光電変換素子３６で受光されることはない。
検出光ＩＬ１を基準位置マーク３０ｂに照射して得られ
る光（反射光や回折光）は対物レンズ５０、ハーフミラ
ー４９、及び第２対物レンズ５１を介して撮像素子５２
の撮像面に結像し、画像信号に変換される。

【００５３】図１０は、撮像素子５２の撮像面に結像し
た基準位置マーク３０ｂの像の一例を示す図である。
尚、図１０においては、説明の簡単化のために撮像面Ｆ
Ｐの中心に基準位置マーク３０ｂの像Ｉｍ１の中心位置
が配置された状態で結像している様子を示している。撮
像面ＦＰに対して基準位置マーク３０ｂの像Ｉｍ１がず
れて配置されている場合には、サーチ計測及びファイン
計測が順に行われる。基準位置マーク３０ｂの像Ｉｍ１
が図１０に示したように撮像面ＦＰのほぼ中心に配置さ
れている場合には、主制御系１５はファイン計測を行
う。ファイン計測では、主制御系１５は、撮像素子５４
の撮像面ＦＰ内に設定された計測領域ＳＣ１内における
Ｘ軸方向の信号強度の変化及び計測領域ＳＣ２内におけ
るＹ軸方向の信号強度の変化に基づいて撮像面ＦＰに結
像した像のエッジ位置を検出し、各エッジ位置の間隔か
ら撮像面ＦＰに対する基準位置マーク３０ｂの像Ｉｍ１
の中心位置のＸ軸方向及びＹ軸方向のずれ量を求める。

【００５４】各プレートアライメントセンサ２０ａ〜２
０ｄの計測中心の計測が終了すると、主制御系１５は、
ステップＳ１４で求めた露光中心と、ステップＳ１６で
求めた各プレートアライメントセンサ２０ａ〜２０ｄの
計測中心とから、各プレートアライメントセンサ２０ａ
〜２０ｄに対するベースライン量を算出する（ステップ
Ｓ１８）。ベースライン量が算出されると、次に主制御
系１５は他にマスクが有るか否かを判断する（ステップ
Ｓ２０）。このステップにおける判断結果は、単一のマ
スクを用いて露光処理を行う場合には「ＮＯ」となり、
複数枚のマスクを用いて露光処理を行う場合には「ＹＥ
Ｓ」となる。ステップＳ２０における判断結果が「Ｎ
Ｏ」の場合には処理が終了し、「ＹＥＳ」の場合には、
マスクステージＭＳに載置されているマスクの交換が行
われる（ステップＳ２２）。例えば、マスクステージＭ
ＳにマスクＭ１が載置されている場合には、マスクＭ２
に交換される。

【００５５】マスクの交換が終了すると、図１に示した
マスク観察系１８ａ，１８ｂでマスクステージＭＳに載
置されたマスクＭ２上のパターン領域外に描画された位
置計測用のマークに検知光を照射し、その反射光を受光
することにより、位置計測用のマークの位置情報を計測
する（ステップＳ２４）。計測された位置情報は主制御
系１５へ出力される。主制御系１５はこの位置情報とス
テップＳ１０において記憶した位置情報との差を求めて
記憶する（ステップＳ２６）。次に、主制御系１５は更
に他のマスクがあるか否かを判断する（ステップＳ２
８）。この判断結果が「ＮＯ」の場合にはベースライン
量の計測処理は終了する。一方、ステップＳ２８におけ
る判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、処理がステップＳ
２２に戻り、マスクを交換してマスクステージＭＳ上に
載置されたマスクの位置情報を計測して、ステップＳ１
０で記憶した位置情報との差を求める処理が行われる。

【００５６】このように、本実施形態においては、複数
枚のマスクを用いて露光処理を行う場合に、ベースライ
ン量を求めるのは最初にマスクステージＭＳに載置され
たマスクに対してだけである。２枚目以降のマスクに対
してはベースライン量の計測は行わなわず、最初にマス
クステージＭＳに載置されたマスクの位置情報に対する
差を求め、計測したベースライン量をこの差で補正した
ベースライン量を用いる。

【００５７】以上、ベースライン量の計測方法について
説明したが、次にステージＰＳ上にプレートＰを載置し
て、プレートＰの位置情報を計測する際の動作について
説明する。図１１は、プレートアライメントセンサ２０
ａ〜２０ｄを用いてプレートＰに形成されたマークＡＭ
１〜ＡＭ４の位置情報を計測する際の動作を示すフロー
チャートである。プレートＰがステージＰＳ上に搬送さ
れると、プレートＰの基準辺側の位置が不図示のポテン
ショメータで計測され、ステージＰＳを回転させてプレ
ートＰの位置を予め機械的に調整するプリアライメント
が行われる（ステップＳ３０）。尚、反射板ＲＦ０及び
基準マークＦＭ１，ＦＭ２は、プレートＰがプレートス
テージＰＳ上に載置される前にステージＰＳに没入状態
とされる。

【００５８】次に、主制御系１５は、ステージＰＳを移
動させてプレートＰに形成されたマークＡＭ１〜ＡＭ４
がプレートアライメントセンサ２０ａ〜２０ｄの計測視
野近傍に配置する。このとき、プレートアライメントセ
ンサ２０ａ〜２０ｄに対してマークＡＭ１〜ＡＭ４を所
定量（例えば、数十μｍ）だけずれた位置に配置する
（ステップＳ３２）。これは、主制御系１５がプレート
アライメントセンサ２０ａ〜２０ｄ各々から出力される
画像信号に対して行う画像処理に要する時間を短縮する
ためである。つまり、サーチ計測においては図８に示し
た計測領域Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２に結像した
マークの像の画像信号に基づいてマークの位置情報を求
める訳であるが、計測領域Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ
２２全てに対して画像処理を行うと時間を要する。そこ
で、Ｘ軸方向については計測領域Ｗ１１又は計測領域Ｗ
１２、Ｙ軸方向については計測領域Ｗ２１又は計測領域
Ｗ２２から得られる画像信号のみを処理することにより
サーチ計測に要する時間を短縮している。このように、
計測領域の数を減じるとプレートＰの倍率（スケーリン
グ）等の影響により、マークがプレートセンサ２０ａ〜
２０ｄに対してどの位置に配置されるかはプレートＰ毎
（計測対象のマーク毎）に異なるため、マーク毎に計測
領域を設定する処理が必要になり、その分処理に要する
時間が長くなる。このため、予めプレートアライメント
センサ２０ａ〜２０ｄに対してマークＡＭ１〜ＡＭ４を
所定量だけずれた位置に配置することにより、アライメ
ントセンサ２０ａ〜２０ｄに対するマークＡＭ１〜ＡＭ
４の配置方向及び距離が一定になるのでマーク毎に計測
領域を設定する処理が必要になり、その結果として計測
処理に要する時間を短縮することができる。

【００５９】マークＡＭ１〜ＡＭ４の配置が完了する
と、プレートアライメントセンサ２０ａ，２０ｂを用い
てサーチ計測が行われる（ステップＳ）。図１２は、プ
レートアライメントセンサ２０ａ，２０ｂを用いてサー
チ計測を行う様子を示す図である。図１２において、Ｆ
Ｐ１はプレートアライメントセンサ２０ａが備える撮像
素子５２の撮像面を示し、Ｉｍ１１は撮像面ＦＰ１に結
像するマークＡＭ１の像を示している。また、ＦＰ２は
プレートアライメントセンサ２０ｂが備える撮像素子５
２の撮像面を示し、Ｉｍ１２は撮像面ＦＰ２に結像する
マークＡＭ２の像を示している。

【００６０】図１２に示した例では、図１１に示したス
テップＳ３２により、マークＡＭ１及びマークＡＭ２が
プレートアライメントセンサ２０ａ，２０ｂそれぞれに
対して＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向にずれて配置されている。
この場合、プレートアライメントセンサＡＭ１，ＡＭ２
が備える撮像素子５２には、計測領域Ｗ１１及び計測領
域Ｗ２１が設定される。また、図１２に示した例では、
撮像面ＦＰ２に対する像Ｉｍ１２のＹ軸方向の位置が撮
像面ＦＰ１に対する像Ｉｍ１１のＹ軸方向の位置よりも
−Ｙ方向に配置されている。これはアライメントセンサ
２０ａ〜２０ｄに対してプレートＰが回転した状態で配
置された場合に得られるものである。プレートＰが回転
していると、厳密には像Ｉｍ１１，Ｉｍ１２も撮像面Ｆ
Ｐ１，ＦＰ２各々に対して回転した状態で結像する。し
かしながら、マークＡＭ１及びマークＡＭ２はプレート
Ｐの隅に形成されるため、その距離は数百ミリメートル
程度の距離になるが、マークＡＭ１，ＡＭ２の寸法は、
数十〜数百ミクロン程度であるので、プレートＰが僅か
に回転していたとしても、マークＡＭ１，ＡＭ２の像Ｉ
ｍ１，Ｉｍ２は殆ど回転してない状態で撮像面ＦＰ１，
ＦＰ２に結像する。

【００６１】プレートアライメントセンサ２０ａが備え
る撮像素子５２の撮像面ＦＰ１に結像した像は撮像素子
５２にて画像信号に変換されて主制御系１５に出力され
る。同様にプレートアライメントセンサ２０ｂが備える
撮像素子５２の撮像面ＦＰ２に結像した像は撮像素子５
２にて画像信号に変換されて主制御系１５に出力され
る。主制御系１５は、プレートアライメントセンサ２０
ａ，２０ｂから出力される画像信号に対して画像処理を
施し、計測領域Ｗ１１，Ｗ１２にそれぞれに結像した像
Ｉｍ１１，Ｉｍ１２のエッジ位置を求める。撮像面ＦＰ
１に設定された計測領域Ｗ１１からは信号ＳＸ１が得ら
れ、計測領域Ｗ２１からは信号ＳＹ１が得られる。ま
た、撮像面ＦＰ２に設定された計測領域Ｗ１２からは信
号ＳＸ２が得られ、計測領域Ｗ２１からは信号ＳＹ２が
得られる。

【００６２】図１２を参照すると、撮像面ＦＰ１に対す
る像Ｉｍ１１の結像位置及び撮像面ＦＰ２に対する像Ｉ
ｍ１２の結像位置に応じて、計測領域Ｗ１１，Ｗ２１で
計測されるエッジ位置（信号強度が変化する位置）及び
エッジの数が異なることが分かる。主制御系１５は、プ
レートアライメントセンサ２０ａが備える撮像素子５２
の撮像面ＦＰ１に設定した計測領域Ｗ１１，Ｗ２１及び
プレートアライメントセンサ２０ｂが備える撮像素子５
２の撮像面ＦＰ２に設定した計測領域Ｗ１１，Ｗ２１を
把握しており、マークＡＭ１，ＡＭ２の形状の情報も予
め記憶している。よって、計測されたエッジ位置からマ
ークＡＭ１の中心ＣＰ１を算出するとともに、マークＡ
Ｍ２の中心位置ＣＰ２を算出する。尚、サーチ計測にお
いては、プレートＰの回転量及びシフト量を求めれば良
いので、サーチ計測に要する時間を更に短縮するため
に、マークＡＭ１のＸ軸方向の位置情報及びＹ軸方向の
位置情報並びにマークＡＭ２のＸ軸方向の位置情報及び
Ｙ軸方向の位置情報の計４つの位置情報の内の３つのみ
を計測するようにしても良い、

【００６３】以上、撮像面ＦＰ１，ＦＰ２について計測
領域Ｗ１１，Ｗ２１を設定してマークＡＭ１，ＡＭ２の
位置情報を求める場合について説明したが、計測領域Ｗ
１１，Ｗ２１を設定した場合にエッジ位置を求めること
ができない場合がある。例えば、マークＡＭ１，ＡＭ２
がプレートアライメントセンサ２０ａ，２０ｂに対して
大きくずれて配置された場合である。かかる場合には、
計測領域を切り換えてエッジ位置を求める処理が行われ
る。図１３は、計測領域を切り換えてエッジ位置を求め
る処理の一例を示すフローチャートである。尚、図１３
に示したフローは、個々のプレートアライメントセンサ
２０ａ〜２０ｄで個別に行われる。

【００６４】処理が開始すると、まず主制御系１５は計
測領域Ｗ１１，Ｗ１２を設定し（ステップＳ５０）、計
測領域Ｗ１１，Ｗ２１内でエッジを求める処理を行う
（ステップＳ５２）。次に、計測領域Ｗ１１内でエッジ
位置が求められたか否かを判断し、求められた場合（判
断結果が「ＹＥＳ」の場合）にはステップＳ６２へ進
む。一方、求められない場合（ステップＳ５４の判断結
果が「ＮＯ」の場合）には、計測領域を計測領域Ｗ１１
から計測領域Ｗ１２に切り換える設定を行い、計測領域
Ｗ１２内でエッジ位置を求める（ステップＳ５６）。次
に、新たに設定された計測領域Ｗ１２内でエッジ位置が
求められたか否かを判断する（ステップＳ５８）。エッ
ジ位置が求められた場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場
合）にはステップＳ６２へ進み、求められない場合（判
断結果が「ＮＯ」の場合）には、例えばエラー表示や警
告音を発する等のエラー処理を行う（ステップＳ６
０）。

【００６５】ステップＳ６２では、ステップＳ５２の処
理において計測領域Ｗ２１内でエッジ位置が求められた
か否かが判断される。この判断結果が「ＹＥＳ」の場合
には、ステップＳ６８へ進む。一方、ステップＳ６２の
判断結果が「ＮＯ」の場合には計測領域を計測領域Ｗ２
１から計測領域Ｗ２２に切り換える設定を行い、計測領
域Ｗ２２内でエッジ位置を求める（ステップＳ４２）。
次に、新たに設定された計測領域Ｗ２２内でエッジ位置
が求められたか否かを判断する（ステップＳ６６）。エ
ッジ位置が求められた場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場
合）にはステップＳ６８へ進み、求められない場合（判
断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ６０へ進ん
でエラー処理を行う。ステップＳ６８では、求められた
Ｘ軸方向のエッジ位置及びＹ軸方向のエッジ位置からマ
ークの中心位置を算出する処理が行われる。このよう
に、本実施形態では、エッジ位置が求められない場合に
は、計測領域Ｗ１１と計測領域Ｗ１２とを切り換え、又
は計測領域Ｗ２１と計測領域Ｗ２２とを切り換える処理
を行っている。

【００６６】尚、図１３に示したフローチャートは、エ
ッジ位置が求められなかった場合に、求められなかった
計測領域を切り換えてエッジ位置を求める処理を行って
いた。この処理ではステップＳ５２の処理で計測領域Ｗ
１１，Ｗ２１において共にエッジ位置が求められない場
合には、ステップＳ５６によって新たな計測領域Ｗ１２
を設定して計測領域Ｗ１２内でエッジ位置を求めた後
に、ステップＳ６４によって新たな計測領域Ｗ２２を設
定して計測領域Ｗ２２内でエッジ位置を求める処理が行
われる。しかしながら、処理に要する時間を考慮する
と、計測領域Ｗ１１，Ｗ２１において共にエッジ位置が
求められない場合には、計測領域Ｗ１１及び計測領域Ｗ
２１を、同時に計測領域Ｗ１２及び計測領域Ｗ２２にそ
れぞれ切り換えて各計測領域Ｗ１２，Ｗ２２で並列して
エッジ位置を求める方が好ましい。

【００６７】図１１に戻り、以上説明した処理が行われ
てプレートアライメントセンサ２０ａ，２０ｂでマーク
ＡＭ１，ＡＭ２のサーチ計測が終了すると、サーチ計測
の結果に基づいてプレートＰのシフト量及び回転量を算
出する処理が行われる（ステップＳ３６）。次に、プレ
ートＰの回転量が次の計測処理（ファイン計測）に影響
を与えるのを防止するために、プレートＰの回転量が予
め定められた許容範囲内であるか否かが判断される（ス
テップＳ３８）。

【００６８】ステップＳ３８における判断結果が「Ｎ
Ｏ」の場合には、ステップＳ４０にてプレートＰの回転
量が許容値内に収まるようステージＰＳを回転してステ
ップＳ４２へ進む。また、プレートＰがＸ軸方向又はＹ
軸方向へシフトしている場合には、ステージＰＳをＸ軸
方向又はＹ軸方向へ移動させて位置合わせを行う。一
方、ステップＳ３８における判断結果が「ＹＥＳ」の場
合には、そのままステップＳ４２へ進む。以上の処理を
行うことにより、プレートアライメントセンサ２０ａ〜
２０ｄ各々が備える撮像素子の撮像面に対してマークＡ
Ｍ１〜ＡＭ４の像がそれぞれ図１４に示したように配置
される。図１４は、プレートアライメントセンサ２０ａ
〜２０ｄに対するプレートＰの位置調整を行った後の、
撮像素子の撮像面に結像するマークＡＭ１〜ＡＭ４の像
の一例を示す図である。

【００６９】図１４において、ＦＰ１〜ＦＰ４は、プレ
ートライメントセンサ２０ａ〜２０ｄ各々が備える撮像
素子の撮像面を示し、Ｉｍ１〜Ｉｍ４はプレートＰに形
成されたマークＡＭ１〜ＡＭ４の像をそれぞれ示す。図
１４に示したように、ファイン計測の前には、各撮像面
ＦＰ１〜ＦＰ４各々に設定された計測領域ＳＣ１，ＳＣ
１に、アライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４をなすコ字上
のマーク要素の対面する４辺の像のみが含まれるように
プレートＰの調整がなされる。

【００７０】撮像面ＦＰ１〜ＦＰ４とマークＡＭ〜ＡＭ
４の像Ｉｍ１１〜Ｉｍ１４とが図１４に示した関係に配
置された後、プレートアライメントセンサ２０ａ〜２０
ｄを用いてファイン計測が行われる（ステップＳ４
２）。このとき、プレートアライメントセンサ２０ａ〜
２０ｄは、ステージＰＳの移動を伴うことなく撮像面Ｆ
Ｐ１〜ＦＰ４に結像した像Ｉｍ１〜Ｉｍ４の中心位置を
ほぼ同時に計測することによりマークＡＭ１〜ＡＭ４の
位置情報をほぼ同時に計測する。この処理によって、マ
ークＡＭ１〜ＡＭ４のＸ軸方向の位置情報及びＹ軸方向
の位置情報がそれぞれ求められ、計８つの位置情報がほ
ぼ同時に得られることになるので、計測時間に要する時
間を短縮することができる。また、ステップＳ４２にお
いて、マークＡＭ１〜ＡＭ４の位置情報を計測する際に
は、ステージＰＳの移動を伴わないので、従来のＬＳＡ
方式のアライメントセンサを用いて位置情報を計測する
場合に比べて飛躍的に計測に要する時間を短縮すること
ができる。

【００７１】次に、ステップＳ４２の処理で得られた８
つの位置情報を用いて所謂エンハンスト・グローバル・
アライメント（ＥＧＡ）計測と称される統計演算処理を
行って、プレートの線形歪み等の誤差成分（プレートＰ
のＸ軸方向へのずれ量（シフト）、Ｙ軸方向へのずれ
量、プレートＰの回転量（ローテーション）、倍率（ス
ケーリング）、及び直交度の５つの成分等）を求めて露
光領域ＳＡ１〜ＳＡ４の配列座標を算出する処理が行わ
れる（ステップＳ４４）。以上の処理でプレートＰに形
成されたマークの位置情報を計測する処理は終了する。
次に、主制御系１５は、ＥＧＡ計測にて得られた露光領
域ＳＡ１〜ＳＡ４の配列座標及び予め求めてあるベース
ライン量に基づいて、プレートＰの露光領域ＳＡ１と露
光中心との位置合わせを行い、照明光学系からの露光光
をマスクＭ１上に照射してマスクＭ１に形成されたパタ
ーンの像を、投影光学系ＰＬを介してプレートＰの露光
領域ＳＡ１に転写する。

【００７２】次に、主制御系１５は、マスクステージＭ
Ｓ上に載置されているマスクＭ１からマスクＭ２に交換
するとともに、ステージＰＳをステッピング駆動してプ
レートＰ露光領域ＳＡ２を露光中心に位置合わせしてマ
スクＭ２に形成されたパターンの像を、投影光学系ＰＬ
を介して露光領域ＳＡ２に転写する。以下、同様に、マ
スクＭ３及びマスクＭ４に対しても同様な処理を行っ
て、プレートＰに設定された全露光領域ＳＡ１〜ＳＡ４
を露光する。以上で、露光処理の一連の動作は終了す
る。

【００７３】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範
囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態
ではステップ・アンド・リピート方式の露光装置を例に
挙げて説明したが、ステップ・アンド・スキャン方式の
露光装置にも適用可能である。また、本実施形態の露光
装置の照明光学系の光源は、超高圧水銀ランプから射出
されるｇ線（４３６ｎｍ）及びｉ線（３６５ｎｍ）等を
用いていたが、これに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ
（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎ
ｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）から射出されるレーザ
光、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができ
る。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱
電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ₆）、タ
ンタル（Ｔａ）を用いることができる。また、前述した
実施形態においては、液晶表示素子を製造する場合を例
に挙げて説明したが、もちろん、液晶表示素子の製造に
用いられる露光装置だけではなく、半導体素子等を含む
ディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンを半
導体基板上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造
に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ
転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用
いられる露光装置等にも本発明を適用することができ
る。

【００７４】また、本発明の位置計測装置が備える基準
マークＦＭ１，ＦＭ２に形成される基準位置マーク３０
ｂ及びプレートＰに形成されるマークＡＭ１〜ＡＭ４は
図５に示した形状に制限されることはない。基準位置マ
ーク３０ｂ及びプレートＰに形成されるマークＡＭ１〜
ＡＭ４の形状は、画像処理等の処理に合わせて適宜設計
することができる。

【００７５】次に本発明の一実施形態による露光装置を
リソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方
法の実施形態について説明する。図１５は、マイクロデ
バイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、
ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例
のフローチャートを示す図である。図１５に示すよう
に、まず、ステップＳ７０（設計ステップ）において、
マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デ
バイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するため
のパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ７１（マ
スク製作ステップ）において、設計した回路パターンを
形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステッ
プＳ７２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等
の材料を用いてウェハを製造する。

【００７６】次に、ステップＳ７３（ウェハ処理ステッ
プ）において、ステップＳ７０〜ステップＳ７２で用意
したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成
する。次いで、ステップＳ７４（デバイス組立ステッ
プ）において、ステップＳ７３で処理されたウェハを用
いてデバイス組立を行う。このステップＳ７４には、ダ
イシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング
工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップＳ７５（検査ステップ）において、ス
テップＳ７４で作製されたマイクロ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
経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷され
る。

【００７７】図１６は、半導体デバイスの場合におけ
る、図１５のステップＳ７３の詳細なフローの一例を示
す図である。図１８において、ステップＳ８１（酸化ス
テップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステッ
プＳ８２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップＳ８３（電極形成ステップ）
においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ス
テップＳ８４（イオン打込みステップ）においてはウェ
ハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ８１〜ステッ
プＳ８４のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工
程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて
選択されて実行される。

【００７８】ウェハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ
８５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップＳ８６（露光ステッ
プ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露
光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンを
ウェハに転写する。次に、ステップＳ８７（現像ステッ
プ）においては露光されたウェハを現像し、ステップＳ
８８（エッチングステップ）において、レジストが残存
している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより
取り去る。そして、ステップＳ８９（レジスト除去ステ
ップ）において、エッチングが済んで不要となったレジ
ストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを
繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パタ
ーンが形成される。

【００７９】以上説明した本実施形態のマイクロデバイ
ス製造方法を用いれば、露光工程（ステップＳ８６）に
おいて上記の露光装置及び上で説明した露光方法が用い
られ、真空紫外域の照明光により解像力の向上が可能と
なり、しかも露光量制御を高精度に行うことができるの
で、結果的に最小線幅が０．１μｍ程度の高集積度のデ
バイスを歩留まり良く生産することができる。

【００８０】また、半導体素子等のマイクロデバイスだ
けではなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装
置、及び電子線露光装置等で使用されるレチクル又はマ
スクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板
やシリコンウェハ等ヘ回路パターンを転写する露光装置
にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（深紫外）や
ＶＵＶ（真空紫外）光等を用いる露光装置では、一般的
に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石
英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フ
ッ化マグネシウム、又は水晶等が用いられる。また、プ
ロキシミティ方式のＸ線露光装置や電子線露光装置等で
は、透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマス
ク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハ等
が用いられる。なお、このような露光装置は、ＷＯ９９
／３４２５５号、ＷＯ９９／５０７１２号、ＷＯ９９／
６６３７０号、特開平11−194479号、特開2000−12453
号、特開2000−29202号等に開示されている。

【００８１】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、第１象限から第４象限の各々に形成されたマーク各
々にほぼ同時に検出光を照射し、検出光をマーク各々に
照射して得られる光に基づいてマーク各々の位置情報を
ほぼ同時に得ている。よって、従来の計測とは異なりマ
ークの位置情報を計測する際にステージの移動を伴わな
いのでマークの位置情報をスループットを低下させずに
計測することができるという効果がある。また、第１象
限〜第４象限に形成されたマーク各々の位置情報を計測
しているため、被位置検出体の歪みを算出するために必
要なマークの位置情報が被位置検出体全体に亘って均等
に得ているため、被位置検出体の位置情報を高い精度で
求めることができるという効果がある。また、本発明に
よれば、検出光をマークに照射して得られる光に含まれ
るマークの像の内、撮像素子の撮像面の周辺部に設定さ
れた周辺計測領域に結像する像に基づいてマークのおお
まかな位置情報を計測し、この計測結果に基づいて被位
置検出体を移動させ、撮像面の中央部を含んで設定され
た中央計測領域に結像する像に基づいてマーク各々の位
置情報をほぼ同時に得ている。よって、中央計測領域に
結像する像に基づいて位置情報の計測が行われる前に、
マークの大まかな位置情報に基づいて被位置検出体の位
置が調整されるため、被位置検出体がセンサ部に対して
ずれて配置されたとしても、各マークの位置情報を高速
に計測することができるという効果がある。また、大ま
かな位置情報を計測するためのマークと高精度の位置情
報を計測するためのマークとは同一のマークであるの
で、被位置検出体に形成するマークの数を低減すること
ができるという効果がある。更に、大まかな位置情報を
計測する場合と高精度の位置情報を計測する場合とにお
いて、光学系の切り換え（例えば、倍率の切り換え）を
行う必要がないため、高速に計測することができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による位置計測装置を備
える本発明の実施形態による露光装置の全体構成を示す
斜視図である。

【図２】各種の位置情報を計測する際に用いられるス
テージＰＳに設けられた部材の配置を示す図である。

【図３】ステージＰＳにベースライン量を求める際に
用いられる光電計測装置の構成を示す断面図である。

【図４】基準マークＦＭ１，ＦＭ２に形成されたスリ
ットパターン３０ａ及び基準位置マーク３０ｂの一例を
示す図である。

【図５】基準位置マーク３０ｂの拡大図である。

【図６】プレートＰに形成されるマーク及びプレート
アライメントセンサ２０ａ〜２０ｄの配置の関係を示す
模式図である。

【図７】本発明の一実施形態による位置計測装置の一
部をなすプレートアライメントセンサ２０ａ〜２０ｄの
光学系の構成例を示す図である。

【図８】サーチ計測用の計測領域及びファイン計測用
の計測領域を示す図である。

【図９】本発明の一実施形態による露光装置のベース
ライン量計測時の概略動作を示すフローチャートであ
る。

【図１０】撮像素子５２の撮像面に結像した基準位置
マーク３０ｂの像の一例を示す図である。

【図１１】プレートアライメントセンサ２０ａ〜２０
ｄを用いてプレートＰに形成されたマークＡＭ１〜ＡＭ
４の位置情報を計測する際の動作を示すフローチャート
である。

【図１２】プレートアライメントセンサ２０ａ，２０
ｂを用いてサーチ計測を行う様子を示す図である。

【図１３】計測領域を切り換えてエッジ位置を求める
処理の一例を示すフローチャートである。

【図１４】プレートアライメントセンサ２０ａ〜２０
ｄに対するプレートＰの位置調整を行った後の、撮像素
子の撮像面に結像するマークＡＭ１〜ＡＭ４の像の一例
を示す図である。

【図１５】マイクロデバイスを製造する際のフローチ
ャートを示す図である。

【図１６】半導体デバイスの場合における、図１５の
ステップＳ７３の詳細なフローの一例を示す図である。

【符号の説明】

２光源（露光光源）１５主制御系（制御系、位置合わ
せ手段）１６Ｘ，１６Ｙステージ駆動系２０ａ〜２０ｄプレートアライメントセンサ
（センサ部）５２撮像素子ＡＭ１〜ＡＭ４マークＦＰ，ＦＰ１〜ＦＰ４撮像面ＩＬ１検出光Ｉｍ１〜Ｉｍ４像（マークの像）Ｌ１直線（第１方向に伸びる直
線）Ｌ２直線（第２方向に伸びる直
線）Ｍ１〜Ｍ４マスクＰプレート（基板、被位置検出
体）ＰＳステージＲ１第１象限Ｒ２第２象限Ｒ３第３象限Ｒ４第４象限ＳＣ１，ＳＣ２計測領域（中央計
測領域）Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２計測領域（周辺計
測領域）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者戸口学東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内 (72)発明者帆引豊東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内Ｆターム(参考） 2F065 AA03 BB02 BB29 CC20 DD03 FF42 FF55 GG02 JJ01 JJ03 JJ05 JJ26 LL02 LL22 LL30 MM02 PP12 QQ21 QQ32 5F046 BA04 DA14 EB01 EB03 ED01 ED02 ED03 FA03 FA10 FA17 FA18 FC05 FC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被位置検出体の中央部を通り、第１方向
に伸びる直線及び当該第１方向と直交する第２方向に伸
びる直線で区分される第１象限から第４象限の各々に形
成されたマーク各々に対応して設けられ、対応するマー
クに検出光を照射して得られる光に基づいて対応するマ
ークの位置情報を計測する少なくとも４つのセンサ部
と、前記第１象限から第４象限各々に形成された前記マーク
の前記第１方向及び前記第２方向における位置情報を、
前記４つのセンサ部を少なくとも用いて同時に計測する
制御系とを具備することを特徴とする位置計測装置。
【請求項２】前記少なくとも４つのセンサ部は、前記
検出光を前記マークに照射して得られる光に含まれる前
記マークの像を撮像面で受光して撮像する撮像素子を備
え、前記制御系は、前記撮像面の中央部を含んで設定された
中央計測領域に結像される前記マークの像に基づいて前
記マーク各々の位置を同時に計測することを特徴とする
請求項１記載の位置計測装置。
【請求項３】前記被位置検出体を載置した状態で移動
可能なステージを備え、前記制御系は、前記撮像面の周辺部に設定された周辺計
測領域に結像される前記マークの像に基づいて前記マー
クのおおまかな位置情報を計測し、当該計測結果に基づ
いて前記ステージを移動させ、前記中央計測領域を用い
た計測を行うことを特徴とする請求項２記載の位置計測
装置。
【請求項４】露光光を射出する露光光源を備え、該露
光光をマスクに照射して該マスクに形成されたパターン
の像を基板に転写する露光装置において、前記基板を前記被位置検出体として前記基板に形成され
たマークの位置情報を計測するための請求項３記載の位
置計測装置を備え、前記位置計測装置の計測結果に基づいて前記ステージを
移動させ、前記マスクと前記基板との相対的な位置合わ
せを行うための位置合わせ手段を更に備えることを特徴
とする露光装置。
【請求項５】被位置検出体の中央部を通り、第１方向
に伸びる直線及び当該第１方向と直交する第２方向に伸
びる直線で区分される第１象限から第４象限の各々に形
成されたマーク各々にほぼ同時に検出光を照射する照射
工程と、前記検出光を前記マーク各々に照射して得られる光に基
づいて前記マーク各々の位置情報をほぼ同時に得る計測
工程とを有することを特徴とする位置計測方法。
【請求項６】前記計測工程は、前記検出光を前記マー
クに照射して得られる光に含まれる前記マークの像の
内、撮像素子の撮像面の周辺部に設定された周辺計測領
域に結像する像に基づいて前記マークのおおまかな位置
情報を計測する第１計測工程と、前記第１計測工程における計測結果に基づいて前記被位
置検出体を移動させる移動工程と、前記撮像面の中央部を含んで設定された中央計測領域に
結像する像に基づいて前記マーク各々の位置情報をほぼ
同時に得る第２計測工程とを有することを特徴とする請
求項５記載の位置計測方法。
【請求項７】前記第１計測工程は、前記第１象限から
第４象限の各々に形成されたマークの少なくとも２つの
マークの位置情報を計測することを特徴とする請求項６
記載の位置計測方法。
【請求項８】前記周辺計測領域には、前記第１方向に
沿う２本の第１計測部と前記第２方向に沿う２本の第２
計測部とが設定され、前記第１計測工程は、一方の第１計測部と一方の第２計
測部とを用いて得られた計測結果に応じて、他の第１計
測部若しくは他の第２計測部、又は他の第１計測部及び
他の第２計測部に切り換えて計測を行う切換工程を有す
ることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の位置計
測方法。
【請求項９】前記マーク各々の位置情報の計測に先だ
って、前記マーク各々が前記センサ部各々に対して所定
量ずれた位置に配置されるように前記被位置検出体を配
置する工程を有することを特徴とする請求項６から請求
項８の何れか一項に記載の位置計測方法。
【請求項１０】請求項５から請求項９の何れか一項に
記載の位置計測方法を用いて、基板を前記被位置検出体
として該基板に形成されたマークの位置情報を計測する
位置計測工程と、前記位置計測工程における計測結果に基づいて、マスク
と前記基板との相対位置合わせを行う位置合わせ工程
と、露光光を前記マスクに照射し、前記マスクに形成された
パターンの像を前記基板上に転写する転写工程と、転写された前記基板を現像する現像工程とを含むことを
特徴とするデバイス製造方法。