(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置合わせ用マーク及び転写用パターンが形成されたマスクを露光光で照明する照明光学系と、前記露光光のもとで前記マスクの前記転写用パターンの像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記感光基板を移動する基板ステージとを備えた投影露光装置において、
前記基板ステージ上に形成された第１の基準マークと、
前記基板ステージ上に形成された透過型の第２の基準マークと、
前記マスクの上方に配置され、前記露光光と同じ波長域の照明光のもとで前記投影光学系を介して前記基板ステージ上の前記第１又は第２の基準マークと前記マスク上の位置合わせ用マークとの位置ずれ量を検出するマスク側のアライメントセンサと、
前記露光光と同じ波長域で、且つ同じ照明条件の照明光のもとで前記マスク上の位置合わせ用マークの前記投影光学系による投影像を前記第２の基準マークを介して検出する空間像センサと、を設けたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
請求項１記載の投影露光装置であって、
前記マスク上の位置合わせ用マークの投影像と前記第２の基準マークとを相対走査したときに前記空間像センサから得られる検出信号より第１の相対位置ずれ量を求めると共に、
前記マスク側のアライメントセンサにより検出される前記マスク上の位置合わせ用マークと前記第２の基準マークの投影像との位置ずれ量から求められる第２の相対位置ずれ量と、前記第１の相対位置ずれ量とのオフセットを求める演算制御手段を設け、
前記マスク側のアライメントセンサにより検出される前記マスク上の位置合わせ用マークと前記第１の基準マークの投影像との位置ずれ量を前記演算制御手段により求められるオフセットで補正することを特徴とする投影露光装置。
【請求項３】
請求項１、又は２記載の投影露光装置であって、
前記感光基板上の位置合わせ用マークの位置を検出するための基板側のアライメントセンサを配置し、
前記基板ステージ上に前記第１の基準マークに対して所定の位置関係で第３の基準マークを形成しておき、
前記マスク側のアライメントセンサにより前記マスク上の位置合わせ用マークと前記第１の基準マークの投影像との位置ずれ量を検出するのと並行に、前記基板側のアライメントセンサにより前記第３の基準マークの位置を検出することによって、前記基板側のアライメントセンサの検出中心と前記マスクの前記基板ステージ上への投影像の中心との相対間隔を計測することを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】
請求項１、２、又は３記載の投影露光装置であって、
前記マスク側のアライメントセンサ、及び前記空間像センサ用の照明光としてそれぞれ前記露光光を使用し、
前記マスク側のアライメントセンサを前記露光光の光路から退避させるための退避装置を設けたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項５】
請求項１、２、３、又は４記載の投影露光装置であって、
前記マスクの反射率に応じて、前記マスク側のアライメントセンサを用いて前記投影光学系を介して前記基板ステージ上の前記第１、又は第２の基準マークと前記マスク上の位置合わせ用マークとの位置ずれ量を検出する際の前記第１、又は第２の基準マークの位置を調整することを特徴とする投影露光装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項記載の投影露光装置であって、
前記透過型の第２の基準マークを複数個の透過型マークより形成したことを特徴とする投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程中で、マスクパターンを感光基板上に転写するために使用される投影露光装置に関し、更に詳しくはマスクアライメント用のセンサ、又は感光基板のアライメント用のセンサを備えた投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンを投影光学系を介して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）上の各ショット領域に転写する投影露光装置（ステッパー等）が使用されている。例えば半導体素子は、ウエハ上に多数層の回路パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成されるので、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、ウエハ上の既に回路パターンが形成された各ショット領域と、これから露光するレチクルのパターンとの位置合わせ（アライメント）を高精度に行う必要がある。
【０００３】
そのようなアライメントを行う場合には、例えば特開平７−１７６４６８号公報に開示されているように、先ずレチクル側のアライメント系を介してレチクル上に形成されたアライメントマークと、ウエハが載置されるウエハステージ上に固定された基準マーク板上の所定の基準マークとの位置ずれ量を検出することによって、レチクルのウエハステージに対する位置合わせであるレチクルアライメントが行われる。この際に、従来はレチクルアライメント用の基準マークを、基準マーク板の底面側から露光光と同じ波長の照明光で照明する所謂ステージ発光方式が採用され、レチクル側のアライメント系ではその基準マークを通過した照明光を検出していた。
【０００４】
次に、ウエハ側の例えばオフ・アクシス方式のアライメントセンサを介してウエハ上の所定のアライメントマーク（ウエハマーク）の座標検出が行われる。この場合、予め、その基準マーク板上の別の基準マークを用いて、ウエハ側のアライメントセンサの検出中心とレチクルのパターンの投影像の中心（露光中心）との間隔であるベースライン量が求められて記憶されている。このようにベースライン量を計測する工程はベースラインチェックと呼ばれている。そして、検出されたウエハマークの座標をそのベースライン量で補正した結果に基づいてウエハステージを駆動することによって、ウエハ上の各ショット領域の中心が高精度に露光中心に設定されて露光が行われていた。
【０００５】
また、一般に投影露光装置のウエハステージの座標は、ウエハステージに固定された移動鏡と外部のレーザ干渉計とによって計測されているが、露光中に露光光の照射による熱変形等によってその移動鏡とその基準マーク板との位置関係が変化すると、実質的にベースライン量が変動して重ね合わせ誤差が生じてしまう。そのため、従来は基準マーク板と移動鏡とはウエハステージ上で近接して配置され、両者の位置関係の変化は無視できる程度とみなされていた。そして、この前提条件のもとで、例えばウエハの交換中にその基準マーク板上の基準マークを介して、ウエハステージを大きく駆動することなく高速に、且つほぼ同時にレチクルアライメント、及びベースラインチェックが行われていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く従来の投影露光装置では、基準マーク板と移動鏡との位置関係は変化しないものとしてレチクルアライメント等が行われていた。しかしながら、近年のデバイスパターンの微細化に伴って、重ね合わせ精度も益々厳しくなる状況にあり、露光光の照射熱等によるウエハステージの僅かな温度変化に起因する基準マーク板と移動鏡との位置関係の変化が、許容範囲を超える重ね合わせ誤差を招く可能性が出てきた。
【０００７】
例えば、移動鏡と基準マーク板とを低膨張率のセラミックス製の部材で保持したり、基準マーク板を石英から形成している場合、セラミックスや石英の線膨張率は０．５〜１．０ｐｐｍ／℃程度なので、アライメントセンサのベースライン量が６０ｍｍ程度で、ウエハステージの温度変化が０．２℃程度であるとすると、移動鏡と基準マーク板との間隔が６〜１２ｎｍ程度変化すると共に、それに応じて移動鏡と基準マーク板との間の傾斜角も変化することになる。最近では、この程度の間隔の変化や傾斜角の変化でも、必要な重ね合わせ精度を得る上で大きな障害になりつつある。そのため、レチクルアライメントやベースラインチェックをより高精度に行うことが要求されている。
【０００８】
また、上述のようなステージ発光方式、即ちウエハステージで基準マーク板の底面側から所定の基準マークを照明する方式では、ウエハステージの機構が複雑化し、且つ大型化するという不都合もあった。更に、ステージ発光方式では露光光と同じ波長の照明光が使用されてはいるものの、その開口数等の照明条件は固定されていた。これに関して投影露光装置では、解像度を高めるために投影光学系の開口数を切り換えたり、照明光学系のコヒーレンスファクタであるσ値を切り換えたり、更には輪帯照明法や変形照明法等に切り換えたりすることが行われている。このように照明条件等を切り換えた場合には、露光用の照明光学系のテレセントリック性の条件の変化や僅かな収差によって生ずるディストーションの変動によって、通常の照明条件を使用する場合に比べて、レチクル上のアライメントマークと基準マークとの位置ずれ量が僅かに変化することがある。しかしながら、ステージ発光方式では基準マークの照明条件を露光光の照明光学系における照明条件と完全に一致させることはできないため、レチクルアライメント時に計測誤差が生ずる恐れがあった。
【０００９】
本発明は斯かる点に鑑み、ステージ発光方式でウエハステージ側の基準マークを照明することなく、且つ露光光の照明条件が切り換えられたような場合でも高精度にレチクルアライメントを行うことができる投影露光装置を提供することを第１の目的とする。
本発明は更に、露光光の照明条件が切り換えられたような場合でも高精度にウエハ側のアライメントセンサのベースライン量を計測できる投影露光装置を提供することを第２の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の投影露光装置は、位置合わせ用マーク（２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄ）及び転写用パターンが形成されたマスク（１２）を露光光で照明する照明光学系（ＳＬ，４５，４６，４９〜５３）と、その露光光のもとでマスク（１２）のその転写用パターンの像を感光基板（５）上に投影する投影光学系（８）と、感光基板（５）を移動する基板ステージ（１〜４）とを備えた投影露光装置において、その基板ステージ上に形成された第１の基準マーク（３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）と、その基板ステージ上に形成された透過型の第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）と、マスク（１２）の上方に配置され、その露光光と同じ波長域の照明光のもとで投影光学系（８）を介してその基板ステージ上のその第１又は第２の基準マークとマスク（１２）上の位置合わせ用マーク（２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄ）との位置ずれ量を検出するマスク側のアライメントセンサ（１９，２０）と、その露光光と同じ波長域で、且つ同じ照明条件の照明光のもとでマスク（１２）上のその位置合わせ用マークの投影光学系（８）による投影像を第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）を介して検出する空間像センサ（６４Ａ，６４Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ〜４４Ａ，４４Ｂ）と、を設けたものである。
【００１１】
斯かる本発明によれば、マスク（１２）のアライメント時には、マスク側のアライメントセンサ（１９，２０）は露光光と同じ波長域の照明光を用いて落射照明方式で、マスク（１２）上の位置合わせ用マーク（２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄ）と対応する第１の基準マーク（３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）との位置ずれ量を検出する。ところが、これでは露光光の照明条件が変化した場合にはアライメント誤差が生ずる恐れがある。そこで、予め実際に使用される露光光と同じ照明条件のもとで、その空間像センサによってマスク（１２）上の位置合わせ用マークと第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）との相対位置を検出し、マスク側のアライメントセンサ（１９，２０）でも両者の相対位置を検出し、２つの相対位置のずれ量をオフセットとして記憶しておく。そして、そのマスクのアライメント時にアライメントセンサ（１９，２０）によって検出される位置ずれ量をそのオフセットで補正することによって、高精度にそのマスクのアライメント（レチクルアライメント）が行われる。
【００１２】
より具体的に本発明による第２の投影露光装置は、その第１の投影露光装置において、そのマスク上の位置合わせ用マークの投影像と第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）とを相対走査したときにその空間像センサから得られる検出信号よりマスク（１２）とその基板ステージとの第１の相対位置ずれ量を求めると共に、マスク（１２）用のアライメントセンサ（１９，２０）により検出されるそのマスク上の位置合わせ用マークと第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）の投影像との位置ずれ量からマスク（１２）とその基板ステージとの第２の相対位置ずれ量を求める演算制御手段（２２Ａ）を設ける。更に、演算制御手段（２２Ａ）でその第２の相対位置ずれ量とその第１の相対位置ずれ量とのオフセットを求め、そのマスク側のアライメントセンサ（１９，２０）により検出されるそのマスク上の位置合わせ用マークと第１の基準マーク（３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）の投影像との位置ずれ量を演算制御手段（２２Ａ）により求められるオフセットで補正するものである。
【００１３】
これは、例えばその空間像センサとして光量検出型の光電センサを使用し、第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）を開口パターンとして、マスク（１２）用のアライメントセンサ（１９，２０）を画像処理方式とした場合を意味する。このような構成でその空間像センサについては相対走査を行い、アライメントセンサ（１９，２０）については静止状態で画像のサンプリングを行うことによって、第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）を共通に使用できる。
【００１４】
また、本発明による第３の投影露光装置は、それら第１又は第２の投影露光装置において、感光基板（５）上の位置合わせ用マークの位置を検出するための基板側のアライメントセンサ（３４）を配置し、その基板ステージ上に第１の基準マーク（３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）に対して所定の位置関係で第３の基準マーク（３７Ａ〜３７Ｄ）を形成しておき、そのマスク側のアライメントセンサ（１９，２０）によりそのマスク上の位置合わせ用マークと第１の基準マーク（３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）の投影像との位置ずれ量を検出するのと並行に、その基板側のアライメントセンサ（３４）により第３の基準マーク（３７Ａ〜３７Ｄ）の位置を検出することによって、その基板側のアライメントセンサ（３４）の検出中心とそのマスクのその基板ステージ上への投影像の中心との相対間隔（ベースライン量）を計測するものである。
【００１５】
この場合、予め求められているその第１の基準マークの間隔とその第３の基準マークとの間隔を、マスク側のアライメントセンサ（１９，２０）により検出される位置ずれ量、及び基板側のアライメントセンサ（３４）で検出される位置ずれ量で補正することによって、アライメントセンサ（３４）のベースライン量が求められる。更に本発明では、第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）を介してマスク側のアライメントセンサ（１９，２０）の検出結果を補正することによって、露光光の照明条件が切り換わっても高精度にそのベースライン量が求められる。
【００１６】
また、その基板ステージの位置をレーザ干渉計で計測する場合には、その基板ステージ上に移動鏡（７Ｘ）が設置される。この際には、その第１の基準マーク及びその第３の基準マークが形成される部材（６）をその移動鏡（７Ｘ）と一体的に低膨張率の材料から形成することが望ましい。これによって露光光の照射熱等による熱変形の影響が小さくなる。
【００１７】
また、上述の本発明においては、マスク側のアライメントセンサ（１９，２０）、及びその空間像センサ用の照明光としてそれぞれその露光光を使用し、マスク側のアライメントセンサ（１９，２０）をその露光光の光路から退避させるための退避装置（１７，１８）を設けるようにしてもよい。この場合、その空間像センサを使用する際にはその退避装置を介してアライメントセンサ（１９，２０）を露光光の光路から退避させ、アライメントセンサ（１９，２０）による検出を行う際にはアライメントセンサ（１９，２０）をその露光光の光路に戻すことによって、露光光の照明光学系を共通に使用できる。
【００１８】
また、マスク（１２）の反射率に応じて、そのマスク側のアライメントセンサ（１９，２０）を用いて投影光学系（８）を介してその基板ステージ上のその第１、又は第２の基準マークとそのマスク上の位置合わせ用マークとの位置ずれ量を検出する際のその第１、又は第２の基準マークの位置を調整するようにしてもよい。例えばアライメントセンサ（１９，２０）が画像処理方式である場合、マスク（１２）の反射率に応じて得られる像のコントラストが最も高くなるようにその第１、又は第２の基準マークの位置を調整することによって、マスク（１２）として例えば低反射レチクルが使用されるような場合でも、高精度にマスクのアライメント等が行われる。
【００１９】
また、その透過型の第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）を複数個の透過型マーク（開口）より形成することが望ましい。これはその第２の基準マークをマルチマーク化することを意味し、各透過型マークについて得られる位置ずれ量を平均化することによって、位置ずれ量がより高精度に検出され、マスクのアライメント等もより高精度に行われる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による投影露光装置の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。
図１は、本例の投影露光装置を示し、この図１において、図示省略された照明光学系からの露光光ＥＬによる矩形の照明領域（以下、「スリット状の照明領域」という）によりレチクル１２上のパターンが照明され、そのパターンの像が投影光学系８を介してフォトレジストが塗布されたウエハ５上に投影される。露光光ＥＬとしては、水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）若しくはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光、金属蒸気レーザ光、又はＹＡＧレーザの高調波等が使用できる。この際に、露光光ＥＬのスリット状の照明領域に対して、レチクル１２が図１の紙面に対して前方向（又は後方向）に一定速度Ｖで走査されるのに同期して、ウエハ５は図１の紙面に対して後方向（又は前方向）に一定速度Ｖ／Ｍ（１／Ｍは投影光学系８の縮小倍率で、例えば１／４，１／５等の値を取る）で走査される。以下、投影光学系８の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図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。
【００２１】
先ず、レチクル１２及びウエハ５用のステージ系について説明する。レチクル支持台９上にＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）に移動自在にレチクルＹ軸駆動ステージ１０が載置され、このレチクルＹ軸駆動ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、レチクル微小駆動ステージ１１上にレチクル１２が真空吸着等により保持されている。レチクル微小駆動ステージ１１は、レチクルＹ軸駆動ステージ１０に対してＸ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）にそれぞれ微小量だけ且つ高精度にレチクル１２の位置制御を行う。レチクル微小駆動ステージ１１上には移動鏡２１が配置され、レチクル支持台９上に配置されたレーザ干渉計１４によって、常時レチクル微小駆動ステージ１１のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニタされている。なお、移動鏡２１は直交する２つの移動鏡を総称し、レーザ干渉計１４は、３軸のレーザ干渉計を総称している（図２（ｂ）参照）。レーザ干渉計１４により得られた位置情報が、装置全体の動作を統轄制御する主制御系２２Ａに供給されている。主制御系２２Ａは、レチクル駆動装置２２Ｄを介してレチクルＹ軸駆動ステージ１０、及びレチクル微小駆動ステージ１１の動作を制御する。レチクル支持台９、レチクルＹ軸駆動ステージ１０、及びレチクル微小駆動ステージ１１よりレチクルステージが構成されている。
【００２２】
一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ方向に移動自在にウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その上にＸ方向に移動自在にウエハＸ軸駆動ステージ３が載置され、その上にＺθ軸駆動ステージ４が設けられ、このＺθ軸駆動ステージ４上にウエハ５が真空吸着によって保持されている。Ｚθ軸駆動ステージ４上にも移動鏡７が固定され、外部に配置されたレーザ干渉計１３により、Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニタされ、レーザ干渉計１３により得られた位置情報も主制御系２２Ａに供給されている。移動鏡７も直交する２つの移動鏡を総称し、レーザ干渉計１３は、４軸のレーザ干渉計を総称している（図２（ａ）参照）。主制御系２２Ａは、ウエハ駆動装置２２Ｂを介してウエハＹ軸駆動ステージ２、ウエハＸ軸駆動ステージ３、及びＺθ軸駆動ステージ４の位置決め動作を制御する。ウエハ支持台１、ウエハＹ軸駆動ステージ２、ウエハＸ軸駆動ステージ３、及びＺθ軸駆動ステージ４よりウエハステージが構成されている。
【００２３】
また、ウエハ側のレーザ干渉計１３によって計測される座標により規定されるウエハ座標系と、レチクル側のレーザ干渉計１４によって計測される座標により規定されるレチクル座標系との対応をとるために、Ｚθ軸駆動ステージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定されている。基準マーク板６の表面はウエハ５の表面と同じ高さに設定され、この表面上には後述のように各種基準マークが形成されている。本例の基準マーク板６は移動鏡７（より正確には図２（ａ）に示すようにＸ軸の移動鏡７Ｘ）と一体化されており、レチクルアライメントやベースラインチェックに使用される。本例の移動鏡７及び基準マーク板６は、線膨張率が石英より小さいガラスセラミックス（例えばショット社の商品名「ゼロデュアー」等が使用できる）より形成されている。なお、ガラスセラミックスは、線膨張率は極めて小さいが、通常使用される露光光である水銀ランプのｉ線やエキシマレーザ光に対する透過率は低いため、露光光を透過させるような用途には不適である。また、移動鏡７と基準マーク板６とを一体化する方法としては、▲１▼移動鏡７と基準マーク板６とを１つの材料で一体的に成形する方法、▲２▼移動鏡７と基準マーク板６とを別体で形成した後、両者を接着する方法、▲３▼移動鏡７と基準マーク板６とを別体で形成した後、例えば移動鏡７に対して基準マーク板６を真空吸着等で吸着して固定する方法、▲４▼移動鏡７と基準マーク板６とを別体で形成した後、例えば移動鏡７に対して基準マーク板６を押しつけて接合する方法等の何れの方法を使用してもよい。
【００２４】
また、本例のレチクル１２の上方には、１対のレチクルアライメント系１９及び２０が配置されており、これらのレチクルアライメント系１９，２０にはそれぞれ露光光ＥＬと同じ波長の照明光にて検出対象のマークを照明するための落射照明系と、その検出対象のマークの像を撮像するためのアライメント顕微鏡とが含まれている。このアライメント顕微鏡は、結像光学系と撮像素子とを含んでいる。この場合、レチクル１２からの検出光をそれぞれレチクルアライメント系１９及び２０に導くための偏向ミラー１５及び１６が移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御系２２Ａからの指令のもとで、ミラー駆動装置１７及び１８によりそれぞれ偏向ミラー１５及び１６は露光光ＥＬの光路外に退避される。更に、投影光学系８のＹ方向の側面部に、ウエハ５上のアライメントマーク（ウエハマーク）を観察するためのオフ・アクシス方式で画像処理方式のアライメントセンサ３４が配置されている。
【００２５】
次に、図２を参照してレチクルステージ側のレーザ干渉計、及びウエハステージ側のレーザ干渉計の構成等につき説明する。
図２（ａ）はウエハステージの平面図であり、この図２（ａ）において、Ｚθ軸駆動ステージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定されている。また、Ｚθ軸駆動ステージ４の−Ｘ方向、及び＋Ｙ方向の端部にそれぞれＹ方向に延びたＸ軸の移動鏡７Ｘ、及びＸ方向に延びたＹ軸の移動鏡７Ｙが固定され、移動鏡７Ｘに対して基準マーク板６が一体化されている。また、ウエハ５上のスリット状の露光領域３２Ｗにレチクル１２のパターンの一部の像が投影され、露光領域３２Ｗの両端部の観察領域１９Ｗ及び２０Ｗがそれぞれ図１のレチクルアライメント系１９及び２０の観察領域となっている。
【００２６】
また、移動鏡７Ｘには、Ｘ軸に平行で且つそれぞれ投影光学系８の光軸ＡＸ及びアライメントセンサ３４の検出中心（基準点）を通る光路に沿って間隔ＩＬのレーザビームＬＷＸ及びＬＷofが照射され、移動鏡７Ｙには、Ｙ軸に平行な光路に沿って間隔ＩＬの２本のレーザビームＬＷＹ１及びＬＷＹ２が照射されている。レーザビームＬＷＸ，ＬＷof，ＬＷＹ１，ＬＷＹ２はそれぞれ図１のレーザ干渉計１３を構成する干渉計から供給され、露光時には、Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ座標として、レーザビームＬＷＸを用いる干渉計で計測された座標値ＸＷが使用され、Ｙ座標としてレーザビームＬＷＹ１，ＬＷＹ２をそれぞれ用いる干渉計で計測された座標値Ｙ1 ，Ｙ2 の平均値ＹＷ（＝（Ｙ1＋Ｙ2）／２）が用いられる。また、例えば座標値Ｙ1 とＹ2 との差分からＺθ軸駆動ステージ４の回転角（θ方向の変位量）が計測される。それらの座標に基づいて、Ｚθ軸駆動ステージ４のＸＹ平面の位置及び回転角が制御される。
【００２７】
特に、走査方向であるＹ方向は２個の干渉計の計測結果の平均値を用いることで、走査露光時の空気揺らぎ等による誤差を平均化効果により緩和している。また、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４を使用する場合のＸ方向の位置は、所謂アッベ誤差が生じないように、レーザビームＬＷofを使用する専用の干渉計の計測値に基づいて制御される構成である。そのようにレーザ干渉計１３によって計測されるウエハステージのＸ座標ＸＷ、及びＹ座標ＹＷよりなる座標系（ＸＷ，ＹＷ）を「ウエハ座標系」と呼ぶ。
【００２８】
図２（ｂ）は、レチクルステージの平面図であり、この図２（ｂ）において、レチクルＹ軸駆動ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、その上にレチクル１２が保持されている。また、レチクル微小駆動ステージ１１の＋Ｘ方向の端部、及び＋Ｙ方向の端部にはそれぞれＹ方向に延びたＸ軸の移動鏡２１ｘ、及びＹ軸の２個の移動鏡２１ｙ１，２１ｙ２が固定され、移動鏡２１ｘにはＸ軸に平行にレーザビームＬＲｘが照射され、移動鏡２１ｙ１，２１ｙ２にはそれぞれＹ軸に平行にレーザビームＬＲｙ１，ＬＲｙ２が照射されている。レーザビームＬＲｘ，ＬＲｙ１，ＬＲｙ２はそれぞれ図１のレーザ干渉計１４から供給されている。そして、ウエハステージと同様に、レチクル微小駆動ステージ１１のＹ方向の座標としては、レーザビームＬＲｙ１及びＬＲｙ２を使用する２個の干渉計で計測された座標値ｙ1 及びｙ2 の平均値ＹＲ（＝（ｙ1＋ｙ2）／２）が用いられる。また、Ｘ方向の座標としては、レーザビームＬＲｘを使用する干渉計で計測された座標値ＸＲが使用される。また、例えば座標値ｙ1 とｙ2 との差分からレチクル微小駆動ステージ１１の回転角（θ方向の変位量）が計測される。そのようにレーザ干渉計１４によって計測されるレチクルステージのＸ座標ＸＲ、及びＹ座標ＹＲよりなる座標系（ＸＲ，ＹＲ）を「レチクル座標系」と呼ぶ。
【００２９】
この場合、走査方向であるＹ方向の移動鏡２１ｙ１，２１ｙ２としてはコーナキューブ型の反射要素が使用されており、移動鏡２１ｙ１，２１ｙ２で反射されたレーザビームＬＲｙ１，ＬＲｙ２はそれぞれ反射ミラー３９，３８で反射されて戻されている。即ち、そのレチクル用のＹ軸の干渉計はダブルパス干渉計であり、これによって、レチクル微小駆動ステージ１１が回転してもレーザビームの位置ずれが生じない構成になっている。また、レチクル１２上のスリット状の照明領域３２に露光光ＥＬが照射され、照明領域３２の両端にレチクルアライメント系１９，２０の観察領域１９Ｒ，２０Ｒが設定されている。照明領域３２は図２（ａ）のウエハ５上の露光領域３２Ｗと共役であり、観察領域１９Ｒ，２０Ｒは図２（ａ）のウエハ側のＺθ軸駆動ステージ４上の観察領域１９Ｗ，２０Ｗと共役である。従って、本例では観察領域１９Ｒ及び２０Ｒを介して、レチクル１２と図２（ａ）のＺθ軸駆動ステージ４とを観察できるようになっている。
【００３０】
次に、本例の投影露光装置でレチクルアライメント及びベースラインチェックを行う場合に使用されるアライメントマーク及び基準マークにつき説明する。
図２（ｃ）は、レチクル１２上に形成されたアライメントマーク（レチクルマーク）の配列を示し、この図２（ｃ）において、レチクル１２の＋Ｘ方向の端部にＹ方向に沿って一定ピッチで同一のアライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄが形成され、レチクル１２の−Ｘ方向の端部にアライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄと対称にアライメントマーク３０Ａ〜３０Ｄが形成されている。レチクル１２をＹ方向に走査することによって、アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ，及び３０Ａ〜３０Ｄはそれぞれ図２（ｂ）の観察領域１９Ｒ及び２０Ｒ内に収まるように形成されている。図３（ｂ）に拡大して示すように、アライメントマーク２９Ａは、光透過性の背景中に形成された反射型の（ウエハステージ側には遮光性の）十字型パターン６１と、この十字型パターン６１をＸ方向に挟むように配列された４個の基本パターン６０Ｘと、その十字型パターン６１をＹ方向に挟むように配列された４個の基本パターン６０Ｙとから構成されるマルチマークである。基本パターン６０Ｘは、Ｙ方向に延びた直線状の反射型のパターンをＸ方向に一定ピッチで３本並べたライン・アンド・スペースパターンであり、基本パターン６０Ｙは基本パターン６０Ｘを９０°回転したライン・アンド・スペースパターンである。十字型パターン６１、及び基本パターン６０Ｘ，６０Ｙは例えばクロム膜を蒸着することで形成される。本例の基本パターン６０Ｘ，６０Ｙは投影光学系８の解像度の限界に近いピッチで形成された限界解像マークであり、これによって実際の露光パターンに合わせて高精度にレチクルアライメントが実施できるようになっている。
【００３１】
図４（ａ）は、レチクル１２を図２（ａ）の基準マーク板６上に投影して得られるレチクル像１２Ｗを示し、この図４（ａ）において、アライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ及び３０Ａ〜３０Ｄにそれぞれ共役なマーク像２９ＡＷ〜２９ＤＷ及びマーク像３０ＡＷ〜３０ＤＷが示されている。これらのマーク像２９ＡＷ〜２９ＤＷ，３０ＡＷ〜３０ＤＷはレチクル１２をＹ方向に移動したときに、それぞれスリット状の露光領域３２Ｗの両端部に収まる位置に投影されている。
【００３２】
図４（ｃ）は、図２（ａ）の基準マーク板６上の基準マークの配置を示し、この図４（ｃ）において、基準マーク板６上には図４（ａ）のマーク像２９ＡＷ〜２９ＤＷ及び３０ＡＷ〜３０ＤＷとほぼ同一の配置でそれぞれ基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ及び３６Ａ〜３６Ｄが形成されている。レチクルアライメント時には、これら基準マークはレチクル１２の上方からレチクルアライメント系１９，２０により、露光波長の照明光で照明される。基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄの形状は互いに同一であり、基準マーク３５Ａは、図３（ａ）に示すように、例えばクロム膜のように露光光に対する反射率の高い反射膜中に形成された正方形の開口パターン６２Ｃと、この開口パターン６２ＣをＸ方向に挟むように配列された４個の正方形の開口パターン６２Ｘと、その開口パターン６２ＣをＹ方向に挟むように配列された４個の正方形の開口パターン６２Ｙとから構成されるマルチマークである。即ち、基準マーク３５Ａは、それぞれ露光光に対する反射率の低い正方形の開口パターン６２Ｃ，６２Ｘ，６２Ｙを十字型に配列したマークであり、図３（ｂ）のアライメントマーク２９Ａ内の十字型パターン６１が開口パターン６２Ｃのレチクルへの投影像内に位置するときに、他の開口パターン６２Ｘ及び６２Ｙの像がそれぞれ基本パターン６０Ｘ及び６２Ｙの一部に重なるように設定されている。
【００３３】
一例として、図１の一方のレチクルアライメント系１９によって図２（ｃ）のレチクル１２上のアライメントマーク２９Ａ、及び図４（ｃ）の基準マーク板６上の基準マーク３５Ａを重ねて観察すると、図５（ａ）に示すような像が得られる。図５（ａ）において、アライメントマーク２９Ａの中央の十字型パターン６１に、基準マーク３５Ａの中央の開口パターンの像６２ＣＲ（正方形の暗部）が重なっており、アライメントマーク２９Ａの基本パターン６０Ｘ及び６０Ｙにもそれぞれ基準マーク３５Ａの開口パターンの像６２ＸＲ及び６２ＹＲが重なっている。また、レチクルアライメント系１９では、基準マーク３５Ａの複数の開口パターンの像に沿ってＸ方向に細長い観察視野ＳＸ、及びＹ方向に細長い観察視野ＳＹ内の像をそれぞれＸ方向、及びＹ方向に走査して撮像信号を生成する。観察視野ＳＸ及びＳＹより図２（ｂ）の観察領域１９Ｒが構成されている。
【００３４】
この場合、基準マーク３５Ａの開口パターンの像６２ＣＲ，６２ＸＲはそれぞれ暗部であり、アライメントマーク２９Ａの十字型パターン６１及び基本パターン６０Ｘは、露光光を反射するパターンであるため、観察視野ＳＸ内の像をＸ方向に走査して得られる撮像信号ＩＡは、図５（ｂ）に示すように、基準パターン３５Ａの像に対応して周期的にレベルが変動する信号６７の低レベル領域に、それぞれ高レベルとなるパルス信号６６Ａ〜６６Ｅが重畳された信号となる。また、予めレチクルアライメント系１９内の撮像素子上での画素ピッチと、対応するウエハステージ上での２点間の座標の間隔（ウエハ座標系上での間隔）との倍率が求めて記憶されており、レチクルアライメント系１９の信号処理系ではその撮像信号ＩＡをＡ／Ｄ変換し、変換後の撮像信号ＩＡをウエハ座標系でのＸ座標に対応させてメモリに格納する。この場合の原点は、例えば撮像素子の１番目の画素とすればよい。その後、信号処理系では例えば所定の閾値レベルＩＡ１でその撮像信号ＩＡをスライスすることによってその撮像信号ＩＡを２値化し、この２値化した信号より基準マーク３５Ａの像及びアライメントマーク２９Ａの位置を検出する。
【００３５】
一例として、基準マーク３５Ａの像３５ＡＲについては、２値の撮像信号がローレベル”０”となっている領域の中点の座標を各開口パターンの像６２ＣＲ，６２ＸＲのＸ座標とみなし、アライメントマーク２９Ａについては、２値の撮像信号がハイレベル”１”となる狭い領域の中点の座標を各線状パターンのＸ座標とみなす。この結果、図５（ｂ）に示すように、基準マークの像３５ＡＲ内で左端の開口パターンの像の位置はｘＡとなり、アライメントマーク２９Ａの左端の基本パターンの３本の線状パターンの位置はｘＡ１〜ｘＡ３となり、その開口パターンの像に対するその基本パターンのＸ方向への位置ずれ量ΔＸＡは次のようになる。
【００３６】
ΔＸＡ＝ｘＡ−（ｘＡ１＋ｘＡ２＋ｘＡ３）／３      （１）
同様に、基準マークの像３５ＡＲの他の開口パターンの像に対するアライメントマーク２９Ａの他の基本パターン６０Ｘ及び十字型パターン６１の位置ずれ量ΔＸＢ〜ΔＸＥも求められる。そして、これらの位置ずれ量ΔＸＡ〜ΔＸＥの平均値ΔＸ（ウエハ座標系上に換算された値）を基準マーク３５Ａに対するアライメントマーク２９ＡのＸ方向の位置ずれ量とみなす。これによってマルチマークの平均化効果が得られ、位置ずれ量が高精度に求められる。また、その位置ずれ量ΔＸは、基準マーク３５Ａの中心に対するアライメントマーク２９Ａの中心のＸ方向への相対座標とみなすこともできる。図５（ｂ）に示すようにこの相対座標（位置ずれ量ΔＸ）は、基準マーク３５Ａの像の中心が原点となる。同様に、観察視野ＳＹ内の撮像信号を処理することによって、基準マーク３５Ａに対するアライメントマーク２９ＡのＹ方向への位置ずれ量（相対座標）ΔＹが検出される。他の基準マーク及びアライメントマークについても同様に位置ずれ量が検出される。
【００３７】
但し、最近は、レチクル１２として例えば低反射クロム膜よりパターンが形成されている所謂低反射レチクルが使用されることがある。このような低反射レチクルが使用されていると、図５（ａ）のアライメントマーク２９Ａの反射率も低くなるため、観察視野ＳＸ内の像の撮像信号ＩＡは、図５（ｃ）に示すようにパルス信号６６Ａ〜６６Ｅのレベルが低くなる。そのため、撮像信号ＩＡを閾値レベルＩＡ１でスライスして２値化しようとしても、パルス信号６６Ａ〜６６Ｅの部分が全部ローレベル”０”となる恐れがある。これを避けるためには、図５（ａ）において、基準マークの像３５ＡＲに対してアライメントマーク２９Ａの位置をＸ方向、及びＹ方向にそれぞれ１／２ピッチずらせばよい。
【００３８】
図１０（ａ）は、基準マークの像３５ＡＲに対してアライメントマーク２９Ａの位置をＸ方向、及びＹ方向にそれぞれ１／２ピッチずらした状態を示し、この図１０（ａ）において、アライメントマーク２９Ａの基本パターン６０Ｘ，６０Ｙがそれぞれ基準マークの像３５ＡＲの開口パターンの像６２ＸＲ，６２ＹＲの間に位置している。
【００３９】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のレチクルアライメント系１９の観察視野ＳＸ内の像の撮像信号ＩＡを示し、この図１０（ｂ）において、基準マークの像３５ＡＲに対応する信号６７の高レベル領域に、それぞれアライメントマーク２９Ａに対応して低レベルとなるパルス信号６６Ａ’〜６６Ｅ’が重畳されている。この際に、アライメントマーク２９Ａの反射率が小さいため、閾値レベルＩＡ１でその撮像信号ＩＡを２値化することによって、パルス信号６６Ａ’〜６６Ｅ’もそれぞれ２値化される。従って、低反射レチクルを使用する場合には、基準パターン３５Ａの各開口パターンの周囲の反射領域の像をアライメントマーク２９Ａに重ねることによって、基準マーク３５Ａに対するアライメントマーク２９Ａの位置ずれ量を高精度に検出できるようになる。また、図１０（ａ）ではアライメントマーク２９Ａの十字型パターン６１は観察視野ＳＸから外れているが、Ｘ方向の位置検出を行う場合には基準マークの像３５ＡＲを−Ｙ方向にずらして、基準マークの像３５ＡＲの開口パターンの像の間にその十字型パターン６１を収めるようにしてもよい。これによって平均化効果が更に高まる。
【００４０】
また、図４（ｃ）に戻り、基準マーク板６上には、基準マーク３５Ａ，３６Ａの中点から走査方向であるＹ方向に間隔ＩＬだけ離れた位置に基準マーク３７Ａが形成されている。間隔ＩＬは、図１における投影光学系８の光軸ＡＸとオフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４の検出中心との間隔であるベースライン量と等しい。同様に、基準マーク３５Ｂ，３６Ｂの中点、基準マーク３５Ｃ，３６Ｃの中点、及び基準マーク３５Ｄ，３６Ｄの中点からそれぞれＹ方向に間隔ＩＬだけ離れた位置に基準マーク３７Ｂ，３７Ｃ，及び３７Ｄが形成されている。基準マーク３７Ａ〜３７Ｄは、図４（ｄ）に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に所定ピッチで形成された格子パターン６９内の対応する格子点を使用するものであり、基準マーク３７Ａ〜３７Ｄはそれぞれ図１のアライメントセンサ３４によって検出される。アライメントセンサ３４は、基準マーク３７Ａ〜３７Ｄの像を内部の指標マーク板上に結像し、この基準マークの像及び指標マークの像を２次元ＣＣＤよりなる撮像素子上にリレーする。この撮像素子からの撮像信号を付属の信号処理系で処理することによって、その指標マークに対する基準マークの像の２次元的な位置ずれ量が求められ、この位置ずれ量が主制御系２２Ａに供給される。ウエハ５上のアライメントマーク（ウエハマーク）の位置をアライメントセンサ３４で検出する場合も同様である。主制御系２２Ａでは、必要に応じてその位置ずれ量をＺθ軸駆動ステージ４のＸ座標、Ｙ座標に加算することによって、検出対象のマークのウエハ座標系（ＸＷ，ＹＷ）での配列座標を求めることができる。
【００４１】
ところで、本例のレチクルアライメント系１９，２０は、露光波長の照明光で落射照明を行っているため、厚さの異なるレチクルや厚さにテーパのあるレチクルを使用すると、レチクルアライメント系１９，２０の撮像素子の撮像面に対して、レチクル上のアライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄの結像面、及び基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄの結像面がデフォーカスすることによって、検出される位置ずれ量にオフセットが残存する恐れがある。また、実際の露光光の照明光学系は、レチクルアライメント系１９，２０内の照明系よりもコヒーレンスファクタ（σ値）が大きく、更に投影光学系８の焦点深度をあまり浅くすることなく解像度を高めるために変形照明や輪帯照明等の機構も設けられている。そのため、実際の露光光のもとでの基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄとアライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄとの位置ずれ量と、レチクルアライメント系１９，２０で検出される位置ずれ量との間に、ディストーションの差等に起因するオフセットが発生している恐れもある。このようにレチクルアライメント系１９，２０で検出される位置ずれ量に、実際の位置ずれ量に対するオフセットが混入していると、レチクルアライメント、及びベースライン量の計測を高精度に行うことができなくなり、重ね合わせ露光を行う場合に重ね合わせ誤差が生ずることになる。そのレチクルアライメント系１９，２０のオフセットを求めるために、本例では以下のように透過型の基準マーク板、及び空間像センサを設けている。
【００４２】
即ち、図２（ａ）に示すように、本例のウエハステージのＺθ軸駆動ステージ４上の基準マーク板６の近傍に、露光光を透過する材料よりなる透過型基板４０が固定されている。透過型基板４０の表面はウエハ５の表面と同じ高さに設定され、図２（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、透過型基板４０上の表面の遮光膜中にはＸ方向に基準マーク３５Ａ，３６Ａ（図４（ｃ）参照）と同じ間隔で２つの同一の開口パターン４１Ａ及び４１Ｂが形成されている。本例の移動鏡７Ｘ，７Ｙ及び基準マーク板６は露光光を透過する必要がないため、ガラスセラミックスのように紫外域等の露光光に対する透過率は小さくとも極めて低膨張率の材料から形成できるのに対して、透過型基板４０はｉ線やエキシマレーザ光等の紫外域の露光光を透過する必要があるため、そのような露光光を透過でき、且つ線膨張率も小さい石英より形成されている。
【００４３】
また、透過型基板４０上の開口パターン４１Ａ，４１Ｂは、基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄと同じ形状である。即ち、図３（ａ）に示すように、開口パターン４１Ａは、遮光膜中に形成された正方形の小開口パターン６３Ｃと、この小開口パターン６３ＣをＸ方向に挟むように配列された４個の正方形の小開口パターン６３Ｘと、その小開口パターン６３ＣをＹ方向に挟むように配列された４個の正方形の小開口パターン６３Ｙとから構成されたマルチマークであり、小開口パターン６３Ｃ，６３Ｘ，６３Ｙの大きさ及び配列は、基準マーク３５Ａを構成する開口パターン６２Ｃ，６２Ｘ，６２Ｙの大きさ及び配列と同一である。従って、図３（ｂ）のアライメントマーク２９Ａの像をその透過型基板４０上に投影した場合、その中心の十字型パターン６１の像が開口パターン４１Ａの中心の小開口パターン６３Ｃに重なると、他の基本パターン６０Ｘ及び６０Ｙの投影像がそれぞれ小開口パターン６３Ｘ及び６３Ｙに重なるようになる。更に、透過型基板４０の底部に空間像センサが配置されている。
【００４４】
図７は、本例の投影露光装置の照明光学系、及び空間像センサの構成を示し、この図７において、光源、各種光学フィルタ、及び光束の断面形状を整形する整形光学系等を含む光源系ＳＬから、所定の断面形状で且つ所定の照度分布に設定された露光光ＥＬがフライアイレンズ５３に照射され、フライアイレンズ５３の射出面に多数の２次光源が形成される。その射出面はレチクル１２のパターン形成面に対する光学的フーリエ変換面（瞳面）であり、その射出面に開口絞りを備えたレボルバ５１が回転自在に配置されている。レボルバ５１の周囲には通常の円形の開口絞り、小さいコヒーレンスファクタ（σ値）用の小さい円形の開口絞り、輪帯状の開口絞り、及び偏心した４個の小さい円形開口よりなる変形照明用の開口絞り等が等角度間隔で配置され、主制御系２２Ａが照明条件切り換えユニット５２を介してそのレボルバ５１を回転することによって、所望の開口絞り（σ絞り）をフライアイレンズ５３の射出面に設定できるように構成されている。
【００４５】
レボルバ５１中の１つの開口絞りを通過した露光光ＥＬは、第１リレーレンズ５０、偏向ミラー４９、可動型結像ブラインド４７、第２リレーレンズ４６、及びコンデンサレンズ４５を経て、レチクル１２のパターン形成面（下面）のスリット状の照明領域を均一な照度分布で照明する。可動型結像ブラインド４７の配置面はレチクル１２のパターン形成面と共役であり、可動型結像ブラインド４７はＸ方向に配置された２枚の可動ブレード４７ａ，４７ｂ、及び図７の紙面に垂直なＹ方向に配置された２枚の可動ブレード（不図示）より構成され、これらの可動ブレードで囲まれた開口によってレチクル１２上の照明領域が決定される。また、走査露光の開始時、及び終了時にそれぞれ制御ユニット４８を介して可動型結像ブラインド４７のＹ方向の２枚の可動ブレードを次第に開けること、及び次第に閉じることによって、レチクル１２上の本来の回路パターン以外のパターンがウエハ５上に転写されないように構成されている。走査露光時には投影光学系８の露光フィールドにウエハ５が配置され、ウエハ５上のスリット状の露光領域に投影光学系８を介してレチクル１２のパターンの像が投影された状態で、レチクル１２及びウエハ５が投影光学系８に対してＹ方向に走査される。
【００４６】
一方、レチクルアライメント系１９，２０のオフセットの計測時で、且つ空間像センサを使用する場合には、レチクルアライメント系１９，２０用の偏向ミラー１５，１６は図１のミラー駆動装置１７，１８によりそれぞれ露光光ＥＬの光路外に退避されている。そして、図７に示すように、レチクル１２上の例えばアライメントマーク２９Ａ，３０Ａがレチクルアライメント系１９，２０の観察領域１９Ｒ，２０Ｒ（図２（ｂ）参照）と同じ領域内に設定され、露光光ＥＬのもとで投影光学系８を介してアライメントマーク２９Ａ及び３０Ａの像が投影される位置付近に、それぞれ透過型基板４０上の開口パターン４１Ａ及び４１Ｂが設定される。開口パターン４１Ａ，４１Ｂはレチクル１２の走査方向に直交する方向に、レチクルアライメント系１９，２０の観察領域の間隔と同じ間隔で配置されている。
【００４７】
そして、開口パターン４１Ａ及び４１Ｂを透過した露光光ＥＬは、透過型基板４０の底部のＺθ軸駆動ステージ４の内部でそれぞれ偏向ミラー４４Ａ及び４４Ｂで反射され、集光レンズ４３Ａ及び４３Ｂを介して光ファイバ４２Ａ及び４２Ｂの一端に入射する。光ファイバ４２Ａ，４２Ｂの他端はＺθ軸駆動ステージ４の外部に設置され、光ファイバ４２Ａ及び４２Ｂの他端から射出された露光光は、それぞれ不図示のリレー光学系を経てフォトダイオード、又はフォトマルチプライア等からなる光電センサ６４Ａ及び６４Ｂで受光され、光電センサ６４Ａ，６４Ｂからの光電信号が信号処理系６５に供給されている。以上の偏向ミラー４４Ａ，４４Ｂ、集光レンズ４３Ａ，４３Ｂ、光ファイバ４２Ａ，４２Ｂ、及び光電センサ６４Ａ，６４Ｂより空間像センサが構成されている。なお、ここでは光ファイバ４２Ａ，４２Ｂを用いているが、開口パターンを通過した光束を光学レンズでリレーして光電センサ６４Ａ，６４Ｂまで導いてもよい。
【００４８】
本例の空間像センサの光電センサ６４Ａ，６４Ｂは光量検出型であるため、開口パターン４１Ａ，４１Ｂとアライメントマーク２９Ａ，２９Ｂとの位置関係を検出するためには、レチクルステージ又はウエハステージを駆動することによって両者を相対的に走査する必要がある。この場合の位置検出方法につき図８を参照して説明する。
【００４９】
図８（ａ）は、図７の透過型基板４０上の開口パターン４１Ａにレチクル１２上のアライメントマーク２９Ａの像２９ＡＷが投影されている状態を示し、この図８（ａ）において、マーク像２９ＡＷ中の十字型パターンの像６１Ｗは中央の小開口パターン６３Ｃとその−Ｙ方向側の小開口パターンとの間に位置している。その開口パターン４１Ａの全体を透過した露光光を光電変換した光電信号ＩＢが、図７の光電センサ６４Ａから信号処理系６５に供給される。この状態で、本例では例えば図１のＺθ軸駆動ステージ４を＋Ｘ方向に移動することによって、マーク像２９ＡＷを開口パターン４１Ａで＋Ｘ方向に走査する。
【００５０】
図８（ｂ）はそのように開口パターン４１Ａを走査したときに得られる光電センサ６４Ａからの光電信号ＩＢの変化を示し、この図８（ｂ）において、横軸は開口パターン４１Ａが静止しているとした場合に、開口パターン４１Ａの中心に対するマーク像２９ＡＷの中心のＸ方向への位置ずれ量、即ち開口パターン４１Ａに対するマーク像２９ＡＷのＸ方向への相対座標ＲＸを示している。但し、光電信号ＩＢをサンプリングする段階では、図７の信号処理系６５では光電信号ＩＢをＡ／Ｄ変換し、変換後の光電信号ＩＢを単にウエハ座標系のＸ座標に対応させてメモリに格納すればよい。マーク像２９ＡＷは、３本のライン・アンド・スペースパターンの像の集合であるため、光電信号ＩＢは高いレベルから３段階に変化してボトム値ＩＢ１となった後、再び３段階に変化して高いレベルとなっている。また、マーク像２９ＡＷに対して開口パターン４１Ａを走査すると、１個〜３個の基本パターンの像６０ＸＷが小開口パターン６３Ｃ，６３Ｘの何れかにかかる際にも光電信号ＩＢが階段状に変化するが、この際のボトム値は図８（ｂ）のボトム値ＩＢ１に比べて高いため、容易に判別することができる。
【００５１】
走査終了後、信号処理系６５ではその光電信号ＩＢをウエハ座標系のＸ座標で微分することによって、図８（ｃ）に示す微分信号ｄＩＢ／ｄＸを得、この微分信号が負のパルスとなるＸ座標ｘＢ１，ｘＢ２，ｘＢ３、及びその微分信号が正のパルスとなるＸ座標ｘＢ４，ｘＢ５，ｘＢ６を求める。その後、次のようにこれらのＸ座標の平均値ＸＢを算出すると、この平均値ＸＢを、開口パターン４１Ａの中心にマーク像２９ＡＷの中心がＸ方向に合致しているときのウエハ座標系のＸ座標とみなすことができる。
【００５２】
ＸＢ＝（ｘＢ１＋ｘＢ２＋…＋ｘＢ５＋ｘＢ６）／６      （２）
また、このときのレチクル１２の位置を規定するレチクル座標系のＸ軸ＸＲの値をＸＲ0 として、ウエハ座標系のＸ座標ＸＷ、及び投影光学系８の縮小倍率（１／Ｍ）を用いると、図８（ｂ）の横軸の相対座標ＲＸは、次のようになる。
【００５３】
ＲＸ＝（ＸＷ−ＸＢ）＋（ＸＲ−ＸＲ0)／Ｍ      （３）
なお、（３）式では投影光学系８によって反転像が投影されることが考慮されている。その相対座標ＲＸは、開口パターン４１Ａの中心に対するアライメントマーク２９Ａの中心のＸ方向への位置ずれ量とみなすことができる。この際に、開口パターン４１Ａはマルチマーク化されており、図８（ｂ）の光電信号ＩＢは４個のライン・アンド・スペースパターンについての和信号であるため、光電信号ＩＢのＳＮ比が高く、高精度に相対座標ＲＸが求められる。同様に、図８（ａ）において、マーク像２９ＡＷを開口パターン４１Ａで−Ｙ方向に走査して光電センサ６４Ａの光電信号ＩＢを取り込むことによって、開口パターン４１Ａに対するアライメントマーク２９ＡのＹ方向への位置ずれ量であるＹ方向の相対座標ＲＹも検出できる。同様に、図７の光電センサ６４Ｂの光電信号より、透過型基板４０上の他方の基準マーク４１Ｂに対するアライメントマーク３０Ａの相対座標（ＲＸ，ＲＹ）も検出できる。これらの相対座標は図１の主制御系２２Ａに供給される。なお、透過型基板４０の代わりにレチクル１２を走査して相対座標を求めるようにしてもよい。
【００５４】
また、本例では空間像センサによる計測が終了した後、図７において、偏向ミラー１５，１６を露光光ＥＬの光路に戻して図１のレチクルアライメント系１９，２０を動作させ、透過型基板４０上の開口パターン４１Ａ，４１Ｂを図４（ｃ）の基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ，３６Ａの代わりにして、開口パターン４１Ａ，４１Ｂに対するアライメントマーク２９Ａ，３０Ａの相対座標（位置ずれ量）を計測する。この計測方法は、図５を参照して説明した方法と同様であり、この相対座標と空間像センサで検出された相対座標とから、レチクルアライメント系１９，２０のオフセットを求めることができる。なお、アライメントマーク２９Ａ，３０Ａの代わりに、図２（ｃ）のレチクル１２上の他のアライメントマーク２９Ｂ，３０Ｂ〜２９Ｄ，３０Ｄを使用してもよい。この場合、本例の空間像センサ用の２つの開口パターン４１Ａ，４１Ｂは非走査方向に分かれて配置されているため、レチクル１２をＹ方向に移動することによって、任意の１対のアライメントマークと開口パターン４１Ａ，４１Ｂとの位置ずれ量を並列に短時間に計測できる。
【００５５】
以下、図９のフローチャートを参照して、レチクルアライメント系１９，２０のオフセットを求めて、レチクルアライメント及びベースラインチェックを行う場合の動作の一例につき説明する。
先ず、図９のステップ１０１において、図７に示すように、レチクルアライメント系１９，２０の偏向ミラー１５，１６を露光光ＥＬの光路外に退避させた状態で、レチクルアライメント系１９，２０の観察領域と同じ領域内にレチクル１２のアライメントマーク２９Ａ，３０Ａを移動する。また、アライメントマーク２９Ａ，３０Ａが投影される位置付近に透過型基板４０上の開口パターン４１Ａ，４１Ｂを移動し、露光光ＥＬの照射を開始して、例えばウエハステージ側のＺθ軸駆動ステージ４を駆動することによって図８（ａ）に示すようにマーク像２９ＡＷを開口パターン４１Ａで走査する。この際にアライメントマーク３０Ａの像３０ＡＷも開口パターン４１Ｂで走査される。なお、レチクルステージを駆動してアライメントマーク２９Ａ，３０Ａ側を移動してもよい。そして、図７の空間像センサ内の光電センサ６４Ａ，６４Ｂからの光電信号を信号処理系６５でサンプリングして、（２）式のように開口パターン４１Ａ，４１Ｂの中心とマーク像２９ＡＷ，３０ＡＷの中心とが合致するときのウエハ座標系のＸ座標を検出する。次に、マーク像を開口パターン４１Ａ，４１ＢでＹ方向に走査して、同様に開口パターン４１Ａ，４１Ｂの中心とマーク像２９ＡＷ，３０ＡＷの中心とが合致するときのウエハ座標系のＹ座標を検出する。
【００５６】
そして、ウエハステージのＺθ軸駆動ステージ４をＸ方向、Ｙ方向に駆動して、開口パターン４１Ａ，４１Ｂの中心をマーク像２９ＡＷ，３０ＡＷの中心付近に設定した状態で、Ｚθ軸駆動ステージ４を静止させる。この際にレチクル１２も静止しており、この状態で主制御系２２Ａは（３）式に示すように、開口パターン４１Ａの中心に対するアライメントマーク２９Ａの像の中心の相対座標（ｘ１１，ｙ１１）、及び開口パターン４１Ｂの中心に対するアライメントマーク２９Ｂの像の中心の相対座標（ｘ１２，ｙ１２）を算出し、これらの相対座標（ｘ１ｉ，ｙ１ｉ）（ｉ＝１，２）を内部のメモリに記憶する。
【００５７】
次に、ステップ１０２において、レチクルアライメント系１９，２０の偏向ミラー１５，１６を露光光ＥＬの光路に戻して、露光光ＥＬの照射を停止した後、レチクルアライメント系１９，２０で露光波長の照明光の照射を開始する。そして、レチクルアライメント系１９，２０の撮像素子で開口パターン４１Ａ，４１Ｂのレチクルへの投影像、及びアライメントマーク２９Ａ，３０Ａの像を撮像して撮像信号をサンプリングし、サンプリングされた撮像信号を処理することによって、基準マーク４１Ａの中心に対するアライメントマーク２９Ａのウエハ座標系での相対座標（位置ずれ量）（ｘ２１，ｙ２１）、及び基準マーク４１Ｂの中心に対するアライメントマーク２９Ｂのウエハ座標系での相対座標（位置ずれ量）（ｘ２２，ｙ２２）を検出し、検出された相対座標（ｘ２ｉ，ｙ２ｉ）（ｉ＝１，２）を主制御系２２Ａに供給する。なお、この際の検出方法は、図５（ａ）において、基準マーク３５Ａの像３５ＡＲの代わりに、図８（ａ）の開口パターン４１Ａの像が存在するものとした場合と同じであり、図５（ｂ）のような撮像信号ＩＡを処理すればよい。本例では透過型基板４０上の開口パターン４１Ａ，４１Ｂを基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄと同じ形状にしているため、基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄの検出を行う場合と全く同じ方法で、開口パターン４１Ａ，４１Ｂに対する相対座標を検出できる。
【００５８】
なお、図５（ｂ）に示す撮像信号ＩＡのコントラスト等が悪い場合には、例えばアライメントマーク２９Ａ，３０Ａを非計測方向（Ｘ方向の位置ずれ量を計測する際にはＹ方向）に微動させて、良好な撮像信号ＩＡが得られる位置を捜せばよい。このようにレチクル１２、又は透過型基板４０の位置を調整した場合には、ステップ１０１で求めた相対座標（ｘ１ｉ，ｙ１ｉ）を、（３）式等を用いて調整後の位置に合わせて求めた相対座標で置き換えておく必要がある。また、レチクル１２として低反射レチクルが使用されているような場合には、図１０を参照して説明したように開口パターン４１Ａ，４１Ｂとアライメントマーク２９Ａ，３０Ａとを１／２ピッチだけずらして位置検出を行ってもよい。この場合にも、ステップ１０１で求めた相対座標（ｘ１ｉ，ｙ１ｉ）を置き換える必要がある。
【００５９】
次に、ステップ１０３において、主制御系２２Ａは、ステップ１０２でレチクルアライメント系１９，２０を用いて求めた相対座標（ｘ２ｉ，ｙ２ｉ）と、ステップ１０１で空間像センサを用いて求めた相対座標（ｘ１ｉ，ｙ１ｉ）との差分である相対座標差Ｓ、即ち（ｘ２ｉ−ｘ１ｉ，ｙ２ｉ−ｙ１ｉ）（ｉ＝１，２）を求めてメモリに記憶する。この相対座標差Ｓは、実際の露光時に露光光ＥＬのもとで検出される相対座標に対する、レチクルアライメント系１９，２０で検出される相対座標の差分、即ちレチクルアライメント系１９，２０で検出される位置ずれ量のオフセットに対応している。なお、相対座標差Ｓを求める際には、アライメントマーク２９Ａ，３０Ａの代わりに他のアライメントマーク２９Ｂ，３０Ｂ〜２９Ｄ，３０Ｄを使用してもよい。
【００６０】
そして、レチクル１２上のアライメントマーク２９Ａ，３０Ａがそれぞれ図２（ｂ）のレチクルアライメント系１９，２０の観察領域１９Ｒ，２０Ｒ内に在る状態で、ステップ１０４において、図４（ｃ）の基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ，３６Ａをそれぞれ観察領域１９Ｒ，２０Ｒと共役なウエハステージ上での観察領域１９Ｗ，２０Ｗ（図２（ａ）参照）に移動する。
【００６１】
図６（ａ）は、このようにレチクル１２のアライメントマークの像及び基準マーク板６上の基準マークを対応する観察領域内に移動した状態を示し、この図６（ａ）に示すように、観察領域１９Ｗ内でマーク像２９ＡＷと基準マーク３５Ａとが同時に観察でき、観察領域２０Ｗ内でマーク像３０ＡＷと基準マーク３６Ａとが同時に観察できる。また、図６（ｃ）に示すように、観察領域１９Ｗ及び２０Ｗは、それぞれ投影光学系８の露光フィールド内の光軸を横切る位置にあり、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４の観察領域内に基準マーク３７Ａが収まっている。その後、ステップ１０５において、レチクルアライメント系１９及び２０では観察される画像（図５（ａ）に示すような画像）の撮像信号を処理してそれぞれ基準マーク３５Ａに対するマーク像２９ＡＷの位置ずれ量、及び基準マーク３６Ａに対するマーク像３０ＡＷの位置ずれ量を求め、これらの位置ずれ量を図１の主制御系２２Ａに供給する。これと同時に、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４でも対応する基準マーク３７Ａの像を撮像し、この撮像信号を処理して得られる基準マーク３７Ａの検出中心（指標マークの中心等）からの位置ずれ量を主制御系２２Ａに供給する。
【００６２】
その後、ステップ１０６で走査露光時と同様に、図２（ａ）のＺθ軸駆動ステージ４を＋Ｙ方向に移動させるのと同期して、図２（ｂ）のレチクル微小駆動ステージ１１を−Ｙ方向に移動させる。これによって、図６（ｂ）に示すように、基準マーク板６とレチクル像１２Ｗとが共に＋Ｙ方向に移動する。このとき、レチクルアライメント系１９，２０の観察領域１９Ｗ，２０Ｗと、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４の観察領域とは固定されているので、観察領域１９Ｗ，２０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域を、符号Ａが付されたマーク群（マーク像２９ＡＷ，３０ＡＷ、及び基準マーク３５Ａ，３６Ａ，３７Ａ）から符号Ｄが付されたマーク群（マーク像２９ＤＷ，３０ＤＷ、及び基準マーク３５Ｄ，３６Ｄ，３７Ｄ）までが移動していく。この際に、符号Ｂ、符号Ｃ、及び符号Ｄが付されたマーク群が順次観察領域１９Ｗ，２０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域に入ったときに、Ｚθ軸駆動ステージ４及びレチクル微小駆動ステージ１１を静止させて各マークの位置検出を行う。
【００６３】
この場合、図６（ａ）の状態を第１の静止位置とすると、第２の静止位置では観察領域１９Ｗ，２０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域に存在するマーク群は符号Ｂが付されたマーク群、即ち図４（ａ）のマーク像２９ＢＷ，３０ＢＷ、及び図４（ｃ）の基準マーク３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂである。そして、レチクルアライメント系１９及び２０では基準マーク３５Ｂ，３６Ｂに対するマーク像２９ＢＷ，３０ＢＷの位置ずれ量を求めて主制御系２２Ａに供給し、アライメントセンサ３４では対応する基準マーク３７Ｂの位置ずれ量を求めて主制御系２２Ａに供給する。以上のようなシーケンスを第３の静止位置及び第４の静止位置（図６（ｂ）の状態）と繰り返すことにより、符号Ｃが付されたマーク群（マーク像２９ＣＷ，３０ＣＷ、及び基準マーク３５Ｃ，３６Ｃ，３７Ｃ）、及び符号Ｄが付されたマーク群についても、それぞれレチクルアライメント系１９，２０及びアライメントセンサ３４によって位置計測が行われる。レチクルアライメント系１９，２０で８個のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷに対して計測されるウエハス座標系での位置ずれ量を（ΔＸｎ，ΔＹｎ）（ｎ＝１〜８）として、アライメントセンサ３４で４個の基準マークに対して計測されるウエハ座標系での検出中心からの位置ずれ量を（ΔＡＸｉ，ΔＡＹｉ）（ｉ＝１〜４）とする。
【００６４】
次にステップ１０７において、主制御系２２Ａではステップ１０３で求めた相対座標差Ｓを、それぞれレチクルアライメント系１９，２０で検出された位置ずれ量（ΔＸｎ，ΔＹｎ）（ｎ＝１〜８）から差し引いて、減算後の位置ずれ量（ΔＸｎ’，ΔＹｎ’）を記憶する。これによってレチクルアライメント系１９，２０の計測値のオフセットが補正される。それに続くステップ１０８において主制御系２２Ａは、補正後の位置ずれ量、及びアライメントセンサ３４で検出された位置ずれ量を演算処理して動的なレチクルアライメントを行う。この際に、本例ではアライメント精度を高めるために、一例として図４（ｃ）の基準マーク板６上の基準マークの配列方向によって定まる座標系（以下、「基準マーク板の座標系」と呼ぶ）を基準としてレチクルアライメントを行う。基準マーク板の座標系は、例えば基準マーク部材６上の基準マーク３５Ａ，３６Ａを通る直線を横軸（これをＸＳ軸と呼ぶ）、基準マーク３５Ａ，３５Ｄを通る直線を縦軸（これをＹＳ軸と呼ぶ）とする座標系（ＸＳ，ＹＳ）である。また、この基準マーク板の座標系（ＸＳ，ＹＳ）に対して、レチクル座標系（ＸＲ，ＹＲ）を基準マーク板６上に投影した座標系のＸＳ方向及びＹＳ方向のスケーリング（線形伸縮）をＲｘ，Ｒｙ、ローテーション（回転）をθ、直交度誤差をω、ＸＳ方向及びＹＳ方向のオフセットをＯｘ，Ｏｙとする。この場合の直交度誤差ωは、ＹＳ軸に対するレチクル座標系のＹ軸を投影した軸の回転角、即ちレチクルステージの走査方向の回転誤差である。
【００６５】
更に、図４（ａ）のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷのレチクル座標系を基準マーク板６上に投影した座標系での設計上の座標を（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）（ｎ＝１〜８）として、対応する基準マーク３５Ａ〜３６Ｄの座標系（ＸＳ，ＹＳ）上での座標を（Ｅｘｎ，Ｅｙｎ）とする。このとき、レチクルアライメント系１９，２０で計測された補正後の位置ずれ量（ΔＸｎ’，ΔＹｎ’）を用いて、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの基準マーク板６の座標系（ＸＳ，ＹＳ）での実測された座標（Ｄｘｎ’，Ｄｙｎ’）は近似的に次のようになる。
【００６６】
Ｄｘｎ’＝Ｅｘｎ＋ΔＸｎ’      （４Ａ）
Ｄｙｎ’＝Ｅｙｎ＋ΔＹｎ’      （４Ｂ）
このとき、上述の６個の変換パラメータ（Ｒｘ，Ｒｙ，θ，ω，Ｏｘ，Ｏｙ）、及びマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの設計上の座標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）より、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの基準マーク板の座標系（ＸＳ，ＹＳ）上での計算上の座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）は次のように表される。
【００６７】
Ｆｘｎ＝Ｒｘ・Ｄｘｎ−Ｒｘ（ω＋θ）・Ｄｙｎ＋Ｏｘ    （５Ａ）
Ｆｙｎ＝Ｒｙ・θ・Ｄｘｎ＋Ｒｙ・Ｄｙｎ＋Ｏｙ          （５Ｂ）
また、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷのＸＳ方向及びＹＳ方向での計算上の座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）と実測された座標（Ｄｘｎ’，Ｄｙｎ’）との差分、即ち非線形誤差（εｘｎ，εｙｎ）は次のようになる。
【００６８】
εｘｎ＝Ｆｘｎ−Ｄｘｎ’      （６Ａ）
εｙｎ＝Ｆｙｎ−Ｄｙｎ’      （６Ｂ）
そして、この非線形誤差（εｘｎ，εｙｎ）の８個のマーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷについての自乗和が最小となるように、図１の主制御系２２Ａでは最小自乗法を用いて、上記６個の変換パラメータＲｘ，Ｒｙ，θ，ω，Ｏｘ，Ｏｙの値を決定する。
【００６９】
次にステップ１０９において、決定されたスケーリングＲｘ，Ｒｙをレチクル座標系（ＸＲ，ＹＲ）の座標に乗じた座標を有すると共に、決定されたローテーションθを０にするように、レチクル座標系（ＸＲ，ＹＲ）を回転して得られる座標系を新たにレチクル座標系（ＸＲ，ＹＲ）として、これ以後はこの新たな座標系に沿ってレチクル微小駆動ステージ１１（レチクル１２）を走査する。これは、図４（ｃ）の基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄの配列方向に沿って図２（ｃ）のアライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄが移動するようにレチクル１２を走査することを意味する。なお、オフセットＯｘ，Ｏｙについてはウエハアライメントで補正が行われるために、ここでは必ずしも補正を行う必要はない。
【００７０】
この結果、レチクル１２のパターンは、基準マーク板６上の矩形に配置された基準マーク３５Ａ〜３６Ｄに沿って走査されることになって、ウエハ上に露光されるショット領域の形状は正確な矩形となる。更に、ウエハステージ側の移動鏡７Ｘと基準マーク板６との傾斜角が変化したような場合でも、基準マーク板６上の基準マークを基準としているため、その傾斜角の変化の影響を受けないという利点もある。
【００７１】
次にステップ１１０に移行して、主制御系２２Ａでは、レチクルアライメント系１９，２０で計測された補正後の位置ずれ量（ΔＸｎ’，ΔＹｎ’）（ｎ＝１〜８）、及びアライメントセンサ３４で計測された位置ずれ量（ΔＡＸｉ，ΔＡＹｉ）（ｉ＝１〜４）を演算処理してアライメントセンサ３４のＸ方向及びＹ方向のベースライン量（ＢＥＸ，ＢＥＹ）を算出する。即ち、図４（ｃ）の基準マーク３５Ａ，３６Ａに対するマーク像２９ＡＷ，３０ＡＷの位置ずれ量を（ΔＢＸ１，ΔＢＹ１），（ΔＢＸ２，ΔＢＹ２）、対応する基準マーク３７Ａに対してアライメントセンサ３４で計測される位置ずれ量を（ΔＡＸ１，ΔＡＹ１）とすると、符号Ａが付されたマーク群に対するベースライン量（ＢＥＸ１，ＢＥＹ１）は次のようになる。
【００７２】
ＢＥＸ１＝（ΔＢＸ１＋ΔＢＸ２）／２−ΔＡＸ１          （７Ａ）
ＢＥＹ１＝ＩＬ＋（ΔＢＹ１＋ΔＢＹ２）／２−ΔＡＹ１    （７Ｂ）
同様にして他の３個のマーク群に対するベースライン量（ＢＥＸ２，ＢＥＹ３）〜（ＢＥＸ４，ＢＥＹ４）も算出される。そして、これら４個のベースライン量を平均化することで、アライメントセンサ３４のＸ方向及びＹ方向のベースライン量（ＢＥＸ，ＢＥＹ）が算出される。このように本例では、４個のマーク群に対する計測データを平均化してベースライン量を求めているため、平均化効果によって高精度にベースライン量を計測できる。
【００７３】
更に、ステップ１０７において、レチクルアライメント系１９，２０で計測された位置ずれ量が、ステップ１０３で求められた相対座標差Ｓで補正されているため、実際の露光光ＥＬのもとでのベースライン量が高精度に求められる。従って、レチクルステージ上のレチクル１２が厚さの異なるレチクルに交換された場合、又は図７の照明光学系のレボルバ５１を回転して、変形照明、若しくは輪帯照明等に設定された場合でも、図９のステップ１０１〜１０３の相対座標差Ｓを求める工程を実行して、ステップ１０７でレチクルアライメント系１９，２０の計測値を補正することによって、高精度にレチクルアライメントを実行できると共に、高精度にベースライン量を求めることができる。
【００７４】
この際に、本例ではステージ発光方式が使用されておらず、空間像センサはウエハステージの内部で開口パターンを通過した照明光を受光するだけでよいため、ウエハステージが簡素化でき、且つ小型化できる。
なお、例えばレチクルを交換した場合には通常は、図９のステップ１０１〜１０３の相対座標差Ｓを求める工程をレチクル上の任意の１対のアライメントマーク（例えば図２（ｃ）のアライメントマーク２９Ａ，３０Ａ）に対して実施するのみでよい。これは、図７の空間像センサ、及びレチクルアライメント系１９，２０による計測時には、レチクル上の同じアライメントマークと、透過型基板４０上の同じ開口パターン４１Ａ，４１Ｂとが使用されるため、マーク描画誤差の影響を受けず、更にマルチマーク計測による平均化効果で高精度に相対座標差Ｓを計測できるからである。
【００７５】
但し、例えばレチクル１２の厚さが位置によって異なる場合、即ちレチクル１２の厚さにテーパがある場合には、図２（ｃ）のレチクル１２上の走査方向の両端の２組のアライメントマーク２９Ａ，３０Ａ及び２９Ｄ，３０Ｄについて、それぞれ相対座標差ＳＡ及びＳＤを計測しておけばよい。このとき、走査方向の中間の２組のアライメントマーク２９Ｂ，３０Ｂ及び２９Ｃ，３０Ｃの相対座標差ＳＢ，ＳＣについては、例えばそれらの相対座標差ＳＡ，ＳＤを比例配分することによって求めることができる。そして、図９のステップ１０７で位置ずれ量の補正を行う場合には、アライメントマーク２９Ａ，３０Ａ〜２９Ｄ，３０Ｄについてそれぞれ個別に相対座標差ＳＡ〜ＳＤを用いて補正を行えばよい。これによって、レチクル１２の厚さにテーパがある場合でも、正確にレチクルアライメント系１９，２０で求めた位置ずれ量を補正できる。
【００７６】
また、図１のレチクルアライメント系１９で図５（ａ）に示すように、落射照明によって基準マーク３５Ａの像３５ＡＲとアライメントマーク２９Ａとを観察する場合、レチクルアライメント系１９内の撮像素子からの撮像信号には通常オートゲインコントロール（ＡＧＣ）が施されている。そのため、基準マーク板６上で基準マーク３５Ａを囲む反射膜の反射率が低く、レチクル１２上でアライメントマーク２９Ａの反射率が高いような場合には、図５（ｂ）の撮像信号ＩＡが平均として大きく増幅される。そのため、パルス信号６６Ａ〜６６Ｅの部分が飽和して、位置ずれ量が正確に検出できなくなる恐れがある。そこで、レチクルアライメント系１９，２０内の落射照明系に光量可変機構を設け、レチクル１２のアライメントマークに対応する信号が飽和しないように照明光の光量を制御することが望ましい。
【００７７】
なお、上述の実施の形態では、レチクルアライメント系１９，２０は独自に照明系を備えているが、例えば図７において、偏向ミラー１５，１６を露光光ＥＬに対するハーフミラーとすることによって、光源系ＳＬ〜コンデンサレンズ１５よりなる露光光の照明光学系をレチクルアライメント系１９，２０の落射照明系として兼用するようにしてもよい。この場合、レチクルアライメント系１９，２０を使用する際には、露光光ＥＬの光路中に偏向ミラー１５，１６を配置し、空間像センサを使用する際には露光光ＥＬの光路から偏向ミラー１５，１６を退避させることによって、露光光ＥＬの照明光学系が共通に使用でき、レチクルアライメント系１９，２０の構成が簡素化できる。
【００７８】
また、上述の実施の形態はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものであるが、本発明はステッパーのような一括露光型の投影露光装置にも適用できることは明らかである。このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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。
【００７９】
【発明の効果】
本発明による第１の投影露光装置によれば、例えば予め実際に使用される露光光と同じ照明条件のもとで、空間像センサによってマスク上の位置合わせ用マークと第２の基準マークとの相対位置を検出し、マスク側のアライメントセンサでも両者の相対位置を検出し、２つの相対位置のずれ量をオフセットとして記憶しておくことができる。そして、そのマスクのアライメント時にそのアライメントセンサによって検出される位置ずれ量をそのオフセットで補正することによって、ステージ発光方式で基板ステージ（ウエハステージ）側の第１又は第２の基準マークを照明することなく、且つ露光光の照明条件が切り換えられた場合、マスクの厚さが変化した場合（テーパを有する場合も含む）、又はそのマスク側のアライメントセンサでデフォーカスが生じた場合でも、それぞれ高精度にマスクのアライメント（レチクルアライメント）を行うことができる利点がある。これによってその基板ステージの小型化及び軽量化も図られる。
【００８０】
また、本発明による第２の投影露光装置によれば、例えばその空間像センサを光量検出型とし、その第２の基準マークを開口パターンとし、そのアライメントセンサを画像処理型とすることによって、その第２の基準マークを容易に空間像センサとアライメントセンサとで共通に使用できる利点がある。
また、本発明による第３の投影露光装置によれば、予めその空間像センサを用いてそのマスクのアライメントセンサの計測値を補正しておき、この補正後の計測値と基板側のアライメントセンサの計測値とを使用することによって、露光光の照明条件が切り換えられたような場合でも高精度にその基板側のアライメントセンサのベースライン量を計測できる利点がある。
【００８１】
また、そのマスク側のアライメントセンサ、及びその空間像センサ用の照明光としてそれぞれその露光光を使用し、そのマスク側のアライメントセンサをその露光光の光路から退避させるための退避装置を設けた場合には、露光光の照明光学系を共通に使用できるため、全体の光学系が簡素化できる。
また、そのマスクの反射率に応じて、そのマスク側のアライメントセンサを用いてその投影光学系を介してその基板ステージ上の第１、又は第２の基準マークとそのマスク上の位置合わせ用マークとの位置ずれ量を検出する際のその第１、又は第２の基準マークの位置を調整する場合には、そのマスクとして低反射レチクルが使用されるような場合でも高精度にそのマスク上の位置合わせ用マークの位置を検出できる利点がある。
【００８２】
また、その透過型の第２の基準マークを複数個の透過型マークより形成した場合には、相対走査を行うときには検出信号のＳＮ比が向上し、画像処理方式のときには平均化効果が得られるため、それぞれマスクのアライメント、又はベースライン量の計測をより高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影露光装置の実施の形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）は図１のウエハステージを示す平面図、（ｂ）は図１のレチクルステージを示す平面図、（ｃ）はレチクル１２上のアライメントマークの配列を示す平面図である。
【図３】（ａ）は基準マーク３５Ａ、及び空間像センサ用の開口パターン４１Ａを示す拡大平面図、（ｂ）はレチクル上のアライメントマーク２９Ａを示す拡大平面図である。
【図４】（ａ）はレチクル１２のウエハステージへの投影像を示す平面図、（ｂ）はウエハステージ上の透過型基板４０を示す平面図、（ｃ）は基準マーク板６上の基準マークの配置を示す平面図、（ｄ）はオフ・アクシス方式のアライメントセンサ用の基準マークの形状を示す図である。
【図５】（ａ）は基準マークの像３５ＡＲとアライメントマーク２９Ａとが重ね合わされた状態を示す拡大図、（ｂ）は図５（ａ）の像をレチクルアライメント系で撮像して得られる撮像信号を示す図、（ｃ）はレチクルの反射率が低い場合の撮像信号を示す図である。
【図６】レチクル１２と基準マーク板６とを相対走査する際の説明図である。
【図７】図１の投影露光装置における露光光の照明光学系、及び空間像センサを示す一部断面図を含む構成図である。
【図８】（ａ）はアライメントマークの像２９ＡＷと開口パターン４１Ａとを相対走査する様子を示す拡大図、（ｂ）はその相対走査によって空間像センサで検出される光電信号ＩＢを示す図、（ｃ）はその光電信号ＩＢの微分信号を示す図である。
【図９】本発明による実施の形態でレチクルアライメント系の計測値のオフセットを求める際の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）は基準マークの像３５ＡＲとアライメントマーク２９Ａとが１／２ピッチずれて重ね合わされた状態を示す拡大図、（ｂ）は図１０（ａ）の像をレチクルアライメント系で撮像して得られる撮像信号を示す図である。
【符号の説明】
４  Ｚθ軸駆動ステージ
５  ウエハ
６  基準マーク板
７  ウエハ側の移動鏡
８  投影光学系
１１  レチクル微小駆動ステージ
１２  レチクル
１７，１８  ミラー駆動装置
１９，２０  レチクルアライメント系
２１  レチクル側の移動鏡
２２Ａ  主制御系
２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄ  アライメントマーク
３４  オフ・アクシス方式のアライメントセンサ
３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ  基準マーク
３７Ａ〜３７Ｄ  基準マーク
４０  透過型基板
４１Ａ，４１Ｂ  開口パターン
４２Ａ，４２Ｂ  光ファイバ
６４Ａ，６４Ｂ  光電センサ
【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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