(57)【要約】【課題】アライメントの計測精度やスループット性を向上させることが可能な位置計測方法等を提供すること。【解決手段】ＡＩＳセンサ６０でサーチアライメントを行った場合には、引き続き行われるファインアライメントでも同じＡＩＳセンサ６０で行う。このアライメント実行中に計測エラーが生じた場合、一旦位置計測操作を停止し、ＶＲＡセンサ５０により、アシスト操作用の基準マークＦＭ２を撮像した撮像素子５５の画像を目視しつつレチクルステージＲＳＴ又はウエハステージＷＳＴを手動操作で移動させ、レチクルＲと基準マーク板ＦＭとの相対位置関係を調整するアシスト操作を行うことにより、アライメントマークの投影位置と基準開口マーク６１との間の相対位置関係を調整する。この調整後、引き続きＡＩＳセンサ６０でアライメントを実行する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１物体上のパターンを第２物体上に転写する前に、該第２物体が載置されているステージ上に設けられている基準部材と、該第１物体との相対的な位置関係を計測する計測方法であって、
前記第１物体上の所定領域を、所定の精密さで計測して、該物体の位置情報を得る第１位置計測工程と、
前記第１物体上の所定領域を、前記所定の精密さよりも更なる精密さで計測して、該物体の位置情報を得る第２計測工程と、を有し、
互いに計測原理の異なる複数の計測センサの中から選択され、且つ前記第１及び第２位置計測工程のうちの何れか一方の位置計測工程において使用された計測センサと同じ計測センサを用いて、前記何れか他方の位置計測工程での位置計測を行うことを特徴とする位置計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載の位置計測方法において、
前記複数の計測センサは、
前記第１物体上の所定領域上に形成されたマークの、前記基準部材上に投影された投影像を、該基準部材上に設けられたスリットを介して光電検出する第１センサと、
前記第１物体上の所定領域上に形成されたマークの反射像と、前記基準部材上に形成されたマークの反射像とを同時に撮像する第２センサと、を含み、
前記第１物体上のマークの投影像を前記第１センサで検出できなかった場合には、前記第２センサによる前記基準部材上の所定箇所の撮像結果に基づいて前記第１物体と前記基準部材との相対位置関係を調整し、その後前記第１センサを用いて前記投影像の再検出動作を行うことを特徴とする位置計測方法。
【請求項３】
請求項２に記載の位置計測方法において、
前記所定箇所には、前記スリットとの位置関係が既知であり、且つ前記第１センサで前記投影像が検出できなかった時のみに計測対象となるアシスト用マークが形成されていることを特徴とする位置計測方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の位置計測方法において、
前記第１位置計測工程において計測される第１マークと、前記第２計測工程において計測される第２マークとは互いに形状の異なるマークであり且つ互いの位置関係が既知であるマークであることを特徴とする位置計測方法。
【請求項５】
請求項４に記載の位置計測方法において、
前記第１位置計測工程で、前記第１物体上のマークの、前記基準部材上に投影された投影像を、前記基準部材上に設けられたスリットを介して、且つ該投影像と該スリットとを相対的に走査しながら光電検出する第１センサを使用する場合において、
前記第１マークは、
前記第１物体上の前記パターンの形成面に平行な面内において第１方向に延びる第１線状パターンと、該第１線状パターンと該面内において斜めに交差する第２線状パターンとを含み、
前記第１位置計測工程では、前記面内において前記第１方向と直交する方向に、前記第１マークの投影像と前記スリットとを相対的に走査することを特徴とする位置計測方法。
【請求項６】
請求項４に記載の位置計測方法において、
前記第１位置計測工程で、前記第１物体上のマークの、前記基準部材上に投影された投影像を、前記基準部材上に設けられたスリットを介して、且つ該投影像と該スリットとを相対的に走査しながら光電検出する第１センサを使用する場合において、
前記第１マークは、
前記第１物体上の前記パターンの形成面に平行な面内において互いに直交する第１方向及び第２方向にそれぞれ延びる第１線状パターンと第２線状パターンとを含み、
前記第１位置計測工程では、前記面内において前記第１及び第２方向と互いに交差する方向に、前記第１マークの投影像と前記スリットとを相対的に走査することを特徴とする位置計測方法。
【請求項７】
請求項６に記載の位置計測方法において、
前記第２線状パターンは、前記第１方向における線幅が互いに異なると共に、該第１方向に互いに離間した複数の線状パターンを含むことを特徴とする位置計測方法。
【請求項８】
請求項４に記載の位置計測方法において、
前記第２位置計測工程で、前記第１物体上のマークの、前記基準部材上に投影される投影像を、前記基準部材上に設けられたスリットを介して、且つ該投影像と該スリットとを相対的に走査しながら光電検出する第１センサを使用する場合において、
前記第２マークは、
前記第１物体上の前記パターンの形成面に平行な面内において、互いに直交する第１及び第２方向に対して互いに交差する第３方向にその始点をずらしつつ互いに該第１方向に延びる複数の第１線状パターンと、その始点を該第３方向にずらしつつ互いに該第２方向に延びる複数の第２線状パターンとを含み、該複数の第１線状パターンの各始点と該複数の第２線状パターンの各始点とは該第３方向において順繰りに配置されており、
前記第２位置計測工程では、前記面内において前記第３方向に、前記第２マークの投影像と前記スリットとを相対的に走査することを特徴とする位置計測装置。
【請求項９】
デバイスパターンが形成されているマスクと、該デバイスパターンが転写されるべき複数の区画領域を備えた基板とを用意する工程と、
請求項１乃至８の何れか一項に記載の位置計測方法を用いて計測された位置情報に基づいて、前記マスクのパターン像の投影位置と前記基板上の前記複数の区画領域の各々とを順次位置合わせする工程と、
前記位置合わせされた前記各区画領域上に、前記デバイスパターンを順次転写する工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測精度向上、スループット性の向上を図った位置計測方法及びこの位置計測方法を利用したデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体素子製造のための製造工程においては、マスク（レチクル）上に形成された回路パターンを基板としてのウエハ上に転写する装置であるステップ・アンド・リピート方式、又は、ステップ・アンド・スキャン方式等の露光装置、ウエハプローバ、レーザリペア装置などが用いられている。これら装置を使用する半導体素子の露光工程では、ウエハ上に１０層以上の回路パターンを順次重ね合わせて露光転写しており、各層間での重ね合わせ精度が低いと、形成した回路が所望の特性を発揮せず、最悪の場合には不良品となって全体として歩留まりを低下させてしまう。これを避けるため、回路パターンをウエハ上に露光転写する際には、これから露光しようとする新たな回路パターンが形成されたレチクルの該回路パターンと、既に回路パターンが形成されたウエハ上の各ショット領域との位置合わせ（アライメント）を高精度に行う。このアライメントには、レチクルのウエハに対する位置合わせを行うレチクルアライメントと、ウエハ上の各ショット領域の位置情報を検出するウエハアライメントとがある。
【０００３】
レチクルアライメントでは、ＶＲＡ（Video Reticule Alignment）センサを利用した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）。これによれば、露光光を利用してレチクル上に形成されたアライメントマーク及びウエハステージ上に配置された基準マーク板上の所定の基準マークを照明し、これらアライメントマークからの反射像と基準マークからの反射像とをＣＣＤカメラで撮像し、アライメントマークの基準マークに対する位置ズレ量を検出してアライメントを行っている。
【０００４】
また、ＡＩＳ（Aerial Image Sensor）センサを利用した別のアライメント方法も知られている（例えば、特許文献２、３参照）。これによれば、露光光をレチクル上に形成されたアライメントマークの部分に照射し、このアライメントマークの像を、投影光学系を介してウエハステージ上の基準マーク板に形成した基準開口マーク（スリット）に投影する一方、レチクルステージ又はウエハステージを相対的に移動しながら、アライメントマークの投影像を基準開口マークを介して光電センサにより受光し、アライメントマークの基準開口マークに対する位置を検出してアライメントを行っている。
【０００５】
前者の方法では、アライメント時に照明光学系とレチクルステージとの間の光路に露光量制御ミラー（ＮＤフィルタ）、レチクルアライメント顕微鏡ミラー等を配置し、アライメント終了時に露光量制御ミラーは透過率が異なるものに切り換える必要があり、またレチクルアライメント顕微鏡は光路から退避させる必要があり、アライメントのスループット性の点で課題がある。
【０００６】
一方、後者の方法では、前者の方法に比して、アライメントマークがレチクル上の回路パターンの近傍に配置されていて、テレセントリシティ性が良く、またアライメント時に光路中にミラーなどを進入・退避させる必要がなく、スループット性が優れているが、計測中に計測エラーが生じた場合にその回復に長時間を要する点で課題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１７６４６８号公報
【特許文献２】特開平１０−１４４５９３号公報
【特許文献３】特開２００２−１４００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、ＶＲＡセンサとＡＩＳセンサとを装備して、レチクルアライメント時に前者と後者の何れかのセンサを選択し、両者の長所を生かすことが出来るようにすることが検討されている。
【０００９】
しかし、上述した何れのセンサを使用するアライメント方法でも、所定の計測倍率で位置計測を行って大まかな位置計測及び位置合わせをするサーチアライメントと、サーチアライメントよりも精密な（例えば所定の計測倍率よりも高倍率で高精度の）位置計測を行うファインアライメントとを実行する必要があり、サーチアライメントでどのセンサを選択し、ファインアライメントどのセンサを選択するかで、アライメントの計測精度やスループット性が異なる課題を有している。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、アライメントの計測精度やスループット性を向上させることが可能な位置計測方法及びこの位置計測方法を利用した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】
【００１１】
上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の位置計測方法は、第１物体（例えばマスクとしてのレチクル）上のパターンを第２物体（例えば基板としてのウエハ）上に転写する前に、該第２物体が載置されているステージ上に設けられている基準部材（例えば基準マーク板）と、該第１物体との相対的な位置関係を計測する計測方法であって、前記第１物体上の所定領域（例えば図４等のサーチ計測用のアライメントマークＦＭ２を参照）を所定の精密さで計測して、該物体の位置情報を得る第１位置計測工程（例えば図１中のステップＳ１０３のＡＩＳ−ＲＡサーチ計測工程を参照）と、前記第１物体上の所定領域（例えば図４等のファイン計測用のアライメントマークＦＭ３を参照）を、前記精密さよりも更なる精密さで計測して、該物体の位置情報を得る第２計測工程（例えば図１中のステップＳ１０７のＡＩＳ−ＲＡファイン計測工程を参照）と、を有し、互いに計測原理の異なる複数の計測センサ（図２中のＶＲＡセンサ５０と図３中のＡＩＳセンサ６０を参照）の中から選択され、且つ前記第１及び第２位置計測工程のうちの何れか一方の位置計測工程において使用された計測センサと同じ計測センサを用いて、前記何れか他方の位置計測工程での位置計測を行うことを特徴とする。
【００１２】
前記複数の計測センサは、例えば、前記第１物体上の所定領域上に形成されたマーク（図４中のアライメントマークＡＭ２を参照）の、前記基準部材上に投影された投影像を、該基準部材上に設けられたスリット（図３の基準開口マーク６１を参照）を介して光電検出する第１センサ（ＡＩＳセンサ６０：図３中の基準開口マーク６１、送光系６２、光電子倍増管６３等から構成）と、前記第１物体上の所定領域上に形成されたマーク（図４中のアライメントマークＡＭ１を参照）の反射像と、前記基準部材上に形成されたマーク（図５中の基準マークＦＭ１を参照）の反射像とを同時に撮像する第２センサ（図２中のＶＲＡセンサ５０を参照）と、を含み、前記第１物体上の所定領域上に形成されたマークの投影像を前記第１センサで検出できなかった場合には、前記第２センサによる前記基準部材上の所定箇所の撮像結果に基づいて前記第１物体と前記基準部材との相対位置関係を調整し、その後前記第１センサを用いて前記投影像の再検出動作を行うことが好ましい（請求項２）。
【００１３】
また、前記所定箇所には、例えば、前記スリットとの位置関係が既知であり且つ前記第１センサで前記投影像が検出できなかった時のみに計測対象となるアシスト用マーク（図５中のアシスト操作用の基準マークＦＭ２を参照）が形成されていることが好ましい（請求項３）。
【００１４】
また、前記第１位置計測工程において計測される第１マークと、前記第２計測工程において計測される第２マークとは、例えば、互いに形状の異なるマークであり且つ互いの位置関係が既知であるマークであることが好ましい（図４のサーチアライメント用のアライメントマークＡＭ２とファインアライメント用のアライメントマークＡＭ３を参照：請求項４）。
【００１５】
また、前記第１位置計測工程で、前記第１物体上の所定領域上に形成されたマークの、前記基準部材上に投影された投影像を、前記基準部材上に設けられたスリットを介して、且つ該投影像と該スリットとを相対的に走査しながら光電検出する第１センサを使用する場合において、前記第１マークは、例えば、前記第１物体上の前記パターンの形成面に平行な面内において第１方向に延びる第１線状パターンと、該第１線状パターンと該面内において斜めに交差する第２線状パターンとを含み（例えば図６（Ａ）中のアライメントマークＡＭ２を参照）、前記第１位置計測工程では、前記面内において前記第１方向と直交する方向に、前記第１マークの投影像と前記スリットとを相対的に走査することが好ましい（例えば図７を参照：請求項５）。
【００１６】
また、前記第１位置計測工程で、前記第１物体上の所定領域上に形成されたマークの、前記基準部材上に投影された投影像を、前記基準部材上に設けられたスリットを介して、且つ該投影像と該スリットとを相対的に走査しながら光電検出する第１センサを使用する場合において、前記第１マークは、例えば、前記第１物体上の前記パターンの形成面に平行な面内において互いに直交する第１方向及び第２方向にそれぞれ延びる第１線状パターンと第２線状パターンとを含み（例えば図９中のアライメントマークＡＭ２′を参照）、前記第１位置計測工程では、前記面内において前記第１及び第２方向と互いに交差する方向に、前記第１マークの投影像と前記スリットとを相対的に走査することが好ましい（例えば図１０の矢印Ｐを参照：請求項６）。
【００１７】
前記第２線状パターンは、例えば、前記第１方向における線幅が互いに異なると共に、該第１方向に互いに離間した複数の線状パターンを含むことが好ましい（例えば図１２中のアライメントマークＡＭ２″を参照：請求項７）。
【００１８】
前記第２位置計測工程で、前記第１物体上の所定領域上に形成されたマークの、前記基準部材上に投影される投影像を、前記基準部材上に設けられたスリット（例えば図１５（Ｂ）の基準開口マーク６１を参照）を介して、且つ該投影像と該スリットとを相対的に走査しながら光電検出する第１センサを使用する場合において、前記第２マークは、例えば、前記第１物体上の前記パターンの形成面に平行な面内において、互いに直交する第１及び第２方向に対して互いに交差する第３方向にその始点をずらしつつ互いに該第１方向に延びる複数の第１線状パターンと、その始点を該第３方向にずらしつつ互いに該第２方向に延びる複数の第２線状パターンと、を含み、該複数の第１線状パターンの各始点と該複数の第２線状パターンの各始点とは該第３方向において順繰りに配置されており（例えば図１５（Ａ）、図１８のアライメントマークＡＭ３を参照）、前記第２位置計測工程では、前記面内において前記第３方向に、前記第２マークの投影像と前記スリットとを相対的に走査することが好ましい（例えば図１６の矢印Ｐを参照：請求項８）。
【００１９】
上記目的を達成する本発明の請求項９に記載のデバイス製造方法は、デバイスパターンが形成されているマスクと、該デバイスパターンが転写されるべき複数の区画領域を備えた基板とを用意する工程と、請求項１乃至８の何れか一項に記載の位置計測方法を用いて計測された位置情報に基づいて、前記マスクのパターン像の投影位置と前記基板上の前記複数の区画領域の各々とを順次位置合わせする工程と、前記位置合わせされた前記各区画領域上に、前記デバイスパターンを順次転写する工程と、を含むことを特徴とする（例えば図２３を参照）。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の位置計測方法によれば、第１位置計測工程とそれに続いて行われる第２位置計測工程は同じ計測原理の計測センサを使用して実行されるので、アライメント精度やスループット性を向上させることが可能となる。
【００２１】
また、第１センサ（ＡＩＳセンサ）を使用してマークの投影像を検出できなかったときに、第２センサ（ＶＲＡセンサ）を使用して第１物体と基準部材との相対位置関係を調整するようにした場合には、第１センサでの計測エラーの回復が短時間で済む。
【００２２】
本発明をデバイス製造方法に適用すれば、位置合わせが高精度に行え、例えば各区画領域にデバイスパターンを複数層重ねて転写する際、重ね合わせ誤差が少なく、その結果製品の歩留まりを改善することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下本発明の位置計測方法及びこの位置計測方法を使用したデバイス製造方法の実施形態について図１乃至図２３を参照して説明する。
【００２４】
図２は本発明の位置計測方法及びデバイス製造方法を実施する露光装置の概略を示す全体構成図である。
【００２５】
先ず、図２を参照して露光装置の全体の概略について説明する。露光装置１０は、例えば、第１物体としてのマスク（レチクルＲ）上に形成された回路パターン等を、ステップ・アンド・スキャン方式により、投影光学系ＰＬを介して第２物体としての基板（ウエハＷ）の各ショット領域上に露光転写する、走査型の露光装置である。
【００２６】
露光装置１０には、照明光学系１１と、レチクルＲをＸＹ軸平面（水平面）内で移動可能に保持するレチクルステージＲＳＴと、投影光学系ＰＬと、ウエハＷをＸＹ軸平面（水平面）内及びＺ軸方向（ＸＹ軸平面である水平面と直交する垂直方向）に移動可能に搭載するウエハステージＷＳＴと、ウエハアライメント系ＡＳと、ＶＲＡセンサ５０，ＡＩＳセンサ６０及び装置全体を統括制御する主制御系４０とが装備される。
【００２７】
照明系１１は、例えば特開平１０−１１２４３３号公報、特開平６−３４９７０１号公報等に開示されるように、光源、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ又は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、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド及びダイクロックミラー等（いずれも不図示）を有する。この照明系１１は、回路パターン等が描かれたレチクルＲ上のレチクルブラインドで規定されたスリット状の照明領域部分を照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。
【００２８】
照明光ＩＬとして、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光、あるいは超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）等が使用される。
【００２９】
レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが例えば真空吸着により固定されている。このレチクルステージＲＳＴは、例えば磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータからなるレチクルステージ駆動部１２によって、レチクルＲの位置決めのため、照明系１１の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致）に垂直なＸＹ平面内で微小駆動可能であると共に、所定のスキャン（走査）方向（例えばＹ軸方向）に設定された走査速度で駆動可能になっている。２次元リニアアクチュエータは、Ｘ軸駆動コイル、Ｙ軸駆動コイルに加え、Ｚ軸駆動コイルを備え、レチクルステージＲＳＴをＺ軸方向にも微小駆動可能になっている。
【００３０】
レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計（以下、レチクル干渉計という）１６により、移動鏡１５を介して例えば０．５ｎｍ〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報は、位置演算部４１、ステージ制御系４２を介して制御部４３に供給される。位置演算部４１ではレチクル干渉計１６からの位置情報に基づいて演算処理を行い、演算結果を制御部４３に送る。ステージ制御系４２では、制御部４３からの指示に応じ、レチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動部１２を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。
【００３１】
レチクルＲには、図４に示すように、その中央部分に回路パターン等が形成されるパターン形成面ＰＡ（図４に示す斜線部分であって、Ｘ軸方向に延びる辺とＹ軸方向（スキャン方向）に延びる辺とによって囲まれた面）が配置され、パターン形成面ＰＡの周辺部であって、そこからから離れた複数箇所（図４では合計６箇所）にはＶＲＡセンサ５０のためのアライメントマークＡＭ１がそれぞれ形成され、またパターン形成面ＰＡに隣接して位置するパターン形成面ＰＡと平行な面内の複数箇所（図４では合計８箇所）にはＡＩＳセンサ６０のための、互いに形状が異なり且つ位置関係が既知のアライメントマークＡＭ２，ＡＭ３が形成される。
【００３２】
投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向に沿っている。投影光学系ＰＬとしては、例えば両側テレセントリックな縮小系が用いられる。投影光学系ＰＬの投影倍率は例えば１／４、１／５あるいは１／６等である。照明系１１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域が照明されると、このレチクルＲを通過した照明光により投影光学系ＰＬを介して照明領域内のレチクルＲ上の回路パターンの縮小像が表面にフォトレジストを塗布したウエハＷ上に形成される。
【００３３】
投影光学系ＰＬの側面には、オフアクシス方式のウエハアライメント系ＡＳが設けられる。このアライメント系ＡＳとしては、ＦＩＡ(Field Image Alignment)センサが使用され、所定の波長幅を有する照明光（例えば白色光）をウエハＷに照射し、ウエハＷ上のアライメントマークの像とウエハＷに共役な面内に配置される指標板上の指標マークの像とを対物レンズ等によって撮像素子（ＣＣＤカメラ等）の受光面上に結像して検出するものである。ウエハアライメント系ＡＳは、アライメントマーク及びウエハ・フィデシャル・マーク板（基準マーク板）ＦＭ上の基準マーク（不図示）の撮像結果である撮像信号を主制御系４０に出力する。
【００３４】
ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方で不図示のベース上に配置される。ウエハステージＷＳＴ上には不図示のウエハホルダが載置され、このウエハホルダ上にウエハＷが例えば真空吸着等により固定される。
【００３５】
ウエハホルダは、不図示の駆動部により、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交する面に対して任意の方向に傾斜可能で、且つ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）にも微動可能な構成になっている。また、ウエハホルダは、光軸ＡＸ回りの微小回転動作も可能になっている。
【００３６】
ウエハステージＷＳＴは、スキャン方向（例えばＹ軸方向）の移動のみならず、ウエハＷの複数のショット領域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させることができるようにスキャン方向と直交する非スキャン方向（例えばＸ軸方向）にも移動可能に構成されており、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光する動作と、次のショット領域の露光のための加速開始位置まで移動する動作を繰り返すステップ・アンド・スキャン動作を行う。ウエハステージＷＳＴは例えばリニアモータ等を含むウエハステージ駆動系２０によりＸＹ２次元方向に駆動される。
【００３７】
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は、その上面に設けられた移動鏡系（スキャン方向であるＹ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡２１と、非スキャン方向であるＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ反射鏡とを備える）を介してウエハレーザ干渉計系（Ｙ移動鏡２１に垂直に干渉計ビームを照射するＹ干渉計と、Ｘ移動鏡に垂直に干渉計ビームを照射するＸ干渉計とを備える。以下ウエハ干渉計という）２２によって、例えば０．５ｎｍ〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。
【００３８】
ウエハステージＷＳＴの移動位置を定めるための静止座標系（直交座標系又はステージ座標系）は、ウエハ干渉計２２のＹ干渉計及びＸ干渉計の測長軸によって決まる。ウエハステージＷＳＴのステージ座標系上における位置情報（又は速度情報）は、位置演算部４１、ステージ制御系４２を介して制御部４３に供給される。位置演算部４１ではウエハ干渉計２２からの位置情報に基づいて演算処理を行い、演算結果を制御部４３に送る。ステージ制御系４２では、制御部４３からの指示に応じ、ウエハステージＷＳＴの位置情報に基づいてウエハステージ駆動系２０を介してウエハステージＷＳＴを駆動制御する。
【００３９】
ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの近傍には、ウエハ・フィデシャル・マーク板（基準マーク板）ＦＭが配置されている。この基準マーク板ＦＭの表面は、ウエハＷの表面と同じ高さに設定され、この表面に、図５に示すように、ＶＲＡセンサ５０のウエハ・フィデシャル・マーク（基準マーク）ＦＭ１及びＡＩＳセンサ６０の基準開口マーク６１（図３、図６（Ｂ）、図１５（Ｂ）に図示）が形成される。
【００４０】
次にＶＲＡセンサ５０について説明する。
【００４１】
ＶＲＡセンサ５０は、レチクルステージＲＳＴと照明光学系１１との間であって、光軸ＡＸを挟んでＸ軸方向側の所定箇所とこれと反対側の所定箇所にそれぞれ配置される。このＶＲＡセンサ５０は、照明光ＩＬと同じ波長の照明光にて計測対象である、レチクルＲ上に形成されたアライメントマークＡＭ１（図４参照）と基準マーク板ＦＭに形成される上述した基準マークＦＭ１（図５参照）とを照明するための落射照明系５１と、これら計測対象のアライメントマークＡＭ１と基準マークＦＭ１の反射像を撮像するアライメント顕微鏡５２を備える。落射照明系５１は、照明光学系１１から照明光ＩＬを計測用光としてレチクルＲに導く落射照明用ミラー５３を含む光学系と、この落射照明用ミラー５３をアライメント時や露光シーケンス時に駆動する駆動系（不図示）とを備える。アライメント顕微鏡５２は、アライメントマークＡＭ１、基準マークＦＭ１の反射像を撮像するＣＣＤカメラからなる撮像素子５５と、これら反射像を撮像素子５５の撮像面に結像させる結像光学系５４とを備える。
【００４２】
アライメント時には、露光光源（不図示）からの照明光（露光光）ＩＬを計測光としてＶＲＡセンサ５０内の不図示の照明系上に導くための光路切換操作、ＮＤ切換操作及び落射照明系５１の移動操作等を行う。落射照明系５１の移動操作では、落射照明系５１の落射照明用ミラー５３を、不図示の駆動系により、照明光学系１１とレチクルステージＲＳＴとの間に進入させる。これにより、落射照明用ミラー５３で計測光をレチクルＲの周辺部分に導いて、アライメントマークＡＭ１を照明する一方、アライメントマークＡＭ１から反射光を、落射照明用ミラー５３、結像光学系５４を介して撮像素子５５上に導き、撮像素子５５の撮像面に結像する。また、レチクルＲの周辺部分に導かれた照明光（計測光）のうち、レチクルＲを透過した照明光を、投影光学系ＰＬを介して基準マーク板ＦＭ上の基準マークＦＭ１に導き、この基準マークＦＭ１を照明する一方、基準マークＦＭ１から反射光を、投影光学系ＰＬ、レチクルＲ、落射照明用ミラー５３、結像光学系５４を介して撮像素子５５上に導き、撮像素子５５の撮像面に結像する。アライメントマークＡＭ１からの反射像と基準マークＦＭ１からの反射像は、撮像素子５５の撮像面上に結像され光電変換されて、撮像信号として主制御系４０（位置演算部４１）に供給される。なお、不図示ではあるが、結像光学系５４には、所定の倍率を有する低倍率光学系と、その所定倍率よりも高倍率の高倍率光学系とが含まれており、また撮像素子５５も、その低倍率光学系を介した反射光を受光する撮像素子と、その高倍率光学系を介した反射光を受光する撮像素子とが含まれている。ＶＲＡセンサ５０において、サーチ計測する際には、アライメントマークＡＭ１と基準マークＦＭ１とを低倍率光学系を介して撮像し、ファイン計測する際には、それらマークＡＭ１、ＦＭ１を、高倍率光学系を介して撮像する。主制御系４０では、位置演算部４１で撮像信号に演算処理を施し、アライメントマークＡＭ１の基準マークＦＭ１に対する位置ズレ量を求めて、レチクルＲのウエハステージＷＳＴに対する位置合わせ（レチクルアライメント）をするように制御部４３からステージ制御系４２に指令が出力される。露光シーケンス時には、光路切換操作とＮＤ切換操作をして露光シーケンス状態に戻し、また不図示の駆動系により落射照明用ミラー５３を、照明光学系１１とレチクルステージＲＳＴとの間から退避させる。
【００４３】
ＶＲＡセンサ５０は、上述したように、アライメント時に、落射照明系５１を、照明光学系１１とレチクルステージＲＳＴとの間に進入させ等の操作が必要となり、また露光シーケンス時に、落射照明系５１を、そこから退避させる等の操作が必要となり、これら操作は、有る程度の時間を要し、この点でアライメントのスループット性に課題を有している。
【００４４】
この点、ＡＩＳ（空間像）センサ６０は、アライメント時や露光シーケンス時に上述したような落射照明用ミラー５３を移動させる等の操作の必要がなく、ＶＲＡセンサ５０に比してスループット性が優れている。
【００４５】
また、ＡＩＳセンサ６０では、上述したように、レチクルＲのパターン形成面に隣接して位置するパターン形成面と平行な面内に形成されたアライメントマークＡＭ２，ＡＭ３を使用するので、これらアライメントマークＡＭ２、ＡＭ３を照射する照明光ＩＬの光路は、ＶＲＡセンサ５０で使用するアライメントマークＡＭ１を照射する計測光ＩＬの光路に比して光軸ＡＸに対してより平行で、レチクル・テレセントリシティが小さい箇所での計測による計測誤差の低減が可能となる（高精度の計測が期待できる）。また、倍率変動による計測誤差が低減される。すなわち、実際の露光状態に近い条件で計測を行うことにより、計測誤差の低減を図ることが可能となる。
【００４６】
ＡＩＳセンサ６０は、上述した基準開口マーク６１（図３、図６（Ａ）、図１５（Ａ）参照）と、この基準開口マーク６１の下方であるウエハステージＷＳＴ内部に配置されたミラー、リレーレンズ、光ファイバ等からなる送光系６２と、光電変換素子としての光電子倍増管６３等を含んでいる。
【００４７】
基準開口マーク６１は、例えば、基準マーク板ＦＭに形成された開口部内に受光ガラスを嵌め込み、この受光ガラスの表面にスリットを有する遮光膜を兼ねた反射膜を形成して構成される。受光ガラスとしては、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ等の透過性の良い合成石英やホタル石が用いられる。図６（Ｂ）、図１５（Ｂ）は基準開口マーク６１の平面図を示しており、互いに直交する、Ｘ軸方向に延びるマーク部分６１ａと、Ｙ軸方向に延びるマーク部分６１ｂとを有する。
【００４８】
アライメント時には、不図示のレチクルブラインドを介して照明光学系１１からの照明光ＩＬによりアライメントマークＡＭ２（図４、図６、図９、図１２参照：サーチアライメント用のマーク）又はＡＭ３（図４、図１５参照：ファインアライメント用のマーク）が形成されたレチクルＲの周辺部分を照明し、これらアライメントマークＡＭ２又はＡＭ３の像を、投影光学系ＰＬを介して基準マーク板ＦＭの基準開口マーク６１上に投影すると、この投影像が基準開口マーク６１及び送光系６２を介して光電子倍増管６３に送られて光電変換され、この光電子倍増管６３から光量に応じた信号（光量信号）が主制御系４０に出力される。光電子倍増管６３は、光量検出型であるため、アライメントマークＡＭ２，ＡＭ３の基準開口マーク６１に対する位置関係を検出するためには、レチクルステージＲＳＴ又はウエハステージＷＳＴを駆動することにより、両者を相対的に走査する必要があるが、この走査に必要な時間は上述したＶＲＡセンサ５０による計測時間と同等であり、光路切換操作、ＮＤ切換操作、落射照明用ミラー５３の移動操作が不要な分だけ短くて済む。なお、図４に示されるようにＡＩＳ−ＲＡ計測で計測される、レチクルＲ上に形成されたファインアライメントマークＡＭ３は、サーチアライメントマークＡＭ２に比して全体的に小型で且つ各ラインの幅も細く、またライン間のピッチも細かくなっている。このためサーチアライメントマークＡＭ２でＡＩＳ−ＲＡ計測するよりもファインアライメントマークＡＭ３でＡＩＳ−ＲＡ計測する方がより精密な計測を行うことが出来る。
【００４９】
図６（Ａ）は、サーチアライメントに使用するアライメントマーク（ＡＩＳサーチマーク）ＡＭ２の一例を示している。このアライメントマークＡＭ２は、レチクルＲの回路パターン等が形成されたパターン形成面ＰＡ（図４の斜線部分）に隣接した、パターン形成面ＰＡと平行な面内の４箇所にそれぞれ配置される（図４参照）。各アライメントマークＡＭ２は、パターン形成面のＸ軸方向に沿う辺と平行でＸ軸方向に延びる１対の第１線状パターンＡＭ２ａと、パターン形成面のＸ軸方向に沿う辺及び第１線状パターンＡＭ２ａと角度θで交差する１本の第３線状パターンＡＭ２ｃと、パターン形成面のＹ軸方向に沿う他の辺と平行でＹ軸方向に延びる１対の第２線状パターンＡＭ２ｂとを含み、１対の第１線状パターンＡＭ２ａと第２線状パターンＡＭ２ｂとにより構成される方形状の枠内に第３線状パターンＡＭ２ｃを対角線上に配置して形成される。このアライメントマークＡＭ２の縦横比（第１線状パターンＡＭ２ａの長さと第２線状パターンＡＭ２ｂの長さとの比）は、例えば５：１に設定される。このように設定したのは、図４に示すように、レチクルＲの周辺部分の余白の面積がＹ軸方向よりもＸ軸方向において比較的余裕があるためである。
【００５０】
アライメント時には、照明光ＩＬをレチクルＲのアライメントマークＡＭ２が形成された部分に照射して、アライメントマークＡＭ２の像を基準マーク板ＦＭ上に投影しつつ、図７に示すように、例えばウエハステージＷＳＴをＸ軸方向と直交する矢印方向（Ｙ軸方向）に一定速度で移動させることにより、アライメントマークＡＭ２の投影像に対して基準開口マーク６１を矢印方向（Ｙ軸方向）にスキャン（走査）させる。このスキャン中、基準開口マーク６１のマーク部分６１ａとマーク部分６１ｂ（図６（Ｂ）参照）から、第１線状パターン部分ＡＭ２ａ、第２線状パターン部分ＡＭ２ｂ、第３線状パターン部分ＡＭ２ｃの投影像が入射する。入射したこれらの投影像は送光系６２を介して光電子倍増管６３に送られ、この光電子倍増管６３で光電変換されて、図８に示すような高ピーク値の波形と低ピーク値の波形が交互に現れる信号波形が得られる。主制御系４０では、演算処理部４１で、光電子倍増管６３からの信号に基づいて（図８に示す信号波形のピーク間の間隔Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に基づいて）演算処理をする。すなわち、信号波形のピーク間の間隔Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及び第３線状パターンＡＭ２ｃの傾きθを次式に代入して、アライメントマークＡＭ２の基準開口マーク６１に対するＸ軸方向のＸ位置とＹ軸方向のＹ位置を求める。
【００５１】
Ｘ位置＝（Ｌ２−Ｌ１）×（１／２）×（１／ｔａｎθ）
Ｙ位置＝（Ｌ３−Ｌ０）×（１／２）
このように、アライメント時において、ウエハステージＷＳＴをＹ軸方向に１回移動させることで（基準マーク板ＦＭ上に投影された投影像に対して基準開口マーク６１をＹ軸方向に１回走査させることで）、アライメントマークＡＭ２の基準開口マーク６１に対するＸ軸方向の位置（Ｘ位置）とＹ軸方向に対する位置（Ｙ位置）とを同時に計測することが出来る。
【００５２】
図９は、サーチアライメントに使用するアライメントマークＡＭ２の別の実施態様を示している。このアライメントマークＡＭ２′は、１対の第１線状パターンＡＭ２ａと第２線状パターンＡＭ２ｂとにより構成される方形状の枠内の中央位置（Ｘ軸方向における中央位置）に、第１線状パターンＡＭ２ａ及び第２線状パターンＡＭ２ｂと線幅の異なる（線幅を太くした）、第４線状パターンＡＭ２ｄを、第２線状パターンＡＭ２ｂと平行に配置して構成される。
【００５３】
アライメント時には、図１０に示すように、例えばウエハステージＷＳＴをＸ軸方向及びＹ軸方向に対して角度４５°で交差する方向（斜め４５°の方向：矢印Ｐ方向）に一定速度で移動させることにより、アライメントマークＡＭ２′の投影像に対して基準開口マーク６１を斜め４５°の方向に走査させる。この走査中、上述した場合と同様に、基準開口マーク６１のマーク部分６１ａとマーク部分６１ｂ（図１０参照）から、第１線状パターン部分ＡＭ２ａ、第２線状パターン部分ＡＭ２ｂ、第４線状パターン部分ＡＭ２ｄの投影像が入射する。入射したこれらの投影像は光電子倍増管６３で光電変換されて、図１１に示すような幅及び高さの異なる複数の波形が交互に現れる信号波形が得られる。主制御系４０では、演算処理部４１で、光電子倍増管６３からの信号に基づいて演算処理をし、アライメントマークＡＭ２′の基準開口マーク６１に対するＸ軸方向の位置（Ｘ位置）とＹ軸方向に対する位置（Ｙ位置）とを同時に求める（計測する）。
【００５４】
このように、アライメントマークＡＭ２′を構成する、第１線状パターンＡＭ２ａ、第２線状パターンＡＭ２ｂ及び第４線状パターンＡＭ２ｄにおいて、第４線状パターンＡＭ２ｄの線幅を、他の第１線状パターンＡＭ２ａ、第２線状パターンＡＭ２ｂよりも広く構成することにより、図１１に示すように、Ｘ位置、Ｙ位置を表すピーク（波形）を明確に区別することが出来、アライメントマークＡＭ２の基準開口マーク６１に対するＸ軸方向の位置（Ｘ位置）とＹ軸方向に対する位置（Ｙ位置）を精度良く計測することが出来る。
【００５５】
また、斜めに延びる第３線状パターンＡＭ２ｃを配置しなくても、アライメントマークＡＭ２′の投影像に対して基準開口マーク６１を斜め４５°の方向に１回走査させることにより、アライメントマークＡＭ２′の基準開口マーク６１に対するＸ位置とＹ位置とを同時に求めることが出来る。
【００５６】
図１２は、図９に示すアライメントマークＡＭ２′の変形例を示している。この変形例のアライメントマークＡＭ２″は、１対の第１線状パターンＡＭ２ａと第２線状パターンＡＭ２ｂとにより構成される方形状の枠内に、第４線状パターンＡＭ２ｄの代わりに、第１線状パターンＡＭ２ａ及び第２線状パターンＡＭ２ｂと線幅が異なり且つ互いに線幅（Ｘ軸方向における）が異なる、３本の第５線状パターンＡＭ２ｅ、ＡＭ２ｆ、ＡＭ２ｇをＸ軸方向に沿って略等間隔で配置して構成される。
【００５７】
アライメント時には、図１０に示す場合と同様に、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向及びＹ軸方向に対して角度４５°で交差する方向（斜め方向：図１３の矢印Ｐ方向）に一定速度で移動させることにより、アライメントマークＡＭ２″の投影像に対して基準開口マーク６１を斜め４５°の方向に走査させる。これにより、光電子倍増管６３の出力から図１４に示すような信号波形が得られる。
【００５８】
このアライメントマークＡＭ２″を使用した場合も、図９に示すアライメントマークＡＭ２′を使用した場合と同様に、Ｘ位置、Ｙ位置を表すピーク（波形）を明確に区別することが出来、アライメントマークＡＭ２″の基準開口マーク６１に対するＸ軸方向の位置（Ｘ位置）とＹ軸方向に対する位置（Ｙ位置）を精度良く求めることが出来、またアライメントマークＡＭ２″の投影像に対して基準開口マーク６１を斜め４５°の方向に１回走査させることにより、アライメントマークＡＭ２″の基準開口マーク６１に対するＸ位置とＹ位置とを同時に求めることが出来る。
【００５９】
なお、図６（Ａ）に示したＡＩＳサーチマーク（ＡＩＳセンサ６０でサーチアライメントに使用するアライメントマークＡＭ２）の変形例として図２４（Ａ）に示すものを用いてもよい。
【００６０】
この図２４（Ａ）のマークでは、それぞれ４５°に傾斜した複数の斜めライン（図２４の変形例では３本）をＸ方向に離間して配置している。また、各斜めラインの線幅（Ｘ方向の太さ）が互いに異なっている。
【００６１】
この図２４（Ａ）のマークを、図２４（Ｂ）に示すように、上記図７で既述した計測方法と同様の手法で計測すると、図２４（Ｃ）の信号波形が得られる。この信号波形に対して、上記図８で既述した計測処理を施すことによりマーク位置計測が行われる。計測方法や計測処理については、上記図７、図８に示したのと同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００６２】
なお、図２４（Ａ）のマークでは、３本の４５°ラインが設けられているが、既述の如く互いの線幅が異なっているため、斜めラインをＡＩＳスリット（基準開口マーク）６１が横切った時に得られる信号波形（信号のＴＯＰ部分の長さ）によって、どの斜めラインを計測しているかが判別できるようになっている。
【００６３】
図１５（Ａ）は、ファインアライメントに使用するアライメントマークＡＭ３の一例を示している。このアライメントマークＡＭ３は、上述したアライメントマークＡＭ２、ＡＭ２′、ＡＭ２″と形状が異なり、レチクルＲの回路パターン等が形成されたパターン形成面（図４の斜線部分）に隣接した、パターン形成面と平行な面内において各アライメントマークＡＭ２、ＡＭ２′、ＡＭ２″に隣接して（所定の間隔をあけて：既知の位置関係で）配置される（図４参照）。各アライメントマークＡＭ３は、Ｘ軸方向に沿って延びる互いに平行な複数本の第１線状パターンＡＭ３ａと、Ｙ軸方向に沿って延びる互いに平行な複数本の第２線状パターンＡＭ３ｂとを備え、各第１線状パターンＡＭ３ａの始点と各第２線状パターンＡＭ３ｂの始点を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して互いに交差する方向（斜め４５°の方向：図１６中の矢印Ｐ方向）においてずらし、且つ各第１線状パターンＡＭ３ａの始点と各第２線状パターンＡＭ３ｂの始点を、斜め方向において順繰りに配置（互い違いに配置：図１８参照）して構成される。なお、図１５（Ａ）中、左端のパターンＡＭ３ａ′、ＡＭ３ｂ′はフォーカスのキャリブレーションに用いる。
【００６４】
アライメント時には、照明光ＩＬをレチクルＲのアライメントマークＡＭ３が形成された部分に照射して、アライメントマークＡＭ３の像を基準マーク板ＦＭ上に投影しつつ、図１６に示すように、例えばウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に延びる線及びＹ軸方向に延びる線に対して角度４５°で交差する矢印方向（斜め４５°の方向：矢印Ｐ方向）に一定速度で移動させることにより、アライメントマークＡＭ３の投影像に対して基準開口マーク６１を斜め４５°の方向にスキャン（走査）させる。このスキャン中、基準開口マーク６１のマーク部分６１ａとマーク部分６１ｂから、第１線状パターン部分ＡＭ３ａの投影像と第２線状パターン部分ＡＭ３ｂの投影像が交互に入射する。入射したこれらの投影像は光電子倍増管６３で光電変換されて、図１７に示すようなＹ位置計測用の波形とＸ軸計測用の波形が交互に現れる信号波形が得られる。主制御系４０では、演算処理部４１で光電子倍増管６３からの信号に基づいて演算処理をして、アライメントマークＡＭ３の基準開口マーク６１に対するＸ軸方向の位置（Ｘ位置）とＹ軸方向に対する位置（Ｙ位置）とを同時に高精度で求める（計測する）。
【００６５】
このように、アライメントマークＡＭ３の投影像に対して基準開口マーク６１を斜め４５°の方向に１回走査させることにより、アライメントマークＡＭ３の基準開口マーク６１に対するＸ位置とＹ位置とを同時に求めることが出来る。
【００６６】
次に、本発明の位置計測方法の一実施態様を説明する。
【００６７】
レチクルアライメントには、上述したように、大まかな位置計測及び位置合わせをするサーチアライメントと、より精密な位置計測を行うファインアライメントとがあり、このレチクルアライメントにおいて、サーチアライメントを、ＶＲＡセンサ５０で実行し、続いてファインアライメントを、ＡＩＳセンサ６０で実行したり、あるいはサーチアライメントを、ＡＩＳセンサ６０で実行し、続いてファインアライメントを、ＶＲＡセンサ５０で実行したりする場合には、いずれも落射照明系５１を、照明光学系１１とレチクルステージＲＳＴとの間に進入・退避させる操作が必要となり、アライメントのスループット性を向上させることが出来なくなる。
【００６８】
そこで、ＡＩＳセンサ６０でサーチアライメントを行った場合には、引き続き行われるファインアライメントでも同じＡＩＳセンサ６０で行うことによりアライメントのスループット性を向上させることが可能となる。
【００６９】
しかし、ＡＩＳセンサ６０による、アライメント実行中に計測エラーが生じた場合、例えば、基準マーク板ＦＭ上に投影されたアライメントマークＡＭ２，ＡＭ３の像を基準開口マーク６１により十分捕捉出来ず、光電子倍増管６３から演算処理に必要な所定レベル以上の出力が得られなかった場合にあっては、一旦位置計測操作を停止して、ウエハステージＷＳＴ又はレチクルステージＲＳＴを相互に移動操作して、アライメントマークＡＭ２，ＡＭ３の投影位置と基準開口マーク６１との間の相対位置関係を調整する操作を行う必要がある。しかし、この操作は非常に手間と時間がかかり、スループット性を低下させてしまい、ＡＩＳセンサ６０でサーチアライメントとファインアライメントの双方を行うメリットが生かせなくなる。
【００７０】
本実施態様では、ＡＩＳセンサ６０による、アライメント実行中に計測エラーが生じた場合に、その回復措置としてＶＲＡセンサ５０を使用し、基準マークＦＭ１を撮像した撮像素子５５の画像を目視しつつレチクルステージＲＳＴ又はウエハステージＷＳＴを手動操作で移動させて、レチクルＲと基準マーク板ＦＭとの相対位置関係を調整する、アシスト操作を行うことにより、アライメントマークＡＭ２，ＡＭ３の投影位置と基準開口マーク６１との間の相対位置関係を調整する。
【００７１】
これにより、仮にＡＩＳセンサ６０による、アライメント実行中に計測エラーが生じても直ぐに復旧して、ＡＩＳセンサ６０でアライメントを続行することが可能となる。しかし、このアシスト操作では、照明光（露光光）が基準マークＦＭ１に長時間照射されることから、基準マークＦＭ１の材質によっては劣化して反射率が低下し、計測精度が悪化する等のＶＲＡセンサ５０によるアライメントに支障をきたすおそれがある等の新たな課題が生じる。
【００７２】
そこで、本実施態様では、更に、図５に示すように、基準マーク板ＦＭ上に基準開口マーク６１と所定（既知）の位置関係でアシスト操作専用の基準マークＦＭ２を形成しておき、この基準マークＦＭ２を使用してアシスト操作を行い、ＶＲＡセンサ５０でアライメントを行う場合にのみ基準マークＦＭ１を使用するようにしてある。なお、このアシスト操作専用の基準マークＦＭ２は、ＶＲＡセンサ５０で基準マークＦＭ１を撮像する計測操作に失敗した場合にも使用することが可能である。
【００７３】
次に、上述したアライメント（位置計測）操作を、図１のフローチャートを参照して説明する。
【００７４】
先ず、ステップＳ１００でアライメントのための位置計測方法の選択を行う。アライメントを、ＶＲＡセンサ５０（ＶＲＡ計測方式）でアライメントを実行するのか、又はＡＩＳセンサ６０（ＡＩＳ−ＲＡ計測方式）で実行するのかを選択する。
【００７５】
ステップＳ１０１でＡＩＳセンサ６０（ＡＩＳ−ＲＡ計測方式）によりアライメントを実行することを選択しない場合には、ステップＳ１０２に移行して、ＶＲＡセンサ５０（ＶＲＡ計測方式）でサーチアライメントを実行し、続いてファインアライメントを実行する。この後、ステップＳ１１１に移行する。一方、選択した場合には、ステップ１０３に移行し、ＡＩＳセンサ６０（ＡＩＳ−ＲＡ計測方式）によりサーチアライメントを実行する。
【００７６】
ステップＳ１０３でのＡＩＳセンサ６０（ＡＩＳ−ＲＡ計測方式）によるサーチアライメントでは、例えば、図６乃至図８、図９乃至図１１或いは図１２乃至図１４で説明したように、アライメントマークＡＭ２の投影像に対して基準開口マーク６１を所定の方向に走査させ、この走査中に、基準開口マーク６１から入射したアライメントマークＡＭ２の投影像を光電子倍増管６３に送り、光電変換して、主制御系４０に送る。主制御系では、演算処理部４１で、光電子倍増管６３からの信号に基づいて演算処理をし、アライメントマークＡＭ２の基準開口マーク６１に対するＸ軸方向のＸ位置とＹ軸方向のＹ位置を求める。
【００７７】
ステップＳ１０４で上述したサーチアライメントの実行中、計測に成功したか否か（計測エラーが生じたか否か）が判断され、計測に失敗した場合にはステップＳ１０５に移行し、ＶＲＡセンサ５０とアシスト操作専用の基準マークＦＭ２を使用して、アシスト操作専用の基準マークＦＭ２を撮像した撮像素子５５の画像を目視しつつレチクルステージＲＳＴ又はウエハステージＷＳＴを手動操作で移動させて、レチクルＲと基準マーク板ＦＭとの相対位置関係を調整するアシスト操作を行うことにより、アライメントマークＡＭ２の投影位置と基準開口マーク６１との間の相対位置関係を調整し、この後、サーチアライメントを再度実行する。サーチアライメント計測に成功した場合には、ステップＳ１０６に移行する。
【００７８】
ステップＳ１０６でサーチアライメント計測結果に基づいてレチクルステージＲＳＴの位置補正を行いつつ、ウエハステージＷＳＴをファインアライメント計測開始位置に移動させる。移動終了後、ステップＳ１０７に移行する。
【００７９】
ステップＳ１０７でファインアライメントを実行する。このファインアライメントでは例えば、図１５乃至図１７で説明したように、アライメントマークＡＭ３の投影像に対して基準開口マーク６１を斜め４５°の方向に走査させ、この走査中、基準開口マーク６１から入射したアライメントマークＡＭ３の投影像を光電子倍増管６３に送り、光電変換して、主制御系４０に送る。主制御系では、演算処理部４１で、光電子倍増管６３からの信号に基づいて演算処理をし、アライメントマークＡＭ３の基準開口マーク６１に対するＸ軸方向のＸ位置とＹ軸方向のＹ位置を高精度に計測する。
【００８０】
ステップＳ１０８で上述したファインアライメントの実行中、計測に成功したか否か（計測エラーが生じたか否か）が判断され、計測に失敗した場合にはステップＳ１０９に移行し、ステップＳ１０５の場合と同様に撮像素子５５の画像を目視しつつレチクルステージＲＳＴ又はウエハステージＷＳＴを手動操作で移動させて、アシスト操作を行うことにより、アライメントマークＡＭ２の投影位置と基準開口マーク６１との間の相対位置関係を調整し、この後、ファインアライメントを再度実行する。
【００８１】
ファインライメント計測に成功した場合には、ステップＳ１１０に移行して、ファインアライメント計測結果をメモリに格納する。
【００８２】
上述したようにしてレチクルアライメントが終了したらステップＳ１１１に移行する。このステップＳ１１１では、主制御系４０によりＡＩＳセンサ６０がウエハアライメント系ＡＳの真下に位置するようにウエハステージＷＳＴを移動し、ウエハアライメント系ＡＳによりＡＩＳセンサ６０の位置基準となる基準開口マーク６１を検出する。主制御系４０では、ウエハアライメント系ＡＳの検出信号及びそのときのウエハ干渉計２２の計測値、並びにアライメントマークＡＭ１の基準マークＦＭ１に対するＸ軸方向の位置（Ｘ位置）とＹ軸方向に対する位置（Ｙ位置）から求めたレチクルＲのパターン投影位置、或いはアライメントマークＡＭ２、ＡＭ３の基準開口マーク６１に対するＸ軸方向の位置（Ｘ位置）とＹ軸方向に対する位置（Ｙ位置）から求めたレチクルＲのパターン投影位置に基づいて、レチクルＲのパターンの投影位置とウエハアライメント系ＡＳとの相対位置、すなわちウエハアライメント系ＡＳのベースライン量を求め、主制御系４０により、例えば特開平６１−４４４２９号公報等に開示されているＥＧＡ（エンハンスト・グロバール・アライメント）のウエハアライメントをウエハアライメント系ＡＳを用いて実行し、ウエハＷ上の全てのショット領域の位置を求める。
【００８３】
ステップＳ１１２でファインアライメントの計測結果（Ｓ１１０）、ＥＧＡ計測結果（Ｓ１１１）及びベースライン量に基づいてレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置補正演算を実行する。
【００８４】
ステップＳ１１３でレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置補正演算量に基づいてレチクル干渉計１６、ウエハ干渉計２２からの位置情報をモニターしつつ、ウエハステージＷＳＴを第１ショット領域の走査開始位置に位置決めし、またレチクルステージＲＳＴをその走査開始位置に位置決めする。
【００８５】
ステップＳ１１４で第１ショット領域の走査露光を実行する。
【００８６】
このようにして第１ショット領域の走査露光が終了したら、ウエハステージＷＳＴを第２ショット領域の走査開始位置へ移動させるショット間のステッピング動作を行い、その後、第２ショット領域の走査露光を上述した場合と同様にして行う。第３ショット領域以降も同様の操作を繰り返す。これにより、ウエハＷ上の全てのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。
【００８７】
なお、上述したＶＲＡセンサ５０においては、露光光を計測用の照明光として使用するため、ウエハ・フィデシャル・マーク（基準マーク）ＦＭ１を構成するクロム（Ｃｒ）の酸化により反射率が変化（低下）するおそれがあることが指摘されている。この反射率の低下は、信号コントラストの低下になり、計測精度の悪化につながる。
【００８８】
そこで、図１９乃至図２２に示すように、定期的に基準マークＦＭ１の信号強度をＶＲＡセンサ５０で計測して反射率の変化を測定し、ある閾値を越えて反射率が低下した場合に、別のウエハ・フィデシャル・マーク（基準マーク）ＦＭ１ａ、ＦＭ１ｂ、ＦＭ１ｃ（図２１参照）に自働的に変更することにより、反射率低下による計測精度の悪化を事前に避けるようにする。別の基準マークＦＭ１ａ、ＦＭ１ｂ、ＦＭ１ｃへの変更は以前使用していた基準マークＦＭ１の照野（図２１の二点鎖線により囲まれた部分）に含まれないものを選択することが望ましい。
【００８９】
図１９（Ａ）は、アライメントマークＡＭ１と基準マークＦＭ１からの反射像の信号波形図で、両側に基準マークＦＭ１の信号波形が現れ、中央位置にアライメントマークＡＭ１の信号波形が表れる。また、同図（Ｂ）は計測用照明光としての露光光の照射により酸化する以前の基準マークＦＭ１の信号波形を示し、また同図（Ｃ）は反射率参照用の基準マークＦＭ３（図２１参照）の信号波形を示している。
【００９０】
計測用照明光としての露光光の照射により酸化する以前にあっては、図１９（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、基準マークＦＭ１の信号強度と基準マークＦＭ３の信号強度は同じである。
【００９１】
しかし、露光装置１０の使用により、基準マークＦＭ１への露光光の照射が繰り返されて、一定量以上の露光光の照射により、図２０（Ａ）に示すように、基準マークＦＭ１が酸化して反射率が低下し、基準マークＦＭ１の反射像の信号強度（Ｉ２）が下がる。この信号強度の低下には、反射率の低下の他に照明光（露光光）の光量変動も含まれる。
【００９２】
そこで、同図（Ｂ）に示すように、反射率参照用の基準マークＦＭ３の信号強度（Ｉ１）を計測して反射率の変化を求める。この反射率の変化は、ΔＲ＝｜Ｉ２−Ｉ１｜／Ｉ１により求めることが出来る。
【００９３】
図２１はウエハ・フィデシャル・マーク板（基準マーク板）ＦＭの別の実施態様を示している。この基準マーク板ＦＭの表面には、ＶＲＡ計測用のウエハ・フィデシャル・マーク（基準マーク）ＦＭ１の他に同じくＶＲＡ計測用のウエハ・フィデシャル・マーク（基準マーク）ＦＭ１ａ、ＦＭ１ｂ、ＦＭ１ｃが形成され、さらに反射率参照用の基準マークＦＭ３が形成される。基準マークＦＭ１の反射率がある閾値を越えて低下したら、別の基準マークＦＭ１ａ、ＦＭ１ｂ、ＦＭ１ｃの何れかを選択する。このとき、基準マークＦＭ１の照野から外れた、露光光が未だ照射されていない、別の基準マークＦＭ１ａ、ＦＭ１ｂ、ＦＭ１ｃを選択する。なお、図２１には、アシスト操作専用の基準マークＦＭ２については省略してある。
【００９４】
図２２は反射率が低下したとき、別の基準マークＦＭ１ａ、ＦＭ１ｂ、ＦＭ１ｃを選択してアライメントを行う場合のフローチャートを示している。
【００９５】
ステップＳ２００でロット先頭のウエハＷ（例えば２５枚で１ロットのウエハを処理する場合にあっては最初の１枚目のウエハＷ）について、上述した方法でベースライン量の計測（ベースラインチェック）を開始する。このベースラインチェックでは、先ず基準マークＦＭ１の反射率の計測を行って反射率の低下の有無を確認する。
【００９６】
そこで、ステップＳ２０１で基準マークＦＭ１の反射率計測を開始する。この反射率の計測では、ＶＲＡセンサ５０により、基準マークＦＭ１に計測用照明光としての露光光を照射し、信号強度を計測する。また、反射率参照用の基準マークＦＭ３にも露光光を照射して信号強度を計測する。そして、上述した方法により反射率を求める。
【００９７】
ステップＳ２０２で基準マークＦＭ１の反射率が閾値よりも高いか否かを判断し、低いと判断された場合にはステップＳ２０３に移行して別の基準マークＦＭ１ａ、ＦＭ１ｂ、ＦＭ１ｃについて反射率の確認を行い、閾値よりも高い反射率の基準マークをマークＦＭ１ａ、ＦＭ１ｂ、ＦＭ１ｃの中から選択し、ステップＳ２０４に移行する。
【００９８】
ステップＳ２０４で、ステップＳ２０３で選択されたマークを用いてベースラインチェック計測を実行する。そして、ステップＳ２０５でベースラインチェック計測が完了したか否かが判断され、完了した場合にはステップＳ２０６に移行し、上述した方法でアライメントを実行し、次いでステップＳ２０７で露光操作を行う。
【００９９】
このように反射率が低下したら別の基準マークＦＭ１ａ、ＦＭ１ｂ、ＦＭ１ｃの何れかの１対のマークに変更することにより、計測エラーを回避し、アライメントのスループット性を向上させ、また露光装置１０の稼働率への影響を少なくすることが可能となる。
【０１００】
また、反射率参照用の基準マークＦＭ３を用意することで、照明光の照射光量の変動に影響されない反射率計測が可能となる。
【０１０１】
図２３は本発明のデバイス製造方法の実施態様を示している。この実施態様では、図１に示す位置計測方法によりレチクルアライメントを行うので、スループット性に優れ、高精度の露光が行える。
【０１０２】
ステップＳ３００では電子デバイスの回路設計等のデバイスの機能・性能設計を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。ステップＳ３０１では設計した回路パターンを形成したレチクルＲを製作する。ステップＳ３０２ではシリコン等の材料を用いてウエハ（シリコン基板）Ｗを製造する。
【０１０３】
ステップＳ３０３では、ステップＳ３０１で製作したレチクルＲとステップＳ３０２で製造したウエハＷを使用し、リソグラフィ技術等によりウエハＷ上に回路等を形成する、ウエハ処理を行う。このウエハ処理では、先ず図１に示す方法で位置計測を行い、この位置情報に基づいてレチクルＲのデバイスパターンの像の投影位置とウエハＷ上の各ショット領域の各々とを順次位置合わせをし、レチクルＲに形成されたデバイスパターンを位置決めされた各ショット領域に順次露光転写する。露光が終了したら、ウエハＷをウエハステージＷＳＴからアンロードし、現像、エッチング、洗浄工程などの処理を繰り返して、ウエハＷ上に回路などを形成する。
【０１０４】
ステップＳ３０４ではデバイス組立を行う。このデバイス組立では、回路などが形成されたウエハＷをダイシングして個々のチップに分割し、各チップをリードフレームやパッケージに装着して電極を接続するボンディングを行い、樹脂封止等のパッケージング処理を行う。
【０１０５】
ステップＳ３０５では検査を行う。この検査では組み立てたデバイスの動作確認テストや耐久性テストなどを行い、合格品を出荷する。
【０１０６】
本発明は、上記実施態様で説明したものに限定されず、本発明の範囲内において種々変更することが出来る。
【０１０７】
ＡＩＳセンサ６０の計測で使用するアライメントマークＡＭ２、ＡＭ２′、ＡＭ２″、ＡＭ３として、例えば、図６（Ａ）、図９、図１２、図１５（Ａ）、図２４（Ａ）に示すものを使用した場合を示したが、これらあくまでも一例であって、これらに限定されるものではない。スループット性、計測精度の観点から１回の走査で高精度計測が可能な信号波形が得られるアライメントマークであればよい。
【０１０８】
また、アライメントマークＡＭ２、ＡＭ２′、ＡＭ２″、ＡＭ３の投影像に対する基準開口マーク６１の走査方向として図７に示すようにＹ軸方向に、また図１０、図１３、図１６に示すように斜め４５°の方向にした場合を示しているが、これらに限定されるものではない。
【０１０９】
また、アシスト操作専用の基準マークＦＭ２や通常計測用の基準マークＦＭ１を複数用意して、交互に使用することにより、反射率の低下を遅らせることができ、結果として装置寿命を延ばすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の位置計測方法の一実施態様を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す本発明の位置計測方法を実行する露光装置の概略構成図である。
【図３】図２に示す露光装置に装備されるＡＩＳセンサ６０の一部切欠した概略構成図である。
【図４】図２の露光装置で使用されるレチクルの一実施態様を示す概略平面図である。
【図５】図２の露光装置で使用されるウエハ・フィデシャル・マーク板（基準マーク板）の一実施態様を示す概略平面図である。
【図６】図６（Ａ）はサーチアライメント用のアライメントマークの一実施態様を示す平面図であり、図６（Ｂ）は基準開口マークの一実施態様を示す平面図である。
【図７】図６（Ａ）に示すアライメントマークの投影像に対する基準開口マーク６１のスキャン方法の説明図である。
【図８】図６（Ａ）に示すアライメントマークを図７で示す方法でスキャンした結果得られた信号波形図である。
【図９】サーチアライメント用のアライメントマークの別の実施態様を示す平面図である。
【図１０】図９に示すアライメントマークの投影像に対する基準開口マーク６１のスキャン（走査）方法の説明図である。
【図１１】図９に示すアライメントマークを図１０で示す方法でスキャンした結果得られた信号波形図である。
【図１２】図９に示すアライメントマークの変形例を示す平面図である。
【図１３】図１２に示すアライメントマークの投影像に対する基準開口マーク６１のスキャン（走査）方法の説明図である。
【図１４】図１２に示すアライメントマークを図１３で示す方法でスキャンした結果得られた信号波形図である。
【図１５】図１５（Ａ）はファインアライメント用のアライメントマークの一実施態様を示す平面図であり、図１５（Ｂ）は基準開口マークの一実施態様を示す平面図である。
【図１６】図１５（Ａ）に示すアライメントマークＦＭ３の投影像に対する基準開口マークのスキャン方法の説明図である。
【図１７】図１５（Ａ）に示すアライメントマークを図１６で示す方法でスキャンした結果得られた信号波形図である。
【図１８】図１５（Ａ）に示すアライメントマークのＸ位置計測用のパターンとＹ位置計測用のパターンが互い違いに形成されていることを説明する拡大平面図である。
【図１９】図１９（Ａ）はＶＲＡセンサで計測されるアライメントマークとウエハ・フィデシャル・マーク（基準マーク）の信号波形図であり、図１９（Ｂ）は酸化されていないフィデシャルマークの信号波形図であり、図１９（Ｃ）は反射率参照用のウエハ・フィデシャル・マークの信号波形図である。
【図２０】図２０（Ａ）は露光光の照射により酸化されて反射率が低下したフィデシャルマークの信号波形図であり、図２０（Ｂ）は酸化されず反射率が低下していない反射率参照用のウエハ・フィデシャル・マークの信号波形図である。
【図２１】ウエハ・フィデシャル・マーク板（基準マーク板）の別の実施態様を示す平面図である。
【図２２】反射率が低下したとき、別の基準マークを選択してアライメントを行う場合のフローチャートである。
【図２３】本発明のデバイス製造方法の一実施態様を示すフローチャートである。
【図２４】図２４（Ａ）はＡＩＳセンサでのサーチアライメント用のマークの変形例を示す図であり、図２４（Ｂ）は図２４（Ａ）に示すアライメントマークの投影像に対する基準開口マーク６１のスキャン方法の説明図であり、図２４（Ｃ）は図２４（Ｂ）で示す方法で図２４（Ａ）のアライメントマークをスキャンした結果得られた信号波形図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０          露光装置
１１          照明系
４０          主制御系
５０          ＶＲＡセンサ
６０          ＡＩＳセンサ
６１          基準開口マーク
６２          送光系
６３          光電子倍増管
ＰＬ          投影光学系
ＡＳ          アライメント系
ＡＸ          光軸
Ｒ            レチクル
ＲＳＴ        レチクルステージ
Ｗ            ウエハ
ＷＳＴ        ウエハステージ
ＡＭ２        アライメントマーク（サーチ計測用）
ＡＭ３        アライメントマーク（ファイン計測用）
ＦＭ１        基準マーク（ウエハ・フィデシャル・マーク）
ＦＭ２        アシスト操作専用の基準マーク
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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