(57)【要約】【課題】パルス状の検知光を用いて物体に形成されたマークの位置情報を計測する場合であっても、誤差を生じずに精確に位置情報を計測することができる位置計測方法等を提供する。【解決手段】レチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂは露光光源ＬＳから射出されたパルス状の露光光ＥＬの一部を用いて、レチクルＲに形成されたレチクルマークＲＭとウェハステージ９上の基準部材１０に形成された基準マークとを観察し、これらの位置情報及び相対的な位置ずれを計測する。これらのマークを撮像して得られた画像信号の奇数フィールドの信号レベルの平均値と偶数フィールドの信号レベルの平均値との間に差がある場合には、その差を検出して差を減ずる処理を行ってから画像処理を行い、各々のマークの位置情報及びその位置ずれ量を計測する。【選択図】  図１
2005012080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上に形成されたマークの、所定の計測方向における位置情報を計測する位置計測方法であって、
前記マークにパルス状の検知光を照射する照射工程と、
前記マークを撮像して第１画像信号を出力する第１出力工程と、
前記第１出力工程後に前記マークを撮像して第２画像信号を出力する第２出力工程と、
前記第１画像信号と前記第２画像信号とのレベル差を算出する算出工程と
を含むことを特徴とする位置計測方法。
【請求項２】
前記第１出力工程は、前記マークを撮像する撮像素子における走査線の奇数行及び偶数行の何れか一方のみを走査して得られた画像信号を前記第１画像信号として出力する工程であり、
前記第２出力工程は、前記走査線の他方のみを走査して得られた画像信号を前記第２画像信号として出力する工程である
ことを特徴とする請求項１記載の位置計測方法。
【請求項３】
前記算出工程で算出されたレベル差に応じて、前記第１画像信号及び前記第２画像信号の少なくとも一方に対して画像処理を行って各々のレベル差を減じる処理工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の位置計測方法。
【請求項４】
前記処理工程によりレベル差が減じられた前記第１画像信号及び前記第２画像信号を用いて前記マークの位置情報を求めるマーク位置算出工程を含むことを特徴とする請求項３記載の位置計測方法。
【請求項５】
前記算出工程で算出されたレベル差に応じて、前記検知光の強度及びパルス数の少なくとも一方を調整する調整工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の位置計測方法。
【請求項６】
前記調整工程後に、前記マークを撮像して前記第１画像信号及び前記第２画像信号を再出力する再出力工程を含むことを特徴とする請求項５記載の位置計測方法。
【請求項７】
前記再出力工程により得られた前記第１画像信号及び前記第２画像信号を用いて前記マークの位置情報を求めるマーク位置算出工程を含むことを特徴とする請求項６記載の位置計測方法。
【請求項８】
前記算出工程で算出されたレベル差に応じて、前記マークを撮像するタイミングと前記検知光が照射されるタイミングとの時間ずれを推定する推定ステップと、
前記推定ステップで推定した時間ずれに応じて、前記第２出力工程後における前記マークを撮像するタイミングを変更する変更ステップと
を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の位置計測方法。
【請求項９】
前記変更ステップによりタイミングが変更されて前記マークを撮像することで得られた前記第１画像信号及び前記第２画像信号を用いて前記マークの位置情報を求めるマーク位置算出工程を含むことを特徴とする請求項８記載の位置計測方法。
【請求項１０】
物体上に形成されたマークの、所定の計測方向における位置情報を計測する位置計測装置であって、
前記マークを含む被照射領域に対してパルス状の検知光を照射する照射部と、
前記被照射領域を撮像して前記被照射領域の画像に対応する画像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子から順に出力される第１画像信号と第２画像信号とのレベル差を求める演算部と
を備えることを特徴とする位置計測装置。
【請求項１１】
前記撮像素子は、複数の走査線を有しており、当該走査線の奇数行及び偶数行の何れか一方のみを走査して得られた画像信号及び前記走査線の他方のみを走査して得られた画像信号を前記第１画像信号及び前記第２画像信号としてそれぞれ順に出力することを特徴とする請求項１０記載の位置計測装置。
【請求項１２】
前記演算部で求められたレベル差に応じて、前記第１画像信号及び前記第２画像信号の少なくとも一方に対して画像処理を行って各々のレベル差を減じる画像処理部を備えることを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の位置計測装置。
【請求項１３】
前記演算部で求められたレベル差に応じて前記照射部から射出される前記検知光の強度及びパルス数の少なくとも一方を調整する調整部を備えることを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の位置計測装置。
【請求項１４】
前記演算部で求められたレベル差に応じて、前記マークを撮像するタイミングと前記検知光が照射されるタイミングとの時間ずれを推定する推定部と、
前記推定部で推定された時間ずれに応じて、前記マークを撮像するタイミングを変更するタイミング変更部と
を備えることを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の位置計測装置。
【請求項１５】
前記第１画像信号及び前記第２画像信号を用いて前記マークの位置情報を求めるマーク位置計測部を備えることを特徴とする請求項１０から請求項１４の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項１６】
マスク上に形成されたパターンを基板上に露光転写する露光装置であって、
請求項４、請求項７、若しくは請求項９記載の位置計測方法、又は、請求項１５記載の位置計測装置を用いて前記マスクに形成されたマークの前記所定の計測方向におけるマークの位置情報を計測し、
前記計測されたマークの位置情報に基づいて前記マスクを位置決めした後に、前記パターンを前記基板上に露光転写することを特徴とする露光装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の露光装置を用いて前記パターンを前記基板に転写する露光工程と、
前記パターンが転写された前記基板を現像する現像工程と
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク又は基板等の物体に形成されたマークの位置情報を計測する位置計測方法及び装置、当該方法及び方法を用いて露光処理を行う露光装置、並びに当該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス、液晶ディスプレイ、撮像装置（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッドその他のデバイスの製造工程におけるフォトリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、これらを総称するときには、マスクという）に形成された回路パターンを、投影光学系を介して、表面にフォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等の基板に投影する露光装置が用いられている。
【０００３】
半導体デバイスを製造する際に用いる露光装置の一つとして、レチクルに形成されたパターンをウェハ上の各ショット領域に一括して縮小投影するステップ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパー）が知られている。ステッパーでは１つのショット領域に対して一括露光を行い、露光が終了するとウェハをステップ移動して次のショット領域に対する一括露光を行う動作が繰り返し行われる。
【０００４】
また、半導体デバイスを製造する際に用いる他の露光装置として、レチクルに形成されたパターンの露光範囲を拡大するために、照明光学系からの露光光をスリット状に制限し、このスリット光を用いてレチクルに形成されたパターンの一部がウェハ上に縮小投影された状態で、レチクルとウェハとを投影光学系に対して同期移動させてパターンをウェハ上に逐次転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査型の露光装置も用いられている。
【０００５】
これらの露光装置を用いてデバイスを製造する際には、通常、上述した処理が繰り返し行われ、異なるパターンがウェハ上に数回〜数十回に亘って転写される。かかる工程によってデバイスを製造する場合には、既にウェハ上に形成されているパターンと次に転写されるパターンとの位置合わせを精確に行った上でパターンをウェハに転写する必要がある。このため、露光装置はウェハ（ウェハステージ）に対するレチクル（レチクルに形成されたパターン）の相対位置を計測するアライメントセンサを備えており、このアライメントセンサの計測結果に基づいてウェハとレチクルとの相対位置ずれを補正している。
【０００６】
このアライメントセンサは、露光時に基板上に照射する露光光の一部を用いてレチクルに形成された所定のマークの像と、ウェハステージ上の基準部材に形成された基準マークの像とを観察して、レチクルとウェハとの相対的な位置ずれを計測するものである。このアライメントセンサが計測時に露光光の一部を用いるのは、投影光学系を介して基準マークを観察しているため、投影光学系における軸上色収差の発生を防止して計測誤差を低減するためである。
【０００７】
アライメントセンサは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子を備えており、この撮像素子を用いてレチクルに形成された所定のマークの像と基準マークの像とを同時に撮像し、得られた画像信号に対して画像処理を施してレチクルとウェハとの相対的な位置ずれを計測している。尚、この種のアライメントセンサに関する従来技術の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−５４４４３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の露光装置は、光源として超高圧水銀ランプを備え、この超高圧水銀ランプから射出されるｇ線（４３６ｎｍ）及びｉ線（３６５ｎｍ）を露光光として用いていたが、パターンの微細化の要求によって露光光が短波長化されている。例えば、近年においては、光源としてＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）等のエキシマレーザを用いるのが主流になっている。
【００１０】
このようなエキシマレーザは放電を利用したパルスレーザであるため、従来はパルス毎の出力強度が不安定になる傾向があったが、近年においては出力強度の不安定さが改善されて露光量の均一性が向上している。光源としてエキシマレーザを備える露光装置においても、上述したアライメントセンサを用いてレチクルとウェハとの位置計測を行う場合には、エキシマレーザから射出されるパルス光を用いて計測を行っている。
【００１１】
アライメントセンサが備える撮像素子はインターレース方式のものが一般的であり、撮像素子に設けられる複数の走査線の内の奇数番目の走査線のみを走査して得られる画像（奇数フィールド）信号と偶数番目の走査線のみを走査して得られる画像（偶数フィールド）信号とを交互に出力する。撮像素子から出力される１つの奇数フィールドと１つの偶数フィールドとにより１枚の画像（フレーム）信号が得られる。撮像素子からは１秒間に３０の奇数フィールド及び偶数フィールドが交互に出力されるため、１秒間に３０枚分のフレームが出力されることになる。
【００１２】
１つのフィールドを走査するのに要する時間（約１／６０秒）は、光源として設けられたエキシマレーザのパルス間隔よりも十分に長いため、エキシマレーザから出力される各々のパルスの強度の変動が生じても、撮像素子で受光される光量は時間平均されてほぼ一定となる。しかしながら、エキシマレーザの発光タイミングと各フィールドの走査開始タイミングとは同期が取れていないため、偶数フィールドの走査期間に含まれるパルス数と奇数フィールドの走査期間に含まれるパルス数が異なってしまうことがある。
【００１３】
図１４は、奇数フィールドの走査期間に含まれるパルス数と偶数フィールドの走査期間に含まれるパルス数とが異なるときに生ずる不具合を説明するための図である。奇数フィールドと偶数フィールドとの走査期間に含まれるパルス数の相違があると各々の走査期間の総光量が異なるため、アライメントセンサで観察している面の反射率が面全体で一定であっても、例えば奇数フィールドが相対的に明るくなり、偶数フィールドが相対的に暗くなってしまう。この結果、図１４に示す通り、走査方向に対して交差する方向に縞模様が生じてしまう。
【００１４】
このような縞模様が生ずると、得られた画像信号に対して画像処理を施した際に、レチクルの位置又はウェハの位置の計測誤差が生ずることがあり、マークの位置情報を精確に計測することができないという問題があった。マークの位置情報の計測誤差は、既にウェハ上に形成されたパターンと次に転写されるパターンとの重ね合わせ誤差となって反映され、デバイスの製造不良の一因となるため、このような誤差の発生は避けなければならない。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、パルス状の検知光を用いて物体に形成されたマークの位置情報を計測する場合であっても、誤差を生じずに精確に位置情報を計測することができる位置計測方法及び装置、当該方法及び方法を用いて露光処理を行う露光装置、並びに当該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の位置計測方法は、物体（Ｒ、１０）上に形成されたマーク（ＲＭ）の、所定の計測方向における位置情報を計測する位置計測方法であって、前記マークにパルス状の検知光（ＥＬ１）を照射する照射工程（Ｓ１２）と、前記マークを撮像して第１画像信号を出力する第１出力工程（Ｓ１４）と、前記第１出力工程後に前記マークを撮像して第２画像信号を出力する第２出力工程（Ｓ１４）と、前記第１画像信号と前記第２画像信号とのレベル差を算出する算出工程（Ｓ１５）とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、物体に形成されたマークにパルス状の検知光を照射した状態でマーク撮像して第１画像信号及び第２画像信号をそれぞれ得て、第１画像信号と第２画像信号とのレベル差を算出しているため、パルス状の検知光の照射に起因して生ずる画像信号のレベル差を求めることができる。
ここで、前記第１出力工程は、前記マークを撮像する撮像素子における走査線の奇数行及び偶数行の何れか一方のみを走査して得られた画像信号を前記第１画像信号として出力する工程であり、前記第２出力工程は、前記走査線の他方のみを走査して得られた画像信号を前記第２画像信号として出力する工程である。
また、本発明の位置計測方法は、前記算出工程で算出されたレベル差に応じて、前記第１画像信号及び前記第２画像信号の少なくとも一方に対して画像処理を行って各々のレベル差を減じる処理工程（Ｓ１６）を含むことを特徴としている。
この発明によれば、算出工程で算出されたレベル差に応じて第１画像信号及び第２画像信号の少なくとも一方に対して画像処理を行ってレベル差を減じているため、パルス状の検知光の照射に起因して生ずる画像信号のレベル差をほぼ等しくすることができる。
また、本発明の位置計測方法は、前記処理工程によりレベル差が減じられた前記第１画像信号及び前記第２画像信号を用いて前記マークの位置情報を求めるマーク位置算出工程（Ｓ１８）を含むことを特徴としている。
この発明によれば、レベル差が減じられた第１画像信号及び第２画像信号を用いてマークの位置情報を求めているため、パルス状の検知光を用いて物体に形成されたマークの位置情報を計測する場合であっても、誤差を生じずに精確に位置情報を計測することができる。
一方、本発明の位置計測方法は、前記算出工程で算出されたレベル差に応じて、前記検知光の強度及びパルス数の少なくとも一方を調整する調整工程（Ｓ２０）を含むことを特徴としている。
この発明によれば、第１画像信号と第２画像信号とのレベル差に応じて、検知光の強度及びパルス数の少なくとも一方が調整される。
ここで、本発明の位置計測方法は、前記調整工程後に、前記マークを撮像して前記第１画像信号及び前記第２画像信号を再出力する再出力工程（Ｓ２３）を含むことを特徴としている。
また、本初発明の位置計測方法は、前記再出力工程により得られた前記第１画像信号及び前記第２画像信号を用いて前記マークの位置情報を求めるマーク位置算出工程（Ｓ１８）を含むことを特徴としている。
これらの発明によれば、強度及びパルス数の少なくとも一方が調整された検知光をマークに照射し、この状態でマークを撮像して再度第１画像信号及び第２画像信号を得てマークの位置情報を求めているため、パルス状の検知光を用いて物体に形成されたマークの位置情報を計測する場合であっても、誤差を生じずに精確に位置情報を計測することができる。
他方、本発明の位置計測方法は、前記算出工程で算出されたレベル差に応じて、前記マークを撮像するタイミングと前記検知光が照射されるタイミングとの時間ずれを推定する推定ステップ（Ｓ３０）と、前記推定ステップで推定した時間ずれに応じて、前記第２出力工程後における前記マークを撮像するタイミングを変更する変更ステップ（Ｓ３２）とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、第１画像信号と第２画像信号とのレベル差に応じて検知光が照射されるタイミングとマークを撮像するタイミングとの時間ずれが推定され、この推定した時間ずれに応じてマークを撮像するタイミングが変更される。
また、本発明の位置計測方法は、前記変更ステップによりタイミングが変更されて前記マークを撮像することで得られた前記第１画像信号及び前記第２画像信号を用いて前記マークの位置情報を求めるマーク位置算出工程（Ｓ１８）を含むことを特徴としている。
この発明によれば、検知光の照射タイミングに対するマークの撮像タイミングを変更した上で、再度第１画像信号及び第２画像信号を得てマークの位置情報を求めているため、誤差を生じずに精確に位置情報を計測することができる。
上記課題を解決するために、本発明の位置計測装置は、物体（Ｒ、１０）上に形成されたマーク（ＲＭ）の、所定の計測方向における位置情報を計測する位置計測装置であって、前記マークを含む被照射領域に対してパルス状の検知光（ＥＬ１）を照射する照射部（２０Ａ、２０Ｂ）と、前記被照射領域を撮像して前記被照射領域の画像に対応する画像信号を出力する撮像素子（２５）と、前記撮像素子から順に出力される第１画像信号と第２画像信号とのレベル差を求める演算部（５３）とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、上記の位置計測方法と同様に、物体に形成されたマークにパルス状の検知光を照射した状態でマーク撮像して第１画像信号及び第２画像信号をそれぞれ得て、第１画像信号と第２画像信号とのレベル差を算出しているため、パルス状の検知光の照射に起因して生ずる画像信号のレベル差を求めることができる。
本発明の露光装置は、マスク（Ｒ）上に形成されたパターンを基板（Ｗ）上に露光転写する露光装置であって、上記の位置計測方法、又は、上記の位置計測装置を用いて前記マスクに形成されたマーク（ＲＭ）の前記所定の計測方向におけるマークの位置情報を計測し、前記計測されたマークの位置情報に基づいて前記マスクを位置決めした後に、前記パターンを前記基板上に露光転写することを特徴としている。
この発明によれば、マスクに形成されたマークの位置情報が誤差を生じずに精確に計測され、この計測結果に基づいてマスクの位置決めが精確になされるため、レチクルに形成された微細なパターンを高い精度をもってマスク上に転写することができる。
本発明のデバイス製造方法は、上記の露光装置を用いて前記パターンを前記基板に転写する露光工程（Ｓ５６）と、前記パターンが転写された前記基板を現像する現像工程（Ｓ５７）とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、高い精度をもってマスクのパターンが基板上に転写されるため、微細なパターンが形成されたデバイスを高い歩留まりで製造することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による位置計測方法及び装置、露光装置、並びにデバイス製造方法について詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による位置計測装置を備える本発明の第１実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。尚、以下の説明においては、図１中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、本実施形態においては、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置を例に挙げて説明する。
【００１８】
図１において、露光光源ＬＳは、例えばＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、又はＦ２エキシマレーザ（１５７ｎｍ）であり、パルス状の露光光ＥＬを射出する。露光光源ＬＳの発光の開始及び停止、並びに出力（発振周波数、パルスエネルギー、パルス数）は、後述する主制御系１５が制御する。露光光源ＬＳから射出された露光光ＥＬは第１照明光学系ＩＳ１に入射する、第１照明光学系ＩＳ１は、光アッテネータとしての可変減光器、ビーム成形系、及びオプティカルインテグレータとしての第１フライアイレンズ（何れも図示省略）等から構成される。第１照明光学系ＩＳ１に設けられる不図示の可変減衰器は減光率（透過率）を段階的又は連続的に調整するものであり、その減光率は後述する主制御系１５が制御する。
【００１９】
第１照明光学系ＩＳ１から射出された露光光ＥＬはスペックルを低減又は防止するための振動ミラーＭ１で反射された後、第２照明光学系ＩＳ２に入射する。第２照明光学系ＩＳ２は、オプティカルインテグレータとしての第２フライアイレンズ、開口絞り、リレーレンズ、インテグレータセンサ、及び視野絞りとしてのレチクルブラインド（何れも図示省略）から構成されている。
【００２０】
第２照明光学系ＩＳ２に含まれる不図示のインテグレータセンサは、その受光面が例えばレチクルＲのパターン形成面及びウェハＷの露光面と光学的にほぼ共役となるように配置されており、その検出信号（光電変換信号）は主制御系１５に供給されてウェハＷ上における露光光ＥＬの照射量を求めるために用いられる。第２照明光学系ＩＳ２から射出された露光光ＥＬは、折り曲げミラーＭ２で反射された後、コンデンサレンズ１を介してマスクとしてのレチクルＲに形成されたパターン領域ＰＡを均一な照度分布で照射する。尚、上述した第１照明光学系ＩＳ１、振動ミラーＭ１、第２照明光学系ＩＳ２、折り曲げミラーＭ２、及びコンデンサレンズ１は、本実施形態の露光装置に設けられる照明光学系を構成している。
【００２１】
レチクルＲは、モータ２によって投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向に微動可能で、且つその光軸ＡＸに垂直な面内で２次元移動及び微小回転可能なレチクルステージ３上に吸着保持されている。尚、レチクルＲは不図示のレチクル交換器により適宜交換されて使用される。レチクルステージ３の端部にはレーザ干渉計４からのレーザビームを反射する移動鏡５が固定されており、レチクルステージ３の２次元的な位置はレーザ干渉計４によって、例えば１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。レチクルＲの上方にはレチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂが配置されている。
【００２２】
レチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂは、レチクルＲの外周付近に形成された位置検出用のレチクルマークＲＭと投影光学系ＰＬを介して後述するウェハステージ９上に形成された基準部材１０又はウェハステージ９上に載置されたウェハＷに形成されたマークとを同時に観察し、レチクルＲとウェハステージ９との相対的な位置関係又はレチクルＲとウェハＷとのＸ方向又はＹ方向（所定の計測方向）における相対的な位置関係を直接的に計測（観察）する。
【００２３】
レチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂの計測結果は後述する主制御系１５へ出力され、画像処理、演算処理、フィルタリング処理等の処理が施されてレチクルＲとウェハステージ９又はウェハＷとの相対的な位置ずれ量が求められる。そして、この位置ずれ量に応じて主制御系１５がモータ２を駆動してレチクルステージ３を微動させることで、レチクルＲに形成されたパターン領域ＰＡの中心点が光軸ＡＸと一致するように位置決めされる。このレチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂは、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメントセンサの一種であるＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメントセンサであって、レチクルマークＲＭ等の画像信号から位置情報を計測するＶＲＡ方式のアライメントセンサであり、その詳細については後述する。尚、レチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂは、本発明の第１実施形態による位置計測装置の一部をなすものである。
【００２４】
上記レチクルＲのパターン領域ＰＡを透過した露光光ＥＬは、例えば両側（片側でも良い。）テレセントリックな投影光学系ＰＬに入射して基板としてのウェハＷ上の各ショット領域に投影される。ここで、投影光学系ＰＬは、露光光ＥＬの波長に関して最良に収差補正されており、その波長のもとでレチクルＲとウェハＷとは互いに光学的に共役になっている。また、照明光ＥＬは、ケラー照明であり、投影光学系ＰＬの瞳（図示省略）の中心に光源像として結像されている。尚、投影光学系ＰＬは複数のレンズ等の光学素子を有し、その光学素子の硝材としては露光光ＥＬの波長に応じて石英、蛍石等の光学材料から選択され、その投影倍率は、例えば１／４又は１／５に設定されている。このため、露光光ＥＬ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の像が投影光学系ＰＬによってウェハＷ上に縮小投影され、表面にフォトレジスト等の感光剤が塗布されたウェハＷ上の一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。
【００２５】
ウェハＷはウェハホルダ８を介してウェハステージ９上に吸着保持されている。ウェハホルダ８上には、レチクルＲの位置計測及びベースライン計測等で使用する基準部材１０が設けられている。ここで、ベースラインとは、例えばレチクルＲのパターン領域ＰＡに形成されたパターンの投影光学系ＰＬによる投影像の中心位置と後述するウェハ・アライメントセンサ１６の計測視野中心との距離をいう。基準部材１０には基準マークとして、例えば光透過性の５組のＬ字状パターンから成るスリットパターンと、光反射性のクロムで形成された２組の基準パターン（デューティ比は１：１）とが設けられている。
【００２６】
一方の組の基準パターンは、例えばＹ方向に配列された７個のドットマークをＸ軸方向に３列配列してなる回折格子マークと、３本の直線パターンをＸ軸方向に配列してなる回折格子マークと、Ｙ方向に延びた１２本のバーマークとを、Ｘ軸方向に配列したものである。他方の組の基準パターンは、例えばその一方の組の基準パターンを９０°回転したものである。
【００２７】
ウェハステージ９は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な面内でウェハＷを２次元的に位置決めするＸＹステージ、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向（Ｚ方向）にウェハＷを位置決めするＺステージ、ウェハＷを微小回転させるステージ、及びＺ軸に対する角度を変化させてＸＹ平面に対するウェハＷの傾きを調整するステージ等より構成されている。ウェハステージ９の上面の一端にはＬ字型の移動鏡１１が取り付けられ、移動鏡１１の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計１２が配置されている。
【００２８】
図１では簡略化して図示しているが、移動鏡１１はＸ軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有する平面鏡より構成されている。また、レーザ干渉計１２は、Ｘ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計により、ウェハステージ９のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウェハステージ９のＸＹ平面内における回転角が計測される。
【００２９】
ウェハステージ９の２次元的な座標は、レーザ干渉計１２によって例えば１ｎｍ程度の分解能で常時検出されており、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の座標によりウェハステージ９のステージ座標系（静止座標系）（Ｘ，Ｙ）が定められる。即ち、レーザ干渉計１２により計測されるウェハステージ９の座標値が、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上の座標値である。レーザ干渉計１２により計測されたＸ座標、Ｙ座標、及び回転角を示す位置計測信号ＰＤＳは主制御系１５に出力される。
【００３０】
主制御系１５は、供給された位置計測信号ＰＤＳをモニタしつつ、ウェハステージ９の位置を制御する制御信号をモータ１３へ出力する。このような閉ループの制御系により、例えばウェハステージ９はウェハ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が終了すると、次のショット位置までステッピングされる。また、主制御系１５は図示しない照明光学系に設けられる光源から露光光ＥＬを射出するか否か、露光光ＥＬを射出する場合の露光光ＥＬの強度等の制御を行う。尚、主制御系１５の構成についての詳細な説明は後述する。
【００３１】
また、本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬの結像特性を調整するための結像特性補正部１４が設けられている。この結像特性補正部１４は、投影光学系ＰＬを構成する一部のレンズエレメント、特にレチクルＲに近い複数のレンズエレメントの各々を、ピエゾ素子等の圧電素子を用いて独立に駆動（光軸ＡＸに対して平行な方向の移動又は傾斜）することで、投影光学系ＰＬの結像特性、例えば投影倍率やディストーションを補正するものである。
【００３２】
また、本実施形態の露光装置は、オフ・アクシス方式のウェハ・アライメントセンサ１６を投影光学系ＰＬの側方に備える。このウェハ・アライメントセンサは１６、ＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサである。ウェハ・アライメントセンサは１６、例えばハロゲンランプから射出される広帯域波長の光束を検知ビームとしてウェハＷ上に照射し、ウェハＷから得られる反射光をＣＣＤ等の撮像素子で撮像し、得られた画像信号を画像処理することでウェハＷに形成されたマークのＸ方向及びＹ方向（所定の計測方向）における位置情報を計測する。ウェハ・アライメントセンサ１６の計測結果を上述したベースラインの計測結果で補正することにより、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）におけるマークの位置情報を得ることができる。
【００３３】
更に、本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬの側面にウェハＷのＺ軸方向の位置及びＸＹ平面に対する傾斜量を計測するための斜入射方式の多点のメインフォーカスセンサ１７が設置されている。このメインフォーカスセンサ１７は、ウェハＷ上においてレチクルＲの像が投影される露光領域内の予め設定された複数の計測点にスリット像を投影する照射光学系１８と、それらスリット像からの反射光を受光してそれらスリット像を再結像し、これら再結像されたスリット像の横ずれ量に対応する複数のフォーカス信号を生成する集光光学系１９とから構成され、それら複数のフォーカス信号が主制御系１５に供給されている。そして、主制御系１５が集光光学系１９から出力されるフォーカス信号に基づいて常に投影光学系ＰＬの最良結像面にウェハＷの表面が位置するようにモータ１３を介してウェハステージ９を制御する。
【００３４】
以上、本発明の露光装置の全体構成について概説したが、次に本発明の位置計測装置の一部をなすレチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂについて説明する。図２は、レチクル・アライメントセンサ６Ａの構成例を示す構成図である。尚、レチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂは同様の構成であるため、以下では主にレチクル・アライメントセンサ６Ａについて詳細に説明する。
【００３５】
レチクル・アライメントセンサ６Ａは、プリズム２０Ａ、ハーフミラー２１Ａ、及び観察光学系２２Ａを含んで構成される。レチクル・アライメントセンサ６Ａはケースにより一体化され、不図示の駆動装置によって図１中の符号Ａ，Ａ′を付した方向に移動自在に構成されている。レチクルＲのアライメントを行なう際には、主制御系１５は不図示の駆動装置を介してレチクル・アライメントセンサ６Ａを符号Ａを付した方向に駆動して図１に示した位置に位置決めし、レチクルアライメントが終了すると、露光の際に邪魔にならないように、符号Ａ′を付した方向に駆動して所定の退避位置に退避させる。
【００３６】
レチクル・アライメントセンサ６Ｂは、同様に、プリズム２０Ｂ、ハーフミラー２１Ｂ、及び不図示の観察光学系を含んでケースにより一体化され、不図示の駆動装置によって図１中の符号Ｂ，Ｂ′を付した方向に移動自在に構成されている。そして、このレチクル・アライメントセンサ６Ｂも、同様に主制御系１５により、後述するレチクルアライメントを行なう際に、図１に示される位置に位置決めされ、レチクルアライメントが終了すると、所定の退避位置に退避されるように構成されている。尚、上記プリズム２０Ａ，２０Ｂは、本発明の照射部の一部に相当するものである。
【００３７】
図２に示すように、プリズム２０Ａは、露光光ＥＬをレチクルＲ上のレチクルマークＲＭ上に導くためのものである。レチクルマークＲＭはパターン領域ＰＡの外側に設けられており、この部分は通常は照明する必要の無い部分であるため、照明光学系の負荷、照度の無駄を無くすため、通常照明領域より露光光ＥＬの一部の光束（以下、この光束を便宜上、露光光ＥＬ１という）を導くようにしたものである。尚、この露光光ＥＬ１は本発明にいう検知光に相当するものである。
【００３８】
露光光ＥＬ１の光路上にハーフミラー２１Ａが配置されており、プリズム２０Ａにより導かれた露光光ＥＬ１はハーフミラー２１Ａを介してレチクルマークＲＭ１を照明するとともに、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬを介して、例えば基準部材１０に形成された基準マークを照明する。尚、露光光ＥＬ１が照明されるレチクルＲ上の領域及び露光光ＥＬ１が照明される基準部材１０又はウェハＷ上の領域は本発明にいう被照射領域に相当する。
【００３９】
レチクルマークＲＭからの反射光及び基準部材１０からの反射光は、ハーフミラー２１Ａでそれぞれ反射されて観察光学系２２Ａに入射する。観察光学系２２Ａは、結像光学系２３、ハーフミラー２４、ＣＣＤセンサ２５、焦点位置検出用の光として露光光源から分岐された露光光を導く光ファイバ２６、スリット板２７、ハーフミラー２８、瞳遮光板３０、及びＣＣＤセンサ３１を含んで構成されている。これらの部材のうち、結像光学系２３、ハーフミラー２４、及び受光部としてのＣＣＤセンサ２５により、レチクルマークＲＭ及び基準部材１０に形成された基準マーク等の像を検出するための検出光学系が構成されている。
【００４０】
つまり、前述したように、ハーフミラー２１Ａでそれぞれ反射されたレチクルマークＲＭ、基準部材１０からの反射光は、ハーフミラー２４を透過して結像光学系２３の最良結像面（焦点位置）にそれぞれ結像される。この場合、レチクルＲのパターン形成面と基準部材１０の上面とは光学的に共役関係となるよう設定されている。
【００４１】
このため、レチクルＲのパターン形成面とＣＣＤセンサ２５の受光面とが光学的に共役であれば、ＣＣＤセンサ２５の受光面にレチクルマークＲＭ及び基準部材１０に形成された基準マークの像が最良の結像状態でそれぞれ結像し、ＣＣＤセンサ２５からはレチクルマークＲＭ及び基準部材１０に形成された基準マークの画像信号ＶＳ１が出力される。ＣＣＤセンサ２５はインターレース方式であり、画像信号ＶＳ１として、奇数フィールド及び偶数フィールドとを交互に出力する。
【００４２】
主制御系１５がＣＣＤセンサ２５から出力される画像信号ＶＳ１に対して画像処理、演算処理、フィルタリング処理等の処理を行うことで、レチクルマークＲＭと基準部材１０に形成された基準マークとの相対位置を求めることができる。尚、本実施形態では、上記結像光学系２３として、焦点距離を可変とできる光学系、即ち所謂内焦式の光学系が用いられている。また、上記ＣＣＤセンサ２５は本発明にいう撮像素子に相当する。
【００４３】
また、観察光学系２２Ａを構成する部材のうち、焦点位置検出用の光ファイバ２６、スリット板２７、ハーフミラー２８、瞳遮光板３０、及びＣＣＤセンサ３１によって、結像光学系２３の焦点ずれを検出する焦点位置検出系が構成されている。スリット板２７には、所定形状の開口（スリット）が形成されている。光ファイバ２６から射出された検出光ＩＬがスリット板２７を照明すると、スリット板２７のスリットを透過した検出光ＩＬは、ハーフミラー２８，２４で順次反射され、結像光学系２３を通過した後、ハーフミラー２１ＡによりレチクルＲのパターン面を落射照明する。これにより、レチクルＲのパターン形成面にスリット板２７のスリット像が結像される。
【００４４】
このスリット像の反射光は検出光ＩＬと同じ光路を逆向きに戻り、ハーフミラー２４で反射された後、ハーフミラー２８を透過し、瞳遮光板３０に至る。この瞳遮光板３０は、例えば焦点位置検出系の瞳面に配置され、瞳面の図２における左半分を遮光する半円状のものである。この瞳遮光板３０を通過したスリット像の反射光は強制的に傾斜させられた後、ＣＣＤセンサ３１上にスリット像を再結像する。
【００４５】
以上のように、ＣＣＤセンサ３１の受光面には、その光軸が傾斜した光束が入射するため、例えばレチクルＲの厚さ変化等の要因により結像光学系２３の焦点位置がずれて、レチクルＲのパターン形成面とＣＣＤセンサ２５の受光面との共役関係が維持できなくなると、ＣＣＤセンサ３１上におけるスリット像の結像位置がずれる。従って、ＣＣＤセンサ３１からの合焦用信号ＦＳ１に基づいて主制御系１５が結像光学系２３の焦点ずれを測定し、結像光学系２３内部の不図示のレンズ群を駆動することで結像光学系２３の焦点をレチクルパターン面とＣＣＤセンサ２５の受光面とに合わせることができることができるようになっている。
【００４６】
この場合、主制御系１５は、ＣＣＤセンサ３１上でのスリット像の結像位置が常に一定になるように、結像光学系２３内部のレンズ群を駆動することにより、常にＣＣＤセンサ２５に焦点位置を一致させる。ＣＣＤセンサ２５上でのスリット像結像位置の目標値は、ＣＣＤセンサ２５から出力される画像信号が最もシャープ（例えば、コントラストが最大となる）状態において、ＣＣＤセンサ３１で検出されるスリット像結像位置を予め求めて設定しておく。
【００４７】
以上、レチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂの構成及び動作について詳細に説明したが、次に主制御系１５について詳細に説明する。図３は、主制御系１５の内部構成を示すブロック図である。尚、図３においては、図１，図２中に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。図３に示すように、主制御系１５は、フォーカス検出ユニット４０、画像処理ユニット４１、フォーカス検出ユニット４２、ＦＩＡ演算ユニット４３、ＥＧＡ演算ユニット４４、システムコントローラ４５、ウェハステージコントローラ４６、レチクルステージコントローラ４７、及び露光制御部４８を含んで構成されている。
【００４８】
フォーカス検出ユニット４０は、レチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂから出力される合焦用信号ＦＳ１を用いて、図２に示すレチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂが備える結像光学系２３の焦点ずれを検出し、その検出結果をシステムコントローラ４５へ出力する。画像処理ユニット４１は、レチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂから出力される画像信号ＶＳ１に対して、画像処理、演算処理、フィルタリング処理等の処理を行い、レチクルマークＲＭと基準部材１０に形成された基準マークとの相対位置を求め、その処理結果をシステムコントローラ４５へ出力する。
【００４９】
フォーカス検出ユニット４２は、ウェハ・アライメントセンサ１６から出力される合焦用信号ＦＳ２を用いて、ウェハ・アライメントセンサ１６の焦点位置からのウェハＷの表面のずれ量を検出し、その検出結果をシステムコントローラ４５へ出力する。ＦＩＡ演算ユニット４３は、ウェハ・アライメントセンサ１６から出力される画像信号ＶＳ２に対して、画像処理、演算処理、フィルタリング処理等の処理を行い、ウェハＷに形成されたマークの位置情報を求めてＥＧＡ演算ユニット４４へ出力する。尚、上記画像処理ユニット４１及びＦＩＡ演算ユニット４３で行われる画像処理等の具体例としては、マークの輪郭を求める処理、得られた輪郭からマークをなすマーク要素各々のエッジ位置を検出する処理、検出したエッジ位置からマーク中心を求める処理等がある。
【００５０】
ＥＧＡ演算ユニット４４は、ウェハＷ上に予め設定された代表的な数個（３〜９個）のショット領域の各々に付随して形成されたマークの、ウェハ・アライメントセンサ１６により計測された位置情報と、その設計上の位置情報とに基づいてＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）演算を行い、ウェハＷ上に設定された全てのショット領域の配列の規則性を統計的な手法で決定する。ＥＧＡ演算ユニット４４で決定されたショット領域の配列を示す情報はシステムコントローラ４５へ出力される。
【００５１】
システムコントローラ４５は、ＥＧＡ演算ユニット４４の演算結果に基づいて、ウェハステージコントローラ４６を介してレーザ干渉計１２の計測値をモニタしつつモータ１３を介して図１に示したウェハステージ９を駆動してウェハＷ上の各ショット領域の位置決めを行い、露光光制御部４８に制御信号を出力して各ショット領域に対する露光制御を行う。また、システムコントローラ４５は、レチクルステージコントローラ４７を介してレーザ干渉計４の計測値をモニタしつつ、モータ２を介して図１に示したレチクルステージ３を駆動して、レチクルＲの位置調整を行う。
【００５２】
更に、システムコントローラ４５は、レチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂの焦点位置と図２に示すＣＣＤセンサ２５の受光面とが一致していない場合には、フォーカス検出ユニット４０の検出結果に応じてレチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂに設けられた結像光学系２３が備えるレンズ群を駆動し、結像光学系２３の焦点位置を可変させる。また更に、ウェハ・アライメントセンサ１６の焦点位置にウェハＷの表面が配置されていない場合には、フォーカス検出ユニット４２の検出結果に応じてモータ１３を介して図１に示したウェハステージ９を駆動して、ウェハＷをＺ方向に移動させる。
【００５３】
露光量制御部４８は、システムコントローラ４５から出力される制御信号に基づいて、第２照明光学系ＩＳ２に含まれる不図示のインテグレータセンサの検出結果をモニタしつつ、露光光源ＬＳの露光光源ＬＳの発光の開始及び停止、並びに出力（発振周波数、パルスエネルギー、パルス数）を制御する。また、同様にインテグレータセンサの検出結果をモニタしつつ、第１照明光学系ＩＳ１に設けられる不図示の可変減衰器の減光率（透過率）を段階的又は連続的に調整する。尚、以上説明した画像処理ユニット４１及びシステムコントローラ４５は本実施形態の位置計測装置の一部をなすものである。
【００５４】
次に、主制御系１５に設けられる画像処理ユニット４１について説明する。図４は、画像処理ユニット４１の内部構成を示すブロック図である。図４に示す通り、画像処理ユニット４１は、Ａ／Ｄ変換部５０、奇数フィールド記憶部５１、偶数フィールド記憶部５２、レベル検出部５３、レベル調整部５４、フレーム生成部５５、及び位置情報算出部５６を含んで構成される。
【００５５】
Ａ／Ｄ変換部５０は、レチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂに設けられたＣＣＤセンサ２５から出力される画像信号をディジタル化する。奇数フィールド記憶部５１及び偶数フィールド記憶部５２は、Ａ／Ｄ変換部５０から出力されるディジタル化された画像信号の奇数フィールド（第１画像信号）及び偶数フィールド（第２画像信号）をそれぞれ一時的に記憶する。レベル検出部５３は、奇数フィールド記憶部５１に一時的に記憶された画像信号の奇数フィールドの信号レベルの平均値、及び偶数フィールド記憶部５２に一時的に記憶された画像信号の偶数フィールドの信号レベルの平均値をそれぞれ検出して各々のレベル差を算出し、その算出結果をレベル調整部５４へ出力する。
【００５６】
レベル調整部５４は、奇数フィールド記憶部５１に記憶された画像信号の奇数フィールド及び偶数フィールド記憶部５２に記憶された画像信号の偶数フィールドを読み出し、レベル検出部５３で算出されたレベル差に基づいて各々のレベルの平均値がほぼ等しくなるよう調整する。ここで行う調整は、レベルの高い方をレベルの低い方に合わせて減衰する方法、及びレベルの低い方をレベルの高い方に合わせて増幅する方法の何れの方法であってもよい。尚、画像信号の奇数フィールドの信号レベルの平均値と偶数フィールドの信号レベルの平均値とが同一である場合には、レベル調整部５４は各々に対する減衰処理又は増幅処理を行わずにフレーム生成部５５へ出力する。
【００５７】
フレーム生成部５５は、レベル調整部５４から出力される画像信号の奇数フィールド及び偶数フィールドを合成して１フレーム分の画像信号を生成する。位置情報算出部５６は、フレーム生成部５５で生成されたフレーム（画像信号）に対し、例えば折り返し自己相関処理や、所定のテンプレートを用いたテンプレートマッチング処理や、或いはエッジ位置計測処理（マークの輪郭を求める処理、得られた輪郭からマークをなすマーク要素各々のエッジ位置を検出する処理、検出したエッジ位置からマーク中心を求める処理）等のマーク位置計測処理を行う。
【００５８】
そして、例えばレチクルＲに形成されたレチクルマークＲＭの位置情報、ウェハステージ９上に設けられた基準部材１０に形成された基準マークの位置情報、及びレチクルマークＲＭと基準マークとの位置ずれ量を算出し、これらの算出結果をシステムコントローラ４５へ出力する。尚、上述したレベル検出部５３は本発明にいう演算部に相当し、レベル調整部５４は本発明にいう画像処理部に相当し、位置情報算出部５６は本発明にいうマーク位置計測部に相当する。
【００５９】
以上、本発明の第１実施形態による露光装置について説明したが、次に、上記構成における露光装置のウェハステージ９に対するレチクルＲの位置ずれを計測する際の動作、即ち本発明の第１実施形態による位置計測方法について説明する。図５は、本発明の第１実施形態による位置計測方法を示すフローチャートである。計測動作が開始されると、まず主制御系１５がレチクルライブラリ（図示省略）から使用するレチクルＲを搬出させてレチクルステージ３上に吸着保持させる（ステップＳ１０）。
【００６０】
また、レチクルＲの配置が完了する前に、主制御系１５は、レチクル・アライメントセンサ６Ａを符号Ａを付した方向に駆動して図１に示した位置に位置決めするとともに、レチクル・アライメントセンサ６Ｂを符号Ｂを付した方向に駆動して図１に示した位置に位置決めする。レチクルＲの配置が完了した後、又はレチクルＲの配置が完了する前に、主制御系１５はモータ１３を制御してウェハステージ９をＸＹ面内で移動させて、投影光学系ＰＬを介してレチクルマークＲＭの像が投影されるであろう位置又はその近傍に基準部材１０を配置する（ステップＳ１１）。尚、ここでは、レチクル・アライメントセンサ６Ａの計測視野内に基準部材１０が配置されるものとする。
【００６１】
以上の処理が終了すると、主制御系１５は露光光源ＬＳに制御信号を出力して、露光光源ＬＳから露光光ＥＬを射出させ、第１照明光学系ＩＳ１、第２照明光学系ＩＳ２、及びコンデンサレンズ１等を介して照度が均一にされたパルス状の露光光ＥＬ１をレチクルマークＲＭを含む領域（被照射領域）に照射する（ステップＳ１２）。被照射領域に照射された露光光ＥＬ１の内、透過した露光光ＥＬ１は投影光学系ＰＬを介してウェハステージ９上における基準部材１０を含む領域（被照射領域）に照射される。
【００６２】
基準部材１０を照射した露光光ＥＬ１の内、基準部材１０で反射された露光光ＥＬ１は入射光路を逆方向に進み、レチクルＲの下方向からレチクルマークＲＭが形成された被照射領域に再度入射する。被照射領域に照射された露光光ＥＬ１の内、レチクルマークＲＭで反射された露光光ＥＬ１と、投影光学系ＰＬを介して再度被照射領域に入射してレチクルＲを透過した露光光ＥＬ１とが、ハーフミラー２１Ａ（図２参照）で反射されて、結像光学系２３及びハーフミラー２４を介してＣＣＤセンサ２５の受光面に入射する。
【００６３】
ここで、結像光学系２３内部の不図示のレンズ群が駆動されて結像光学系２３の焦点がレチクルパターン面とＣＣＤセンサ２５の受光面とに合わされているため、ＣＣＤセンサ２５の受光面はレチクルパターン面（ひいては、ウェハＷの表面）と光学的に共役になっている。このため、レチクルマークＲＭの像及び基準部材１０に形成された基準パターンの像がＣＣＤセンサ２５の受光面に結像する。
【００６４】
図６は、ＣＣＤセンサ２５に結像するレチクルマークＲＭ及び基準パターンの像の一例を示す図である。図６中において、符号ＩＦを付した矩形領域はＣＣＤセンサ２５の受光面を表しており、符号Ｉｍ１を付した小さな十字形状は受光面ＩＦに結像したレチクルマークＲＭの像を、符号Ｉｍ２を付した大きな十字形状は受光面ＩＦに結像した基準マークの像をそれぞれ表している。
【００６５】
レチクルマークＲＭ及び基準パターンの像がＣＣＤセンサ２５の受光面に結像している状態で、ＣＣＤセンサ２５が受光面ＩＦ内を走査するとレチクルマークＲＭ及び基準パターンが撮像される（ステップＳ１３）。前述した通り、ＣＣＤセンサ２５はインターレース方式であるため、画像信号ＶＳ１として奇数フィールド及び偶数フィールドを交互に出力する。尚、ここでは、ＣＣＤセンサ２５は１フレーム分の画像信号ＶＳ１を出力するものとする。ＣＣＤセンサ２５から出力された１フレーム分の画像信号ＶＳ１は、主制御系１５内に設けられた画像処理ユニット４１（図３参照）に順に入力される（ステップＳ１４）。
【００６６】
画像信号ＶＳ１はＡ／Ｄ変換部５０（図４参照）において、順次ディジタル信号に変換され、奇数フィールドは奇数フィールド記憶部５１に記憶され、偶数フィールドは偶数フィールド記憶部５２に記憶される。各々のフィールドが奇数フィールド記憶部５１及び偶数フィールド記憶部５２にそれぞれ記憶されると、レベル検出部５３は奇数フィールド記憶部５１から奇数フィールドを読み出して信号レベルの平均値を算出するとともに、偶数フィールド記憶部５２から偶数フィールドを読み出して信号レベルの平均値を算出し、各々の平均値の差を算出する（ステップＳ１５）。
【００６７】
以上の処理が終了すると、レベル検出部５３からレベル調整部５４に算出された信号レベルの平均値及び平均値の差が出力される。これらの信号が出力されると、レベル調整部５４は奇数フィールド記憶部５１から奇数フィールドを、偶数フィールド記憶部５２から偶数フィールドを順に読み出し、上記平均値及びその差に基づいて奇数フィールド又は偶数フィールドに信号処理を施してレベル差を減少させる処理を行う（ステップＳ１６）。例えば奇数フィールドの信号レベルの平均値よりも偶数フィールドの信号レベルの平均値が小さい場合には、奇数フィールドの信号レベルの平均値に合わせるよう、偶数フィールドを増幅する処理が行われる。
【００６８】
レベル調整部５４において以上の処理が施された奇数フィールド及び偶数フィールドは、フレーム生成部５５において合成されて１枚のフレームが生成される（ステップＳ１７）。フレーム生成部５５で生成されたフレームは、位置情報算出部５６において、画像処理が施され、レチクルマーク及び基準マークの位置情報並びにその位置ずれ量が算出される（ステップＳ１８）。
【００６９】
ここで行われる画像処理は、フレーム生成部５５から出力されたフレームに対してマーク位置計測処理（例えば、折り返し自己相関処理や、テンプレートマッチング処理や、エッジ位置計測処理（輪郭を求める処理、得られた輪郭からマークをなすマーク要素各々のエッジ位置を検出する処理、検出したエッジ位置からマーク中心を求める処理）等）を行って、レチクルマークＲＭの位置情報（例えば、図６中の符号Ｐ１を付した箇所の位置情報）及び基準マークの位置情報（例えば、図６中の符号Ｐ２を付した箇所の位置情報）を求める。尚、これらの位置ずれ量は各々の位置情報の差から得られる。
【００７０】
これらの情報は、主制御系１５に設けられたシステムコントローラ４５へ出力されて一時的に記憶される。以上、レチクル・アライメントセンサ６Ａを用いて位置計測を行う場合について説明したが、同様の方法でレチクル・アライメントセンサ６Ｂを用いた位置計測が行われる。但し、レチクル・アライメントセンサ６Ｂで位置計測を行う場合には、ウェハステージ９を移動させて基準部材１０をレチクル・アライメントセンサ６Ｂの計測視野に配置された状態で行う。
【００７１】
以上の処理により得られた情報に基づいて主制御系１５がモータ２を制御してレチクルステージ３のＸＹ面内の位置を微調し、又はモータ１３を制御してウェハステージ９のＸＹ面内の位置を微調すれば、ウェハステージ９に対するレチクルＲの位置合わせを行うことができる。このようにしてウェハステージ９に対するレチクルＲの位置決めが完了すると、レチクルＲに形成されたパターンをウェハＷ上のショット領域に転写する処理が行われる。
【００７２】
ここで、レチクルＲに形成されたパターンをウェハＷ上に転写する際の動作について説明する。まず、ウェハＷ上のショット領域の配列及びアライメントマークとしてのマークの形状等について説明する。図７は、ウェハＷ上のショット領域の配列及びマークの形状を説明するための図である。図７において、ウェハＷ上にはウェハＷ上に設定された座標系（Ｘ，Ｙ）に沿って規則的にショット領域ＥＳ１，ＥＳ２，……，ＥＳＮが形成され、各ショット領域ＥＳｉにはそれまでの工程によりそれぞれデバイスパターンが形成されている。
【００７３】
また、各ショット領域ＥＳｉはＸ方向及びＹ方向に所定幅のストリートラインで区切られており、各ショット領域ＥＳｉに近接するＸ方向に伸びたストリートラインの中央部にマークとしてのＸ軸方向のマークＭｘｉが形成され、各ショット領域ＥＳｉに近接するＹ方向に伸びたストリートラインの中央部にＹ方向のマークＭｙｉが形成されている。マークＭｘｉ，ＭｙｉはそれぞれＸ方向及びＹ方向に所定ピッチで３本の直線パターンを並べたものであり、これらのパターンはウェハＷの下部に凹部又は凸部のパターンとして形成したものである。
【００７４】
ウェハＷへの露光を行うに先だって、それらショット領域ＥＳｉの内から例えば斜線を施して示す９個のショット領域が選択される。このように選択されたショット領域をサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９と称する。各サンプルショットＳＡｉにはそれぞれマークＭｘｉ，Ｍｙｉが近接して形成されている。本例ではこれらマークＭｘｉ，Ｍｙｉの位置を計測することにより、各サンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での位置情報を計測する。
【００７５】
ここで、サンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９の位置情報を計測する際の動作について説明する。まず、露光装置内にウェハＷが搬入されてウェハステージ９上に吸着保持されると、主制御系１５がモータ１３を駆動してウェハステージ９をＸＹ面内で移動させ、例えばサンプルショットＳＡ１に隣接して設けられたマークＭｘ１をウェハ・アライメントセンサ１６の計測視野内に配置し、検知ビームを配置したマークＭｘ１に照射する。この照射によってウェハＷの表面で反射又は回折された光は、ウェハ・アライメントセンサ１６が備える不図示の撮像素子で受光され、計測視野内に配置されたマークＭｘ１が撮像される。
【００７６】
マークＭｘ１が撮像されると、ウェハ・アライメントセンサ１６から主制御系１５に画像信号ＶＳ２が出力される。この画像信号ＶＳ２は、主制御系１５内に設けられたＦＩＡ演算ユニット４３（図３参照）に取り込まれ、増幅処理及びディジタル化処理が行われた後で、マーク位置計測処理（例えば、折り返し自己相関処理や、テンプレートマッチング処理や、エッジ位置計測処理（マークＡＭの輪郭を求める処理、得られた輪郭からマークをなすマーク要素各々のエッジ位置を検出する処理、検出したエッジ位置からマーク中心を求める処理）等）が行われ、マークＭｘ１の位置情報が求められる。同様にして、サンプルショットＳＡ１に隣接して設けられたマークＭｙ１をウェハ・アライメントセンサ１６の計測視野内に配置して位置計測を行う。
【００７７】
このような処理を残りのサンプルショットＳＡ２〜ＳＡ９に対して行い、各サンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での位置情報を計測する。次に、これらの位置情報と主制御系１５に予め記憶されているショット領域の設計上の配列情報を示すショットマップデータを用いてＥＧＡ演算ユニット４４においてＥＧＡ演算が行われ、ウェハＷ上に設定された全てのショット領域の配列の規則性が決定される。
【００７８】
システムコントローラ４５は決定されたショット領域の配列を用いて、露光すべきショット領域が投影光学系ＰＬの投影領域（レチクルＲに形成されたパターンが投影される領域）に配置されるように、ウェハステージ９を移動させて位置決めする。ウェハＷの位置決めが完了すると露光光ＥＬがレチクルＲに照射され、そのショット領域が露光される。以後同様に、決定されたショット領域の配列を用いてウェハステージ９がステップ移動により位置決めされて、順次ショット領域が露光される。
【００７９】
以上説明した通り、本実施形態においては、パルス状の露光光ＥＬを用いてウェハステージ９に対するレチクルＲの位置を計測する際に、奇数フィールドの信号レベルの平均値及び偶数フィールドの信号レベルの平均値、並びにこれらのレベル差を算出し、レベル差がある場合にはレベル差が小さくなるように奇数フィールド又は偶数フィールドに画像処理を行ってからレチクルマークＲＭ及び基準部材１０に形成された基準マークの位置情報を算出している。このため、奇数フィールドと偶数フィールドとを合成して得られる１フレーム分の画像信号内で縞模様が生ずることがなく、誤差を生じずに精確にレチクルマークＲＭ等の位置情報を計測することができる。
【００８０】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下に説明する本発明の第２実施形態による位置計測装置及び露光装置は、主制御系１５に設けられる画像処理ユニット４１の内部構成及びシステムコントローラ４５の動作が上述した第１実施形態とは異なる。図８は、本発明の第２実施形態による位置計測装置及び露光装置が備える画像処理ユニット４１の内部構成を示す図である。図８と図４とを比較すると、図８に示す画像処理ユニット４１は、図４中のレベル調整部５４が省略され、レベル検出部５３の検出信号がシステムコントローラ４５へ出力されている点が異なる。尚、本実施形態におけるシステムコントローラ４５及び露光光制御部４８が、本発明にいう調整部に相当する。
【００８１】
前述した第１実施形態においては、一度取り込んだ奇数フィールド及び偶数フィールドの信号レベルの平均値及びこれらのレベル差を求め、このレベル差に基づいて奇数フィールド又は偶数フィールドに画像処理を施した後で、マークの位置情報を検出していた。つまり、マークを撮像する回数は１回のみであった。これに対し、本実施形態では得られたレベル差に応じて、このレベル差を減ずるように露光光の強度及びパルス数の少なくとも一方を調整し、調整後に再度マークを撮像することで縞模様の発生を防止している。以下、本発明の第２実施形態による位置計測方法について詳細に説明する。
【００８２】
図９は、本発明の第２実施形態による位置計測方法を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートが図５に示すフローチャートと異なる点は、図５中のステップＳ１６に代えて図９に示すステップＳ２０〜Ｓ２３を設けた点である。図９に示すフローチャートにおいて、不図示のレチクルライブラリからレチクルＲを搬入してレチクルステージ３上に配置するステップ（ステップＳ１０）から奇数フィールド及び偶数フィールドの信号レベル及びレベル差を算出するステップ（ステップＳ１５）までは図５に示すフローチャートと同様に処理が行われる。ステップＳ１５において算出された奇数フィールド及び偶数フィールドの信号レベル及びレベル差は、図８に示すレベル検出部５３から図３に示すシステムコントローラ４５へ出力される。
【００８３】
システムコントローラ４５は、レベル検出部５３から出力された奇数フィールド及び偶数フィールドの信号レベル及びレベル差に基づいて、露光光ＥＬ１の強度又は調整する制御信号を生成する（ステップＳ２０）。例えば、奇数フィールドの信号レベルが偶数フィールドの信号レベルよりも低い場合には、偶数フィールドを走査している期間における露光光ＥＬ１の強度を高く設定し又はパルス数を多く設定する。露光光ＥＬ１の強度の調整又はパルス数の調整は、奇数フィールドと偶数フィールドとの信号レベルのレベル差に応じて行う。尚、
【００８４】
以上の処理が終了すると、システムコントローラ４５は露光光制御部４８に対して制御信号を出力して露光光源ＬＳから露光光ＥＬ１の射出を開始させ、パルス状の露光光ＥＬ１をレチクルマークＲＭを含む領域（被照射領域）に照射する。このとき、システムコントローラ４５は、レチクルアライメントセンサ６Ａ，６Ｂが奇数フィールドを走査している期間であるか、偶数フィールドを走査している期間であるかに応じて、ステップＳ２０で生成した制御信号を露光光制御部４８に出力して露光光ＥＬ１の強度又はパルス数の調整を行う（ステップＳ２１）。尚、ここでは露光光ＥＬ１の強度又はパルス数の調整を行う場合を例に挙げて説明するが、強度及びパルス数を共に調整するようにしても良い。
【００８５】
強度又はパルス数が調整された露光光ＥＬ１がレチクルＲ上の被照射領域及びウェハステージ９上の被照射領域に照射され、レチクルマークＲＭ及び基準マークの像がＣＣＤセンサ２５に結像している状態でＣＣＤセンサ２５が受光面ＩＦ内を走査するとレチクルマークＲＭ及び基準パターンが撮像される（ステップＳ２２）。ここで、ＣＣＤセンサ２５が奇数フィールドを走査しているか、又は偶数フィールドを走査しているかに応じて、露光光ＥＬ１の強度又はパルス数が調整されているため、画像信号ＶＳ１として信号レベルの平均値がほぼ等しい奇数フィールドと偶数フィールドとが順に画像処理ユニット４１に入力される（ステップＳ２３）。
【００８６】
これら奇数フィールド及び偶数フィールドは、奇数フィールド記憶部５１及び偶数フィールド記憶部５２にそれぞれ一時的に記憶された後、フレーム生成部５５において合成されて１枚のフレームが生成される（ステップＳ１７）。フレーム生成部５５で生成されたフレームは、位置情報算出部５６において、画像処理が施され、レチクルマーク及び基準マークの位置情報並びにその位置ずれ量が算出される（ステップＳ１８）。
【００８７】
以上説明した本発明の第２実施形態による位置計測方法は、一度画像信号ＶＳ１を取り込んで奇数フィールドと偶数フィールドとの信号レベル及びレベル差を求め、得られたレベル差に応じて奇数フィールド及び偶数フィールドを走査する際の露光光ＥＬ１の強度等を調整して画像信号ＶＳ１を再度取り込み、この画像信号ＶＳ１に基づいてマークの位置情報を算出している。このため、２回目に取り込まれた奇数フィールドと偶数フィールドとを合成して得られる１フレーム分の画像信号内で縞模様が生ずることがなく、誤差を生じずに精確にレチクルマークＲＭ等の位置情報を計測することができる。
【００８８】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下に説明する本発明の第３実施形態による位置計測装置及び露光装置においては、主制御系１５に設けられる画像処理ユニット４１の内部構成は図８に示したものと同一であるが、システムコントローラ４５がレチクル・アライメントセンサ６ａ，６Ｂに設けられたＣＣＤセンサ２５の撮像タイミング（走査タイミング）を調整可能であるとともに、その動作が上述した第１，第２実施形態とは異なる。尚、本実施形態におけるシステムコントローラ４５が、本発明にいう推定部及びタイミング変更部に相当する。
【００８９】
前述した第２実施形態においては、一度取り込んだ奇数フィールド及び偶数フィールドの信号レベルの平均値及びこれらのレベル差を求め、このレベル差に基づいて露光光ＥＬ１の強度又はパルス数を調整した上で奇数フィールド及び偶数フィールドを再度取り込みマークの位置情報を検出していた。本実施形態においては、露光光ＥＬ１の強度又はパルス数の調整を行う替わりに、ＣＣＤセンサ２５による取り込みタイミングを調整して再度マークを撮像することで、縞模様の発生を防止している。以下、本発明の第３実施形態による位置計測方法について詳細に説明する。
【００９０】
図１０は、本発明の第３実施形態による位置計測方法を示すフローチャートである。図１０に示すフローチャートも図９に示すフローチャートと同様に、図５中のステップＳ１６に代えて、図１０に示すステップＳ３０〜Ｓ３４を設けた点が異なる。図１０に示すフローチャートにおいて、奇数フィールド及び偶数フィールドの信号レベル及びレベル差を算出するステップ（ステップＳ１５）が行われると、ステップＳ１５において算出された奇数フィールド及び偶数フィールドの信号レベル及びレベル差は、図８に示すレベル検出部５３から図３に示すシステムコントローラ４５へ出力される。
【００９１】
システムコントローラ４５は、レベル検出部５３から出力された奇数フィールド及び偶数フィールドの信号レベルの平均値並びにレベル差に基づいて、マークを撮像するタイミング（奇数フィールド又は偶数フィールドを走査するタイミング）と露光光ＥＬ１が照射されるタイミングとの時間ずれを推定する処理を行う（ステップＳ３０）。図１１は、ステップＳ３０で行われる推定処理を説明するための図である。図１１において、ＰＲ１はレチクルＲ上に照射されるパルス状の露光光ＥＬ１の照射タイミングを示しており、ＴＭ１，ＴＭ２はＣＣＤセンサ２５の奇数フィールド又は偶数フィールドの走査期間を示している。
【００９２】
いま、露光光ＥＬ１の照射タイミングと走査期間ＴＭ１の走査開始終了タイミングとの関係が図示の通りであるとすると、この例においては走査期間ＴＭ１内に２０パルス分の露光光ＥＬ１がレチクルＲ上に照射される。これに対し、走査開始終了タイミングが走査期間ＴＭ１に対してΔｔだけずれており、期間の長さ自体は走査期間ＴＭ１の長さと等しい走査期間ＴＭ２内に照射される露光光ＥＬ１は１９パルスであり、走査期間ＴＭ１に比べて１パルスだけ減少する。このように、走査期間の長さ自体は等しくとも、露光光ＥＬ１の照射タイミングに対する走査開始終了タイミングが異なるだけで総光量が変化する。
【００９３】
本実施形態では、上述したステップＳ１５で得られた奇数フィールド及び偶数フィールドの信号レベル並びにレベル差に応じて、システムコントローラ４５が露光光ＥＬ１の照射タイミングに対するＣＣＤセンサ２５の走査タイミングのずれを推定している。具体的には、例えば奇数フィールドの信号レベルの平均値が偶数フィールドの信号レベルの平均値よりも大きく、その差が１パルス分の差である場合には、露光光ＥＬ１の照射タイミングに対して偶数フィールドの走査開始終了タイミングがΔｔだけ遅れていると推定する。
【００９４】
推定処理が終了すると、主制御系１５は露光光源ＬＳに制御信号を出力して、露光光源ＬＳから露光光ＥＬを射出させて、露光光ＥＬ１をレチクルマークＲＭを含む被照射領域に照射する（ステップＳ３１）。露光光ＥＬ１がレチクルＲ上の被照射領域及びウェハステージ９上の被照射領域に照射され、レチクルマークＲＭ及び基準マークの像がＣＣＤセンサ２５に結像している状態でシステムコントローラ４５はステップＳ３０の推定結果に応じてＣＣＤセンサ２５の走査タイミング（撮像タイミング）を変更して（ステップＳ３２）、レチクルマークＲＭ及び基準パターンを撮像する（ステップＳ３３）。
【００９５】
ここで、ＣＣＤセンサ２５の走査タイミングが変更されているため、画像信号ＶＳ１として信号レベルの平均値がほぼ等しい奇数フィールドと偶数フィールドとが順に画像処理ユニット４１に入力される（ステップＳ３４）。これら奇数フィールド及び偶数フィールドは、奇数フィールド記憶部５１及び偶数フィールド記憶部５２にそれぞれ一時的に記憶された後、フレーム生成部５５において合成されて１枚のフレームが生成される（ステップＳ１７）。フレーム生成部５５で生成されたフレームは、位置情報算出部５６において、画像処理が施され、レチクルマーク及び基準マークの位置情報並びにその位置ずれ量が算出される（ステップＳ１８）。
【００９６】
以上説明した本発明の第３実施形態による位置計測方法は、一度画像信号ＶＳ１を取り込んで奇数フィールドと偶数フィールドとの信号レベル及びレベル差を求め、得られたレベル差に応じて露光光ＥＬ１の照射タイミングとＣＣＤセンサ２５の撮像タイミングとの時間ずれを推定し、この推定結果に応じてＣＣＤセンサの撮像タイミングを変更して画像信号ＶＳ１を再度取り込み、この画像信号ＶＳ１に基づいてマークの位置情報を算出している。このため、２回目に取り込まれた奇数フィールドと偶数フィールドとを合成して得られる１フレーム分の画像信号内で縞模様が生ずることがなく、誤差を生じずに精確にレチクルマークＲＭ等の位置情報を計測することができる。
【００９７】
以上、本発明の実施形態による位置計測装置及び露光装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記の第３実施形態においては、推定結果に応じてＣＣＤセンサ２５の撮像タイミングを変更していたが、ＣＣＤセンサ２５の撮像タイミングは固定して、露光光源１を制御して露光光ＥＬ１の照射タイミングを変更するようにしても良い。また、上記実施形態で説明したレチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂは露光光ＥＬの一部の露光光ＥＬ１をレチクルマークＲＭに照射するとともに、投影光学系ＰＬを介して基準部材１０の上面に照射して、レチクルマークＲＭ及び基準パターンを観察するようにしていた。しかしながら、光ファイバー（不図示）等を用いて基準部材１０の下方に露光光ＥＬの一部を導き、基準部材１０に形成されたスリットパターンを下方（ウェハステージ９の内部）から照明するように構成しても良い。
【００９８】
また、上記の実施形態においては、レチクルマークＲＭ及び基準部材１０に形成された基準マークの位置情報及び位置ずれを計測する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られる訳ではなく、レチクルＲ及び基準部材１０以外の物体に形成されたマークの位置情報を求める場合について適用可能である。更に、図３、図４、及び図８に示した各ブロックは、電子回路によりハードウェア的に構成されていても良く、ソフトウェア的に構成されていても良い。各ブロックをソフトウェア的に構成する場合には、各ブロックの機能を規定するプログラムをＣＰＵ（中央処理装置）が実行することにより、各ブロックが実現される。また、図３に示す各ブロックをハードウェア的又はソフトウェア的に構成する場合には、図示した全てのブロックが１つにまとまって構成されていなくとも良く、分散されて構成されていても良い。
【００９９】
また、上記実施形態においては、レチクル・アライメントセンサ６Ａ，６ＢがＶＲＡ方式のアライメントセンサであり、ウェハ・アライメントセンサ１６がＦＩＡ方式のアライメントセンサである場合を例に挙げて説明したが、レチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂ及びウェハ・アライメントセンサ１６は、更にＬＳＡ方式及びＬＩＡ方式のアライメントセンサを備えた構成であっても良い。また、本発明は、レチクルＲを介さずに投影光学系ＰＬのみを介して基準部材１０の基準パターンを観察するＴＴＬ方式のアライメントセンサにも適用することができる。
【０１００】
また、本発明の露光装置は、図１に示したステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置に限定されず、例えばステップ・アンド・スキャン方式の露光装置、ミラープロジェクション方式、プロキシミティ方式、コンタクト方式等の露光装置に適用することが可能である。
【０１０１】
更に、半導体素子、液晶表示素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、プラズマディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、及び撮像素子（ＣＣＤなど）の製造にも用いられる露光装置、及びレチクル、又はマスクを製造するために、ガラス基板、又はシリコンウェ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。即ち本発明は、露光装置の露光方式や用途等に関係なく適用可能である。
【０１０２】
尚、前述した本発明の一実施形態による露光装置（図１）は、ウェハＷを精度よく高速に位置制御することができ、スループットを向上しつつ高い露光精度で露光が可能となるように、照明光学系、モータ２、レチクルステージ３、レーザ干渉計４、移動鏡５、レチクル・アライメントセンサ６Ａ，６Ｂを含むマスクアライメント系、ウェハホルダ８、ウェハステージ９、基準部材１０、移動鏡１１、レーザ干渉計１２、及びモータ１３を含むウェハアライメント系、投影光学系ＰＬ等の図１に示された各要素が電気的、機械的、又は光学的に連結して組み上げられた後、総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造される。尚、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うことが望ましい。
【０１０３】
次に、本発明の一実施形態による露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法の実施形態について簡単に説明する。図１２は、マイクロデバイス（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を示す図である。図１２に示すように、まず、ステップＳ１０（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１１（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ１２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
【０１０４】
次に、ステップＳ１３（ウェハ処理ステップ）において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１３で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１４には、ダイシング工程、ボンティング工程、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Ｓ１５（検査ステップ）において、ステップＳ１４で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。
【０１０５】
図１３は、半導体デバイスの場合における、図１２のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。図１３において、ステップＳ２１（酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４（イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ２１〜ステップＳ２４のそれぞれは、ウェ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。
【０１０６】
ウェ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Ｓ２５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ２６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。次に、ステップＳ２７（現像ステップ）においては露光されたウェハを現像し、ステップＳ２８（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Ｓ２９（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、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０１０７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、物体に形成されたマークにパルス状の検知光を照射した状態でマーク撮像して第１画像信号及び第２画像信号をそれぞれ得て、第１画像信号と第２画像信号とのレベル差を算出しているため、パルス状の検知光の照射に起因して生ずる画像信号のレベル差を求めることができるという効果がある。
また、本発明によれば、算出工程で算出されたレベル差に応じて第１画像信号及び第２画像信号の少なくとも一方に対して画像処理を行ってレベル差を減じているため、パルス状の検知光の照射に起因して生ずる画像信号のレベル差をほぼ等しくすることができるという効果がある。
更に、本発明によれば、レベル差が減じられた第１画像信号及び第２画像信号を用いてマークの位置情報を求めているため、パルス状の検知光を用いて物体に形成されたマークの位置情報を計測する場合であっても、誤差を生じずに精確に位置情報を計測することができるという効果がある。
一方、本発明によれば、第１画像信号と第２画像信号とのレベル差に応じて、検知光の強度及びパルス数の少なくとも一方が調整され、強度及びパルス数の少なくとも一方が調整された検知光をマークに照射し、この状態でマークを撮像して再度第１画像信号及び第２画像信号を得てマークの位置情報を求めているため、パルス状の検知光を用いて物体に形成されたマークの位置情報を計測する場合であっても、誤差を生じずに精確に位置情報を計測することができるという効果がある。
他方、本発明によれば、第１画像信号と第２画像信号とのレベル差に応じて検知光が照射されるタイミングとマークを撮像するタイミングとの時間ずれが推定され、この推定した時間ずれに応じてマークを撮像するタイミングが変更され、検知光の照射タイミングに対するマークの撮像タイミングを変更した上で、再度第１画像信号及び第２画像信号を得てマークの位置情報を求めているため、誤差を生じずに精確に位置情報を計測することができるという効果がある。
また、本発明によれば、マスクに形成されたマークの位置情報が誤差を生じずに精確に計測され、この計測結果に基づいてマスクの位置決めが精確になされるため、レチクルに形成された微細なパターンを高い精度をもってマスク上に転写することができるという効果がある。
また、本発明によれば、高い精度をもってマスクのパターンが基板上に転写されるため、微細なパターンが形成されたデバイスを高い歩留まりで製造することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による位置計測装置を備える本発明の第１実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】レチクル・アライメントセンサ６Ａの構成例を示す構成図である。
【図３】主制御系１５の内部構成を示すブロック図である。
【図４】画像処理ユニット４１の内部構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態による位置計測方法を示すフローチャートである。
【図６】ＣＣＤセンサ２５に結像するレチクルマークＲＭ及び基準パターンの像の一例を示す図である。
【図７】ウェハＷ上のショット領域の配列及びマークの形状を説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態による位置計測装置及び露光装置が備える画像処理ユニット４１の内部構成を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態による位置計測方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態による位置計測方法を示すフローチャートである。
【図１１】ステップＳ３０で行われる推定処理を説明するための図である。
【図１２】マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図１３】半導体デバイスの場合における、図１２のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。
【図１４】奇数フィールドの走査期間に含まれるパルス数と偶数フィールドの走査期間に含まれるパルス数とが異なるときに生ずる不具合を説明するための図である。
【符号の説明】
１０              基準部材（物体）
２０Ａ，２０Ｂ    プリズム（照射部）
２５              ＣＣＤセンサ（撮像素子）
４５              システムコントローラ（調整部、推定部、タイミング変更部）
４８              露光光制御部（調整部）
５３              レベル検出部（演算部）
５４              レベル調整部（画像処理部）
５６              位置情報算出部（マーク位置計測部）
ＥＬ１            露光光（検知光）
Ｒ                レチクル（物体）
ＲＭ              マーク（レチクルマーク）
Ｗ                ウェハ（基板）
【図１】
2005012080.tif 000003
【図２】
2005012080.tif 000004
【図３】
2005012080.tif 000005
【図４】
2005012080.tif 000006
【図５】
2005012080.tif 000007
【図６】
2005012080.tif 000008
【図７】
2005012080.tif 000009
【図８】
2005012080.tif 000010
【図９】
2005012080.tif 000011
【図１０】
2005012080.tif 000012
【図１１】
2005012080.tif 000013
【図１２】
2005012080.tif 000014
【図１３】
2005012080.tif 000015
【図１４】
2005012080.tif 000016