(57)【要約】主制御装置（２０）は、ウエハＷとアライメントセンサ（１４）との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、ウエハ上のアライメントマーク近傍の照射領域に第１結像光束を照射し、該結像光束のウエハ表面からの反射光に基づいてウエハのＺ位置を調整した後、マークのＸＹ位置情報を検出する。次いで、第１の状態からウエハを１８０°回転した第２の状態で、前記照射領域に第２結像光束を照射し、該結像光束のウエハ表面からの反射光に基づいてウエハのＺ位置を調整した後、マークのＸＹ位置情報を検出する。この場合、各結像光束は同一の照射領域に照射されるので、ウエハ回転後に回転前のフォーカス状態を正確に再現できる。このようにして得られた位置情報を用いることで、検出系に起因する検出ずれ及びマークの形成状態に起因する検出ずれを精度良く算出することができる。
2004003469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上に形成されたパターンを光学的に検出するパターン検出装置であって、
前記物体上の所定点に検出領域を設定し、該検出領域のパターンを検出光学系を介して光学的に検出する検出系と；
前記物体上の検出領域に対して相互に回転対称で且つ前記検出領域から離れる方向にそれぞれ延在する少なくとも一組の照射領域にそれぞれ結像光束を照射可能な照射系と、いずれかの前記結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出し前記結像光束が照射された前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置に応じた光電変換信号を出力する受光系とを有する焦点位置検出装置と；を備えるパターン検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパターン検出装置において、
前記照射系は、直交二軸方向について前記所定点に関して相互に回転対称な２組の照射領域に結像光束をそれぞれ照射可能であることを特徴とするパターン検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載のパターン検出装置の使用方法であって、
計測対象パターンが形成された物体と前記検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、前記物体上の計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する前記照射系から第１結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と；
前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第１面内位置情報を得る工程と；
前記物体を前記第１の状態から前記検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、前記照射領域に前記照射系から前記第１の結像光束とは異なる第２の結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と；
前記物体表面の光軸方向位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第２面内位置情報を得る工程と；を含む使用方法。
【請求項４】
請求項３に記載の使用方法において、
前記第１及び第２面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程；を更に含むことを特徴とする使用方法。
【請求項５】
請求項１に記載のパターン検出装置を用いて物体の位置を計測する位置計測方法であって、
計測対象パターンが形成された物体と前記検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、前記物体上の計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する前記照射系から第１結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と；
前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第１面内位置情報を得る工程と；
前記物体を前記第１の状態から前記検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、前記照射領域に前記照射系から前記第１の結像光束とは異なる第２の結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と；
前記物体表面の光軸方向位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第２面内位置情報を得る工程と；
前記第１及び第２面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程と；
前記第１面内位置情報及び前記第２面内位置情報の一方と、前記算出された検出ずれとに基づいて前記物体の位置を算出する工程と；を含む位置計測方法。
【請求項６】
エネルギビームにより感光性の物体を露光して前記物体に所定のパターンを形成する露光方法であって、
請求項５に記載の位置計測方法により前記物体の位置を計測する工程と；
前記計測された位置情報に基づいて前記物体の位置を制御しつつ前記エネルギビームにより前記物体を露光する工程と；を含む露光方法。
【請求項７】
計測対象パターンが形成された物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、前記物体上の前記計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を前記検出光学系を介して光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第１位置情報を得る工程と；
前記第１位置情報に基づいて前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整した状態で、前記検出光学系を含む検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第１面内位置情報を得る第１検出工程と；
前記物体を前記第１の状態から前記検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第２位置情報を得る工程と；
前記第２位置情報に基づいて前記物体表面の光軸方向位置を調整した状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第２面内位置情報を得る第２検出工程と；
前記第１及び第２面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程と；を含む計測方法。
【請求項８】
請求項７に記載の計測方法において、
前記第１の状態において、前記結像光束が照射される前記物体上の前記所定の照射領域とほぼ同一の領域に、前記結像光束が前記第２の状態においても照射されるように、前記第１検出工程後で且つ前記第２検出工程前の期間において、前記物体を前記光軸に直交する面内で移動する工程をさらに含むことを特徴とする計測方法。
【請求項９】
請求項７に記載の計測方法において、
前記物体上に複数の結像光束を照射可能であり、
前記第１の状態において前記結像光束が照射される前記物体上の前記所定の照射領域とほぼ同一の領域に、前記結像光束が前記第２の状態においても照射されるように、前記第１検出工程と前記第２検出工程とで、前記物体上に照射する結像光束を切り換えて使用することを特徴とする計測方法。
【請求項１０】
物体の位置を計測する位置計測方法であって、
計測対象パターンが形成された物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、前記物体上の前記計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を前記検出光学系を介して光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第１位置情報を得る工程と；
前記第１位置情報に基づいて前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整した状態で、前記検出光学系を含む検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第１面内位置情報を得る第１検出工程と；
前記物体を前記第１の状態から前記検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第２位置情報を得る工程と；
前記第２位置情報に基づいて前記物体表面の光軸方向位置を調整した状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第２面内位置情報を得る第２検出工程と；
前記第１及び第２面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程と；
前記第１面内位置情報及び前記第２面内位置情報の一方と、前記算出された検出ずれとに基づいて前記物体の位置を算出する工程と；を含む位置計測方法。
【請求項１１】
エネルギビームにより感光性の物体を露光して前記物体に所定のパターンを形成する露光方法であって、
請求項１０に記載の位置計測方法により前記物体の位置を計測する工程と；
前記計測された位置情報に基づいて前記物体の位置を制御しつつ前記エネルギビームにより前記物体を露光する工程と；を含む露光方法。
【請求項１２】
物体上の所定点に検出領域を設定し、該検出領域のパターンを検出光学系を介して光学的に検出する検出系と；
前記物体上の検出領域に対して相互に回転対称で且つ前記検出領域から離れる方向にそれぞれ延在する少なくとも一組の照射領域にそれぞれ結像光束を照射可能な照射系と、前記結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出し前記結像光束が照射された前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置に応じた光電変換信号を出力する受光系とを有する焦点位置検出装置と；
前記物体を少なくとも前記光軸方向に駆動する第１駆動機構と；
前記物体と前記検出光学系とを相対的に少なくとも１８０°前記光軸方向の軸回りに回転駆動可能な第２駆動機構と；
前記物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、前記物体上の計測対象パターンの近傍の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する前記照射系から第１結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を受光した前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記第１駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第１面内位置情報を検出する第１検出制御系と；
前記第２駆動機構を介して前記物体を前記第１の状態から前記検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、前記照射領域に前記照射系から前記第１の結像光束とは異なる第２の結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を受光した前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記第１駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第２面内位置情報を検出する第２検出制御系と；
前記第１及び第２面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する算出装置と；を備える計測装置。
【請求項１３】
エネルギビームにより感光性の物体を露光して前記物体に所定のパターンを形成する露光装置であって、
前記物体上に形成されたマークの位置を検出するマーク位置検出系と；
前記マーク位置検出系の検出結果に基づいて前物体の位置を制御する制御装置と；を備え、
前記マーク位置検出系が、請求項１２に記載の計測装置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
第１物体に形成された回路パターンを第２物体に転写する露光装置であって、
前記第１物体に形成されたマークの位置を検出する第１マーク位置検出系と；
前記第２物体に形成されたマークの位置を検出する第２マーク位置検出系と；
前記第１及び第２マーク位置検出系の検出結果に基づいて、前記第１物体及び第２物体の位置を制御する制御系と；を備え、
前記第１及び第２マーク位置検出系の少なくとも一方が、請求項１２に記載の計測装置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
物体上の所定点に検出領域を設定し、該検出領域のパターンを検出光学系を介して光学的に検出する検出系と；
前記物体上の所定領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出し前記所定領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置に応じた光電変換信号を出力する焦点位置検出装置と；
前記物体を少なくとも前記光軸方向に駆動する第１駆動機構と；
前記物体と前記検出光学系とを相対的に少なくとも１８０°前記光軸方向の軸回りに回転駆動可能な第２駆動機構と；
前記物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、前記焦点位置検出装置を用いて前記物体上の計測対象パターンの近傍の照射領域に前記結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光の前記光電変換信号に基づいて前記第１駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第１面内位置情報を検出する第１検出制御系と；
前記第２駆動機構を介して前記物体を前記第１の状態から前記検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、前記焦点位置検出装置を用いて前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光の光電変換信号に基づいて前記第１駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第２面内位置情報を検出する第２検出制御系と；
前記第１及び第２面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する算出装置と；を備える計測装置。
【請求項１６】
エネルギビームにより感光性の物体を露光して前記物体に所定のパターンを形成する露光装置であって、
前記物体上に形成されたマークの位置を検出するマーク位置検出系と；
前記マーク位置検出系の検出結果に基づいて前物体の位置を制御する制御装置と；を備え、
前記マーク位置検出系が、請求項１５に記載の計測装置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１７】
第１物体に形成された回路パターンを第２物体に転写する露光装置であって、
前記第１物体に形成されたマークの位置を検出する第１マーク位置検出系と；
前記第２物体に形成されたマークの位置を検出する第２マーク位置検出系と；
前記第１及び第２マーク位置検出系の検出結果に基づいて、前記第１物体及び第２物体の位置を制御する制御系と；を備え、
前記第１及び第２マーク位置検出系の少なくとも一方が、請求項１５に記載の計測装置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１８】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程では、請求項１３、１４、１６、１７のいずれか一項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１９】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程では、請求項６又は１１に記載の露光方法を用いる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】  本発明は、パターン検出装置及びその使用方法、計測方法及び装置、位置計測方法、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、物体上に形成されたパターンを光学的に検出するパターン検出装置及びその使用方法、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を計測する計測方法及び装置、前記計測方法を含む位置計測方法、該位置計測方法を用いる露光方法及び前記パターン検出装置を備える露光装置、並びに前記露光方法又は前記露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】  従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを投影光学系を介してレジスト等の感光剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「ウエハ」という）上に転写する露光装置が用いられている。かかる露光装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の投影露光装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる）等の走査露光型の投影露光装置が主として用いられている。かかる露光装置においては、露光に先立ってレチクルとウエハとの位置合わせ（アライメント）を高精度に行う必要がある。このアライメント精度に対する要求は、パターンの微細化とともに厳しくなってきており、アライメントにはさまざまな工夫がなされている。
上記のアライメントを高精度に行うためには、レチクルの位置検出及びウエハの位置検出を高精度に行うことが必要である。例えばレチクルの位置検出には、露光光を用いるものが一般的であり、露光光をレチクル上に形成されたレチクルアライメントマークに照射し、ＣＣＤカメラなどで撮像したレチクルアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＶＲＡ（Ｖｉｓｕａｌ  Ｒｅｔｉｃｌｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のレチクルアライメント顕微鏡等が用いられる。一方、ウエハの位置検出には、ハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で照明し、ＣＣＤカメラなどで撮像したアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系のアライメントセンサ等が用いられる。
これらの光学式アライメントセンサを用いたレチクルとウエハとの位置合わせでは、まずレチクル上のアライメントマークを検出、処理し、位置座標を計測する。次に、ウエハ上のアライメントマークを検出、処理し、位置座標を計測することで、重ね合わされるショットの位置を求める。それらの結果をもとに、ショット位置にレチクルのパターン像が重なるように、ウエハをウエハステージにより移動させてレチクルのパターン像を投影光学系を介してウエハ上に転写する。
しかるに、上述の位置計測装置を構成する光学系の状態（波面収差や絞り位置のずれなど）により、位置計測結果が真のマーク位置からずれてしまうことがある。また、観察されるアライメントマークそのものが設計通りに形成されていなければ、やはり位置計測結果はずれてしまう。
ウエハ上のマークの変形で、位置ずれに寄与するのは、計測軸方向に非対称な成分である。従って、ウエハがある方向を向いた状態（以下、便宜上「０°の状態」と呼ぶ）と、この状態からウエハを１８０°回転した状態（以下、便宜上「１８０°の状態」と呼ぶ）との両状態で、同じマークを計測すれば、ウエハの変形（ウエハ上のマーク変形）に起因する位置ずれ量（ＷＩＳ：Ｗａｆｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｈｉｆｔ）は符号が反転する。
一方、位置計測装置起因の位置ずれ成分（ＴＩＳ：Ｔｏｏｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｈｉｆｔ）は、ウエハの方向によらず一定であるため、ウエハ反転時の位置ずれ量への寄与が、上述のＷＩＳの場合と異なる。
従って、ウエハ上の同一マークを０°の状態及び１８０°の状態で計測し、その位置計測結果を組み合わせることにより、装置起因の位置ずれ量（ＴＩＳ）を知ることができる。
しかるに、ＴＩＳ及びＷＩＳは、一般に被検マークのフォーカス状態、すなわちマーク（の位置）を計測する際の位置計測装置の光学系の結像面に対するマークの光軸方向の位置ずれ量に依存する。従って、ＴＩＳ（あるいはＷＩＳ）の計測に際しては、ウエハを１８０°反転する場合に、０°の状態と同じフォーカス状態を再現することが重要となる。
ところで、前述のＦＩＡ系などでは、フォーカス計測を行うために、ウエハ上に投影したスリット像の光束のウエハ面からの反射光束を瞳面で２分割し、それぞれの分割光束を撮像面上にスリット像として再結像させて、それらのスリット像同士の撮像面上における距離（間隔）の変化（位置ずれ）を検出し、この検出結果に基づいてフォーカス状態を検出する、すなわちフォーカス状態（デフォーカス量）をスリット像同士の距離の変化として検出するフォーカス計測系が組み込まれているのが一般的である。
しかるに、従来のＴＩＳ計測では、０°の状態における計測の終了後に、ウエハを１８０°回転し、その状態で上述のフォーカス計測系を用いてフォーカス計測を行った後、その計測結果に基づいてフォーカス状態を調整してマークの位置計測を行っていた。このため、その反転後に、スリット像がウエハ上に投影される位置が変わり、その光束がウエハ上に存在するパターンやマークなどの影響を受けて、０°の状態におけるフォーカス計測の際とスリット像の光束が受ける影響が異なることがしばしばあった。このような場合、スリット像の光束が受ける影響の相違に起因してフォーカス計測値にオフセットが含まれ、フォーカス計測値に基づいてフォーカス状態を調整しても、そのオフセット分のフォーカス調整誤差が必然的に生じていた。その結果、ＴＩＳ計測結果に誤差が含まれ、ひいてはそのＴＩＳの計測結果を考慮して行われる、マークの位置計測に誤差が生じていた。
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、検出対象のパターンが形成された物体の反転後に反転前のフォーカス状態を正確に再現することができるパターン検出装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、検出対象のパターンが形成された物体の反転後に反転前のフォーカス状態を正確に再現してパターンの位置情報を正確に得ることができるパターン検出装置の使用方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を精度良く計測することができる計測方法を提供することにある。
本発明の第４の目的は、物体の位置情報を精度良く求めることができる位置計測方法を提供することにある。
本発明の第５の目的は、物体上にパターンを精度良く形成することができる露光方法及び露光装置を提供することにある。
本発明の第６の目的は、デバイスの生産性を向上させることができるデバイス製造方法を提供することにある。
【発明の開示】
本発明は、第１の観点からすると、物体上に形成されたパターンを光学的に検出するパターン検出装置であって、前記物体上の所定点に検出領域を設定し、該検出領域のパターンを検出光学系を介して光学的に検出する検出系と；前記物体上の検出領域に対して相互に回転対称で且つ前記検出領域から離れる方向にそれぞれ延在する少なくとも一組の照射領域にそれぞれ結像光束を照射可能な照射系と、いずれかの前記結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出し前記結像光束が照射された前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置に応じた光電変換信号を出力する受光系とを有する焦点位置検出装置と；を備えるパターン検出装置である。
これによれば、焦点位置検出装置が、物体上の検出領域に対して相互に回転対称で且つ検出領域から離れる方向にそれぞれ延在する少なくとも一組の照射領域にそれぞれ結像光束を照射可能な照射系を有している。このため、照射系から物体上のある領域（便宜上「第１の照射領域」と呼ぶ）に結像光束を照射し、この結像光束の物体表面からの反射光の受光系による光電変換信号に基づいて物体表面の光軸方向位置を検出し、この検出結果に基づいて物体の光軸方向位置を調整し、しかる後、物体を検出領域を中心として検出光学系に対して１８０°回転（反転）する。この物体の反転後の状態では、物体上の前述の第１の照射領域は、反転前に第１の照射領域と組をなす照射領域（便宜上「第２の照射領域」と呼ぶ）と一致している。従って、物体の反転後、反転前の物体上の第２の照射領域（すなわち反転後の物体上の第１の照射領域）に結像光束を照射し、この結像光束の物体表面からの反射光の受光系による光電変換信号に基づいて物体表面の光軸方向位置を検出し、この検出結果に基づいて物体の光軸方向位置を調整することにより、反転前と同じフォーカス状態が正確に再現される。従って、本発明のパターン検出装置によれば、検出対象のパターンが形成された物体の反転後に反転前のフォーカス状態を正確に再現することが可能となる。
この場合において、前記照射系は、直交二軸方向について前記所定点に関して相互に回転対称な２組の照射領域に結像光束をそれぞれ照射可能であることとすることができる。
本発明は、第２の観点からすると、本発明のパターン検出装置の使用方法であって、計測対象パターンが形成された物体と前記検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、前記物体上の計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する前記照射系から第１結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と；前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第１面内位置情報を得る工程と；前記物体を前記第１の状態から前記検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、前記照射領域に前記照射系から前記第１の結像光束とは異なる第２の結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と；前記物体表面の光軸方向位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第２面内位置情報を得る工程と；を含む使用方法である。
これによれば、物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、物体上の計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に焦点位置検出装置を構成する照射系から第１の結像光束を照射し、その結像光束の物体表面からの反射光を光電検出した受光系からの光電変換信号に基づいて検出光学系の光軸方向に関する物体表面の位置を調整する。この調整がなされた状態（光軸に直交する面内に関する物体と検出光学系との位置関係は、第１の状態と同様である）で、検出系を用いて計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの光軸に直交する面内の第１面内位置情報を得る。次いで、物体を第１の状態（より正確には、前述の調整後の状態）から検出光学系に対して相対的に１８０°回転した状態で、第１の結像光束が照射された前記照射領域に照射系から第１の結像光束とは異なる第２の結像光束を照射し、その結像光束の物体表面からの反射光を光電検出した受光系からの光電変換信号に基づいて検出光学系の光軸方向に関する物体表面の位置を調整し、この調整がなされた状態（光軸に直交する面内に関する物体と検出光学系との位置関係は、第２の状態と同様である）で、検出系を用いて計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの光軸に直交する面内の第２面内位置情報を得る。従って、検出対象のパターンが形成された物体の反転後に反転前のフォーカス状態を正確に再現してパターンの位置情報を正確に得ることができる。
この場合において、前記第１及び第２面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程；を更に含むこととすることができる。
本発明は、第３の観点からすると、本発明のパターン検出装置を用いて物体の位置を計測する位置計測方法であって、計測対象パターンが形成された物体と前記検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、前記物体上の計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する前記照射系から第１結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に開する前記物体表面の位置を調整する工程と；前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第１面内位置情報を得る工程と；
前記物体を前記第１の状態から前記検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、前記照射領域に前記照射系から前記第１の結像光束とは異なる第２の結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と；前記物体表面の光軸方向位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第２面内位置情報を得る工程と；前記第１及び第２面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程と；前記第１面内位置情報及び前記第２面内位置情報の一方と、前記算出された検出ずれとに基づいて前記物体の位置を算出する工程と；を含む第１の位置計測方法である。
すなわち、本発明の第１の位置計測方法は、前述した本発明の使用方法の各工程と、その使用方法の実行中に得られた第１及び第２面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ（ＴＩＳ）及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれ（ＷＩＳ）の少なくとも一方を算出する工程と、第１面内位置情報及び前記第２面内位置情報の一方と、算出された検出ずれとに基づいて物体の位置を算出する工程と；を含む。従って、本発明の第１の位置計測方法によれば、物体の反転の影響を受けることなく、第１面内位置情報、第２面内位置情報、及び検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を、精度良く求めることができ、これら精度良く求められた第１面内位置情報及び第２面内位置情報の一方と、算出された検出ずれとに基づいて物体の位置を算出することにより、検出ずれの影響を受けることなく、物体の位置情報を精度良く求めることが可能となる。
本発明は、第４の観点からすると、エネルギビームにより感光性の物体を露光して前記物体に所定のパターンを形成する露光方法であって、本発明の第１の位置計測方法により前記物体の位置を計測する工程と；前記計測された位置情報に基づいて前記物体の位置を制御しつつ前記エネルギビームにより前記物体を露光する工程と；を含む第１の露光方法である。
これによれば、上記本発明の第１の位置計測方法により、精度良く求められた物体の位置情報に基づいて、物体の位置を制御しつつエネルギビームにより物体が露光される。すなわち、物体の位置を高精度に制御しつつ露光が行われる。従って、物体上にパターンを精度良く形成することが可能となる。
本発明は第５の観点からすると、計測対象パターンが形成された物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、前記物体上の前記計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を前記検出光学系を介して光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第１位置情報を得る工程と；前記第１位置情報に基づいて前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整した状態で、前記検出光学系を含む検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第１面内位置情報を得る第１検出工程と；前記物体を前記第１の状態から前記検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第２位置情報を得る工程と；前記第２位置情報に基づいて前記物体表面の光軸方向位置を調整した状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第２面内位置情報を得る第２検出工程と；前記第１及び第２面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程と；を含む第１の計測方法である。
これによれば、上記第１の状態において、計測対象パターンの近傍の照射領域に結像光束を照射することにより得られた物体表面の光軸方向に関する第１位置情報に基づいて、物体のフォーカス状態を調整した状態で、計測対象パターンを検出し、計測対象パターンの光軸に直交する面内の第１面内位置情報を得る。この場合、デフォーカスがない状態で第１面内位置情報が得られるので、精度良く第１面内位置情報を得ることができる。また、物体を第１の状態から検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態においても、第１の状態で結像光束が照射された領域と同一の照射領域に結像光束を照射し、この照射により得られた物体の光軸方向に関する第２位置情報に基づいて物体のフォーカス状態が調整される。この場合、第１の状態と第２の状態とで同一の領域に結像光束が照射されているので、物体を第１の状態から検出光学系に対して相対的に１８０°回転した後のフォーカス状態の調整に際して、回転前のフォーカス状態が正確に再現される。そして、このフォーカス状態が正確に再現された状態で、計測対象パターンを検出することで、計測対象パターンの光軸に直交する面内の第２面内位置情報を得る。この場合も、デフォーカスがない状態で第２面内位置情報が得られるので、精度良く第２面内位置情報を得ることができる。
そして、このようにして得られた第１及び第２面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する。従って、本発明によれば、検出光学系に対する物体の反転の影響を受けることなく、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を精度良く計測することができる。
この場合、前記第１の状態において、前記結像光束が照射される前記物体上の前記所定の照射領域とほぼ同一の領域に、前記結像光束が前記第２の状態においても照射されるように、前記第１検出工程後で且つ前記第２検出工程前の期間において、前記物体を前記光軸に直交する面内で移動する工程をさらに含むこととすることができる。
本発明の第１の計測方法では、前記物体上に複数の結像光束を照射可能である場合には、前記第１の状態において前記結像光束が照射される前記物体上の前記所定の照射領域とほぼ同一の領域に、前記結像光束が前記第２の状態においても照射されるように、前記第１検出工程と前記第２検出工程とで、前記物体上に照射する結像光束を切り換えて使用することとすることができる。
本発明は、第６の観点からすると、物体の位置を計測する位置計測方法であって、計測対象パターンが形成された物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、前記物体上の前記計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を前記検出光学系を介して光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第１位置情報を得る工程と；前記第１位置情報に基づいて前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整した状態で、前記検出光学系を含む検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第１面内位置情報を得る第１検出工程と；前記物体を前記第１の状態から前記検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第２位置情報を得る工程と；前記第２位置情報に基づいて前記物体表面の光軸方向位置を調整した状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第２面内位置情報を得る第２検出工程と；前記第１及び第２面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程と；前記第１面内位置情報及び前記第２面内位置情報の一方と、前記算出された検出ずれとに基づいて前記物体の位置を算出する工程と；を含む第２の位置計測方法である。すなわち、この第２の位置計測方法は、上記第１の計測方法の各工程と、前記第１面内位置情報及び前記第２面内位置情報の一方と、前記算出された検出ずれとに基づいて前記物体の位置を算出する工程と；を含む。
従って、本発明の第２の位置計測方法によれば、本発明の第１の位置計測方法により、物体の反転の影響を受けることなく、第１面内位置情報、第２面内位置情報、及び検出系に起因する検出ずれ（ＴＩＳ）及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれ（ＷＩＳ）の少なくとも一方を、精度良く求めることができる。そして、これら精度良く求められた第１面内位置情報及び第２面内位置情報の一方と、算出された検出ずれとに基づいて物体の位置を算出することにより、検出ずれの影響を受けることなく、物体の位置情報を精度良く求めることが可能となる。
本発明は、第７の観点からすると、エネルギビームにより感光性の物体を露光して前記物体に所定のパターンを形成する露光方法であって、上記本発明の第２の位置計測方法により前記物体の位置を計測する工程と；前記計測された位置情報に基づいて前記物体の位置を制御しつつ前記エネルギビームにより前記物体を露光する工程と；を含む第２の露光方法である。
これによれば、本発明の第２の位置計測方法により、精度良く求められた物体の位置情報に基づいて、物体の位置を制御しつつエネルギビームにより物体が露光される。すなわち、物体の位置を高精度に制御しつつ露光が行われる。従って、物体上にパターンを精度良く形成することが可能となる。
本発明は、第８の観点からすると、物体上の所定点に検出領域を設定し、該検出領域のパターンを検出光学系を介して光学的に検出する検出系と；
前記物体上の検出領域に対して相互に回転対称で且つ前記検出領域から離れる方向にそれぞれ延在する少なくとも一組の照射領域にそれぞれ結像光束を照射可能な照射系と、前記結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出し前記結像光束が照射された前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置に応じた光電変換信号を出力する受光系とを有する焦点位置検出装置と；前記物体を少なくとも前記光軸方向に駆動する第１駆動機構と；前記物体と前記検出光学系とを相対的に少なくとも１８０°前記光軸方向の軸回りに回転駆動可能な第２駆動機構と；前記物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、前記物体上の計測対象パターンの近傍の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する前記照射系から第１結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を受光した前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記第１駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第１面内位置情報を検出する第１検出制御系と；
前記第２駆動機構を介して前記物体を前記第１の状態から前記検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、前記照射領域に前記照射系から前記第１の結像光束とは異なる第２の結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を受光した前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記第１駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第２面内位置情報を検出する第２検出制御系と；前記第１及び第２面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する算出装置と；を備える第１の計測装置である。
これによれば、第１検出制御系が、物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、物体上の計測対象パターンの近傍の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する照射系から第１結像光束を照射し、該結像光束の物体表面からの反射光を受光した受光系から出力される光電変換信号に基づいて第１駆動機構を介して物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、検出系を用いて計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの光軸に直交する面内の第１面内位置情報を検出する。このため、デフォーカスがない状態で第１面内位置情報が得られるので、精度良く第１面内位置情報を得ることができる。
また、第２検出制御系では、第２駆動機構を介して物体を第１の状態から検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、前記照射領域に照射系から第１の結像光束とは異なる第２の結像光束を照射し、該結像光束の物体表面からの反射光を受光した受光系から出力される光電変換信号に基づいて第１駆動機構を介して物体表面の光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、検出系を用いて計測対象パターンの光軸に直交する面内の第２面内位置情報を検出する。この場合、第１の状態と第２の状態とで同一の領域に第１の結像光束、第２の結像光束が照射されているので、物体を第１の状態から検出光学系に対して相対的に１８０°回転した後のフォーカス状態の調整に際して、回転前のフォーカス状態が正確に再現される。そして、このフォーカス状態が正確に再現された状態で、かつデフォーカスがない状態で計測対象パターンの光軸に直交する面内の第２面内位置情報が得られるので、精度良く第２面内位置情報を得ることができる。
そして、算出装置では、このようにして得られた第１及び第２面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する。従って、本発明によれば、検出光学系に対する物体の反転の影響を受けることなく、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を精度良く計測することができる。
本発明は、第９の観点からすると、エネルギビームにより感光性の物体を露光して前記物体に所定のパターンを形成する露光装置であって、前記物体上に形成されたマークの位置を検出するマーク位置検出系と；前記マーク位置検出系の検出結果に基づいて前物体の位置を制御する制御装置と；を備え、前記マーク位置検出系が、本発明の第１の計測装置を有することを特徴とする第１の露光装置である。
これによれば、マーク位置検出系が上記本発明の第１の計測装置を有しているので、検出系に起因する検出ずれ（ＴＩＳ）及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれ（ＷＩＳ）の少なくとも一方を精度良く計測することができ、物体上に形成されたマークの位置を検出する際に、その精度良く計測された検出ずれを考慮した高精度なマーク位置の検出が可能となる。そして、制御装置により、露光の際に、そのマーク位置検出系の検出結果に基づいて物体の位置が制御される。すなわち、物体の位置を高精度に制御しつつ露光が行われる。従って、物体上にパターンを精度良く形成することが可能となる。
本発明は、第１０の観点からすると、第１物体に形成された回路パターンを第２物体に転写する露光装置であって、前記第１物体に形成されたマークの位置を検出する第１マーク位置検出系と；前記第２物体に形成されたマークの位置を検出する第２マーク位置検出系と；前記第１及び第２マーク位置検出系の検出結果に基づいて、前記第１物体及び第２物体の位置を制御する制御系と；を備え、前記第１及び第２マーク位置検出系の少なくとも一方が、本発明の第１の計測装置を有することを特徴とする第２の露光装置である。
これによれば、第１及び第２マーク位置検出系の少なくとも一方の特定のマーク位置検出系が、上記本発明の第１の計測装置を有しているので、その特定のマーク位置検出系では、検出系に起因する検出ずれ（ＴＩＳ）及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれ（ＷＩＳ）の少なくとも一方を精度良く計測することができるとともに、検出対象の物体（第１物体及び第２物体の少なくとも一方）上に形成されたマークの位置を検出する際に、その精度良く計測された検出ずれを考慮した高精度なマーク位置の検出が可能となる。そして、制御系により、露光の際に、第１及び第２マーク位置検出系の検出結果に基づいて、第１物体及び第２物体の位置が制御される。この結果、第１物体と第２物体との重ね合わせ精度が向上し、第１物体のパターンを第２物体上に精度良く重ね合わせて形成することが可能となる。
本発明は、第１１の観点からすると、物体上の所定点に検出領域を設定し、該検出領域のパターンを検出光学系を介して光学的に検出する検出系と；前記物体上の所定領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出し前記所定領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置に応じた光電変換信号を出力する焦点位置検出装置と；前記物体を少なくとも前記光軸方向に駆動する第１駆動機構と；前記物体と前記検出光学系とを相対的に少なくとも１８０°前記光軸方向の軸回りに回転駆動可能な第２駆動機構と；前記物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第１の状態で、前記焦点位置検出装置を用いて前記物体上の計測対象パターンの近傍の照射領域に前記結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光の前記光電変換信号に基づいて前記第１駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第１面内位置情報を検出する第１検出制御系と；
前記第２駆動機構を介して前記物体を前記第１の状態から前記検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、前記焦点位置検出装置を用いて前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光の光電変換信号に基づいて前記第１駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第２面内位置情報を検出する第２検出制御系と；前記第１及び第２面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する算出装置と；を備える第２の計測装置である。
これによれば、第１検出制御系が、上記第１の状態で、焦点位置検出装置を用いて物体上の計測対象パターンの近傍の照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の物体表面からの反射光の光電変換信号に基づいて第１駆動機構を介して物体表面の光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、検出系を用いて計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの光軸に直交する面内の第１面内位置情報を検出する。このため、デフォーカスがない状態で第１面内位置情報が得られるので、精度良く第１面内位置情報を得ることができる。
また、第２検出制御系では、第２駆動機構を介して物体を前記第１の状態から検出光学系に対して相対的に１８０°回転した第２の状態で、焦点位置検出装置を用いて前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光の光電変換信号に基づいて第１駆動機構を介して物体表面の光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、検出系を用いて計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第２面内位置情報を検出する。この場合、第１の状態と第２の状態とで同一の領域に結像光束が照射されているので、物体を第１の状態から検出光学系に対して相対的に１８０°回転した後のフォーカス状態の調整に際して、回転前のフォーカス状態が正確に再現される。そして、このフォーカス状態が正確に再現された状態で、かつデフォーカスがない状態で計測対象パターンの光軸に直交する面内の第２面内位置情報が得られるので、精度良く第２面内位置情報を得ることができる。
そして、算出装置では、このようにして得られた第１及び第２面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する。従って、本発明によれば、検出光学系に対する物体の反転の影響を受けることなく、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を精度良く計測することができる。
本発明は、第１２の観点からすると、エネルギビームにより感光性の物体を露光して前記物体に所定のパターンを形成する露光装置であって、前記物体上に形成されたマークの位置を検出するマーク位置検出系と；前記マーク位置検出系の検出結果に基づいて前物体の位置を制御する制御装置と；を備え、前記マーク位置検出系が、請求項１５に記載の計測装置を有することを特徴とする第３の露光装置である。
これによれば、マーク位置検出系が本発明の第２の計測装置を有しているので、検出系に起因する検出ずれ（ＴＩＳ）及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれ（ＷＩＳ）の少なくとも一方を精度良く計測することができ、物体上に形成されたマークの位置を検出する際に、その精度良く計測された検出ずれを考慮した高精度なマーク位置の検出が可能となる。そして、制御装置により、露光の際に、そのマーク位置検出系の検出結果に基づいて物体の位置が制御される。すなわち、物体の位置を高精度に制御しつつ露光が行われる。従って、物体上にパターンを精度良く形成することが可能となる。
本発明は、第１３の観点からすると、第１物体に形成された回路パターンを第２物体に転写する露光装置であって、前記第１物体に形成されたマークの位置を検出する第１マーク位置検出系と；前記第２物体に形成されたマークの位置を検出する第２マーク位置検出系と；前記第１及び第２マーク位置検出系の検出結果に基づいて、前記第１物体及び第２物体の位置を制御する制御系と；を備え、前記第１及び第２マーク位置検出系の少なくとも一方が、本発明の第２の計測装置を有することを特徴とする第４の露光装置である。
これによれば、第１及び第２マーク位置検出系の少なくとも一方の特定のマーク位置検出系が、上記本発明の第２の計測装置を有しているので、その特定のマーク位置検出系では、検出系に起因する検出ずれ（ＴＩＳ）及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれ（ＷＩＳ）の少なくとも一方を精度良く計測することができるとともに、検出対象の物体（第１物体及び第２物体の少なくとも一方）上に形成されたマークの位置を検出する際に、その精度良く計測された検出ずれを考慮した高精度なマーク位置の検出が可能となる。そして、制御系により、露光の際に、第１及び第２マーク位置検出系の検出結果に基づいて、第１物体及び第２物体の位置が制御される。この結果、第１物体と第２物体との重ね合わせ精度が向上し、第１物体のパターンを第２物体上に精度良く重ね合わせて形成することが可能となる。
また、リソグラフィ工程において、本発明の第１〜第４の露光装置のいずれかを用いて露光を行うことにより、物体上にパターンを精度良く形成することができ、これにより、より高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができる。同様に、リソグラフィ工程において、本発明の第１、第２の露光方法を用いることにより、物体上にパターンを精度良く形成することができ、これにより、より高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができる。従って、本発明は、更に別の観点からすると、本発明の第１〜第４の露光装置のいずれか、又は本発明の第１、第２の露光方法のいずれかを用いるデバイス製造方法であるとも言える。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の一実施形態に係る露光装置を概略的に示す図である。
図２は、図１のウエハホルダをＺ・チルトステージとともに一部破砕して示す図である。
図３は、図１のアライメントセンサの内部構成を示す図である。
図４Ａは、視野絞り板を示す図であり、図４Ｂは、遮光板を示す図である。また図４Ｃ〜図４Ｇは視野絞り板の別形態を示す図である。
図５Ａ、図５Ｂは、第１、第２検出系を構成する反射板の配置を説明するための図である。
図６Ａは、ウエハ表面が最良焦点面よりも低い位置にあるときのラインセンサ上における結像状態を示す図、図６Ｂは、ウエハ表面が最良焦点面にあるときのラインセンサ上における結像状態を示す図、図６Ｃは、ウエハ表面が最良焦点面よりも高い位置にあるときのラインセンサ上における結像状態を示す図である。
図７は、ウエハ上のアライメントマークの配置を示す図である。
図８Ａは、アライメントマークＡＭ１を０°の状態で計測している状態を示す図、図８Ｂは、アライメントマークＡＭ１を１８０°の状態で計測している状態を示す図である。
図９Ａは、アライメントマークＡＭ２を０°の状態で計測している状態を示す図、図９Ｂは、アライメントマークＡＭ２を１８０°の状態で計測している状態を示す図である。
図１０Ａは、ウエハ及びアライメントマークを示す断面図、図１０Ｂは、コマ収差及びエッジ傾きそれぞれのフォーカス状態に応じた計測結果を示すグラフである。
図１１Ａは、フォーカスオフセットがない状態での位置ずれ量を表すグラフ、図１１Ｂは、図１１Ａの計測結果により求められるＴＩＳ、ＷＩＳの算出結果を示すグラフである。
図１２Ａは、０°の状態、１８０°の状態の相互間でフォーカスオフセットがある状態での位置ずれ量を表すグラフ、図１２Ｂは、図１２Ａの計測結果により求められるＴＩＳ、ＷＩＳの算出結果を表すグラフである。
図１３は、本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。
図１４は、図１３のステップ２０４の詳細を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の一実施形態を図１〜図１２Ｂに基づいて説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る露光装置１００の概略構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。この露光装置１００は、照明系１０、第１物体としてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、第２物体としてのウエハＷが搭載されるウエハステージＷＳＴ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを制御するステージ制御装置１９、並びに装置全体を統括制御する主制御装置２０等を備えている。
前記照明系１０は、例えば特開平６−３４９７０１号公報及びこれに対応する米国特許第５，５３４，９７０号などに開示されるように、光源、オプティカルインテグレータを含む照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、可変視野絞り（レチクルブラインド又はマスキングブレードとも呼ばれる）、及びダイクロイックミラー等（いずれも不図示）を含んで構成されている。ここで、オプティカルインテグレータとしてはフライアイレンズ、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）、あるいは回折光学素子等が用いられる。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
この照明系１０は、前述のレチクルブラインドで規定されＸ軸方向（図１における紙面内左右方向）に細長く延びるレチクルＲ上のスリット状の照明領域部分を、露光用照明光（以下「露光光」という）ＥＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、露光光ＥＬとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの遠紫外光、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）あるいはＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光などが用いられる。露光光ＥＬとして、超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）を用いることも可能である。
前記レチクルステージＲＳＴ上には、そのパターン面（図１における下面）に回路パターンＰＡが形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着等により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータを含むレチクルステージ駆動部１２によって、照明系１０の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査方向（ここでは図１における紙面直交方向であるＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
レチクルステージ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によって、移動鏡１５を介して、例えば０．５〜１ｎｍ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の位置情報はステージ制御装置１９及びこれを介して主制御装置２０に供給される。ステージ制御装置１９では、主制御装置２０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。
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとしては、例えば両側テレセントリックで所定の縮小倍率（例えば１／５、又は１／４）を有する屈折光学系が使用されている。このため、照明系１０からの露光光ＥＬ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を通過した露光光ＥＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領域内のレチクルＲの回路パターンＰＡの縮小像（部分倒立像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上に形成される。
前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置され、ウエハステージ駆動部２４を構成する不図示のリニアモータ等によってＸＹ方向へ駆動されるＸＹステージ３１と、該ＸＹステージ３１上に載置され、不図示のＺ・チルト駆動機構によって、Ｚ軸方向及びＸＹ面に対する傾斜方向へ微小駆動されるＺ・チルトステージ３０とを備えている。前記Ｚ・チルトステージ３０上には、ウエハホルダ２５が設けられ、このウエハホルダ２５によりウエハＷが吸着保持されるようになっている。
ウエハホルダ２５は、概略円板状の形状を有しており、その上面には、ウエハホルダ２５をＺ・チルトステージ３０とともに一部破砕して示す図２から分かるように、同一高さを有する多数のピン６４が設けられている。ウエハホルダ２５上面の、多数のピン６４とは機械的に干渉しない位置には不図示の吸引孔が多数設けられており、これらの吸引孔を介して不図示のバキュームポンプの真空吸引力によりウエハＷがウエハホルダ２５上に吸着保持されるようになっている。
また、Ｚ・チルトステージ３０には、図２に示されるように、ウエハホルダ２５の下半部が嵌合可能な丸穴７２が形成されている。ウエハホルダ２５は、この丸穴７２にその下半部が嵌合した状態で、不図示の真空吸引機構による真空吸引力により、Ｚ・チルトステージ３０に固定されるようになっている。
前記Ｚ・チルトステージ３０の底部には、前記丸穴７２の内部の底面の中心部に相当する位置に、上下動・回転機構７４が埋め込まれている。この上下動・回転機構７４は、不図示のモータ等を含み、一端がウエハホルダの底面に固定された駆動軸７５を上下動及びほぼ１８０°回転させることが可能な機構である。この上下動・回転機構７４は、図１のウエハステージ駆動部２４の一部を構成するもので、図１のステージ制御装置１９によって制御される。
また、丸穴７２の内部の底面上には、ウエハステージ駆動部２４を構成する駆動機構により駆動される３本の上下動ピン（センターアップ）７８が設けられている。これらの上下動ピン７８は、ウエハホルダ２５がＺ・チルトステージ３０上に吸着固定された状態では、それぞれの先端部が、当該各上下動ピン７８に対向するウエハホルダ２５の所定位置にそれぞれ形成された不図示の丸孔をそれぞれ介してウエハホルダ２５の上面側に出没可能になっている。従って、ウエハ交換時には、３本の上下動ピン７８によってウエハＷを３点で支持し、あるいは上下動させたりすることができるようになっている。
また、Ｚ・チルトステージ３０上のウエハＷの近傍には、基準マーク板４０が固定されている。この基準マーク板４０の表面は、ウエハＷの表面と同じ高さに設定され、この表面には後述する複数の計測用マーク、いわゆるベースライン計測用の基準マーク、及びレチクルアライメント用の基準マークその他のマークが形成されている。
図１に戻り、ＸＹステージ３１は、走査方向（Ｙ軸方向）の移動のみならず、ウエハＷ上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、走査方向に直交する非走査方向（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、次ショットの露光のための走査開始位置（加速開始位置）まで移動する動作と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のＸＹ平面内での位置（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）を含む）は、Ｚ・チルトステージ３０の上面に設けられた移動鏡１７を介して、ウエハレーザ干渉計システム１８によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ここで、実際には、Ｚ・チルトステージ３０上には、図２に示されるように、走査方向（Ｙ軸方向）に直交する反射面を有するＹ移動鏡１７Ｙと非走査方向（Ｘ軸方向）に直交する反射面を有するＸ移動鏡１７Ｘとが設けられ、これに対応してウエハレーザ干渉計システム１８もＹ移動鏡１７Ｙに垂直に干渉計ビームを照射するＹ干渉計と、Ｘ移動鏡１７Ｘに垂直に干渉計ビームを照射するＸ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１７、ウエハレーザ干渉計システム１８として示されている。すなわち、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴの移動位置を規定する静止座標系（直交座標系）が、ウエハレーザ干渉計システム１８のＹ干渉計及びＸ干渉計の測長軸によって規定されている。以下においては、この静止座標系を「ステージ座標系」とも呼ぶ。なお、ウエハレーザ干渉計システム１８のＹ干渉計及びＸ干渉計の少なくとも一方は、測長軸を複数有する多軸干渉計であり、この干渉計によって、ウエハステージＷＳＴ（より正確には、Ｚ・チルトステージ３０）のθｚ回転（ヨーイング）も計測されている。
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）はステージ制御装置１９、及びこれを介して主制御装置２０に供給される。ステージ制御装置１９では、主制御装置２０の指示に応じ、ウエハステージＷＳＴの上記位置情報（又は速度情報）に基づき、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴを制御する。
更に、図１に示されるように、本実施形態の露光装置１００では、レチクルＲの上方に、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマークと基準マーク板４０のマークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｒｅｔｉｃｌｅ）アライメント光学系から成る一対のレチクルアライメント顕微鏡（以下、便宜上「ＲＡ顕微鏡」と呼ぶ）ＲＡ１、ＲＡ２が設けられている。これらのＲＡ顕微鏡ＲＡ１、ＲＡ２の検出信号は、アライメント信号処理系２１を介して、主制御装置２０に供給されるようになっている。この場合、レチクルＲからの検出光をそれぞれＲＡ顕微鏡ＲＡ１及びＲＡ２に導くためのプリズムから成る偏向ミラー５０Ａ及び５０Ｂが移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御装置２０からの指令のもとで、不図示のミラー駆動装置によりそれぞれ偏向ミラー５０Ａ及び５０Ｂが待避される。なお、ＲＡ顕微鏡ＲＡ１、ＲＡ２と同等の構成は、例えば特開平７−１７６４６８号公報及びこれに対応する米国特許第５，６４６，４１３号などに詳細に開示されている。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
更に、この露光装置１００は、マーク検出系としてのオフアクシス方式のアライメントセンサ１４を備えている。このアライメントセンサ１４は、所定の波長幅を有する照明光を基準マーク板４０上のマーク、あるいはウエハＷ上のアライメントマークに照射し、それらのマークの像と、基準マーク板４０及びウエハＷと共役な面内に配置された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等）の受光面上に結像する。そして、その結果として得られる撮像信号をアライメント信号処理系２１に出力し、アライメント信号処理系２１にて所定の処理を施して、前記指標マークの中心に対する検出対象のマークの位置情報を算出し、その位置情報を主制御装置２０へ向けて出力する。
アライメントセンサ１４は、図３に示されるように筐体１３０、該筐体１３０外部に設けられた光源１０３、該光源１０３から射出されるアライメント光ＡＬを筐体１３０内に導くライトガイド１０４、前記筐体１３０内においてライトガイド１０４からの光の出射方向に順次配置されたコンデンサレンズ１０５、シャッタ１０６Ｂ、視野絞り板１０６Ａ、レンズ系１０７、第１ビームスプリッタ１０８、該第１ビームスプリッタ１０８で反射された光の進行方向（−Ｘ側）に配置された対物レンズ１０９、第１ビームスプリッタ１０８の＋Ｘ側に順次配置されたレンズ系１１１、第２ビームスプリッタ１１２、該第２ビームスプリッタ１１２の＋Ｚ側に配置されたセンサ内マーク検出系１２４、第２ビームスプリッタ１１２の＋Ｘ側に配置された遮光板１１３、該遮光板１１３の後方（＋Ｘ側）に配置された第１検出系１２３１及び第２検出系１２３２等を備えている。
前記光源１０３としては、ここではハロゲンランプを用いることとしている。このように光源１０３としてハロゲンランプを用いるのは、ハロゲンランプの出射光の波長域は５００〜８００ｎｍであり、ウエハＷ上面に塗布されたフォトレジストを感光しない波長域であるため、及び波長帯域が広く、ウエハＷ表面における反射率の波長特性の影響を軽減することができるためである。
前記視野絞り板１０６Ａは、図４Ａに示されるように、中心部に形成されたほぼ正方形の形状を有する計測用開口ＯＰと、該計測用開口ＯＰの四辺それぞれの近傍に形成された各辺に垂直な方向を長手方向とする４つのスリット開口ＳＯＸ１，ＳＯＸ２，ＳＯＹ１，ＳＯＹ２とを備えている。従って、ウエハＷに照射される照明光の像の形状は、計測用開口ＯＰ及びスリット開口ＳＯＸ１〜ＳＯＹ２と同一の形状、及び同一の配置となる（図８Ａ参照）。また、視野絞り板１０６Ａの光路前方に設けられたシャッタ１０６Ｂは、アライメント光ＡＬの光路を制限する機能を有し、後述する計測対象のアライメントマークのウエハ上の位置に応じて、アライメント光ＡＬのスリット開口ＳＯＸ１〜ＳＯＹ２への入射が選択的に制限されるようになっている。なお、スリット開口の形態としては、図４Ａに示されるものに限らず、図４Ｃ〜図４Ｇに示されるような種々の形態を取り得るが、本実施形態では図４Ａの視野絞り板１０６Ａを使用するものとして説明する。
図３に戻り、前記第２ビームスプリッタ１１２にて反射した光の光路上に配置される前記センサ内マーク検出系１２４は、指標板１２０、レンズ系１２１、撮像素子１２２を含んで構成されている。
前記指標板１２０は、合点状態では、対物レンズ１０９とレンズ系１１１との合成系に関してウエハＷの露光面と共役に配置されるとともに、レンズ系１２１に関して撮像素子１２２の受光面と共役に配置されている。この指標板１２０は、透明板の表面にクロム層等で指標マークが形成され、中央部以外の部分は透明な状態になっている。なお、この指標マークは、ウエハＷ上のＸ軸方向又はＹ軸方向と共役な方向の位置基準となっている。
前記撮像素子１２２は、例えば二次元ＣＣＤ等からなり、その受光面に結像されたアライメントマークの反射像及び上記指標マークの投影像を撮像して光電変換する。また、光電変換により得られた画像信号をアライメント信号処理系２１へ向けて出力する。
一方、前記第２ビームスプリッタ１１２を通過した光の光路上に配置される前記遮光板１１３は、図４Ｂに示されるように、透明板の中央部に遮光のための矩形領域１１３ａが設けられており、その部分に入射する光（すなわち、計測用開口ＯＰから射出され、ウエハ表面にて反射された光）をその光路後方に透過しないようになっている。その一方で、この遮光板１１３を透過した光は、第１、第２検出系１２３１，１２３２に入射する。
前記第１検出系１２３１は、反射板１１４Ａ，１１４Ｂ、該反射板１１４Ａ，１１４Ｂにてそれぞれ反射された光の光路後方（＋Ｚ側）に配置された反射板１１５Ａ，１１５Ｂ、該反射板１１５Ａ，１１５Ｂにおける反射光の光路後方に順次配置されたレンズ系１１６Ａ、瞳分割ミラー１１７Ａ、レンズ系１１８Ａ、及びラインセンサ１１９Ａを含んで構成されている。
また、前記第２検出系１２３２は、反射板１１４Ｃ，１１４Ｄ、該反射板１１４Ｃ，１１４Ｄにてそれぞれ反射された光の光路後方（＋Ｚ側）に配置された反射板１１５Ｃ，１１５Ｄ、該反射板１１５Ｃ，１１５Ｄにおける反射光の光路後方に順次配置されたレンズ系１１６Ｂ、瞳分割ミラー１１７Ｂ、レンズ系１１８Ｂ、及びラインセンサ１１９Ｂを含んで構成されている。
この場合、反射板１１４Ａ〜１１４Ｄそれぞれの配置は、図５Ａ、図５Ｂに示されるようになっている。すなわち、反射板１１４Ａ〜１１４Ｄは、図５Ｂに示されるように、それぞれが＋Ｚ方向から見て重なり合わないように配置され、−Ｘ方向から見た状態では、視野絞り板１０６Ａのスリット開口ＳＯＸ１〜ＳＯＹ２から射出される照明光（ＩＬＸ１〜ＩＬＹ２）に対応して配置されている。
図３に戻り、前記瞳分割ミラー１１７Ａ，１１７Ｂは、２面が１８０度に近い鈍角で山型に形成されたプリズムから成り、その２面が反射面に仕上げられている。本実施の形態においては、反射面とされた２面の交線（山の稜線）が入射光の光軸と交差し、その光軸をほぼ９０度横に振るように傾けて配置されている。前記ラインセンサ１１９Ａ，１１９Ｂは、１次元ＣＣＤ等から構成されている。
なお、アライメントセンサ１４の筐体１３０の外側の対物レンズ１０９の−Ｘ側近傍には、光路を９０°折り曲げ、ウエハＷ表面に照明光を導くためのプリズムミラー１１０が設けられている。
このように構成されるアライメントセンサ１４の作用を説明すると、光源１０３からのアライメント光ＡＬは、ライトガイド１０４を介して筐体１３０内の所定位置まで導かれる。ライトガイド１０４の射出端から射出されたアライメント光ＡＬは、コンデンサレンズ１０５を介して視野絞り板１０６Ａに入射し、ウエハＷに照射される照明光の像の形状が規定される。
視野絞り板１０６Ａを通過した照明光は、レンズ系１０７を介して第１ビームスプリッタ１０８に入射し、この第１ビームスプリッタ１０８で反射した照明光は、対物レンズ１０９を透過した後、筐体１３０から出射される。照明光が筐体１３０から出射されると、プリズムミラー１１０によって反射され、ウエハＷに形成されているアライメントマーク近傍を照明する。この場合、ウエハＷは、アライメントマークが形成された領域がレンズ系１０７と対物レンズ１０９との合成系に関して視野絞り板１０６Ａとほぼ共役（結像関係）となるように配置されている。このとき、照明光ＩＬは視野絞り板１０６Ａにて整形されているため、シャッタ１０６Ｂが照明光を遮光しない場合には、ウエハＷ上には、ほぼ正方形の形状を有する照明光ＭＬと、４つのスリット状の照明光ＩＬＸ１，ＩＬＸ２，ＩＬＹ１，ＩＬＹ２とが照射されることになる（図８Ａ等参照）。
ウエハＷに照明光が照射され、ウエハＷ表面で反射された反射光は、先ほど進行してきた光路を逆に進行し、プリズムミラー１１０、対物レンズ１０９を介して第１ビームスプリッタ１０８に再度入射する。この第１ビームスプリッタ１０８を透過した光は、レンズ系１１１を介して第２ビームスプリッタ１１２に入射する。
この第２ビームスプリッタ１１２で反射された光は、指標板１２０及びレンズ系１２１を介して、撮像素子１２２の受光面にて受光される。これにより、撮像素子１２２の受光面には、アライメントマークの反射像及び上記指標マークの投影像が結像される。そして、それらの像に対応する光が撮像素子によって光電変換され、この光電変換により得られた撮像信号は、アライメント信号処理系２１へ出力される。そして、アライメント信号処理系２１では、撮像信号に基づき、ウエハＷに関するＸ軸方向及びＹ軸方向における位置情報が、前述したステージ座標系上におけるアライメントマークのＸ座標又はＹ座標として求められる。
一方、第２ビームスプリッタ１１２を透過した光は、遮光板１１３に入射する。この遮光板１１３は、ウエハＷからの照明光ＭＬの反射光を遮光する。
そして、遮光板１１３を透過したウエハＷからの４つの照明光ＩＬＸ１〜ＩＬＹ２の反射光のうちの２つの光は、その光路上に配置された、第１検出系１２３１を構成する反射板１１４Ａ，１１４Ｂにより反射され、残りの２つの光は、その光路上に配置された、第２検出系１２３２を構成する反射板１１４Ｃ，１１４Ｄにより反射される。この場合、反射板１１４Ａには、照明光ＩＬＹ１の反射光が入射し、反射板１１４Ｂには、照明光ＩＬＸ１の反射光が入射し、反射板１１４Ｃには、照明光ＩＬＹ２の反射光が入射し、反射板１１４Ｄには、照明光ＩＬＸ２の反射光が入射する（図５Ａ参照）。
反射板１１４Ａ、１１４Ｂにて反射された照明光ＩＬＹ１，ＩＬＸ１は、反射板１１５Ａ，１１５Ｂにてそれぞれ再度反射され、レンズ系１１６Ａを介して瞳分割ミラー１１７Ａに入射する。ここで、瞳分割ミラー１１７Ａにおいては、入射された２つの光（照明光ＩＬＹ１，ＩＬＸ１）がそれぞれ２つの光束に分割されるようになっており、分割された計４つの光束は、ラインセンサ１１９Ａ上に結像される。これにより、ラインセンサ１１９Ａ上に、照明光ＩＬＹ１による像（瞳分割ミラー１１７Ａで分割された２つの像）と、照明光ＩＬＸ１による像（瞳分割ミラー１１７Ａで分割された２つの像）の合計４つの像が結像されることになる。図６Ａ〜図６Ｃには、照明光ＩＬＸ１の２つの像がラインセンサ上に結像された状態が代表的に示されている。
ここで、ウエハＷの表面がアライメントセンサ１４の最良焦点面と一致している場合には、ラインセンサ１１９Ａ上に結像される照明光ＩＬＸ１の２つの像の間隔が、図６Ｂに示されるように距離ｄ０となるものとする。このとき、ウエハＷの表面がアライメントセンサ１４の最良焦点面よりも低い位置にある場合には、図６Ａに示されるようにラインセンサ１１９Ａよりも光路前方の位置に焦点を有することとなるため、２つの像の距離（像の中心同士の距離）としては、図６Ｂの距離ｄ０よりも短い距離ｄＬがラインセンサ１１９Ａによって計測されることが分かる。一方、ウエハＷの表面がアライメントセンサ１４の最良焦点面よりも高い位置にある場合には、図６Ｃに示されるようにラインセンサ１１９Ａの後方の位置に焦点を有するため、２つの像の距離（中心間距離）としては、図６Ｂの距離ｄ０よりも長い距離ｄＵがラインセンサ１１９Ａによって計測されることが分かる。
このように、ウエハＷの位置によりラインセンサ１１９Ａにおける計測結果が異なることから、基準となる最良焦点面にウエハＷがある場合の２つの像の距離ｄ０の値をアライメント信号処理系２１内のメモリに記憶しておき、その値と計測された値とに基づいて、ウエハＷ表面の位置を計測することができる。
従って、Ｚ・チルトステージ３０上に設けられた基準マーク板４０のマークと投影光学系ＰＬの結像面とが一致した状態において、ラインセンサ１１９Ａ上に再結像される照明光ＩＬＸ１による反射光の像の位置を基準位置としてアライメント信号処理系２１に記憶しておく。なお、基準マーク板４０の代わりにウエハ上のアライメントマークを用いてアライメントマークと投影光学系ＰＬの結像面とが一致した状態においてラインセンサ１１９Ａ上に再結像される像の位置を基準位置として予めアライメント信号処理系２１に格納しておくようにしても良い。
他方の照明光ＩＬＹ１を用いたウエハＷ表面の位置も上記と同様にして計測することができる。
その後、ラインセンサ１１９Ａは、その受光面に結像された像を撮像して光電変換し、光電変換された電気信号はアライメント信号処理系２１に向けて出力される。
一方、反射板１１４Ｃ、１１４Ｄにて反射された照明光ＩＬＸ２，ＩＬＹ２は、反射板１１５Ｃ，１１５Ｄにてそれぞれ再度反射され、レンズ系１１６Ｂを介して瞳分割ミラー１１７Ｂに入射する。そして瞳分割ミラー１１７Ｂにてそれぞれ２分割された光束は、レンズ系１１８Ｂを介してラインセンサ１１９Ｂに入射する。これにより、ラインセンサ１１９Ｂ上に、照明光ＩＬＸ２の像（瞳分割ミラー１１７Ｂで分割された２つの像）と、照明光ＩＬＹ２の像（瞳分割ミラー１１７Ｂで分割された２つの像）の合計４つの像が結像されることになる。なお、照明光ＩＬＸ２の像と照明光ＩＬＹ２の像は、ラインセンサ１１９Ｂ上の異なる位置にそれぞれ形成される。ラインセンサ１１９Ｂは、その受光面に結像された像を撮像して光電変換する。光電変換された電気信号はアライメント信号処理系２１へ向けて出力される。
そして、アライメント信号処理系２１において、照明光ＩＬＸ１，ＩＬＹ１（又はＩＬＸ２，ＩＬＹ２）の反射光によりラインセンサ１１９Ａ（又は１１９Ｂ）上に形成された像のラインセンサ１１９Ａ（又は１１９Ｂ）上での位置の、前記格納された基準位置（ラインセンサ１１９Ａ（又は１１９Ｂ）上の合焦時の照明光ＩＬＸ１，ＩＬＹ１（又はＩＬＸ２，ＩＬＹ２）の像の位置）に対する横ずれ量及び横ずれの発生方向から計測しようとするアライメントマークのＺ軸方向の位置ずれ（位置ずれ方向と位置ずれ量）が検出されることになる。
このようにして検出された位置ずれ量に基づいて、主制御装置２０の制御の下、ステージ制御装置１９がウエハステージ駆動部２４を介して、Ｚ・チルトステージ３０を駆動することで、アライメント時のウエハＷ表面を最良焦点面に位置合わせすることが可能となっている。
露光装置１００には、さらに、投影光学系ＰＬの最良結像面に向けて複数のスリット像を形成するための結像光束を光軸ＡＸ方向に対して斜め方向より供給する不図示の照射光学系と、その結像光束のウエハＷの表面での各反射光束をそれぞれスリットを介して受光する不図示の受光光学系とから成る斜入射方式の多点フォーカス検出系が、投影光学系ＰＬを支える支持部（図示省略）に固定されている。この多点フォーカス検出系としては、例えば特開平６−２８３４０３号公報及びこれに対応する米国特許第５，４４８，３３２号等に開示されるものと同様の構成のものが用いられ、ステージ制御装置１９はこの多点フォーカス検出系からのウエハ位置情報に基づいてＺ・チルトステージ３０をＺ軸方向及び傾斜方向に駆動する。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
主制御装置２０は、マイクロコンピュータ又はワークステーションを含んで構成され、装置の構成各部を統括して制御する。
次に、上述のようにして構成された本実施形態の露光装置１００によりウエハＷに対して第２層目（セカンドレイヤ）以降の層の露光処理が行われる際の一連の動作について、説明する。
まず、不図示のレチクルローダによって、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲがロードされる。このレチクルＲのロード後、主制御装置２０では、レチクルアライメント及びアライメントセンサ１４のベースライン計測を行う。
具体的には、主制御装置２０は、レチクル干渉計１６及びウエハ干渉計システム１８の計測結果に基づいてステージ制御装置１９に指示を与え、レチクルアライメント顕微鏡ＲＡ１，ＲＡ２を用いて、ウエハステージＷＳＴ上の基準マーク板４０に形成された例えば４対のレチクルアライメント用基準マーク（以下、「第１基準マーク」と呼ぶ）のうちの所定の一対の第１基準マークと、これに対応するレチクルＲ上のレチクルマークの像とを同時に観察可能な位置に、レチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴを移動する。
次に、主制御装置２０では、レチクルアライメント顕微鏡ＲＡ１，ＲＡ２を用いて、前記所定の一対の第１基準マークに対応する一対のレチクルマークの像の位置ずれ量を計測する。
次いで、主制御装置２０では、ステージ制御装置１９に指示を与え、基準マーク板４０とレチクルＲとを投影倍率比でＹ軸方向に同期して移動することによって、順次他の３対の基準マークに対するレチクルマーク像の位置ずれ量を計測する。
そして、主制御装置２０では、これら４対のレチクルマークの位置ずれ量から、基準マーク板４０ひいてはウエハステージＷＳＴに対するレチクルＲの投影像の位置ずれ量のオフセット、回転角、ディストーション、及び走査方向の角度ずれ等を算出し、この算出結果をＲＡＭ内の一時記憶領域に記憶する。なお、このレチクルアライメント動作は、前述の特開平７−１７６４６８号公報及びこれに対応する米国特許第５，６４６，４１３号などに詳細に開示されている。
上記のレチクルアライメント終了後、主制御装置２０では、アライメントセンサ１４の真下に基準マーク板４０が配置されるようにウエハステージＷＳＴを移動して、基準マーク板４０上の第１基準マークとは異なる第２基準マークのアライメントセンサ１４の検出中心に対する位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量の検出結果と、このときのウエハ干渉計システム１８の計測値と、設計上のベースラインとに基づいてアライメントセンサ１４のいわゆるベースラインを算出する。
このような一連の準備作業が終了すると、１ロットの先頭のウエハ（ロット先頭ウエハ）に対する露光動作を行う前に、次のようにして、アライメントセンサ１４の検出ずれ（後述するＴＩＳ）及び上記ロット先頭ウエハのアライメント動作が行われる。本実施形態では、アライメントセンサ１４の検出ずれを算出するために２つのアライメントマーク（ここでは、図７に示されるウエハＷ外縁部近傍に形成されたＹ軸方向計測用のアライメントマークＡＭ１，およびＸ軸方向計測用のアライメントマークＡＭ２）を計測するものとして、以下説明する。なお、アライメントマークとしては各方向計測用のマークを複数計測し、その平均値を取るような方法を採用することとしても良い。なお、以下の説明においては、説明の便宜上、ウエハステージＷＳＴ上にロードされたウエハＷの状態を「０°の状態」と呼ぶものとする。
ａ．まず、主制御装置２０は、ステージ制御装置１９に対してＸＹステージ３１を移動するよう指示を出し、この指示に応じて、ステージ制御装置１９は、ウエハステージ駆動部２４を介して、ウエハＷ上の計測対象のアライメントマークＡＭ１（図７参照）がアライメントセンサ１４の検出領域（照明光ＭＬの照射領域）内に位置するようにＸＹステージ３１を駆動する。また、主制御装置２０は、シャッタ１０６Ｂを駆動し、視野絞り板１０６Ａの開口ＳＯＸ２，ＳＯＹ２を遮蔽状態に設定しておく。
このような状態で、主制御装置２０は、光源１０３に対して制御信号を出力してアライメント光ＡＬを出射させる。このアライメント光ＡＬが出射されるとライトガイド１０４を介してアライメントセンサ１４内に導入され、コンデンサレンズ１０５を通過し、視野絞り板１０６Ａによって整形され、照明光ＩＬＸ１と照明光ＩＬＹ１が射出される。そして照明光ＩＬＸ１，ＩＬＹ１は、レンズ系１０７を透過し、ビームスプリッタ１０８によって反射され、対物レンズ１０９を通過した後プリズムミラー１１０によって反射され、ウエハＷ上に照射される。このときの状態が図８Ａに示されている。
照明光ＩＬＸ１と照明光ＩＬＹ１による反射光はプリズムミラー１１０を介して筐体１３０内に戻り、対物レンズ１０９，ビームスプリッタ１０８、及びレンズ系１１１を順に透過し、照明光ＩＬＸ１による反射光は反射板１１４Ｂ，１１５Ｂによって順に反射されてレンズ系１１６Ａに入射し、照明光ＩＬＹ１による反射光は反射板１１５Ａ，１１５Ｂによって順に反射されてレンズ系１１６Ａに入射する。レンズ系１１６Ａに入射したときの像は、長手方向が互いに平行となっている。そして、瞳分割ミラー１１７Ａにて２つの光束に分割された状態で、ラインセンサ１１９Ａにて受光される。ラインセンサ１１９Ａの受光面上には、これらの像がアライメントマークＡＭ１のＺ軸方向の位置に応じて横ずれした状態（瞳分割ミラーで分割された２光束の距離が基準位置からずれた状態）で結像される。そして、ラインセンサ１１９Ａによって光電変換された電気信号はアライメント信号処理系２１に入力され信号処理が施される。
ここで、図８Ａに示されるように、ストリートラインＳＬ以外の部分に照射された照明光ＩＬＸ１による反射光の検出結果はアライメントマークＡＭ１の高い精度の位置検出には不適である。これは、ウエハＷ上のパターンやマークなどの影響、より具体的にはそれらの存在による凹凸の影響を受けて、フォーカス計測値に誤差が生じてしまうおそれがあるからである。
この場合、ウエハ干渉計システム１８から出力される信号によって、すなわち、ウエハステージＷＳＴの位置に基づいて照明光ＩＬＸ１による反射光が不要であることが判別できるので、アライメント信号処理系２１は不要な処理を省くために位置計測以外の方向の照明光ＩＬＸ１の反射光による検出結果に対しては処理を行わないよう設定されている。
なお、ストリートラインＳＬ以外の部分を照射する照明光ＩＬＸ１の反射光は、ショット領域ＳＡに形成された回路等による回折によってその強度がストリートラインＳＬ上を照射する照明光ＩＬＹ１による反射光の強度よりも弱くなると考えられる。従って、アライメント信号処理系２１は照明光ＩＬＸ１による反射光の検出結果の信号強度と照明光ＩＬＹ１による反射光の検出結果の信号強度とを比較し、強度が強い方の検出結果のみを処理するようにしても良い。
また、ウエハステージＷＳＴの位置に応じて、４つのスリット開口のうちの１つのみを用いるように、シャッタにて３つのスリット開口を遮蔽することとしても良い。
このように、アライメント信号処理系２１はアライメントマークＡＭ１の位置に応じて、図８Ａに示されるストリートラインＳＬ以外の部分を照射する照明光ＩＬＸ１による反射光に対しては処理を行わないこととし、アライメント信号処理系２１に予め格納されている基準位置に対する検出信号の横ずれ量からウエハＷ表面のアライメントセンサ１４の焦点面からのずれ（デフォーカス）を検出する。主制御装置２０は、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハＷ上面のデフォーカス量が０となるように（ウエハＷ上面が最良焦点面と一致するように）Ｚ・チルトステージ３０を駆動する。このようにして、アライメントセンサ１４の最良焦点面へのウエハＷ表面の位置合わせが行われる。
ｂ．上記のように、最良焦点面へのウエハの位置合わせが行われると、主制御装置２０では、アライメントマークＡＭ１を撮像する。この場合、光源１０３からは、続けてアライメント光ＡＬが出射されているので、第２ビームスプリッタ１１２で反射した反射光（照明光ＭＬの反射光）を指標板１２０、レンズ系１２１を介して撮像素子１２２にて受光する。この撮像素子１２２による撮像結果は、アライメント信号処理系２１に送られ、アライメントマークＡＭ１のＹ座標が算出される。ここでの（０°の状態での）アライメントマークＡＭ１のＹ座標の設計値からのずれ量をｄｙ０（ｆ）とするものとする。
一方、アライメントマークＡＭ２に対しても、アライメントマークＡＭ１の場合と同様の処理を行う。すなわち、主制御装置２０は、アライメントマークＡＭ２をアライメントセンサ１４の検出領域内に対応する位置に移動するようにＸＹステージ３１を駆動し、その状態（図９Ａの状態）で、ストリートラインＳＬ上に照射される照明光ＩＬＸ１の反射光をラインセンサ１１９Ａにて検出し、該検出結果に基づいて最良焦点面へのウエハＷ表面の位置合わせを行う。そして、最良焦点面への位置合わせが行われた状態でアライメントマークＡＭ２の撮像が行われる。
このようにしてアライメントマークＡＭ２のＸ座標が算出される。なお、ここでの（０°の状態での）アライメントマークＡＭ２のＸ座標の設計値からのずれ量を、以下においてはｄｘ０（ｆ）と表すものとする。
ｃ．次いで、主制御装置２０は、ステージ制御装置１９にウエハＷをＸＹ面内で１８０°回転するように指示を出す。ステージ制御装置１９は、この指示に応じて、ウエハステージ駆動部２４に指示を出し、図２に示される上下動・回転機構７４を介して、ウエハホルダ２５を上昇駆動するとともに、ＸＹ面内で１８０°回転し、この状態でウエハホルダ２５を下降駆動する。以下においては、ウエハＷのこの状態を「１８０°の状態」と呼ぶものとする。
ｄ．主制御装置２０では、上記１８０°の状態で、ステージ制御装置１９に対してアライメントマークＡＭ１がアライメントセンサ１４の検出領域内に位置するようにウエハＷを移動するように指示を出す。ステージ制御装置１９は、この指示に応じて、ウエハステージ駆動部２４を介してＸＹステージ３１を駆動する。このような動作により、実質的に、ウエハＷのアライメントマークＡＭ１を中心としてウエハＷがアライメントセンサ１４の光軸に対して１８０°回転（反転）されるようになっている。
次いで、主制御装置２０は、アライメントセンサ１４内のシャッタ１０６Ｂを駆動し、スリット開口ＳＯＸ１，ＳＯＹ１を遮蔽する。すなわち、ウエハＷ表面には視野絞り板１０６Ａからは、図８Ｂに示されるように、照明光ＩＬＸ２，ＩＬＹ２が射出される状態となり、照明光の一部がストリートラインＳＬから外れた状態の照明光ＩＬＹ１は焦点検出に使用しないこととしている。
次いで、主制御装置２０は、光源１０３に対して制御信号を出力してアライメント光ＡＬを出射させ、視野絞り板１０６Ａのスリット開口ＳＯＸ２，ＳＯＹ２を通過した照明光ＩＬＸ２，ＩＬＹ２は、ウエハＷを照明し、ウエハＷ表面にて反射され、第１ビームスプリッタ１０８、第２ビームスプリッタ１１２を透過する。このうちの一方の照明光ＩＬＸ２は、反射板１１４Ｃ、１１５Ｃで反射され、レンズ系１１６Ｂに入射し、他方の照明光ＩＬＹ２は、反射板１１４Ｃ，１１５Ｄで反射され、レンズ系１１６Ｂに入射する。レンズ系１１６Ｂに入射したときの像は、長手方向が互いに平行となっている。そして、瞳分割ミラー１１７Ｂにて２光束に分割されて、ラインセンサ１１９Ｂにて受光される。ラインセンサの受光面上には、これらの像がアライメントマークＡＭ１のＺ軸方向の位置に応じて間隔が基準状態からずれた状態で結像される。そして、ラインセンサ１１９Ｂによって光電変換された電気信号はアライメント信号処理系２１に入力され信号処理が施される。この場合においても、上記と同様にして図８Ｂに示されるストリートラインＳＬ以外の部分に照射されている照明光ＩＬＸ２が信号処理から除かれるようになっている。
そして、アライメント信号処理系２１に予め格納されている基準位置に対する検出信号の横ずれ量からアライメントセンサ１４の焦点ずれ（デフォーカス）が検出される。主制御装置２０は、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハＷのデフォーカス量が０となるように（ウエハＷ上面がアライメントセンサ１４の最良焦点面と一致するように）Ｚ・チルトステージ３０を駆動させる。このようにしてウエハＷ表面の最良焦点面への位置合わせが行われる。
ｅ．そして、この１８０°の状態においても、上記０°の状態と同様に、主制御装置２０は、アライメントマークＡＭ１を撮像素子１２２により撮像し、アライメント信号処理系２１により、撮像素子１２２による撮像結果からアライメントマークＡＭ１のＹ座標を算出する。なお、以下においては、ここで算出されたアライメントマークＡＭ１のＹ座標の設計値からのずれ量をｄｙ１８０（ｆ）と表すものとする。
次いで、主制御装置２０は、この１８０°の状態における、アライメントマークＡＭ２の位置計測を行う。この場合には、図９Ｂに示されるように、ウエハＷ上には、図８Ｂと同様に照明光ＩＬＸ２，ＩＬＹ２が照明されることになる。
主制御装置２０は、アライメントマークＡＭ２をアライメントセンサ１４の検出領域内に対応する位置に移動するようにＸＹステージ３１を駆動する。次いで、照明光ＩＬＸ１の反射光をラインセンサ１１９Ａにて検出し、該検出結果に基づいて最良焦点面へのウエハＷの位置合わせを行う。そして、位置合わせが行われた状態でアライメントマークＡＭ２の撮像が行われ、これによりアライメントマークＡＭ２のＸ座標が算出される。なお、以下においては、ここで算出されたアライメントマークＡＭ２のＸ座標の設計値からのずれ量をｄｘ１８０（ｆ）と表すものとする。
ｆ．以上の計測が終了すると、主制御装置２０では、上記ｂ．とｅ．の計測結果に基づいて、ウエハＷの変形（ウエハ上のマーク変形）に起因する位置ずれ量（ＷＩＳ：Ｗａｆｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｈｉｆｔ）（Ｘ成分をＷＩＳｘ（ｆ），Ｙ成分をＷＩＳｙ（ｆ）とする）及び計測装置起因の位置ずれ成分（ＴＩＳ：Ｔｏｏｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｈｉｆｔ）（Ｘ成分をＴＩＳｘ（ｆ），Ｙ成分をＴＩＳｙ（ｆ）とする）を次式（１）〜（４）に従って、算出する。
ＴＩＳｘ（ｆ）＝｛ｄｘ０（ｆ）＋ｄｘ１８０（ｆ）｝／２  …（１）
ＷＩＳｘ（ｆ）＝｛ｄｘ０（ｆ）−ｄｘ１８０（ｆ）｝／２  …（２）
ＴＩＳｙ（ｆ）＝｛ｄｙ０（ｆ）＋ｄｙ１８０（ｆ）｝／２  …（３）
ＷＩＳｙ（ｆ）＝｛ｄｙ０（ｆ）−ｄｙ１８０（ｆ）｝／２  …（４）
ここで、上記計測の作用について具体的に説明する。
図１０Ｂには、図１０Ａに示されるような断面形状を有するアライメントマーク（ここではＸマークとし、Ｘ方向のライン幅６μｍ、傾斜部分の幅０．２μｍ）における、コマ収差、エッジ傾きそれぞれ単独での位置ずれ量の計測結果（アライメントセンサ１４内の検出光学系の開口数０．３、ハロゲンランプ光源使用）が示されている。
ここで、実際の位置ずれ量の計測にあっては、図１１Ａに示されるように、各状態におけるコマ収差、エッジ傾きの両方が含まれたものが計測されることになる。
そして、この図１１Ａに示される結果に基づいて、上式（１）、（２）を用いてＴＩＳｘ（ｆ），ＷＩＳｘ（ｆ）を求めると、図１１Ｂに示されるような結果となる。この図１１Ｂと図１０Ｂを比較すると分かるように、実測値から算出されるＴＩＳｘ（ｆ）及びＷＩＳｘ（ｆ）は、コマ収差及びエッジ傾きとほぼ一致する。
一方、０°の状態と１８０°の状態との間でフォーカスオフセットが生じた場合、すなわちアライメントマークを計測する際のフォーカス状態が変動した場合には、０°の状態におけるフォーカス状態をｆ、この状態でのＸマークの設計値からのずれ量をｄｘ０（ｆ）、１８０°の状態におけるフォーカス状態をｆ’、この状態でのＸマークの設計値からのずれ量をｄｘ１８０（ｆ’）とすると、アライメントセンサ１４起因の位置ずれ成分ＴＩＳ、ウエハＷの変形に起因する位置ずれ成分ＷＩＳは、次式（５），（６）にて表すことができる。
ＴＩＳ＝｛ｄ０（ｆ）＋ｄ１８０（ｆ’）｝／２
＝｛Ｔ（ｆ）＋Ｔ（ｆ’）｝／２＋｛Ｗ（ｆ）−Ｗ（ｆ’）｝／２  …（５）
ＷＩＳ＝｛ｄ０（ｆ）−ｄ１８０（ｆ’）｝／２
＝｛Ｗ（ｆ）＋Ｗ（ｆ’）｝／２＋｛Ｔ（ｆ）−Ｔ（ｆ’）｝／２  …（６）
このように、フォーカスオフセットがある場合に、０°の状態及び１８０°の状態で計測される実際のマーク位置からの計測ずれ量は図１２Ａに示されるようになり、図１２Ａの結果及び上式（５）、（６）から算出されるＴＩＳ、ＷＩＳは図１２Ｂに示されるようになる。この図１２Ｂと図１１Ｂとを比較すると分かるように、０°の状態と１８０°の状態でフォーカスオフセットが生じていると、正確なＴＩＳ，ＷＩＳを算出できないことがわかる。
以上のように、正確なＴＩＳ、ＷＩＳを算出するためには、０°の状態及び１８０°の状態においてフォーカス状態を一致させることが重要であり、本実施形態のように高精度にフォーカス状態を一致させた状態でのアライメントマークの計測が実現されている場合には、ＴＩＳ、ＷＩＳの正確な値を算出することが可能となっている。
ｇ．次いで、主制御装置２０では、複数の計測対象ショット領域（サンプルショット領域）に付随してウエハ上に形成されているアライメントマーク（アライメントマークＡＭ１、ＡＭ２を含め、Ｘ，Ｙそれぞれ少なくとも３つのマーク）を計測し、それぞれの計測結果から上記ＴＩＳ、ＷＩＳを差し引くことにより計測結果を補正し、該補正後の値に基づいて、例えば特開昭６１−４４４２９号公報及びこれに対応する米国特許第４，７８０，６１７号等に詳細に開示される最小二乗法を用いた統計演算により、ウエハＷ上のショット領域の配列座標を算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式によるファインアライメントを行う。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
次いで、主制御装置２０では、ウエハＷ上の各ショット領域をステップ・アンド・スキャン方式で露光する。この露光動作は、次のようにして行われる。
すなわち、ステージ制御装置１９では、主制御装置２０から前述のアライメント結果に基づいて与えられる指令に応じ、Ｘ軸、Ｙ軸干渉計の計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動部２４を制御してウエハＷの第１ショットの露光のための走査開始位置（加速開始位置）にウエハステージＷＳＴを移動する。このとき、アライメント結果として、上述したようにアライメントセンサ１４のＴＩＳ及びＷＩＳを補正したアライメントマークＡＭｎの位置情報が用いられ、これに応じて求められたショット配列座標に基づいて走査開始位置が算出されているので、上記の主制御装置２０からの指令に応じてウエハステージＷＳＴを移動すれば、結果的にアライメントセンサ１４のＴＩＳ，ＷＩＳを補正するように、ウエハステージＷＳＴの位置制御が行われることとなる。
次に、ステージ制御装置１９では、主制御装置２０の指示に応じてレチクルＲとウエハＷ、すなわちレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとのＹ軸方向の相対走査を開始する。両ステージＲＳＴ、ＷＳＴがそれぞれの目標走査速度に達し、等速同期状態に達すると、照明系１０からの紫外パルス光によってレチクルＲのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始される。上記の相対走査は、ステージ制御装置１９が、前述したウエハレーザ干渉計システム１８及びレチクル干渉計１６の計測値をモニタしつつ、不図示のレチクル駆動部及びウエハステージ駆動部２４を制御することにより行われる。
ステージ制御装置１９は、特に上記の走査露光時には、レチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動速度ＶｒとウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動速度Ｖｗとが、投影光学系ＰＬの投影倍率（１／４倍あるいは１／５倍）に応じた速度比に維持されるように同期制御を行う。
そして、レチクルＲのパターン領域の異なる領域が紫外パルス光で逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、ウエハＷ上の第１ショットの走査露光が終了する。これにより、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介して第１ショットに縮小転写される。
上述のようにして、第１ショットの走査露光が終了すると、主制御装置２０からの指示に基づき、ステージ制御装置１９により、ウエハステージ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴがＸ、Ｙ軸方向にステップ移動され、第２ショットの露光のための走査開始位置に移動される。
そして、主制御装置２０の指示に応じて、ステージ制御装置１９、及び不図示のレーザ制御装置により、上述と同様に各部の動作が制御され、ウエハＷ上の第２ショットに対して上記と同様の走査露光が行われる。
このようにして、ウエハＷ上のショットの走査露光と次ショット露光のためのステッピング動作とが繰り返し行われ、ウエハＷ上の露光対象ショットの全てにレチクルＲのパターンが順次転写される。
その後は、上記１ロットの先頭のウエハを用いて計測されたＴＩＳ、ＷＩＳを用いて、１ロットの残りのウエハについて、アライメントマークの計測結果を補正しつつ、上記と同様にしてアライメント動作、露光動作が繰り返し行われる。
これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、光源１０３、ライトガイド１０４、コンデンサレンズ１０５、視野絞り板１０６Ａ、レンズ系１０７、第１ビームスプリッタ１０８、対物レンズ１０９、プリズムミラー１１０、レンズ系１１１、第２ビームスプリッタ１１２、センサ内マーク検出系１２４により検出系が構成されている。この場合、対物レンズ１０９、レンズ系１１１、及びセンサ内マーク検出系１２４を構成するレンズ系１２１によって検出光学系が構成されている。また、光源１０３、ライトガイド１０４、コンデンサレンズ１０５、視野絞り板１０６Ａ、シャッタ１０６Ｂ、レンズ系１０７、第１ビームスプリッタ１０８、対物レンズ１０９、プリズムミラー１１０により照射系が構成され、プリズムミラー１１０、対物レンズ１０９、第１ビームスプリッタ１０８、レンズ系１１１、第２ビームスプリッタ１１２、遮光板１１３、第１位置検出系１２３１，第２位置検出系１２３２により受光系が構成されている。この場合照射系と受光系とを含んで、焦点位置検出装置が構成され、該焦点位置検出系、上記検出系等を含むアライメントセンサ１４によって、パターン検出装置が構成されている。
また、上下動ピン７８、ウエハステージ駆動部２４により第１駆動機構が構成され、上下動・回転機構７４、ウエハステージ駆動部２４により第２駆動機構が構成されている。また、主制御装置２０により算出装置が構成され、主制御装置２０及びステージ制御装置１９により、第１検出制御系、第２検出制御系が構成され、さらに、これらと上記第１駆動機構、第２駆動機構及びアライメントセンサ１４とを含んで計測装置が構成されている。
以上詳細に説明したように、本実施形態のパターン検出装置（アライメントセンサ１４）及びパターン検出方法によると、アライメントセンサ１４を構成する上記焦点位置検出装置が、ウエハＷ上のアライメントマークの検出領域に対して相互に回転対称で且つ検出領域から離れる方向にそれぞれ延在する少なくとも一組、ここでは二組の照射領域にそれぞれ照明光ＩＬＸ１，ＩＬＸ２、ＩＬＹ１，ＩＬＹ２を照射可能な上述の照射系を有している。このため、照射系からウエハＷ上のある照射領域（第１の照射領域）に照明光を照射し、この照明光のウエハＷ表面からの反射光のラインセンサ１１９Ａ（又は１１９Ｂ）による光電変換信号に基づいてウエハＷ表面の光軸方向位置を検出し、この検出結果に基づいてウエハＷの光軸方向位置を調整し、しかる後、ウエハＷを検出領域を中心としてアライメントセンサ１４の検出光学系に対して１８０°回転（反転）する。このウエハＷの反転後の状態では、第１の照射領域は、反転前に第１の照射領域と組をなす照射領域（第２の照射領域）と一致している。従って、ウエハＷの反転後、反転前のウエハＷ上の第２の照射領域（すなわち反転後の物体上の第１の照射領域）に照明光（結像光束）を照射し、この照明光のウエハＷ表面からの反射光の光電変換信号に基づいてウエハＷ表面の光軸方向位置を検出し、この検出結果に基づいてウエハＷの光軸方向位置を調整することにより、反転前と同じフォーカス状態が正確に再現される。従って、検出対象のアライメントマークが形成されたウエハＷの反転後に反転前のフォーカス状態を正確に再現することが可能となる。
また、本実施形態の計測装置及び計測方法によると、主制御装置２０は、ウエハＷとアライメントセンサ１４の検出光学系との位置関係が０°の状態にある状態で、ウエハＷ上のアライメントマークの近傍の照射領域に照明光を照射し、該照明光のウエハＷ表面からの反射光を受光したラインセンサ１１９Ａ（又は１１９Ｂ）から出力される光電変換信号に基づいてステージ制御装置１９等を介してウエハＷ表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、アライメントセンサ１４を用いてアライメントマークを光学的に検出し、アライメントマークのＸＹ面内の位置情報を検出する。このため、デフォーカスがない状態でＸＹ面内の位置情報が得られるので、精度良くＸＹ面内の位置情報を得ることができる。
また、主制御装置２０は、ステージ制御装置１９等を介してウエハＷを０°の状態からアライメントセンサ１４の検出光学系に対して相対的に１８０°回転した１８０°の状態で、０°の状態とは異なる照明光を照射し、該照明光のウエハＷ表面からの反射光を受光したラインセンサから出力される光電変換信号に基づいてステージ制御装置１９等を介してウエハＷ表面の光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、アライメントマークのＸＹ面内の位置情報を検出する。この場合、０°の状態と１８０°の状態とで同一の領域に照明光を照明することができるので、ウエハＷを０°の状態からアライメントセンサ１４に対して相対的に１８０°回転した後のフォーカス状態の調整に際して、回転前のフォーカス状態が正確に再現される。そして、このフォーカス状態が正確に再現された状態で、かつデフォーカスがない状態でアライメントマークのＸＹ面内位置情報が得られるので、精度良くＸＹ面内の位置情報を得ることができる。
そして、主制御装置２０では、このようにして得られた２つの位置情報を用いて、アライメントセンサ１４に起因する検出ずれ（ＴＩＳ）及びアライメントマークの形成状態に起因する検出ずれ（ＷＩＳ）の少なくとも一方を算出する。従って、アライメントセンサ１４に対するウエハＷの反転の影響を受けることなく、ＴＩＳ及びＷＩＳの少なくとも一方を精度良く計測することができる。
また、これら精度良く求められた２つの位置情報のうちの一方と、算出された検出ずれ（ＴＩＳ及びＷＩＳの少なくとも一方）とに基づいてウエハＷの位置を算出することにより、検出ずれの影響を受けることなく、ウエハＷの位置情報を精度良く求めることが可能となる。
また、本発明の露光装置及び露光方法によると、上記計測装置により、アライメントセンサ１４に起因する検出ずれ（ＴＩＳ）及びアライメントマークの形成状態に起因する検出ずれ（ＷＩＳ）の少なくとも一方が精度良く計測されるので、ウエハＷ上に形成されたアライメントマークの位置を検出する際に、その精度良く計測された検出ずれを考慮した高精度なマーク位置の検出が可能となる。そして、主制御装置２０により、露光の際に、そのアライメントセンサ１４の検出結果に基づいてウエハＷの位置が制御される。すなわち、ウエハＷの位置を高精度に制御しつつ露光が行われる。従って、ウエハＷ上にパターンを精度良く形成することが可能となる。
なお、上記実施形態では、焦点位置検出に用いる照明光としてウエハＷ表面のストリートラインＳＬを照射する照明光を用いることとし、その方法として、主制御装置２０がアライメントセンサ１４内のシャッタ１０６Ｂを駆動して使用する照明光を切り換えるような方法を採用したが、本発明がこれに限られるものではなく、使用する照明光としては同一の照明光を用い、１８０°の状態においては、０°の状態において照明光が照明されたのと同一の領域に照明光が照明されるように、ウエハステージＷＳＴを移動して、計測を行うこととしても良い。このようにしても、上記実施形態と同様の効果が得られるほか、シャッタの駆動等が不要となる。
なお、上記実施形態では、アライメントマークＡＭ２の計測前に行われる焦点位置検出において、図９Ｂに示されるように、０°の状態と１８０°の状態とでウエハ上の同一領域に照明光を照明するため、０°の状態では照明光ＩＬＸ１を、１８０°の状態では照明光ＩＬＸ２を設定することとしたが、これに限らず、図９ＢのアライメントマークＡＭ２のように０°の状態においても１８０°の状態においても照明光ＩＬＸ１がストリートラインＳＬ上に位置する場合には、いずれの場合にも照明光ＩＬＸ１を用いた焦点位置検出を行うこととしても良い。
図９Ｂのような状態（照明光ＩＬＸ１及びＩＬＸ２がともにストリートラインＳＬ上にある状態）であるとの判断は、マークとストリートラインＳＬの設計値に基づいて判断することができる。あるいは、照明光ＩＬＸ１、ＩＬＸ２の反射光の信号強度を比較してみて、両信号強度がほぼ等しい場合には図９Ｂのような状態にあると判断することもできる。なお、図９Ｂのような状態にある場合には、０°と１８０°とで計測に使用する照明光として同じ照明光（図９Ｂの場合には照明光ＩＬＸ１）を使用した方が、計測上の誤差が小さくなる（共通の検出系を使用するため）という効果が得られる。
また、上記実施形態では、照明光の切り替えをシャッタ１０６Ｂを用いて行うこととしたが、それぞれのスリット開口から射出される照明光の光源を別々に設け、各光源の点灯及び消灯を制御することにより、使用される照明光の切り替えを行うこととしても良い。
なお、上記実施形態では、ウエハＷの表面の焦点位置合わせを行うに際し、アライメントマークの±Ｘ方向及び±Ｙ方向の４方向に延びる状態で照明光が照明されるように構成するものとしたが、本発明がこれに限られるものではなく、図４Ｃ〜図４Ｇに示されるような視野絞り板を用いて±Ｘ方向、±Ｙ方向又は斜め方向（例えば４５°方向）のいずれかの方向に延びる状態又はそれらの組み合わせ方向に延びる状態で照明光が照明されるような構成を採用することとしても良い。これらの種々の形態の視野絞りをターレット上に構成し、そのうちのいずれかを検出光路上に切り換え配置するような構成としても良い。その場合、マークの配置やパターン状態やプロセス条件等に応じて、適切な視野絞りを切り換え配置するようにしても良い。
なお、上記実施形態では、本発明のマーク検出系を、ウエハ上のマークの計測を行う装置に採用した場合について説明したが、これに代えて、又はこれと併せて、レチクル上のマークの計測を行うアライメント顕微鏡ＲＡ１，ＲＡ２に本発明のマーク検出系を採用することとしても良い。
なお、上記実施形態では、ウエハＷを０°の状態から１８０°の状態に回転する際に、ウエハＷを保持した状態のウエハホルダ２５を上下動・回転機構７４を介して回転駆動することとしたが、ウエハＷを回転する手段はこれに限定されるものではなく、ウエハＷを不図示のウエハローダを介して一旦回収し、回転後、再度ウエハホルダ２５上にウエハＷを載置することとしても良いし、あるいは、アライメントセンサ１４を回転する機構を設け、この機構を介してアライメントセンサ１４を回転する水平面内で回転することとしても良い。
なお、上記実施形態では、複数のマーク（ＡＭ１、ＡＭ２）をそれぞれ０°、１８０°で計測するに当たって、まず０°で全マーク（ＡＭ１、ＡＭ２）を計測し、次にホルダを１８０°回転させて全マーク（ＡＭ１、ＡＭ２）を計測するシーケンスとしているが、本発明はこれに限らず、各マーク毎に０°と１８０°の計測を順に行う（すなわち、マークＡＭ１を０°と１８０°で計測した後に、マークＡＭ２を０°と１８０°で計測する）ようにしても構わない。しかしながら、ホルダの回転回数を最小にし、且つ計測時間を最小にするためには、本実施形態のようなシーケンスを採用することが望ましい。
なお、上記実施形態では、本発明がスキャニング・ステッパに適用された場合について説明したが、これに限らず、ステップ・アンド・リピート方式のステッパ等の静止型の露光装置にも適用できる。かかる場合には、静止露光を行う際に、ウエハを露光位置（レチクルパターンの投影位置）に精度良く位置決めすることができ、レチクルのパターンをウエハ上の所望の区画領域に精度良く重ね合せて転写することができる。
なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系、並びにアライメントセンサ１４を露光装置本体に組み込み、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより、上記実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
なお、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的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、ホタル石、フッ化マグネシウム、又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、又は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、メンブレンマスク）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。
さらに、本発明に係る計測方法及び計測装置は、露光装置に限らず、結像式のマーク検出系を備えた装置であれば、適用が可能である。
さらに、本発明が適用されるマーク検出系としては、上述したような結像式のマーク検出系に限られるものではなく、例えば国際公開ＷＯ９８／３９６８９号公報に開示されているような二重回折方式のマーク検出系や、ＷＯ９９／２７５６７号公報に開示されているような位相差検出方式のマーク検出系、又は特開平１０−１４１９１５号公報に開示されているようなマークエッジからの散乱光の強度を検出する方式のマーク検出系に対しても適用可能である。
ところで、アライメントマークＡＭの検出時に検出エラーを生じた場合（例えば地震等の予期せぬ大きな振動等の影響、或いはステージ駆動系や制御系の不具合などで、マーク検出系（アライメントセンサ）１４の検出範囲がウエハ上の検出対象領域（マークＡＭ領域）からずれてしまって、マーク検出不能となるような場合等）には、露光装置はマーク検出動作を一旦ストップ（中断）し、ウエハステージ（ＸＹステージ３１、Ｚ・チルトステージ３０）を初期位置（リセット位置、例えばＸ、Ｙ、Ｚ位置を共にウエハステージ座標系において０，０，０とする位置）に戻すこと（以下では便宜上「ウエハステージリセット」と称する）がある。
そこで、上記実施形態の露光装置において、０°計測、１８０°計測それぞれの過程において、以下のように場合分けした再計測シーケンスを実行することとしても良い。
（ｉ）０°計測中にウエハステージリセットを行った場合：
この場合には、設計値上のマーク位置に基づいて、ＸＹステージ３１を、０°計測対象のマーク位置に自動的に復帰設定（移動）する。また、この場合、Ｚ・チルトステージ３０については、状況に応じ、次のようなシーケンスが採用される。すなわち、仮にウエハステージリセット前に既にＡＦ計測（アライメントセンサ１４を構成する前述の焦点位置検出装置によるウエハＷのＺ軸方向の位置計測）が完了し０°計測におけるデフォーカス量が既に算出されていた（すなわち最適なＺ位置が分かっていた）場合には、その算出されていたＺ位置に自動的に復帰設定（移動）する。この一方、仮にウエハステージリセット前にＡＦ計測が完了していなければ、Ｚ・チルトステージ３０を基準Ｚ位置（例えばアライメント光学系の設計値上で一義に定められるガウス像面位置）に自動的に復帰設定（移動）し、その基準Ｚ位置からＡＦ計測動作を再開して最適なＺ位置を求めた上でＺ・チルトステージ３０の位置合わせを行う。
（ｉｉ）１８０°計測中にウエハステージリセットを行った場合：
この場合には、設計値上のマーク位置に基づいてＸＹステージ３１を、１８０°計測対象のマーク位置に自動的に復帰設定（移動）する。また、この場合、Ｚ・チルトステージ３０については、状況に応じ、次のようなシーケンスが採用される。すなわち、仮にウエハステージリセット前に既にＡＦ計測が完了し、１８０°計測におけるデフォーカス量が算出されていた（すなわち最適なＺ位置が分かっていた）場合には、その算出されていたＺ位置に自動的に復帰設定（移動）する。この一方、仮にウエハステージリセット前にＡＦ計測が完了していなければＺ・チルトステージ３０を上記基準Ｚ位置、又は既に計測完了している０°計測時におけるＺ位置（０°Ｚ位置）に設定（移動）し、その基準Ｚ位置又は０°Ｚ位置からＡＦ計測動作を再開して最適なＺ位置を求めた上でＺ・チルトステージ３０の位置合わせを行う。
なお、上記の計測再開シーケンスは、０°、１８０°計測のみならず、通常のＥＧＡ計測（実施形態の説明において既述したサンプルショット計測）の場面にも適用されるものである。
すなわち、例えばサンプルショット領域（計測対象ショット領域）に付随したアライメントマークＡＭ３を計測中に上述したウエハステージリセットが実行された場合には、ＸＹステージ３１をマークＡＭ３の設計値に基づいてマークＡＭ３を検出可能な位置に復帰移動させる。この場合にも、Ｚ・チルトステージ３０については、状況に応じ、次のようなシーケンスが採用されることとなる。すなわち、仮にウエハステージリセット前に既にＡＦ計測が完了しデフォーカス量が算出されていた（すなわち最適なＺ位置が分かっていた）場合には、その算出されていたＺ位置に自動的に復帰設定（移動）し、一方仮にウエハステージリセット前にＡＦ計測が完了していなければ、Ｚ・チルトステージ３０を上記基準Ｚ位置、又は既に計測完了している計測対象マーク（例えばＡＭ１）があった場合にはそのマークＡＭ１の計測時におけるＺ位置（ＡＭ１計測時Ｚ位置）に自動的に復帰設定（移動）し、その基準Ｚ位置又はＡＭ１計測時Ｚ位置からＡＦ計測動作を再開して最適なＺ位置を求めた上でＺ・チルトステージ３０の位置合わせを行う。
なお、上述したウエハステージリセットは、計測対象マークが設計上の位置から大きくずれてウエハ上に形成されていた場合（そのためマーク設計値に基づいてＸＹステージ３１を位置決めしてもマーク検出系（アライメントセンサ）１４の検出領域にマークが入らない場合）にも実行されることがある。このような場合には、たとえＸＹステージ３１を上述のように復帰移動せしめても、やはりマーク検出系（アライメントセンサ）１４の検出領域内で計測対象マークが観察できないといった事態を生じる恐れがある。このようなときには、マーク検出系からの信号を観察用モニタに映し、装置の使用者がそのモニタを見ながら、自動復帰した位置から手動操作でＸＹステージ３１を移動させてマーク検出系の検出領域内にマークが入るように操作すれば良い。
また、上述したウエハステージリセットはウエハに施される種々のプロセスの影響でマーク自体に変形を生じて計測不能となった場合にも実行されることがある。このような場合には、自動復帰した位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ位置）でのマーク観察像を使用者が上述した観察用モニタで観察し、その観察結果から使用者が計測不能マークであると判断した場合には、そのマークはエラーマークとして計測を行わずに次に計測すべきマークの計測を再開するように装置（マークの検出制御系）に指示を出すようにすれば良い。
《デバイス製造方法》
次に上述した露光装置１００をリソグラフィ工程で使用したデバイス製造方法の実施形態について説明する。
図１３には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、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が示されている。図１３に示されるように、まず、ステップ２０１（設計ステップ）において、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２０２（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を製作する。一方、ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ２０５（デバイス組立てステップ）において、ステップ２０４で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ２０５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）等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップ２０６（検査ステップ）において、ステップ２０５で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久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。
図１４には、半導体デバイスにおける、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されている。図１４において、ステップ２１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２１４（イオン打ち込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４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。
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２１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）において、上で説明した露光装置汲び露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次にステップ２１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステップ２１８（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２１９（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。
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２１６）において上記実施形態の露光装置が用いられるので、レチクルパターンとウエハＷ上の各ショット領域との重ね合わせ精度を向上して精度良くウエハ上にレチクルパターンを転写することができる。従って、最終製品であるマイクロデバイスの歩留まりが向上し、その生産性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】  以上説明したように、本発明のパターン検出装置は、物体に形成されたパターンの検出に適している。また、本発明のパターン検出装置の使用方法は、物体に形成されたパターンの位置情報を得るのに適している。また、本発明の計測方法は、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を計測するのに適している。また、本発明の位置計測方法は、物体の位置情報を求めるのに適している。また、本発明の露光方法及び露光装置は、物体上にパターンを精度良く形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの量産に適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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