JP2017215556A - マーク検出装置、露光装置、デバイス製造方法、及びマーク検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アライメント検出時間を短縮する。【解決手段】 アライメント系３０は、Ｘ軸方向に所定間隔で配置され、ウエハＷに設けられた格子マークＧＭを光学系を介して検出可能な複数のアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓを有し、該アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓを用いて前記物体に設けられた複数の格子マークＧＭを同時に検出可能なマーク検出系と、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓそれぞれの光学系の焦点深度内に検出対象の格子マークＧＭが位置する際のウエハＷの位置を算出する制御系と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、マーク検出装置、露光装置、デバイス製造方法、及びマーク検出方法に係り、更に詳しくは、物体に設けられたマークを検出するマーク検出装置及びマーク検出方法、前記マーク検出装置を含む露光装置、並びに前記露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。

従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが用いられている。

この種の露光装置では、ウエハ又はガラスプレートなど（以下、「ウエハ」と総称する）上に複数層のパターンが重ね合せて形成されることから、ウエハ上に既に形成されたパターンと、マスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）が有するパターンとを最適な相対位置関係にするための操作（いわゆるアライメント）が行われている。

米国特許第８，０５４，４７２号明細書

第１の態様によれば、所定の２次元平面内の第１方向に所定間隔で配置され、物体に設けられたマークを光学系を介して検出する複数の検出装置を有し、該複数の検出装置を用いて前記物体に設けられた複数のマークを同時に検出するマーク検出系と、前記複数の検出装置それぞれの前記光学系の焦点深度に関する情報と、前記２次元平面と直交する第２方向に関する前記物体の位置に関する情報とに少なくとも基づいて、前記複数の検出装置のそれぞれの前記光学系と前記物体との位置関係を制御する制御系と、を備えるマーク検出装置が、提供される。

第２の態様によれば、第１の態様に係るマーク検出装置と、前記マーク検出装置の前記制御系が算出した位置に応じて前記物体の位置決めを行う位置決め装置と、前記位置決め装置により位置決めされた前記物体にエネルギビームで露光することにより所定のパターンを形成するパターン形成装置と、を備える露光装置が、提供される。

第３の態様によれば、第２の態様に係る露光装置を用いて前記物体を露光することと、露光された前記物体を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。

第４の態様によれば、所定の２次元平面内の第１方向に所定間隔で配置された複数の検出装置を含むマーク検出系を用いて、物体に設けられた複数のマークを同時に検出することと、前記複数の検出装置それぞれの光学系の焦点深度に関する情報と、前記２次元平面と直交する第２方向に関する前記物体の位置に関する情報とに少なくとも基づいて、前記複数の検出装置のそれぞれの前記光学系と前記物体との位置関係を制御することと、を含むマーク検出方法が、提供される。

第５の態様によれば、物体上に複数のパターンを重ねて形成するデバイス製造方法であって、回折格子を含むマークに計測光を照射する計測装置を用いて、前記物体に設けられた第１マークの位置計測を行うとともに、前記第１マークの非対称性に関する計測を行うことと、前記第１マークの位置計測結果を、前記計測結果に応じた補正係数を用いて補正することと、前記補正後の前記第１マークの位置計測結果に基づいて前記物体上の既設のパターンに重ねてパターンを形成するとともに、前記第１マーク上に第２マークを重ねて形成することと、前記第１及び第２マークを用いて前記パターン同士の重ね精度を計測することと、前記重ね精度計測結果が所定の条件を満たさない場合に前記補正係数を修正すること、とを含み、前記計測装置は、前記計測光の前記マークからの回折光と干渉させる参照光を発生するための光学部材を有し、前記回折光と前記参照光との干渉に基づいて前記位置計測及び前記非対称計測を行うデバイス製造方法が、提供される。

第６の態様によれば、物体上に複数のパターンを重ねて形成するデバイス製造システムであって、回折格子を含むマークに計測光を照射する計測装置を用いて、前記物体に設けられた第１マークの位置計測を行うとともに、前記第１マークの非対称性に関する非対称計測を行う計測系と、前記第１マークの位置計測結果を、前記スキャトロメトリ計測結果に応じた補正係数を用いて補正する制御系と、前記補正後の前記第１マークの位置計測結果に基づいて前記物体上の既設のパターンに重ねてパターンを形成するとともに、前記第１マーク上に第２マークを重ねて形成するパターン形成系と、前記第１及び第２マークを用いて前記パターン同士の重ね精度を計測する重ね計測系と、を備え、前記制御系は、前記重ね精度計測結果が所定の条件を満たさない場合に前記補正係数を修正し、前記計測装置は、前記計測光の前記マークからの回折光と干渉させる参照光を発生するための光学部材を有し、前記回折光と前記参照光との干渉に基づいて前記位置計測及び前記非対称計測を行うデバイス製造システムが、提供される。

第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図１の露光装置が備えるステージ装置を示す平面図である。 図３（ａ）は、Ｘ格子及びＹ格子を含む格子マークの一例、図３（ｂ）は、α格子及びβ格子を含む格子マークの一例（その１）、図３（ｃ）は、α格子及びβ格子を含む格子マークの一例（その２）である。 図４（ａ）は、アライメントセンサの構成を概略的に示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のアライメントセンサが有する対物レンズの瞳面上における照明光と回折光との関係を示す図である。 ウエハ上に設定されたアランメントショット領域の配置と、図１の露光装置が備える複数のアライメントセンサとの配置関係を示す図である。 アライメントセンサが備える検出器の出力に基づいて生成される波形の一例を示す図である。 図１の露光装置が備える制御系の主要な構成を示すブロック図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、アライメント系のキャリブレーション動作を説明するための図（その１及びその２）である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、アライメント系のキャリブレーション動作を説明するための図（その３及びその４）である。 アライメント系のキャリブレーション動作を説明するための図（その５）である。 図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、アライメント動作時におけるアライメント系とウエハとの相対位置関係を示す図（その１〜その４）である。 アライメント系を用いた多眼同時計測動作を説明するためのフローチャートである。 図１１に示されるフローチャートのステップＳ１４で生成されるグラフである。 アライメントセンサが有する光学系のテレセントリック性が低下した状態を示す図である。 図１５（ａ）は、第２の実施形態に係るアライメントセンサの構成を示す図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のアライメントセンサが有する対物レンズの瞳面上における計測光と回折光との関係を示す図である。 図１６（ａ）は、第３の実施形態に係るアライメントセンサの構成を示す図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のアライメントセンサが有する対物レンズの瞳面上における計測光と回折光との関係を示す図である。 図１７（ａ）は、第４の実施形態に係るアライメントセンサの構成を示す図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のアライメントセンサが有する対物レンズの瞳面上における計測光と回折光との関係を示す図である。 図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、格子マークからの回折光を示す図（その１及びその２）である。 スキャトロ計測値に基づくアライメント結果の補正方法を説明するためのフローチャートである。 図１９のステップＳ５１２で用いられる補正係数の求め方を説明するための図である。 図２１（ａ）及び図２１（ｂ）は、重ね計測器による重ね計測動作を説明するための図（その１及びその２）である。 ステージ装置の変形例を示す図である。

《第１の実施形態》
以下、第１の実施形態について、図１〜図１４を用いて説明する。

図１には、第１の実施形態に係る露光装置１０の構成が概略的に示されている。露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置である。

露光装置１０は、照明系１２、該照明系１２からの露光用照明光（以下、「照明光」又は「露光光」と呼ぶ）ＩＬにより照明されるレチクルＲを保持するレチクルステージ１４、レチクルＲから射出した照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系１６ｂを含む投影ユニット１６、局所液浸装置１８（図１では不図示。図７参照）、ウエハステージ２４及び計測ステージ２６を含むステージ装置２０、アライメント系３０、及びこれらの制御系等を備えている。ウエハステージ２４上には、ウエハＷが載置されている。

照明系１２は、米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含む。照明系１２は、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域を照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。照明光ＩＬとしては、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。

レチクルステージ１４上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが、真空吸着により固定されている。レチクルステージ１４は、リニアモータ等を含むレチクル駆動系５２（図１では不図示、図７参照）によって、ＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向（ここでは図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。

レチクルステージ１４のステージ移動面内の位置（Ｚ軸回りの回転を含む）は、エンコーダシステム（あるいはレーザ干渉計システム）を含むレチクル計測系５６（図１では不図示、図７参照）によって計測される。レチクル計測系５６の計測値は、主制御装置５０（図１では不図示、図７参照）に供給され、主制御装置５０は、レチクル計測系５６の計測値に基づいてレチクルステージ１４のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクル駆動系５２を制御することで、レチクルステージ１４の位置（及び速度）を制御する。

投影ユニット１６は、レチクルステージ１４の図１における下方に配置されている。投影ユニット１６は、鏡筒１６ａと、該鏡筒１６ａ内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子から成る投影光学系１６ｂとを含む。投影光学系１６ｂとしては、Ｚ軸方向の共通の光軸ＡＸを有する複数のレンズ（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系１６ｂは、両側テレセントリックで所定の投影倍率（１／４倍、１／５倍又は１／８倍など）を有する。このため、照明系１２からの照明光ＩＬによってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系１６ｂ（投影ユニット１６）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、「露光領域」とも呼ぶ）ＩＡに形成される。

局所液浸装置１８（図１では不図示。図７参照）は、投影光学系１６ｂを構成する最下端の光学部材（以下、先端レンズと称する）とウエハステージ２４に保持されたウエハＷ（あるいは計測ステージ２６）との間の空間に液体（純水）を局所的に満たして液浸領域を形成するための装置である。局所液浸装置１８は、液体供給装置、液体回収装置、ノズルユニット、及び各種配管部材（それぞれ不図示）など含み、液浸領域内の液体を循環させることによって、ウエハステージ２４、及び計測ステージ２６の位置に関わらず、常に液浸領域内に液体が保持されるようにする。露光装置１０において、ウエハＷは、上記液体を介して（液浸領域を通過した）照明光ＩＬにより露光される。局所液浸装置１８を用いた液浸露光方法については、米国特許第８，００４，６５０号明細書などに開示されているので、ここでは詳細な説明を省略する。

ステージ装置２０は、ベース盤２２、該ベース盤２２の上面の上方に配置されたウエハステージ２４、及び計測ステージ２６、各ステージ２４、２６を駆動するステージ駆動系５４（図１では不図示。図７参照）、並びに各ステージ２４、２６の位置を計測するステージ計測系５８（図１では不図示。図７参照）などを備えている。

ウエハステージ２４は、ステージ本体２４ａと、該ステージ本体２４ａ上に不図示のＺ・レベリング機構（ボイスコイルモータなど）を介して搭載され、ステージ本体２４ａに対してＺ軸方向及びＸ軸回りの回転方向（θｘ方向）、Ｙ軸回りの回転方向（θｙ方向）に相対的に微小駆動されるウエハテーブル２４ｂとを含む。ウエハテーブル２４ｂ上には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が配置されている。また、ウエハテーブル２４ｂの上面には、ウエハホルダに保持されたウエハとほぼ面一であって、外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダよりも一回り大きな円形の開口（図２参照）が形成された撥水板２４ｃが配置されている。

また、図２に示されるように、撥水板２４ｃ上には、計測プレート２４ｄが埋め込まれている。計測プレート２４ｄの長手方向の中央には、基準マークが形成されるとともに、該基準マークのＸ軸方向の一側と他側に、基準マークの中心に関して対称な配置で一対の空間像計測スリットパターン（Ｌ字状のスリットパターン）が形成されている。基準マークとしては、後述するプライマリアライメントセンサ３２ｐ、セカンダリアライメントセンサ３２ｓ（それぞれ図１参照）が検出可能な格子マークが用いられている。

計測ステージ２６は、ステージ本体２６ａと、該ステージ本体２６ａ上に不図示のＺ・レベリング機構（ボイスコイルモータなど）を介して搭載され、ステージ本体２６ａに対してＺ軸方向及びＸ軸回りの回転方向（θｘ方向）、Ｙ軸回りの回転方向（θｙ方向）に相対的に微小駆動される計測テーブル２６ｂとを含む。

計測ステージ２６は、照度むらセンサ、波面収差計測器、空間像計測器などのセンサ群６２を有している。照度むらセンサ、及び波面収差計測器は、計測テーブル２６ｂの中央部近傍に配置されており、投影光学系１６ｂ、及び液浸領域（液体Ｌｑ）を介して照明光ＩＬ（図２では不図示。図１参照）を受光する。また、空間像計測器は、ウエハステージ２４と計測ステージ２６とが、Ｙ軸方向に関して所定距離以内に接近（あるいは接触）した状態で、上述したウエハステージ２４が有するスリットパターンを介してウエハステージ２４から送光される照明光ＩＬを受光する。上記センサ群６２を用いた照明光ＩＬの各種キャリブレーション動作に関しては、米国特許第８，０５４，４７２号明細書などに開示されているので、ここでは詳細な説明を省略する。

また、ステージ本体２６ａの−Ｙ側の側面には、断面矩形の棒状部材から成る基準部材としてのフィデューシャルバー（以下、「ＦＤバー」と略述する）２８が取り付けられている。ＦＤバー２８は、原器として機能する部材であり、低熱膨張の素材によって形成されている。ＦＤバー２８の上面には、複数の基準マークＭが形成されている。基準マークＭとしては、後述するプライマリアライメントセンサ３２ｐ、セカンダリアライメントセンサ３２ｓが検出可能な格子マークが用いられている。これらの複数の基準マークＭの相互の位置関係は、既知であるものとする。

ウエハステージ２４、及び計測ステージ２６それぞれのステージ本体２４ａ、２６ａは、底面に複数のエアベアリングを有している。ステージ本体２４ａ、２６ａそれぞれは、該エアベアリングからベース盤２２の上面に対して噴出する加圧空気の静圧により、ベース盤２２の上面の上方に数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で浮上している。また、各ステージ本体２４ａ、２６ａは、ステージ駆動系５４（図７参照）によって、ベース盤２２の上面に沿ってＹ軸、及びＸ軸方向に独立して駆動可能となっている。なお、図７では、上記ステージ本体２４ａ、２６ｂをＸＹ２軸方向に駆動するためのアクチュエータと、上記各テーブル２４ｂ、２６ｂをステージ本体２４ａ、２６ｂに対して微小駆動するためのＺ・レベリング機構とを含んで、ステージ駆動系５４として示されている。

また、ステージ装置２０では、ウエハテーブル２４ｂの上面と計測テーブル２６ｂの上面とを同一高さ、且つＹ軸方向に関して所定距離以内に接近（あるいは接触）した状態（以下、スクラム状態と称する）とすることで、液浸領域（液体Ｌｑ）の受け渡しを行う。すなわち、ステージ装置２０では、ウエハテーブル２４ｂと計測テーブル２６ｂの一方と投影光学系１６ｂ（先端レンズ）との間に液浸領域が形成された状態から、上記スクラム状態で各ステージ２４、２６がＹ軸方向に駆動されることにより、ウエハテーブル２４ｂと計測テーブル２６ｂの他方と投影光学系１６ｂとの間に液浸領域が形成された状態に移行する。上記液浸領域の相互受け渡し動作に関しては、米国特許第８，０５４，４７２号明細書などに開示されているので、ここでは詳細な説明を省略する。

なお、ステージ装置２０において、各ステージ２４、２６の構造は、これに限定されず、適宜変更が可能である。すなわち、各ステージ２４、２６において、各テーブル２４ｂ、２６ｂを、対応するステージ本体２４ａ、２６ａに対して一体化し、該一体化されたステージ本体２４ａ、２６ａそれぞれを６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）方向に駆動しても良い。また、上述したステージ駆動系５４（図７参照）の構成も、特に限定されず、米国特許第８，０５４，４７２号明細書などに開示されるような、ＸリニアモータとＹリニアモータとを組み合わせた駆動系を用いることが可能であるし、公知のＸＹ２次元平面モータを含む駆動系を用いることも可能である。

また、上述したステージ計測系５８（図７参照）の構成も、特に限定されない。ステージ計測系５８としては、２次元エンコーダシステムを含む計測系、レーザ干渉計システムを含む計測系、２次元エンコーダシステムとレーザ干渉計システムとを併用する計測系などを用いることが可能である。また、計測系としてエンコーダシステムを用いる場合には、計測対象物（ここではウエハステージ２４、及び計測ステージ２６）にエンコーダスケール（回折格子）が配置されるとともに、所定の固定部材（ここでは投影ユニット１６を支持するメトロロジフレーム１６ｃ（それぞれ図１参照））にエンコーダヘッドが配置されるようなシステムを用いても良いし、これとは逆に、計測対象物にエンコーダヘッドが配置されるとともに、所定の固定部材にエンコーダスケールが配置されるようなシステムを用いても良い。また、２次元エンコーダシステムとレーザ干渉計システムとを併用する計測系を用いる場合、高精度で計測対象物の位置計測を行う必要がある領域でのみ２次元エンコーダシステムを用いつつ、その２次元エンコーダシステムの計測可能領域以外の領域でレーザ干渉計システムを用いるシステムであっても良いし、計測対象物の全移動可能範囲において２次元エンコーダシステム、及びレーザ干渉計システムの双方を用いるシステムであっても良い。

また、計測対象物（ここではウエハステージ２４、及び計測ステージ２６）のＺ軸方向の位置計測系としては、光ピックアップのような構成の光学式の変位センサを含む複数のＺセンサを用いるシステムを用いても良いし、レーザ干渉計システムを用いても良い。また、計測対象物のＸＹ平面内の位置計測をエンコーダシステムを用いて行う場合、該エンコーダシステムの計測ヘッド（Ｘヘッド、Ｙヘッド）を、Ｚ軸方向の位置計測も可能な２次元ヘッド（ＸＺヘッド、ＹＺヘッド）とした３次元エンコーダシステムを用いても良い。なお、上述したレチクル計測系５６（図７参照）も、ステージ計測系５８と同様な計測システムを用いることができる。

次に、ウエハＷに形成されたアライメントマーク、及び該アライメントマークの検出に用いられるオフ・アクシス型のアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓを含むアライメント系３０について説明する。

アライメント系３０による検出対象であるアライメントマークとして、ウエハＷ上の各ショット領域には、図３（ａ）〜図３（ｃ）の何れかに示されるような格子マークＧＭが形成されている。格子マークＧＭは、各ショット領域のスクライブライン内に少なくとも１つ形成されている。

図３（ａ）に示される一例の格子マークＧＭは、Ｘ格子ＧｘとＹ格子Ｇｙとを含む。Ｘ格子Ｇｘは、Ｘ軸方向に所定ピッチで配列されたＹ軸に平行な複数の格子線を有し、Ｙ格子Ｇｙは、Ｙ軸方向に所定ピッチで配列されたＸ軸に平行な複数の格子線を有する。格子マークＧＭがアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓ（図２参照）からの照明光Ｌに対して各格子Ｇｘ、Ｇｙの周期方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に相対移動（図３（ａ）の矢印参照）することによって、格子マークＧＭ（すなわちウエハＷ（図１参照））のＸ位置、及びＹ位置が計測される。なお、図３（ａ）に示される例では、Ｘ格子ＧｘとＹ格子ＧｙとがＸ軸方向に所定間隔で並んで配置されているが、これに限られず、Ｙ軸方向に所定間隔で並んで配置されていても良い。

図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示される他の例の格子マークＧＭは、それぞれα格子Ｇαとβ格子Ｇβとを含む。α格子Ｇαは、ＸＹ平面内でＸ軸に対して４５°の角度を成す方向（以下、本実施形態における座標系において、α方向と称する）に所定ピッチで配列された、ＸＹ平面内でα方向に直交する方向（同様に、β方向と称する）に平行な複数の格子線を有し、β格子Ｇβは、β方向に所定ピッチで配列された、α方向に平行な複数の格子線を有する。図３（ｂ）に示される格子マークＧＭでは、α格子Ｇαとβ格子ＧβとがＹ軸方向に並んで配置されており、図３（ｃ）に示される格子マークＧＭでは、α格子Ｇαとβ格子ＧβとがＸ軸方向に並んで配置されている。上述した図３（ａ）に示される格子マークＧＭの位置計測では、照明光Ｌに対して格子マークＧＭをＸ軸方向及びＹ軸方向に（すなわち２回）相対移動させる必要があるのに対し、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示される格子マークＧＭの位置計測では、各格子Ｇα、Ｇβの配列方向（Ｙ軸又はＸ軸方向）への１回の相対移動動作で各格子マークＧＭのα方向、及びβ方向の（すなわち、演算によりＸＹ平面内の）位置計測を行うことができる。

なお、ウエハＷ（図１参照）に形成される格子マークＧＭの種類は、特に限定されないが、本実施形態では、図３（ｃ）に示される格子マークＧＭが形成されているものとする。また、図３（ａ）〜図３（ｃ）では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。その他の図における回折格子も同様である。また、図３（ａ）〜図３（ｃ）では、照明光Ｌが格子マークＧＭに対して走査されるように図示されているが、実際には、計測中の照明光Ｌの照射点のＸＹ平面内の位置は、固定であり、格子マークＧＭが計測ビームの照射点に対して移動する。

アライメント系３０は、図１に示されるように、投影ユニット１６の−Ｙ側に配置されたプライマリアライメントセンサ３２ｐ、及びセカンダリアライメントセンサ３２ｓ、並びに各アライメントセンサ３２ｓ、３２ｐに計測用照明光を供給する光源３４（図１では不図示。図４（ａ）、図７など参照）を備えている。光源３４としては、全体的な波長域が、２００〜１６００ｎｍ程度となるように、それぞれの色が異なる複数のレーザダイオードが組み合わされたものが使用される。なお、光源３４は、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓそれぞれが個別に有していても良い。

アライメント系３０は、図２に示されるように、１つのプライマリアライメントセンサ３２ｐと、６つのセカンダリアライメントセンサ３２ｓとを有している。プライマリアライメントセンサ３２ｐは、投影光学系１６ｂの光軸ＡＸ（図１参照）から−Ｙ側に所定距離隔てた位置に配置され、メトロロジフレーム１６ｃ（図１参照）の下面に固定されている。プライマリアライメントセンサ３２ｐの検出視野は、投影光学系１６ｂの光軸ＡＸと直交し、且つＹ軸に平行な直線ＣＬ上に配置されている。また、６つのセカンダリアライメントセンサ３２ｓのうち、３つがプライマリアライメントセンサ３２ｐの＋Ｘ側にＸ軸方向に所定間隔で配置され、残りの３つがプライマリアライメントセンサ３２ｐの−Ｘ側にＸ軸方向に所定間隔で配置されている。＋Ｘ側の３つのセカンダリアライメントセンサ３２ｓと、−Ｘ側のセカンダリアライメントセンサ３２ｓとは、直線ＣＬを中心としてほぼ対称な配置で設けられている。

各セカンダリアライメントセンサ３２ｓは、アライメント駆動系３６（図２では不図示。図７参照）によってＸ軸方向に所定のストロークで独立して駆動可能となっている。アライメント駆動系３６は、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓを駆動するためのアクチュエータと、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓをメトロロジフレーム１６ｃ（図１参照）に対して固定する（メトロロジフレーム１６ｃに各セカンダリアライメントセンサ３２ｓを保持させる）ための保持機構とを含む。これにより、アライメント系３０では、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓの検出視野のＸ位置を個別に調整することができるようになっている（図５参照）。

ここで、本実施形態において、アライメント系３０は、スループットとの兼ね合いから、図５に示されるように、全ショット領域のうちの一部（図５において太線で囲まれている合計で２４のショット領域Ｓ）に形成された格子マークＧＭを検出対象とする。以下、検出対象の格子マークＧＭが形成されたショット領域Ｓを、サンプルショット領域Ｓと称して説明する。

本実施形態における、２４のサンプルショット領域Ｓは、互いのＹ軸方向の位置が異なる、４つのグループに分けられている。以下、上記４つのグループを、＋Ｙ側から順に第１〜第４グループと称して説明する。第１〜第４の各グループには、複数（第１及び第４グループには５つ、第２及び第３グループには７つ）のサンプルショット領域Ｓが含まれており、本実施形態におけるアライメント系３０は、１つのグループに含まれる複数（５又は７）のサンプルショット領域Ｓ内の格子マークＧＭを、可能な限り少ない回数で検出するように制御される。すなわち、アライメント系３０は、可能であれば、複数（５又は７）の格子マークＧＭを一括計測（同時計測）するように制御される。複数の格子マークＧＭの同時計測が可能であるか否かの判定手法については、後に説明する。

次に、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの構成、及び動作について図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて説明する。なお、セカンダリアライメントセンサ３２ｓは、アライメント駆動系３６（図７参照）によるＸ軸方向への移動及び位置決めが可能である点を除き、光学系の構成、及びマークＭｋの検出方法などは、プライマリアライメントセンサ３２ｐと実質的に同じである。

図４（ａ）に示されるように、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓは、ビームスプリッタ４０、対物レンズ４２ａ、４２ｂ、固定鏡４４、及び複数の検出器４６などを備えている。

光源３４から出射した照明光Ｌは、ビームスプリッタ４０に入射し、その一部である計測光Ｌ１が、ウエハＷ（図２参照）に形成された格子マークＧＭに対して、対物レンズ４２ａを介して垂直に入射する。すなわち、アライメント系３０では、光源３４とビームスプリッタ４０とによって、格子マークＧＭに照明光Ｌを照射する照明系が構成されている。ここで、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓは、光源３４から出射した照明光Ｌの光路上に不図示の絞りを備えており、この絞りによって、計測光Ｌ１の格子マークＧＭ上における照射点の径（スポット径）が、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示されるように、格子線の長さよりも短く設定される。従って、無効となる（マーク検出に使用されない無駄な）光が少なく、効率が良い。なお、この絞りは、ウエハＷの表面（格子マークＧＭの位置）と光学的に共役な位置に配置されていても良い。

また、照明光Ｌの他部である参照光Ｌ２は、対物レンズ４２ｂを介して固定鏡４４に垂直に入射する。固定鏡４４には、反射型の回折格子（不図示）が形成されている。固定鏡４４に形成された回折格子のピッチは、ウエハＷに形成された格子マークＧＭのピッチと同じに設定されている。以下、固定鏡４４に形成された回折格子を、適宜「参照格子」と称して説明する。

格子マークＧＭからは、計測光Ｌ１に基づく複数の回折光が発生する。格子マークＧＭからの複数の回折光（α格子Ｇαからの＋Ｎ次の回折光＋Ｌｄ_１α、及び−Ｎ次の回折光−Ｌｄ_１α、β格子Ｇβからの＋Ｎ次の回折光＋Ｌｄ_１β、及び−Ｎ次の回折光−Ｌｄ_１β。Ｎは、１以上の整数）は、対物レンズ４２ａ、及びビームスプリッタ４０を介して複数の検出器４６に入射する（図４（ｂ）参照）。なお、計測光Ｌ１がα格子Ｇαを照射している場合には、±Ｎ次回折光±Ｌｄ_１αが発生しており、計測光Ｌ１がβ格子を照射している場合には、±Ｎ次回折光±Ｌｄ_１βが発生している。また、固定鏡４４（参照格子）からは、参照光Ｌ２に基づく複数の回折光が発生する。固定鏡４４からの複数の回折光（＋Ｎ次の複数の回折光＋Ｌｄ_２、及び−Ｎ次の複数の回折光−Ｌｄ_２。Ｎは、１以上の整数）は、対物レンズ４２ｂ、及びビームスプリッタ４０を介して複数の検出器４６に入射する。複数の検出器４６は、不図示のフォトダイオードを含み、その出力は、主制御装置５０に供給される（図７参照）。

なお、ビームスプリッタ４０は、偏光ビームスプリッタを有していても良い。このとき、偏光ビームスプリッタの格子マークＧＭ側の光路、並びに固定鏡４４側の光路のそれぞれに１／４波長板を配置しても良い。

ここで、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓでは、格子マークＧＭ、及び固定鏡４４から発生する特定方向の回折光同士、具体的には、同一次数の一対の回折光（＋Ｎ次回折光と−Ｎ次回折光）同士がビームスプリッタ４０で干渉する。同一次数の一対の回折光は、回折角度が同じであるので、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの光学系の焦点深度（ＤＯＦ）を広くすることができる。すなわち、仮に回折次数（回折角度）が異なる一対の回折光同士を干渉させる場合、光軸方向に関して理想的な結像位置（ベストフォーカス位置）が互いに異なる（ずれる）ので、デフォーカス状態が発生し易く（ＤＯＦが狭く）なる。これに対し、本実施形態では、同次数の回折光、すなわち特定方向の光同士を干渉させるので、ＤＯＦを広く（例えば数μｍ程度と）することができる。また、特定方向の光のみを用いるので、対物レンズ４２ａ、４２ｂは、特定の部位のみが用いられる。言い換えると、対物レンズ４２の特定の部位のみを光が通過する。これにより、特定の光路を通過する光のみに関して収差補正をすれば良いので、対物レンズ４２ａ、４２ｂの小型化、及び高ＮＡ化が可能となる。

検出器４６の出力からは、一例として、図６に示されるような波形の信号（干渉信号）が得られる。主制御装置５０（図７参照）は、図６に示されるような信号の位相から、格子マークＧＭ（Ｘ格子Ｇｘ、Ｙ格子Ｇｙ、あるいはα格子Ｇα、β格子Ｇβ。それぞれ図３（ａ）〜図３（ｃ）参照）それぞれの位置を演算によって求める。これにより、ＸＹ２次元座標系上における格子マークＧＭの位置が求まる。

より具体的に説明すると、図６に示される波形のエッジ部分（横軸方向の両端部において波形が立ち上がる部分）の位置によって、格子マークＧＭのラフな位置を求めることができ、波形がサイン波形状となっている部分の位相から、格子マークＧＭの詳細な位置を求めることができる。従って、上記ラフな位置情報から、ウエハのサーチアライメントを行うこと、及び上記詳細な位置情報から、ウエハのファインアライメントを行うことができる。また、上記サイン波形状となっている部分の振幅から、格子マークＧＭ（回折格子）の回折効率が分かる。このように、本実施形態の露光装置１０（図１参照）では、アライメント系３０（光源３４、及びアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓ）と主制御装置５０（それぞれ図７参照）とにより、ウエハＷに形成された格子マークＧＭの位置情報を求めるためのアライメント装置（格子マークＧＭの位置計測装置）が構成されている。

また、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓ（それぞれ図２参照）は、それぞれアライメントオートフォーカス（アライメントＡＦ）系３８（図７参照）を有している。アライメントＡＦ系３８は、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓにおける対物光学系のＺ軸方向の検出範囲（焦点深度）内に格子マークＧＭが位置するように、自動的に光学系を制御（調整）する機構を有している。ここで、アライメントＡＦ系３８は、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの光学系が独立に有することから、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓを用いて、ウエハＷ表面の表面形状（凹凸など）を計測することも可能である。なお、アライメントＡＦ系３８の詳細は、例えば米国特許第５，７８３，８３３号明細書を参照することができる。

また、露光装置１０は、上述したアライメントＡＦ系３８とは別に、オートフォーカス系（ＡＦ系）６４（図７参照）を有している。ＡＦ系６４は、米国特許第５，４４８，３３２号明細書や米国特許出願公開第２０１２／０００８１５０号明細書などに開示されるような、斜入射方式の多点焦点型位置検出装置を含み、ウエハＷ上にＸ軸方向に延びる帯状の検出領域を形成し、該検出領域内におけるウエハＷの面位置（ウエハＷ表面の凹凸、平面度など）を計測する。

図７には、露光装置１０における、制御系の主要な構成がブロック図にて示されている。制御系は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含み、装置全体を統括して制御する主制御装置５０を中心として構成されている。

次に、本実施形態の露光装置１０（図１参照）で行われるアライメント系３０のキャリブレーション動作、及びアライメント系３０を用いたウエハアライメント動作について、図８〜図１１（ｄ）を用いて説明する。以下のキャリブレーション動作、及びウエハアライメント動作は、主制御装置５０（図７参照）の管理の元に行われる。なお、図８〜図１１（ｄ）において、主制御装置５０は、不図示とする。

露光装置１０（図１参照）では、ウエハアライメント動作の事前にアライメント系３０のキャリブレーション動作が行われる。キャリブレーション動作には、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓのベースライン計測が含まれる。ここで、プライマリアライメントセンサ３２ｐのベースラインとは、投影光学系１６ｂによるパターン（レチクルＲのパターン）の投影位置とプライマリアライメントセンサ３２ｐの検出中心との位置関係（又は距離）を意味する。また、以下に説明するウエハアライメント動作、及びキャリブレーション動作において、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓは、サンプルショット領域Ｓ（図５参照）の配置に合わせて、Ｘ軸方向の位置調整が事前に行われているものとする。

プライマリアライメントセンサ３２ｐのベースライン計測が開始される時点では、図８（ａ）に示されるように、投影光学系１６ｂと計測ステージ２６（ＦＤバー２８）との間に、液浸領域（以下、液体Ｌｑと同じ符号を付して、液浸領域Ｌｑとして説明する）が形成されている。また、ウエハステージ２４と計測ステージ２６とは、離間した状態にある。主制御装置５０は、ウエハテーブル２４ｂ上の計測プレート２４ｄに形成された基準マーク（不図示）を、プライマリアライメントセンサ３２ｐによって検出する。また、主制御装置５０は、そのプライマリアライメントセンサ３２ｐの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系５８（図７参照）の計測値とを対応付けて不図示のメモリに記憶する。この処理を、以下では、便宜上Ｐｒｉ−ＢＣＨＫの前半の処理と呼ぶものとする。

次に、主制御装置５０は、図８（ｂ）に示されるように、計測プレート２４ｄが投影光学系１６ｂの直下に位置するように、ウエハステージ２４の位置制御を行う。この際、計測ステージ２６とウエハステージ２４とが互いに接触した状態又は互いに近接した状態で一体的にＹ軸方向に移動することによって、液浸領域ＬｑがＦＤバー２８からウエハテーブル２４ｂに受け渡される。また、主制御装置５０は、投影光学系１６ｂによって投影されたレチクルＲ（図１参照）上の計測マークの投影像（空間像）を、前述した空間像計測器を用いて計測し、その計測結果を記憶する。以下、上記レチクルＲ上の計測マークの投影像の計測処理を、便宜上Ｐｒｉ−ＢＣＨＫの後半の処理と称して説明する。そして、主制御装置５０は、前述のＰｒｉ−ＢＣＨＫの前半の処理の結果とＰｒｉ−ＢＣＨＫの後半の処理の結果とに基づいて、プライマリアライメントセンサ３２ｐのベースラインを算出する。

次に、主として各ロットのウエハに対する処理を開始する直前（ロット先頭）に行われる、セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースライン計測動作について説明する。ここで、セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースラインとは、プライマリアライメントセンサ３２ｐの検出中心を基準とする、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓの検出中心の相対位置を意味する。

セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースライン計測（以下、適宜Ｓｅｃ−ＢＣＨＫとも呼ぶ）に際して、主制御装置５０は、図９（ａ）に示されるように、ロット先頭のウエハＷ（プロセスウエハ）上の特定の格子マークＧＭをプライマリアライメントセンサ３２ｐで検出し、その検出結果と、その検出時のステージ計測系５８（図７参照）の計測値とを対応付けて記憶する。また、主制御装置５０は、ウエハステージ２４を適宜駆動し、図９（ｂ）に示されるように、上記特定の格子マークＧＭを、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓで検出し、その検出結果と、その検出時のステージ計測系５８の計測値とを対応付けて記憶する。主制御装置５０は、上記記憶したデータに基づいて、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースラインをそれぞれ算出する。

このように、本実施形態では、ロット先頭のウエハＷ（プロセスウエハ）を用いて、そのウエハＷ上の同一のアライメントマークを、プライマリアライメントセンサ３２ｐと各セカンダリアライメントセンサ３２ｓとで検出することによって、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースラインを求めることから、結果的に、プロセスに起因するアライメントセンサ間の検出オフセットの差も補正される。

次に、ロット内の処理中に、所定のタイミング、一例として、ウエハＷの露光終了から次のウエハＷのウエハテーブル２４ｂ上へのロードが完了するまでの間、すなわちウエハ交換中に行われるＳｅｃ−ＢＣＨＫの動作について説明する。この場合のＳｅｃ−ＢＣＨＫは、ウエハ交換毎というインターバルで行われるので、以下ではＳｅｃ−ＢＣＨＫ（インターバル）とも記述する。

Ｓｅｃ−ＢＣＨＫ（インターバル）に際して、主制御装置５０は、図１０に示されるように、ＦＤバー２８に形成された複数のマークのうち、中央近傍のマークをプライマリアライメントセンサ３２ｐに検出させる。主制御装置５０は、この状態で、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓそれぞれに視野内のマークを同時検出させることによって、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースラインをそれぞれ求める。このように、Ｓｅｃ−ＢＣＨＫをウエハ交換毎というインターバルで行うことにより、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓのベースラインの影響を補正することができる。なお、上記説明では、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓが視野内のマークを同時検出するものとして説明したが、これに限られず、各セカンダリアライメントセンサ３２ｓがＦＤバー２８上の同一のマークを順次検出しても良い。

次に、アライメント系３０を用いたウエハアライメント動作について、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）を用いて説明する。上述したように、ウエハＷ上に設定された２４のサンプルショット領域Ｓは、第１〜第４グループに分けられ、ウエハアライメント動作は、最も＋Ｙ側の第１グループから順番に行われる。なお、第１及び第４グルーブに属する格子マークＧＭの検出時において、最も＋Ｘ側、及び最も−Ｘ側のセカンダリアライメントセンサ３２ｓは、それぞれ使用されない。

主制御装置５０は、所定のローディングポジションにおいて、ウエハステージ２４（図１参照）上にウエハＷがローディングされると、図１１（ａ）に示されるように、ステージ計測系５８（図７参照）の出力に基づいて、ウエハステージ２４をＸ軸、及びＹ軸方向に適宜駆動し、第１グループのアライメント開始位置にウエハＷを位置決めする。

本実施形態のアライメント系３０では、上記アライメント開始位置からウエハＷを各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓから照射される照明光Ｌに対して所定の走査方向（本実施形態では、Ｙ軸方向）に相対移動（図３（ｃ）参照）させることにより、第１グループに含まれる５つのサンプルショット領域内に形成された格子マークＧＭの同時検出を行う。主制御装置５０は、第１グループに含まれる、５つの格子マークＧＭの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系５８（図６参照）の計測値とを関連付けて記憶する。

次に、主制御装置５０は、図１１（ｂ）に示されるように、ステージ計測系５８（図７参照）の計測値に基づいて、ウエハステージ２４をＹ軸方向に駆動して、７つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓが、ウエハＷ上の第２グループに属する７つのサンプルショット領域Ｓに形成された格子マークＧＭをほぼ同時に且つ個別に検出可能となる位置に位置決めする。７つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓそれぞれは、対応する７つの格子マークＧＭをほぼ同時に且つ個別に検出し、主制御装置５０は、上記７つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系５８の計測値とを関連付けて記憶する。

次に、主制御装置５０は、図１１（ｃ）に示されるように、ステージ計測系５８（図７参照）の計測値に基づいて、ウエハステージ２４をＹ軸方向に駆動して、７つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓが、ウエハＷ上の第３グループに属する７つのサンプルショット領域Ｓに形成された格子マークＧＭをほぼ同時に且つ個別に検出可能となる位置に位置決めする。７つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓそれぞれは、対応する７つの格子マークＧＭをほぼ同時に且つ個別に検出し、主制御装置５０は、上記７つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系５８の計測値とを関連付けて記憶する。

次に、主制御装置５０は、図１１（ｄ）に示されるように、ステージ計測系５８（図７参照）の計測値に基づいて、ウエハステージ２４をＹ軸方向に駆動して、５つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓが、ウエハＷ上の第４グループに属する５つのサンプルショット領域Ｓに形成された格子マークＧＭをほぼ同時に且つ個別に検出可能となる位置に位置決めする。５つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓそれぞれは、対応する７つの格子マークＧＭをほぼ同時に且つ個別に検出し、主制御装置５０は、上記５つのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系５８の計測値とを関連付けて記憶する。

そして、主制御装置５０は、このようにして得た合計で２４の格子マークＧＭの検出結果と、対応するステージ計測系５８（図７参照）の計測値とを用いて、米国特許第４，７８０，６１７号明細書などに開示される統計演算（いわゆるＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント））を行って、ステージ計測系５８の計測軸で規定される座標系上におけるウエハＷ上の全てのショット領域の配列を算出する。以下、主制御装置５０は、上記配列座標に基づいて、レチクルＲ及びウエハＷを適宜ＸＹ平面内で適宜位置決めしつつ、各ショット領域に対するステップ・アンド・スキャン方式の走査露光動作を行う。この走査露光動作に関しては、従来から行われているステップ・アンド・スキャン方式の走査露光動作と同じであるので、説明を省略する。

このように、本実施形態では、互いにＹ位置の異なる第１〜第４グループの各グループに属する５又は７の格子マークＧＭを一括検出することができる。従って、合計で４回の検出動作で合計２４の格子マークＧＭの検出動作を完了することができ、仮に２４の格子マークＧＭを個別に検出する場合などに比べて、格段に短時間でショット領域の配列を算出することができる。

ここで、複数（５又は７）の格子マークＧＭを同時に、且つ高精度で検出するためには、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓそれぞれの焦点深度（ＤＯＦ）内に対象となる格子マークＧＭが位置している必要がある。これに対し、ウエハＷの表面は、理想的な平面ではなく、多少の凹凸があるのが通常である。従って、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓによって複数の格子マークＧＭの同時検出を行う場合には、少なくとも一部のアライメントセンサは、格子マークＧＭの検出をデフォーカス状態で行う蓋然性が高い。

このような場合には、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓのＤＯＦ内に格子マークＧＭが位置するように、ウエハテーブル２４ｂのＺ軸方向の位置を適宜変化させることが考えられるが、実際には各センサ間のＤＯＦにばらつきがあり、さらに本実施形態のようにセンサの数が多い場合には、ウエハテーブル２４ｂのＺ駆動回数が多くなり、スループットの低下の原因となるおそれがある。

そこで、本実施形態では、以下に説明する手順により、格子マークＧＭの検出回数を低減し、スループットの低下を抑制する。以下、図１２に示されるフローチャートを用いて、アライメント系３０を用いた第１〜第４グループの各グループに属する複数の格子マークＧＭの同時多眼検出動作について説明する。以下の制御は、主制御装置５０（図７参照。以下の説明において不図示）の管理の元に行われる。

主制御装置５０は、ステップＳ１０で、上述した各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓそれぞれが有するアライメントＡＦ系３８（図７参照）を用いて、ウエハＷの表面形状を計測する。なお、ここでのウエハＷの形状とは、ウエハＷ全体の表面形状ではなく、同時計測対象となる複数（５又は７）の格子マークＧＭを通るＸ軸に平行な線を通るウエハＷのＸＺ断面内の形状を意味する。従って、ウエハ形状は、７つのＺ軸方向の値として出力される。

ここで、上述したように、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓは、互いに独立してＸ軸方向に所定間隔でメトロロジフレーム１６ｃ（図１参照）に取り付けられているので、その高さ位置にばらつきがある。そこで、主制御装置５０は、ステップＳ１２において、上記ステップＳ１０で求めたウエハ形状（Ｚ軸方向の値）と、計測に用いた各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの高さ位置（ＡＬＧ高さ位置）との差を求める。これにより、各アライメントＡＦ系３８の出力が補正され、ウエハＷの実際の表面高さ位置を求めることができる。なお、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの高さ位置は、既知であるものとする。図１３のグラフは、上記ステップ１２において求めた、各計測点におけるウエハＷの表面高さ位置を示している。

次いで、主制御装置５０は、ステップＳ１４において、演算（１次フィッティング）により、上記ステップＳ１２において求めた、各計測点におけるウエハＷの表面高さ位置のデータに基づく１次近似式（図１３のグラフにおける直線Ａｐ）を求める。この１次近似式の傾きは、各センサ３２ｐ、３２ｓを用いた同時多眼検出動作時におけるウエハＷのチルト方向（傾斜方向）の姿勢制御に用いる。

また、主制御装置５０は、ステップＳ１６において、図１３のグラフから、直線Ａｐ（１次近似式）と各プロット（実測値）との差の最大値（Δｍａｘ）、及び最小値（Δｍｉｎ）を求めるとともに、図１３のグラフにおいて、直線Ａｐを縦軸方向に動かすことによって、Δｍａｘ＝ΔｍｉｎとなるＺ軸方向の座標値を求める。このＺ座標値は、各センサ３２ｐ、３２ｓを用いた同時多眼検出動作時におけるウエハＷの高さ位置の制御に用いる。

次に、主制御装置５０は、ステップＳ１８において、ウエハＷの姿勢分を除去した状態での乖離量Δを求める。ここで、ウエハＷの姿勢分とは、ステップＳ１２において求めた１次近似式（図１３の直線Ａｐ）の傾きを意味し、乖離量Δとは、図１３のグラフにおける直線Ａｐと上記Δｍａｘ（及びΔｍｉｎ）となるプロットとの距離であって、そのプロットに対応するアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓのウエハＷ表面に対するデフォーカス量を意味する。

次に、主制御装置５０は、ステップＳ２０において、ステップＳ１８で求めた乖離量Δが、対応するアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓのＤＯＦ内であるか否かを判定する。なお、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓのＤＯＦは、既知であるものとする。乖離量ΔがＤＯＦの範囲内である場合には、ステップＳ２２へ進み、乖離量ΔがＤＯＦの範囲外である場合には、ステップＳ２４へ進む。

ステップＳ２２において、主制御装置５０は、上記ステップＳ１４において求めた１次関数（図１３の直線Ａｐ）の傾き、及びステップＳ１６において求めたＺ軸方向の座標値に基づいて、ウエハステージ２４を姿勢制御し、ウエハＷの表面のＺ位置、及びチルト量を調節する。ウエハステージ２４の姿勢制御がされた状態では、上記乖離量Δが各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓのＤＯＦの範囲内であるので（ステップＳ２０でＹｅｓ判定）、全てのアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓは、検出対象の格子マークＧＭがＤＯＦ内に位置している結果になる。したがって、主制御装置５０は、５又は７の格子マークＧＭを同時計測することができる。主制御装置５０は、各アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓを用いて検出対象の格子マークＧＭの同時計測を行い、処理を終了する。

これに対し、上記乖離量ΔがＤＯＦの範囲外である場合（ステップＳ２０でＮｏ判定）、一部のアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓは、検出対象の格子マークＧＭがＤＯＦ外に位置するので、上記５又は７の格子マークの同時（一括）計測を行うことができない。そこで、主制御装置５０は、ステップＳ２４において、各プロットを２つにグループ分けする。ここでは、直線Ａｐ（近似式）と各プロット（実測値）との差Δが、プラス（Δ＞０）、マイナス（Δ＜０）によってグループ分けを行う。すなわち、図１３のグラフにおいて、縦軸方向に直線Ａｐよりも＋側のプロット群と、−側のプロット群とにグループ分けを行う。以下、主制御装置５０は、各グループ毎にステップＳ１４に戻り（ステップＳ２６）、ステップＳ１４以降の処理を繰り返す。

主制御装置５０は、第１〜第４のグループそれぞれについて、図１２に示されるステップＳ１０〜ステップＳ２６の処理を繰り返すことによって、第１〜第４グループに属する合計で２４の格子マークＧＭの位置計測を行うとともに、該２４の格子マークＧＭ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配列を算出する。なお、ステップＳ１０におけるウエハ形状測定は、アライメントＡＦ系３８に替えてＡＦ系６４（図７参照）を用いても良い。また、露光装置１０とは異なる外部計測機を用いて、ステップＳ１０におけるウエハ形状測定を行っても良い。

ここで、本実施形態のアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓは、上述したように、格子マークＧＭから発生する回折光と、固定鏡４４から発生する参照光とを光学系内で干渉させて格子マークＧＭの位置計測を行う構成であることから、図１４に示されるように、固定鏡４４（参照格子が形成された格子面）が傾いて光学系のテレセントリック性が低下した場合、デフォーカス状態で計測を行うと、アライメント計測誤差が発生する。これを回避するために、主制御装置５０は、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの光学系のテレセントリック性に応じて、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの出力を補正する。

アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの光学系のテレセントリック性の計測は、上述したステージ計測系５８（図７参照）を用いて行う。具体的には、ウエハステージ２４のＺ軸方向への位置ずれ量に応じたアライメント計測値のずれ量を、エンコーダシステム（あるいは光干渉計システム）を含むステージ計測系５８を用いて計測し、この計測結果を補正データとして不図示の記憶装置に記憶する。すなわち、ステージ計測系５８は、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの光学系のテレセントリック性を計測する計測部としても機能する。そして、実際のアライメント計測時には、アライメントＡＦ系３８を用いて、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓのデフォーカス量（図１３のグラフにおける直線Ａｐと各プロットとの差）を計測し、そのデフォーカス量に応じて、上記補正データに基づいてアライメント計測結果を補正する。これにより、仮にアライメント計測中にウエハステージ２４がＺ軸方向に移動したり、ウエハＷの表面に凹凸があったとしても、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓの光学系のテレセントリック性の低下に起因するアライメント計測結果の誤差を補正することができ、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓがデフォーカス状態で計測を行わないように、仮にセンサ内に調整機構を配置する場合に比べ、センサの大型化を抑制できる。

《第２の実施形態》
次に第２の実施形態に係るアライメントセンサ１３２について、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）を用いて説明する。第２の実施形態に係るアライメントセンサ１３２の構成は、光学系の構成が異なる点を除き、上記第１の実施形態と同じであるので、以下、相違点についてのみ説明し、上記第１の実施形態と同じ構成及び機能を有する要素については、上記第１の実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。後述する第３及び第４の実施形態についても同様である。また、本第２の実施形態に係るアライメントセンサ１３２は、ＸＹ平面内の位置が固定のプライマリアライメントセンサとしても、ＸＹ平面内で位置が可動のセカンダリアライメントセンサとしても用いることができる。後述する第３及び第４の実施形態に係るアライメントセンサについても同様である。なお、ウエハＷに形成される格子マークＧＭの種類は、特に限定されないが、第２の実施形態、並びに後述する第３及び第４の実施形態では、図３（ａ）に示される格子マークＧＭが形成されているものとする。

アライメントセンサ１３２において、不図示の光源からの照明光Ｌがビームスプリッタ１４０に入射する。ビームスプリッタ１４０からは一対の照明光Ｌ１、Ｌ２が出射する。照明光Ｌ１、Ｌ２は、レンズ１４２を介して、上記第１の実施形態と同様に、ビームスプリッタ４０に入射する。照明光Ｌ１、Ｌ２それぞれの一部である計測光Ｌ１Ａ、Ｌ２Ａは、対物レンズ４２ａの互いに異なる位置を通過して格子マークＧＭに入射する。ここで、計測光Ｌ１Ａ、Ｌ２Ａは、それぞれウエハＷ表面の法線方向（Ｚ軸方向）に対して互いに反対の方向から斜めに入射する（図１５（ｂ）参照）。計測光Ｌ１Ａ、Ｌ２Ａに基づく格子マークＧＭからの回折光Ｌ１Ａｄ、Ｌ２Ａｄは、それぞれ対物レンズ４２ａ、ビームスプリッタ４０を透過して複数の検出器４６に入射する。

なお、ビームスプリッタ１４０は、偏光ビームスプリッタを有していても良い。このとき、偏光ビームスプリッタの格子マークＧＭ側の光路、並びに固定鏡４４側の光路のそれぞれに１／４波長板を配置しても良い。

また、照明光Ｌ１、Ｌ２の他部である参照光Ｌ１Ｂ、Ｌ２Ｂは、対物レンズ４２ｂの互いに異なる位置を通過して固定鏡４４に入射する。ここでも参照光Ｌ１Ｂ、Ｌ２Ｂは、それぞれ固定鏡４４の格子面の法線方向（Ｘ軸方向）に対して互いに反対の方向から斜めに入射する。参照光Ｌ１Ｂ、Ｌ２Ｂに基づく固定鏡４４からの回折光Ｌ１Ｂｄ、Ｌ２Ｂｄは、それぞれ対物レンズ４２ａ、ビームスプリッタ４０を透過して複数の検出器４６に入射する。複数の検出器４６は、格子マークＧＭからの回折光と固定鏡４４からの回折光同士の干渉（回折光Ｌ１Ａｄ、Ｌ２Ｂｄの干渉、及び回折光Ｌ２Ａｄ、Ｌ１Ｂｄの干渉）に基づいて、格子マークＧＭの位置ズレを検出する。本第２の実施形態に係るアライメントセンサ１３２では、計測光Ｌ１Ａ、Ｌ２Ａが、それぞれ格子マークＧＭに対して斜入射するので、上記第１の実施形態に比べてより狭いピッチの回折格子が形成された格子マークを検出することができるので、格子マークＧＭの検出精度が向上する。

また、上記各実施形態のアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓ、１３２は、格子マークＧＭからの回折光と干渉させる参照光を発生する参照光発生部材として、反射型の回折格子（参照格子）を含む固定鏡４４を備えていたが、参照光発生部材としては、これに限られず、ＳＬＭ(Spatial Light Modulator)、ＡＯＭ(Acoustic Optical Modulator)などを用いても良い。

また、上記各実施形態のアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓ、１３２における参照光発生部材としての反射型の回折格子として、２次元回折格子を用いても良い。この２次元回折格子は、格子マークＧＭのα格子Ｇαのピッチ方向とβ格子Ｇβのピッチ方向とのそれぞれに対応したピッチ方向であっても良い。また、参照光発生部材は、入射光を散乱させる散乱面であっても良い。この散乱面として、所定の角度範囲に射出光を散乱させるものであっても良い。このように参照光発生部材として、所定の角度範囲にわたって光を射出するものを用いた場合には、格子マークＧＭのピッチが任意のピッチであっても検出できる利点がある。

《第３の実施形態》
次に第３の実施形態に係るアライメントセンサ２３２について、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）を用いて説明する。アライメントセンサ２３２は、ビームスプリッタ４０、対物レンズ２４２を含む光学系に対して照明光Ｌを供給する照明型が、固定鏡２４０を有している。固定鏡２４０は、透過型の回折格子を有しており、照明光Ｌ１に基づく回折光である計測光Ｌ１、Ｌ２が固定鏡２４０から出射する。計測光Ｌ１、Ｌ２は、上記第２の実施形態と同様に、ビームスプリッタ４０に入射するとともに、対物レンズ４２ａの互いに異なる位置を通過して格子マークＧＭに斜入射する。格子マークＧＭでは、計測光Ｌ１、Ｌ２それぞれの０次回折光（反射光）Ｌ１ｒ、Ｌ２ｒ、及び１次回折光Ｌ１ｄ、Ｌ２ｄが発生し、これらの０次光Ｌ１ｒ、Ｌ２ｒ、及び回折光Ｌ１ｄ、Ｌ２ｄは、対物レンズ４２ａ、ビームスプリッタ４０を透過して一対の検出器４６に入射する（図１６（ｂ）参照）。一対の検出器４６は、０次光Ｌ１ｒと回折光Ｌ２ｄとの干渉、及び０次光Ｌ２ｒと回折光Ｌ１ｄとの干渉に基づいて格子マークＧＭの位置ズレを検出する。本第３の実施形態も、上記第２の実施形態と同様に、計測光Ｌ１、Ｌ２が格子マークＧＭに対して斜入射するので、より狭いピッチの回折格子の検出が可能となる。

《第４の実施形態》
次に第４の実施形態に係るアライメントセンサ３３２について、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）を用いて説明する。アライメントセンサ３３２は、いわゆる自己参照型のアライメントセンサであり、光源３４から出射した照明光Ｌは、ミラー３４０によって光路が曲げられ、格子マークＧＭに対し、上記第１の実施形態と同様（図４（ａ）参照）に、対物レンズ４２の中心を通過（透過）してほぼ垂直に入射し、格子マークＧＭからは、照明光Ｌに基づく複数の回折光＋Ｌｄ、−Ｌｄが発生する。対物レンズ４２を通過した複数の±Ｎ次回折光±Ｌｄは、干渉計３４４に入射する。干渉計３４４は、米国特許第６，９６１，１１６号明細書に開示される干渉計と同様の機能を有しており、格子マークＧＭからの＋Ｎ次回折光＋Ｌｄに対して格子マークＧＭからの−Ｎ次回折光−Ｌｄを所定の混合比率で重ね合わせるとともに、格子マークＧＭからの−Ｎ次回折光−Ｌｄに対して格子マークＧＭからの＋Ｎ次回折光＋Ｌｄを所定の混合比率で重ね合わせる。干渉計３４４は、入射する±Ｎ次回折光を分割し、分割された一方の光路と他方の光路とを、光軸に関して相対的に１８０度（１８０度±ｎ×３６０度：ｎは整数）だけ回転させた後に合成する。なお、干渉計３４４を自己参照干渉計と称しても良い。干渉計３４４から出射した光束は、瞳面４８（絞り位置）上に配置された一対の検出器４６に入射する。一対の検出器４６は、回折光同士の干渉に基づいて格子マークＧＭの位置ズレを検出する。

なお、上記第１〜第３の各実施形態の構成は、一例であって、適宜変更が可能である。すなわち、アライメントセンサの数及び配置は、上記各実施形態に限定されず、セカンダリアライメントセンサ３２ｓの数は、上記実施形態では６つであったが、６つ未満であっても良いし、７つ以上であっても良い。また、上記実施形態において、隣接する一対のセカンダリアライメントセンサ３２ｓ間の間隔も、任意に設定可能である。また、検出対象のサンプルショット領域Ｓの数、及び配置も、上記実施形態で説明したものに限定されず、任意に設定可能であり、可能であれば、ウエハＷ上に形成された全てのショット領域をサンプルショット領域Ｓに設定しても良い。また、１つのサンプルショット領域内に形成された複数の格子マークＧＭを検出しても良い。

また、上記第１及び第２の実施形態のアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓ、１３２は、格子マークＧＭからの回折光と干渉させる参照光を発生する参照光発生部材として、反射型の回折格子（参照格子）を含む固定鏡４４を備えていたが、参照光発生部材としては、これに限られず、ＳＬＭ(Spatial Light Modulator)、ＡＯＭ(Acoustic Optical Modulator)などを用いても良い。

また、上記第１及び第２の実施形態のアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓ、１３２における参照光発生部材としての反射型の回折格子として、２次元回折格子を用いても良い。この２次元回折格子は、格子マークＧＭのα格子Ｇαのピッチ方向とβ格子Ｇβのピッチ方向とのそれぞれに対応したピッチ方向であっても良い。また、参照光発生部材は、入射光を散乱させる散乱面であっても良い。この散乱面として、所定の角度範囲に射出光を散乱させるものであっても良い。このように参照光発生部材として、所定の角度範囲にわたって光を射出するものを用いた場合には、格子マークＧＭのピッチが任意のピッチであっても検出できる利点がある。

また、上記各実施形態においては、複数の検出器４６を設けたが、互いに独立して光を検出する複数の検出面を備えた１つの検出器を用いても良い。

《第５の実施形態》
また、上記格子マークＧＭのＸＹ平面内での位置計測に加え、アライメント系３０を用いて格子マークＧＭの特徴に関する計測値を求めることができるようにしても良い。

具体的には、アライメント系３０は、格子マークＧＭからの複数の回折光に基づいて、いわゆるスキャトロメトリ法（光波散乱計測法）によって所定の計測値（以下、「スキャトロ計測値」と称して説明する）を求め、該スキャトロ計測値に基づいて、格子マークＧＭの周期方向に関する形状の対称性を求める。すなわち、図４（ａ）に示されるように、格子マークＧＭの回折格子は、周期方向に凹凸が連続する形状で形成されている。そして、計測光Ｌ１が回折格子に照射される際、図１８（ａ）に示されるように、計測光Ｌ１の光軸中心に対して格子マークＧＭの形状の対称性が確保されている場合には、格子マークＧＭからの＋Ｎ次（図１８（ａ）ではＮ＝１〜３）、及び−Ｎ次回折光の互いの強度、及び位相が対称（同じ）となる。ここで、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）において、各矢印の太さは、光の強度を示し、各矢印の長さは、光の位相を示している。

これに対して、周期方向に関して格子マークＧＭの形状の対称性が損なわれている場合には、図１８（ｂ）に示されるように、＋Ｎ次（図１８（ｂ）ではＮ＝１〜３）回折光と−Ｎ次回折光とで、互いの強度、及び位相が、非対称となる。

上述したように、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓでは、図６に示されるような波形信号が生成される。この波形信号の座標系の縦軸は、光量を表しており、波形の振幅は、回折効率を表している。すなわち、上記格子マークＧＭからの回折光の強度、及び位相は、各検出器４６の出力に基づいて生成される波形信号に反映され、これにより、該波形信号から、格子マークＧＭの形状の周期方向に関する対称性を推定することができる。

主制御装置５０は、複数の格子マークＧＭに関して、それぞれアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓから、図６に示されるような波形信号を取得するとともに、該波形信号に基づいて、上記複数の格子マークＧＭそれぞれについての波形信号を比較することによって、複数の格子マークＧＭのうち、最も形状が安定した（対称性に優れる）格子マークＧＭを選択することができる。

このように、本実施形態では、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓを用いて、ウエハアライメントに用いるのに最適な格子マークＧＭ、及びマーク検出用の照明光の選択を行うことができる。格子マークＧＭの形状の対称性は、格子マークＧＭの位置計測精度に大きな影響を与えるため、格子マークＧＭの位置計測を行う際、上記選択された格子マークＧＭ（最も形状的に対称性が高い格子マークＧＭ）を用いることによって、格子マークＧＭの位置情報を、より高精度で求めることができる。また、ウエハアライメント時におけるウエハＷの位置決め精度が向上する。

また、本実施形態のアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓは、上述したように、照明光Ｌとして、互いに波長の異なる複数の光（レーザ）を照射可能である。主制御装置５０は、上記選択された格子マークＧＭに対し、波長の異なる複数の光を照射し、該複数の光それぞれに基づいて、図６に示されるような波形信号を取得する。そして、主制御装置５０は、上記複数の光それぞれについての波形信号を比較することによって、複数の光のうち、ウエハアライメントに最も適した波長の光を選択することができる。

また、上述したスキャトロメトリ法による格子マークＧＭの形状の対称性（又は非対称性）の推定（計測）は、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓを用いて格子マークＧＭに対して計測光Ｌ１を照射することによって行われることから、格子マークＧＭのＸＹ座標系内での位置計測動作と、格子マークＧＭの形状の対称性の推定（計測）動作を、同時に行うことができる。したがって、スループットに影響を与えることなく格子マークＧＭの形状の推定を行うことができる。

また、本実施形態では、上述した格子マークＧＭの周期方向に関する形状の非対称性に基づいて生ずるアライメント計測結果の誤差を、スキャトロ計測値（格子マークＧＭからの一対の回折光の強度比率）に基づいて主制御装置５０（図７参照。以下の説明において不図示）が補正する。以下、この補正方法について図１９のフローチャートを用いて説明する。

主制御装置５０は、ステップＳ５１０において、１ロット中の最初（ロット先頭）のウエハＷ（図１参照。以下の説明において不図示）に形成された格子マークＧＭ（図３（ａ）〜図３（ｃ）参照。以下の説明において不図示）を上述した手順（図１１（ａ）〜図１１（ｄ））で検出する。この複数の格子マークＧＭの検出動作には、各格子マークＧＭのＸＹ平面内での位置情報の計測と、スキャトロ計測値の計測値との計測とが含まれる。スキャトロ計測値からは、格子マークＧＭの非対称性（マーク特徴）を推定することができる点は上述した通りである。

ここで、上述したように、格子マークＧＭの形状が非対称であると、アライメント計測結果に誤差、換言すれば、格子マークＧＭのマーク特徴に起因したアライメント計測結果の騙されが生じる。そこで、主制御装置５０は、ステップＳ５１２において、スキャトロ計測値に基づいて、上記アライメント計測結果の騙されを補正する。この補正処理では、図２０に示されるグラフを用いて求められた所定の補正係数を用いる。図２０のグラフにおいて、横軸は、スキャトロ計測値を示し、縦軸は、重ね計測結果を示している。ここで、縦軸の重ね計測結果とは、既設の格子マークＧＭ上に、該格子マークＧＭの位置計測結果に基づいて別の格子マークＧＭを重ねて形成した際の、各格子マークＧＭの位置ずれ量を意味し、ＣＤ−ＳＥＭなどを用いて予め求められる。図２０に示されるように、スキャトロ計測値と重ね計測値との間の相関に基づいて、スキャトロ計測値に応じた重ね計測誤差を予め求めることができるので、ステップＳ５１０で求めたスキャトロ計測値と、上記相関（図２０のグラフ中に示される直線）とから、重ね計測誤差を予測することができる。そこで、主制御装置５０は、上記相関に基づいて求めた補正係数を用いて、予測される重ね計測誤差を打ち消すように、ステップＳ５１０で求めたアライメント計測結果を補正する。

図１９に戻り、主制御装置５０は、ステップＳ５１４において、補正後のアライメント計測結果（格子マークＧＭの位置情報）に基づいてＥＧＡ演算によりウエハＷ上の全てのショット領域の配列を算出するとともに、ステップＳ５１６において、上記ＥＧＡ演算の結果に基づいてウエハＷの位置制御を行いつつ、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作により、ウエハＷに形成された既設のパターン上に新たなパターンを形成する。

ステップＳ５１６において露光処理が行われたウエハＷは、露光装置１０（図７参照）に併設された光学式の重ね計測装置８００（インライン重ね計測器８００）へ送られ、該インライン重ね計測器８００は、ステップＳ５１６で形成したパターンと既設のパターンとの重ね合わせ精度を計測する。インライン重ね計測器８００としては、上述したアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓ（図４（ａ）参照）と同様に、スキャトロメトリ法によって、格子マークＧＭの同士の重ね計測を行う、いわゆるＤＢＯ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ Ｏｖｅｒｌｅｙ）方式の重ね計測装置が用いられる。主制御装置５０は、ステップＳ５１８において、インライン重ね計測器８００から、上記重ね合わせ精度に関する情報を取得する。また、１枚目のウエハＷに対する重ね計測と並行して、露光装置１０では、２枚目以降のウエハＷに対する露光動作が行われる。この２枚目以降のウエハＷの露光動作でも、露光動作に先立ってアライメント計測、及びスキャトロ計測が行われるとともに、該アライメント計測結果が上記補正係数を用いて補正される。

主制御装置５０は、ステップＳ５１８で取得した重ね合わせ精度に関する情報に基づいて、ステップＳ５２０において、重ね合わせ精度が許容範囲か否かを判定し、許容範囲内であれば、ステップＳ５１２で用いた補正係数が適正であったものとして（Ｙｅｓ判定）、以降のウエハの露光動作を行う。これに対し、重ね合わせ精度が許容範囲外であった場合（Ｎｏ判定）には、ステップＳ５２２に進み補正係数を修正した後、以降のウエハの露光動作を行う。上述したように、ステップＳ５１２〜Ｓ５２２までの処理は、２枚目以降のウエハＷの露光動作と並行して行われることから、ステップＳ５２２で決定された補正値は、１ロット中の数枚目以降のウェハのアライメント結果に適用される。これにより、修正された補正値に基づいて重ね露光が行われるウエハの露光精度（歩留まり）が向上する。なお、ロット先頭（１枚目）のウエハＷに関してステップＳ５２２までの処理が終了するのを待って、２枚目のウエハのアライメント計測、及びスキャトロ計測を開始しても良い。この場合、タクトが低下するが全体的な歩留まりが向上する。

ここで、上記重ね計測器８００（図７参照）は、ＤＢＯ方式によって格子マーク同士の重ねズレを計測する構成であることから、下層（下地）の格子マークＧＭ自体の形状が正常であるにもかかわらず格子マークＧＭ同士に重ねズレが生じた場合（図２１（ａ）参照）、及び格子マークＧＭ同士が正確に重ね合わされているにもかかわらず下層の格子マークＧＭの形状に欠陥がある場合（図２１（ｂ）参照）には、それぞれ同様に、格子マークＧＭからの一対の回折光（例えば正負の同一字数の回折光）の強度、及び位相が非対称となる（図２１（ａ）及び図２１（ｂ）の黒矢印参照）。そして、重ね計測器８００は、アライメントセンサ３２ｐ、３２ｓと同様に、一対の回折光の強度、及び位相に基づいて重ねズレ量を求めるので、実際には、重ね精度が確保されている場合（図２１（ｂ）に示される場合）であっても、重ね精度が低下していると判定する（重ね計測器８００が騙される）可能性がある。このような重ね計測器８００の騙されを回避するために、上層のパターンの露光前に下層（下地）の格子マークＧＭをアライメントセンサ３２ｐ、３２ｓによって計測し、各格子マークの形状を計測（実際には推定）しておき、その計測結果（推定結果）を光学式の重ね計測器８００へ伝達しておくと良い。

以上説明したように、本実施形態の露光装置１０のアライメント系３０は、各格子マークＧＭの位置計測と同時に該格子マークＧＭからの回折光に基づいて、各格子マークＧＭについてのスキャトロ計測値を取得することができる。したがって、格子マークの位置情報とスキャトロ計測値とを個別に計測する場合に比べ、スループットの低下を抑制できる。

また、本実施形態の露光装置１０は、スキャトロ計測値を用いて補正係数を修正することによってアライメント結果を補正するので、露光精度を向上させることができる。また、スキャトロ計測値を用いて光学式の重ね計測器８００の計測値を補正することもできるので、各パターンの重ね合わせ計測の精度も向上する。

また、上記実施形態において、ステージ装置２０は、ウエハステージ２４と計測ステージ２６とを有していたが、ステージ装置２０の構成は、これに限定されず、適宜変更が可能である。すなわち、図２２に示されるステージ装置１２０のように、ウエハＷを保持可能なウエハステージ１２４を、２つ有していても良い。ステージ装置１２０では、一方のウエハステージ１２４に保持されたウエハＷに対するアライメント計測動作、及び走査露光動作と並行して、他方のウエハステージ１２４に対してウエハのロード及びアンロード動作を行うことができる。この場合、一対のウエハステージ１２４の少なくとも一方が、基準マークが複数形成されたＦＤバー２８を有しており（図２２では、一対のウエハステージ１２４それぞれがＦＤバー２８を有している）、該ＦＤバー２８を用いて上記アライメント系３０のベースライン計測（キャリブレーション動作）を行う。

また、露光装置１０は、アライメント系３０を備えていなくても良い。この場合、アライメント系３０を備える計測装置が露光装置１０とは別個に用意されていても良い。計測装置がアライメント動作を行った基板は、搬送装置を用いて露光装置１０に搬送されても良い。露光装置１０は、計測装置が取得したマーク検出情報を用いて、複数のショット領域の位置座標の補正量を算出し、その後、基板を露光しても良い。或いは、アライメント系３０を備える計測装置が存在する場合であっても、露光装置１０は、アライメント系３０を備えていても良い。この場合、露光装置１０は、計測装置が行ったアライメント動作の結果を用いて、更にアライメント動作を行っても良い。なお、このような露光装置と当該露光装置とは別個のアライメント系とを備えた露光システムは、例えば米国特許第４，８６１，１６２号明細書に開示されている。

また、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの紫外光や、Ｆ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、エルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、照明光ＩＬの波長は、１００ｎｍ以上の光に限られず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良く、軟Ｘ線領域（５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を用いるＥＵＶ露光装置にも上記実施形態を適用することができる。その他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、上記実施形態は適用できる。

また、露光装置における投影光学系は、縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。

また、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、米国特許第６，７７８，２５７号明細書などに開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。

また、上記実施形態では、投影光学系と露光対象物体（ウエハ）との間に液体（純水）を満たした状態で露光動作を行う、いわゆる液浸露光装置について説明したが、これに限られない。

また、国際公開第２００１／０３５１６８号などに開示されているように、干渉縞をウエハＷ上に形成することによって、ウエハＷ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも上記実施形態を適用することができる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも上記実施形態は適用することができる。

また、米国特許第６，６１１，３１６号明細書などに開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも上記実施形態を適用することができる。

また、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。

また、露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、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などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも上記実施形態を適用できる。

半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態に係る露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、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エッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

以上説明したように、本発明のマーク検出装置、及びマーク検出方法は、物体に設けられたマークを検出するのに適している。また、本発明の露光装置は、物体上に所定のパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。

１０…露光装置、２０…ステージ装置、３０…アライメント系、３２ｐ…プライマリアライメントセンサ、３２ｓ…セカンダリアライメントセンサ、ＧＭ…格子マーク、Ｗ…ウエハ。

Claims (31)

1. 所定の２次元平面内の第１方向に所定間隔で配置され、物体に設けられたマークを光学系を介して検出する複数の検出装置を有し、該複数の検出装置を用いて前記物体に設けられた複数のマークを同時に検出するマーク検出系と、
   前記複数の検出装置それぞれの前記光学系の焦点深度に関する情報と、前記２次元平面と直交する第２方向に関する前記物体の位置に関する情報とに少なくとも基づいて、前記複数の検出装置のそれぞれの前記光学系と前記物体との位置関係を制御する制御系と、を備えるマーク検出装置。
2. 前記制御系は、複数の検出対象のマークのそれぞれが前記それぞれの光学系の前記焦点深度内に位置するように、前記位置関係を制御する請求項１に記載のマーク検出装置。
3. 前記制御系は、前記複数の検出対象のマークのそれぞれの位置を検出する請求項２に記載のマーク検出装置。
4. 前記制御系は、前記複数の検出装置それぞれの前記光学系のテレセントリック性に起因するマーク位置検出の誤差を補正する、請求項３に記載のマーク検出装置。
5. 前記複数の検出装置それぞれの前記光学系のテレセントリック性を計測するテレセントリック計測部を更に備える、請求項４に記載のマーク検出装置。
6. 前記第２方向における、前記複数の検出装置それぞれの前記光学系の焦点と前記物体とのずれ量を用いて、前記誤差を補正する請求項４または請求項５に記載のマーク検出装置。
7. 前記第２方向における、前記複数の検出装置それぞれの前記光学系の焦点と前記物体とのずれ量を計測するアライメントフォーカス検出部を更に備える、請求項６に記載のマーク検出装置。
8. 前記マークは、回折格子を含み、
   前記マーク検出系は、前記回折格子に計測ビームを照射し、前記マークと前記計測ビームを相対移動させつつ、前記計測ビームの前記回折格子からの同一次数の一対の回折光の干渉に基づいて前記マークを検出する請求項１〜７のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
9. 前記制御系は、前記２次元平面に直交する第２方向に関する前記物体の位置、及び前記２次元平面に対する前記物体の傾斜量を求める請求項１〜８のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
10. 前記制御系は、前記物体上における、前記複数の検出装置それぞれの検出位置の前記第２方向の位置計測を行うとともに、前記位置計測の結果に基づいて一次近似式を生成し、該一次近似式の傾きに基づいて前記物体の傾斜量を求める請求項９に記載のマーク検出装置。
11. 前記制御系は、前記第１方向を横軸とし且つ第２方向を縦軸とする座標系上に前記一次近似式に基づくグラフを生成するとともに、前記位置計測結果を前記グラフ上にプロットし、前記グラフに対して前記第２方向に関して最もプラス方向に離れた点と最もマイナス方向に離れた点との中間点を通るように前記グラフの第２方向の位置を設定し、該グラフの前記縦軸方向の位置に基づいて前記物体の前記第２方向に関する位置を設定する請求項１０に記載のマーク検出装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のマーク検出装置と、
    前記マーク検出装置の前記制御系が算出した位置に応じて前記物体の位置決めを行う位置決め装置と、
    前記位置決め装置により位置決めされた前記物体にエネルギビームで露光することにより所定のパターンを形成するパターン形成装置と、を備える露光装置。
13. 請求項１２に記載の露光装置を用いて前記物体を露光することと、
    露光された前記物体を現像することと、を含むデバイス製造方法。
14. 所定の２次元平面内の第１方向に所定間隔で配置された複数の検出装置を含むマーク検出系を用いて、物体に設けられた複数のマークを同時に検出することと、
    前記複数の検出装置それぞれの光学系の焦点深度に関する情報と、前記２次元平面と直交する第２方向に関する前記物体の位置に関する情報とに少なくとも基づいて、前記複数の検出装置のそれぞれの前記光学系と前記物体との位置関係を制御することと、を含むマーク検出方法。
15. 前記制御することでは、複数の検出対象のマークのそれぞれを前記それぞれの光学系の前記焦点深度内に位置させる請求項１４に記載のマーク検出方法。
16. 前記複数の検出対象のマークのそれぞれの位置を検出することをさらに含む請求項１４又は１５に記載のマーク検出方法。
17. 検出対象のマークが位置する際の前記物体の前記第２方向に関する位置を算出することをさらに含む請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
18. 前記算出することでは、前記２次元平面に直交する第２方向に関する前記物体の位置、及び前記２次元平面に対する前記物体の傾斜量を求める請求項１７に記載のマーク検出方法。
19. 前記算出することでは、前記物体上における、前記複数の検出装置それぞれの検出位置の前記第２方向の位置計測を行うとともに、前記位置計測の結果に基づいて一次近似式を生成し、該一次近似式の傾きに基づいて前記物体の傾斜量を求める請求項１８に記載のマーク検出方法。
20. 前記算出することでは、前記第１方向を横軸とし且つ第２方向を縦軸とする座標系上に前記一次近似式に基づくグラフを生成するとともに、前記位置計測結果を前記グラフ上にプロットし、前記グラフに対して前記第２方向に関して最もプラス方向に離れた点と最もマイナス方向に離れた点との中間点を通るように前記グラフの第２方向の位置を設定し、該グラフの前記縦軸方向の位置に基づいて前記物体の前記第２方向に関する位置を設定する請求項１９に記載のマーク検出方法。
21. 前記検出することでは、前記マークが有する回折格子に計測ビームを照射し、前記マークと前記計測ビームを相対移動させつつ、前記計測ビームの前記回折格子からの同一次数の一対の回折光の干渉に基づいて前記マークを検出する請求項１４〜２０のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
22. 物体上に複数のパターンを重ねて形成するデバイス製造方法であって、
    回折格子を含むマークに計測光を照射する計測装置を用いて、前記物体に設けられた第１マークの位置計測を行うとともに、前記第１マークの非対称性に関する非対称計測を行うことと、
    前記第１マークの位置計測結果を、前記非対称計測結果に応じた補正係数を用いて補正することと、
    前記補正後の前記第１マークの位置計測結果に基づいて前記物体上の既設のパターンに重ねてパターンを形成するとともに、前記第１マーク上に第２マークを重ねて形成することと、
    前記第１及び第２マークを用いて前記パターン同士の重ね精度を計測することと、
    前記重ね精度計測結果が所定の条件を満たさない場合に前記補正係数を修正すること、とを含み、
    前記計測装置は、前記計測光の前記マークからの回折光と干渉させる参照光を発生するための光学部材を有し、前記回折光と前記参照光との干渉に基づいて前記位置計測及び前記非対称計測を行うデバイス製造方法。
23. 前記光学部材は、前記参照光としての回折光又は錯乱光を発生する回折格子を含む請求項２２に記載のデバイス製造方法。
24. 前記計測装置は、前記計測光を前記物体表面に対して斜入射させる請求項２２又は２３に記載のデバイス製造方法。
25. 前記第１マークに関する前記非対称計測は、前記第１マークの位置計測と同時に行われる請求項２２〜２４のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
26. 前記第１及び第２マークを用いた重ね計測は、走査線電子顕微鏡を用いて行われる請求項２２〜２５のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
27. 物体上に複数のパターンを重ねて形成するデバイス製造システムであって、
    回折格子を含むマークに計測光を照射する計測装置を用いて、前記物体に設けられた第１マークの位置計測を行うとともに、前記第１マークの非対称性に関する非対称計測を行う計測系と、
    前記第１マークの位置計測結果を、前記非対称計測結果に応じた補正係数を用いて補正する制御系と、
    前記補正後の前記第１マークの位置計測結果に基づいて前記物体上の既設のパターンに重ねてパターンを形成するとともに、前記第１マーク上に第２マークを重ねて形成するパターン形成系と、
    前記第１及び第２マークを用いて前記パターン同士の重ね精度を計測する重ね計測系と、を備え、
    前記制御系は、前記重ね精度計測結果が所定の条件を満たさない場合に前記補正係数を修正し、
    前記計測装置は、前記計測光の前記マークからの回折光と干渉させる参照光を発生するための光学部材を有し、前記回折光と前記参照光との干渉に基づいて前記位置計測及び前記非対称計測を行うデバイス製造システム。
28. 前記光学部材は、前記参照光としての回折光又は散乱光を発生する回折格子を含む請求項２７に記載のデバイス製造システム。
29. 前記計測装置は、前記計測光を前記物体表面に対して斜入射させる請求項２７又は２８に記載のデバイス製造システム。
30. 前記計測系は、前記第１マークの位置計測と前記第１マークに関する前記非対称計測とを同時に行う請求項２７〜２９のいずれか一項に記載のデバイス製造システム。
31. 前記重ね計測系は、走査線電子顕微鏡を含む請求項２７〜２９のいずれか一項に記載のデバイス製造システム。

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