(57)【要約】【課題】露光工程のスループットを高く維持して、アライメントを高精度に行う。【解決手段】複数のウエハマークが形成されたウエハを露光する露光システムにおいて、計測対象のウエハマークに対応させてウエハＷ２上に複数の基準パターンを形成する簡易型露光装置４と、ウエハＷ２上の計測対象の複数のウエハマークとこれに対応する基準パターンとの位置ずれ量を計測するマーク検出装置１０と、その位置ずれ量の計測結果に基づいてウエハＷ２の位置合わせを行って、ウエハＷ２上の複数のショット領域を露光する露光装置１２と、を備える。【選択図】図１
2010212383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の位置合わせ用マークが形成された基板を露光する露光方法において、
前記複数の位置合わせ用マークのうちの所定の複数の位置合わせ用マークに対応させて前記基板上に複数の基準パターンを形成する工程と、
前記所定の複数の位置合わせ用マークとこれに対応する前記基準パターンとの位置ずれ量を計測する工程と、
前記位置ずれ量の計測結果に基づいて前記基板の位置合わせを行って、前記基板上の複数の領域を露光する工程と、
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記基準パターンを形成する工程は、前記基準パターンを潜像として形成し、
前記位置ずれ量を計測する工程は、前記位置合わせ用マークとこれに対応する前記基準パターンの潜像との位置ずれ量を計測することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
複数の前記基準パターンが形成された前記基板を前記基板上の複数の前記領域が露光される位置に搬送する工程を含み、
前記位置ずれ量を計測する工程は、前記基板を搬送する工程の途中で行われることを特徴とする請求項１または２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記位置ずれ量を計測する工程は、
前記位置ずれ量の計測結果より、前記基板上の複数の前記領域を露光する際の前記基板の配置状態に依存しない複数の前記領域に関する配列情報を求める工程を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項５】
前記位置ずれ量の計測結果に基づいて前記基板の位置合わせを行って、前記基板上の複数の領域を露光する工程は、
前記基板を複数の前記領域が露光される位置に配置した後で、前記基板上の少なくとも２つの前記基板パターン又は前記位置合わせ用マークの位置情報を計測し、前記位置情報の計測結果から前記基板の配置状態に依存する複数の前記領域に関する配列情報を求める工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
【請求項６】
前記位置ずれ量の計測結果に基づいて前記基板の位置合わせを行って、前記基板上の複数の領域を露光する工程は、
複数の前記領域に関する前記基板の配置状態に依存しない配列情報及び前記基板の配置状態に依存する配列情報に基づいて、前記基板の位置合わせを行う工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
【請求項７】
前記基板上の複数の前記領域の実質的に全部にそれぞれ少なくとも一つの前記位置合わせ用マークが付設されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項８】
前記基板上に形成される前記基準パターンの個数は、前記基板上の複数の前記領域の個数よりも少ないことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項９】
複数の前記基準パターンの配列情報を計測する工程を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１０】
前記基板上に複数の前記基準パターンを形成する工程は、前記基板上に複数の前記基準パターンを複数回に分けて、かつ一部を重ねて形成する工程を含み、
前記位置ずれ量を計測する工程は、前記複数回に分けて形成された複数の前記基準パターンの位置関係情報を計測する工程を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
【請求項１２】
複数の位置合わせ用マークが形成された基板を露光する露光システムにおいて、
前記複数の位置合わせ用マークのうちの所定の複数の位置合わせ用マークに対応させて前記基板上に複数の基準パターンを形成する第１の露光装置と、
前記基板上の前記所定の複数の位置合わせ用マークとこれに対応する前記基準パターンとの位置ずれ量を計測するマーク計測系と、
前記位置ずれ量の計測結果に基づいて前記基板の位置合わせを行って、前記基板上の複数の領域を露光する第２の露光装置と、
を備えることを特徴とする露光システム。
【請求項１３】
前記第１の露光装置は、前記基板上に前記基準パターンを潜像として形成し、
前記マーク計測系は、前記基板の前記位置合わせ用マークとこれに対応する前記基準パターンの潜像との位置ずれ量を計測することを特徴とする請求項１２に記載の露光システム。
【請求項１４】
前記第１の露光装置で露光された前記基板を前記第２の露光装置に搬送する搬送系を備え、
前記マーク計測系は、前記搬送系が保持する前記基板上の前記所定の複数の位置合わせ用マークとこれに対応する前記基準パターンとの位置ずれ量を計測することを特徴とする請求項１２または１３に記載の露光システム。
【請求項１５】
前記マーク計測系は、少なくとも一つの前記位置合わせ用マークとこれに対応する前記基準パターンとを共通の視野内で検出する画像処理型の計測系であることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載の露光システム。
【請求項１６】
前記マーク計測系の計測結果より、前記基板上の複数の前記領域を露光する際の前記基板の配置状態に依存しない複数の前記領域に関する配列情報を求める演算装置を備えることを特徴とする請求項１２から１５のいずれか一項に記載の露光システム。
【請求項１７】
前記第２の露光装置は、
前記基板上の少なくとも２つの前記基板パターン又は前記位置合わせ用マークの位置情報を計測するアライメント系を備え、
前記演算装置は、前記アライメント系の計測結果から前記基板の配置状態に依存する複数の前記領域に関する配列情報を求めることを特徴とする請求項１６に記載の露光システム。
【請求項１８】
前記第２の露光装置は、
前記演算装置で求められる前記基板の配列状態に依存しない配列情報及び配列状態に依存する配列情報に基づいて前記基板の位置合わせを行う制御装置を備えることを特徴とする請求項１７に記載の露光システム。
【請求項１９】
前記第１の露光装置によって露光される複数の前記基準パターンの配列情報を記憶する記憶装置を備え、
前記第２の露光装置は、前記位置ずれ量に基づいて前記基板の位置合わせを行う際に、前記記憶装置に記憶されている前記配列情報を用いることを特徴とする請求項１２から１８のいずれか一項に記載の露光システム。
【請求項２０】
前記第１の露光装置は、前記基板上に複数の前記基準パターンを形成する際に、前記基板上に複数の前記基準パターンを複数回に分けて、かつ一部を重ねて形成し、
前記マーク計測系は、前記複数回に分けて形成された複数の前記基準パターンの位置関係情報を計測することを特徴とする請求項１２から１９のいずれか一項に記載の露光システム。
【請求項２１】
請求項１２から２０のいずれか一項に記載の露光システムを用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の位置合わせ用マークが形成された基板を露光する露光方法、その基板を露光する露光システム、及びその露光方法又はその露光システムを用いるデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）の製造工程の一つであるリソグラフィ工程において、露光装置を用いて、２層目以降の回路パターンをフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に形成するためには、ウエハ上の各ショット領域に形成されている回路パターンとこれから露光するレチクル（又はフォトマスク等）のパターンの像との位置合わせ、即ちレチクル及びウエハのアライメントを高精度に行う必要がある。
【０００３】
従来の効率的でかつ高精度なアライメント方法として、ウエハ上から選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）に付設されたウエハマーク（アライメントマーク）の位置をアライメント系によって計測し、この計測結果を統計処理してウエハ上の全部のショット領域の配列座標を算出するＥＧＡ（エンハンスド・グローバル・アライメント）方式のアライメント方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。最近はさらに効率的にアライメントを行うために、複数のアライメント系を用いてウエハ上の複数のウエハマークの位置を順次ほぼ同時に計測するようにした露光装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平４−４７９６８号公報
【特許文献２】特開２００８−３００８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
露光工程のスループット（単位時間当たりに処理されるデバイスの個数）を高めるためにウエハは益々大型化しており、最近では直径が３００ｍｍのウエハが使用され、さらに直径が４５０ｍｍのウエハの使用も開始されつつある。一方、ウエハ上の露光単位である一つのショット領域の大きさは例えば２２×２２ｍｍ2 又は２６×３３ｍｍ2 等とほぼ一定であるため、ウエハの面積にほぼ比例してウエハ上のショット領域の個数は増加する。従って、アライメント精度を高く維持するためには、ウエハの面積にほぼ比例して、計測対象のショット領域であるサンプルショットの個数（ひいては計測対象のウエハマークの個数）を増加することが好ましい。しかしながら、単にサンプルショットの個数を増加すると、ウエハのアライメントに要する時間が長くなり、露光工程のスループットが低下する。
【０００６】
また、複数のアライメント系を使用する場合には、アライメントに要する時間は短縮されるが、複数のアライメント系間のオフセット、及び複数のアライメント系を支持する支持機構の間隔の僅かな変動等に起因する計測誤差が残留する恐れがある。
本発明はこのような事情に鑑み、露光工程のスループットを高く維持して、かつアライメントを高精度に行うことが可能な露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による露光方法は、複数の位置合わせ用マークが形成された基板を露光する露光方法において、その複数の位置合わせ用マークのうちの所定の複数の位置合わせ用マークに対応させてその基板上に複数の基準パターンを形成する工程と、その所定の複数の位置合わせ用マークとこれに対応するその基準パターンとの位置ずれ量を計測する工程と、その位置ずれ量の計測結果に基づいてその基板の位置合わせを行って、その基板上の複数の領域を露光する工程と、を含むものである。
【０００８】
また、本発明による露光装置は、複数の位置合わせ用マークが形成された基板を露光する露光システムにおいて、その複数の位置合わせ用マークのうちの所定の複数の位置合わせ用マークに対応させてその基板上に複数の基準パターンを形成する第１の露光装置と、その基板上のその所定の複数の位置合わせ用マークとこれに対応するその基準パターンとの位置ずれ量を計測するマーク計測系と、その位置ずれ量の計測結果に基づいてその基板の位置合わせを行って、その基板上の複数の領域を露光する第２の露光装置と、を備えるものである。
【０００９】
また、本発明のデバイス製造方法は、本発明の露光方法又は露光システムを用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理することと、を含むものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、或る基板上の計測対象の複数の位置合わせ用マークの位置を計測するために、対応する基準パターンとの位置ずれ量を計測しており、この位置ずれ量の計測は別の基板上の複数の領域の露光と並行して効率的に行うことができるため、複数枚の基板を露光する工程のスループットを高く維持できる。また、その位置ずれ量の計測は、順次高精度に行うことが可能であるため、アライメントを高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の一例の露光システムの構成を示す図である。
【図２】（Ａ）はウエハ上の各ショット領域に付設されたウエハマークの配列の一例を示す平面図、（Ｂ）は図２（Ａ）中の一つのショット領域を示す拡大図、（Ｃ）は図２（Ｂ）中のウエハマークを示す拡大図である。
【図３】実施形態の露光動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）はウエハ上の複数の基準パターンの配列の一例を示す平面図、（Ｂ）は基準パターン形成用のレチクルを示す平面図、（Ｃ）は基準パターンを示す拡大図である。
【図５】（Ａ）はウエハ上の複数のウエハマークの近傍に基準パターンが形成された状態を示す平面図、（Ｂ）は図５（Ａ）中の１対のウエハマーク及び基準パターンを示す拡大平面図である。
【図６】（Ａ）はウエハ上の複数対の基準パターンとウエハマークとの位置ずれ量を計測する順序の一例を示す平面図、（Ｂ）は図６（Ａ）中の１対のウエハマークと基準パターンとの位置ずれ量の一例を示す拡大図である。
【図７】ウエハ上の複数対の基準パターンとウエハマークとの位置ずれ量の分布の一例を拡大して示す図である。
【図８】ウエハ上の複数のショット領域の露光順序の一部を示す図である。
【図９】ウエハ上に複数の基準パターンを４回に分けて形成する場合の説明図であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、及び（Ｄ）はそれぞれ１回目、２回目、３回目、及び４回目にウエハ上に形成される基準パターンを示す平面図である。
【図１０】電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の一例につき図１〜図８を参照して説明する。
図１は、本実施形態の露光システムを示す。図１において、その露光システムは、不図示のコータ・デベロッパとの間でウエハの搬送を行うウエハローダ系２と、ウエハ（ここではウエハＷ２）上に後述の複数の基準パターンを形成するための簡易型露光装置４と、ウエハ（ここではウエハＷ１）上の各ショット領域にレチクルＲ（マスク）のデバイス用のパターンの像を露光する主となる露光装置１２と、簡易型露光装置４から露光装置１２にウエハＷ２を搬送するウエハ搬送系８と、ウエハ搬送系８で保持されているウエハＷ２上の所定のアライメントマークとしてのウエハマークとこの近傍に形成されている基準パターンとの位置ずれ量を計測するマーク検出装置１０とを備えている。ウエハＷ２，Ｗ１（基板）はそれぞれ直径が例えば４５０ｍｍ（又は３００ｍｍ等でもよい）の円板状の半導体の基材上にフォトレジスト（感光材料）を塗布したものである。
【００１３】
また、簡易型露光装置４は、投影倍率が拡大倍率（例えば２倍等）の投影光学系ＰＬ２を備えた一括露光型（静止露光型）の投影露光装置であり、露光装置１２は、投影倍率が縮小倍率（例えば１／４，１／５等）の投影光学系ＰＬ１を備えたスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査露光型の投影露光装置である。以下、簡易型露光装置４においては、投影光学系ＰＬ２の光軸ＡＸ２に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（ほぼ水平面）内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。また、マーク検出装置１０及び露光装置１２においては、投影光学系ＰＬ１の光軸ＡＸ１に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（ほぼ水平面）内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。露光装置１２における走査露光時のレチクルＲ及びウエハの走査方向はＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）である。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りの回転方向をθｘ、θｙ、θｚ方向とも呼ぶ。なお、簡易型露光装置４から露光装置１２に搬送されるウエハは後述のように途中で１８０°回転されるため、簡易型露光装置４と露光装置１２とではＸ軸及びＹ軸の方向が反転している。
【００１４】
先ず、簡易型露光装置４は、基準パターン形成用のパターンが形成されたレチクルＲＦをＸＹ平面に平行な面上で吸着保持するステージ２２と、露光光源（不図示）と、この露光光源からの露光用の照明光（露光光）ＩＬ２でレチクルＲＦのパターン領域の全面を覆う照明領域を照明する照明光学系２１と、投影光学系ＰＬ２と、レチクルＲＦのパターンの投影光学系ＰＬ２による像が露光されるウエハＷ２を吸着保持して、ウエハベース２６上のＸＹ平面に平行な面上でウエハＷ２をＸ方向、Ｙ方向、θｚ方向に所定範囲内で移動するＸＹステージ２５と、簡易型露光装置４の動作を統括的に制御する制御装置６と、その他の駆動機構等（不図示）とを備えている。
【００１５】
その露光光源としては、水銀ランプ（ｉ線等）又はＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）などが使用できる。照明光ＩＬ２の波長は、後述の露光装置１２の照明光ＩＬ１の波長と異なっていてもよい。照明光ＩＬ２としては、ウエハＷ２上のフォトレジストを感光できる波長域であれば、安価な露光光源から出力される光を使用可能である。照明光学系２１は、例えばオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ））等を含む照度均一化光学系、レチクルブラインド、及びコンデンサレンズ等を備えている。投影光学系ＰＬ２は、一例として前群ＰＬ２ａ及び後群ＰＬ２ｂを含む屈折系である。さらに、ＸＹステージ２５上のウエハＷ２の近傍に基準マーク２７ａが形成された第１の基準部材２７が設けられ、レチクルステージ２２の上方に、レチクルＲＦのアライメントマークとしてのレチクルマーク５４Ａ（図４（Ｂ）参照）と基準マーク２７ａとの位置ずれ量を投影光学系ＰＬ２を介して計測する第１のレチクルアライメント系２３が配置されている。レチクルアライメント系２３は、レチクルＲＦの上方に移動可能な光路折り曲げ用のミラー２４を備えている。
【００１６】
なお、ウエハＷ２に関して基準部材２７と対称なＸＹステージ２５上の位置にも、基準マークが形成された第２の基準部材（不図示）が設けられ、レチクルＲＦに関してレチクルアライメント系２３と対称な位置にも第２のレチクルアライメント系（不図示）が配置されている。この第２のレチクルアライメント系を用いて図４（Ｂ）のレチクルＲＦのレチクルマーク５４Ｂとこれに対応する基準マークとの位置ずれ量が計測される。この計測結果に基づいて、レチクルＲＦのパターンの像とＸＹステージ２５との位置関係を調整可能である。さらに、ＸＹステージ２５上にロードされるウエハの外形（又はサーチアライメント用のマーク）の位置情報を計測するための画像処理型のプリアライメント系２８が備えられ、プリアライメント系２８の検出結果は制御装置６に供給される。
【００１７】
また、図１において、ＸＹステージ２５のＸ方向、Ｙ方向の位置及びθｚ方向の回転角を計測するためのレーザ干渉計又はリニアエンコーダ等のウエハ側計測装置（不図示）と、ＸＹステージ２５をＸ方向、Ｙ方向、θｚ方向に駆動する例えば送りねじ方式等の駆動機構（不図示）とが設けられている。制御装置６は、そのウエハ側計測装置の計測結果に基づいて、その駆動機構を介してＸＹステージ２５の位置及び回転角を制御する。なお、レチクルＲＦ用を保持するステージ２２側にも狭い範囲で２次元的な位置を計測する計測装置、及びこの計測結果に基づいてステージ２２を駆動する駆動機構を設けてもよい。
【００１８】
また、マーク検出装置１０は、一例として落射照明方式の拡大結像光学系とＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型等の２次元撮像素子とを備える画像処理型の検出装置であり、マーク検出装置１０の下方の被検面上の視野１０ａ内の拡大像がその撮像素子上に形成される。マーク検出装置１０は、ウエハＷ２のフォトレジストに形成された潜像及びフォトレジストの裏面のウエハマークの両方を検出可能である。その撮像素子の検出信号を処理して得られる後述の所定のマークとパターンとのＸ方向及びＹ方向の位置ずれ量の情報が制御装置６に供給される。その位置ずれ量の情報は、アライメント情報として制御装置６から露光装置１２の主制御装置１４及び演算装置１５に供給される。
【００１９】
さらに、ウエハ搬送系８は、Ｘ軸に平行な第１Ｘ軸ガイド３３Ｂと、第１Ｘ軸ガイド３３Ｂに沿ってＸ方向に移動する第１Ｘ軸スライダ３２Ｂと、第１Ｘ軸スライダ３２Ｂに沿ってＹ方向に移動するＹ軸スライダ３５と、Ｙ軸スライダ３５に対してその上の部材を±１８０°回転する回転テーブル３４と、回転テーブル３４上に固定されたＸ軸に平行な第２Ｘ軸ガイド３３Ａと、第２Ｘ軸ガイド３３Ａに沿ってＸ方向に移動する第２Ｘ軸スライダ３２Ａと、第２Ｘ軸スライダ３２Ａに終端部が固定されて先端部にウエハ（ここではＷ２とする）を吸着保持するウエハアーム部３１とを備えている。Ｘ軸スライダ３２Ａ，３２Ｂ及びＹ軸スライダ３５のＸ方向及びＹ方向の移動量は例えばリニアエンコーダ（不図示）で計測され、回転テーブル３４の回転角はロータリエンコーダ（不図示）で計測され、これらの計測値が制御装置６に供給されている。制御装置６は、それらの計測値に基づいて、Ｘ軸スライダ３２Ａ，３２Ｂ、Ｙ軸スライダ３５、及び回転テーブル３４を駆動する。
【００２０】
ウエハ搬送系８は、簡易型露光装置４で露光されたウエハＷ２をウエハアーム部３１上に受け取り、ウエハＷ２を保持するウエハアーム部３１をマーク検出装置１０の下方に移動した後、回転テーブル３４によって第２Ｘ軸ガイド３３Ａ、第２Ｘ軸スライダ３２Ａ、ウエハアーム部３１、及びウエハＷ２を一体的に１８０°回転する。次に、ウエハアーム部３１上のウエハＷ２をマーク検出装置１０の下方の計測開始位置Ｃに移動した後、後述のように第２Ｘ軸スライダ３２Ａ及びＹ軸スライダ３５を駆動してウエハＷ２をＸ方向及びＹ方向に所定の軌跡に沿って移動しながら、マーク検出装置１０を介してウエハＷ２上の所定の複数対のマークとパターンとの位置ずれ量の計測が行われる。この計測が終了すると、第１Ｘ軸スライダ３２Ｂを介してウエハアーム部３１を露光装置１２側に移動して、ウエハアーム部３１から露光装置１２側にウエハＷ２が受け渡される。その後、ウエハアーム部３１は簡易型露光装置４側に戻されるとともに、その途中で回転テーブル３４によってウエハアーム部３１は−１８０°回転される。
【００２１】
次に、露光装置１２は、露光用の照明光（露光光）ＩＬ１を発生する露光光源（不図示）と、照明光ＩＬ１でレチクルＲを照明する照明光学系ＩＬＳと、レチクルＲを吸着保持して移動するレチクルステージＲＳＴと、投影光学系ＰＬ１とを備えている。さらに、露光装置１２は、ウエハＷ１を吸着保持して移動するウエハステージＷＳＴと、露光装置１２の動作を統括的に制御する主制御装置１４と、アライメント情報の演算を行う演算装置１５と、アライメント情報を記憶する磁気ディスク装置等の記憶装置１６と、その他の駆動機構等とを備えている。なお、主制御装置１４及び演算装置１５は、一つのコンピュータのソフトウェア上の異なる機能であってもよい。また、演算装置１５は、機能的に異なる後述の第１演算部１５ａ及び第２演算部１５ｂを有する。
【００２２】
その露光光源としてはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が使用されているが、その他にＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）などの紫外パルスレーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置なども使用できる。照明光学系ＩＬＳは、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する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、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）、回折光学素子など）等を含む照度均一化光学系、レチクルブラインド、及びコンデンサレンズ等から構成されている。照明光学系ＩＬＳは、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のＸ方向に細長いスリット状の照明領域を照明光ＩＬ１によりほぼ均一な照度で照明する。
【００２３】
レチクルＲに形成されたパターン領域のうち、照明領域内のパターンの像は、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックの投影光学系ＰＬ１を介してウエハＷ１上の一つのショット領域上の露光領域に結像投影される。一例として、投影光学系ＰＬ１は前群ＰＬ１ａ及び後群ＰＬ１ｂから構成される屈折系であるが、反射屈折系等も使用可能である。
また、レチクルステージＲＳＴは、不図示のレチクルベースのＸＹ平面に平行な上面にエアベアリングを介して載置され、その上面でＹ方向に一定速度で移動し、必要に応じてＸ方向への移動及びθｚ方向の回転等が可能である。レチクルステージＲＳＴの少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む２次元の位置情報は不図示のレーザ干渉計によって計測され、計測された位置情報は主制御装置１４に供給される。主制御装置１４はその位置情報に基づいてリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してレチクルステージＲＳＴの速度、位置、及び回転角を制御する。
【００２４】
一方、ウエハステージＷＳＴは、ウエハベースＷＢのＸＹ平面に平行な上面にエアベアリングを介して載置され、その上面でＸ方向、Ｙ方向に移動可能で、かつθｚ方向に回転可能である。ウエハステージＷＳＴの少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む２次元の位置情報は不図示のレーザ干渉計によって計測され、計測された位置情報は主制御装置１４に供給される。主制御装置１４はその位置情報に基づいてリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してウエハテージＷＳＴの速度、位置、及び回転角を制御する。
【００２５】
また、ウエハステージＷＳＴには、ウエハＷ１の表面の複数の計測点のＺ方向の位置（フォーカス位置）を計測する多点のオートフォーカスセンサ（不図示）の計測結果に基づいて、ウエハＷ１の表面を投影光学系ＰＬ１の像面に合わせ込むＺステージ機構が組み込まれている。
さらに、投影光学系ＰＬ１の側面に、ウエハＷ１上の所定のパターン又はマークの位置を計測するオフアクシスで画像処理方式のアライメント系４１が不図示のフレームに固定されて配置されている。アライメント系４１はウエハＷ１のフォトレジスト上の潜像も検出可能である。アライメント系４１で検出される、アライメント系４１の視野内の所定の検出中心からの被検パターン又は被検マークのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量の情報が主制御装置１４を介して演算装置１５の第１演算部１５ａに供給される。第１演算部１５ａでは、アライメント系４１で計測される位置ずれ量にそのときのウエハステージＷＳＴの座標値を加算して、被検パターン等のウエハステージＷＳＴの座標系（Ｘ，Ｙ）における配列座標を求める。第１演算部１５ａは、さらにその配列座標及び上記のアライメント情報等に基づいてウエハＷ１のアライメントを行う。
【００２６】
さらに、ウエハステージＷＳＴ上には、スリット４２ａ及び基準マーク４２ｂが形成された光透過性の基準部材４２が配置され、基準部材４２の底面のウエハステージＷＳＴの内部に、スリット４２ａを通過した光束を集光するレンズ系４３ａと、その集光された光束を受光する光電センサ４３ｂとを含む空間像計測系４３が設置されている。空間像計測系４３によってレチクルＲのレチクルマーク（不図示）の像の位置を検出することで、レチクルＲのアライメントが行われている。さらに、基準マーク４２ｂの位置をアライメント系４１で計測することで、レチクルＲのパターンの像の中心とアライメント系４１の検出中心との位置関係（ベースライン）が求められて、主制御装置１４及び演算装置１５（第１演算部１５ａ）に記憶されている。
【００２７】
また、露光装置１２が液浸型である場合には、投影光学系ＰＬ１の下端の光学部材とウエハＷ１との間の局所的な液浸領域に、不図示の液体供給装置から照明光ＩＬ１を透過する液体（不図示）が供給され、その液体は不図示の液体回収装置によって回収される。その液体供給装置及び液体回収装置を含む局所的な液浸機構としては、例えば国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレット、欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、又は国際公開第２００５／１２２２１８号パンフレット等に開示されている液浸機構等が使用できる。なお、露光装置１２がドライ型である場合には、その液浸機構を備える必要はない。
【００２８】
そして、露光装置１２の露光時には、後述のようにウエハＷ１（又はＷ２等）のアライメントが行われる。その後、レチクルＲへの照明光ＩＬ１の照射を開始して、レチクルＲのパターンの一部の投影光学系ＰＬ１を介した像をウエハＷ１上の一つのショット領域に投影しつつ、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを投影光学系ＰＬ１の投影倍率を速度比としてＹ方向に同期して移動（同期走査）する走査露光動作によって、そのショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。その後、照明光ＩＬ１の照射を停止して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷ１をＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作と、上記の走査露光動作とを繰り返すことによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ１上の全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。
【００２９】
以下、図１の露光システムを用いて複数枚のウエハを順次露光する場合の動作の一例につき図３のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御装置１４及び制御装置６の制御のもとで行われる。本実施形態で露光対象とするウエハローダ系２によって搬入されるフォトレジストが塗布された直径が４５０ｍｍ等の円板状のウエハ（ここではＷ２とする）は、その外周部に位置決め用の切り欠き部（不図示）が形成されている。また、ウエハＷ２の上面は、図２（Ａ）に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に所定周期で多数の矩形のショット領域ＳＡｊ（ｊ＝１，２，…，Ｊ）に区画され、各ショット領域ＳＡｊにはこれまでのデバイス製造工程によって１層又は複数層の回路パターンが形成され、各ショット領域ＳＡｊにはそれぞれアライメントマークとしてのウエハマークＷＭｊが付設されている。ウエハマークＷＭｊは、ウエハＷ２上のフォトレジストの裏面に凹凸パターン（下地パターン）として形成されている。ウエハＷ２上のショット領域ＳＡｊ及びウエハマークＷＭｊの配列（ショットマップ）の情報、例えばウエハマークＷＭｊのウエハ上での設計上の配列座標（ｘｗｊ，ｙｗｊ）及びウエハマークと対応するショット領域の中心との間隔の情報は、制御装置６、主制御装置１４、及び記憶装置１６に記憶されている。
【００３０】
また、隣接するショット領域ＳＡｊ，ＳＡ（ｊ＋１）等は、図２（Ｂ）に示すように、所定幅のスクライブライン領域ＳＬで分離され、一例としてスクライブライン領域ＳＬ上にそれぞれ隣接するショット領域ＳＡｊ，ＳＡ（ｊ＋１）に対応するウエハマークＷＭｊ，ＷＭ（ｊ＋１）が形成されている。一例として、ショット領域ＳＡｊのＸ方向の幅は２６ｍｍ、Ｙ方向の長さは３３ｍｍであり、スクライブライン領域ＳＬの幅は数１０μｍ程度である。さらに、図２（Ｃ）に示すように、一例としてウエハマークＷＭｊは、Ｘ方向の位置を示す複数のライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという）５１ＸとＹ方向の位置を示す複数のＬ＆Ｓパターン５１Ｙとから構成されている。なお、ウエハマークＷＭｊは、ショット領域ＳＡｊ内のデバイスパターンがない領域等に形成されていてもよい。
【００３１】
この場合、ウエハＷ２の直径が３００ｍｍであるときには、ショット領域ＳＡｊの個数はほぼ８０個（Ｊ＝８０）であり、ウエハＷ２の直径が４５０ｍｍであるときには、ショット領域ＳＡｊの個数はほぼ１８０個（Ｊ＝１８０）であり、ショット領域ＳＡｊの個数はほぼ２．２５倍に増加する。即ち、ウエハＷ２の面積にほぼ比例して（ウエハＷ２の直径の二乗にほぼ比例して）、ウエハＷ２上のショット領域ＳＡｊの個数は増加するため、ＥＧＡ方式でアライメントを行う場合に計測対象となるショット領域であるサンプルショットの個数（ひいてはこれに付設された計測対象のウエハマークＷＭｊの個数）も、ショット領域ＳＡｊの個数に応じて増加する。
【００３２】
また、図１の簡易型露光装置４のステージ２２に保持されたレチクルＲＦには、図４（Ｂ）に示すように、図２（Ａ）のウエハＷ２上の多数のウエハマークＷＭｊの設計上の配列を、投影光学系ＰＬ２の投影倍率（ここでは拡大倍率）の逆数倍で縮小した配列でＸ方向、Ｙ方向に所定間隔で多数の計測用パターン５２Ｆｊが形成されている。計測用パターン５２Ｆｊは、遮光膜中に形成された透過パターンである。また、各計測用パターン５２Ｆｊの投影光学系ＰＬ２による像（以下、基準パターンと呼ぶ）５２ｊは、図４（Ｃ）に示すように、図２（Ｃ）のウエハマークＷＭｊとほぼ同じ大きさのＸ方向のＬ＆Ｓパターン像５３ＸとＹ方向のＬ＆Ｓパターン像５３Ｙとから構成されている。
【００３３】
なお、レチクルＲＦのパターン領域のＸ方向の両端部にはレチクルマーク（アライメントマーク）５４Ａ，５４Ｂが形成されており、上述のようにレチクルマーク５４Ａ，５４Ｂを介してレチクルＲＦのアライメントが行われる。
そして、先ず計測用パターン５２Ｆｊの像の配列を計測するために、図３のステップ１０１において、図１の簡易型露光装置４のＸＹステージ２５上に、図４（Ａ）に示すように、フォトレジストが塗布された未露光の評価用のウエハＷＴをロードし、このウエハＷＴの上面に、レチクルＲＦの多数の計測用パターン５２Ｆｊの像（基準パターン５２ｊ）を露光して、多数の基準パターン５２ｊを潜像として形成する。次のステップ１０２において、一例として露光済みのウエハＷＴをウエハ搬送系８を介して簡易型露光装置４から露光装置１２のウエハステージＷＳＴ上に搬送する。そして、ウエハステージＷＳＴをＸ方向、Ｙ方向に移動しながら、アライメント系４１でウエハＷＴ上の多数の基準パターン５２ｊ（ここでは潜像）の位置を計測し、計測値を順次、演算装置１５の第１演算部１５ａに供給する。第１演算部１５ａでは、各基準パターン５２ｊのＸ座標、Ｙ座標を求めた後、各基準パターン５２ｊの座標を、図４（Ａ）のほぼＹ軸に平行な軸上の所定の２つの基準パターン５２ａ及び５２ｂによって規定される直交座標系（ＸＦ，ＹＦ）上の配列座標（ＸＦｊ，ＹＦｊ）に変換する。全部の基準パターン５２ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）の配列座標（ＸＦｊ，ＹＦｊ）は基準パターンの配列として記憶装置１６に記憶される。直交座標系（ＸＦ，ＹＦ）では一例として、基準パターン５２ａの中心が原点（０，０）であり、基準パターン５２ａ，５２ｂの中心を通る直線がＹＦ軸、原点を通りＹＦ軸に垂直な軸がＸＦ軸である。
【００３４】
この場合、ステップ１０１とステップ１０２との間で、ウエハＷＴ上のフォトレジストは現像等の処理を受けておらず、そのフォトレジストには線形伸縮等が生じないため、ステップ１０２で計測される基準パターンの配列は、ステップ１０１で形成された基準パターンのほぼ一定な配列とみなすことができる。なお、ステップ１０１及び１０２は、例えば定期的に実行するのみでよい。
【００３５】
そして、ウエハローダ系２によって露光対象のフォトレジストが塗布されたウエハ（Ｗ２とする）が搬送されてきたときには、ステップ１０３において、図１の簡易型露光装置４のプリアライメント系２８によってウエハＷ２の外形の位置が例えば３箇所で計測され、この計測後のウエハＷ２がＸＹステージ２５上にロードされる。そのプリアライメント系２８の計測結果を用いて、制御装置６は、図４（Ｂ）のレチクルＲＦの計測用パターン５２Ｆｊの像の位置の近傍に、図２（Ａ）のウエハＷ２の各ショット領域ＳＡｊのウエハマークＷＭｊが来るようにＸＹステージ２５（ウエハＷ２）を位置決めする。
【００３６】
この状態でステップ１０４において、照明光学系２１からレチクルＲＦに照明光ＩＬを照射して、レチクルＲＦの多数の計測用パターン５２Ｆｊの投影光学系ＰＬ２による像をウエハＷ２上に露光し、図５（Ａ）に示すように、ウエハＷ２上の多数のウエハマークＷＭｊの近傍にそれぞれ基準パターン５２ｊを潜像として形成する。図５（Ａ）中のＢ部の拡大図である図５（Ｂ）に示すように、基準パターン５２ｊ（Ｌ＆Ｓパターン像５３Ｘ，５３Ｙ）は、ショット領域ＳＡｊに隣接するスクライブライン領域ＳＬ上にウエハマークＷＭｊに近接して形成される。なお、この場合の露光量は、基準パターン５２ｊ（潜像）がマーク検出装置１０及びアライメント系４１によって検出可能なレベルであればよく、その露光量はウエハＷ２上のフォトレジストを感光させるレベルよりもかなり小さい（例えば１／１０程度）。従って、ウエハＷ２の現像後に、基準パターン５２ｊに対応するレジストパターンがウエハＷ２上に形成されることはない。
【００３７】
また、ウエハマークＷＭｊはフォトレジストの裏面の凹凸パターンであるのに対して、基準パターン５２ｊはフォトレジストの表面のパターンであるため、両者は画像処理によって明確に識別可能である。
次のステップ１０５において、ウエハ搬送系８のＸ軸スライダ３２Ａ，３２Ｂを駆動してウエハアーム部３１の先端部をＸＹステージ２５側に移動して、ＸＹステージ２５からウエハアーム部３１にウエハＷ２を受け渡した後、ウエハアーム部３１をマーク検出装置１０の下方に移動しながら、回転テーブル３４によってウエハアーム部３１（ウエハＷ２）を１８０°回転する。そして、ステップ１０６において、ウエハ搬送系８によってウエハアーム部３１をＸ方向、Ｙ方向に移動することによって、マーク検出装置１０の視野１０ａを図６（Ａ）の軌跡５５に沿ってウエハＷ２の上面で相対的に移動する。その軌跡５５に沿った複数の計測位置Ａｉ（ｉ＝１〜Ｉ）には、それぞれウエハマークＷＭｊ及び基準パターン５２ｊが形成されている。なお、その計測位置Ａｉの個数Ｉは、一例として、ウエハＷ２のアライメントを通常のＥＧＡ方式で行う場合のサンプルショット（又は計測対象のショット領域に付設されたウエハマーク）の個数程度以上であり、個数Ｉは例えば１０程度以上である。
【００３８】
そして、各計測位置ＡｉでウエハＷ２を静止させて、図６（Ｂ）に示すように、マーク検出装置１０によって視野１０ａ内の基準パターン５２ｊの中心に対するウエハマークＷＭｊの中心のＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量（ΔＸｊ，ΔＹｊ）を計測する。この位置ずれ量（ΔＸｊ，ΔＹｊ）を配列ベクトルＥＶｊとも呼ぶ。計測された全部の位置ずれ量（ΔＸｊ，ΔＹｊ）は、制御装置６から主制御装置１４を介して演算装置１５に供給される。
【００３９】
図７はウエハＷ２に関してステップ１０６で計測された位置ずれ量（ΔＸｊ，ΔＹｊ）に対応する配列ベクトルＥＶｊを拡大して示す。図７において、実際には計測位置Ａｉ（ｉ＝１〜Ｉ）にある配列ベクトルＥＶｊのみが計測されている。次のステップ１０７において、演算装置１５内の第２演算部１５ｂは、記憶装置１６から基準パターン５２ｊの配列座標（ＸＦｊ，ＹＦｊ）を読み出し、この配列座標に配列ベクトルＥＶｊの位置ずれ量（ΔＸｊ，ΔＹｊ）を加算して、次のように計測位置ＡｉにあるウエハマークＷＭｊの配列座標（ＸＭｊ，ＹＭｊ）を求める。この配列座標（ＸＭｊ，ＹＭｊ）は、２つの基準パターン５２ａ（座標（０，０））及び５２ｂ（座標（０，ＹＦｂ））を基準とする直交座標系（ＸＦ，ＹＦ）上の配列座標である。
【００４０】
ＸＭｊ＝ＸＦｊ＋ΔＸｊ  …（１Ｘ）
ＹＭｊ＝ＹＦｊ＋ΔＹｊ  …（１Ｙ）
さらに、第２演算部１５ｂは、記憶装置１６からウエハマークＷＭｊの設計上の配列座標（ｘｗｊ，ｙｗｊ）を読み出す。この場合、Ｘ方向、Ｙ方向のオフセット（Ｏｘ１，Ｏｙ１）、Ｘ方向、Ｙ方向のスケーリング（伸縮）（ｒｘ，ｒｙ）、ローテーション（回転誤差）θ１、及び直交度誤差ωよりなる６個の誤差パラメータ（ＥＧＡパラメータ）を用いて、設計上の配列座標（ｘｗｊ，ｙｗｊ）から上記の配列座標の計測値（ＸＭｊ，ＹＭｊ）を計算するためのモデル式が、一例として次のように定められている。なお、ローテーションθ１（ｒａｄ）及び直交度誤差ω（ｒａｄ）はそれぞれ微少量であると仮定している。
【００４１】
ＸＭｊ＝ｒｘ・ｘｗｊ−ｒｘ（ω＋θ１）・ｙｗｊ＋Ｏｘ１  …（２Ｘ）
ＹＭｊ＝ｒｙ・θ１・ｘｗｊ＋ｒｙ・ｙｗｊ＋Ｏｙ１        …（２Ｙ）
そして、第２演算部１５ｂは、図７のＩ個の計測位置Ａｉで計測されたウエハマークＷＭｊの配列座標（ＸＭｊ，ＹＭｊ）を用いて、その６個の誤差パラメータ（Ｏｘ１，Ｏｙ１，ｒｘ，ｒｙ，θ１，ω）の値を最小自乗法によって決定する。この誤差パラメータを用いることによって、ステップ１０６でマーク検出装置１０によっては計測されなかったウエハマークＷＭｊの配列座標も算出可能となる。この誤差パラメータの値は記憶装置１６に記憶される。なお、このステップ１０７の動作は以下のステップ１０８の動作等と並行して実行してもよい。
【００４２】
次のステップ１０８において、露光装置１２からは露光済みのウエハが搬出されているものとして、ウエハ搬送系８によってウエハＷ２をマーク検出装置１０の下方から露光装置１２のウエハステージＷＳＴ上に搬送する。これに対応して露光装置１２側では、ステップ１１１において、ウエハステージＷＳＴ上にウエハＷ２をロードする。
この後、簡易型露光装置４の動作はステップ１０９に移行する。そして、未露光のウエハが残っている場合には動作はステップ１０３に戻り、次の露光対象のウエハ（Ｗ３とする）が図１のウエハローダ系２から簡易型露光装置４のＸＹステージ２５上にロードされて、以下ステップ１０３から１０８までのアライメント動作の一部が繰り返される。
【００４３】
一方、露光装置１２の動作はステップ１１１からステップ１１２に移行する。そして、露光装置１２のアライメント系４１を用いて図８に示すように、ウエハＷ２上の２つの基準パターン５２ａ及び５２ｂのウエハステージＷＳＴの座標系（Ｘ，Ｙ）上での配列座標（ｘａ，ｙａ）及び（ｘｂ，ｙｂ）を計測する。次のステップ１１３で、オフセット（Ｏｘ２，Ｏｙ２）及び微少量のローテーションθ２を用いて、図７の座標（ＸＦ，ＹＦ）上の基準パターン５２ｊの座標（ＸＦｊ，ＹＦｊ）から、座標系（Ｘ，Ｙ）上での基準パターン５２ｊの座標（ｘｆｊ，ｙｆｊ）を計算するためのモデル式が、一例として次のように設定されている。
【００４４】
ｘｆｊ＝ＸＦｊ−θ２・ＹＦｊ＋Ｏｘ２  …（３Ｘ）
ｙｆｊ＝θ２・ＸＦｊ＋ＹＦｊ＋Ｏｙ２  …（３Ｙ）
この場合、演算装置１５の第１演算部１５ａは、ステップ１１２で計測された準パターン５２ａ，５２ｂの配列座標（ｘａ，ｙａ）及び（ｘｂ，ｙｂ）と、図７の配列座標（０，０）及び（０，ＹＦｂ）とを式（３Ｘ）、式（３Ｙ）に代入し、最小自乗法によってオフセット（Ｏｘ２，Ｏｙ２）及びローテーションθ２の値を決定して、記憶装置１６に記憶する。
【００４５】
次のステップ１１４において、第１演算部１５ａは、ステップ１１３で求められたオフセット（Ｏｘ２，Ｏｙ２）及びローテーションθ２を用いて、ステップ１０７で求められた全部のウエハマークＷＭｊの配列座標（ＸＭｊ，ＹＭｊ）から、それぞれ次式によってウエハステージＷＳＴの座標系（Ｘ，Ｙ）上での配列座標（ｘｊ，ｙｊ）を算出する。
ｘｊ＝ＸＭｊ−θ２・ＹＭｊ＋Ｏｘ２  …（４Ｘ）
ｙｊ＝θ２・ＸＭｊ＋ＹＭｊ＋Ｏｙ２  …（４Ｙ）
さらに、第１演算部１５ａは、各ウエハマークＷＭｊの配列座標（ｘｊ，ｙｊ）をウエハマークＷＭｊとショット領域ＳＡｊの中心との位置ずれ量及び上記のベースラインで補正した配列座標を、各ショット領域ＳＡｊの配列座標として主制御装置１４に供給する。
【００４６】
次のステップ１１５において、主制御装置１４は、供給された配列座標を用いて、ウエハＷ２上の各ショット領域ＳＡｊとレチクルＲのパターンの投影光学系ＰＬ１による像とが重なるように、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを同期して駆動しながら、ウエハＷ２上の全部のショット領域ＳＡｊに順次レチクルＲのパターンの像を走査露光する。一例として、図８において、ウエハＷ２上のショット領域ＳＡｊを含む一列のショット領域を露光する際には、投影光学系ＰＬ１の露光領域５６がウエハＷ２に対して相対的に軌跡５７に沿って移動する。次のステップ１１６において、露光済みのウエハＷ２をアンロードし、不図示のウエハローダ系を介してコータ・デベロッパ（不図示）に搬出する。
【００４７】
ウエハＷ２の搬出後に、ステップ１１７において未露光のウエハが残っていない場合には露光工程は終了する。一方、ステップ１１７で未露光のウエハがある場合には動作はステップ１１１に戻り、次の露光対象のウエハＷ３がマーク検出装置１０の下方からウエハ搬送系８によって搬入され、搬入されたウエハＷ３は露光装置１２のウエハステージＷＳＴ上にロードされる。そして、以下、ステップ１１２から１１６までのアライメントの一部の動作及び露光動作が繰り返される。この場合、露光装置１２がステップ１１２から１１５までのウエハＷ２上の２つの基準パターンの計測及びウエハＷ２の露光を行っているときに、これと並行して簡易型露光装置４及びマーク検出装置１０によってステップ１０３から１０７までのウエハＷ３上の基準パターンを基準としたウエハマークの位置計測が行われる。従って、実質的にウエハのアライメントの大部分の動作とウエハの露光動作とが並行して実行されるため、例えば１ロットのウエハを高いスループットで露光できる。
【００４８】
本実施形態の作用効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の露光システムは、複数のウエハマークＷＭｊが形成されたウエハＷ２を露光する露光システムにおいて、それらのウエハマークＷＭｊの近傍にそれぞれ基準パターン５２ｊを潜像として形成する簡易型露光装置４と、複数の計測位置Ａｉ（ｉ＝１〜Ｉ）にあるウエハマークＷＭｊとこの近傍の基準パターン５２ｊとの位置ずれ量を計測するマーク検出装置１０と、その位置ずれ量の計測結果に基づいてウエハＷ２の位置合わせを行って、ウエハＷ２上の複数のショット領域ＳＡｊを露光する露光装置１２とを備えている。
【００４９】
また、その露光システムによる露光方法は、簡易型露光装置４によってウエハＷ２上の全部のウエハマークＷＭｊの近傍に基準パターン５２ｊを形成するステップ１０４と、マーク検出装置１０によってウエハマークＷＭｊとこの近傍の基準パターン５２ｊとの位置ずれ量を計測するステップ１０６と、その位置ずれ量の計測結果に基づいてウエハＷ２の位置合わせを行って、ウエハＷ２上の複数のショット領域ＳＡｊを露光するステップ１１２〜１１５と、を含んでいる。
【００５０】
本実施形態によれば、ウエハＷ２上の計測位置ＡｉにあるウエハマークＷＭｊの位置を計測するために、この近傍に形成された配列が既知の基準パターン５２ｊとの位置ずれ量を計測しており、この位置ずれ量の計測は別のウエハの各ショット領域の露光と並行して効率的に行うことができるため、露光工程のスループットを高く維持できる。また、その位置ずれ量の計測は、マーク検出装置１０の視野１０ａ内で順次高精度に行うことが可能であるため、アライメントを高精度に行うことができる。
【００５１】
また、本実施形態では、ウエハマークＷＭｊはウエハＷ２上の各ショット領域ＳＡｊに付設されているため、上記のステップ１０６では、ウエハＷ２から選択された計測対象のショット領域（サンプルショット）ＳＡｊについて、それぞれ対応するウエハマークＷＭｊと基準パターン５２ｊとの位置ずれ量を計測している。
また、ステップ１１５では、ステップ１１４で算出されたウエハＷ２上の全部のショット領域ＳＡｊの配列座標を用いて、各ショット領域ＳＡｊとレチクルＲのパターンの像とを高精度に重ね合わせて、各ショット領域ＳＡｊにレチクルＲのパターンの像を露光している。従って、高い重ね合わせ精度が得られる。
【００５２】
（２）また、ステップ１０４ではウエハＷ２上のフォトレジスト層に基準パターン５２ｊを潜像として形成し、ステップ１０６ではマーク検出装置１０によってウエハマークＷＭｊとこの近傍の基準パターン５２ｊの潜像との位置ずれ量を計測している。この場合、ウエハマークＷＭｊはウエハＷ２上のフォトレジストの裏面にあり、かつ非対称性を含む恐れもあるのに対して、基準パターン５２ｊの潜像はフォトレジストの上面にあり、非対称性はないため、基準パターン５２ｊの潜像の位置を基準として、ウエハマークＷＭｊの位置を高精度に計測できる。
【００５３】
なお、基準パターン５２ｊは、潜像以外のパターン、例えば凹凸状パターン（ウエハマークと同じように可視化されたパターン）でもよい。
（３）また、本実施形態では、簡易型露光装置４において基準パターン５２ｊが形成されたウエハＷ２をウエハ搬送系８によって露光装置１２に搬送するステップ１０５，１０８を含み、その位置ずれ量を計測するステップ１０６は、そのステップ１０５，１０８の途中で行われる。従って、その位置ずれ量の計測を効率的に行うことができる。
【００５４】
（４）また、ステップ１０６の位置ずれ量の計測結果を用いて、ステップ１０７において、演算装置１５（第２演算部１５ｂ）が、ウエハＷ２を露光装置１２のウエハステージＷＳＴ上にロードするときのローディング状態（配置状態）に依存しないショット領域ＳＡｊ（ウエハマークＷＭｊ）の配列情報として、式（２Ｘ）、式（２Ｙ）のスケーリング（ｒｘ，ｒｙ）及び直交度誤差ωを含むＥＧＡ方式でアライメントを行う場合の誤差パラメータを求めている。
【００５５】
従って、ウエハＷ２を露光装置１２にロードした後は、ウエハＷ２上で計測対象とするショット領域（ウエハマーク）の個数を少なくできる。
（５）また、ステップ１１２では、露光装置１２のアライメント系４１によってウエハＷ２上の基準パターン５２ａ，５２ｂの位置を計測し、ステップ１１３では、その計測結果から演算装置１５（第１演算部１５ａ）が、ウエハＷ２をウエハステージＷＳＴにロードする際のローディング状態（載置状態）に依存するショット領域ＳＡｊ（ウエハマークＷＭｊ）の配列状態として、式（４Ｘ）、式（４Ｙ）のオフセット（Ｏｘ２，Ｏｙ２）及びローテーションθ２を含む誤差パラメータを求めている。従って、露光装置１２におけるアライメント系４１による計測時間は極めて短いため、高精度にアライメントを行いながら、迅速にウエハＷ２の露光に移行できる。
【００５６】
また、基準パターン５２ａ，５２ｂは潜像であるため、その位置をアライメント系４１によって高精度に検出できる。
なお、ステップ１１２では、露光工程のスループットにあまり影響しない範囲で、２個以上の基準パターンの位置をアライメント系４１で計測してもよい。この計測結果に最小自乗法を適用することで、オフセット（Ｏｘ２，Ｏｙ２）及びローテーションθ２の計測精度を向上できる。
【００５７】
また、ステップ１１２では、アライメント系４１によって、ウエハＷ２上の少なくとも２個のウエハマークの位置を計測してもよい。この計測結果からも実質的にオフセット（Ｏｘ２，Ｏｙ２）及びローテーションθ２を求めることができる。
（６）また、マーク検出装置１０は、画像処理型の計測系であり、ステップ１０４では、ウエハＷ２上の各ウエハマークＷＭｊに対応させて、即ち各ウエハマークＷＭｊとこれに対応する基準パターン５２ｊとをマーク検出装置１０の共通の視野１０ａ内に同時に収まる程度に近接させて、それぞれ基準パターン５２ｊを形成している。従って、マーク検出装置１０では２つのマーク及びパターンの位置ずれ量のみを計測すればよく、例えばウエハ搬送系８の位置決め誤差は計測誤差とはならないため、基準パターン５２ｊの配列を基準としてウエハマークＷＭｊの位置を高精度に計測できる。
【００５８】
（７）また、ステップ１１４では、ステップ１０７で求めた誤差パラメータ及びステップ１１３で求めた誤差パラメータを用いてウエハＷ２上の全部のショット領域に付設されたウエハマークの配列座標、ひいてはその全部のショット領域の配列座標を求めている。従って、ウエハＷ２上のショット配列に線形伸縮等の影響があっても、ウエハＷ２の各ショット領域とレチクルＲのパターンの像とを高精度に重ね合わせて露光できる。
【００５９】
（８）また、本実施形態では、ウエハＷ２上の各ショット領域ＳＡｊにそれぞれ一つのウエハマークＷＭｊが付設され、ウエハＷ２上の全部のショット領域ＳＡｊの個数（ウエハマークＷＭｊの個数）と、ウエハＷ２上に形成される基準パターン５２ｊの個数とは等しい。しかしながら、一例として、ウエハＷ２上の計測対象のウエハマークＷＭｊの近傍にのみ基準パターン５２ｊを形成してもよい。即ち、ウエハＷ２上に形成する基準パターン５２ｊの個数はウエハＷ２上の全部のショット領域ＳＡｊの個数よりも少なくともよい。このように基準パターン５２ｊの個数を少なくすることで、簡易型露光装置４の投影光学系ＰＬ２を小型化可能である。
【００６０】
（９）また、ステップ１０２において、予めウエハＷＴ上の基準パターン５２ｊの配列情報を計測して記憶装置１６に記憶し、ステップ１０７では、その記憶された配列情報と計測された位置ずれ量とからウエハマークＷＭｊの位置を求めている。この場合、基準パターン５２ｊはウエハＷＴのフォトレジスト上の潜像であり、現像等のプロセスを経ていないため、その位置は安定である。従って、一度、ステップ１０２で基準パターン５２ｊの配列情報を計測して記憶しておけば、それ以降はその記憶してある配列情報を繰り返して用いることができる。
【００６１】
なお、上記の実施形態については以下のような変形が可能である。
先ず、上記の実施形態では、マーク検出装置１０は１台であるが、マーク検出装置は２つのパターン（マーク）の位置ずれ量を計測すればよいだけであるため、マーク検出装置を複数個並列に配置して、並列にウエハ上の基準パターンとウエハマークとの位置ずれ量を計測してもよい。
また、ウエハＷ２上の各ショット領域にはそれぞれ一つのウエハマークが付設されているが、各ショット領域にそれぞれ２つ以上のウエハマークが付設されていてもよい。また、例えばウエハＷ２の周辺部のショット領域等で、対応するウエハマークが欠けているか、又は位置計測が困難なウエハマークが付設されているショット領域が存在してもよい。仮に図６（Ａ）の計測位置Ａｉ中で計測が困難なウエハマークＷＭｊが存在した場合には、その近傍のウエハマークと対応する基準パターンとの位置ずれ量を計測してもよい。
【００６２】
また、図１の簡易型露光装置４は、ウエハＷ２の全面を一括で露光しているが、投影光学系ＰＬ２を小型化するために、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）に示すように、ウエハＷ２上面に複数回に分けてステップ・アンド・リピート方式で基準パターンを形成してもよい。この場合、一例として、図９（Ａ）に示すように、ウエハＷ２上のほぼ１／４の領域を含む露光領域５８Ａで、図４（Ｂ）のレチクルＲＦの複数の計測用パターン５２Ｆｊの像を露光して、複数のウエハマークＷＭｄの近傍にそれぞれ基準パターン５２ｄを形成する。次に、図９（Ｂ）に示すように、ＸＹステージ２５を介してウエハＷ２をＸ方向に移動して、ウエハＷ２上のほぼ１／４の領域を含む露光領域５８Ｂで、同様に複数のウエハマークＷＭｅの近傍にそれぞれ基準パターン５２ｅを形成する。この際に、露光領域５８Ａ，５８Ｂの境界部に重ねて基準パターン５２ｅを形成する。
【００６３】
次に、図９（Ｃ）に示すように、ウエハＷ２をＸ方向、Ｙ方向に移動して、露光領域５８Ａと一部が重ねるように、ウエハＷ２上のほぼ１／４の領域を含む露光領域５８Ｃで、同様に複数のウエハマークＷＭｆの近傍にそれぞれ基準パターン５２ｆを形成する。さらに、図９（Ｄ）に示すように、ウエハＷ２をＸ方向に移動して、ウエハＷ２上の露光領域５８Ｂ，５８Ｃと一部が重ねるように、ウエハＷ２上のほぼ１／４の領域を含む露光領域５８Ｄで、同様に複数のウエハマークＷＭｇの近傍にそれぞれ基準パターン５２ｇを形成する。
【００６４】
その後、図３のステップ１０６に対応して、所定のウエハマークと基準パターンとの位置ずれ量を計測する際には、例えば図９（Ｂ）、図９（Ｃ）、及び図９（Ｄ）の重ねて露光した２つの位置５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃでそれぞれ２つの基準パターンの位置ずれ量を計測する。そして、これらの基準パターンの位置ずれ量を用いて、ウエハＷ２上の４つの露光領域５８Ａ〜５８Ｄの位置関係、ひいてはウエハＷ２上の全部の基準パターン５２ｄ〜５２ｇの配列を正確に求めることができ、この配列を基準としてウエハＷ２上の計測対象のウエハマークＷＭｄ〜ＷＭｇの配列座標を高精度に求めることができる。
【００６５】
また、上記の実施形態の露光システム（又は露光方法）を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１０に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光システム（又は露光方法）によりレチクルのパターンを基板（感応基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【００６６】
従って、このデバイス製造方法は、上記の実施形態の露光システム又は露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理すること（ステップ２２４）とを含んでいる。その露光システム等によれば、基板の２層目以降の露光時のアライメントを効率的にかつ高精度に行うことができるため、電子デバイスを高いスループットで高精度に製造できる。
【００６７】
なお、図１の露光システムにおいて、露光装置１２としては走査露光型の投影露光装置のみならず、一括露光型（ステッパー型）の投影露光装置を用いてもよい。さらに、簡易型露光装置４としては、いわゆるアライナー、又は投影光学系を使用しないプロキシミティ方式やコンタクト方式の露光装置等も使用可能である。
また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置の製造プロセスや、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、製造工程にも適用することができる。
【００６８】
このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００６９】
Ｒ…レチクル、ＰＬ１，ＰＬ２…投影光学系、Ｗ１，Ｗ２…ウエハ、ＳＡｊ…ショット領域、ＷＭｊ…ウエハマーク、２…ウエハローダ系、４…簡易型露光装置、８…ウエハ搬送系、１０…マーク検出装置、１２…露光装置、１４…制御装置、５２ｊ…基準パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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