(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に移動する物体に設けられた格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射する照射系と、前記第１の方向に移動する物体に対向可能な対物光学素子を含む対物光学系と、前記対物光学系を介して前記計測光の前記格子マークからの回折光を受光する受光系と、を有するマーク検出系と、
前記マーク検出系の検出結果に基づいて前記格子マークの位置情報を求める演算系と、を備え、
前記対物光学素子は、前記照射系からの前記計測光の光路が設けられた第１領域と、前記格子マークで生成された回折光を前記受光系に向けて偏向又は回折する光学要素が設けられた第２領域とを有する計測装置。
【請求項２】
前記対物光学素子は、前記第１領域で前記格子マークからの回折光のうち０次光を減衰させる請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記対物光学素子は、前記格子マークからの回折光のうち０次光以外の光を、前記光学要素により前記対物光学系の光軸に平行に前記受光系に向けて偏向又は回折する請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
第１の方向に移動する物体に設けられた格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射する照射系と、前記第１の方向に移動する物体に対向可能な対物光学素子を含む対物光学系と、前記対物光学系を介して前記計測光の前記格子マークからの回折光を受光する受光系と、を有するマーク検出系と、
前記マーク検出系の検出結果に基づいて前記格子マークの位置情報を求める演算系と、を備え、
前記対物光学素子は、前記格子マークからの回折光のうち０次光を減衰させるとともに、前記０次光以外の光を前記受光系に向けて偏向又は回折させる計測装置。
【請求項５】
前記対物光学素子は、前記照射系からの前記計測光の光路上に位置し、前記０次項を減衰させる第１領域と、前記０次光以外の回折光を偏向又は回折する光学要素が設けられた第２領域とを有する請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記対物光学素子は、前記第１領域と前記第２領域とで表面状態が光学的に異なる請求項１〜３、５のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記対物光学素子において、前記第１領域の周囲に前記第２領域が配置される請求項５又は６に記載の計測装置。
【請求項８】
前記対物光学素子は、前記格子マークの周期方向に平行な方向に関して前記第１領域の一側に第１の光学要素が設けられ、前記第１領域の他側に第２の光学要素が設けられる請求項１〜３、５〜７のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項９】
前記対物光学素子は、前記格子マークの周期方向に応じた方向に所定ピッチで配置された複数の格子線を含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記格子線のピッチは、前記格子マークの格子ピッチの１／ｎ（ｎは自然数）である請求項９に記載の計測装置。
【請求項１１】
前記対物光学素子は、前記格子マークの周期方向に応じた方向に所定間隔で配置され、それぞれに対応する波長の回折光を屈折させて前記受光系に向けて偏向する複数のプリズム要素を含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項１２】
前記対物光学素子は、前記格子マークの周期方向に応じた方向に所定間隔で配置され、それぞれに対応する波長の回折光を屈折させて前記受光系に向けて反射する複数のミラー要素を含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項１３】
前記マーク検出系は、前記対物光学素子を前記対物光学系の光軸回りに回転させる回転装置を更に備える請求項１〜１２のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項１４】
前記対物光学素子は、計測対象の前記格子マークの格子の周期方向に応じて前記光軸回り方向の位置が制御される請求項１３に記載の計測装置。
【請求項１５】
前記格子マークは、前記第１の方向と異なりかつ互いに異なる方向をそれぞれの周期方向とする第１格子マーク及び第２格子マークを含み、
前記照射系は、前記第１格子マーク及び前記第２格子マークに対して前記計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射し、前記受光系は前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれからの回折光を受光し、
前記演算系は、前記マーク検出系の検出結果に基づいて前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれの位置情報を求める請求項１〜１４のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項１６】
前記第１格子マーク及び前記第２の格子マークは、前記第１の方向と交差する方向に隣接して配置される請求項１５に記載の計測装置。
【請求項１７】
前記照射系は、前記第１格子マークに対して第１計測光を照射するとともに、前記第２格子マークに対して前記第１計測光とは異なる第２計測光を照射する請求項１５又は１６に記載の計測装置。
【請求項１８】
前記照射系は、前記第１計測光及び前記第２計測光を同期して前記第１の方向に走査する請求項１７に記載の計測装置。
【請求項１９】
前記照射系は、前記第１格子マーク及び前記第２格子マークに対し、前記第１格子マークの少なくとも一部及び前記第２格子マークの少なくとも一部を含む照明領域を有する計測光を照射する請求項１５又は１６に記載の計測装置。
【請求項２０】
前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれの周期方向は、互いに直交し、
前記第１の方向は、記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれの周期方向に対して４５°の角度を成す方向である請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の計測装置と、
前記計測装置の出力に基づいて前記物体の位置を制御する位置制御装置と、
前記物体にエネルギビームを照射して所定のパターンを形成するパターン形成装置と、を備える露光装置。
【請求項２２】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の計測装置を備え、
前記計測装置の出力に基づいて前記物体の位置を制御しながら、前記物体にエネルギビームを照射して前記物体に所定のパターンを形成する露光装置。
【請求項２３】
物体にエネルギビームを照射して、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、
第１の方向に移動する前記物体に設けられた格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射する照射系と、前記第１の方向に移動する物体に対向可能な対物光学素子を含む対物光学系と、前記対物光学系を介して前記計測光の前記格子マークからの回折光を受光する受光系と、を有するマーク検出系を備え、
前記対物光学素子は、前記照射系からの前記計測光の光路が設けられた第１領域と、光学要素が設けられた第２領域とを有し、
前記格子マークで生成された回折光は、前記対物光学素子の前記光学要素により、前記受光系に向けて偏向、又は回折され、
前記マーク検出系の検出結果に基づいて、前記物体の位置が制御される露光装置。
【請求項２４】
請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板を露光することと、
露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
【請求項２５】
物体に設けられた格子マークの位置情報を計測する計測方法であって、
前記物体に対向可能な対物光学素子を含む対物光学系の下方で、第１の方向に前記物体を移動させることと、
移動する前記物体の前記格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射することと、
前記対物光学系を介して前記計測光の前記格子マークからの回折光を受光系で受光することと、
前記受光系の出力に基づいて前記格子マークの位置情報を求めることと、を含み、
前記対物光学素子は、前記計測光の光路が設けられた第１領域とは異なる第２領域内に設けられた光学要素により、前記格子マークで生成された前記回折光を、前記受光系に向けて偏向又は回折する計測方法。
【請求項２６】
前記格子マークからの回折光のうち０次光は、前記対物光学素子の前記第１領域で減衰される請求項２５に記載の計測方法。
【請求項２７】
前記回折光のうち０次光以外の光は、前記対物光学素子の前記光学要素により、前記対物光学系の光軸に平行に前記受光系に向けて偏向又は回折される請求項２６に記載の計測方法。
【請求項２８】
物体に設けられた格子マークの位置情報を計測する計測方法であって、
前記物体に対向可能な対物光学素子を含む対物光学系の下方で、第１の方向に前記物体を移動させることと、
移動する前記物体の前記格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射することと、
前記対物光学系を介して前記計測光の前記格子マークからの回折光を受光系で受光することと、
前記受光系の出力に基づいて前記格子マークの位置情報を求めることと、を含み、
前記対物光学素子によって、前記格子マークからの回折光のうち０次光が減衰されるとともに、前記回折光のうち０次光以外の光が前記受光系に向けて偏向又は回折される計測方法。
【請求項２９】
前記対物光学素子の、前記計測光の光路が設けられた第１領域とは異なる第２領域内に設けられた光学要素により、前記０次光以外の光が偏向又は回折される請求項２８に記載の計測方法。
【請求項３０】
前記対物光学素子は、前記第１領域と前記第２領域とで表面状態が光学的に異なる請求項２５〜２７、２９のいずれか一項に記載の計測方法。
【請求項３１】
前記対物光学素子において、前記第１領域の周囲に前記第２領域が配置される請求項２９又は３０に記載の計測方法。
【請求項３２】
前記対物光学素子は、前記格子マークの周期方向に平行な方向に関して前記第１領域の一側に第１の光学要素が設けられ、前記第１領域の他側に第２の光学要素が設けられる請求項２５〜２７、２９〜３１のいずれか一項に記載の計測方法。
【請求項３３】
前記対物光学素子は、前記格子マークの周期方向に応じた方向に所定ピッチで配置された複数の格子線を含む請求項２５〜３２のいずれか一項に記載の計測方法。
【請求項３４】
前記複数の格子線のピッチは、前記格子マークの格子ピッチの１／ｎ（ｎは自然数）である請求項３３に記載の計測方法。
【請求項３５】
前記対物光学素子は、前記格子マークの周期方向に応じた方向に所定間隔で配置され、それぞれに対応する波長の回折光を屈折させて前記受光系に向けて偏向する複数のプリズム要素を含む請求項２５〜３２のいずれか一項に記載の計測方法。
【請求項３６】
前記対物光学素子は、前記格子マークの周期方向に応じた方向に所定間隔で配置され、それぞれに対応する波長の回折光を屈折させて前記受光系に向けて反射する複数のミラー要素を含む請求項２５〜３２のいずれか一項に記載の計測方法。
【請求項３７】
前記対物光学素子を前記対物光学系の光軸回りに回転させることを更に含む請求項２５〜３６のいずれか一項に記載の計測方法。
【請求項３８】
前記回転させることでは、計測対象の前記格子マークの格子の周期方向に応じて前記対物光学素子の前記光軸回り方向の位置を制御する請求項３７に記載の計測方法。
【請求項３９】
前記格子マークは、前記第１の方向と異なりかつ互いに異なる方向をそれぞれの周期方向とする第１格子マーク及び第２格子マークを含み、
前記照射することでは、前記第１格子マーク及び前記第２格子マークに対して前記計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射し、
前記受光することでは、前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれからの回折光を受光し、
前記求めることでは、前記受光系の出力に基づいて前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれの位置情報を求める請求項２５〜３６のいずれか一項に記載の計測方法。
【請求項４０】
前記第１格子マーク及び前記第２の格子マークは、前記第１の方向と交差する方向に隣接して配置される請求項３９に記載の計測方法。
【請求項４１】
前記照射することでは、前記第１格子マークに対して第１計測光を照射するとともに、前記第２格子マークに対して前記第１計測光とは異なる第２計測光を照射する請求項３９又は４０に記載の計測方法。
【請求項４２】
前記照射することでは、前記第１計測光及び前記第２計測光を同期して前記第１の方向に走査する請求項４１に記載の計測方法。
【請求項４３】
前記照射することでは、前記第１格子マーク及び前記第２格子マークに対し、前記第１格子マークの少なくとも一部及び前記第２格子マークの少なくとも一部を含む照明領域を有する計測光を照射する請求項３９又は４０に記載の計測方法。
【請求項４４】
前記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれの周期方向は、互いに直交し、
前記第１の方向は、記第１格子マーク及び前記第２格子マークそれぞれの周期方向に対して４５°の角度を成す方向である請求項３９〜４３のいずれか一項に記載の計測方法。
【請求項４５】
請求項２５〜４４のいずれか一項に記載の計測方法を用いて物体に設けられた格子マークの位置情報を計測することと、
前記計測された前記格子マークの位置情報に基づいて前記物体の位置を制御しつつ、前記物体をエネルギビームで露光することと、を含む露光方法。
【請求項４６】
請求項４５に記載の露光方法を用いて基板を露光することと、
露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置及び計測方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、物体に設けられた格子マークの位置情報を求める計測装置及び計測方法、計測装置を備えた露光装置及計測方法を用いる露光方法、並びに露光装置又は露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが用いられている。【０００３】
この種の露光装置では、例えばウエハ又はガラスプレート（以下、「ウエハ」と総称する）上に複数層のパターンが重ね合せて形成されることから、ウエハ上に既に形成されたパターンと、マスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）が有するパターンとを最適な相対位置関係にするための操作（いわゆるアライメント）が行われている。また、この種のアライメントで用いられるアライメント系（センサ）としては、ウエハに設けられた格子マークに対して計測光を走査する（追従させる）ことにより該格子マークの検出を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
しかし、この種のアライメント系では、計測光を走査するため、対物レンズを含む対物光学系に広い視野が要求される。しかし、対物レンズの視野を単純に広げた場合には、対物レンズを含む対物光学系が大型化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，５９３，６４６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、第１の方向に移動する物体に設けられた格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射する照射系と、前記第１の方向に移動する物体に対向可能な対物光学素子を含む対物光学系と、前記対物光学系を介して前記計測光の前記格子マークからの回折光を受光する受光系と、を有するマーク検出系と、前記マーク検出系の検出結果に基づいて前記格子マークの位置情報を求める演算系と、を備え、前記対物光学素子は、前記照射系からの前記計測光の光路が設けられた第１領域と、前記格子マークで生成された回折光を前記受光系に向けて偏向又は回折する光学要素が設けられた第２領域とを有する計測装置が、提供される。
本発明の第２の態様によれば、第１の方向に移動する物体に設けられた格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射する照射系と、前記第１の方向に移動する物体に対向可能な対物光学素子を含む対物光学系と、前記対物光学系を介して前記計測光の前記格子マークからの回折光を受光する受光系と、を有するマーク検出系と、前記マーク検出系の検出結果に基づいて前記格子マークの位置情報を求める演算系と、を備え、前記対物光学素子は、前記格子マークからの回折光のうち０次光を減衰させるとともに、前記０次光以外の光を前記受光系に向けて偏向又は回折させる計測装置が、提供される。
【０００７】
本発明の第３の態様によれば、第１又は第２の態様に係る計測装置と、前記計測装置の出力に基づいて前記物体の位置を制御する位置制御装置と、前記物体にエネルギビームを照射して所定のパターンを形成するパターン形成装置と、を備える露光装置が、提供される。
【０００８】
本発明の第４の態様によれば、第１又は第２の態様に係る計測装置を備え、前記計測装置の出力に基づいて前記物体の位置を制御しながら、前記物体にエネルギビームを照射して前記物体に所定のパターンを形成する露光装置が、提供される。
【０００９】
本発明の第５の態様によれば、物体にエネルギビームを照射して、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、第１の方向に移動する前記物体に設けられた格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射する照射系と、前記第１の方向に移動する物体に対向可能な対物光学素子を含む対物光学系と、前記対物光学系を介して前記計測光の前記格子マークからの回折光を受光する受光系と、を有するマーク検出系を備え、前記対物光学素子は、前記照射系からの前記計測光の光路が設けられた第１領域と、光学要素が設けられた第２領域とを有し、前記格子マークで生成された回折光は、前記対物光学素子の前記光学要素により、前記受光系に向けて偏向、又は回折され、前記マーク検出系の検出結果に基づいて、前記物体の位置が制御される露光装置が、提供される。
【００１０】
本発明の第６の態様によれば、第３ないし第５の態様のいずれかに係る露光装置を用いて基板を露光することと、露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。
【００１１】
本発明の第７の態様によれば、物体に設けられた格子マークの位置情報を計測する計測方法であって、前記物体に対向可能な対物光学素子を含む対物光学系の下方で、第１の方向に前記物体を移動させることと、移動する前記物体の前記格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射することと、前記対物光学系を介して前記計測光の前記格子マークからの回折光を受光系で受光することと、前記受光系の出力に基づいて前記格子マークの位置情報を求めることと、を含み、前記対物光学素子は、前記計測光の光路が設けられた第１領域とは異なる第２領域内に設けられた光学要素により、前記格子マークで生成された前記回折光を、前記受光系に向けて偏向又は回折する計測方法が、提供される。
本発明の第８の態様によれば、物体に設けられた格子マークの位置情報を計測する計測方法であって、前記物体に対向可能な対物光学素子を含む対物光学系の下方で、第１の方向に前記物体を移動させることと、移動する前記物体の前記格子マークに対して計測光を前記第１の方向に走査しつつ照射することと、前記対物光学系を介して前記計測光の前記格子マークからの回折光を受光系で受光することと、前記受光系の出力に基づいて前記格子マークの位置情報を求めることと、を含み、前記対物光学素子によって、前記格子マークからの回折光のうち０次光が減衰されるとともに、前記回折光のうち０次光以外の光が前記受光系に向けて偏向又は回折される計測方法が、提供される。
【００１２】
本発明の第９の態様によれば、第７又は第８の態様に係る計測方法を用いて物体に設けられた格子マークの位置情報を計測することと、前記計測された前記格子マークの位置情報に基づいて前記物体の位置を制御しつつ、前記物体をエネルギビームで露光することと、を含む露光方法が、提供される。
【００１３】
本発明の第１０の態様によれば、第９の態様に係る露光方法を用いて基板を露光することと、露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、ウエハ上に形成された格子マークの一例（その１〜その３）を示す図である。
【図３】図１の露光装置が有するアライメント系の構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、図３のアライメント系が有する対物透明板の平面図、図４（ｂ）は、対物透明板に入射する回折光を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、図３のアライメント系が有する検出用格子板の平面図、図５（ｂ）は、図３のアライメント系が有する受光系から得られる信号の一例を示す図である。
【図６】露光装置の制御系を示すブロック図である。
【図７】図７（ａ）は、第２の実施形態に係るアライメント系が有する対物透明板の平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）の対物透明板に入射する回折光を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、格子マークの変形例を示す図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の格子マークを検出するために用いられる対物透明板の平面図である。
【図９】アライメント系の受光系の変形例を示す図である。
【図１０】変形例に係る対物透明板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
《第１の実施形態》
以下、第１の実施形態について、図１〜図６に基づいて説明する。
【００１６】
図１には、第１の実施形態に係る露光装置１０の構成が概略的に示されている。露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように本実施形態では、投影光学系１６ｂが設けられており、以下においては、この投影光学系１６ｂの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルＲとウエハＷとが相対走査される方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００１７】
露光装置１０は、照明系１２、レチクルステージ１４、投影ユニット１６、ウエハステージ２２を含むウエハステージ装置２０、多点焦点位置計測系４０、アライメント系５０、及びこれらの制御系等を備えている。図１においては、ウエハステージ２２上に、ウエハＷが載置されている。
【００１８】
照明系１２は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源と、オプティカルインテグレータを有する照度均一化光学系、及びレチクルブラインド（いずれも不図示）を有する照明光学系とを含む。照明系１２は、レチクルブラインド（マスキングシステム）で設定（制限）されたレチクルＲ上のＸ軸方向に長いスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。照明光ＩＬとしては、例えばＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。
【００１９】
レチクルステージ１４上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージ１４は、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系３２（図１では不図示、図６参照）によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定の走査速度で駆動可能となっている。レチクルステージ１４のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、例えば干渉計システム（あるいはエンコーダシステム）を含むレチクルステージ位置計測系３４によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時計測される。レチクルステージ位置計測系３４の計測値は、主制御装置３０（図１では不図示、図６参照）に送られる。主制御装置３０は、レチクルステージ位置計測系３４の計測値に基づいてレチクルステージ１４のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動系３２を制御することで、レチクルステージ１４の位置（及び速度）を制御する。また、図１では不図示であるが、露光装置１０は、レチクルＲ上に形成されたレチクルアライメントマークの位置検出を行うためのレチクルアライメント系１８（図６参照）を備えている。レチクルアライメント系１８としては、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書、米国特許公開第２００２／００４１３７７号明細書等に開示される構成のアライメント系を用いることができる。
【００２０】
投影ユニット１６は、レチクルステージ１４の図１における下方に配置されている。投影ユニット１６は、鏡筒１６ａと、鏡筒１６ａ内に格納された投影光学系１６ｂと、を含む。投影光学系１６ｂとして、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数の光学素子（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系１６ｂは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４、１／５又は１／８など）を有する。このため、照明系１２によってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系１６ｂの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系１６ｂ（投影ユニット１６）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、投影光学系１６ｂの第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡに形成される。そして、レチクルステージ１４とウエハステージ２２との同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系１２、レチクルＲ及び投影光学系１６ｂによってウエハＷ上にパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。
【００２１】
ウエハステージ装置２０は、ベース盤２８の上方に配置されたウエハステージ２２を備えている。ウエハステージ２２は、ステージ本体２４と、該ステージ本体２４上に搭載されたウエハテーブル２６とを含む。ステージ本体２４は、その底面に固定された不図示の非接触軸受、例えばエアベアリングにより、数μｍ程度のクリアランス（隙間、ギャップ）を介して、ベース盤２８上に支持されている。ステージ本体２４は、例えばリニアモータ（あるいは平面モータ）を含むウエハステージ駆動系３６（図１では不図示、図６参照）によって、ベース盤２８に対して水平面内３自由度（Ｘ、Ｙ、θｚ）方向に駆動可能に構成されている。ウエハステージ駆動系３６は、ウエハテーブル２６をステージ本体２４に対して６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）に微小駆動する微小駆動系を含む。ウエハテーブル２６の６自由度方向の位置情報は、例えば干渉計システム（あるいはエンコーダシステム）を含むウエハステージ位置計測系３８によって例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時計測される。ウエハステージ位置計測系３８の計測値は、主制御装置３０（図１では不図示、図６参照）に送られる。主制御装置３０は、ウエハステージ位置計測系３８の計測値に基づいてウエハテーブル２６の６自由度方向の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてウエハステージ駆動系３６を制御することで、ウエハテーブル２６の位置（及び速度）を制御する。主制御装置３０は、ウエハステージ位置計測系３８の計測値に基づいて、ステージ本体２４のＸＹ平面内の位置をも制御する。
【００２２】
多点焦点位置計測系４０は、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示されるものと同様の構成のウエハＷのＺ軸方向の位置情報を計測する斜入射方式の位置計測装置である。多点焦点位置計測系４０は、図１に示されるように、投影ユニット１６の−Ｙ側に配置されたアライメント系５０のさらに−Ｙ側に配置されている。多点焦点位置計測系４０の出力は、後述するオートフォーカス制御に用いられることから、以下、多点焦点位置計測系４０をＡＦ系４０と称する。
【００２３】
ＡＦ系４０は、複数の検出ビームをウエハＷ表面に対して照射する照射系と、該複数の検出ビームのウエハＷ表面からの反射光を受光する受光系（いずれも不図示）を備えている。ＡＦ系４０の複数の検出点（検出ビームの照射点）は、図示は省略されているが、被検面上でＸ軸方向に沿って所定間隔で配置される。本実施形態では、例えば１行Ｍ列（Ｍは検出点の総数）又は２行Ｎ列（Ｎは検出点の総数の１／２）のマトリックス状に配置される。受光系の出力は、主制御装置３０（図６参照）に供給される。主制御装置３０は、受光系の出力に基づいて上記複数の検出点におけるウエハＷ表面のＺ軸方向の位置情報（面位置情報）を求める。本実施形態において、ＡＦ系４０による面位置情報の検出領域（複数の検出点の配置領域）は、少なくともウエハＷ上に設定された１つのショット領域のＸ軸方向の長さと同等に設定されている。
【００２４】
主制御装置３０は、露光動作に先だって、ＡＦ系４０の検出領域に対してウエハＷをＹ軸及び／又はＸ軸方向に適宜移動させ、そのときのＡＦ系４０の出力に基づいてウエハＷの面位置情報を求める。主制御装置３０は、上記面位置情報の取得をウエハＷ上に設定された全てのショット領域に対して行い、その結果をウエハテーブル２６の位置情報と関連付けて、フォーカスマッピング情報として記憶する。
【００２５】
次に、ウエハＷに形成されたアライメントマーク、及び該アライメントマークの検出に用いられるオフ・アクシス型のアライメント系５０について説明する。
【００２６】
ウエハＷ上の各ショット領域には、アライメント系５０による検出対象として、図２（ａ）に示されるような格子マークＧＭが少なくとも１つ形成されている。なお、格子マークＧＭは、実際には、各ショット領域のスクライブライン内に形成されている。
【００２７】
格子マークＧＭは、第１格子マークＧＭａと第２格子マークＧＭｂとを含む。第１格子マークＧＭａは、ＸＹ平面内でＸ軸に対して４５°の角度を成す方向（以下、便宜上、α方向と称する）に延びる格子線が、ＸＹ平面内でα方向に直交する方向（以下、便宜上、β方向と称する）に所定間隔（例えばピッチＰ１（Ｐ１は任意の数値））で形成された、β方向を周期方向とする反射型の回折格子から成る。第２格子マークＧＭｂは、β方向に延びる格子線がα方向に所定間隔（例えばピッチＰ２（Ｐ２は任意の数値））で形成された、α方向を周期方向とする反射型の回折格子から成る。第１格子マークＧＭａと第２格子マークＧＭｂとは、Ｙ軸方向の位置が同じとなるように、Ｘ軸方向に連続して（隣接して）配置されている。なお、図２（ａ）では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。その他の図における回折格子も同様である。なお、ピッチＰ１とピッチＰ２は同じ数値であっても良いし、互いに異なる数値であっても良い。また、図２においては、第１格子マークＧＭａと第２格子マークＧＭｂとが接しているが、接していなくても良い。
【００２８】
アライメント系５０は、図３に示されるように、複数の計測光Ｌ１、Ｌ２を出射する光源７２、ウエハＷに対向して配置された対物透明板（対物光学素子とも称する）６２を含む対物光学系６０、計測光Ｌ１、Ｌ２をスキャン方向（本実施形態ではＹ軸方向であり、適宜「第１の方向」とも称する。）に走査しつつ、該計測光Ｌ１、Ｌ２を対物透明板６２を介してウエハＷ上の格子マークＧＭに照射する照射系７０、及び計測光Ｌ１、Ｌ２に基づく格子マークＧＭからの回折光±Ｌ３、±Ｌ４を対物光学系６０を介して受光する受光系８０を備えている。
【００２９】
照射系７０は、上述した光源７２、計測光Ｌ１、Ｌ２の光路上に配置された可動ミラー７４、可動ミラー７４により反射された計測光Ｌ１、Ｌ２の一部をウエハＷに向けて反射し、残りを透過させるハーフミラー（ビームスプリッタ）７６、ハーフミラー７６を透過（通過）した計測光Ｌ１、Ｌ２の光路上に配置されたビーム位置検出センサ７８などを備えている。
【００３０】
光源７２は、ウエハＷ（図１参照）に塗布されたレジストを感光させないブロードバンドな波長の２つの計測光Ｌ１、Ｌ２を−Ｚ方向に出射する。なお、図３において、計測光Ｌ２の光路は、計測光Ｌ１の光路に対して紙面奥側に重なっている。本第１の実施形態において、計測光Ｌ１、Ｌ２としては、例えば白色光が用いられている。
【００３１】
可動ミラー７４としては、本実施形態では、例えば公知のガルバノミラーが用いられている。可動ミラー７４は、計測光Ｌ１、Ｌ２を反射するための反射面がＸ軸に平行な軸線回りに回動（回転）可能となっている。可動ミラー７４の回動角度は、主制御装置３０（図３では不図示、図６参照）により制御される。可動ミラー７４の角度制御については、さらに後述する。なお、計測光Ｌ１、Ｌ２の反射角を制御できれば、ガルバノミラー以外の光学部材（例えばプリズムなど）を用いても良い。
【００３２】
ハーフミラー７６は、可動ミラー７４とは異なり、位置（反射面の角度）が固定されている。可動ミラー７４の反射面で反射された計測光Ｌ１、Ｌ２の一部は、ハーフミラー７６により光路が−Ｚ方向に折り曲げられた後、対物透明板６２を介してウエハＷ上に形成された格子マークＧＭにほぼ垂直に入射する。なお、図３においては、可動ミラー７４がＺ軸に対して４５°の角度で傾斜しており、可動ミラー７４からの計測光Ｌ１，Ｌ２の一部は、ハーフミラー７６でＺ軸と平行な方向に反射される。また、図３においては、光源７２と対物透明板６２の間の、計測光Ｌ１、Ｌ２の光路上には、可動ミラー７４とハーフミラー７６のみが配置されているが、可動ミラー７４がＺ軸に対して４５°以外の角度で傾斜している場合にも、対物透明板６２から射出される計測光Ｌ１，Ｌ２がウエハＷ上に形成された格子マークＧＭにほぼ垂直に入射するように、照射系７０が構成される。この場合、光源７２と対物透明板６２の間の、計測光Ｌ１、Ｌ２の光路上に、可動ミラー７４，ハーフミラー７６とは異なる、他の少なくとも１つの光学部材が配置されていても良い。、ハーフミラー７６を通過（透過）した計測光Ｌ１、Ｌ２は、レンズ７７を介してビーム位置検出センサ７８に入射する。ビーム位置検出センサ７８は、例えばＰＤ（Photo Detector）アレイ、あるいはＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの光電変換素子を有しており、その結像面は、ウエハＷ表面と共役な面上に配置されている。
【００３３】
ここで、図２（ａ）に示されるように、光源７２から出射された計測光Ｌ１、Ｌ２のうち、計測光Ｌ１は、第１格子マークＧＭａ上に照射され、計測光Ｌ２は、第２格子マークＧＭｂ上に照射されるように、計測光Ｌ１、Ｌ２の間隔が設定されている。そして、アライメント系５０では、可動ミラー７４の反射面の角度が変更されると、可動ミラー７４の反射面の角度に応じて格子マークＧＭａ、ＧＭｂ（ウエハＷ）上における計測光Ｌ１、Ｌ２それぞれの入射（照射）位置が、スキャン方向（Ｙ軸方向、第１の方向）に変化する（図２（ａ）中の白矢印参照）。また、計測光Ｌ１、Ｌ２の格子マークＧＭ上の位置変化と連動して、ビーム位置検出センサ７８（図３参照）上における計測光Ｌ１、Ｌ２の入射位置も変化する。ビーム位置検出センサ７８の出力は、主制御装置３０（図２では不図示、図６参照）に供給される。主制御装置３０は、ビーム位置検出センサ７８の出力に基づいて、ウエハＷ上における計測光Ｌ１、Ｌ２の照射位置情報を求めることができる。
【００３４】
対物光学系６０は、対物透明板６２、検出器側透明板６４、及び格子板６６を備えている。対物透明板６２は、例えば石英ガラスなどの透明（光を透過可能な）な材料により、平面視ほぼ正方形の板状に形成され、水平面にほぼ平行に配置された本体部６２ａと、該本体部６２ａの下面に形成された複数の透過型回折格子（以下、単に「回折格子」と称する）とを含む。図４（ａ）には、対物透明板６２を下面側（−Ｚ側）から見た平面図が示されている。
【００３５】
本体部６２ａの下面には、β方向を周期方向とする回折格子（回折格子Ｇａ１、Ｇａ２）と、α方向を周期方向とする回折格子（回折格子Ｇｂ１、Ｇｂ２）とが形成されている。回折格子Ｇａ１、Ｇａ２、Ｇｂ１、Ｇｂ２それぞれの格子ピッチは、格子マークＧＭａ、ＧＭｂ（それぞれ図２（ａ）参照）の格子ピッチ（上述したＰ１及びＰ２）と設計上同じ値に設定されている。回折格子Ｇａ１、Ｇａ２は、β方向に離間して配置され、回折格子Ｇｂ１、Ｇｂ２は、α方向に離間して配置されている。また、回折格子Ｇａ１〜Ｇｂ２は、それぞれ本体部６２ａの中央部を避けて形成されている。図３に示されるように、ハーフミラー７６により光路が−Ｚ方向に折り曲げられた計測光Ｌ１、Ｌ２は、本体部６２ａの中央部を通過（透過）して格子マークＧＭ上に照射される。対物透明板６２の本体部６２ａのうち、上記中央部を含む（回折格子Ｇａ１、Ｇａ２、Ｇｂ１、Ｇｂ２が形成されていない）領域を、「透過領域」又は「第１領域」と称する。また、回折格子Ｇａ１及び／又は回折格子Ｇｂ１を第１の光学要素とも称し、回折格子Ｇａ２及び／又は回折格子Ｇｂ２を第２の光学要素とも称する。
【００３６】
アライメント系５０では、図４（ｂ）に示されるように、本体部６２ａにおける透過領域の直下に格子マークＧＭ（ＧＭａ、ＧＭｂ）が位置した状態で、該透過領域を介して第１格子マークＧＭａに計測光Ｌ１が照射される。すると、第１格子マークＧＭａから発生した計測光Ｌ１に基づく複数の＋１次回折光（＋Ｌ３）が回折格子Ｇａ１に入射するとともに、第１格子マークＧＭａから発生した計測光Ｌ１に基づく複数の−１次回折光（−Ｌ３）が回折格子Ｇａ２に入射する。同様に、透過領域を介して第２格子マークＧＭｂに計測光Ｌ２が照射されると、第２格子マークＧＭｂから発生した計測光Ｌ２に基づく複数の＋１次回折光（＋Ｌ４）が回折格子Ｇｂ１に入射するとともに、第２格子マークＧＭｂから発生した計測光Ｌ２に基づく複数の−１次回折光（−Ｌ４）が回折格子Ｇｂ２に入射する。なお、本実施形態のように、計測光Ｌ１及び計測光Ｌ２として白色光が用いられる場合、図４（ｂ）に示されるように、当該白色光に含まれる複数波長の光に応じた複数の−１次回折光及び複数の＋１次回折光がそれぞれ発生することになる。
【００３７】
＋１次回折光（＋Ｌ３、＋Ｌ４）は、それぞれ回折格子Ｇａ１、Ｇｂ１により回折され、−１次回折光（−Ｌ３、−Ｌ４）は、それぞれ回折格子Ｇａ２、Ｇｂ２により回折される。このとき、計測光Ｌ１、Ｌ２のうち、格子マークＧＭａ、ＧＭｂ、及びこの格子マークに対応した回折格子Ｇａ１、Ｇａ２、Ｇｂ１、Ｇｂ２それぞれの格子ピッチの設定により、生成された所定次数の回折光、ここでは＋１次回折光（＋Ｌ３、＋Ｌ４）それぞれの−１次回折光、及び−１次回折光（−Ｌ３、−Ｌ４）それぞれの＋１次回折光が、対物光学系６０（図３参照）の光軸と平行（Ｚ軸方向と平行）に、受光系８０（図３参照）に向けて進行する。また、計測光Ｌ１、Ｌ２それぞれの格子マークＧＭａ、ＧＭｂからの０次回折光は、対物透明板６２の中央部に回折格子が形成されていない（すなわち、透過領域と回折格子Ｇａ１〜Ｇｂ２が形成された領域とで光学的に表面状態が異なる）ことから減衰することとなる。この場合、計測光Ｌ１、Ｌ２それぞれの格子マークＧＭａ、ＧＭｂからの０次回折光は、受光系８０（図３参照）への進行が遮断（阻害）されることが好ましいが、少なくとも受光系８０での計測ノイズとならない範囲で減衰させるようにしても良い。
【００３８】
対物透明板６２から出射した±１次回折光（±Ｌ３、±Ｌ４）それぞれの前述の所定次数の回折光（以下、まとめて対物透明板６２からの回折光とも称する）は、図３に示されるように、対物透明板６２の上方に配置された検出器側透明板６４に入射する。
【００３９】
検出器側透明板６４の構成及び機能は、対物透明板６２と実質的に同じであるので説明を省略する。すなわち、検出器側透明板６４に入射した対物透明板６２からの回折光は、検出器側透明板６４の本体部６４ａの下面に形成された透過型の回折格子に入射することにより回折され（光路が曲げられ）、検出器側透明板６４の上方に配置された格子板６６に入射する。
【００４０】
格子板６６は、検出器側透明板６４に平行に配置された、Ｙ軸方向に平行に延びる板状の部材から成る。格子板６６には、図５（ａ）に示されるように、読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂが形成されている。読み出し用回折格子Ｇａは、格子マークＧＭａ（図２（ａ）参照）に対応する、β方向を周期方向とする透過型の回折格子である。読み出し用回折格子Ｇｂは、格子マークＧＭｂ（図２（ａ）参照）に対応する、α方向を周期方向とする透過型の回折格子である。
【００４１】
主制御装置３０（図６参照）は、アライメント系５０を用いて格子マークＧＭの位置計測を行う際、図３中の両矢印で示されるように格子マークＧＭ（すなわちウエハＷ）を対物透明板６２（すなわちアライメント系５０）に対してＹ軸方向（第１の方向）に駆動しつつ、アライメント系５０の可動ミラー７４を制御することにより、計測光Ｌ１、Ｌ２を、格子マークＧＭに追従させてＹ軸方向（第１の方向）に走査する。これにより、格子マークＧＭと格子板６６とがＹ軸方向に相対移動するので、計測光Ｌ１、Ｌ２に基づく回折光（±Ｌ３、±Ｌ４）に由来する回折光同士の干渉により、読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂ（図５（ａ）参照）上に干渉縞が結像する（形成される）。
【００４２】
受光系８０は、検出器８４、及び格子板６６上に結像された像（干渉縞）に対応する光を検出器８４に導く光学系８６などを備えている。
【００４３】
読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂ上に結像した像（干渉縞）に対応する光は、光学系８６が有するミラー８６ａを介して検出器８４に導かれる。本実施形態のアライメント系５０では、計測光Ｌ１、Ｌ２として白色光が用いられることに対応して、光学系８６は、分光プリズム８６ｂを有している。格子板６６からの光は、分光プリズム８６ｂを介して、例えば青、緑、及び赤の各色に分光される。検出器８４は、上記各色に対応して独立に設けられたフォトディテクタＰＤ１〜ＰＤ３を有している。検出器８４が有するフォトディテクタＰＤ１〜ＰＤ３それぞれの出力は、主制御装置３０（図３では不図示。図６参照）に供給される。
【００４４】
フォトディテクタＰＤ１〜ＰＤ３それぞれの出力からは、一例として、図５（ｂ）に示されるような波形の信号（干渉信号）が得られる。主制御装置３０（図６参照）は、上記信号の位相から、格子マークＧＭａ、ＧＭｂそれぞれの位置を演算により求める。すなわち、本実施形態の露光装置１０（図１参照）では、アライメント系５０と主制御装置３０（それぞれ図６参照）とにより、ウエハＷに形成された格子マークＧＭの位置情報を求めるためのアライメント装置が構成されている。なお、図５（ｂ）に示される信号は、格子マークＧＭａ、ＧＭｂと読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂとの相対位置に基づいて生成される。なお、格子マークＧＭａ、ＧＭｂのＹ軸方向の駆動と計測光Ｌ１、Ｌ２のＹ軸方向の走査とは、必ずしも完全に同期（速度が厳密に一致）していなくても良い。
【００４５】
上記のように構成された露光装置１０（図１参照）では、まず、レチクルＲ及びウエハＷが、それぞれレチクルステージ１４及びウエハステージ２２上にロードされ、レチクルアライメント系１８を用いたレチクルアライメント、及びアライメント系５０を用いたウエハアライメント（例えばＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）等）などの所定の準備作業が行われる。なお、上記のレチクルアライメント、ベースライン計測等の準備作業については、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書、米国特許公開第２００２／００４１３７７号明細書等に詳細に開示されている。また、これに続くＥＧＡについては、例えば米国特許第４，７８０，６１７号明細書等に詳細に開示されている。
【００４６】
ここで、本実施形態において、主制御装置３０は、アライメント系５０を用いた格子マークＧＭの位置計測動作に先だって、ＡＦ系４０を用いてウエハＷの面位置情報を求める。そして、主制御装置３０は、上記面位置情報と、予めレイヤ毎に求められたオフセット値とに基づいてウエハテーブル２６のＺ軸方向の位置及び姿勢（θｘ方向及びθｚ方向の傾斜）を制御することにより、アライメント系５０の対物光学系６０を格子マークＧＭに合焦させる。なお、本実施形態において、オフセット値とは、アライメント系５０の信号強度（干渉縞のコントラスト）が最大となるようにウエハテーブル２６の位置及び姿勢を調整したときに得られるＡＦ系４０の計測値を意味する。このように、本実施形態では、アライメント系５０による格子マークＧＭの検出の直前に得られたウエハＷの面位置情報を用いて、ほぼリアルタイムでウエハテーブル２６の位置及び姿勢の制御が行われる。なお、格子マークＧＭの位置計測と並行して、位置計測対象の格子マークＧＭからの光を受光し、ウエハＷの面位置検出を行っても良い。
【００４７】
その後、主制御装置３０の管理の下、ウエハＷの第１番目のショット領域に対する露光のための加速開始位置にウエハステージ２２が移動されるとともに、レチクルＲの位置が加速開始位置となるように、レチクルステージ１４が移動される。そして、レチクルステージ１４と、ウエハステージ２２とがＹ軸方向に沿って同期駆動されることで、ウエハＷ上の第１番目のショット領域に対する露光が行われる。以後、ウエハＷ上のすべてのショット領域に対する露光が行われることで、ウエハＷの露光が完了する。
【００４８】
以上説明した、本第１の実施形態に係る露光装置１０が備えるアライメント系５０によれば、一般的なレンズが光の屈折現象を利用して光の進行方向を変えるのに対して、回折格子Ｇａ１〜Ｇｂ２が形成された対物透明板６２を用いて（光の回折現象を利用して）、特定ピッチ（Ｐ１、Ｐ２）の格子マークＧＭ（ＧＭａ、ＧＭｂ）から回折された光の進行方向を変えるので、対物光学素子としてレンズを用いる場合に比べ、対物光学系６０の全体の大型化を抑制することができる。
【００４９】
また、本実施形態に係るアライメント系５０は、図３に示されるように、ウエハＷ（ウエハステージ２２）をＹ軸方向に移動させつつ、計測光Ｌ１、Ｌ２を格子マークＧＭ（（ＧＭａ、ＧＭｂ）、図２（ａ）参照）に対してＹ軸方向に走査するので、該格子マークＧＭの位置計測動作を、例えばウエハステージ２２上にウエハＷをロードした後に行われる、ウエハステージ２２の露光開始位置への移動動作と並行して行うことができる。この場合、ウエハステージ２２の移動経路上に予めアライメント系５０を配置しておくと良い。これにより、アライメント計測時間を短縮し、全体的なスループットを向上することができる。
【００５０】
また、本実施形態に係るアライメント系５０は、スキャン方向に移動するウエハＷ（格子マークＧＭ）に追従するように計測光を走査するので、長時間の計測が可能となる。このため、いわゆる出力の移動平均を取ることが可能なので、装置の振動の影響を低減できる。また、仮にアライメント系の受光系として画像センサ（例えばＣＣＤなど）を用いてラインアンドスペース状のマークを検出する場合、スキャン方向に移動するウエハＷに追従させて計測光を走査すると、スキャン方向に完全に平行なライン以外の像は、検出できない（像が潰れる）。これに対し、本実施形態では、格子マークＧＭからの回折光を干渉させることにより該格子マークＧＭの位置計測を行うので、確実にマーク検出を行うことができる。
【００５１】
また、本実施形態に係るアライメント系５０は、検出器８４として、白色光である計測光Ｌ１，Ｌ２に対応して、例えば３つのフォトディテクタＰＤ１〜ＰＤ３（それぞれ青色光、緑、赤用）を有している。このため、例えばウエハアライメントに先立ってウエハＷ上に形成された重ね合わせマーク（不図示）を白色光を用いて検出し、干渉縞のコントラストが最も高くなる光の色を予め求めておくことにより、上記例えば３つのフォトディテクタＰＤ１〜ＰＤ３のうちの何れの出力をウエハアライメントに用いるのが最適であるかを決定することができる。
【００５２】
《第２の実施形態》
次に第２の実施形態に係る露光装置について説明する。本第２の実施形態の露光装置は、前述の第１の実施形態に係る露光装置１０とは、アライメント系の一部の構成が異なるのみなので、以下相違点に付いてのみ説明し、第１の実施形態と同じ構成、及び機能を有する要素については、第１の実施形態と同一の符号を用いるととともに、その説明を省略する。
【００５３】
図７（ａ）には、本第２の実施形態に係るアライメント系（全体図は不図示）が有する対物透明板（対物光学素子とも称する）１６２を下方（−Ｚ側）から見た平面図が示されている。なお、不図示であるが、本第２の実施形態に係るアライメント系は、第１の実施形態と同様な照射系、及び受光系を有している。
【００５４】
前述の第１の実施形態（図３参照）において、計測光Ｌ１及び計測光Ｌ２に基づく格子マークＧＭａ、ＧＭｂ（それぞれ図２（ａ）参照）からの回折光（±Ｌ３、±Ｌ４）が、対物透明板６２の本体部６２ａに形成された回折格子Ｇａ１〜Ｇｂ２により受光系８０に向けて回折された（図４（ｂ）参照）のに対し、本第２の実施形態では、図７（ｂ）に示されるように、計測光Ｌ１、Ｌ２に基づく格子マークＧＭａ、ＧＭｂからの回折光（±Ｌ３、±Ｌ４）が、対物透明板１６２の本体部１６２ａの下面に形成された、複数、例えば４つのプリズム群Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐｂ１、Ｐｂ２によって受光系８０に向けて、Ｚ軸と平行に偏向される点が異なる。なお、第１の実施形態では、計測光Ｌ１、Ｌ２（図３参照）として白色光が用いられたのに対し、本第２の実施形態において、計測光Ｌ１、Ｌ２には、互いに波長の異なる複数の光が用いられる。なお、上記複数の波長の異なる光は、図７（ｂ）では、便宜上１本のビームとして示されている。
【００５５】
ここで、４つのプリズム群Ｐａ１〜Ｐｂ２の構成は、配置が異なる点を除き実質的に同じであるので、以下、プリズム群Ｐａ１について説明する。プリズム群Ｐａ１は、複数、例えば４つのプリズムＰ１〜Ｐ４を有している。４つのプリズムＰ１〜Ｐ４は、ここでは、それぞれＹ軸方向に同一長さを有するＸＺ断面三角形状の直角プリズムであり、本体部１６２ａの下面に一体的に固定（あるいは本体部１６２ａと一体的に形成）されている。また、４つのプリズムＰ１〜Ｐ４は、それぞれの中心がβ方向の対角線上に所定間隔で位置するように配列されている。すなわち、４つのプリズムＰ１〜Ｐ４は、Ｙ軸方向の位置が互いに異なっている。
【００５６】
各プリズムＰ１〜Ｐ４は、図７（ｂ）に示されるように、計測光Ｌ１に基づく格子マークＧＭａからの複数の回折光のそれぞれが、Ｚ軸に平行に偏向されるように（すなわち、計測光Ｌ１に含まれる複数の光それぞれの波長に応じて）本体部１６２ａ上における位置、及び屈折率が設定されている。プリズム群Ｐｂ１は、図７（ａ）においてプリズム群Ｐａ１に対して左右対称に配置され、プリズム群Ｐａ２は、図７（ａ）においてプリズム群Ｐｂ１に対して上下対称に配置され、プリズム群Ｐｂ２は、図７（ａ）においてプリズム群Ｐａ２に対して左右対称に配置されている。従って、図７（ｂ）に示されるように、本体部１６２ａの中央部に形成された透過領域を介して格子マークＧＭに計測光Ｌ１、Ｌ２が照射されると、前述の第１の実施形態と同様に、計測光Ｌ１、Ｌ２に基づく格子マークＧＭからの±１次回折光±Ｌ３、±Ｌ４の光路が、対応するプリズムＰａ１〜Ｐｂ２により、受光系８０（図７（ｂ）では不図示。図３参照）に向けて、Ｚ軸にほぼ平行に曲げられる。
【００５７】
本第２の実施形態も第１の実施形態と同様、アライメント系の対物光学系の大型化を抑制するという効果を得ることができる。
【００５８】
なお、上記第１及び第２の実施形態に係るアライメント系、及び該アライメント系を含む格子マークの検出システム並びに方法は、適宜変更が可能である。例えば、上記第１及び第２の実施形態では、図２（ａ）に示されるように、格子マークＧＭａ、ＧＭｂそれぞれに対応する計測光Ｌ１、Ｌ２が照射されたが、これに限らず、例えば図２（ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向に延びる（幅広な）単一の計測光Ｌ１を格子マークＧＭａ、ＧＭｂに照射しても良い。
【００５９】
また、上記第１及び第２の実施形態では、図２（ａ）に示されるように、格子マークＧＭａ、ＧＭｂがＸ軸方向に沿って配列されたが、これに限らず、例えば図２（ｃ）に示されるように、格子マークＧＭａ、ＧＭｂがＹ軸方向に沿って配列されても良い。この場合、単一の計測光Ｌ１を格子マークＧＭａ、ＧＭｂの順番（あるいはその逆）に走査することにより、格子マークＧＭのＸＹ平面内の位置を求めることができる。
【００６０】
また、上記第１及び第２の実施形態における格子マークＧＭａ、ＧＭｂは、格子線がＸ軸及びＹ軸に対して、例えば４５°の角度を成していたが、これに限らず、例えば図８（ａ）に示されるような、Ｙ軸方向を周期方向とする格子マークＧＭｙとＸ軸方向を周期方向とする格子マークＧＭｘとを用いても良い。この場合、図８（ｂ）に示されるような格子マークＧＭｘ、ＧＭｙに対応する回折格子Ｇｘ１、Ｇｘ２、Ｇｙ１、Ｇｙ２を備えた対物透明板（対物光学素子）２６２を用いることで、上記第１及び第２の実施形態と同様に広い検出視野を確保しつつ大型化が抑制されたアライメント系を実現することができる。なお、図８（ｂ）に示される対物透明板２６２を含むアライメント系を用いて図８（ａ）に示される格子マークＧＭｘを検出する場合には、例えば２軸ガルバノミラーを用いて計測光をＸ軸、又はＹ軸方向に適宜走査すると良い。
【００６１】
また、図４（ａ）に示される対物透明板６２を、Ｚ軸周りに、例えば４５°回転可能に構成しても良い。この場合、回転後の対物透明板６２に形成された回折格子Ｇａ１〜Ｇｂ２は、それぞれＸ軸又はＹ軸方向が周期方向となるので、図８（ｂ）に示される対物透明板２６２と同等に機能する。従って、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示されるような各格子マークＧＭの検出と、図８（ａ）に示されるような格子マークＧＭの検出とを行うことができる。
【００６２】
また、上記第１及び第２の実施形態のアライメント系が備える対物光学系６０は、対物透明板６２（第２の実施形態では対物透明板１６２）と実質的に同じ構成である検出器側透明板６４を有していたが、これに限らず、検出器側の光学系は、従来の光学系と同様のレンズであっても良い。
【００６３】
また、上記第１の実施形態のアライメント系５０の受光系８０は、分光プリズム８６ｂにより、白色光を分光したが、これに限らず、図９に示される受光系３８０のように、複数の分光フィルタ３８６を用いて白色光を、各色（例えば、青、緑、黄、赤、赤外光）に対応して配置されたフォトディテクタＰＤ１〜ＰＤ５に向けて分光しても良い。
【００６４】
また、上記第１の実施形態では、計測光Ｌ１、Ｌ２として白色光が用いられたが、これに限らず、上記第２の実施形態と同様に、互いに波長の異なる複数の光を用いても良い。また、上記第２の実施形態では、計測光Ｌ１、Ｌ２として互いに波長の異なる光を計測光Ｌ１、Ｌ２として用いたが、上記第１の実施形態と同様に、計測光Ｌ１、Ｌ２として白色光を用いても良い。
【００６５】
また、上記第１及び第２の実施形態において、アライメント系５０は、レチクルパターンとウエハとの位置合わせ（ファインアライメント）を行うための格子マークを検出するのに用いられたが、これに限らず、例えばウエハステージ２２上にウエハＷをロードした直後に、該ウエハＷに形成されたサーチマーク（格子マークＧＭａ、ＧＭｂよりも線幅が太く且つピッチが粗い格子マーク）を検出するのに用いても良い。この場合、図１０に示される対物透明板（対物光学素子とも称する）３６２のように、サーチマークに応じた、β方向を周期方向とする回折格子Ｇａ３、Ｇａ４、及びα方向を周期方向とする回折格子Ｇｂ３、Ｇｂ４を、透過領域を避けて追加的に形成すると良い。
【００６６】
また、アライメント系５０の配置、及び数は、適宜変更が可能であり、例えば複数のアライメント系５０が、Ｘ軸方向に所定間隔で配置されていても良い。この場合、Ｘ軸方向の位置が異なる複数のショット領域に形成された格子マークを同時に検出することができる。また、この場合、複数のアライメント系５０のうちの一部がＸ軸方向に微小ストロークで移動可能に構成されても良い。この場合、ショットマップが異なっていてもウエハ上に形成された複数の格子マークを検出することができる。
【００６７】
また、上記第１の実施形態において、アライメント系５０が備える対物透明板６２に形成された回折格子Ｇａ１〜Ｇｂ２の格子ピッチは、検出対象の格子マークＧＭａ、ＧＭｂの格子ピッチと同じに設定されたが、これに限らず、例えば格子マークＧＭａ、ＧＭｂの格子ピッチの１／ｎ（ｎは自然数）であっても良い。
【００６８】
また、上記第２の実施形態の対物透明板１６２は、格子マークＧＭからの回折光±Ｌ３、±Ｌ４の光路を曲げるために複数のプリズム群Ｐａ１〜Ｐｂ２を有していたが、光路折り曲げ用の光学要素は、これに限らず、例えばミラーなどであっても良い。
【００６９】
また、上記第１の実施形態と上記第２の実施形態とでそれぞれ説明した各構成を任意に組み合わせて実施しても良い。
【００７０】
また、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの紫外光、あるいはＦ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、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良い。また、照明光ＩＬの波長は、１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良く、例えば、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を用いるＥＵＶ露光装置にも上記実施形態を適用することができる。その他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、上記実施形態は適用できる。
【００７１】
また、上記各実施形態の露光装置における投影光学系は、縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系１６ｂは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
【００７２】
また、上記各実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン、減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。
【００７３】
また、露光装置としては、例えば米国特許第８，００４，６５０号明細書に開示されるような、投影光学系と露光対象物体（例えばウエハ）との間に液体（例えば純水）を満たした状態で露光動作を行う、いわゆる液浸露光装置にも上記各実施形態は適用することができる。
【００７４】
また、例えば米国特許出願公開第２０１０／００６６９９２号明細書に開示されるような、ウエハステージを２つ備えた露光装置にも、上記各実施形態は適用することができる。
【００７５】
また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号に開示されているように、干渉縞をウエハＷ上に形成することによって、ウエハＷ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも上記各実施形態を適用することができる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも上記各実施形態は適用することができる。
【００７６】
また、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも上記各実施形態を適用することができる。
【００７７】
また、上記各実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。
【００７８】
また、露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、又は有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシンあるいはＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。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、あるいは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上記各実施形態を適用できる。
【００７９】
半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態に係る露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、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エッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
【００８０】
なお、これまでの記載で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上説明したように、本発明の計測装置及び計測方法は、格子マークを検出するのに適している。また、本発明の露光装置及び露光方法は、物体を露光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製造に適している。
【符号の説明】
【００８２】
１０…露光装置、１４…レチクルステージ、２０…ウエハステージ装置、３０…主制御装置、５０…アライメント系、６０…対物光学系、６２…対物透明板（対物光学素子）、７０…照射系、８０…受光系、Ｇａ１、Ｇａ２、Ｇｂ１、Ｇｂ２…回折格子、ＧＭ…格子マーク、Ｗ…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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