JP2006073932A - フォーカス状態検出方法とその装置、フォーカス調整方法とその装置、位置検出方法とその装置及び露光方法とその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハステージ１１０の移動後に振動が静定するのを待つ必要なく直ちにアライメントＡＦを行なうことのできる方法を提供する。
【解決手段】ウエハＷのウエハ・アライメントセンサー１１７の合焦面に対するずれを検出すると同時に、Ｚ干渉計及びリニアスケールにより、ウエハステージ１１０が載置される定盤１３１とカラム１３２との距離Ｓ及び定盤１３１とウエハステージ１１０との間隔ｄを計測する。この計測結果に基づいて、ウエハＷを載置したウエハステージ１１０の位置ずれを算出し、これにより合焦面に対するずれ量を補正する。ウエハステージ１１０が振動していても適正なずれ量が検出できる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、例えば半導体素子等の電子デバイスを製造する際の露光装置のアライメントマーク等を検出してその位置を検出するアライメント系等に適用して好適なフォーカス状態検出方法とその装置、フォーカス調整方法とその装置、及び位置検出方法とその装置、及びそのような位置検出方法及び装置を適用した露光方法とその装置に関する。

半導体デバイス、液晶表示素子、ＣＣＤ等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子或いは薄膜磁気ヘッド等の電子デバイス（以下、電子デバイスと総称する）を製造する際には、露光装置を用いて、フォトマスクやレチクル（以下、レチクルと総称する）に形成された微細なパターンの像を、フォトレジスト等の感光剤を塗布した半導体ウエハやガラスプレート等の基板上に投影露光する。
この時用いられる露光装置としては種々の方式のものがあるが、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）やステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（スキャニング・ステッパ）が広く使用されている。ステッパは、レチクルと感光基板との相対的な位置合わせを行った後で、レチクルに形成されたパターンを感光基板上に設定された１つのショット領域に一括して転写し、転写後に感光基板をステップ移動させて他のショット領域の露光を順次行なう露光装置である。また、スキャニング・ステッパは、レチクルと感光基板とを連続的に相対移動（走査）させつつレチクルに形成されたパターンを逐次感光基板に転写し、転写後に感光基板を移動させて他のショット領域に対して再度走査露光を行なう露光装置である。

例えば半導体デバイスの製造においては、このような露光装置を用いて基板としてのウエハ上の各ショット領域に複数層の回路パターンを重ねて形成するが、２層目以降の回路パターンをウエハ上に投影露光する際には、ウエハ上の既に形成されているパターン上にこれから露光するレチクルのパターン像を正確に位置合わせする必要がある。すなわち、レチクルのパターン像の投影位置に、ウエハを高精度に位置合わせ（アライメント）する必要がある。そのためのウエハ或いはウエハ上の各ショットの位置検出方法（アライメント計測方法）としては、数箇所（３箇所以上であって、通常は例えば６〜８箇所）のサンプルショット（以下、ＥＧＡショットと称する）について計測した位置情報に基づいて統計演算処理を行ないウエハ上の全てのショット領域の位置情報を得るエンハンスド・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式が主流となっている（例えば、特許文献１参照）。

また、ウエハステージにロードされるウエハは、プリアライメントされた状態でウエハステージに載置されるが、ファインアライメントとしてのＥＧＡ計測を実行できるレベル（精度）での位置決めはされていない。そのため、通常、ＥＧＡ計測を実行する前にＥＧＡ計測に支障を来さない程度にウエハの位置を粗調整する、いわゆるサーチアライメントが行なわれる。サーチアライメントは、予め指定されたショット領域（例えば２箇所、以下サーチショットと称する）においてアライメントマーク（サーチアライメント用マーク）の位置を検出し、この検出結果に基づいてショット領域の座標値を補正するものである。

また、前述したファインアライメントとしてのＥＧＡやサーチアライメントにおいてアライメントマークの計測を行なう場合には、対象物のクリアな画像を得るためウエハ上のマーク形成面にアライメント光学系の結像面（合焦面）を一致させる必要がある。そのため、光学系の結像面に対するウエハの相対的な位置を検出し、これが一致するように、例えばウエハステージの高さを調整するアライメントＡＦ（オートフォーカス）が行なわれる。光学系の結像面とウエハ表面の相対的な位置を検出する方法としては、スリット状の光束でウエハ表面を照明し、照明されたウエハからの光束を対物光学系の瞳面で瞳分割し、瞳分割された光束の位置に基づいて結像面とウエハ表面の光軸方向の相対的な位置を検出するいわゆる瞳分割方式が知られている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、電子デバイスの製造工程における露光処理においては、従来よりスループットの向上が要求されており、アライメント処理についても、これを短時間で効率よく行ないたいという要望がある。そのための一方法として、例えば、サーチアライメント及び前述したファインアライメントとしてのＥＧＡ計測を含む一連のアライメント処理において、サーチショットとＥＧＡショットとの位置関係を考慮し、アライメント計測を行なうショットの順序を最適化することにより、ショット間の移動距離を少なくし、複数のマークを計測する際に要する時間を短縮した位置計測方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開昭６１−４４４２９号公報 特開平８−１６７５５０号公報 特開２００１−１３５５５９号公報

このような露光装置においてＦＩＡ系によりウエハアライメントを行なう場合には、前述したように、各ウエハ毎に、例えばサーチ計測２回とＥＧＡ計測（ファイン計測）８回というようなアライメントマークの位置計測を行なうことになる。従って、ウエハステージ（ウエハ）は１０回程度順次位置を移動することになり、その各位置においてアライメントＡＦ及びマークの位置計測が行なわれる。

この時、ウエハステージが移動したことによって、ウエハステージが停止した後もウエハステージが僅かに振動するという現象が生じる。このような状態においては、正確なフォーカス状態の計測や位置計測を行なうことができない。そのために、ウエハステージが移動した直後（停止後所定期間）は、ウエハステージの振動が静定する（収束する）のを待ってから、後段の計測を行なうことになる。すなわち、ウエハステージの移動直後は、直ちに計測処理を行なるのではなく、ある程度の時間待機し、振動が収まってから計測を行なうようにしている。

しかしながら、アライメント処理においても少しでもスループットを向上させることが要望されている中において、このような待機時間を要することは好ましくない。
実際、具体的な一例を挙げると、例えばウエハ上の８点程度の位置計測を３秒程度の時間で行なう露光装置において、ウエハステージの移動が終了してからステージが静定するまでの待機時間（計測を開始するまでの時間）としては、１計測箇所あたり１０ｍｓｅｃ〜２０ｍｓｅｃ程度の時間が必要となっている場合がある。従って、ＥＧＡショットの位置計測に要する約３秒のうち、８０ｍｓｅｃ〜１６０ｍｓｅｃはステージの移動後の静定待ち時間に費やされていることになり、決して無視できる時間ではない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ウエハステージ移動後にウエハステージの振動が静定するのを待機することなく直ちにアライメント系のフォーカス状態を検出することができるフォーカス状態検出方法及びその装置を提供することにある。
また本発明の他の目的は、そのフォーカス状態検出結果に基づいてフォーカス状態を調整することにより、ウエハステージ移動後においても迅速にアライメント系のフォーカス状態を調整することのできるフォーカス調整方法及びその装置を提供することにある。

また本発明の他の目的は、そのようなフォーカス調整を行なった上でウエハ等の物体の所望の箇所の位置を計測する検出ことにより、ウエハステージの移動後に迅速にその位置検出を行なうことのできる位置検出方法及びその装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、そのようにな位置検出方法及び装置を適用することにより、ウエハに対するアライメント計測を短時間で効率よく行ない、もって高スループットで露光処理を行なうことのできる露光方法及びその装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明に係るフォーカス状態検出方法は、ステージ上に載置された物体の位置を検出する位置検出光学系の合焦面に対する、前記位置検出光学系の焦点方向における前記物体のフォーカス状態を検出するフォーカス状態検出方法であって、前記物体上に検出光を照射して該検出光の反射光を検出することにより、前記物体の前記合焦面に対するずれ量を検出し、前記ずれ量の検出と同時に、前記焦点方向における前記ステージの位置情報を検出し、前記ずれ量を前記位置情報に基づいて補正することにより前記物体の前記フォーカス状態を算出する（請求項１）。

このような構成のフォーカス状態検出方法においては、ウエハ等の物体のフォーカス方向のずれ（合焦面に対するずれ）を検出すると同時に、焦点方向における物体を載置したステージの位置情報も検出し、検出された物体のずれ量をステージの位置情報により補正している。従って、例えばステージが振動しているような場合においても、その振動によるステージの位置の変位分は直ちに補正されるため、常に正しい物体のずれ量を検出することができる。

また、本発明に係るフォーカス調整方法は、前述したフォーカス状態検出方法により検出された前記フォーカス状態に基づいて、前記物体の前記焦点方向の位置が前記位置検出光学系の合焦面と一致するように、前記ステージの前記焦点方向の位置を調整する（請求項２）。

また、本発明に係る位置検出方法は、前述したフォーカス調整方法により前記焦点方向の位置が調整された前記物体上の所定箇所の位置を、前記位置検出光学系により検出する（請求項３）。
好適には、前記位置検出光学系による前記物体の前記所定箇所の位置の検出は、当該物体が載置される前記ステージが静定した状態で行なう（請求項４）。

また好適には、前記物体としての基板に形成された所望のパターンの位置を検出する方法であって、前記基板に形成された前記パターンが前記位置検出光学系の検出視野内に入るように前記ステージを移動し、前記基板が移動された直後に、前述したフォーカス調整方法により、前記位置検出光学系の検出視野内に配置された前記基板上のパターン領域が、前記位置検出光学系の合焦面と一致するように、前記ステージの前記焦点方向の位置を調整し、前記焦点方向の位置が調整された前記ステージに載置された前記基板に形成された前記パターンの前記焦点方向と直交する２次元平面内での位置を、前記位置検出光学系により検出する（請求項５）。

また好適には、前記基板の前記パターン領域の前記位置検出光学系の合焦面に対する前記焦点方向のずれ量の検出、及び、前記ステージの前記焦点方向の位置情報の検出は、前記ステージの前記移動の直後に、当該移動に伴う前記ステージの振動が収束していない状態において行なう（請求項６）。

また、本発明に係る露光方法は、前述した何れかの位置検出方法により、ステージ上に載置された基板に形成された位置計測対象のパターンの位置を検出し、前記検出された位置に基づいて前記基板の位置合わせを行ない、前記位置合わせされた基板上に、所定のパターンを転写露光する（請求項７）。

また、本発明に係るフォーカス状態検出装置は、ステージ上に載置された物体の位置を検出する位置検出光学系の合焦面に対する、前記位置検出光学系の焦点方向における前記物体のフォーカス状態を検出するフォーカス状態検出装置であって、前記物体上に検出光を照射して該検出光の反射光を検出することにより、前記物体の前記合焦面に対するずれ量を検出するずれ量検出手段（１１７，２３１，２３９）と、前記ずれ量の検出と同時に、前記焦点方向における前記ステージの位置情報を検出するステージ位置検出手段（２６１，２６２，２６９）と、前記ずれ量を前記位置情報に基づいて補正することにより、前記物体の前記フォーカス状態を算出するフォーカス状態算出手段（２８０）とを有する（請求項８）。

また、本発明に係るフォーカス調整装置は、前述したフォーカス状態検出装置と、前記フォーカス状態検出装置により検出された前記フォーカス状態に基づいて、前記物体の前記焦点方向の位置が前記位置検出光学系の合焦面と一致するように、前記ステージの前記焦点方向の位置を調整するステージ位置調整手段とを有する（請求項９）。

また、本発明に係る位置検出装置は、前述したフォーカス調整装置と、前記フォーカス調整装置により前記焦点方向の位置が調整された前記物体上の所定箇所の位置を検出する前記位置検出光学系とを有する（請求項１０）。
好適には、前記位置検出光学系による前記物体の前記所定箇所の位置の検出は、当該物体が載置される前記ステージが静定した状態で行なう（請求項１１）。

また好適には、前記物体としての基板に形成された所望のパターンの位置を検出する位置検出装置であって、前記基板に形成された前記パターンが前記位置検出光学系の検出視野内に入るように前記ステージを移動するステージ移動手段と、前記基板が移動された直後に、前記位置検出光学系の検出視野内に配置された前記基板上のパターン領域が、前記位置検出光学系の合焦面と一致するように、前記ステージの前記焦点方向の位置を調整する前述したフォーカス調整装置と、前記焦点方向の位置が調整された前記ステージに載置された前記基板に形成された前記パターンの前記焦点方向と直交する２次元平面内での位置を検出する前記位置検出光学系とを有する（請求項１２）。

また好適には、前記ずれ量検出手段による前記基板の前記パターン領域の前記位置検出光学系の合焦面に対する前記焦点方向のずれ量の検出、及び、前記ステージ位置検出手段による前記ステージの前記焦点方向の位置情報の検出は、前記ステージ移動手段による前記ステージの移動の直後に、当該移動に伴う前記ステージの振動が収束していない状態において行なう（請求項１３）。

また、本発明に係る露光装置は、ステージ上に載置された基板に形成された位置計測対象のパターンの位置を検出して当該基板の位置合わせを行なう前述した何れかの位置検出装置と、前記位置合わせされた基板上に、所定のパターンを転写露光する露光手段とを有する（請求項１４）。

本発明によれば、ウエハステージ移動後にウエハステージの振動が静定するのを待機することなく直ちにアライメント系のフォーカス状態を検出することができるフォーカス状態検出方法及びその装置を提供することができる。
また、そのフォーカス状態検出結果に基づいてフォーカス状態を調整することにより、ウエハステージ移動後においても迅速にアライメント系のフォーカス状態を調整することのできるフォーカス調整方法及びその装置を提供することができる。

また、そのようなフォーカス調整を行なった上でウエハ等の物体の所望の箇所の位置を計測する検出ことにより、ウエハステージの移動後に迅速にその位置検出を行なうことのできる位置検出方法及びその装置を提供することができる。
さらに、そのようにな位置検出方法及び装置を適用することにより、ウエハに対するアライメント計測を短時間で効率よく行ない、もって高スループットで露光処理を行なうことのできる露光方法及びその装置を提供することができる。

本発明の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
本実施形態においては、レチクルに形成された回路パターンの像を投影光学系を介してウエハ上の複数のショット領域に投影し転写する露光装置、及び、そのアライメント系を説明することにより本発明を説明する。

まず、その露光装置の主要部の全体構成について説明する。
図１は、露光装置１００の概略構成を示す図である。
露光装置１００においては、超高圧水銀ランプやエキシマレーザ等の光源１０２から射出された照明光が反射鏡１０３で反射され、露光に必要な波長の光のみを透過させる波長選択フィルタ１０４に入射される。波長選択フィルタ４を透過した照明光は、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ又はロッド）１０５によって均一な強度分布の光束に調整され、レチクルブラインド（視野絞り）１０６に到達する。レチクルブラインド１０６は、複数のブレードが駆動系１０６ａによってそれぞれ駆動されることにより開口Ｓの大きさを変化させ、照明光によるレチクルＲ上の照明領域を設定するものである。

レチクルブラインド１０６の開口Ｓを通過した照明光は、反射鏡１０７で反射されてレンズ系１０８に入射する。このレンズ系１０８によってレチクルブラインド１０６の開口Ｓの像がレチクルステージ１２０上に保持されたレチクルＲ上に結像され、レチクルＲの所望のパターン領域が照明される。なお、これら波長選択フィルタ１０４、オプティカルインテグレータ１０５、レチクルブラインド１０６及びレンズ系１０８により、露光装置１００の照明光学系が構成される。

レチクルステージ１２０は、投影光学系１０９の光軸と垂直な面内で２次元移動可能である。レチクルステージ１２０（レチクルＲ）の位置及び回転量は、図示しないレーザ干渉計によって検出され、その測定値であるレチクルステージ１２０（レチクルＲ）の位置情報は、ステージ制御系１１４、主制御系１１５及びアライメント制御系１１９にそれぞれ出力される。
レチクルＲの照明領域に存在する回路パターンやアライメントマークの像は、レジストが塗布されたウエハＷ上に投影光学系１０９によって結像される。これにより、ウエハステージ１１０上に載置されるウエハＷ上のショット領域に、レチクルＲのパターン像やアライメントマーク像が露光される。

ウエハステージ１１０は、ウエハＷを真空吸着する図示せぬウエハホルダを有し、リニアモータ等の駆動装置１１１によって、投影光学系１０９の光軸と垂直で互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動される。これにより、投影光学系１０９に対してその像面側でウエハＷが２次元移動され、例えばステップ・アンド・リピート方式（又はステップ・アンド・スキャン方式）で、ウエハＷ上（ウエハＷの位置合わせせれたショット領域上）にレチクルＲのパターン像が転写される。

また、ステージ移動座標系ＸＹ上でのウエハステージ１１０（ウエハＷ）のＸ、Ｙ方向の位置、及び回転量（ヨーイング量、ピッチング量、ローリング量）は、ウエハステージ１１０の端部に設けられた移動鏡（反射鏡）１２にレーザ光を照射するレーザ干渉計１１３によって検出される。レーザ干渉計１１３の測定値（位置情報）は、ステージ制御系１１４、主制御系１１５及びアライメント制御系１１９にそれぞれ出力される。

ステージ制御系１１４は、主制御系１１５及びレーザ干渉計１１３等からの位置情報に基づいて、駆動装置１１１等を介してレチクルステージ１２０及びウエハステージ１１０の移動をそれぞれ制御する。

主制御系１１５は、駆動系１０６ａを介したレチクルブラインド１０６の開口Ｓの大きさや形状の制御、アライメント制御系１１９から出力されるウエハＷ上のアライメントマークの位置情報に基づくＥＧＡ計算等を行ない、露光装置１００全体を統括制御する。
また、主制御系１１５には、各種露光データを入力するための入力部１２１が接続されている。露光データとしては、ショット領域の各位置、サーチショットの位置、ＥＧＡショットの位置、サーチマークの位置及びファインマーク（ＥＧＡマーク）の位置等が入力される。

露光装置１００には、レチクルＲとウエハＷとの位置合わせを行なうために、例えばＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のレチクル・アライメントセンサー１１６及びオフアクシス方式のウエハ・アライメントセンサー１１７が備えられている。

レチクル・アライメントセンサー１１６は、露光光アライメント方式のアライメント系であって、露光用照明光を用いてレチクルＲ及び投影光学系１０９を介して基準マーク部材１１８上の基準マークを検出し、レチクルＲ上に形成されたアライメントマーク（レチクル・アライメントマーク）及び基準マークの像を撮像素子（ＣＣＤ）により撮像し、その撮像信号をアライメント制御系１１９に出力する。これにより、レチクル・アライメントマークと基準マークの位置関係を直接的に観察できる。
なお、基準マーク部材１１８は、ウエハステージ１１０上に固定され、そのウエハＷの表面と同じ高さに基準マークが形成されている。

レチクル・アライメントセンサー１１６に関して、アライメント制御系１１９は、レチクル・アライメントセンサー１１６から入力されるレチクル・アライメントマークと基準マークの撮像信号に基づいて両マークの位置ずれ量を検出する。さらに、レーザ干渉計１１３等から入力されるウエハステージ１１０の位置測定値及びレチクルステージ１２０の位置測定値に基づいて、両マークの位置ずれ量が０（零）となる時のレチクルステージ１２０及びウエハステージ１１０の各位置を求める。これにより、ウエハステージ移動座標系ＸＹ上でのレチクルＲの位置が検出される。換言すればレチクルステージ移動座標系とウエハステージ移動座標系ＸＹとの対応付け（相対位置関係の検出）が行なわれる。アライメント制御系１１９は、その結果の位置情報を主制御系１１５に出力する。

ウエハ・アライメントセンサー１１７は、ＦＩＡ（Field Image Alignment）方式のアライメント系である。ウエハ・アライメントセンサー１１７は、投影光学系１０９とは別設される対物光学系を介して、ウエハＷ上のレジストを感光させない波長域の照明光、例えば波長が５３０〜８００ｎｍ程度の広帯域光（ブロードバンド光）をウエハＷ上のアライメントマーク（ウエハ・アライメントマーク）に照射し、その対物光学系を通して撮像素子（ＣＣＤ）の受光面上に指標マークの像とともにそのアライメントマークの像を形成し、両マーク像の撮像信号（光電変換信号、画像信号）をアライメント制御系１１９に出力する。

また、ウエハ・アライメントセンサー１１７は、ＡＦ（オートフォーカス）機能を有する。ウエハ・アライメントセンサー１１７のＡＦ機能は、ウエハＷ上のアライメントアーク形成面における照明光のフォーカス状態を検出するフォーカス状態検出部、及び、ウエハステージ１１０をウエハ・アライメントセンサー１１７の対物光学系の光軸に沿った方向に駆動し、ウエハＷ上のアライメントマーク形成面を対物光学系の焦点面に一致するように調整するフォーカス調整部を有する。フォーカス状態検出部は、例えばスリット状の光束でウエハ表面を照明し、照明されたウエハからの光束を対物光学系の瞳面で瞳分割し、瞳分割された光束の位置に基づいて結像面とウエハ表面の光軸方向の相対的な位置を検出するいわゆる瞳分割方式の検出部とする。

また、ウエハ・アライメントセンサー１１７は、ウエハＷを観察する１つの対物レンズに対して、サーチアライメント（サーチ計測）用の光学系とファインアライメント（ＥＧＡ計測）用の光学系との２つの別個（一部共通）の光学系を有する構成である。すなわち、１つの対物レンズを介してウエハＷ上の所定の箇所に照明光を照射して得た観察光（反射光）を、ウエハ・アライメントセンサー１１７内でサーチ用光学系又はファイン用光学系に入射させる構成となっている。

サーチ用光学系は、ファイン用光学系よりは低倍率であるものの広い視野範囲でウエハＷを観察できるようになっており、また、ファイン用光学系は、サーチ用光学系よりも視野範囲は狭いものの高倍率でウエハＷを観察できるようになっている。また、各光学系は各々２次元撮像素子を具備しており、各観察視野の画像を撮像できる構成となっている。これら各光学系を介して各撮像素子で撮像された撮像信号（光電変換信号）が、アライメント制御系１１９に出力される。
なお、ウエハ・アライメントセンサー１１７のサーチ用光学系及びファイン用光学系の観察視野については、後述するウエハアライメントに係る信号処理系の説明の際に図面を参照して詳細に説明する。

ウエハ・アライメントセンサー１１７に関して、アライメント制御系１１９は、例えばファインアライメント計測の際に、ウエハ・アライメントセンサー１１７からの撮像信号に基づいて、ファイン用光学系内に配置されており、ファイン計測を行なう際に基準となる指標マークとアライメントマーク（ウエハ・アライメントマーク）との位置ずれ量を検出する。さらに、レーザ干渉計１１３から入力されるウエハステージ１１０の位置測定値を参照して、その位置ずれ量が０（零）となる時のウエハステージ１１０の位置をウエハステージ移動座標系ＸＹ上でのアライメントマークの座標値として求める。そして、アライメント制御系１１９は、その位置情報を主制御系１１５に出力する。

主制御系１１５は、アライメント制御系１１９に対して信号処理条件等の指令を与えるとともに、アライメント制御系１１９から出力されるアライメントマークの位置情報（座標値）に基づいてサーチ計測及びファイン計測（ＥＧＡ計算）を行なう。また、主制御系１１５は、計測したアライメントマークの位置情報に基づいて、ウエハＷの位置の制御、及び、ウエハＷの各ショット領域へのレチクルＲのパターンの像の転写を制御する。

具体的には、主制御系１１５は、予め指定された例えば２箇所のサーチショット領域のアライメントマーク（サーチアライメント用マーク）の位置を計測し、この計測結果に基づいてＥＧＡ計測が可能なようにウエハＷの位置を調整する。また、サーチアライメントにより位置調整されたウエハＷにおける予め指定された例えば６箇所のＥＧＡショット領域のアライメントマーク（ファインアライメント用マーク）の位置を計測し、この計測結果に基づいてウエハＷ上の全てのショット領域の位置（例えばショットセンタ等の基準点の位置）の座標値を算出する。

そして、主制御系１１５は、ウエハ・アライメントセンサー１１７のベースライン量に基づいてその算出した座標値を補正し、この補正した座標値をステージ制御系１１４に出力する。
ステージ制御系１１４は、主制御系１１５からの位置情報に基づいて、駆動装置１１を介してウエハステージ１０の移動を制御する。
そして、主制御系１１５の制御により、例えばステップ・アンド・リピート方式（又はステップ・アンド・スキャン方式）で、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。
以上、露光装置１００の全体の構成の説明である。

次に、このような構成の露光装置１００で用いるウエハＷ、及び、ウエハＷに形成されたアライメントマークについて、図２及び図３を参照して説明する。
図２は、露光装置１００で用いるウエハＷ上のアライメントに用いるショット領域の例を示す図であり、図３は、アライメント計測対象のマークＭ及びウエハ・アライメントセンサー１１７の観察視野を説明するための図である。
露光装置１００で用いるウエハＷには、複数のショット領域がマトリックス状に配列されており、各ショット領域には前工程での露光及び現像等により各々回路パターンが形成されている。本実施形態においては、これらのショット領域に対して、図２に示すように、２箇所のサーチショット領域ＳＳ１及びＳＳ２、及び、６箇所のファインアライメント（ＥＧＡ）ショット領域ＥＳ１〜ＥＳ６の８箇所のショット領域を、位置計測対象のショット領域として設定している。

これらのアライメント計測対象の各ショット領域ＳＳ１、ＳＳ２及びＥＳ１〜ＥＳ６には、各パターン領域の外側に、図３に示すような、サーチ計測とファイン計測（ＥＧＡ計測）で同一のマークであり、また、Ｘ方向の位置計測とＹ方向の位置計測の両方に用いるアライメントマークＭが形成されている。アライメントマークＭは、Ｘ方向及びＹ方向を各々計測方向とする２次元方向計測用マークである。

このようなウエハＷ及び各アライメントマークＭに対して、後に詳述する本発明に係るウエハアライメント処理においては、まず、第１のサーチショット領域ＳＳ１に付随するアライメントマークＭ、及び、第２のサーチショット領域ＳＳ２に付随するアライメントマークＭが、各々サーチ計測時のウエハ・アライメントセンサー１１７の観察視野ＶＳ（図３参照）内に配置されるようにウエハステージ１１０を順次移動し、移動した各位置においてアライメントＡＦを行ない、順次そのマークの位置を計測することにより、サーチアライメントを行なう。
また、サーチアライメントの結果に基づいて、第１のＥＧＡショット領域ＥＳ１〜第６のＥＧＡショット領域ＥＳ６に各々付随するアライメントマークＭが、各々ＥＧＡ計測時のウエハ・アライメントセンサー１１７の観察視野ＶＦ内に配置されるようにウエハステージ１１０を順次移動し、移動した各位置においてアライメントＡＦを行ない、順次そのマークの位置を計測し、その位置計測結果に基づいてウエハＷ上の全ショット領域の位置を検出するＥＧＡ計測を行なう。

本発明に係るアライメント処理は、これらサーチアライメント或いはＥＧＡ計測を行なう際に、各ショット領域に付随するアライメントマークＭがウエハ・アライメントセンサー１１７の観察視野ＶＳ又はＶＦ内に配置されるようにウエハステージ１１０を移動した直後のアライメントＡＦを行なうタイミング及びそのアライメントＡＦの方法に特徴を有するものである。

次に、このような構成の露光装置１００における、ウエハ・アライメントセンサー１１７とウエハステージ１１０の相対的な位置関係、及び、本発明に係るウエハ・アライメントセンサー１１７のフォーカス状態検出方法について図４を参照して説明する。
図４は、露光装置１００のウエハステージ１１０、投影光学系１０９及びウエハ・アライメントセンサー１１７の設置状況及びその相対的な位置関係を説明するための図である。
図４に示すように、ウエハステージ１１０は、定盤１３１上に載置され設置されている。また、投影光学系１０９及びウエハ・アライメントセンサー１１７は、カラム１３２に設置されている。これら定盤１３１及びカラム１３２は、各々アクティブな防振装置１４０を介して露光装置１００のフレームに対して設置され、各々所定の基準位置に維持されている。また、定盤１３１、投影光学系１０９及びウエハ・アライメントセンサー１１７は、定盤１３１及びカラム１３２に設置されることで、各々所定の基準位置に維持されている。
なお、図４においては図示のごとくＸＹＺ軸を規定する。この場合、Ｚ方向正の向きが実空間における鉛直上向きの方向となる。

このような各構成部の設置状況において、定盤１３１の上面とカラム１３２の下面との距離Ｓは、図４ではＺ干渉計２６１により計測され、また、定盤１３１の上面とウエハステージ１１０の底面との間隔ｄは、リニアスケール２６２により計測される。また、ウエハステージ１１０の厚みａは、一定の値に維持されるとみなすことができる。従って、ウエハ・アライメントセンサー１１７とウエハステージ１１０の上面との距離は、Ｚ干渉計２６１による距離Ｓの計測値、リニアスケール２６２による間隔ｄの計測値及び固定値であるウエハステージ１１０の厚さａに基づいて算出することができる。
通常、このウエハ・アライメントセンサー１１７とウエハステージ１１０の距離は、所定の基準間隔となるように維持されているが、例えばアライメント計測時等においてウエハステージ１１０が定盤１３１上を移動してＺ方向に振動している場合には、この距離は変動する。しかしこのこの変動、すなわち、ウエハ・アライメントセンサー１１７とウエハステージ１１０との距離の相対的なずれ量は、前述したようにＺ干渉計２６１及びリニアスケール２６２の計測結果から算出することができる。

そこで本発明に係るフォーカス状態検出方法においては、ウエハステージ１１０上に載置されたウエハＷのウエハ・アライメントセンサー１１７の光学系の合焦面に対するずれ量Δｚをウエハ・アライメントセンサー１１７で計測すると同時に（並行して）、その時のカラム１３２と定盤１３１との距離Ｓ及び定盤１３１とウエハステージ１１０との間隔ｄを、各々Ｚ干渉計２６１及びリニアスケール２６２で計測しておく。
これにより、距離Ｓ及び間隔ｄよりウエハステージ１１０の変位量が算出できるので、ウエハ・アライメントセンサー１１７で検出されたフォーカスずれ量Δｚを、このウエハステージ１１０の変位量で補正する。その結果、ウエハステージ１１０が基準位置にある状態、すなわちウエハステージ１１０が移動した後に十分に時間が経過してウエハステージ１１０の振動が静定した状態に対する、ウエハ・アライメントセンサー１１７のフォーカスずれ量を検出することができる。

次に、このような処理を行なう露光装置１００のウエハアライメントに関する信号処理系（以下、ウエハアライメント系と称する）の構成について図５を参照して説明する。
図５は、そのウエハアライメント系２００の構成を示す図である。
図５に示すように、ウエハアライメント系２００は、後述する２台のサーチ系カメラ２１１及び２１２、サーチ部２１９、後述する３台のファイン系カメラ２２１〜２２３、ファイン部２２９、１台のフォーカスカメラ２３１、フォーカス部２３９、位置モニター部２４０、Ｚ干渉計２６１、リニアスケール２６２、その他の各センサー部２６９、データ通信用光伝送路（光ファイバー）２７０、モニター用映像出力ライン２７１、位置データ通信用光伝送路２７２、フォーカス信号蓄積制御線２７３、信号処理部２８０及びモニター２９０を有する。

なお、図５に示すサーチ系カメラ２１１及び２１２、サーチ部２１９、ファイン系カメラ２２１〜２２３、ファイン部２２９、フォーカスカメラ２３１、フォーカス部２３９及びその他の各センサー部２６９は、図１に示した露光装置１００においてウエハ・アライメントセンサー１１７を構成するものである。また、位置モニター部２４０は、図１においてはステージ制御系１１４に含まれる構成である。また、信号処理部２８０は、図１におけるアライメント制御系１１９と主制御系１１５を合わせて１の制御部として示したものである。

図５に示すウエハアライメント系２００において、２台のサーチ系カメラ２１１及び２１２は、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２である。
サーチカメラ２１１は、ウエハＷの所望のサーチマーク検出領域を、図３に示すような観察視野ＶＳを所定の倍率で観察し、その映像信号（ビデオ信号）をサーチ部２１９に出力する２次元ＣＣＤカメラである。

サーチカメラ２１１の観察視野ＶＳは、図３に示すように、計測対象のアライメントマークＭのウエハプリアライメント（ウエハステージにウエハを載せる前に行なわれるアライメント処理）による位置合わせ誤差を十分に吸収できる程度にある程度広い領域である。また、後述するファイン計測の際の観察視野ＶＦよりも広い領域である。但し、サーチカメラ２１１の観察倍率は、後述するＸ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２の観察倍率よりも低い。観察領域ＶＳのウエハＷ上の配置は、主制御系１１５及びステージ制御系１１４により駆動装置１１１を介してウエハＷの位置が制御されることにより設定される。

観察カメラ２１２は、アシスト及び調整等のためにサーチカメラ２１１よりさらに広い視野でウエハＷ上を観察するためのカメラである。

サーチ部２１９は、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２の制御部であるとともに、これらサーチ系カメラ２１１及び２１２と信号処理部２８０とのインターフェイス部である。サーチ部２１９には、データ伝送路２７０を介して信号処理部２８０からサーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２の制御信号が入力される。サーチ部２１９は、これをサーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２に出力する。これにより、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２は、各々所望の動作に制御される。

また、サーチ部２１９は、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２から入力される映像信号（アナログ映像信号）から、信号処理部２８０から入力される制御信号に基づいて所望のタイミングの画像を取り込む。そして、その画像信号をＡＤ変換してデジタル画像信号に変換した後、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に送出する。
その際サーチ部２１９は、信号処理部２８０からの制御信号に基づいて、必要に応じてデジタル画像信号の圧縮等の符号化処理（信号の加工）を行った上で、その符号化した信号をデータ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に送出する。

また、サーチ部２１９は、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２から入力される映像信号（アナログ映像信号）をモニター用映像出力ライン２７１を介してモニター２９０に出力する。本実施形態においては、サーチカメラ２１１及び観察カメラ２１２から各々独立にモニター２９０に対して映像信号が出力されるものとする。サーチ部２１９は、オペレータの選択操作に基づいて図示せぬ信号線を介して入力される選択信号に基づいて、各映像信号のモニター２９０への出力を制御する。これにより、サーチカメラ２１１又は観察カメラ２１２での観察映像或いは取り込んだ画像が、例えばオペレータ等の確認のためにモニター２９０に表示される。

ウエハアライメント系２００の３台のファイン系カメラ２２１〜２２３は、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１、Ｙ方向計測用ファインカメラ２２２及び指標マーク計測用カメラ２２３である。
Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２は、ウエハＷの所望のファインマーク検出領域を、各々図３に示すような観察視野ＶＦＸ及びＶＦＹで所定の倍率により観察し、その映像信号（ビデオ信号）をファイン部２２９に出力する２次元ＣＣＤカメラである。

Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１は、Ｘ方向を走査方向（走査線方向）として観察視野ＶＦＸ内を撮像し、Ｙ方向計測用ファインカメラ２２２は、Ｙ方向を走査方向（走査線方向）として観察視野ＶＦＹ内を撮像する。本実施形態においては、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１の観察視野ＶＦＸとＹ方向計測用ファインカメラ２２２の観察視野ＶＦＹとは同一の観察視野（観察視野ＶＦ）とするが、例えば計測対象のアライメントマークの各方向の計測に無効な成分を少しでも除外するように、異なる領域に設定してもよい。
なお、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２の観察倍率は、前述したサーチカメラ２１１の観察倍率よりも高い。また、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２の観察視野ＶＦの範囲は、サーチカメラ２１１の観察視野ＶＳよりも狭い。

観察視野ＶＦＸ及びＶＦＹは、図３に示すように、サーチ計測時の観察視野ＶＳよりも狭い領域である。
観察視野ＶＦのウエハＷ上の配置は、主制御系１１５及びステージ制御系１１４により駆動装置１１１を介してウエハＷの位置が制御されることにより設定される。

指標マーク計測用カメラ２２３は、ＦＩＡの光学系の対物レンズの先端に付されているリファレンス用の指標マークを検出するためのカメラである。ウエハ・アライメントセンサー１１７の対物レンズに、温度や気圧等の環境条件等による位置変動、何らかの理由による機械的な位置変動、或いは、振動又はドリフト等が生じた場合、ウエハ・アライメントセンサー１１７においては相対的に観察する像が移動したように見える。このような位置変動をキャンセルするために、対物レンズの先端に指標マークが付されており、指標マーク計測用カメラ２２３はこの指標マークの位置を検出する。なお、この指標マークを計測する際には、専用の赤外検出光が用いられる。指標マークに照射され該マーク上で反射された赤外光は、指標カメラ２２３以外では検出されないように、他のカメラ２１１，２１２、２２１，２２２及び２３１の直前には赤外光カットフィルタが設けられている。

ファイン部２２９は、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１〜指標マーク計測用カメラ２２３の制御部であるとともに、これらファイン系カメラ２２１〜２２３と信号処理部２８０とのインターフェイス部である。ファイン部２２９には、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０からＸ方向計測用ファインカメラ２２１〜指標マーク計測用カメラ２２３の制御信号が入力される。ファイン部２２９は、これを各カメラ２２１〜２２３に出力する。これにより、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１〜指標マーク計測用カメラ２２３は、各々所望の動作に制御される。

また、ファイン部２２９は、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１〜指標マーク計測用カメラ２２３から入力される映像信号（アナログ映像信号）から、信号処理部２８０から入力される制御信号に基づいて所望のタイミングの画像を取り込む。そして、その画像信号をＡＤ変換してデジタル画像信号に変換した後、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に送出する。
その際ファイン部２２９は、信号処理部２８０からの制御信号に基づいて、必要に応じてデジタル画像信号の圧縮等の符号化処理（信号の加工）を行った上で、その符号化した信号をデータ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に送出する。

また、ファイン部２２９は、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１、Ｙ方向計測用ファインカメラ２２２及び指標マーク計測用カメラ２２３から入力される映像信号（アナログ映像信号）をモニター用映像出力ライン２７１を介してモニター２９０に出力する。本実施形態においては、ファイン系カメラ２２１〜２２３から各々独立にモニター２９０に対して映像信号が出力されるものとする。ファイン部２２９は、オペレータの選択操作に基づいて図示せぬ信号線を介して入力される選択信号に基づいて、各映像信号のモニター２９０への出力を制御する。これにより、ファイン系カメラ２２１〜２２３で撮像された画像が、例えばオペレータ等の確認のためにモニター２９０に表示される。

ウエハアライメント系２００のフォーカスカメラ２３１は、ウエハ・アライメントセンサー１１７の照明光の光軸方向（フォーカス方向）における、その照明光の結像面に対するウエハＷ表面の相対的位置関係を検出するために、ウエハＷの表面に斜め方向から入射した光束を検出するためのＣＣＤカメラである。

フォーカス部２３９は、フォーカスカメラ２３１の制御部であるとともに、フォーカスカメラ２３１と信号処理部２８０とのインターフェイス部である。フォーカス部２３９は、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０から入力される制御信号に基づいて、フォーカスカメラ２３１を制御する。
また、フォーカス部２３９は、フォーカスカメラ２３１から入力される映像信号（アナログ映像信号）から、信号処理部２８０から入力される制御信号、或いはまた、位置モニター部２４０からフォーカス信号蓄積制御線２７３を介して入力されるフォーカス情報の蓄積指示信号に基づいてフォーカスカメラ２３１からの画像をフォーカス情報として取り込む。そして、その画像信号をＡＤ変換してデジタル画像信号に変換した後、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に送出する。
その際フォーカス部２３９は、信号処理部２８０からの制御信号に基づいて、必要に応じてデジタル画像信号の圧縮等の符号化処理（信号の加工）を行った上で、その符号化した信号をデータ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に送出する。

また、フォーカス部２３９は、フォーカスカメラ２３１から入力される映像信号（アナログ映像信号）をモニター用映像出力ライン２７１を介してモニター２９０に出力する。ファイン部２２９は、オペレータの選択操作に基づいて図示せぬ信号線を介して入力される選択信号に基づいて、各映像信号のモニター２９０への出力を制御する。これにより、フォーカスカメラ２３１で撮像された画像が、例えばオペレータ等の確認のためにモニター２９０に表示される。

位置モニター部２４０は、レーザ干渉計１１３から入力されるウエハステージ１１０の位置を示す干渉計データ（位置座標情報）を、位置データ通信用光伝送路２７２を介して信号処理部２８０に送出する。
また、位置モニター部２４０は、その干渉計データを監視し、ウエハステージ１１０の位置座標値が、信号処理部２８０より図示せぬ制御線を介して予め設定されたフォーカス信号蓄積位置と等しくなった場合に、フォーカス信号蓄積制御線２７３を介してフォーカス部２３９に対して、フォーカス情報の蓄積を指示する信号を出力する。

Ｚ干渉計２６１は、図４を参照して説明したように、定盤１３１とカラム１３２との距離Ｓを計測する干渉計である。

また、リニアスケール２６２は、図４を参照して説明したように、定盤１３１とウエハステージ１１０との間隔を計測する干渉計である。

その他の各センサー部２６９は、サーチ系カメラ２１１及び２１２、ファイン系カメラ２２１〜２２３及びフォーカスカメラ２３１以外の他のセンサーとのインターフェイス部であり、例えば、Ｚ干渉計２６１やリニアスケール２６２等が接続される。
その他の各センサー部２６９には、信号処理部２８０からこれらのセンサーの制御信号が入力される。その他の各センサー部２６９は、これを各センサーに出力する。これにより、各センサーが各々所望の動作に制御される。
また、その他の各センサー部２６９は、接続される各センサーから入力される信号を、データ伝送路２７０を介して信号処理部２８０に送出する。その他の各センサー部２６９は、信号処理部２８０から入力される制御信号に基づいて所望のタイミングで各センサーからの信号を取り込み、その信号をＡＤ変換してデジタル信号として、信号処理部２８０に送出する。

また、その他の各センサー部２６９は、接続されるセンサーからの入力信号が映像信号である場合、その映像信号をモニター用映像出力ライン２７１を介してモニター２９０に出力する。その他の各センサー部２６９は、オペレータの選択操作に基づいて図示せぬ信号線を介して入力される選択信号に基づいて映像信号のモニター２９０への出力を制御する。

データ通信用光伝送路２７０は、サーチ部２１９、ファイン部２２９、フォーカス部２３９、その他の各センサー部２６９及び信号処理部２８０を接続する伝送手段である。本実施形態において、データ通信用光伝送路２７０は、光ファイバーを伝送媒体として構成された光リンク等の高速なデジタル光信号伝送路、すなわち光通信ネットワークである。
データ通信用光伝送路２７０は、サーチ部２１９、ファイン部２２９、フォーカス部２３９、その他の各センサー部２６９及び信号処理部２８０（データ通信用光伝送路２７０に接続されるこれらの構成部をノードと総称する）をループ状に接続する。これらの各ノードは、各々がデータ通信用光伝送路２７０のデータの送受信をコントロールするバスコントローラを具備しており、これらのコントローラが順次データパケットを送信し、受信し、或いは中継することにより、任意のノード間で所望のデータパケットの送受信が行なわれる。

このような構成のデータ通信用光伝送路２７０を介して、サーチ部２１９、ファイン部２２９、フォーカス部２３９及びその他の各センサー部２６９から信号処理部２８０へ、画像信号やセンサー出力信号等のデジタルデータが伝送される。
また、本実施形態においては、信号処理部２８０からサーチ部２１９、ファイン部２２９、フォーカス部２３９及びその他の各センサー部２６９へのコマンド、パラメータ等の転送も、このデータ通信用光伝送路２７０を介して行なわれる。

モニター用映像出力ライン２７１は、サーチ部２１９、ファイン部２２９、フォーカス部２３９及びその他の各センサー部２６９からモニター２９０へモニター用の映像信号を伝送する伝送系である。

位置データ通信用光伝送路２７２は、位置モニター部２４０から信号処理部２８０にレーザ干渉計１１３の干渉計データを送信するための伝送手段であり、光伝送路２７０と同様に、光ファイバーを伝送媒体として構成された光リンク等の高速なデジタル光信号伝送路、すなわち光通信ネットワークである。

信号処理部２８０は、露光装置１００の各部を制御する制御部である。ウエハアライメント系２００に係る処理として、信号処理部２８０は、サーチ系カメラ２１１及び２１２、ファイン系カメラ２２１〜２２３、及び、フォーカスカメラ２３１を介して入力されるアライメントマーク等の撮像信号に基づいて、そのマークの所望方向の１次元信号波形を検出する。また、そのマークの信号波形に基づいて、そのマークの位置を検出する処理を行なう。また、ウエハ上の６箇所のＥＧＡショットの位置計測結果に基づいて、演算統計処理によりウエハ上の全てのショット領域の位置を算出するＥＧＡ演算処理を行なう。

また、それらマークの位置計測に先だって、信号処理部２８０はアライメントＡＦを行なう。露光装置１００においてアライメントＡＦは、ウエハ・アライメントセンサー１１７のサーチ系光学系或いはファイン系光学系の観察視野ＶＳ又はＶＦに計測対象のアライメントマークＭが配置されるようにウエハステージ１１０が移動されたら、移動が終了した直後に直ちに行なう。すなわち、ウエハステージ１１０の移動に伴ってウエハステージ１１０が振動しており、未だ静定していない状態に置いて、直ちに、その光学系の合焦面に対するウエハＷのフォーカス方向の位置ずれを検出する。

この時、信号処理部２８０は、フォーカス部２３９を介してフォーカスカメラ２３１に制御信号を送出すると同時に、その他の各センサー部２６９を介してＺ干渉計２６１及びリニアスケール２６２からのデータもフォーカス信号の取り込みに同期して取り込むように指示する。そして、この時のフォーカス状態検出結果（フォーカスずれ量）を、Ｚ干渉計２６１及びリニアスケール２６２で計測した定盤１３１とカラム１３２との距離Ｓ及びウエハステージ１１０と定盤１３１との間隔ｄに基づいて補正し、フォーカスずれ量の正しい値を求める。そして、そのずれ量が零になるように、ステージ制御系１１４及び駆動装置１１１を介してウエハステージ１１０を駆動する。

モニター２９０は、例えばオペレータ等が、サーチ系カメラ２１１及び２１２、ファイン系カメラ２２１〜２２３及びフォーカスカメラ２３１で撮像した画像を観察するためのモニターであり、モニター用映像出力ライン２７１を介して転送された画像信号が表示される。

次に、このような構成のウエハアライメント系２００の動作について図７を参照して説明する。
図７は、そのアライメント処理の流れを示すフローチャートである。
前工程が完了したウエハＷがウエハステージ１１０にプリアライメントされた状態でロードされることによりアライメントが開始される（ステップＳ１０）。
まず、ステージ制御系１１４が駆動装置１１１を介してウエハステージ１１０を駆動することでウエハ・アライメントセンサー１１７のサーチ用観察視野ＶＳの視野中心に、第１のサーチショット領域ＳＳ１のアライメントマーク（第１のサーチマーク）を移動させる（ステップＳ１２）。なお、ウエハＷの位置は、ウエハステージ１１０を介してレーザ干渉計１１３により高精度にモニターされており、このモニター結果に基づきステージ制御系１１４がウエハＷの位置を高精度に位置決めする。

ウエハＷの移動が完了すると、ウエハステージ１１０の振動が静定したか否かにかかわらず、直ちにウエハ・アライメントセンサー１１７はウエハ・アライメントセンサー１１７のフォーカス調整を行なう（ステップＳ１３）。すなわち、ウエハ・アライメントセンサー１１７のフォーカス状態検出機能により、ウエハＷのアライメントマークの形成面のウエハ・アライメントセンサー１１７の光学系の合焦面に対するずれ量を検出する。またこの時同時に、Ｚ干渉計２６１及びリニアスケール２６２により定盤１３１とカラム１３２との距離Ｓ（図４参照）及びウエハステージ１１０と定盤１３１との間隔ｄを検出する。これらの距離を計測したら、その距離Ｓ及び間隔ｄに基づいて、ウエハステージ１１０の位置を検出し、基準の位置からのずれ量を検出する。そして、ウエハＷのアライメントマークの形成面のフォーカス方向のずれ量を、このウエハステージ１１０のずれ量で補正して、真のフォーカス方向のずれ量を検出する。そして、主制御系１１５、ステージ制御系１１４及び駆動装置１１１を介してウエハステージ１１０をＺ方向に駆動し、アライメントマーク形成面をウエハ・アライメントセンサー１１７の合焦面と一致するように調整する。

このようにしてアライメントＡＦが終了したら、ハロゲンランプ等からの照明ビームで照明されたサーチショット領域ＳＳ１を撮像する（ステップＳ１４）。すなわち、サーチ用光学系のサーチカメラ２１１で、例えば図３に示すように設定される観察視野ＶＳの画像を撮像する。
撮像して得られた撮像信号（画像信号）は、サーチ部２１９でデジタル信号に変換された後、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に出力され、信号処理部２８０内のメモリ２８１に記憶される。
なおこの時に指標マーク計測用カメラ２２３でも赤外光を用いて指標マークの計測を行なう。

第１のサーチショット領域ＳＳ１の画像を取り込んだ信号処理部２８０は、取り込んだ画像信号に基づいて、第１のサーチマークの位置計測（サーチ計測）を行なう（ステップＳ１６）。すなわち、第１のサーチマークのサーチカメラ２１１の視野を基準とした座標値（位置情報）を計測する。

第１のサーチマークのサーチ位置計測が終了したら、次に計測すべきサーチマークの有無を判別する（ステップＳ１８）。ここでは、次に計測すべきサーチマークとして第２のサーチマーク（サーチショットＳＳ２に付随したマーク）が存在するので、この第２のサーチマークのサーチ位置計測を上記と同様にして行なう（ステップＳ１２〜Ｓ１６）。
すなわち、ステップＳ１２の処理に戻って、ウエハ・アライメントセンサー１１７のサーチ用観察視野ＶＳの視野中心に第２のサーチショット領域ＳＳ２のアライメントマークを移動させ（ステップＳ１２）、フォーカス調整を行ない（ステップＳ１３）、ウエハ・アライメントセンサー１１７のサーチ用光学系のサーチカメラ２１１により、そのサーチ視野内を撮像する（ステップＳ１４）。なお、ステップＳ１３のフォーカス調整の際には、前述したように、フォーカスカメラ２３１の計測結果を、Ｚ干渉計２６１及びリニアスケール２６２の出力に基づいて補正した値に基づいてステージ１１０をＺ方向に駆動することにより行われる。撮像された画像信号は、サーチ部２１９内でＡＤ変換してデジタル信号に変換され、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に転送される。そして、サーチカメラ２１１で撮像された撮像信号に基づいて、第２のサーチショット領域ＳＳ２のサーチマークの座標値（位置情報）が求められる（ステップＳ１６）。

第１及び第２の２つのサーチマークの撮像が終了し、計測すべきサーチマークの計測が全て終了したら（ステップＳ１８）、信号処理部２８０は、計測された各サーチマークの座標値、及び、対応する設計上の座標値に基づいて演算処理を行ない、ＥＧＡショット毎にウエハステージ移動座標系ＸＹ上でのファインマークの設計上の座標値を補正する（ステップＳ２０）。

このようなサーチアライメントによりファインマークの座標値（ＥＧＡショットの座標値）が補正されたら、次に、ファインアライメントとしてのＥＧＡを実行する。
本実施形態においては、６箇所のＥＧＡショットＥＳ１〜ＥＳ６に付随したアライメントマークの位置を計測（ファインアライメント計測）してＥＧＡ処理を行なう。
まず、ウエハ・アライメントセンサー１１７のファイン光学系の観察視野ＶＦの位置に、第１のＥＧＡショットＥＳ１のファインアライメント用マークが配置されるようにウエハステージ１１０（ウエハＷ）を移動させる（ステップＳ２４）。

ウエハＷの移動が完了すると、ウエハ・アライメントセンサー１１７は、サーチ計測時と同様な手法（上述した手法）でフォーカス調整を行ない（ステップＳ２５）、ハロゲンランプ等からの照明ビームで照明されたＥＧＡショット領域ＥＳ１を撮像する（ステップＳ２６）。すなわち、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２で、各々観察視野ＶＦＸ及びＶＦＹの画像を撮像する。
撮像して得られた撮像信号（画像信号）は、ファイン部２２９でデジタル信号に変換された後、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に出力され、信号処理部２８０内のメモリ２８１に記憶される。
そして、信号処理部２８０は、取り込んだ画像信号に基づいて、ファインマークの位置計測を行なう（ステップＳ２８）。

第１のＥＧＡショット領域ＥＳ１のアライメントマーク（ファインマーク）の位置計測が終了したら、次に計測すべきファインマークの有無を判別する（ステップＳ３０）。ここでは、次に計測すべきファインマークとして第２のファインマーク（ＥＧＡショットＥＳ２に付随したマーク）が存在するので、この第２のファインマークの位置計測を上記と同様にして行なう（ステップＳ２４〜Ｓ２８）。

すなわち、ステップＳ２４の処理に戻って、ウエハ・アライメントセンサー１１７のファイン用観察視野ＶＦの視野中心に第２のＥＧＡショット領域ＥＳ２のアライメントマークを移動させ（ステップＳ２４）、フォーカス調整の後、ウエハ・アライメントセンサー１１７のファイン用光学系のＸ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２により、ファイン視野（ＶＦＸ及びＶＦＹ）内を撮像する（ステップＳ２６）。撮像された画像信号は、ファイン部２２９内でＡＤ変換してデジタル信号に変換され、データ通信用光伝送路２７０を介して信号処理部２８０に転送される。そして、Ｘ方向計測用ファインカメラ２２１及びＹ方向計測用ファインカメラ２２２で各々撮像された撮像信号に基づいて、第２のＥＧＡショット領域ＥＳ２のファインマークの座標値（位置情報）が求められる（ステップＳ２８）。

このような処理を、位置計測すべきＥＧＡショットが存在する間順次繰り返し、全てのＥＧＡショット（本実施形態においては、６個のＥＧＡショットＥＳ１〜ＥＳ６）のマークＭの位置計測が終了したら、それらの位置計測結果を用いてＥＧＡ演算を行なう。
すなわち、各アライメントマークの計測値と設計値とに基づいて最小二乗法等の統計演算処理を行ない、ウエハＷ上のショット領域の配列特性に関する位置情報としてのＸシフト、Ｙシフト、Ｘスケール、Ｙスケール、回転、直交度等の誤差パラメータを算出する。
そして、これらの誤差パラメータに基づいて、ウエハＷ上の全てのショット領域に対して設計上の座標位置を補正する（ステップＳ３２）。

露光装置１００においては、順次投入されるウエハＷに対して、このようなアライメント処理を行なって各ショット領域の位置情報を獲得し、以後、順次その位置情報に基づいてウエハＷを位置合わせし、ウエハＷの各ショット領域に露光を行なう。

このように、本実施形態の露光装置１００においては、サーチ計測及びＥＧＡ計測のアライメント計測時に、ウエハ・アライメントセンサー１１７の観察視野内にアライメントマークＭが配置されたら、ウエハステージ１１０の振動が静定する前に直ちにアライメントＡＦを行っている。従って、従来、ウエハステージ１１０が静定するまで待機していた時間分だけ処理時間を短縮することができ、アライメント計測を短時間で効率よく、高スループットで行なうことができる。
なお、本実施形態ではサーチ計測、ＥＧＡ（ファイン）計測の何れの計測においても、その計測前に上述のアライメントＡＦを行うように構成しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、ＥＧＡ計測（ファインアライメント計測）よりも要求される精度が比較的に緩いサーチ計測においては、上述したアライメントＡＦ処理は行わずにサーチ計測を行うようにしてスループットを向上させるようにしても良い。

また、Ｚ干渉計２６１及びリニアスケール２６２における計測結果に基づいてウエハ・アライメントセンサー１１７におけるフォーカス状態検出結果を補正しているので、ウエハステージ１１０が振動していたとしても適切なフォーカス状態を検出することができ、結果的に適切にフォーカス状態を調整することができる。

また、本実施の形態の方法によれば、ウエハステージ１１０の振動に起因するフォーカス状態検出結果の誤差のみならず、その他の要因によるフォーカス状態検出結果の誤差をも補正が可能である。従って、従来と比べてアライメントＡＦを適切に行なうことができる。

なお、本実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。

例えば、前述したウエハアライメント系２００においては、サーチ系カメラ２１１及び２１２に対してサーチ部２１９、ファイン系カメラ２２１〜２２３に対してフォーカス部２３９、及び、フォーカスカメラ２３１に対してフォーカス部２３９というように、各ＣＣＤカメラに対してインターフェイス部を設けていた。しかしながら、このような入力センサーとインターフェイス部との構成は、このような場合に限られるものではなく、任意に変更してよい。

また、サーチ部２１９、ファイン部２２９及びフォーカス部２３９等は、必要に応じて信号処理部２８０への送出対象のデジタル信号に対して、圧縮等の符号化処理（信号の加工）を行なうものとしたが、この加工の形態、種類も、信号圧縮にのみ限られるものではなく任意の加工を行なってよい。例えば、画像信号に対するフィルタリング、必要な信号のみの抽出、所望の関数に基づく変換等の任意の処理を行なってよい。

また、ウエハアライメント系２００は、信号波形を生成したりＥＧＡ計測等を行なう信号処理部として、１つの信号処理部２８０のみを具備する構成であったが、複数の信号処理部が協働して前述したような各処理を行なうような構成であってもよい。その場合には、それら複数の信号処理部もデータ通信用光伝送路２７０を介して接続するのが好適である。
また、そのような複数の信号処理部を具備する構成において、サーチ部２１９、ファイン部２２９及びフォーカス部２３９、それらから送出されるデータ、及び、その複数の信号処理部の間でのデータ処理の形態、機能の分散形態、信号処理の方式等、すなわち信号処理系としてのアーキテクチャーは、任意に構成でよい。

また、前述したデータ通信用光伝送路２７０及び位置データ通信用光伝送路２７２としての光ネットワークの物理的な仕様、通信プロトコル等も任意の規格、任意のプロトコルを使用してよい。

また、サーチ計測のショット数は２以上であれば任意の数でよく、ＥＧＡ計測のショット数は３以上であれば任意の数でよい。また、そのマークの形状も任意でよい。
その他、露光装置１００の構成、ＥＧＡ計測の方式（演算モデルや算出パラメータ等）等も、何ら本実施形態に限定されるものではなく、任意の構成、方式でよい。

図１は、本発明の一実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 図２は、図１に示した露光装置で処理するウエハ上に配置されるアライメント計測ショットを説明するための図である。 図３は、図１に示した露光装置のウエハ・アライメントセンサーの観察視野及び観察対象のマークの例を説明するための図である。 図４は、図１に示した露光装置のウエハステージとウエハ・アライメントセンサーの相対的な位置関係及び設置方法を説明するための図である。 図５は、図１に示した露光装置のウエハアライメント系の構成を示す図である。 図６は、図１に示した露光装置を用いたウエハアライメント方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１００…露光装置
１０２…光源
１０３…反射鏡
１０４…波長選択フィルタ
１０５…オプティカルインテグレータ
１０６…レチクルブラインド
１０７…反射鏡
１０８…レンズ系
１０９…投影光学系
１１０…ウエハステージ
１１１…駆動装置
１１２…移動鏡
１１３…レーザ干渉計
１１４…ステージ制御系
１１５…主制御系
１１６…レチクル・アライメントセンサー
１１７…ウエハ・アライメントセンサー
１１８…基準マーク部材
１１９…アライメント制御系
１２０…レチクルステージ
１２１…入力部
１３１…定盤
１３２…カラム
２００…ウエハアライメント系
２１１…サーチカメラ
２１２…観察カメラ
２１９…サーチ部
２２１…Ｘ方向計測用ファインカメラ
２２２…Ｙ方向計測用ファインカメラ
２２３…指標マーク計測用カメラ
２２９…ファイン部
２３１…フォーカスカメラ
２３９…フォーカス部
２４０…位置モニター部
２６１…Ｚ干渉計
２６２…リニアスケール
２６９…その他の各センサー部
２７０…データ通信用光伝送路
２７１…モニター用映像出力ライン
２７２…位置データ通信用光伝送路
２７３…フォーカス信号蓄積制御線
２８０…信号処理部
２９０…モニター

Claims (14)

1. ステージ上に載置された物体の位置を検出する位置検出光学系の合焦面に対する、前記位置検出光学系の焦点方向における前記物体のフォーカス状態を検出するフォーカス状態検出方法であって、
   前記物体上に検出光を照射して該検出光の反射光を検出することにより、前記物体の前記合焦面に対するずれ量を検出し、
   前記ずれ量の検出と同時に、前記焦点方向における前記ステージの位置情報を検出し、
   前記ずれ量を前記位置情報に基づいて補正することにより前記物体の前記フォーカス状態を算出する
   ことを特徴とするフォーカス状態検出方法。
2. 請求項１に記載のフォーカス状態検出方法により検出された前記フォーカス状態に基づいて、前記物体の前記焦点方向の位置が前記位置検出光学系の合焦面と一致するように、前記ステージの前記焦点方向の位置を調整することを特徴とするフォーカス調整方法。
3. 請求項２に記載のフォーカス調整方法により前記焦点方向の位置が調整された前記物体上の所定箇所の位置を、前記位置検出光学系により検出することを特徴とする位置検出方法。
4. 前記位置検出光学系による前記物体の前記所定箇所の位置の検出は、当該物体が載置される前記ステージが静定した状態で行なうことを特徴とする請求項３に記載の位置検出方法。
5. 前記物体としての基板に形成された所望のパターンの２次元平面内における位置を検出する方法であって、
   前記基板に形成された前記パターンが前記位置検出光学系の検出視野内に入るように前記ステージを移動し、
   前記基板が移動された直後に、請求項２に記載のフォーカス調整方法により、前記位置検出光学系の検出視野内に配置された前記基板上のパターン領域が、前記位置検出光学系の合焦面と一致するように、前記ステージの前記焦点方向の位置を調整し、
   前記焦点方向の位置が調整された前記ステージに載置された前記基板に形成された前記パターンの前記焦点方向と直交する２次元平面内での位置を、前記位置検出光学系により検出する
   ことを特徴とする位置検出方法。
6. 前記基板の前記パターン領域の前記位置検出光学系の合焦面に対する前記焦点方向のずれ量の検出、及び、前記ステージの前記焦点方向の位置情報の検出は、前記ステージの前記移動の直後に、当該移動に伴う前記ステージの振動が収束していない状態において行なうことを特徴とする請求項５に記載の位置検出方法。
7. 請求項５又は６に記載の位置検出方法により、ステージ上に載置された基板に形成された位置計測対象のパターンの位置を検出し、
   前記検出された位置に基づいて前記基板の位置合わせを行ない、
   前記位置合わせされた基板上に、所定のパターンを転写露光する
   ことを特徴とする露光方法。
8. ステージ上に載置された物体の位置を検出する位置検出光学系の合焦面に対する、前記位置検出光学系の焦点方向における前記物体のフォーカス状態を検出するフォーカス状態検出装置であって、
   前記物体上に検出光を照射して該検出光の反射光を検出することにより、前記物体の前記合焦面に対するずれ量を検出するずれ量検出手段と、
   前記ずれ量の検出と同時に、前記焦点方向における前記ステージの位置情報を検出するステージ位置検出手段と、
   前記ずれ量を前記位置情報に基づいて補正することにより、前記物体の前記フォーカス状態を算出するフォーカス状態算出手段と、
   を有することを特徴とするフォーカス状態検出装置。
9. 請求項８に記載のフォーカス状態検出装置と、
   前記フォーカス状態検出装置により検出された前記フォーカス状態に基づいて、前記物体の前記焦点方向の位置が前記位置検出光学系の合焦面と一致するように、前記ステージの前記焦点方向の位置を調整するステージ位置調整手段と、
   を有することを特徴とするフォーカス調整装置。
10. 請求項９に記載のフォーカス調整装置と、
    前記フォーカス調整装置により前記焦点方向の位置が調整された前記物体上の所定箇所の位置を検出する前記位置検出光学系と、
    を有することを特徴とする位置検出装置。
11. 前記位置検出光学系による前記物体の前記所定箇所の位置の検出は、当該物体が載置される前記ステージが静定した状態で行なうことを特徴とする請求項１０に記載の位置検出装置。
12. 前記物体としての基板に形成された所望のパターンの位置を検出する位置検出装置であって、
    前記基板に形成された前記パターンが前記位置検出光学系の検出視野内に入るように前記ステージを移動するステージ移動手段と、
    前記基板が移動された直後に、前記位置検出光学系の検出視野内に配置された前記基板上のパターン領域が、前記位置検出光学系の合焦面と一致するように、前記ステージの前記焦点方向の位置を調整する請求項９に記載のフォーカス調整装置と、
    前記焦点方向の位置が調整された前記ステージに載置された前記基板に形成された前記パターンの前記焦点方向と直交する２次元平面内での位置を検出する前記位置検出光学系と、
    を有することを特徴とする位置検出装置。
13. 前記ずれ量検出手段による前記基板の前記パターン領域の前記位置検出光学系の合焦面に対する前記焦点方向のずれ量の検出、及び、前記ステージ位置検出手段による前記ステージの前記焦点方向の位置情報の検出は、前記ステージ移動手段による前記ステージの移動の直後に、当該移動に伴う前記ステージの振動が収束していない状態において行なうことを特徴とする請求項１２に記載の位置検出装置。
14. ステージ上に載置された基板に形成された位置計測対象のパターンの位置を検出して当該基板の位置合わせを行なう請求項１２又は１３に記載の位置検出装置と、
    前記位置合わせされた基板上に、所定のパターンを転写露光する露光手段と
    を有することを特徴とする露光装置。

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