(57)【要約】【課題】  簡素な構成で露光装置のスループットを向上可能な位置計測方法及び位置計測装置を提供する。高集積度のデバイスを効率及び歩留まりよく製造可能な露光方法及び露光装置、デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】  複数のフォーカス位置で、各フォーカス位置毎にＲＡマークＲＭの中心線パターンＲＭｃの像を撮像して得られた複数のマーク信号に基づいて、ＲＡマークＲＭの位置を計測するのに最適なフォーカス状態を特定する。複数のマーク信号の中から、特定された最適なフォーカス状態下もしくはその近傍のフォーカス状態下に相当するマーク信号を抽出し、該抽出されたマーク信号に基づいてＲＡマークＲＭの位置計測を行う【選択図】      図７
2006332480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上に形成されたマークを所定の撮像視野内で撮像し、その撮像の結果に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測方法において、
互いに異なる複数のフォーカス状態下のそれぞれにおいて前記マークの少なくとも一部を撮像して、複数のマーク信号を得る第１工程と、
前記第１工程で得られたマーク信号に基づいて、前記マークの位置を計測するのに最適なフォーカス状態を特定する第２工程と、
前記第１工程で得られた複数のマーク信号の中から、前記第２工程で特定された最適なフォーカス状態下もしくはその近傍のフォーカス状態下に相当するマーク信号を抽出し、該抽出されたマーク信号に基づいて前記マークの位置計測を行う第３工程と、
を有することを特徴とする位置計測方法。
【請求項２】
前記第３工程後に、前記マークを再度撮像し、該撮像結果に基づいて前記第３工程で行われる前記マーク位置計測よりも高い計測精度でマーク位置計測を行う第４工程を有し、
前記第４工程を行う前に、前記第３工程で行われた前記マーク位置計測の結果に基づいて、前記物体と前記第４工程での前記撮像視野との相対位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の位置計測方法。
【請求項３】
前記第１工程で、前記マークの少なくとも一部の撮像に失敗した場合には、前記撮像視野を移動させて、前記マークの少なくとも一部の撮像を試み、前記マークの少なくとも一部が撮像されるまで、前記撮像視野の移動と撮像とを繰り返すことを特徴とする請求項２に記載の位置計測方法。
【請求項４】
前記第４工程で前記マーク位置計測を行う際に設定すべきフォーカス状態として、予め決められている前記第４工程での前記マークの位置計測の計測精度に応じて、前記第２工程で特定されたフォーカス状態を採用するか、あるいは前記相対位置の調整後に前記フォーカス状態を再検出し該再検出結果に基づいて特定されたフォーカス状態を採用するかを選択することを特徴とする請求項２または３に記載の位置計測方法。
【請求項５】
マスク上のマスクマークと、基板上の基板マーク又は基板の近傍に配置される基準マークとを用いて、前記マスクと前記基板との少なくとも一方を所定の位置に位置合わせした後に、前記マスクのパターンを前記基板上に露光する露光方法において、
前記マスクマークと前記基板マークとの少なくとも一方の位置を、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の位置計測方法で計測することを特徴とする露光方法。
【請求項６】
リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、
前記リソグラフィ工程は請求項５の露光方法を用いることを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項７】
物体上に形成されたマークを所定の撮像視野内で撮像する撮像部と、該撮像部で撮像された結果に基づいて前記マークの位置情報を計測する計測部と、前記撮像部及び前記計測部を制御する制御部とを備える位置計測装置において、
前記制御部は、互いに異なる複数のフォーカス状態下のそれぞれにおいて前記撮像部が前記マークの少なくとも一部を撮像して、複数のマーク信号を得るように前記撮像部を制御し、
前記複数のマーク信号に基づいて、前記マークの位置を計測するのに最適なフォーカス状態を特定した後に、該最適なフォーカス状態下もしくはその近傍のフォーカス状態下に相当するマーク信号を該複数のマーク信号の中から抽出し、該抽出されたマーク信号に基づいて前記マークの位置計測を行うように、前記計測部を制御することを特徴とする位置計測装置。
【請求項８】
前記物体と前記撮像視野との相対位置を調整する調整部を備え、前記制御部は、前記撮像部による前記マークの少なくとも一部の撮像に基づいて、前記計測部に前記マークの第１の位置情報を計測させ、該第１の位置情報の計測結果に基づいて、前記調整部に前記物体と前記撮像視野との相対位置を調整させ、前記調整部による前記相対位置の調整後に、前記マークを再度撮像し、その撮像結果に基づいて、前記第１の位置情報よりも高い計測精度でマーク位置計測を行って第２の位置情報を得るように、前記計測部を制御することを特徴とする請求項７に記載の位置計測装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記撮像部が前記マークの少なくとも一部の撮像に失敗した場合には、前記調整部に対し前記撮像視野の移動を指示し、前記撮像部に再度前記マークの少なくとも一部を撮像をさせ、前記マークの少なくとも一部が撮像されるまで、前記撮像視野の移動と撮像とを繰り返すように制御することを特徴とする請求項８に記載の位置計測装置。
【請求項１０】
前記制御部は、予め前記マークの位置計測の要求精度を記憶し、該要求精度に応じて、前記計測部が前記第２の位置情報を計測する際に、前記第１の位置情報の計測でのフォーカス状態に関する情報を採用して前記マークの位置計測を行うか、前記マークのフォーカス状態の再検出を行って前記マークの位置計測を行うかを選択することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の位置計測装置。
【請求項１１】
マスク上のマスクマークと、基板上の基板マーク又は基板の近傍に配置される基準マークとを用いて、前記マスクと前記基板との少なくとも一方を所定の位置に位置合わせし、前記マスクのパターンを前記基板上に露光する露光装置において、
前記マスクマークと前記基板マークとの少なくとも一方の位置を計測する装置として、請求項７〜請求項１０のうちいずれか一項に記載の位置計測装置を備えることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、位置計測用パターンなどを撮像して該位置計測用パターンなどの位置を計測するための位置計測方法、及び該位置計測方法に用いられる位置計測装置に関するものである。また、本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッドなどのデバイスを製造する工程で使用される露光方法及び露光装置、さらにそのデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体素子等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程では、レチクル、フォトマスク等のマスクに形成されたパターンが、ウエハ、ガラスプレート等の基板上に繰り返し露光され、複雑な回路が形成されていく。特に、半導体素子においては、近年高集積度化が著しく、重ね合わされるパターンの数もますます増大している。
【０００３】
従来より、半導体素子製造用の露光装置では、例えば露光光を計測光とする画像処理アライメント光学系を備えたレチクルアライメント系（ＲＡ系）が用いられてきている。この種の装置では、例えば明視野型の顕微鏡であるレチクルアライメント光学系（以下、「ＲＡ光学系」という）を備えている。このＲＡ光学系を用いて、レチクル上のレチクルアライメントマーク（以下、「ＲＭ」という）と、投影光学系を介してウエハステージ上の基準板上の基準マーク（フィデューシャルマーク、以下「ＦＭ」という）とを同時に観察、撮像する。得られた信号波形を画像処理して、ＲＭとＦＭとの相対マーク位置を検出する。計測のための照明光は、露光に使用する露光光を、メイン照明系光路よりＲＡ光学系へと切り替え可能に分岐させて使用し、露光光にてＲＭ及びＦＭを落射照明している。
【０００４】
レチクルアライメントは、レチクルを交換する毎に行い、レチクル上の左右２カ所にあるＲＭを、ウエハステージ上のＦＭと同時に合わせて計測することで、レチクルの中心座標と回転状態とを計測し、ウエハステージ座標に換算する機能を有する。そして、レチクルのウエハステージ座標系における正しい位置を検出することができて、レチクルのウエハに対する相対位置を調整することにより、レチクル上のパターンを投影光学系を介してウエハ上の正しい位置に焼き付けることが可能となる。
【０００５】
また、露光装置では、レチクルアライメントの後に、ＦＩＡ（Field Image Alignment）系等のウエハアライメント系を用いて、フォトレジスト等の感光材料が塗布されたウエハ上の任意のショット領域内に形成されたアライメントマークを、複数のショット領域で検出し、画像処理により各アライメントマークの位置を求める。そして、各アライメントマークの位置情報を統計処理することによりウエハ全体の位置と回転量を求める（ＥＧＡ（Enhanst Grobal Alignment）計測、特許文献１参照）。このＥＧＡ計測の結果に基づいて、ウエハステージを正確に位置決めしながら露光を行うことで、複数のレチクルパターンをウエハ上の各ショット領域に重ねて合わせて所望の位置に形成することができる。
【特許文献１】特開昭６１−４４４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、レチクルがレチクルステージに投入された状態では、各レチクル毎の描画誤差やレチクルローダの投入再現性のわずかな揺らぎにより、ＲＡ系のセンサにおける視野中心に対するＲＭの相対位置にずれが生じることがある。このため、前記従来構成のＲＡ系では、広い視野を有する低倍率のサーチセンサと、厳密なＲＭ像の検出を行う高倍率のファインセンサとを装備して、以下のような手順にてレチクルの位置合わせを行っている。
【０００７】
すなわち、まずサーチセンサを用いて、ＲＭの撮像を行いＲＭの位置及び回転状態を大まかに特定する（ラフ計測）。このサーチセンサでのＲＭの撮像結果に基づいて、レチクルステージを駆動して、ＲＭの像がファインセンサの視野中心に一致するように、レチクルの位置を調整する。
【０００８】
ここで、ファインセンサにて検出されるＲＭの像は、落射照明光による反射像と基準板からの反射光による透過像との合成像であり、ＲＡ光学系におけるピントのずれ、レチクルの厚みの変動、大気圧変動等によりレチクルへの焦点にずれが生じると、反射像と透過像とが横シフトしてしまうことがある。このため、ファインセンサを用い、レチクルアライメント−オートフォーカス計測（以下、「ＲＡＡＦ計測」という）を行い、各レチクルにおけるＲＡ光学系のベストフォーカス位置を検出する。このＲＡＡＦ計測は、ＲＡ光学系に設けられたアフォーカル系レンズ（光学的に２枚以上の正負のレンズで構成され、全体でほぼ無屈折力（焦点距離無限大）となるレンズ系）を光軸方向に駆動させつつ、ファインセンサにてＲＭ像の撮像を行い、その撮像結果の画像解析からベストフォーカス位置を検出する。
【０００９】
そして、アフォーカル系レンズをファインセンサがＲＭの像とＦＭの反射像とをベストフォーカス状態で撮像可能な位置に駆動させ、その後でファインセンサによりＲＭの像とＦＭの反射像とを撮像する。それらＲＭの像とＦＭの反射像の撮像結果から、画像処理によりＲＭの像とＦＭの反射像との相対位置を検出して、レチクルの正確な位置を求めるようになっている（ファイン計測）。
【００１０】
ところで、例えば半導体素子製造用の露光装置においては、半導体素子を如何に効率よく大量生産できるかということも重要な性能であり、近年特にスループットの向上要求が高まっている。その一方で、半導体素子は、ますます高集積度化されており、その回路パターンの微細化及び複雑化が著しい。従って、レチクルアライメントにおいては、高いアライメント精度を持つことに加えて、如何に高速にレチクルアライメント計測を行うことができるかということが大きな課題となってきている。
【００１１】
これに対して、従来構成のＲＡ系では、レチクルアライメントにおいて、サーチセンサを用いたラフ計測、ＲＡＡＦ計測、ファインセンサを用いたファイン計測を行う必要があった。このため、レチクルアライメントの所要時間が長くなることがあり、露光装置に対するさらなるスループットの向上要求に応じることが難しいという問題があった。
【００１２】
また、ＲＡ系は、レチクルステージの上方に設ける必要がある。露光装置において、レチクルステージの上方には、巨大な照明光学系を装備する必要があって、ＲＡ系の配置可能なスペースも限られている。これに対して、前記従来構成のＲＡ系では、構成が複雑となり、大型化しやすいという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的としては、簡素な構成で露光装置のスループットを向上可能な位置計測方法及び位置計測装置を提供することにある。また、本発明のその他の目的としては、高集積度のデバイスを効率よく、また歩留まりよく製造することのできる露光方法及び露光装置、デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、物体上に形成されたマークを所定の撮像視野内で撮像し、その撮像の結果に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測方法において、互いに異なる複数のフォーカス状態下のそれぞれにおいて前記マークの少なくとも一部を撮像して、複数のマーク信号を得る第１工程と、前記第１工程で得られたマーク信号に基づいて、前記マークの位置を計測するのに最適なフォーカス状態を特定する第２工程と、前記第１工程で得られた複数のマーク信号の中から、前記第２工程で特定された最適なフォーカス状態下もしくはその近傍のフォーカス状態下に相当するマーク信号を抽出し、該抽出されたマーク信号に基づいて前記マークの位置計測を行う第３工程とを有することを特徴とするものである。
【００１５】
この請求項１に記載の発明では、複数種の撮像素子を用いることなく、物体上に形成されたマークを検出することができ、位置計測装置の構成の簡素化を図ることが可能となる。また、第１工程におけるマークの検出と、第２工程における最適なフォーカス状態の特定と、第３工程におけるマークの位置計測とを、複数種の撮像素子を切り替えることなく行うことができて、マークの位置計測の時間短縮を図ることが可能となる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第３工程後に、前記マークを再度撮像し、該撮像結果に基づいて前記第３工程で行われる前記マーク位置計測よりも高い計測精度でマーク位置計測を行う第４工程を有し、前記第４工程を行う前に、前記第３工程で行われた前記マーク位置計測の結果に基づいて、前記物体と前記第４工程での前記撮像視野との相対位置を調整することを特徴とするものである。
【００１７】
この請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明の作用に加えて、第４工程での高い計測精度での位置計測に先だって、マークと撮像視野との相対位置を調整することで、第４工程での位置計測をより確実に、かつより正確に行うことが可能となる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記第１工程で、前記マークの少なくとも一部の撮像に失敗した場合には、前記撮像視野を移動させて、前記マークの少なくとも一部の撮像を試み、前記マークの少なくとも一部が撮像されるまで、前記撮像視野の移動と撮像とを繰り返すことを特徴とするものである。
【００１９】
物体の投入時に、物体と撮像視野との相対位置が所定の状態から大きくずれていると、マークが撮像視野から外れ、マークの少なくとも一部を検出できない状態となるおそれがある。これに対して、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明の作用に加えて、撮像視野の移動と撮像を繰り返すことにより、マークの少なくとも一部を捉えることができ、物体の位置計測をより確実に行うことが可能となる。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記第４工程で前記マーク位置計測を行う際に設定すべきフォーカス状態として、予め決められている前記第４工程での前記マークの位置計測の計測精度に応じて、前記第２工程で特定されたフォーカス状態を採用するか、あるいは前記相対位置の調整後に前記フォーカス状態を再検出し該再検出結果に基づいて特定されたフォーカス状態を採用するかを選択することを特徴とすることを特徴とするものである。
【００２１】
この請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の発明の作用に加えて、例えば半導体素子のクリティカルレイヤ等の極めて微細なマスクパターンの露光時のように、極めて厳密な重ね合わせが必要な場合には、より高い露光精度を確保するため再検出したフォーカス状態を選択する。一方、ノンクリティカルレイヤ等の比較的自由度の大きいマスクパターンの露光においては、それほど厳密にフォーカス状態を制御する必要がない。このため、フォーカス状態の再検出を行うことなく、第２工程で特定されたフォーカス状態を採用することで、マークの位置計測を一層迅速に行うことが可能となる。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明は、マスク上のマスクマークと、基板上の基板マーク又は基板の近傍に配置される基準マークとを用いて、前記マスクと前記基板との少なくとも一方を所定の位置に位置合わせした後に、前記マスクのパターンを前記基板上に露光する露光方法において、前記マスクマークと前記基板マークとの少なくとも一方の位置を、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の位置計測方法で計測することを特徴とするものである。
【００２３】
この請求項５に記載の発明では、マスクパターンを基板上に露光する露光方法において、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の発明の作用が発揮され、マスク及び基板の位置合わせを迅速に行うことができ、露光動作におけるスループットを向上させることが可能となる。
【００２４】
また、請求項６に記載の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、前記リソグラフィ工程は請求項５の露光方法を用いることを特徴とするものである。
この請求項６に記載の発明では、高集積度のデバイスを歩留まりよく製造することができる。
【００２５】
また、請求項７に記載の発明は、物体上に形成されたマークを所定の撮像視野内で撮像する撮像部と、該撮像部で撮像された結果に基づいて前記マークの位置情報を計測する計測部と、前記撮像部及び前記計測部を制御する制御部とを備える位置計測装置において、前記制御部は、互いに異なる複数のフォーカス状態下のそれぞれにおいて前記撮像部が前記マークの少なくとも一部を撮像して、複数のマーク信号を得るように前記撮像部を制御し、前記複数のマーク信号に基づいて、前記マークの位置を計測するのに最適なフォーカス状態を特定した後に、該最適なフォーカス状態下もしくはその近傍のフォーカス状態下に相当するマーク信号を該複数のマーク信号の中から抽出し、該抽出されたマーク信号に基づいて前記マークの位置計測を行うように、前記計測部を制御することを特徴とするものである。
【００２６】
この請求項７に記載の発明では、請求項１に記載の発明と同様の作用が奏される。
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記物体と前記撮像視野との相対位置を調整する調整部を備え、前記制御部は、前記撮像部による前記マークの少なくとも一部の撮像に基づいて、前記計測部に前記マークの第１の位置情報を計測させ、該第１の位置情報の計測結果に基づいて、前記調整部に前記物体と前記撮像視野との相対位置を調整させ、前記調整部による前記相対位置の調整後に、前記マークを再度撮像し、その撮像結果に基づいて、前記第１の位置情報よりも高い計測精度でマーク位置計測を行って第２の位置情報を得るように、前記計測部を制御することを特徴とするものである。
【００２７】
この請求項８に記載の発明では、請求項２に記載の発明と同様の作用が奏される。
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記制御部は、前記撮像部が前記マークの少なくとも一部の撮像に失敗した場合には、前記調整部に対し前記撮像視野の移動を指示し、前記撮像部に再度前記マークの少なくとも一部を撮像をさせ、前記マークの少なくとも一部が撮像されるまで、前記撮像視野の移動と撮像とを繰り返すように制御することを特徴とするものである。
【００２８】
この請求項９に記載の発明では、請求項３に記載の発明と同様の作用が奏される。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項８または９に記載の発明において、前記制御部は、予め前記マークの位置計測の要求精度を記憶し、該要求精度に応じて、前記計測部が前記第２の位置情報を計測する際に、前記第１の位置情報の計測でのフォーカス状態に関する情報を採用して前記マークの位置計測を行うか、前記マークのフォーカス状態の再検出を行って前記マークの位置計測を行うかを選択することを特徴とするものである。
【００２９】
この請求項１０に記載の発明では、請求項４に記載の発明と同様の作用が奏される。
また、請求項１１に記載の発明は、マスク上のマスクマークと、基板上の基板マーク又は基板の近傍に配置される基準マークとを用いて、前記マスクと前記基板との少なくとも一方を所定の位置に位置合わせし、前記マスクのパターンを前記基板上に露光する露光装置において、前記マスクマークと前記基板マークとの少なくとも一方の位置を計測する装置として、請求項７〜請求項１０のうちいずれか一項に記載の位置計測装置を備えることを特徴とするものである。
【００３０】
この請求項１１に記載の発明では、位置計測装置の構成が簡素化され、露光装置の小型化を図ることが可能となる。また、マスクマーク、基板マークの位置計測を迅速に行うことが可能となる。
【００３１】
次に、前記各請求項に記載の発明にさらに含まれる技術的思想について、それらの作用とともに以下に記載する。
（１）  前記物体と前記撮像視野との相対位置を調整する調整部を備え、前記制御部は、前記撮像部による前記マークの少なくとも一部の撮像に基づいて、前記計測部に前記マークの第１の位置情報を計測させつつ、該第１の位置情報に基づいて、前記調整部による前記物体と前記撮像視野との相対位置を調整するように制御することを特徴とする請求項７に記載の位置計測装置。
【００３２】
このようにすれば、請求項７に記載の発明の作用に加えて、マークと撮像視野との相対位置の調整を、第１の位置情報の計測と同時に行うことができ、マークの位置計測をさらに迅速に行うことができるという作用が奏される。
【発明の効果】
【００３３】
以上詳述したように、本発明によれば、簡素な構成で露光装置のスループットを向上可能な位置計測方法及び位置計測装置を提供することができる。また、高集積度のデバイスを効率よく、また歩留まりよく製造することのできる露光方法及び露光装置、デバイスの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
（第１実施形態）
以下に、本発明の露光装置及び露光方法を半導体素子を製造するための露光装置及び露光方法に、本発明の位置計測装置及び位置計測方法をその露光装置のレチクルアライメント光学系及びレチクルアライメント方法に具体化した第１実施形態について図１〜図７に基づいて説明する。
【００３５】
まず、露光装置２１の全体構成について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の位置計測装置としてのレチクルアライメント光学系を備えた露光装置を示す概略構成図である。図２は、光源２２から照明光学系ＩＯに至る経路での計測照明光学系５１の分岐を示す概略構成図である。
【００３６】
図１に示すように、露光装置２１は、物体及びマスクとしてのレチクルＲ上に形成された回路パターン等のレチクルパターンを、ステップ・アンド・スキャン方式により、レチクルＲと基板としてのウエハＷと相対移動させた状態で、投影光学系ＰＯを介して所定倍率で縮小してウエハＷの各ショット領域上に順次露光転写する走査型露光装置である。なお、図１において、Ｘ軸及びＺ軸は紙面に平行に設定され、Ｙ軸は紙面に対して垂直となる方向に設定されている。
【００３７】
露光装置２１は、光源２２、照明光学系ＩＯ、レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＯ、ウエハステージＷＳＴ、位置計測装置としてのレチクルアライメント光学系（以下、「ＲＡ光学系」という）２３Ａ、２３Ｂ、ウエハアライメント系をなすＦＩＡ系４５、フォーカス検出系２５、制御部としての主制御系２６等を備えている。
【００３８】
光源２２は、例えばパルス紫外光であるＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９４ｎｍ）を発振するものである。なお、光源２２として、波長２４８ｎｍのパルス紫外光を発振するＫｒＦエキシマレーザ光源、波長１５７ｎｍのパルス紫外光を発振するＦ２レーザ光源を用いてもよい。
【００３９】
図２に示すように、光源２２は、ビームマッチングユニットＢＭＵの一端（入射端）に接続されている。このビームマッチングユニットＢＭＵの他端（出射端）には、照明光学系ＩＯに接続されている。
【００４０】
照明光学系ＩＯは、照明系ハウジング内に収容され、ミラー２９、可変減光器３０、光路切り替えミラー５４、ビーム整形光学系、オプティカルインテグレータとしての第１及び第２フライアイレンズ系、振動ミラー、照明系開口絞り板、複数のミラー、コンデンサレンズ等を備えている。
【００４１】
可変減光器３０は、パルス紫外光のパルス毎の平均エネルギを調整するためのもので、ここでは、減光率が異なる複数のＮＤフィルタを回転可能な円盤上に所定角度間隔で配置したもの（ターレット）が用いられ、円盤の回転角度を調整することにより、減光率を段階的に変更できるようになっている。
【００４２】
図２に示すように、光路切り替えミラー５４は、可変減光器３０の前方に、減光パルス紫外光の主光路に対して出退可能に配置されたミラーである。露光時には、この光路切り替えミラー５４は、レチクルＲ上のレチクルパターンの形成された領域をパルス紫外光で照明すべく、パルス紫外光の主光路から退出して、パルス紫外光を照明光学系ＩＯにおけるビーム整形光学系以降の露光照明光路へと導く。一方、レチクルアライメント時には、光路切り替えミラー５４は、パルス紫外光の主光路内に進入して、パルス紫外光を反射し、ＲＡ光学系２３Ａ，２３Ｂの計測照明光学系５１へと導く。
【００４３】
ビーム整形光学系は、可変減光器によって所定のピーク強度に調整されたパルス紫外光の断面形状を、そのパルス紫外光の光路後方に設けられたダブルフライアイレンズ系の入射端を構成する第１フライアイレンズ系の入射端の全体形状と相似になるように整形して、その第１フライアイレンズ系に効率よく入射させるものである。
【００４４】
第１フライアイレンズ系としては、ここではターレット、すなわち回転可能な円盤上にフライアイレンズが取り付けられたものが用いられている。従って、円盤を回転させることにより、フライアイレンズをパルス紫外光の光路上に正確に位置させることができるようになっている。振動ミラーは、被照射面（レチクル面又はウエハ面）に生じる干渉縞や微弱なスペックルを平滑化するためのものである。
【００４５】
第１、第２フライアイレンズ系は、露光光の強度分布を一様化するためのものである。そして、前記第２フライアイレンズ系の射出面の近傍に、円板状部材から成る照明系開口絞り板が配置されている。この照明系開口絞り板には、ほぼ等角度間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための開口絞り、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り、及び変形光源法用に例えば４つの開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り等が配置されている。そして、いずれかの開口絞りが、第２フライアイレンズ系の射出面に位置させられるようになっている。
【００４６】
レチクルステージＲＳＴは、不図示のバキュームチャック等を介してレチクルＲを吸着保持する。レチクルステージＲＳＴは、水平面（ＸＹ平面）内で、二次元移動可能に構成されており、レチクルＲが載置された後、レチクルＲのレチクルパターンの形成された領域の中心点が、パルス紫外光の光軸と一致するように位置決め（レチクルアライメント）が行われる。このレチクルアライメントには、ＲＡ光学系２３Ａ、２３Ｂが用いられる。
【００４７】
レチクルＲには、例えば図５（ａ）に示すように、回路パターンなどが形成された領域の左右外側に、位置計測用マークであるマークとしてのレチクルアライメントマーク（以下、「ＲＡマーク」という）ＲＭが形成されている。このＲＡマークＲＭは、ＲＡ光学系２３Ａ、２３Ｂを使用してレチクルアライメントを行う際に使用するもので、例えばクロム等の金属薄膜により形成される。図５（ａ）に示すＲＡマークＲＭの例では、十字状の中心線パターンＲＭｃと正方形状パターンとＲＭｂを、それらの中心が互いに一致するように重ね合わせたマークとなっている。
【００４８】
レチクルステージＲＳＴのＸ側及びＹ側の側面には、レチクル干渉計３１からのレーザビームを反射する移動鏡３２が固定され、レチクルステージＲＳＴの移動面内での位置が、所定の分解能で常時検出される。レチクル干渉計３１からのレチクルステージＲＳＴについての位置情報は主制御系２６に送られ、主制御系２６はこの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動系３３を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
【００４９】
投影光学系ＰＯは、複数のレンズエレメントから構成されており、これらのレンズエレメントが両側テレセントリックな光学配置となるように、共通のＺ軸方向の光軸を有する。投影光学系ＰＯとしては、投影倍率が、例えば１／４、１／５及び１／６のものが使用されており、パルス紫外光によりレチクルＲの回路パターンが形成された領域が照明されると、その回路パターンの像が投影光学系ＰＯにより縮小された状態で、フォトレジスト等の感光性材料の塗布されたウエハＷ上に投影される。これにより、ウエハＷ上のあるショット領域にレチクルＲの回路パターンの縮小像が転写される。
【００５０】
ウエハステージＷＳＴは、ウエハホルダ３４を介して真空吸着等により固定されている。ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＯの下方に配置され、水平面（ＸＹ平面）内を二次元移動可能なＸＹステージ３５と、このＸＹステージ３５下に搭載された光軸方向（Ｚ軸方向）に微動可能なＺステージ３６等から構成されている。
【００５１】
ウエハステージＷＳＴの二次元的な位置は、ウエハステージＷＳＴ上に固定された移動鏡３７を介してウエハ干渉計３８により所定の分解能で、常時検出される。ウエハ干渉計３８の出力は、主制御系２６に送られ、該主制御系２６の調整部としての動作制御部２７からウエハステージ駆動系３９を介してウエハステージＷＳＴが制御される。そして、例えばウエハＷ上の１つのショット領域に対するレチクルＲの回路パターンの転写露光が終了すると、ウエハステージＷＳＴは、次のショット位置までウエハＷをステッピングさせるように制御される。
【００５２】
フォーカス検出系２５は、ウエハＷの露光面のＺ軸方向の位置を計測するためのものである。このフォーカス検出系２５は、投影光学系ＰＯの結像面に向けて、結像光束または平行光束をパルス紫外光の光軸に対して斜め方向から照射する照射光学系４０と、この結像光束または平行光束のウエハＷの表面での反射光束を受光する受光光学系４１とを有する。受光光学系４１からの信号は主制御系２６に供給され、主制御系２６はこの信号に基づき投影光学系ＰＯのベストフォーカス面にウエハＷの露光面が位置するように、ウエハステージ駆動系３９を介してＺステージ３６を駆動させ、ウエハＷのＺ軸方向の位置を制御する。
【００５３】
図４は、基準板４４の表面状態を示す平面図である。図４に示すように、ウエハステージＷＳＴ上には、レチクルアライメント及びベースライン計測のための複数の基準マークＦＭ（図５（ｂ）参照）が形成された基準板４４が固定されている。この基準マークＦＭは、複数本（本実施形態では３本）の直線状パターンをＸ軸方向に所定の間隔をあけて複数組（本実施形態では２組）配列するとともに、複数本（本実施形態では３本）の直線状パターンをＹ軸方向に所定の間隔をあけて複数組（本実施形態では２組）配列したものとなっている。この基準板４４も、フォーカス検出系２５により、その表面のＺ軸方向の位置がウエハＷの露光面と同様に計測されている。
【００５４】
ウエハアライメント系は、明視野型のオフアクシス顕微鏡（ＦＩＡ系）４５を使用する。このＦＩＡ系４５では、ウエハＷ上の各ショット領域内に形成されたウエハアライメントマークを、複数のショット領域で撮像し、それら各撮像信号は主制御系２６に供給され、計測部としての位置演算部２８において各ウエハアライメントマークの位置が求められる。そして、主制御系２６は、各ウエハアライメントマークの位置情報を統計的に処理することでウエハＷの位置を検出して（ＥＧＡ計測）、その計測結果に基づいてウエハステージ駆動系３９を介してウエハステージＷＳＴの駆動条件を制御し、ウエハＷの位置を制御する。
【００５５】
なお、このウエハアライメント時は、フォーカス検出系２５により、ウエハＷの露光面のＺ軸方向の位置を計測して、その露光面をベストフォーカス位置に配置した状態で行うことが望ましい。
【００５６】
主制御系２６は、露光装置２１全体を統括制御し、動作制御部２７と位置演算部２８とを備えている。主制御系２６は、ＲＡ光学系２３Ａ，２３Ｂ及びＦＩＡ系４５からの撮像信号（マーク信号）を入力し、このマーク信号に基づいて位置演算部２８でレチクルＲとウエハＷとの位置を演算する。主制御系２６は、この演算結果及びレチクル干渉計３１、ウエハ干渉計３８からの信号等に基づいて動作制御部２７を介してレチクルステージ駆動系３３、ウエハステージ駆動系３９等に制御信号を出力するように構成されている。これにより、レチクルＲとウエハＷとの相対位置が調整される。
【００５７】
ＲＡ光学系２３Ａ、２３Ｂは、画像検出方式のレチクルアライメント（ＶＲＡ：Video Reticle Alignment）センサで構成されている。図１において、ＲＡ光学系２３Ａは露光装置２１の向かって右側に配置され、一方、ＲＡ光学系２３Ｂは投影光学系ＰＯの光軸を挟んだＸ方向反対側の対照位置である左側に配置されている。
【００５８】
次に、ＲＡ光学系２３Ａについて、図２及び図３を参照して詳しく説明する。なお、ＲＡ光学系２３Ｂについては、ＲＡ光学系２３Ａと同一構成であり、ここでは説明を省略する。図２は、ＲＡ光学系２３Ａの計測照明光学系５１の一部を示す概略構成図である。また、図３は、ＲＡ光学系２３Ａの計測照明光学系５１の他の一部及び撮像部としての結像系５２及びレチクルアライメント−オートフォーカス系（以下、「ＲＡＡＦ系」という）５３を示す概略構成図である。
【００５９】
ＲＡ光学系２３Ａは、計測照明光学系５１と、結像系５２と、ＲＡＡＦ系５３とで構成されている。図２に示すように、計測照明光学系５１は、照明光学系ＩＯ内に配置された光路切り替えミラー５４が露光用のパルス紫外光の主光路内に進入すると、パルス紫外光が光路切り替えミラー５４により反射され計測用照明光としてＲＡ光学系２３Ａに導かれる。
【００６０】
計測用照明光は、変倍リレーレンズ６０及び回転拡散板６１を介してライトガイド６２の金属ターミナル部６３に導かれる。変倍リレーレンズ６０は、計測照明光の光束の断面をライトガイド６２の入射端面に合わせた大きさに調整するためのものである。また、回転拡散板６１を対向するライトガイド６２の入射端に対して傾斜配置することにより、発散角を有し、面積を有する二次光源をライトガイド６２の出射端をなす金属ターミナル部６４に形成している。
【００６１】
ライトガイド６２の金属ターミナル部６４から出射された計測照明光は、中継レンズ６５を介して、２分岐ライトガイド６６の金属ターミナル部６７へと導かれる。中継レンズ６５は、図２においては１枚のレンズで示してあるが、１枚に限定されるものではない。
【００６２】
ここで、中継レンズ６５は、ライトガイド６２の出射端及び２分岐ライトガイド６６の入射端が、それぞれ中継レンズ６５の前側焦点位置及び後側焦点位置となるように配置されている。これにより、ライトガイド６２からの光束に基づいて２分岐ライトガイド６６の入射端をケーラー照明して、計測照明光学系５１内で発生する干渉縞が低減されている。
【００６３】
図３に示すように、２分岐ライトガイド６６の金属ターミナル部６８から出射される計測照明光は、計測照明光学系５１の照明テレセントリシティを調整するための一対の平行平板からなるテレセンハービング６９に導かれる。そして、計測照明光は、コンデンサレンズ７０、照野絞り７１、対物レンズ７２、ミラー７３、ハーフミラー７４を介して偏向ミラー７５に至る。
【００６４】
図１に示すように、計測照明光は、この偏向ミラー７５で光路がレチクルＲ側に向けられ、第１対物レンズ７６、クランクミラー７７を介してレチクルＲ下面のＲＡマークＲＭを均一かつ照野絞り７１で決められた照明領域（照野）でケーラー照明する。クランクミラー７７は、レチクルアライメント時にのみ図１に示すように、照明光学系ＩＯとレチクルＲとの間の空間に導入され、露光処理時にはこの空間の外側に移動される。
【００６５】
ＲＡマークＲＭは、図５（ａ）に示すように形成されており、刻線部以外の大部分の領域は照明光が透過する。透過した計測用照明光は、投影光学系ＰＯを介して、基準板４４に導かれ基準マークＦＭを照明する。
【００６６】
基準板４４の表面は、クロム膜等の金属膜に基準マークＦＭの部分のみがエッチングされたガラス基板面となっている。基準板４４で反射した光は、再度投影光学系ＰＯにより、レチクルＲの下面へと導かれ、基準マークＦＭの像がＲＡマークＲＭ下面に形成されるとともに、ＲＡマークＲＭが再度基準板４４からの反射光により下から照明される。
【００６７】
このようにして、ＲＡマークＲＭと基準マークＦＭとが照明されて、その反射光はクランクミラー７７、第１対物レンズ７６及び偏向ミラー７５を介してハーフミラー７４に導かれる。ハーフミラー７４で反射された反射光は、結像系５２に導かれる。
【００６８】
次に、結像系５２について説明する。この結像系５２は、レチクルＲ投入時におけるＲＡマークＲＭのサーチと、基準マークＦＭに対するＲＡマークＲＭの位置の高精度な計測とを行うものである。
【００６９】
ハーフミラー７４で反射された反射光は、開口絞り８０、第２対物レンズ８１、ＲＡＡＦ系５３、光軸ハービング８２を介してミラー８３に導かれ、このミラー８３を反射して、視野絞り８４の位置で中間結像する。視野絞り８４を通過した反射光は、第３対物レンズ８５を介してハーフミラー８６に導かれる。
【００７０】
このハーフミラー８６で反射された反射光は、アス調整用レンズ８７を含むＸ軸第４対物レンズ８８、光軸ハービング８９を介して偏向ミラー（図示略）に至り、この偏向ミラーにより光軸が偏向されて、Ｘ軸計測用センサ９０に入射し、結像する。一方、ハーフミラー８６を透過した反射光は、ミラー９１で反射され、Ｙ軸第４対物レンズ９２、光軸ハービング９３を介して偏向ミラー（図示略）に至り、この偏向ミラーにより光軸が偏向されて、Ｙ軸計測用センサ９４に入射し、結像する。
【００７１】
Ｘ軸第４対物レンズ８８内に設けられたアス調整用レンズ８７は結像系５２におけるピントのＸＹ差（アス）を調整するものであり、このため、アス調整用レンズ８７を光軸に沿ってわずかに移動調整するのみで、Ｘ軸計測用センサ９０及びＹ軸計測用センサ９４を大きく移動させることなく、アスを調整することができる。
【００７２】
ＲＡＡＦ系５３と視野絞り８４との間、Ｘ軸計測用センサ９０の近傍及びＹ軸計測用センサ９４の近傍にそれぞれ設けられた光軸ハービング８２，８９，９３は、通過するハーフミラー７４での反射光の光軸に対して傾け可能な一対の平行平板からなっている。これら光軸ハービング８２，８９，９３は、その傾きを調整することで、光学調整後に残存するＲＡマークＲＭ上の光軸ずれを容易に調整することができ、Ｘ軸計測用センサ９０及びＹ軸計測用センサ９４にＲＡマークＲＭの像がずれて投影されることを防ぐためのものである。
【００７３】
この結像系５２では、図５（ｃ）に示す検出像、すなわちＲＡマークＲＭと基準マークＦＭの合成像が得られる。ここで、ＲＡマークＲＭは、レチクルＲ上への落射照明光による反射像と基準マークＦＭからの反射光による透過像とが合成された像となっている。Ｘ軸計測用センサ９０、Ｙ軸計測用センサ９４で撮像されたマーク信号は、位置演算部２８で画像処理され、基準マークＦＭとＲＡマークＲＭとの相対位置が計測される。
【００７４】
この際、基準マークＦＭのウエハステージ座標系における位置は、ウエハ干渉計３８にて正確に計測されている。また、ＲＡマークＲＭのレチクルステージ座標系における位置は、同様にレチクル干渉計３１にて正確に計測されている。このため、マーク信号から求められた基準マークＦＭとＲＡマークＲＭの相対位置のずれから、ＲＡマークＲＭのウエハステージ座標系換算値のＸＹ座標を求めることができる。
【００７５】
ＲＡ光学系２３ＡとＲＡ光学系２３Ｂとは、レチクルＲに対し線対称に左右に設定されており、左右二つのＲＡマークＲＭを同時に計測することができる。このため、レチクルＲの回転状態も計測することができて、レチクルＲの位置、回転状態を正確に求めることができる。
【００７６】
次に、ＲＡＡＦ系５３について説明する。ＲＡＡＦ系５３としては、レチクルＲと光学的に共役な位置から結像系５２中の屈折力のある光学部材に至る経路、例えば第２対物レンズ８１と第３対物レンズ８５との間の光路上に、光学的に２枚以上の凸凹のレンズで構成され、全体でノンパワー（焦点距離が無限大）となるアフォーカル系レンズ９５が配置されている。このアフォーカル系レンズ９５は、光軸に沿って駆動され、結像系５２のレチクルＲの下面に対するピント調整を行っている。
【００７７】
ＲＡＡＦ系５３の信号処理は、主制御系２６の位置演算部２８で行われる。この信号処理は、アフォーカル系レンズ９５を駆動させた際のＲＡマークＲＭの像のマーク信号を取り込み、各マーク信号の波形に対し微分信号の最大値（通常、像の左右エッジにある）を求める。そして、その微分最大値が、フォーカス変化（つまり、アフォーカル系レンズ９５の駆動）によってさらに大きくなり、最大となる位置を求める。微分最大値とフォーカスとの関係は山型の正規分布のような曲線となり、微分最大値は、例えば近似する二次曲線を求め、その極大値を取るなど、各種のアルゴリズムにて求めることができる。
【００７８】
次に、本実施形態のレチクルアライメント方法について説明する。
露光装置２１において、レチクルステージＲＳＴに、新たなレチクルＲが投入されると、主制御系２６は、照明光学系ＩＯの主光線中に、光路切り替えミラー５４を進入させる。これにより、パルス紫外光をＲＡ光学系２３Ａ，２３Ｂの計測照明光学系５１へと導かれる。また、主制御系２６は、ＲＡ光学系２３Ａ，２３Ｂのクランクミラー７７を、照明光学系ＩＯとレチクルステージＲＳＴとの間に進入させる。
【００７９】
また、主制御系２６は、動作制御部２７及びウエハステージ駆動系３９を通じて、基準板４４上の複数の基準マークＦＭのうち左右一対となるものが、投影光学系ＰＯの視野内の所定位置に配置されるように、ウエハステージＷＳＴのＸＹステージ３５を駆動させる。
【００８０】
これにより、露光光であるパルス紫外光が、ＲＡ光学系２３Ａ，２３Ｂを介してレチクルＲ上のＲＡマークＲＭを落射照明する。ＲＡマークＲＭを透過した透過光は、投影光学系ＰＯを介して基準マークＦＭを落射照明し、基準マークＦＭの反射像がＲＡマークＲＭの下面に投影され、ＲＡマークＲＭを透過した基準板４４での反射光が、ＲＡ光学系２３Ａ，２３Ｂに導かれる。そして、ＲＡマークＲＭの像と基準マークＦＭの像との合成像が、ＲＡ光学系２３Ａ，２３ＢのＸ軸計測用センサ９０とＹ軸計測用センサ９４とに投影される。
【００８１】
ここで、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴに投入された状態では、レチクルＲの描画誤差、ローダの投入再現性等の何らかの要因で、レチクルステージＲＳＴ上におけるレチクルＲの位置が所定の位置からずれることがある。このため、例えば図６に示すように、ＲＡマークＲＭの像が、ＲＡ光学系２３Ａ，２３ＢにおけるＸ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４の撮像視野ＩＦの中心からずれることがある。
【００８２】
そこで、Ｘ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４でＲＡマークＲＭを撮像する。ここで、主制御系２６は、例えば図７に示すように、ＲＡマークＲＭの一部である中心線パターンＲＭｃの一部が撮像されていれば、ＲＡＡＦ系５３を光軸方向に駆動させながら、Ｘ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４に対して、所定間隔の複数のフォーカス位置での撮像を指示する（第１マーク信号検出工程（第１工程））。この撮像結果は、主制御系２６の位置演算部２８に入力される。
【００８３】
位置演算部２８は、入力された複数のマーク信号を画像処理し、投入されているレチクルＲに対するＲＡ光学系２３Ａ，２３Ｂの最適なフォーカス状態を、例えば信号コントラストが最大となるフォーカス状態を検出することにより検出する（第１フォーカス状態検出工程（第２工程））。
【００８４】
そして、主制御系２６は、前記第１マーク信号検出工程にて検出されたマーク信号の中から、第１フォーカス状態検出工程で検出された最適フォーカス状態下またはその近傍に相当するマーク信号を抽出する。ついで、位置演算部２８は、抽出されたマーク信号の中心線パターンＲＭｃの位置を、レチクル干渉計３１によるレチクルステージＲＳＴの位置と関連づけて求める（第１位置検出工程（第３工程））。
【００８５】
次に、位置演算部２８は、中心線パターンＲＭｃの位置情報と予め記憶されているＲＡマークＲＭの形状に関する情報とに基づいて、ＲＡマークＲＭがＸ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４の撮像視野ＩＦの中心からどの程度ずれているかを演算する。そして、この演算結果に基づいて、主制御系２６は、図５（ｃ）に示すように、ＲＡマークＲＭの中心線パターンＲＭｃの像と正方形状パターンＲＭｂの像とがともに、Ｘ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４の撮像視野ＩＦ内に捉えられるように、レチクルステージＲＳＴを駆動させて、レチクルＲの位置を調整する。
【００８６】
次に、主制御系２６は、別途オペレータにより入力される入力情報、予め記憶されているデータを参照して、投入されているレチクルＲが、クリティカルレイヤまたはそれに準ずるレイヤで、厳密なＲＡ光学系２３Ａ，２３Ｂフォーカス管理を要求するものであるか否かを判断する。
【００８７】
ここで、厳密なフォーカス管理を要求するものであると判断された場合には、主制御系２６は、再度ＲＡＡＦ系５３を駆動させつつ、Ｘ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４に、複数のフォーカス位置にてＲＡマークＲＭの像を撮像させる（第２マーク信号検出工程）。そして、再度取得された複数のＲＡマーク信号に基づいて、位置演算部２８にて、より最適なフォーカス状態を、例えば得られた信号コントラストを比較することにより特定する（第２フォーカス状態検出工程）。なお、この第２フォーカス状態検出工程では、既に第１フォーカス状態検出工程にて、おおよその最適なフォーカス状態が検出されているので、そのフォーカス状態を中心に極狭い範囲でＲＡＡＦ系５３を駆動させるのみで、より最適なフォーカス状態の検出が可能である。
【００８８】
一方、主制御系２６が、投入されているレチクルＲはノンクリティカルレイヤであり、レチクルアライメントにおいて比較的自由度があるものであると判断した場合には、再度ＲＡ光学系２３Ａ、２３Ｂのフォーカス状態を検出することなく、前述の第１フォーカス状態検出工程で最適なフォーカス状態をそのまま採用する。
【００８９】
次いで、ＲＡＡＦ系５３をそのより最適なフォーカス状態を実現する位置に配置して、ＲＡマークＲＭの像と基準マークＦＭの像との合成像を、Ｘ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４にて撮像する。この合成像の信号は、図６に示すように、中心にＲＡマークＲＭに基づく３本のピークと、その両側に各３本の基準マークＦＭの像に基づくピークとを有するものとなる。
【００９０】
位置演算部２８は、基準マークＦＭの像に対するＲＡマークＲＭの像の位置の情報と、レチクル干渉計３１からのレチクルステージＲＳＴの位置に関する情報と、ウエハ干渉計３８からのウエハステージＷＳＴのＸＹステージ３５の位置に関する情報とから、レチクルＲのウエハステージ座標系上での位置を求める（第２位置検出工程（第４工程））。
【００９１】
ところで、図８に示すように、レチクルＲの投入時のＲＡマークＲＭの検出において、レチクルＲの位置が所定の位置から大きくずれ、ＲＡマークＲＭの像がＸ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４の撮像視野ＩＦ内に存在せず、ＲＡマークＲＭの検出に失敗した場合には、まず以下の手順により、ＲＡマークＲＭの少なくとも一部の検出を行う。
【００９２】
すなわち、検出に失敗した撮像視野ＩＦ１を見かけ上、その撮像視野ＩＦ１に隣接した撮像視野ＩＦ２に移すべく、レチクルステージＲＳＴを所定の方向へ所定距離だけ移動させる。この実施形態の例では、レチクルステージＲＳＴをＸ軸とＹ軸との両方向に所定量だけ移動させて、撮像視野ＩＦをＲＡマークＲＭに対して相対的に斜め方向に移動させる。このとき、Ｘ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４の各撮像視野ＩＦの一部が、撮像視野ＩＦ１とを撮像視野ＩＦ２とで重なるように駆動させると、レチクルＲのＲＡマークＲＭ形成領域をもれなく観察することができて、効率よくかつもれなく観察することができる。
【００９３】
そして、相対的に移動された撮像視野ＩＦ２で、Ｘ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４にて、レチクルＲのＲＡマーク形成領域を撮像する（マーク再検出工程）。このマーク再検出工程は、Ｘ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４にて、ＲＡマークＲＭの少なくとも一部が検出されるまで、レチクルステージＲＳＴの移動と、Ｘ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４での撮像が繰り返される。
【００９４】
相対的に移動された撮像視野ＩＦで、中心線パターンＲＭｃなどＲＡマークＲＭの少なくとも一部が撮像されると、前述の第１マーク信号検出工程から第２位置検出工程間までの手順に移行して、レチクルＲのウエハステージ座標系上での位置を求める。
【００９５】
従って、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（ア）  このレチクルアライメント方法では、第１マーク信号検出工程において、ＲＡＡＦ系５３を光軸方向に駆動させ、複数のフォーカス位置で、各フォーカス位置毎にＲＡマークＲＭの少なくとも中心線パターンＲＭｃの像を撮像して、複数のマーク信号を得る。続く第１フォーカス状態検出工程において、第１マーク信号検出工程で得られたマーク信号に基づいて、各信号から得られる特徴量（例えばコントラスト）を比較することにより、ＲＡマークＲＭの位置を計測するのに最適なフォーカス状態を特定する。そして、第１位置検出工程において、第１マーク信号検出工程で得られた複数のマーク信号の中から、第１フォーカス状態検出工程で特定された最適なフォーカス状態下もしくはその近傍のフォーカス状態下に相当するマーク信号を抽出し、該抽出されたマーク信号に基づいて（その抽出されたマーク信号を使って）ＲＡマークＲＭの位置計測（従来のサーチ計測の代用として）を行うこととしている。
【００９６】
これにより、第１位置検出工程で、第１マーク信号検出工程で得られたマーク信号を利用するため、ＲＡマークＲＭの像の位置を検出（ファイン計測）するにあたって、Ｘ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４のみを用いて行うことができる。このため、従来必要であったサーチ計測用のセンサ及びそれに伴う光学部品等を省略することが可能となり、ＲＡ光学系２３Ａ，２３Ｂの構成の簡素化を図ることができる。また、第１マーク信号検出工程におけるＲＡマークＲＭの検出と、第１フォーカス状態検出工程における最適なフォーカス状態の特定と、第１位置検出工程におけるＲＡマークＲＭの位置計測とを、複数種の撮像素子（従来のサーチ用センサとファイン用センサ）を切り替えることなく行うことができて、ＲＡマークＲＭの位置計測の時間短縮を図ることができる。また、レチクルアライメントを迅速に行うことができ、露光動作におけるスループットを向上させることができる。
【００９７】
（イ）  このレチクルアライメント方法では、第１位置検出工程でのＲＡマークＲＭの位置計測結果に基づいて、ＲＡマークＲＭとＸ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４の撮像視野ＩＦとの相対位置を調整する。そして、ＲＡマークＲＭの像を再度撮像し、該撮像結果に基づいて第１位置検出工程よりも高い計測精度でＲＡマークＲＭの位置を計測する第２位置検出工程を行うこととしている。
【００９８】
このため、第２位置検出工程において、ＲＡマークＲＭの位置計測をより確実に、かつより正確に行うことができる。
（ウ）  このレチクルアライメント方法では、第１マーク信号検出工程で、ＲＡマークＲＭの少なくとも中心線パターンＲＭｃの像の撮像に失敗した場合には、Ｘ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４の撮像視野ＩＦを相対的に移動させて、再度少なくとも中心線パターンＲＭｃの撮像を行う。そして、少なくとも中心線パターンＲＭｃが撮像されるまで、撮像視野ＩＦの相対的な移動と撮像とを繰り返すこととしている。
【００９９】
このため、レチクルＲの投入時に、ＲＡマークＲＭの像とＸ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４の撮像視野ＩＦとの相対位置が所定の状態から大きくずれていも、撮像視野ＩＦの相対的な移動と撮像との繰り返しの中で、少なくとも中心線パターンＲＭｃの像を捉えることができ、ＲＡマークＲＭの位置計測をより確実に行うことができる。
【０１００】
（エ）  このレチクルアライメント方法では、第２位置検出工程でＲＡマークＲＭの位置計測を行う際に設定すべきフォーカス状態を、予め決められている第２位置検出工程でのＲＡマークＲＭの位置計測の計測精度に応じて選択するものとしている。すなわち、計測精度に比較的自由度がある場合には、第１フォーカス状態検出工程で特定されたフォーカス状態を採用する。一方、厳密なフォーカス管理が要求される場合には、再度ＲＡ光学系２３Ａ，２３Ｂのフォーカス状態を検出し、該再検出結果に基づいて特定されたフォーカス状態を採用するものとしている。
【０１０１】
このため、例えば半導体素子のクリティカルレイヤ等の極めて微細なマスクパターンの露光時のように、極めて厳密な重ね合わせが必要な場合には、より高い精度でのレチクルアライメントを実現することができる。その一方で、ノンクリティカルレイヤ等の比較的自由度の大きいマスクパターンの露光においては、ＲＡマークＲＭの位置計測を一層迅速に行うことができ、露光装置２１のスループットを向上させることができる。
【０１０２】
（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態について、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１０３】
この第２実施形態は、第１マーク信号検出工程において、ＲＡＡＦ系５３を駆動させつつＸ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４で撮像されたＲＡマークＲＭのマーク信号を、直ちに主制御系２６の位置演算部２８に入力するとともにＲＡマークＲＭのおおよその位置を演算する。そして、その演算結果に基づいて、直ちにレチクルステージＲＳＴ駆動して、ＲＡマークＲＭとＸ軸及びＹ軸計測用各センサ９０，９４の撮像視野ＩＦの中心との相対位置を調整するものである。すなわち、複数のフォーカス位置でのＲＡマークＲＭの信号を取得しつつ、同時にＲＡマークＲＭと撮像視野ＩＦの中心との相対位置を調整するというものである。
【０１０４】
従って、本実施形態によれば、前記第１実施形態における（ア）〜（エ）に記載の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（オ）  このレチクルアライメント方法によれば、ＲＡマークＲＭと撮像視野ＩＦとの相対位置の調整を、ＲＡマークＲＭの位置計測と同時に行うことができ、ＲＡマークの位置計測をさらに迅速に行うことができる。
【０１０５】
（変形例）
なお、本発明の実施形態は、以下のように変形してもよい。
・  本発明の位置計測方法は、前記各実施形態の露光装置２１のレチクルアライメント方法、ウエハアライメント方法に限定されるものではなく、他の光学機械、例えば顕微鏡、干渉計等の位置計測方法に具体化してもよい。
【０１０６】
・  また、露光装置として、投影光学系ＰＯを用いることなく、マスクと基板とを密接させてマスクのパターンを露光するコンタクト露光装置、マスクと基板とを近接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置の光学系にも適用することができる。また、投影光学系ＰＯとしては、全屈折タイプに限らず、反射屈折タイプ、全反射タイプであってもよい。
【０１０７】
さらに、本発明の露光装置２１は、縮小露光型の露光装置に限定されるものではなく、例えば等倍露光型、拡大露光型の露光装置であってもよい。
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、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またはマスクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板やシリコンウエハなどへ回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（深紫外）やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては、石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、または水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置や電子線露光装置などでは、透過型マスク（ステンシルマスク、メンバレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。
【０１０８】
もちろん、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）などを含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置にも、本発明を適用することができる。また、薄膜磁気ヘッド等の製造に用いられて、デバイスパターンをセラミックウエハ等へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置などにも本発明を適用することができる。
【０１０９】
さらに、本発明は、マスク上に形成されたパターンを、ステップ・アンド・リピート方式により基板の各ショット領域上に順次露光転写する静止型露光装置（ステッパ）にも適用することができる。
【０１１０】
・  また、露光装置２１の光源としては、前記実施形態に記載のＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、Ｆ２レーザの他、例えばｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、Ｋｒ２レーザ（１４６ｎｍ）、Ａｒ２レーザ（１２６ｎｍ）等を用いてもよい。また、ＤＦＢ半導体レーザまたはファイバレーザから発振される赤外域、または可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（またはエルビウムとイッテルビウムの双方）がドープされたファイバアンプで増幅し、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よい。
【０１１１】
なお、露光光として、Ｆ２レーザを使用する場合には、レンズの硝材として、蛍石、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、リチウム−カルシウム−アルミニウム−フロオライド、及びリチウム−ストロンチウム−アルミニウム−フロオライド等の結晶や、ジルコニウム−バリウム−ランタン−アルミニウムからなるフッ化ガラスや、フッ素をドープした石英ガラス、フッ素に加えて水素もドープされた石英ガラス、ＯＨ基を含有させた石英ガラス、フッ素に加えてＯＨ基を含有した石英ガラス等の改良石英を用いることができる。
【０１１２】
なお、前記各実施形態の露光装置２１は、例えば次のように製造される。
すなわち、まず、照明光学系ＩＯ、投影光学系ＰＯを構成する複数のレンズ、カバーレンズ、ミラー等の光学素子の少なくとも一部を前記各実施形態または前記各変形例の鏡筒に収容し、この照明光学系ＩＯ及び投影光学系ＰＯを露光装置２１の本体に組み込み、光学調整を行う。次いで、多数の機械部品からなるウエハステージＷＳＴ（スキャンタイプの露光装置の場合は、レチクルステージＲＳＴも含む）を露光装置２１の本体に取り付けて配線を接続する。そして、露光装置２１をチャンバ内に収容した上で、さらに総合調整（電気調整、動作確認など）を行う。
【０１１３】
ここで、光学素子保持装置を構成する各部品は、超音波洗浄などにより、加工油や、金属物質などの不純物を落としたうえで、組み上げられる。なお、露光装置２１の製造は、温度、湿度や気圧が制御され、かつクリーン度が調整されたクリーンルーム内で行うことが望ましい。
【０１１４】
次に、上述した露光装置２１をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
図９は、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。図８に示すように、まず、ステップＳ２０１（設計ステップ）において、デバイス（マイクロデバイス）の機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ２０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レクチルＲ等）を製作する。一方、ステップＳ２０３（基板製造ステップ）において、シリコン、ガラスプレート等の材料を用いて基板（シリコン材料を用いた場合にはウエハＷとなる。）を製造する。
【０１１５】
次に、ステップＳ２０４（基板処理ステップ）において、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３で用意したマスクと基板を使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によって基板上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ２０５（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ２０４で処理された基板を用いてデバイス組立を行う。このステップＳ２０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入等）等の工程が必要に応じて含まれる。
【０１１６】
最後に、ステップＳ２０６（検査ステップ）において、ステップＳ２０５で作製されたデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
【０１１７】
図１０は、半導体デバイスの場合における、図９のステップＳ２０４の詳細なフローの一例を示す図である。図１０において、ステップＳ２１１（酸化ステップ）では、ウエハＷの表面を酸化させる。ステップＳ２１２（ＣＶＤステップ）では、ウエハＷ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２１３（電極形成ステップ）では、ウエハＷ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２１４（イオン打込みステップ）では、ウエハＷにイオンを打ち込む。以上のステップＳ２１１〜Ｓ２１４のそれぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
【０１１８】
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ２１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハＷに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ２１６（露光ステップ）において、先に説明したリソグラフィシステム（露光装置１０）によってマスク（レチクルＲ）の回路パターンをウエハＷ上に転写する。次に、ステップＳ２１７（現像ステップ）では露光されたウエハＷを現像し、ステップＳ２１８（エッチングステップ）において、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。そして、ステップＳ２１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
【０１１９】
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハＷ上に多重に回路パターンが形成される。
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップＳ２１６）において上記の露光装置２１が用いられ、真空紫外域の露光光により解像力の向上が可能となり、しかも露光量制御を高精度に行うことができる。従って、結果的に最小線幅が０．１μｍ程度の高集積度のデバイスを歩留まりよく生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の露光装置の全体構成を示す概略構成図。
【図２】図１の露光装置の光源から計測照明光学系に至る経路を示す概略構成図。
【図３】図１の照明光学系から分岐されたレチクルアライメント光学系を示す概略構成図。
【図４】図１の基準板を示す平面図。
【図５】（ａ）はレチクルアライメントマークを、（ｂ）は基準マークを、（ｃ）はレチクルアライメントマークの像と基準マークの像との合成像がＸ及びＹ軸計測用センサに投影された状態を、それぞれ示す説明図。
【図６】図５（ｃ）の合成像の信号波形を示す説明図。
【図７】第１マーク信号検出工程でのレチクルアライメントマークの撮像に関する説明図。
【図８】第１マーク信号検出工程でレチクルアライメントマークの撮像に失敗した場合の同マークの検出に関する説明図。
【図９】デバイスの製造例のフローチャート。
【図１０】半導体デバイスの場合における図９の基板処理に関する詳細なフローチャート。
【符号の説明】
【０１２１】
２１…露光装置、２２Ａ，２３Ｂ…位置計測装置としてのレチクルアライメント光学系、２６…制御部としての主制御系、２７…調整部としての動作制御部、２８…計測部としての位置演算部、４５…位置計測装置及び撮像部としてのＦＩＡ系、５２…撮像部としての結像系、ＦＭ…基準マーク、ＩＦ，ＩＦ１，ＩＦ２…撮像視野、Ｒ…物体及びマスクとしてのレチクル、Ｗ…基板としてのウエハ。
【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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