(57)【要約】  【課題】多段階のアライメントＡＦによるスループットの低下を防ぎ、より高精度にフォーカス調節を行なうことができるマーク検出方法とその装置を提供する。  【解決手段】新たなウエハマークを検出する場合、設計上の移動距離を求め（ステップＳ１０１）、距離が十分長い場合に多段階アライメントＡＦを行なう（ステップＳ１０３）。また、予め検出したウエハフラットネス等からウエハマーク間のデフォーカス量を算出し（ステップＳ１０５）、これが十分大きい場合に多段階アライメントＡＦを行なう（ステップＳ１０７）。また、前段のアライメントＡＦ中のフォーカス状態検出（ステップＳ１０９）の結果に基づき、デフォーカス量が十分大きい場合のみ（ステップＳ１１１）フォーカス調節を行なう（ステップＳ１１３）。何れの場合も視野にウエハマークが入った時点で（ステップＳ１１５）最終段のフォーカス検出（ステップＳ１１７）及びフォーカス調節（ステップＳ１１９）を行ない、位置計測を行なう（ステップＳ１２１）。  【選択図】  図６
2005209926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マークが形成された物体を光学系の光軸方向と直交する方向に移動させて、前記光学系の視野内に配置された前記マークを所望のフォーカス状態で検出するマーク検出方法であって、
検出対象のマークが前記光学系の視野内の所定位置に無い状態で、前記物体に対する前記光学系のフォーカス状態を検出する第１のフォーカス状態検出工程と、
前記第１のフォーカス状態検出工程において検出したフォーカス状態に基づいて、前記物体に対して前記フォーカス状態を調節する第１のフォーカス状態調節工程と、
検出対象のマークが前記光学系の視野内にある状態で、前記マークに対する前記光学系のフォーカス状態を検出する第２のフォーカス状態検出工程と、
前記第２のフォーカス状態検出工程において検出したフォーカス状態に基づいて、前記マークに対して前記フォーカス状態を調節する第２のフォーカス状態調節工程と
前記第１のフォーカス状態検出工程、前記第１のフォーカス状態調節工程を行なうか否かを判定する判定工程と
を含むことを特徴とする
マーク検出方法。
【請求項２】
前記判定工程においては、検出対象のマークと直前の検出対象のマークとの距離が所定の距離以上であった場合に、少なくとも前記第１のフォーカス状態検出工程を行なうと判定する
請求項１に記載のマーク検出方法。
【請求項３】
前記判定工程においては、検出対象のマークと直前の検出対象のマークとの距離が所定の距離以上であった場合に、前記第１のフォーカス状態検出工程及び前記第１のフォーカス状態調節工程を行なうと判定する
請求項１に記載のマーク検出方法。
【請求項４】
前記判定工程においては、予め算出されるデフォーカス量に基づいて、当該デフォーカス量が所定値以上であった場合に、少なくとも前記第１のフォーカス状態検出工程を行なうと判定する
請求項１〜３の何れか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項５】
前記判定工程においては、予め算出されるデフォーカス量に基づいて、当該デフォーカス量が所定値以上であった場合に、前記第１のフォーカス状態検出工程及び前記第１のフォーカス状態調節工程を行なうと判定する
請求項１〜３の何れか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項６】
前記デフォーカス量は、予め入力された前記物体の表面の平面度に関わる情報に基づいて算出されることを特徴とする
請求項４又は５に記載のマーク検出方法。
【請求項７】
前記判定工程においては、前記物体の表面の平面度に関する情報と、検出対象マークと直前の検出対象マークとの距離情報とに基づいて、前記判定を行なうことを特徴とする
請求項１に記載のマーク検出方法。
【請求項８】
前記判定工程においては、前記第１のフォーカス状態検出工程は無条件に行なうと判定し、前記第１のフォーカス状態検出工程における検出の結果、デフォーカス量が所定量以上であった場合に、前記第１のフォーカス状態調節工程をさらに行なうと判定する
請求項１又は７に記載のマーク検出方法。
【請求項９】
マークが形成された物体を光学系の光軸方向と直交する方向に移動させて、前記光学系の視野内に配置された前記マークを所望のフォーカス状態で検出するマーク検出装置であって、
前記物体を移動させる移動手段と、
視野内の物体を検出する光学系と、
前記物体に対する前記光学系のフォーカス状態を検出するフォーカス状態検出手段と、
前記検出したフォーカス状態に基づいて、前記物体に対する前記光学系のフォーカス状態を調節するフォーカス状態調節手段と、
前記検出対象のマークが前記光学系の視野内の所定位置に無い状態での、前記フォーカス状態検出手段による前記物体に対する前記光学系のフォーカス状態の検出動作、及び、前記フォーカス状態調節工程による前記物体に対する前記光学系のフォーカス状態の調節動作を行なうか否かを判定する制御手段と
を有するマーク検出装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、検出対象のマークと直前の検出対象のマークとの距離が所定の距離以上であった場合に、少なくとも前記検出対象のマークが前記光学系の視野内に無い状態での前記フォーカス状態の検出を行なう
請求項９に記載のマーク検出装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、予め算出されるデフォーカス量に基づいて、当該デフォーカス量が所定値以上であった場合に、少なくとも前記検出対象のマークが前記光学系の視野内に無い第１の状態での前記フォーカス状態の検出を行なう
請求項９又は１０に記載のマーク検出装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記第１の状態でのフォーカス状態検出工程における検出の結果、デフォーカス量が所定量以上であった場合に、前記検出対象のマークが前記光学系の視野内に無い状態での前記フォーカス状態の調節を行なう
請求項９〜１１の何れか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項１３】
前記物体は、マスク上に形成されたパターンが転写される基板であり、請求項１〜８の何れかに記載のマーク検出方法により検出されたマークを用いて前記基板のアライメントを行ない、前記アライメントが行なわれた基板上に前記パターンの像を投影露光して転写する露光方法。
【請求項１４】
前記物体は、マスク上に形成されたパターンが転写される基板であり、請求項９〜１２の何れかに記載のマーク検出装置を用いて検出されたマークを用いて前記基板のアライメントを行ない、前記アライメントが行なわれた基板上に前記パターンの像を投影露光して転写する露光装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の露光方法を用いて、前記マスク上に形成されたデバイスパターンを前記基板上に転写する工程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、例えば半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイス（以降、単に電子デバイスと言う）を製造する際に用いる露光装置に適用して好適な、物体上に形成されたマークを検出するマーク検出方法とその装置、そのマーク検出方法を用いた露光装置とその装置、及び、その露光方法を用いたデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスの製造においては、露光装置を用いて、フォトマスクやレチクル（以降、レチクルと総称する）に形成された微細なパターンの像を、フォトレジスト等の感光剤を塗布した半導体ウエハやガラスプレート等の基板（以降、ウエハと総称する）上に投影露光し（以降、単に露光と称する）転写する。この際、２層目以降のパターンの像を露光する際には、既にウエハ上に形成されているパターンと新たに露光し転写するパターンの像とを正確に重ね合わせるために、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライメント）する必要がある。
【０００３】
レチクルのアライメントの方式としては、露光光をレチクル上に描画されたアライメントマークに照射し、ＣＣＤカメラ等で撮像したアライメントマークの画像を画像処理してマーク位置を計測するＶＲＡ（Visual Reticle Alignment）方式等が適用される。
【０００４】
ウエハのアライメントの方式としては、レーザ光をウエハ上のドット列状のアライメントマークに照射し、そのマークにより回折又は散乱された光を用いてマーク位置を計測するＬＳＡ（Laser Step Alignment）方式、ハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光でアライメントマークを照明し、ＣＣＤカメラ等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)方式、及び、ウエハ上の回折格子状のアライメントマークに周波数を僅かに変えたレーザ光を２方向から照射し、発生した２つの回折光を干渉させ、その位相からアライメントマークの位置を計測するＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment）方式等が適用される。
【０００５】
また、ウエハアライメントには、ウエハのショット領域ごとにアライメントマークを検出して位置合わせを行なうダイ・バイ・ダイ（Ｄ／Ｄ）アライメント方式と、ウエハのいくつかのショット領域のみのアライメントマークを検出し、ショット領域の配列の規則性を求めることで各ショット領域を位置合わせするグローバル・アライメント方式とがある。電子デバイスの製造ラインでは、現在のところ、スループットとの兼ね合いから、グローバル・アライメント方式が主に使用されている。特に最近では、ウエハ上のショット領域の配列の規則性を統計的手法によって高精度に検出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式が広く用いられている。
【０００６】
これらの光学式アライメントにおいては、まず、レチクル上のアライメントマークを検出し、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し、位置座標を計測する。次に、これらの計測結果から、重ね合わせられるショットの位置を求める。こ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、レチクルのパターン像を投影露光する。
【０００７】
ところで、このようなアライメントにおけるウエハ上のマークの検出、特に上述のＦＩＡ方式でのマーク検出に際しては、アライメントセンサが精度良くマークを計測できるように、マークに対するアライメント用の光学系の焦点状態（フォーカス状態）を調節するアライメントＡＦが行なわれる。このアライメントＡＦは、アライメントマークがアライメントセンサ（アライメント光学系）の視野内の所定位置（例えば視野中心）に位置する状態において行なうことが望ましいが、スループットの向上を目的として、アライメント光学系の視野内にマークを配置するためのウエハの移動中においてもアライメントＡＦを行なう場合もある。ウエハの移動中にアライメントＡＦを行なう場合、ウエハのマークとは異なる位置においてフォーカス状態を検出することとなり、ウエハは完全な平面ではないために誤差が生じる。通常、この誤差は検出誤差として許容される範囲内に収まる場合が多いが、デバイスパターンの高精細化により、許容される誤差の範囲は小さくなり、ウエハの移動スピードの高速化に伴い、フォーカス計測誤差は大きくなる傾向にある。
【０００８】
そこで、ウエハの移動中のアライメントＡＦと、マークがアライメントセンサの視野内に入った状態で行なうアライメントＡＦとを組み合わせて行なう多段階のアライメントＡＦが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
多段階のアライメントＡＦを行ない漸次的にフォーカスを合わせていくことで、最終的な計測対象座標でのデフォーカス量を小さくすることができる。一般に、センサはその計測可能レンジの中心部分で最も精度が高いため、前段の相対的にラフな調節でデフォーカス量を小さくしておけば、後段の計測はより高精度に行なうことができる。
【００１０】
また、多段階のアライメントＡＦにおいては、前段のフォーカス調節動作をウエハの移動中（被計測マーク間の移動中）に行なうことができれば、このフォーカス調節にかかる時間は全体の処理時間には影響しない。最終段のアライメントＡＦにかかる時間は全体の処理時間に影響するが、デフォーカス量は前段の動作により小さくなっているので、フォーカス調節のためのウエハステージの駆動等に必要な時間は短縮され、スループットの低下は抑えられる。
【特許文献１】特開２００２−１９０４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このような多段階アライメントＡＦにおいて、前段のアライメントＡＦの処理時間を十分に短い時間で行なうことができなければ、このアライメントＡＦ処理時間をウエハの移動時間内に収めることができず、結果として全体の処理時間を長くしてしまう。
【００１２】
特に、近年、スループットの向上のためにステージの移動速度が高速化される傾向にあり、この前段のアライメントＡＦの処理時間をウエハの移動時間内に収めることが難しくなっている。また、従来はアライメントを行なう度に必ず多段階動作を行なっているため、その点でも全体の処理時間への影響が大きくなる可能性がある。すなわち、従来の多段階動作では、結果としてスループットを低下させてしまう可能性がある。
【００１３】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、多段階のアライメントＡＦにおいて、必要な精度を確保しつつもスループットの低下を防ぐことができるマーク検出方法とその装置を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、マークを短い処理時間で適切なフォーカス状態で検出することにより、より高速かつ高精度に露光処理を行なうことができる露光方法とその装置を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、高速かつ高精度な露光処理を行なうことにより、高性能なデバイスを効率良く製造す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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するために、本発明に係るマーク検出方法は、マークが形成された物体を光学系の光軸方向と直交する方向に移動させて、前記光学系の視野内に配置された前記マークを所望のフォーカス状態で検出するマーク検出方法であって、検出対象のマークが前記光学系の視野内の所定位置に無い状態で、前記物体に対する前記光学系のフォーカス状態を検出する第１のフォーカス状態検出工程（ステップＳ１０９）と、前記第１のフォーカス状態検出工程において検出したフォーカス状態に基づいて、前記物体に対して前記フォーカス状態を調節する第１のフォーカス状態調節工程（ステップＳ１１３）と、検出対象のマークが前記光学系の視野内にある状態で、前記マークに対する前記光学系のフォーカス状態を検出する第２のフォーカス状態検出工程（ステップＳ１１７）と、前記第２のフォーカス状態検出工程において検出したフォーカス状態に基づいて、前記マークに対して前記フォーカス状態を調節する第２のフォーカス状態調節工程（ステップＳ１１９）と、前記第１のフォーカス状態検出工程、前記第１のフォーカス状態調節工程を行なうか否かを判定する判定工程と（ステップＳ１０３、Ｓ１０７及びＳ１１１）を含むことを特徴とする（図６参照）。（請求項１）
このようなマーク検出方法によれば、第１のフォーカス状態検出工程及び第１のフォーカス状態調節工程における例えば物体移動中等に行なうマークが光学系の視野内の所定位置に無い状態でのフォーカス状態の検出及び調節は、判定工程における所望の判定の結果に基づいて行なうようにしている。すなわち、例えば物体の移動時間内に処理が終了する場合、ラフなフォーカス調節が有効な程度にデフォーカス状態が大きいと考えられる場合等、多段階のフォーカス調節が有効な場合にのみ選択的に多段階のフォーカス調節を行ない、特段の必要の無い場合には多段階のフォーカス調節は行なわないようにしている。従って、スループットの低下を避け、高精度なフォーカス調節を行なうことができる。
【００１７】
好適には、前記判定工程においては、検出対象のマークと直前の検出対象のマークとの距離が所定の距離以上であった場合に、少なくとも前記第１のフォーカス状態検出工程を行なうと判定する。（請求項２）
また好適には、前記判定工程においては、検出対象のマークと直前の検出対象のマークとの距離が所定の距離以上であった場合に、前記第１のフォーカス状態検出工程及び前記第１のフォーカス状態調節工程を行なうと判定する。（請求項３）
また好適には、前記判定工程においては、予め算出されるデフォーカス量に基づいて、当該デフォーカス量が所定値以上であった場合に、少なくとも前記第１のフォーカス状態検出工程を行なうと判定する。（請求項４）
また好適には、前記判定工程においては、予め算出されるデフォーカス量に基づいて、当該デフォーカス量が所定値以上であった場合に、前記第１のフォーカス状態検出工程及び前記第１のフォーカス状態調節工程を行なうと判定する。（請求項５）
また好適には、前記デフォーカス量は、予め入力された前記物体の表面の平面度に関わる情報に基づいて算出される。（請求項６）
また好適には、前記判定工程においては、前記物体の表面の平面度に関する情報と、検出対象マークと直前の検出対象のマークとの距離情報に基づいて、前記判定を行なう。（請求項７）
また好適には、前記判定工程においては、前記第１のフォーカス状態検出工程は無条件に行なうと判定し、前記第１のフォーカス状態検出工程における検出の結果、デフォーカス量が所定量以上であった場合に、前記第１のフォーカス状態調節工程をさらに行なうと判定する。（請求項８）
また、本発明に係るマーク検出装置は、マークが形成された物体を光学系の光軸方向と直交する方向に移動させて、前記光学系の視野内に配置された前記マークを所望のフォーカス状態で検出するマーク検出装置であって、前記物体を移動させる移動手段と、視野内の物体を検出する光学系と、前記物体に対する前記光学系のフォーカス状態を検出するフォーカス状態検出手段と、前記検出したフォーカス状態に基づいて、前記物体に対する前記光学系のフォーカス状態を調節するフォーカス状態調節手段と、前記検出対象のマークが前記光学系の視野内の所定位置に無い状態での、前記フォーカス状態検出手段による前記物体に対する前記光学系のフォーカス状態の検出動作、及び、前記フォーカス状態調節工程による前記物体に対する前記光学系のフォーカス状態の調節動作を行なうか否かを判定する制御手段とを有する。（請求項９）
また、本発明に係る露光方法は、前述した何れかに記載のマーク検出方法を用いて検出されたマークを用いて基板のアライメントを行ない、前記アライメントが行なわれた基板上にマスクに形成されたパターンの像を投影露光して転写する。（請求項１３）
また、本発明に係る露光装置は、前述した何れかに記載のマーク検出装置を用いて検出されたマークを用いて基板のアライメントを行ない、前記アライメントが行なわれた基板上にマスクに形成されたパターンの像を投影露光して転写する。（請求項１４）
また、本発明に係るデバイス製造方法は、前述した露光方法を用いて、前記マスク上に形成されたデバイスパターンを前記基板上に転写する工程を含む。（請求項１５）
なお、本欄においては、各構成に対して、添付図面に示されている対応する構成の符号を記載したが、これはあくまでも理解を容易にするためのものであって、何ら本発明に係る手段が添付図面を参照して後述する実施形態の態様に限定されることを示すものではない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、多段階のアライメントＡＦにおいて、スループットの低下を防ぎながら、より高精度にフォーカス調節を行なうことができるマーク検出方法とその装置を提供することができる。
【００１９】
また、マークを短い処理時間で適切なフォーカス状態で検出することにより、より高速かつ高精度に露光処理を行なうことができる露光方法とその装置を提供することができる。
【００２０】
また、高速かつ高精度な露光処理を行なうことにより、高性能なデバイスを効率良く製造することができるデバイス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】
【００２１】
本発明の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態の半導体デバイス製造用の縮小投影型露光装置１０の構成を概略的に示す図である。
【００２３】
露光装置１０は、マスクとしてのレチクルＲと基板としてのウエハＷとを逆方向に同期移動させつつ、レチクルＲに形成された回路パターンを、ウエハＷ上の各ショット領域に転写する、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、いわゆるスキャニング・ステッパである。
【００２４】
まず、露光装置１０の全体構成について説明する。
【００２５】
露光装置１０は、不図示の露光用光源からのエネルギービーム（照明ビームＩＬ）によりレチクルＲを照明する照明系２１、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出される照明ビームＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、観察手段としてのレチクルアライメント系２４及びウエハアライメント系２５、メインフォーカス検出系（２６ａ，２６ｂ）、及び、装置全体を統括的に制御する主制御ユニット２７を有する。
【００２６】
照明系２１は、例えばエキシマレーザを有する光源、ビーム整形用レンズ及びオプチカルインテグレータ（フライアイレンズ）等を含む照度均一化光学系、照明系開口絞り板（レボルバ）、リレー光学系、不図示のレチクルブラインド、折り曲げミラー及び不図示のコンデンサレンズ系等を含んで構成され、光源からの照明ビームＩＬを、レチクルＲ上の所定の照明領域内に均一な照度分布で照射する。
【００２７】
投影光学系ＰＬは、両側テレセントリックな光学配置になるように配置された共通の光軸ＡＸを有する複数枚のレンズエレメントから構成されている。また、投影光学系ＰＬとしては、投影倍率が例えば１／４又は１／５のものが使用されている。このため、前述したように、照明ビームＩＬによりレチクルＲ上の照明領域が照明されると、そのレチクルＲのパターン面に形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって表面にレジスト（感光材）が塗布されたウエハＷ上に縮小投影され、ウエハＷ上の１つの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。
【００２８】
なお、図１においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向をＺ方向とし、光軸ＡＸに垂直な平面内でレチクルＲと照明領域との相対走査の方向（紙面に平行な方向）をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な軸線を中心とする回転方向をθ方向とする。
【００２９】
レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴ上に載置され、不図示のバキュームチャック等を介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、水平面（ＸＹ平面）内で２次元移動可能に構成されており、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴに載置された後、レチクルＲのパターン領域ＰＡの中心点が光軸ＡＸと一致するように位置決めが行なわれる。こうしたレチクルステージＲＳＴの位置決め動作は、主制御ユニット２７によって不図示の駆動装置が制御されることにより行なわれる。なお、レチクルＲは図示しないレチクル交換装置により適宜交換されて使用される。
【００３０】
ウエハステージＷＳＴは、水平面（ＸＹ面）内を２次元移動可能なＸＹステージ３０と、ＸＹステージ３０上に搭載され光軸方向（Ｚ方向）に微動可能なＺステージ３１を有する。また、ウエハステージＷＳＴは、駆動装置３２によってＸＹ２次元方向に駆動されるとともに微小範囲（例えば１００μｍ程度）内で光軸ＡＸ方向にも駆動される。ウエハステージＷＳＴ上にウエハホルダ３３を介してウエハＷが真空吸着等によって固定されている。
【００３１】
ウエハステージＷＳＴの２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３４を介してレーザ干渉計３５によって所定の分解能（例えば１ｎｍ程度）の分解能で常時検出され、レーザ干渉計３５の出力が主制御ユニット２７に与えられている。そして、主制御ユニット２７によって駆動装置３２が制御され、このような閉ループの制御系により、例えば、ウエハステージＷＳＴはウエハＷ上の１つのショット領域に対するレチクルＲのパターンの転写露光（スキャン露光）が終了すると、次のショットに対する露光開始位置までステッピングされる。また、全てのショット位置に対する露光が終了すると、ウエハＷは不図示のウエハ交換装置によって他のウエハＷに交換される。
【００３２】
また、ウエハＷ表面のＺ方向の位置は、メインフォーカス検出系により測定される。メインフォーカス検出系としては、投影光学系ＰＬの結像面に向けてピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束もしくは平行光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向から照射する照射光学系２６ａと、その結像光束もしくは平行光束のウエハＷ表面（又は後述する基準板ＷＦＢ表面）での反射光束を受光する受光光学系２６ｂとを有する斜入射光式の焦点検出系が用いられており、受光光学系２６ｂからの信号が主制御ユニット２７に供給されている。主制御ユニット２７では受光光学系２６ｂからの信号に基づき、常に投影光学系ＰＬの最良結像面にウエハＷの面が来るように駆動装置３２を介してウエハＷのＺ位置を制御する。
【００３３】
さらに、ウエハステージＷＳＴ上には、後述するベースライン計測のためのウエハ基準マーク（ウエハフィデューシャルマーク）ＷＦＭが形成された基準板ＷＦＢが設けられている。基準板ＷＦＢの表面位置（Ｚ方向の位置）はウエハＷの表面位置とほぼ同一に設定されている。
【００３４】
レチクルアライメント系２４としては、レチクルＲ上に形成されたレチクルマークＲＭと、Ｚステージ３１上に設けられたウエハ基準マークＷＦＭとを同時に検出するいわゆるＴＴＲ方式（スルー・ザ・レチクル方式）の光学系が用いられる。レチクルＲは、レチクルアライメント系２４で計測されるレチクルマークＲＭの位置情報（Ｘ座標、Ｙ座標）に基づいて、レチクルＲの中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと合致するようにアライメントされる。
【００３５】
なお、レチクルマークＲＭとレチクルＲの中心との距離は設計上予め定まった値であり、この値を投影光学系ＰＬの投影倍率に基づいて演算処理することにより、投影光学系ＰＬの像面側（ウエハ側）におけるレチクルマークＲＭの投影点と投影光学系ＰＬの中心との距離が算出される。この距離は、ウエハＷ上の各ショット領域を投影光学系ＰＬの視野内に配する時の補正値として用いられる。
【００３６】
ウエハアライメント系２５としては、本実施形態では、検出基準となる指標を備え、その指標を基準としてウエハＷ上のウエハマークＷＭ又は基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭの位置を検出する画像処理方式の結像式センサ、いわゆるＦＩＡ（Field Image Alignment)方式のアライメント系が用いられている。また、アライメント系２５は、投影光学系ＰＬを介することなくウエハステージ上のマーク（基準マークＷＦＭやウエハＷ上のマーク）を計測するいわゆるオフアクシスアライメント系である。
【００３７】
ウエハアライメント系２５の構成、作用等について、図２に基づいて説明する。
【００３８】
ウエハＷ上のフォトレジストに対して非感光性のブロードバンドな照明ビームが光ファイバ５１から射出され、この光束がレンズ系５２を介してビームスプリッタ５３に入射する。ビームスプリッタ５３によって反射された光束は、レンズ５４、ビームスプリッタ５５、対物レンズ５６、及びプリズムミラー５７を介して、ウエハＷ上の所定領域（例えばウエハマークが形成された領域）を照明する。ウエハＷの表面で反射した光束は、プリズムミラー５７で反射され、対物レンズ５６、ビームスプリッタ５５、レンズ５４を戻り、ビームスプリッタ５３を透過した後、レンズ６０を介して、ビームスプリッタ６１に入射する。ウエハマークが形成された領域を照明した場合において、ビームスプリッタ６１を透過した光束はレンズ系６２を介して指標板６３にウエハマークの像を結像する。この像及び指標板６３上の指標マークからの光束は、撮像用のレンズ系６４を介してＣＣＤカメラ６５の撮像面にウエハマーク及び指標マークの像を結像する。
【００３９】
なお、対物レンズ５６の最良結像面（焦点位置）にウエハＷの表面が合致した合焦状態において、指標板６３は、対物レンズ５６〜レンズ系６２の結像系に関してウエハＷの表面と共役に配置され、さらに指標板６３とＣＣＤカメラ６５の撮像面とはレンズ系６４に関して互いに共役に配置される。指標板６３は、透明板の上にクロム層等で指標マークを形成したものであり、ウエハマークの像が形成される部分は透明部のままである。また、指標マークは、ウエハＷ上のＸ方向と共役な方向の位置基準となるＸ軸の指標マークと、Ｙ方向と共役な方向の位置基準となるＹ軸の指標マークとから構成される。ＣＣＤカメラ６５により、ウエハマークと指標マークの像とを撮像し、その撮像信号を画像処理することにより、そのウエハマークのＸ座標、及びＹ座標を求めることが可能となる。なお、実際には指標板６３を独立に照明するための図示しない照明系を設けるとよい。
【００４０】
また、図１において、ウエハアライメント系２５の投影像面側（ウエハ側）における光軸ＡＸａは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行に配される。従って、ウエハアライメント系２５の視野領域（照明領域）内にウエハステージＷＳＴ上のウエハ基準マークＷＦＭを配置してその位置情報（Ｘ座標、Ｙ座標）を計測するとともに、そのウエハ基準マークＷＦＭをレチクルアライメント系２４の視野内に配置してその位置情報を計測することにより、ウエハアライメント系２５の光軸ＡＸａと投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとの間の距離、いわゆるベースライン量を算出することができる。ベースライン量は、ウエハＷ上の各ショット領域を投影光学系ＰＬの視野内に配する時の基準量となるものである。すなわち、ウエハアライメント系２５によってウエハマークＷＭのＸ座標及びＹ座標を計測し、この計測結果にベースライン量を加算して得られる値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを駆動し、ウエハＷをＸ方向及びＹ方向にステッピング移動させることにより、ウエハＷの各ショット領域の中心を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸにアライメントすることができる。
【００４１】
また、ウエハアライメント系２５としては、焦点距離を可変とできる光学系、すなわちいわゆる内焦式の光学系が用いられている。すなわち、ウエハアライメント系２５には、ウエハＷの表面に対するウエハアライメント系２５の焦点状態（つまり前述した結像系の焦点状態）を検出する焦点検出系７０、及び、焦点検出系７０の検出結果に基づいて、ウエハＷの表面に対するウエハアライメント系２５の焦点状態を調節する焦点調節系７１が設けられている。焦点調節系７１は、焦点検出系７０を含んでおり、特開平１０−２２３５１７号公報に記載の合焦装置とほぼ同様の構成となっている。
【００４２】
なお、本実施形態では、焦点状態の調節を、この内焦式の光学系を駆動することにより行なうものとして説明するが、本発明はこれに限られるものではなく、内焦式ではない焦点調節用光学系を用いてもよいし、あるいはウエハステージを上下（Ｚ方向）に駆動して焦点調節を行なうようにしてもよい。
【００４３】
すなわち、前述したレンズ系５２に、開口としてのスリットを有する視野絞り７５が配されており、光ファイバ５１からの照明ビームＩＬにより照明された視野絞り７５のスリットの像は、被検面としてのウエハＷの表面に結像される。前述した焦点検出系７０は、ウエハＷの表面に結像されたスリット像からの反射光束を焦点位置の検出用の検出光束として使用する。
【００４４】
具体的には、焦点検出系７０は、視野絞り７５のスリット像からの検出光束を電荷に変換して出力する電荷蓄積型の光電センサ７６、光電センサ７６からの電気信号に基づいて焦点ずれを演算する演算処理部７７、ウエハＷの表面に形成されたスリット像を前述したビームスプリッタ６１を介して光電センサ７６上に再結像させるレンズ系７８、レンズ系７８と光電センサ７６との間の瞳面に設けられた瞳分割プリズム７９等、を含んで構成されている。
【００４５】
なお、レンズ系７８には、ウエハマークＷＭからの光束等、焦点検出に不要な光束を遮蔽するとともに、ウエハＷの表面に結像された視野絞り７５のスリット像からの反射光束を光電センサ７６に向けて通過させる開口スリットを有する遮蔽板８０が配されている。
【００４６】
焦点検出系７０において、ウエハＷの表面に形成されたスリット像からの反射光束は、瞳分割プリズム７９で二分割された後、光電センサ７６の受光面に結像する。光電センサ７６は、この光を電荷に変換して蓄積し、その電気信号を演算処理部７７に転送する。
【００４７】
なお、光電センサ７６における電荷蓄積に要する時間はウエハＷの表面の反射率や光の波長によって異なる。そのため、主制御ユニット２７では、光電センサ７６からの出力信号のレベルに基づいて、光電センサ７６の動作速度を変化させる。
【００４８】
図３は、光電センサ７６の電荷蓄積時間が変化する様子を概念的に示している。主制御ユニット２７では、焦点検出する段階（ｎ）になると、その前の段階（ｎ−１）での光電センサ７６からの出力信号のレベルに基づいて、現段階（ｎ）における光電センサ７６からの出力信号が予め記憶されている目標レベルに達するように、光電センサ７６の動作速度を変化させる。これにより、図３に示すように、光電センサ７６の電荷蓄積時間がＴ（ｎ−１）からＴ（ｎ）に変化するとともに、ウエハＷ上における光電センサ７６の検出距離も変化する。
【００４９】
なお、通常、ウエハＷの表面からの反射光が弱いほど電荷蓄積に時間を要し、検出距離が長くなる。また、ウエハＷの移動速度、すなわち前述したウエハステージＷＳＴの移動速度が速くなると、それに伴ってウエハＷ上における光電センサ７６の検出距離も長くなる。
【００５０】
図４（Ａ）は、前述した瞳分割プリズム７９（図２参照）で２分割された２光束が、光電センサ７６の受光面上に結像した様子を示している。図４（Ａ）に示すように、ウエハの表面に対してウエハアライメント系２５（図２参照）の焦点が一致した状態において、光電センサ７６上での２光束の像の重心の幅がＨｂになるものとする。これに対して、ウエハアライメント系２５の焦点位置がずれると、分割された２光束の光電センサ７６上での結像位置の間隔が、ＨａやＨｃに変化する。そのため、図４（Ｂ）に示すように、焦点位置における２光束の重心幅（Ｈｂ）を基準とすることにより、実際に光電センサ７６において検出される２光束の重心幅（Ｈａ、Ｈｃ）に基づいて、ウエハアライメント系２５のＺ方向の焦点ずれ、すなわちフォーカス量を計測することができる。
【００５１】
図２に戻り、演算処理部７７では、前述したフォーカス量を算出すると、その結果を主制御ユニット２７に出力する。主制御ユニット２７では、その算出結果に基づいて、不図示の駆動装置を介してウエハアライメント系２５（結像系）に含まれるレンズを駆動することによりウエハアライメント系２５の焦点をウエハＷの表面とＣＣＤカメラ６５の受光面とに合わせる。つまり、光電センサ７６上での前述した２光束の結像位置の間隔が常に一定になるように、ウエハアライメント系２５に含まれるレンズを駆動することにより、ウエハＷの表面に対してウエハアライメント系２５の焦点を合致させる、いわゆるアライメントＡＦを行なうことができる。
【００５２】
なお、焦点検出系７０、主制御ユニット２７、及び不図示の駆動装置等により、ウエハアライメント系２５の焦点状態を調節する焦点調節系７１が構成される。また、焦点調節系７１は、マークを観察する観察系（前述した結像系及びＣＣＤカメラ６５等からなる）と同軸上に設けられているが、これに限らず別の光軸上に設けるようにしてもよい。また、本発明の位置計測装置は、焦点検出系７０及び焦点調節系７１を含むウエハアライメント系２５、駆動装置３２を含むウエハステージＷＳＴ、及び主制御ユニット２７を含んで構成される。
【００５３】
主制御ユニット２７は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）を有するいわゆるマイクロコンピュータ（又はミニコンピュータ）によって構成され、露光動作が的確に行なわれるように、レチクルＲとウエハＷの位置合わせ、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を統括して制御する。また、主制御ユニット２７は、ウエハアライメント系２５の焦点位置の調整を前述の如くして行なう他、装置全体を統括制御する。
【００５４】
次に、前述のように構成される本実施形態の露光装置１０による重ね合わせ露光時の動作について説明する。前提として、レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが載置され、ウエハＷ上にはそれまでの工程で、既にパターンが形成されており、このパターンとともにウエハマークＷＭも形成されているものとする。
【００５５】
露光装置１０では、主制御ユニット２７の制御のもとで、ウエハＷ上の複数ショット領域に付設されたウエハマークＷＭの位置をウエハアライメント系２５を用いて順次計測し、いわゆるＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）の手法により、ウエハＷ上の全てのショット配列データを求め、この配列データに従って、ウエハＷ上のショット領域を順次投影光学系ＰＬの真下（露光位置）に順次位置決めしつつ、光源からの露光ビームを制御して、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式で露光を行なう。
【００５６】
図５に、ウエハＷのＸＹ座標系に沿って配列された、レチクルＲのパターン像を転写すべきショット領域ＥＳ１〜ＥＳｎ（ショット領域ＥＳｉと総称する）を示す。図５において、ショット領域ＥＳｉに隣接するスクライブラインの所定位置には、Ｘ方向のアライメント用のウエハマーク、及びＹ方向のアライメント用のウエハマークを含むウエハマークＷＭが形成されている。Ｘ方向のアライメント用のウエハマークは例えばＸ方向に所定ピッチで配列された複数本のパターンからなり、同様に、Ｙ方向のアライメント用のウエハマークは例えばＹ方向に所定ピッチで配列された複数本のパターンからなる。また、各ウエハマークＷＭは、所定のショット領域の中心に対して同じ位置関係になるように、Ｘ方向に伸びるスクライブライン内に配置されている。
【００５７】
前述したＥＧＡ法において、主制御ユニット２７（図１参照）では、全てのショット領域ＥＳｉのうち、アライメントショット領域として選択される少なくとも３つのショット領域（９つのアライメントショット領域ＳＡ１〜ＳＡ９）におけるウエハマークＷＭをウエハアライメント系２５（図１参照）によって検出し、その検出結果に基づいて各アライメントショット領域ＳＡ１〜ＳＡ９の座標位置を計測する。続いて、ウエハＷ上でのショット領域ＥＳｉの配列を表すモデル関数に対して、アライメントショット領域ごとにその求めた座標位置と既知の座標位置（設計値等）とを代入し、最小二乗法等の統計演算によってモデル関数のパラメータを決定する。
【００５８】
そして、ウエハＷ上のショット領域ＥＳｉごとに既知の座標位置をモデル関数に代入することにより、配列データとして全てのショット領域ＥＳｉの座標位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を算出する。主制御ユニット２７では、この算出した配列データと前述したウエハアライメント系２５のベースライン量とによって決定される移動量に基づいて、駆動装置３２を介してウエハステージＷＳＴ（図１参照）をＸ方向及びＹ方向に駆動することにより、ウエハＷの各ショット領域ＥＳｉの中心を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸにアライメントする。
【００５９】
次に、本発明に関わる処理であって、前述した各アライメントショット領域ＳＡ１〜ＳＡ９の座標位置を計測するために、各アライメントショット領域のウエハマークＷＭを適切なフォーカス状態で検出する処理について図６を参照して説明する。
【００６０】
図６は、そのマーク検出処理の流れを示すフローチャートである。
【００６１】
本実施形態においては、ウエハマークＷＭの位置計測に際して、所定の条件に合致した場合にのみ、多段階のアライメントＡＦを行なう。
【００６２】
多段階アライメントＡＦは、アライメントセンサの視野を、計測が終了したマークから次に計測する新たなマークに移動して新たな計測対象のマークの位置計測を行なうまでの期間に、アライメントＡＦ（ＡＦ検出及び調整動作）を複数回行なう処理である。本実施形態においては、位置計測を行なう直前の（最終段の）アライメントＡＦは、マークがアライメントセンサの視野に入った状態で行なう。また、最終段以外の前段のアライメントＡＦは、基本的に、前の計測対象のアライメントマークから次の計測対象のアライメントマークにアライメントセンサの視野がＸＹ面内を移動中に行なうものとする。従って、このＸＹ移動中に少なくとも１回のアライメントＡＦを行なえば結果的にそのアライメントマークに対して多段階アライメントＡＦを行なうことになり、ＸＹ移動中にアライメントＡＦを行なわなければ、最終段のアライメントＡＦのみを行なうこととなる。
【００６３】
なお、１度のアライメントＡＦは、フォーカス状態の検出（デフォーカス量の検出）と検出したデフォーカス量に基づくフォーカスの調節の２つの工程を含む。
【００６４】
本実施形態において、多段階のアライメントＡＦを行なうための具体的な条件としては、アライメント計測ショット間の距離、予め検出したウエハフラットネスの情報に基づいて算出したアライメントマーク間のウエハ表面の高さの差（以降、「高低差」とも称す）、及び、検出したデフォーカス量の３条件を用いる。
【００６５】
アライメント計測ショット間の距離は、これが大きいほど直前に計測したマークと次の計測対象のマークとのウエハ表面の高さの差が大きくなり、多段階のフォーカス動作の必要性が高くなる。図５（Ｂ）に示すように、今ウエハＷがＡ−Ａ方向（図５（Ａ））において、平坦ではなかった場合には、サンプルショットＳＡ４〜ＳＡ６のそれぞれのＺ方向における差（高低差）は、ＳＡ４とＳＡ５との差ΔＺ１よりも、ショット間（マーク間）との距離が長くなるＳＡ４とＳＡ６との差ΔＺ２の方が大きくなる。また、ウエハマーク間の距離が長くＸＹステージの（アライメント系の視野の）移動時間が長いと、前段のアライメントＡＦがその移動時間に収まる可能性も高くなる。逆に、この距離が小さい場合には、デフォーカス量は小さく多段階アライメントＡＦが有効な可能性は低く、また、前段のアライメントＡＦがステージの移動時間に収まらない可能性が高くなる。
【００６６】
そこで、直前に計測したマークと次の計測対象のマークのＸＹ面内における距離が所定の閾値以上である場合に、多段階フォーカス動作を行なうものとする。本実施形態においては、直径２００ｍｍのウエハを処理する場合、移動距離が５０ｍｍ以上の場合に多段階フォーカス動作を行ない、移動距離が５０ｍｍ未満の場合には多段階フォーカス動作を行なわない。
【００６７】
多段階フォーカス動作を行なうかどうかの条件としてアライメントマーク間の高低差を用いることは直接的であり有効である。
【００６８】
そこで、１つの方法として、予めウエハのフラットネスの情報を獲得しておき、これに基づいてアライメントマーク間の高低差を計算により求め、この算出した高低差が予め定めた所定の閾値（ＴＨＬ１）以上の場合に、多段階のアライメントＡＦを行なうようにする。
【００６９】
事前にウエハフラットネスを知る方法としては、例えばウエハのフラットネスを計測するセンサを別に設置し、アライメント前に計測を行なっておくようにすればよい。このセンサは、アライメントセンサ用のＡＦセンサよりも分解能は低くてよいが、ウエハ全体の形状を短時間で計測できることが望ましい。
【００７０】
また、フラットネスには、例えばウエハホルダのフラットネス等、装置に起因する成分が含まれるため、異なるウエハで計測したフラットネスも流用可能である。例えば、あるウエハでアライメントショット間の高低差を記録しておいて、これを使用するようにしてもよい。
【００７１】
また、アライメントマーク間の高低差を用いるもう１つの方法として、上述のように演算で求めるのではなく、実際にデフォーカス量を計測（実測）し、これを予め定めた所定の閾値（ＴＨＬ２）と比較し、所定の閾値以上の場合に多段階のアライメントＡＦを行なうようにする。すなわち、多段階のアライメントＡＦの処理の中の、デフォーカス量の計測のみは毎段階行ない、検出したデフォーカス量に基づく実際のフォーカス調整動作は、デフォーカス量が閾値より大きい場合にのみ行なう。多段階アライメントＡＦの中で、検出したデフォーカス量が小さい場合には、実際のフォーカス調整動作を省略する方法と言える。
【００７２】
フォーカス調整動作を行なう場合には、その調整によらず安定時間や確認時間等が必要になる。従って、フォーカス調整動作を省略すれば、一定の時間短縮効果が得られる。
【００７３】
なお、本実施形態において、デフォーカス量の検出は、次のアライメント対象マークから所定の距離、例えば５０ｍｍまで接近した時点で行なうものとする。
【００７４】
なお、デフォーカス量を用いて多段階フォーカス動作を行なうか否かを決定する際の閾値ＴＨＬ１及びＴＨＬ２は、ＡＦセンサが精度良く計測できるレンジに基づいて設定すればよい。例えば、±５μｍの範囲で十分な精度が得られるＡＦセンサであれば、閾値を±５μｍに設定すればよい。すなわち、予想されるマーク間の高低差、あるいは、得られたデフォーカス量が±５μｍ以上の場合に、多段階アライメントＡＦを行なうようにすればよい。
【００７５】
これらの３つの条件をどのように選択しどのように組み合わせて多段階のアライメントＡＦを行なう条件を設定するかは任意である。本実施形態においては、これら３つの条件を全て用いて、全ての条件で多段階アライメントＡＦを行なうこととなった場合に、前段のアライメントＡＦを行なうものとする。
【００７６】
以下、図６のフローチャートを参照して、そのウエハマークＷＭの検出動作について具体的に説明する。
【００７７】
なお、露光装置１０は、直径２００ｍｍのウエハＷを処理するものとする。
【００７８】
図１に示す露光装置１０において、ウエハＷ上の１つのウエハマークＷＭの位置計測が終了すると、主制御ユニット２７によって駆動装置３２が制御され、次のウエハマークＷＭの位置までウエハステージＷＳＴがＸＹ面内で２次元移動される。
【００７９】
この移動に伴ってウエハマークＷＭの検出動作が開始される（ステップＳ１００）。
【００８０】
まず、予め記憶している各ウエハマークＷＭの設計位置情報に基づいて、位置計測が終了したウエハマークＷＭから次のウエハマークＷＭまでの距離を検出する（ステップＳ１０１）。
【００８１】
次に、検出した移動距離と予め設定した基準の距離（本実施形態においては５０ｍｍ）とを比較し、移動距離が５０ｍｍ未満の場合には、前段アライメントＡＦを行なわないものと判定してステップＳ１１５に移る。また、移動距離が５０ｍｍ以上の場合には、この条件については前段のアライメントＡＦを行なうものと判定し、ステップＳ１０５に移る（ステップＳ１０３）。
【００８２】
次に、予め得られたデータに基づいてデフォーカス量を算出する（ステップＳ１０５）。前述したように、ここでは予め記憶したウエハのフラットネス情報に基づいて、前のウエハマークＷＭから次のウエハマークＷＭまでの高低差を計算により求める（ステップＳ１０５）。
【００８３】
そして、算出した高低差と予め定めた所定の閾値（ＴＨＬ１）とを比較し、算出した高低差の絶対値が閾値以下の場合には、前段アライメントＡＦを行なわないものと判定してステップＳ１１５に移る。また、算出した高低差の絶対値が予め定めた所定の閾値より大きい場合には、この条件については前段のアライメントＡＦを行なうものと判定し、ステップＳ１０９に移る（ステップＳ１０７）。
【００８４】
移動距離が大きく算出した高低差が大きい場合は、前段のアライメントＡＦの工程の一部の処理となるフォーカス状態検出（第１のフォーカス状態検出）を実際に行なう（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０３で使用した移動距離に関する閾値が十分に大きい場合、この時点ではウエハアライメント系２５の視野領域は、ウエハＷ上のウエハマークＷＭ間を移動中である。焦点検出系７０（図２参照）は、この移動区間におけるウエハＷの表面を光電検出して、ウエハアライメント系２５のフォーカス量（焦点ずれ）を検出する。
【００８５】
なお、前述したように、ウエハマークＷＭ間の距離が非常に長い場合、すなわち５０ｍｍよりも長い場合であって、この時点で未だ次に位置計測を行なうウエハマークＷＭまでの距離が５０ｍｍ以上ある場合には、次のウエハマークＷＭまでの距離が５０ｍｍに達するのを待って、このフォーカス状態の検出を行なうものとする。
【００８６】
フォーカス状態を検出したら、検出したデフォーカス量と予め定めた所定の閾値（ＴＨＬ２）とを比較し、デフォーカス量の絶対値が閾値以下の場合には、以後のフォーカス調節（第１のフォーカス調節）を行なわないものと判定してステップＳ１１５に移る。また、検出したデフォーカス量の絶対値が予め定めた所定の閾値より大きい場合には、フォーカス調節を行なうものと判定し、ステップＳ１１３に移る（ステップＳ１１１）。
【００８７】
そして、検出したデフォーカス量が十分に大きかった場合に、前段のアライメントＡＦの工程の一部の処理となるフォーカス調節（第１のフォーカス調節）を実際に行なう（ステップＳ１１３）。すなわち、主制御ユニット２７によってウエハアライメント系２５内の内焦式の光学系（焦点調節系７１）が光軸方向に移動制御されて、フォーカス調節が行なわれる。
【００８８】
これにより、前段のアライメントＡＦが終了する。
【００８９】
ステップＳ１０３及びステップＳ１０７において前段のアライメントＡＦを行なわないものと判定された場合、ステップＳ１１１において前段のアライメントＡＦの中のフォーカス状態の検出処理のみ行なわれた場合、及び、ステップＳ１１３において前段のアライメントＡＦが完了した場合の何れの場合においても、アライメント系２５の視野が目標とするウエハマークＷＭを視野内に捉えるのを待って（ステップＳ１１５）、第２のアライメントＡＦ（第１のアライメントＡＦを行っていない場合には、単にアライメントＡＦ）を行なう。
【００９０】
すなわち、焦点検出系７０がウエハＷのウエハマークＷＭが配される箇所の表面を光電検出して、ウエハアライメント系２５のフォーカス量（焦点ずれ）を検出する（第２のフォーカス状態検出）（ステップＳ１１７）。
【００９１】
次に、検出されたデフォーカス量に基づいて、主制御ユニット２７によって内焦式の光学系が光軸方向に移動制御されて、フォーカス調節が行なわれる（第２のフォーカス調節）（ステップＳ１１９）。
【００９２】
そして、このようにしてフォーカス調節が終了したら、アライメント系２５の視野内のウエハマークＷＭの画像情報に基づいて、ウエハマークＷＭの位置計測を行ない（ステップＳ１２１）、このウエハマークＷＭに対する検出処理を終了する（ステップＳ１２３）。
【００９３】
このように、本実施形態のマーク検出処理によれば、ウエハマークＷＭが離れている場合やウエハフラットネスが十分でない場合等、マーク間の高低差が大きいと予想され、前段のアライメントＡＦが有効と考えられる場合、また、移動時間が長く前段のアライメントＡＦが全体の処理時間に与える影響が無いあるいは少ないと考えられる場合に、多段階のアライメントＡＦを行っている。前段のアライメントＡＦが有効でないと考えられる場合や全体の処理時間に影響を与えると考えられる場合には、多段階のアライメントＡＦを行なわない。
【００９４】
また、前段のアライメントＡＦの処理の中で検出されたデフォーカス量を一旦吟味し、これが十分小さい場合にはフォーカス調節を省略することで、処理時間を短縮している。
【００９５】
すなわち、多段階アライメントを行なうか否かを、ウエハ表面の状態やフォーカス状態及び処理時間等に対応して適切に判定している。従って、有効でない前段のアライメントＡＦを行って全体のスループットを低下させるような状態は回避し、多段階アライメントＡＦを、フォーカス精度を向上及びスループットの向上に効率良く寄与するよう、有効に適用することができる。
【００９６】
また、２段階のアライメントＡＦを行った場合には、当然にウエハマークＷＭ近傍のウエハ表面に対するウエハアライメント系２５の焦点状態をより正確に調節することができる。その結果、ウエハアライメント系２５によってウエハマークＷＭの位置を精度良く計測することができ、露光時における２次元方向のウエハＷのアライメントを精度良く行なうことができる。
【００９７】
次に、前述した露光装置１０をリソグラフィ工程において使用したデバイスの製造方法について説明する。
【００９８】
図７は、例えば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電子デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【００９９】
図７に示すように、電子デバイスの製造工程においては、まず、電子デバイスの回路設計等のデバイスの機能・性能設計を行ない、その機能を実現するためのパターン設計を行ない（工程Ｓ８１０）、次に、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する（工程Ｓ８２０）。
【０１００】
一方で、シリコン等の材料を用いてウエハ（シリコン基板）を製造する（工程Ｓ８３０）。
【０１０１】
次に、工程Ｓ８２０で製作したマスク及び工程Ｓ８３０で製造したウエハを使用して、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（工程Ｓ８４０）。
【０１０２】
具体的には、まず、ウエハ表面に、絶縁膜、電極配線膜あるいは半導体膜との薄膜を成膜し（工程Ｓ８４１）、次に、この薄膜の全面にレジスト塗布装置（コータ）を用いて感光剤（レジスト）を塗布する（工程Ｓ８４２）。
【０１０３】
次に、このレジスト塗布後の基板を、前述した本発明に係る露光装置のウエハホルダ上にロードするとともに、工程Ｓ８３０において製造したマスクをレチクルステージ上にロードして、そのマスクに形成されたパターンをウエハ上に縮小転写する（工程Ｓ８４３）。この時、露光装置においては、前述した本発明に係る位置合わせ方法によりウエハの各ショット領域を順次位置合わせし、各ショット領域にマスクのパターンを順次転写する。
【０１０４】
露光が終了したら、ウエハをウエハホルダからアンロードし、現像装置（デベロッパ）を用いて現像する（工程Ｓ８４４）。これにより、ウエハ表面にマスクパターンのレジスト像が形成される。
【０１０５】
そして、現像処理が終了したウエハに、エッチング装置を用いてエッチング処理を施し（工程Ｓ８４５）、ウエハ表面に残存するレジストを、例えばプラズマアッシング装置等を用いて除去する（工程Ｓ８４６）。
【０１０６】
これにより、ウエハの各ショット領域に、絶縁層や電極配線等のパターンが形成される。そして、この処理をマスクを変えて順次繰り返すことにより、ウエハ上に実際の回路等が形成される。
【０１０７】
ウエハ上に回路等が形成されたら、次に、デバイスとしての組み立てを行なう（工程Ｓ８５０）。具体的には、ウエハをダイシングして個々のチップに分割し、各チップをリードフレームやパッケージに装着し電極を接続するボンディングを行ない、樹脂封止等パッケージング処理を行なう。
【０１０８】
そして、製造し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ない（工程Ｓ８６０）、デバイス完成品として出荷等する。
【０１０９】
なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
【０１１０】
例えば、図６を参照して説明した処理手順は一例であって、本発明は何らこの手順に限定されるものではない。
【０１１１】
前述したように、図６に示した処理手順では、移動距離、算出したマーク間の高低差、及び、第１のフォーカス状態検出で検出したデフォーカス量という『条件』を全て用いているが、何れか１つあるいは２つを使用してもよい。例えば、ウエハのフラットネスとは無関係に、移動距離（マーク間距離）のみで第１のアライメントＡＦの必要性を判別しても良いし、あるいは、移動距離と、算出したマーク間の高低差（ウエハのフラットネス情報）とに基づいて、その必要性を判別するようにしてもよい。また、上記『条件』を適用する順序も適宜変更してよい。また、各条件の判定に用いる基準値、閾値も任意に設定してよい。
【０１１２】
なお、ステップＳ１０１のウエハマークＷＭ間の移動距離を求める処理、及び、ステップＳ１０５の予め得られたデータに基づいてマーク間の高低差を算出する処理は、図６に示すウエハマークＷＭの検出処理の際にリアルタイムに行なう必要は無く、予め求め、あるいは予め算出しておいてよい。
【０１１３】
また、ステップＳ１０５では、ウエハのフラットネス情報に基づいてマーク間の高低差を算出することとしているが、これに限らず、単純にウエハのフラットネス情報のみで、第１のフォーカス状態の検出、調整の必要性を判断するようにしてもよい。つまり、ウエハのフラットネスが所定の許容値を満足するものであるか否かを識別するようにし、満足しなければＳ１０９に進み、満足していればＳ１１５に進むようにしてもよい。
【０１１４】
また、Ｓ１０１の前に、ウエハの平坦度を識別するステップ（フラットネスが所定の許容値を満たすか否かを判別するステップ）を加え、ウエハが平坦であると判別されるとＳ１０１へ進み、そうでなければＳ１０９へ進むように構成してもよい。これは換言すれば、ウエハが平坦でなければ必ず第１のアライメントＡＦを行ない、ウエハが平坦であればマーク間の距離の大小で第１のアライメントＡＦを行なうか否かを判別するものである。
【０１１５】
また、本実施形態では、ウエハマークＷＭの位置計測動作におけるアライメントＡＦ動作の繰り返し回数を２回としているが、繰り返し回数はこれに限定されない。アライメントＡＦ動作を繰り返せば、ウエハアライメント系２５の検出誤差が小さくなり、より正確な焦点調節が可能となることから、繰り返し回数を多くすれば、より調節精度の向上を図ることが可能である。繰り返し回数を多くするとスループットの低下を招く恐れがあるが、これが許容される範囲であれば、繰り返し回数は任意に設定してよい。スループットの点で許容される範囲内であれば、例えば、アライメントＡＦ動作の繰り返し回数は、フォーカス誤差を許容される所定の許容範囲内に収めるために必要な下限の回数とするとよい。
【０１１６】
図６を参照して前述した処理において繰り返し回数を３回以上（前段のアライメントＡＦ回数を２回以上）とするためには、ステップＳ１１３を終了した場合に（ステップＳ１１５とは別に）、マークが視野範囲内でない場合にはステップＳ１０９に戻る内容のステップを挿入することにより達成できる。また、アライメントＡＦの繰り返し回数に上限を設ける場合には、同じステップ内で繰り返し回数を吟味するようにすればよい。
【０１１７】
また、前記実施形態では、ＥＧＡ法によりウエハをアライメントしているが、アライメント方法は、ＥＧＡ法に限定されるものではない。
【０１１８】
また、前記実施形態では、本発明をウエハマークを検出するＦＩＡ方式のウエハアライメント系に適用した例について説明しているが、アライメント用の光学系はこれに限るものではなく、ＬＳＡ方式やＬＩＡ方式等、いかなる方式であってもよい。例えば、ウエハアライメント系として、例えば特開平１０−１４１９１５号公報等で公知のレーザスキャン式センサや、レーザ干渉式センサ等の他の方式のものを用いても構わない。また、ＦＩＡ方式のアライメント系でウエハマークから発生する光のうち０次光をカットして撮像素子で検出したり、あるいはウエハマークから発生する光の一部でその位相を変化させたりしてもよい。
【０１１９】
また、本発明に係る位置計測方法は、露光が正確に行なわれたかどうかを評価するための位置ずれ計測や、パターン像が描画されているフォトマスクの描画精度の計測にも適用できる。
【０１２０】
また、基板（ウエハやレチクル等）に形成されるマークの数や配置位置、及び形状は任意に定めてよい。特にウエハマークは各ショット領域に少なくとも１つ設ければよいし、あるいはショット領域ごとにウエハマークを設けずにウエハ上の所定の複数点にそれぞれウエハマークを形成しておくだけでもよい。また、基板上のマークは１次元マーク及び２次元マークの何れでもよい。
【０１２１】
また、本発明が適用される露光装置は、露光用照明ビームに対してマスク（レチクル）と基板（ウエハ）とをそれぞれ相対移動する走査露光方式（例えば、ステップ・アンド・スキャン方式等）に限られるものではなく、マスクと基板とをほぼ静止させた状態でマスクのパターンを基板上に転写する静止露光方式、例えばステップ・アンド・リピート方式等でもよい。さらに、基板上で周辺部が重なる複数のショット領域にそれぞれパターンを転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置等に対しても本発明を適用することができる。また、投影光学系ＰＬは縮小系、等倍系、及び拡大系の何れでもよいし、屈折系、反射屈折系、及び反射系の何れでもよい。さらに、投影光学系を用いない、例えばプロキシミティ方式の露光装置等に対しても本発明を適用できる。
【０１２２】
また、本発明が適用される露光装置は、露光用照明光としてｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ2 、レーザ光、及びＡｒ2 、レーザ光等の紫外光だけでなく、例えばＥＵＶ光、Ｘ線、あるいは電子線やイオンビーム等の荷電粒子線等を用いてもよい。さらに、露光用光源は水銀ランプやエキシマレーザだけでなく、ＹＡＧレーザ又は半導体レーザ等の高調波発生装置、ＳＯＲ、レーザプラズマ光源、電子銃等でもよい。
【０１２３】
また、本発明が適用される露光装置は、半導体デバイス製造用に限られるものではなく、液晶表示素子、ディスプレイ装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン、及びＤＮＡチップ等のマイクロデバイス（電子デバイス）製造用、露光装置で用いられるフォトマスクやレチクルの製造用等でもよい。
【０１２４】
また、本発明は露光装置だけでなく、デバイス製造工程で使用される他の製造装置（検査装置等を含む）に対しても適用することができる。
【０１２５】
また、前述したウエハステージやレチクルステージにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型及びローレンツ力又はリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。さらに、ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットの何れか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（定盤、ベース）に設ければよい。
【０１２６】
また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行なわれる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることは言うまでも無い。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行なわれ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行なうことが望ましい。
【０１２７】
また、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行なう工程、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作する工程、シリコン材料からウエハを製造する工程、前述した露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理工程、デバイス組み立て工程（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）、検査工程等を経て製造される。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の係る露光装置の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す露光装置のウエハアライメント系の構成を示す図である。
【図３】図３は、図２に示すウエハアライメントの光電センサの電荷蓄積時間が変化する様子を概念的に示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、光電センサの受光面上に２つの光束が結像した様子を示す図であり、図４（Ｂ）は、光電センサ上での２つの光束の像の重心幅とフォーカス量との関係を示す図である。
【図５】図５（Ａ）は、ウエハ上に配列されたショット領域の一例を示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ−Ａに沿って切断した断面図を示したものである。
【図６】図６は、本発明に係る位置計測方法における位置計測動作のフローチャートの一例を示す図である。
【図７】図７は、本発明に係るデバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２９】
１０…露光装置
２１…照明系
ＩＬ…照明ビーム
２４…レチクルアライメント系
ＲＳＴ…レチクルステージ
ＰＬ…投影光学系
ＡＸ…光軸
２５…ウエハアライメント系
ＷＳＴ…ウエハステージ
２６…メインフォーカス検出系
２７…主制御ユニット
ＷＳＴ…ウエハステージ
３０…ＸＹステージ
３１…Ｚステージ
３２…駆動装置
３３…ウエハホルダ
３４…移動鏡
ＷＦＢ…基準板
ＷＦＭ…ウエハ基準マーク
３５…レーザ干渉計
Ｒ…レチクル
ＲＭ…レチクルマーク
Ｗ…ウエハ
ＷＭ…ウエハマーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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