(57)【要約】【課題】物体に設けられた複数のマークの位置情報を必要な検出精度に応じて効率的に検出する。【解決手段】マーク検出方法であって、検出領域が固定された主アライメント系及び検出領域の位置可変の副アライメント系を用いて、１組のウエハのウエハマークの位置情報を検出するステップ３１０と、副アライメント系で検出したウエハマークの位置情報を主アライメント系でも検出し、２回の検出結果の差分を求めるステップ３１２，３１４と、その差分に応じて、次にウエハマークの位置情報を検出する際の検出モードを複数の検出モード中から選択するステップ３３０〜３３４とを含む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体に設けられたマークの位置情報を検出するマーク検出方法において、
検出領域が固定された第１のマーク検出系及び検出領域が可変の第２のマーク検出系を用いて、第１組の複数の物体に設けられたそれぞれ複数の検出対象マークの位置情報を検出することと、
前記第２のマーク検出系で検出した前記検出対象マークの位置情報を前記第１のマーク検出系でも検出し、該検出結果と前記第２のマーク検出系の検出結果との第１の差分を求めることと、
前記第１の差分に応じて、次の第２組の複数の物体に設けられたそれぞれ複数の検出対象マークの位置情報を検出する際の検出モードを、
前記第２組の先頭の物体の前記検出対象マークの位置情報を前記第１のマーク検出系及び前記第２のマーク検出系を用いて検出し、前記第２のマーク検出系で最初に検出した検出対象マークの位置情報を前記第１のマーク検出系でも検出し、該検出結果と前記第２のマーク検出系の検出結果との第２の差分を前記第２のマーク検出系の検出結果の補正値とする第１モードと、
前記第２組の先頭の物体の前記検出対象マークの位置情報を前記第１のマーク検出系及び前記第２のマーク検出系を用いて検出し、前記第２のマーク検出系で検出した全部の検出対象マークの位置情報を前記第１のマーク検出系でも検出し、該検出結果と前記第２のマーク検出系の検出結果との第３の差分を前記第２のマーク検出系で対応する前記検出対象のマークの位置を検出したときの補正値とする第２モードと、
を含む複数のモードから選択することと、
を含むことを特徴とするマーク検出方法。
【請求項２】
前記第１の差分の前記検出対象マーク間のばらつき及び前記物体間のばらつきが許容範囲内であるときには前記第１モードが選択され、
前記第１の差分の前記検出対象マーク間のばらつきが許容範囲を超え、かつ前記第１の差分の前記物体間のばらつきが許容範囲内であるときには前記第２モードが選択される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３】
前記複数のモードは、
前記第２組の複数の物体のそれぞれの全部の検出対象マークの位置情報を前記第１のマーク検出系で検出する第３モードを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のマーク検出方法。
【請求項４】
前記第１の差分の前記物体間のばらつきが許容範囲を超えるときには前記第３モードが選択されることを特徴とする請求項３に記載のマーク検出方法。
【請求項５】
前記第２組の物体の前記検出対象マークの位置情報を前記第２のマーク検出系を用いて検出したときに、該検出結果を前記補正値を用いて補正することを特徴とする請求項１又は２に記載のマーク検出方法。
【請求項６】
前記第１のマーク検出系の光学条件を複数の条件に設定して、それぞれ前記第１のマーク検出系で前記第１組の先頭の物体に設けられた検出対象マークの位置情報を検出するときの検出信号を取得することと、
前記検出信号の波形情報を求めることと、
前記波形情報から前記複数の条件から光学条件を選択することと、
を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項７】
前記複数の条件は、前記第１のマーク検出系から被検マークに照射される光の波長、前記被検マークの照射される光の開き角、及び前記第１のマーク検出系に対する被検面のデフォーカス量のうち少なくとも一つが異なる条件であることを特徴とする請求項６に記載のマーク検出方法。
【請求項８】
前記検出信号の前記波形情報は、前記検出信号のコントラスト、前記検出信号の傾斜部の傾斜角、及び前記検出信号の計測方向に関する非対称性情報のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項６又は７に記載のマーク検出方法。
【請求項９】
前記第２のマーク検出系は複数であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項１０】
前記第１のマーク検出系の検出領域及び前記第２のマーク検出系の検出領域はほぼ第１方向に沿って配置され、
前記物体の前記複数の検出対象マークは、前記第１方向に沿って複数列に配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項１１】
前記第２のマーク検出系は偶数個であり、
前記第２のマーク検出系の前記検出領域は、前記第１のマーク検出系の前記検出領域を挟むように第１方向にほぼ対称に配列され、
前記第２のマーク検出系の前記検出領域の位置はほぼ前記第１方向に可変であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項１２】
露光光でパターンを介して複数の物体を露光する露光方法において、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のマーク検出方法を用いて前記物体の複数の検出対象のマークの位置情報を検出する工程と、
該検出結果に基づいて、前記物体と前記パターンとの位置合わせを行う工程と、
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の露光方法を用いて物体に感光パターンを形成することと、
前記露光された物体を前記感光パターンに基づいて処理することと、
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、半導体ウエハ又はガラス基板等の物体に配置されたマークの位置情報を検出するためのマーク検出技術、このマーク検出技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば半導体デバイスを製造するリソグラフィ工程で使用される露光装置は、半導体ウエハ（以下、単にウエハという。）の複数の層間での重ね合わせ精度を高く維持するために、アライメント系を用いて複数のショット領域から選択されたショット領域（アライメントショット）に付設されたマーク（ウエハマーク）の位置を検出している。そして、検出されたマーク位置を例えばＥＧＡ方式で統計処理して、各ショット領域の配列座標を求め、この配列座標に基づいてウエハを駆動することによって、ウエハの各ショット領域にレチクルのパターンの像を高精度に重ね合わせて露光している。
【０００３】
最近では、ウエハアライメントを効率的に行うために、検出領域が固定された第１のアライメント系と、検出領域が可変の第２のアライメント系とを含む複数軸のアライメント系を備え、これらのアライメント系に対してウエハを所定方向に相対移動することと、複数軸のアライメント系とウエハとを相対的に静止させて、複数軸のアライメント系でウエハの一列のアライメントショットに付設されたマークの位置を検出することとを繰り返すようにした露光装置が開発されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。この露光装置では、第２のアライメント系の検出精度を高めるために、例えば１ロットの先頭ウエハのアライメント時に、第２のアライメント系で最初に検出したマークの位置を第１のアライメント系でも検出して補正値を求めていた。そして、これ以降のアライメントでは、第２のアライメント系の検出結果をその補正値で補正していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００７／０９７３７９号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００８／０２９７５７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のウエハアライメントにおいては、複数軸のアライメント系を用いているため、ウエハの多くのアライメントショットに付設されたマークの位置を効率的に計測できる。しかしながら、例えば１ロットの先頭ウエハのアライメント時に求めた補正値を用いて、第２のアライメント系の検出結果を補正していても、第２のアライメント系で２回目以降に検出するマークの検出結果の補正値が変化している場合には、マーク位置の検出精度が低下する恐れがあった。
【０００６】
一方、第２のアライメント系の検出精度を高く維持するために、常時例えば１ロットの先頭ウエハにおいて第２のアライメント系で検出した全部のマークを第１のアライメント系でも検出してそれぞれ補正値を求める場合には、アライメントに要する時間が長くなる。
本発明は、このような事情に鑑み、ウエハ等の物体に設けられた複数のマークの位置情報を必要とされる検出精度に応じて効率的に検出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、物体に設けられたマークの位置情報を検出するマーク検出方法が提供される。この検出方法は、検出領域が固定された第１のマーク検出系及び検出領域が可変の第２のマーク検出系を用いて、第１組の複数の物体に設けられたそれぞれ複数の検出対象マークの位置情報を検出することと、その第２のマーク検出系で検出したその検出対象マークの位置情報をその第１のマーク検出系でも検出し、該検出結果とその第２のマーク検出系の検出結果との第１の差分を求めることと、その第１の差分に応じて、次の第２組の複数の物体に設けられたそれぞれ複数の検出対象マークの位置情報を検出する際の検出モードを、その第２組の先頭の物体のその検出対象マークの位置情報をその第１のマーク検出系及びその第２のマーク検出系を用いて検出し、その第２のマーク検出系で最初に検出した検出対象マークの位置情報をその第１のマーク検出系でも検出し、該検出結果とその第２のマーク検出系の検出結果との第２の差分をその第２のマーク検出系の検出結果の補正値とする第１モードと、その第２組の先頭の物体のその検出対象マークの位置情報をその第１のマーク検出系及びその第２のマーク検出系を用いて検出し、その第２のマーク検出系で検出した全部の検出対象マークの位置情報をその第１のマーク検出系でも検出し、該検出結果とその第２のマーク検出系の検出結果との第３の差分をその第２のマーク検出系で対応するその検出対象のマークの位置を検出したときの補正値とする第２モードと、を含む複数のモードから選択することと、を含むものである。
【０００８】
また、第２の態様によれば、露光光でパターンを介して複数の物体を露光する露光方法が提供される。この露光方法は、本発明のマーク検出方法を用いてその物体の複数の検出対象のマークの位置情報を検出する工程と、この検出結果に基づいて、その物体とそのパターンとの位置合わせを行う工程と、を含むものである。
また、第３の態様によれば、本発明の露光方法を用いて物体に感光パターンを形成することと、その露光された物体をその感光パターンに基づいて処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１組の物体に設けられた検出対象マークの第１及び第２のマーク検出系による検出結果の第１の差分によって、次の第２組の物体のマークを検出する際のモードが選択される。その第１の差分によって、第１モードを選択するときには、先頭の物体に関して第２のマーク検出系で最初に検出したマークを第１のマーク検出系でも検出して補正値を求め、第２モードを選択するときには、先頭の物体に関して第２のマーク検出系で検出した全部のマークを第１のマーク検出系でも検出して補正値を求めるため、複数のマークの位置情報を必要とされる検出精度に応じて効率的に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の一例に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１のアライメント系及び位置計測用のエンコーダの配置を示す図である。
【図３】副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４の駆動後の配置を示す図である。
【図４】（Ａ）は５眼のアライメント系の概略構成を示す図、（Ｂ）はアライメント系のＡＦ系のフォーカス信号の一例を示す図である。
【図５】図１の露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。
【図６】露光装置のアライメントモードを選択する方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】モード別のアライメント及び露光方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】（Ａ）は３眼のアライメント系でウエハマークを検出する配置を示す図、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ主アライメント系で−Ｘ方向及び＋Ｘ方向のウエハマークを検出する配置を示す図、（Ｄ）は５眼のアライメント系でウエハマークを検出する配置を示す図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）はそれぞれ主アライメント系で同じ列上のウエハマークを検出する配置を示す図、（Ｄ）は５眼のアライメント系でウエハマークを検出する配置を示す図である。
【図１０】（Ａ）は３眼のアライメント系でウエハマークを検出する配置を示す図、（Ｂ）は主アライメント系でウエハマークを検出する配置を示す図、（Ｃ）はプロセス誤差のベクトルの一例を拡大して示す図である。
【図１１】アライメント誤差と重ね合わせ誤差との関係の一例を示す図である。
【図１２】（Ａ）は副アライメント系のプロセス誤差の一例を拡大して示す図、（Ｂ）は副アライメント系で検出されるウエハマーク毎のプロセス誤差の一例を拡大して示す図である。
【図１３】（Ａ）は第１アライメントショットの計測を行う状態を示す図、（Ｂ）は第３アライメントショットの計測を行う状態を示す図、（Ｃ）はアライメントショットの配列の一例を示す図である。
【図１４】アライメント系の光学条件を設定する方法の一例を示すフローチャートである。
【図１５】（Ａ）はウエハマークの一例を示す拡大図、（Ｂ）は撮像信号の一例を示す図、（Ｃ）は非対称な撮像信号の一例を示す図である。
【図１６】（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）はそれぞれ撮像信号の微分信号の一例を示す図である。
【図１７】電子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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態の一例につき図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置ＥＸの概略構成を示す。露光装置ＥＸは、一例としてスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査露光型の投影露光装置（走査型露光装置）である。後述するように本実施形態では、投影光学系ＰＬが設けられており、以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００１２】
図１において、露光装置ＥＸは、露光用の照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲを照明する照明系１０、レチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲを通過した照明光ＩＬをウエハＷの表面に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。さらに、露光装置ＥＸは、ウエハＷの表面に設けられたアライメントマークとしての複数のウエハマークの検出を行うウエハアライメント装置８０を備えている。
【００１３】
照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する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、照明光学系とを有し、照明光学系は、一例として回折光学素子または空間光変調器等を含む光量分布形成光学系と、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ又はロッドインテグレータなど）と、レチクルブラインド等（いずれも不図示）とを有する。照明系１０は、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲのパターン面（レチクル面）のスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度分布で照明する。照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。
【００１４】
レチクルステージＲＳＴの上面には、回路パターンなどが形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により保持されている。レチクルステージＲＳＴは、ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向（Ｙ方向）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の移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１１６によって、移動鏡１５を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、図５の主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、その計測値に基づいてレチクルステージ駆動系１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
【００１５】
図１において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、該鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬは、例えば両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍など）を有する。投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲに共役な領域）に形成される。ウエハＷ（半導体ウエハ）は、例えば直径が２００ｍｍから４５０ｍｍ程度の円板状のシリコン等よりなる基材の表面に、感光剤（感光層）であるフォトレジストを所定の厚さ（例えば数１０〜２００ｎｍ程度）で塗布したものを含む。本実施形態のウエハＷの各ショット領域には、これまでのパターン形成工程によって所定の単層又は複数層の回路パターン及び対応するウエハマークが形成されている。
【００１６】
なお、露光装置ＥＸでは、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置８の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。ノズルユニット３２は、露光用の液体Ｌｑを供給可能な供給口と、液体Ｌｑを回収可能な回収口とを有する。その供給口は、供給管３１Ａを介して、液体Ｌｑを送出可能な液体供給装置５（図５参照）に接続されている。その回収口は、回収管３１Ｂを介して、液体Ｌｑを回収可能な液体回収装置６（図５参照）に接続されている。
【００１７】
図５の液体供給装置５から送出された露光用の液体Ｌｑは、図１の供給管３１Ａ、及びノズルユニット３２の供給流路を流れた後、その供給口より照明光ＩＬの光路空間に供給される。また、ノズルユニット３２の回収口から回収された液体Ｌｑは、回収管３１Ｂを介して液体回収装置６に回収される。この動作によって、走査露光中、先端レンズ１９１とウエハＷとの間の照明光ＩＬの光路空間を含む液浸領域１４（図２参照）が液体Ｌｑで満たされる。
【００１８】
図１において、ベース盤１２の上面にウエハステージＷＳＴが配置され、ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するＹ軸干渉計１６を含む干渉計システム１１８（図５参照）が設けられている。なお、ベース盤１２の上面には、投影光学系ＰＬの結像特性を計測する装置等を有する計測用ステージ（不図示）も配置されている。ウエハステージＷＳＴは、Ｘ方向、Ｙ方向に移動するＸＹステージ９３ＸＹ（図５参照）を有するステージ本体９１と、ステージ本体９１の上面に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体９１内に設けられて、ステージ本体９１に対してＺ方向、θｘ方向、及びθｙ方向にウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）を相対的に微小駆動するＺステージ９３Ｚ（図５参照）とを備えている。ＸＹステージ９３ＸＹ及びＺステージ９３Ｚは、それぞれ図５のステージ駆動系１２４Ａ及びＺステージ駆動系１２４Ｂによって駆動される。
【００１９】
ウエハテーブルＷＴＢの中央には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ同じ高さの、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（撥液面）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成された低熱膨張率のプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８の一部には、ベースライン計測用の基準マークが形成されるとともに、レチクルＲのパターンの像の位置を計測するためのスリットが形成された基準部材ＦＭ（図２参照）が設けられている。基準部材ＦＭの底面には、そのスリットを通過した光束を受光する空間像計測装置４５（図５参照）が設けられている。
【００２０】
図２に示すように、プレート２８の周囲の枠状の領域には後述のエンコーダシステムのための１対のＹスケール３９Ｙ１，３９Ｙ２及び１対のＸスケール３９Ｘ１，３９Ｘ２が形成されている。Ｙスケール３９Ｙ１，３９Ｙ２及びＸスケール３９Ｘ１，３９Ｘ２はそれぞれＹ方向及びＸ方向に所定ピッチの回折格子である。その所定ピッチは例えば１３８ｎｍ〜４μｍ程度である。
【００２１】
図１において、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ方向及び−Ｘ方向の端面は、それぞれ鏡面加工が施されて反射面とされている。干渉計１６等はこれらの反射面にそれぞれ測長ビームを投射して、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、θｘ方向、θｙ方向、θｚ方向の角度）を例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で計測し、この計測値を主制御装置２０に供給する。
【００２２】
但し、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報は、主として、上述のＹスケール及びＸスケールなどを含む、後述するエンコーダシステムによって計測され、干渉計１６等の計測値は、そのエンコーダシステムの計測値の長期的変動を補正する場合などに補助的に用いられる。また、干渉計１６は、ウエハ交換のため、アンローディングポジション及びローディングポジション付近においてウエハテーブルＷＴＢのＹ方向の位置等を計測するのにも用いられる。
【００２３】
また、ウエハテーブルＷＴＢの上面（又は不図示の計測用ステージの上面）には、図３に示すように、断面矩形の低熱膨張率の棒状部材から成る基準部材としてのコンフィデンシャルバー（以下、ＣＤバーと略述する）４６がＸ方向に延設されている。このＣＤバー４６の上面には、所定の配置で複数の基準マークＭが形成されている。各基準マークＭとしては、後述するプライマリ及びセカンダリのアライメント系によって検出可能な２次元マークが用いられている。これらの基準マークＭの位置関係は予め高精度に計測されており、その位置関係の情報が主制御装置２０の記憶部に記憶されている。
【００２４】
本実施形態の露光装置ＥＸでは、図１では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、実際には、図２に示すように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通りかつＹ軸と平行な直線ＬＶ上で、光軸ＡＸから−Ｙ方向側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系（以下、主アライメント系という。）ＡＬ１が配置されている。不図示のメインフレームにアーム５４を介して固定される主アライメント系ＡＬ１を挟んで、Ｘ方向の両側に、その直線ＬＶに関してほぼ対称に検出中心が配置される２眼のセカンダリアライメント系（以下、副アライメント系という。）ＡＬ２１，ＡＬ２２、及び２眼の副アライメント系ＡＬ２３，ＡＬ２４がそれぞれ設けられている。すなわち、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４はその検出領域（検出中心）がＸ方向に沿って配置されている。
【００２５】
各副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４は、それぞれ回転中心（例えば中心Ｏ）を中心として回動可能なアーム５６の先端（回動端）に固定されている。各アーム５６は、それぞれバキュームパッド５８を介して不図示のメインフレームに固定可能である。本実施形態では、各副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４は、その一部（例えば、アライメント光を検出領域に照射し、かつ検出領域内の被検マークから発生する光を受光素子に導く光学系を少なくとも含む部分）がアーム５６に固定され、残りの一部はメインフレームに設けられる。主制御装置２０の制御のもとで、回転駆動機構６０（図５参照）を介して副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４のアーム５６をそれぞれ回動することで、各検出領域のＸ位置が調整される。各検出領域のＸ位置は不図示のエンコーダによって計測されている。
【００２６】
本実施形態では、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４として、それぞれ例えば画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。このＦＩＡ系では、ウエハのレジストを感光させない広帯域の光又は選択された波長域の光を被検マークに照射し、その被検マークからの反射光により受光面に結像された被検マークの像を撮像素子（ＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型等）を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する。この場合、例えば撮像素子内の所定画素の位置を基準として被検マークの像の位置を検出する。
【００２７】
図４（Ａ）は、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４がそれぞれ図３（Ａ）のＣＤバー４６上の基準マークＭ１，Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４（図３（Ａ）の基準マークＭのいずれかに対応する）を検出している状態を示している。図４（Ａ）において、主アライメント系ＡＬ１は、被検マークからの反射光を受光する第１対物レンズ系５ａと、その反射光を分岐するビームスプリッタ５ｂと、開口絞り（不図示）と、第１対物レンズ系５ａからの反射光を集光して被検マークの拡大像を形成する第２対物レンズ系５ｃと、その像を撮像する２次元の撮像素子５ｄとを含んでいる。さらに、第２対物レンズ系５ｃとビームスプリッタ５ｂとの間に、不図示の光源から光ガイド（不図示）等を介して導かれて、それぞれ切り替え可能な波長選択用フィルタ５ｆ及び照明系開口絞り５ｇを通過したアライメント光ＡＬを被検マークに導くビームスプリッタ５ｅが配置されている。撮像素子５ｄの撮像面と共役な被検面上の視野が、主アライメント系ＡＬ１の検出領域ＡＬＦ１である。
【００２８】
本実施形態では、波長選択用フィルタ５ｆの切り替えによって、アライメント光ＡＬの波長を広帯域（白色光）、赤色、橙色、緑色、又は青色等の種々の波長に切り替えることができる。さらに、照明系開口絞り５ｇの切り替えによって、アライメント光ＡＬの被検マークに対する照明条件（開き角）を、通常照明、輪帯照明、コヒーレンスファクタ（σ値）の小さい照明（小σ照明）等に切り替えることができる。
【００２９】
副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４も、基本的な構成は主アライメント系ＡＬ１と同様であり、被検マークの拡大像を形成する対物レンズ系と、その像を撮像する２次元の撮像素子５ｄとを含んでいる。副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４にも、切り替え可能な波長選択用フィルタ及び照明系開口絞りが設けられている。また、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４の各撮像素子の撮像面と共役な被検面上の視野が検出領域ＡＬＦ２１〜ＡＬＦ２４である。さらに、一例として、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４の撮像素子５ｄの中心の画素（原点）に対応する被検面上の点がアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４の検出中心である。
【００３０】
アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４の撮像素子５ｄからの撮像信号はそれぞれ検出信号処理部１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃ，１３１Ｄ，１３１Ｅに供給される。検出信号処理部１３１Ａ〜１３１Ｅでは、各撮像素子５ｄの撮像信号を所定範囲で被検面上でのＹ方向、Ｘ方向に対応する方向に積算して、それぞれＸ方向及びＹ方向に周期的なマークの像の撮像信号ＳＸ，ＳＹを生成し、撮像信号ＳＸ，ＳＹをアライメント制御部１３２に供給する。アライメント制御部１３２では、それぞれの撮像信号ＳＸ，ＳＹを例えば所定の閾値でスライスして、対応するマークの検出中心に対するＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量を求める。この位置ずれ量は主制御装置２０を介して図５のＥＧＡ演算部１３４に供給される。ＥＧＡ演算部１３４では、その位置ずれ量、各アライメント系のベースライン、及びウエハステージＷＳＴの座標（Ｘ，Ｙ）より、被検マークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標値を求める。なお、撮像信号の波形評価時には、アライメント制御部１３２は、所定の方法でその撮像信号を評価する。
【００３１】
また、各アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４のベストフォーカス位置と被検面とのＺ方向のずれ量（デフォーカス量）を計測するために、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４には、それぞれ同一構成のオートフォーカス系（以下、ＡＦ系という）６Ａ，６Ｂ〜６Ｅが装着されている。一例として、ＡＦ系６Ａは、主アライメント系ＡＬ１のビームスプリッタ５ｂ（又は部分反射ミラー等）で分岐（又は反射）された焦点検出光ＦＬを瞳面近傍で２分割して反射する瞳分割用のミラー６ｂと、ミラー６ｂからの光を集光して被検面のパターンの２つの拡大像を形成する集光レンズ系６ｃと、その２つの拡大像を撮像する１次元のラインセンサ（２次元の撮像素子でもよい）６ｄとを含んで構成されている。実際には、ＡＦ系６Ａには、不図示の光源からの焦点検出光ＦＬによって照明された焦点検出用パターン（スリットパターン等）を通過した光をビームスプリッタ５ｂ側に送光する光学部材（不図示）が組み込まれており、そのラインセンサ６ｄ上にはその焦点検出用パターンの２つの像が形成される。ラインセンサ６ｄの検出信号は検出信号処理部１３１Ａに供給される。この場合、被検面がＺ方向にデフォーカス量δＦだけ変位すると、ラインセンサ６ｄ上の２つのパターン像の間隔が変化するため、検出信号処理部１３１Ａでは、その間隔に対応する図４（Ｂ）のフォーカス信号ＦＳをアライメント制御部１３２に供給する。
【００３２】
他のＡＦ系６Ｂ〜６ＥもＡＦ系６Ａと同様に構成され、ＡＦ系６Ｂ〜６Ｅのラインセンサからの検出信号が供給された検出信号処理部１３１Ｂ〜１３１Ｅは、それぞれ副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４（撮像素子５ｄ）のベストフォーカス位置に対する被検面のデフォーカス量に対応するフォーカス信号をアライメント制御部１３２に供給する。なお、ＡＦ系６Ａ〜６Ｅとしては、瞳面のほぼ半面の光束を用いるオートフォーカス系等も使用可能である。
【００３３】
アライメント制御部１３２は、それらのフォーカス信号に予め求められている係数を乗じて得られるアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４毎のデフォーカス量（図４（Ａ）では、δＦ１，δＦ２１〜δＦ２４）の情報を主制御装置２０に供給する。主制御装置２０は、そのデフォーカス量の情報を用いて、後述のように被検面がそれぞれアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４のベストフォーカス位置に合焦されるように、Ｚステージ駆動系１２４Ｂを介してウエハステージＷＳＴ内のＺステージ９３Ｚを駆動する。なお、アライメント時には、被検面をアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４のベストフォーカス位置から所定量だけデフォーカスさせてマーク検出を行うことも可能である。
【００３４】
ウエハアライメント装置８０は、ＡＦ系６Ａ〜６Ｅを備えたアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４、アライメント制御部１３２、主制御装置２０、ＸＹステージ９３ＸＹ、及びＺステージ９３Ｚを含んで構成されている。本実施形態では５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４を設けているため、アライメントを効率的に行うことができる。しかしながら、アライメント系の数は５つに限られるものでなく、２つ以上かつ４つ以下、あるいは６つ以上でも良いし、奇数ではなく偶数でも良い。
【００３５】
本実施形態の露光装置ＥＸでは、図２に示すように、前述したノズルユニット３２の周囲を四方から囲む状態で、エンコーダシステムの４つのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄが配置されている。これらのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄを構成する複数のＹヘッド６４及びＸヘッド６６は、メインフレーム（不図示）の底面に固定されている。
図２において、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、投影ユニットＰＵの±Ｘ方向側に、それぞれ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通りかつＸ軸と平行な直線ＬＨ上にＸ方向に所定間隔で配置された複数のＹヘッド６４を備えている。Ｙヘッド６４は、それぞれＹスケール３９Ｙ１又は３９Ｙ２を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ方向の位置をレーザ干渉計と同じ程度の分解能で計測する。また、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄは、投影ユニットＰＵの±Ｙ方向側にそれぞれ光軸ＡＸを通りかつＹ軸と平行な直線ＬＶ上にＹ方向にほぼ所定間隔で配置された複数のＸヘッド６６を備えている。Ｘヘッド６６は、それぞれＸスケール３９Ｘ１又は３９Ｘ２を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ方向の位置をレーザ干渉計と同じ程度の分解能で計測する。Ｙヘッド６４及びＸヘッド６６の構成の一例は、国際公開第２００８／０２９７５７号パンフレット（及びこれに対応する米国特許出願公開第２００８／０９４５９３号明細書）に開示されている。
【００３６】
図２のヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、それぞれＹスケール３９Ｙ１及び３９Ｙ２を用いて、ウエハステージＷＳＴのＹ位置を計測する多眼のＹ軸のリニアエンコーダ（以下、Ｙエンコーダと略述する）７０Ａ及び７０Ｃ（図５参照）を構成する。Ｙエンコーダ７０Ａ，７０Ｃはそれぞれ複数のＹヘッド６４の計測値の切り替えを行う切り替え制御部を備えている。
【００３７】
また、ヘッドユニット６２Ｂ及び６２Ｄは、それぞれＸスケール３９Ｘ１及び３９Ｘ２を用いて、ウエハステージＷＳＴのＸ位置を計測する、多眼のＸ軸のリニアエンコーダ（以下、Ｘエンコーダと略述する）７０Ｂ及び７０Ｄ（図５参照）を構成する。Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄはそれぞれ複数のＸヘッド６６の計測値の切り替えを行う切り替え制御部を備えている。さらに、本実施形態では、後述するセカンダリアライメント系のベースライン計測時などに、ウエハステージＷＳＴのＹ位置を計測するためのＹヘッド（不図示）によって構成されるリニアエンコーダであるＹ軸エンコーダ７０Ｅ，７０Ｆ（図５参照）も設けられている。
【００３８】
上述した６つのエンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値は、主制御装置２０及びＥＧＡ演算部１３４に供給され、主制御装置２０は、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴ等のＸＹ平面内の位置を制御する。
本実施形態の露光装置ＥＸは、図２に示すように、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点焦点位置検出系（以下、多点ＡＦ系と略述する）を備えている。本実施形態では、一例として、前述のヘッドユニット６２Ｃの−Ｙ方向側に照射系９０ａが配置され、これに対向する状態で、前述のヘッドユニット６２Ａの−Ｙ方向側に受光系９０ｂが配置されている。
【００３９】
図２の多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）の複数の検出点は、被検面上でＸ方向に延びる細長い検出領域ＡＦ内にＸ方向に沿って所定間隔で配置される。本実施形態では、その複数の検出点は、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。その検出領域ＡＦは、Ｘ方向の長さがウエハＷの直径と同程度に設定されているので、ウエハＷをＹ方向に１回スキャンするだけで、ウエハＷのほぼ全面でＺ方向の位置情報（面位置情報）を計測できる。また、検出領域ＡＦは、Ｙ方向に関して、前述の液浸領域１４（露光領域ＩＡ）とアライメント系（ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４）の検出領域との間に配置されているため、多点ＡＦ系とアライメント系とでその検出動作を並行して行うことが可能となっている。多点ＡＦ系は、投影ユニットＰＵを保持するメインフレームに設けても良い。
【００４０】
さらに、前述したヘッドユニット６２Ｃ及び６２Ａは、複数のＹヘッド６４を結ぶ直線ＬＨを挟むＸ軸に平行な２本の直線にそれぞれ沿って且つ所定間隔で配置された複数のＺセンサ７４及び７６を備えている。各Ｚセンサ７４，７６としては、例えばＣＤピックアップ方式のセンサが用いられている。Ｚセンサ７４，７６は計測フレーム２１の底面に固定されている。また、この図２において、符号７８は、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）のビーム路近傍に所定温度に温度調整されたドライエアーを、図２中の白抜き矢印で示されるように、例えばダウンフローにて送風する局所空調システムを示す。また、符号ＵＰ及びＬＰは、それぞれ投影光学系ＰＬに対して−Ｙ方向に所定間隔で並行に配置され、ウエハテーブルＷＴＢに対してウエハのアンロード及びロードが行われるアンロードポジション及びローディングポジションを示す。
【００４１】
図５には、露光装置ＥＸの制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するコンピュータから成る主制御装置２０を中心として構成されている。
上述のようにして構成された本実施形態の露光装置ＥＸでは、前述したようなウエハテーブルＷＴＢのＸスケール、Ｙスケールの配置及び前述したようなＸヘッド、Ｙヘッドの配置を採用したことから、図１３（Ｂ）などに例示されるように、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲では、必ず、Ｘスケール３９Ｘ１，３９Ｘ２とヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄ（Ｘヘッド６６）とがそれぞれ対向し、かつＹスケール３９Ｙ１，３９Ｙ２とヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃ（Ｙヘッド６４）又は不図示のＹヘッドとがそれぞれ対向するようになっている。
【００４２】
このため、主制御装置２０は、前述のウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲では、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの少なくとも３つの計測値に基づいて、ステージ駆動系１２４Ａを構成する各モータを制御することで、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転角を含む）を、高精度に制御することができる。エンコーダ７０Ａ〜７０Ｆの計測値が受ける空気揺らぎの影響は、干渉計に比べては無視できるほど小さいので、空気揺らぎに起因する計測値の短期安定性は、干渉計に比べて格段に良い。
【００４３】
以下、本実施形態の露光装置ＥＸにおいて、主制御装置２０の制御のもとでアライメントモードを選択する方法の一例につき、図６のフローチャートを参照して説明する。さらに、選択されたアライメントモードで例えば１ロットのウエハに順次レチクルＲのパターンの像を露光する際のアライメント及び露光動作の一例につき、図７のフローチャートを参照して説明する。
【００４４】
先ず図６のステップ３０２において、図１のレチクルステージＲＳＴにレチクルＲをロードし、主制御装置２０は、不図示の露光データファイルより露光対象のウエハのショット配列の情報を読み出し、このショット配列の情報から、ウエハの各ショット領域に付設されているウエハマークのＸ方向の間隔（設計上の間隔）を求める。
ウエハのショット配列は、一例として図１３（Ｃ）に示すように設定され、ウエハＷの全部のショット領域から選ばれた例えば黒色で区別される１６個のアライメントショット（サンプルショット）ＡＳに付設されたウエハマーク（不図示）をアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４で検出するものとする。この場合、アライメントショットＡＳは、＋Ｙ方向から順にＸ方向に４つのショット領域の幅を配列ピッチとして、３つの第１アライメントショット、２列の５つの第２及び第３アライメントショット及び３つの第４アライメントショットから構成されている。なお、ウエハマークは、例えばショット領域間のストリートラインに形成されていてもよいが、本実施形態では、ウエハマークはショット領域内に形成されているものとする。主制御装置２０は、検出対象のウエハマークのＸ方向の間隔に合わせて、図３に示すように、回転駆動機構６０を介して副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４の検出領域ＡＬＦ２１〜ＡＬＦ２４のＸ方向の位置を調整する。
【００４５】
その後、ウエハステージＷＳＴ（又は不図示の計測ステージ）を駆動して、図４（Ａ）に示すように、ＣＤバー４６の複数の基準マークＭ１，Ｍ２１〜Ｍ２４をアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４の検出領域に移動する。この状態で、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４で基準マークＭ１，Ｍ２１〜Ｍ２４の位置ずれ量を検出し、検出結果をＥＧＡ演算部１３４に供給する。この際に、各アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４において、例えばＣＤバー４６をＺ方向に移動して撮像素子５ｄで検出される被検マークの像の検出信号のコントラストが最大になるときのＺ位置をそれぞれのベストフォーカス位置としてもよい。さらに、各ベストフォーカス位置でフォーカス信号ＦＳが０になるようにフォーカス信号のキャリブレーションを行ってもよい。また、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４のベストフォーカス位置が一直線上にない場合、２眼又は１眼のアライメント系毎に被検面をベストフォーカス位置に合焦させて、それぞれ被検マークを検出してもよい。
【００４６】
次のステップ３０４において、ＥＧＡ演算部１３４では、その基準マークの位置ずれ量及び主制御装置２０から供給された基準マークＭ１，Ｍ２１〜Ｍ２４の既知の配列座標から、主アライメント系ＡＬ１の検出中心に対する副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４の検出中心のＸ方向の間隔ＳＢＬ１〜ＳＢＬ４及びＹ方向の間隔よりなるセカンダリベースラインを算出する。
【００４７】
次のステップ３０６において、例えば評価用の１ロットの先頭の未露光のウエハ（ウエハＷとする）をウエハステージＷＳＴにロードする。次のステップ３０８において、ウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に駆動し、図２に示すように、基準マーク部材ＦＭ中の所定の基準マークを主アライメント系ＡＬ１で検出し、この検出結果及びその基準マークの位置情報から、ＥＧＡ演算部１３４は主アライメント系ＡＬ１のベースライン（プライマリベースライン）を求める。なお、本実施形態では、例えば予めレチクルＲのレチクルマークの空間像の位置検出が行われているものとする。また、ウエハＷの大まかなショット配列を求めるためのサーチアライメントも行われている。
【００４８】
次のステップ３１０において、ウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ９３ＸＹ）の駆動により、図８（Ａ）に示すように、３つの第１アライメントショットのウエハマークＷＭＡ１，ＭＷＣ１，ＷＭＤ１が３眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２，ＡＬ２３の検出領域に入るまで、ウエハＷを＋Ｙ方向に移動する。その後、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２，ＡＬ２３により対応するウエハマークＷＭＡ１，ＷＭＣ１，ＷＭＤ１の位置ずれ量を検出する。図８（Ａ）では、被検マークを検出しているアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２，ＡＬ２３に星印が付されている（以下同様）。検出結果はＥＧＡ演算部１３４に供給され、ＥＧＡ演算部１３４では、その位置ずれ量、ベースライン、及びウエハステージＷＳＴの座標から、ウエハマークＷＭＡ１，ＷＭＣ１，ＷＭＤ１の座標（ＸＡ１，ＹＡ１），（ＸＣ１，ＹＣ１），（ＸＤ１，ＹＤ１）を求める。以下、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４で被検マークの位置ずれ量を検出し、その位置ずれ量を用いてＥＧＡ演算部１３４においてその被検マークの座標を求めることを、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４でその被検マークの位置又は座標を検出するともいう。
【００４９】
次のステップ３１２において、ウエハステージＷＳＴを順次矢印Ｂ１及び図８（Ｂ）の矢印Ｂ２で示すように駆動して、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示すように、副アライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３で検出したウエハマークＷＭＣ１，ＷＭＤ１の位置を順次主アライメント系ＡＬ１でも検出する。主アライメント系ＡＬ１で検出されたウエハマークＷＭＣ１，ＷＭＤ１の座標を（ＸＣＰ１，ＹＣＰ１），（ＸＤＰ１，ＹＤＰ１）とする。以下、同じ被検マークを主アライメント系ＡＬ１と副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４とで検出した場合、後述のショット配列の演算では主アライメント系ＡＬ１で検出した位置（座標）が使用される。次のステップ３１４において、ＥＧＡ演算部１３４は、ステップ３１２で主アライメント系ＡＬ１を用いて求めたウエハマークＷＭＣ１，ＷＭＤ１の座標から、ステップ３１０で副アライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３を用いて求めた座標を差し引いて次のように誤差ベクトルＰＥＶ１，ＰＥＶ２（図１０（Ｃ）参照）を求める。
【００５０】
ＰＥＶ１＝（ＸＣＰ１−ＸＣ１，ＹＣＰ１−ＹＣ１）  …（１Ａ）
ＰＥＶ２＝（ＸＤＰ１−ＸＤ１，ＹＤＰ１−ＹＤ１）  …（１Ｂ）
これらの誤差ベクトルは、装置起因の誤差であるＴＩＳ(Tool Induced Shift)及びウエハ起因の誤差であるＷＩＳ(Wafer Induced Shift)を表している。以下では、それらの誤差ベクトル並びにこのＸ成分及びＹ成分をプロセス誤差とも呼ぶ。
【００５１】
次のステップ３１６で計測対象のウエハマークがあるかどうかを判定する。この段階では、計測対象のウエハマークが残っているため、動作はステップ３１０に戻る。そして、ウエハステージＷＳＴの矢印Ｂ３，Ｂ４で示す方向への駆動により、図８（Ｄ）に示すように、５つの第２アライメントショットのウエハマークＷＭＡ２，ＭＷＢ２〜ＭＷＥ２を５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４の検出領域に収め、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４により対応するウエハマークＷＭＡ２，ＷＭＢ２〜ＷＭＥ２の位置（座標）を検出する。
【００５２】
次のステップ３１２において、ウエハステージＷＳＴを順次矢印Ｂ５、及び図９（Ａ）、（Ｂ）の矢印Ｂ６，Ｂ７で示すように駆動して、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）に示すように、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４で検出した４つのウエハマークＷＭＢ２，ＷＭＣ２，ＷＭＤ２，ＷＭＥ２の位置（座標）を順次主アライメント系ＡＬ１でも検出する。次のステップ３１４において、ＥＧＡ演算部１３４は、ステップ３１２で主アライメント系ＡＬ１を用いて求めたウエハマークＷＭＢ２〜ＷＭＥ２の座標から、ステップ３１０で副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４を用いて求めた座標を差し引いて４つのプロセス誤差のベクトルＰＥＶ３〜ＰＥＶ６（図１０（Ｃ）参照）を求める。
【００５３】
次にステップ３１６からステップ３１０に戻ってから、ウエハステージＷＳＴの矢印Ｂ８，Ｂ９で示す方向への駆動により、図９（Ｄ）に示すように、５つの第３アライメントショットのウエハマークＷＭＡ３，ＭＷＢ３〜ＭＷＥ３を５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４の検出領域に収め、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４により対応するウエハマークＷＭＡ３，ＷＭＢ３〜ＷＭＥ３の位置を検出する。その後、ステップ３１２において、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４で検出した４つのウエハマークＷＭＢ３〜ＷＭＥ３の位置を順次主アライメント系ＡＬ１でも検出する。そして、次のステップ３１４において、ＥＧＡ演算部１３４は、主アライメント系ＡＬ１を用いて求めたウエハマークＷＭＢ３〜ＷＭＥ３の座標から、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４を用いて求めた座標を差し引いて４つのプロセス誤差のベクトルＰＥＶ７〜ＰＥＶ１０（図１０（Ｃ）参照）を求める。
【００５４】
次にステップ３１６からステップ３１０に戻ってから、１０（Ａ）に示すように、３眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２，ＡＬ２３により３つの第４アライメントショットのウエハマークＷＭＡ４，ＭＷＣ４，ＭＷＤ４の位置を検出する。その後、図１０（Ｂ）に示すように、両側の２つのウエハマークＷＭＣ４，ＷＭＤ４の位置を順次主アライメント系ＡＬ１でも検出する。そして、次のステップ３１４において、主アライメント系ＡＬ１を用いて求めたウエハマークＷＭＣ４，ＷＭＤ４の座標から、副アライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３を用いて求めた座標を差し引いて２つのプロセス誤差のベクトルＰＥＶ１１〜ＰＥＶ１２（図１０（Ｃ）参照）を求める。プロセス誤差のベクトルＰＥＶ１〜ＰＥＶ１２は、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４で検出される全部で１２個のウエハマークに関して求められている。
【００５５】
次のステップ３１６では計測対象のウエハマークがないため、動作はステップ３１８に移行して、ＥＧＡ演算部１３４は、１６個のウエハマークの配列座標の計測値を用いて、例えばＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式でウエハＷの各ショット領域の配列座標を算出する。この際に、多点ＡＦ系によってウエハＷの表面のＺ位置の分布も計測されている。次のステップ３２０では、その配列座標及びＺ位置の分布に基づいてウエハステージＷＳＴを駆動することによって、ウエハＷの各ショット領域にレチクルＲのパターンの像が走査露光される。露光済みのウエハＷは搬出される。次のステップ３２４で計測対象のウエハがあるときには、ステップ３０６に戻り、２枚目のウエハに対してステップ３０６から３２０までのウエハマークの計測、プロセス誤差の算出、アライメント、及び露光の動作が繰り返される。このように、評価用ロットの複数枚（Ｉ枚とする。Ｉは２以上の整数）のウエハに関して、ステップ３０６から３２０が繰り返されて、各ウエハに関してそれぞれ図１０（Ｃ）の１２個のプロセス誤差のベクトルＰＥＶ１〜ＰＥＶ１２が求められる。
【００５６】
次に、計測対象のウエハがなくなったときには、動作はステップ３２４からステップ３２６に移行する。そして、ＥＧＡ演算部１３４は、それまでに求めた評価用ロットの複数枚のウエハに関するそれぞれ１２個のプロセス誤差のベクトルＰＥＶ１〜ＰＥＶ１２から、アライメント誤差ΔＡＥを算出する。アライメント誤差ΔＡＥは、一例として次のようにウエハ内誤差ΔＡＥ１とウエハ間誤差ΔＡＥ２との和である。
【００５７】
ΔＡＥ＝ΔＡＥ１（ウエハ内誤差）＋ΔＡＥ２（ウエハ間誤差）  …（２）
この場合、計測されたｉ番目（ｉ＝１〜Ｉ）のウエハ内で、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４を用いてそれぞれ検出されたウエハマーク間のプロセス誤差のベクトルの差分のＸ成分及びＹ成分の自乗和をＳＵＭ１ｉとする。例えば副アライメント系ＡＬ２１に関しては、ウエハマークＷＭＢ２に関するプロセス誤差のベクトルと、ウエハマークＷＭＢ３に関するプロセス誤差のベクトルとの差分のＸ成分及びＹ成分の自乗和が計算される。ウエハ内誤差ΔＡＥ１は、評価用ロット内の全部のウエハに関するその自乗和ＳＵＭ１ｉの和である。さらに、各ウエハ内で計測された１２個のウエハマークに関するプロセス誤差のベクトルのウエハ間の差分のＸ成分及びＹ成分の自乗和をＳＵＭ２ｉとする。ウエハ間誤差ΔＡＥ２は、その計測された２枚目以降のウエハに関するその自乗和ＳＵＭ２ｉの和である。なお、式（２）の右辺の和の平方根をアライメント誤差としてもよい。
【００５８】
次のステップ３２８において、ＥＧＡ演算部１３４は、計算されたアライメント誤差ΔＡＥに、例えば予め求められているレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの同期誤差等を加算することによって、重ね合わせ誤差ΔＯＥを予測する。この重ね合わせ誤差ΔＯＥは主制御装置２０に送られる。本実施形態では、一例として、図１１に示すように、重ね合わせ誤差ΔＯＥに関して小さい方から順に第１許容値ＯＥ１、第２許容値ＯＥ２、及び第３許容値ＯＥ３が定められている。次のステップ３３０において、重ね合わせ誤差ΔＯＥが第１許容値ＯＥ１以下であるときには、動作は図７のステップ３３８に移行して、主制御装置２０はアライメントモードとしてノーマルモードを選択する。また、ステップ３３０で、ΔＯＥがＯＥ１より大きいときには、ステップ３３２に移行して、ΔＯＥと第２許容値ＯＥ２とを比較する。そして、ΔＯＥがＯＥ２以下であるときには、動作は図７のステップ３５６に移行して、主制御装置２０はアライメントモードとしてファインモードを選択する。また、ステップ３３２で、ΔＯＥがＯＥ２より大きいときには、ステップ３３４に移行して、ΔＯＥと第３許容値ＯＥ３とを比較する。そして、ΔＯＥがＯＥ３以下であるときには、動作は図７のステップ３７２に移行して、主制御装置２０はアライメントモードとして１眼アライメントモードを選択する。一方、ステップ３３４で、ΔＯＥがＯＥ３より大きいときには、アライメント誤差が最大の許容値よりも大きいため、動作はステップ３３６の対策工程に移行して、例えばアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４の調整等が行われる。
【００５９】
このように本実施形態では、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４で検出されたウエハマークに関するプロセス誤差を求め、このプロセス誤差から求めたアライメント誤差ΔＡＥから重ね合わせ誤差ΔＯＥを予測し、この重ね合わせ誤差ΔＯＥに基づいてアライメントモードを選択している。従って、プロセス誤差に応じて最適なアライメントモードを容易に選択できる。
【００６０】
次に、図７の各アライメントモードのアライメント及び露光動作につき説明する。先ず、ステップ３３８でノーマルモードが選択されたときには、次のステップ３４０において、量産用の１ロットの先頭のウエハ（ウエハＷとする）をウエハステージＷＳＴにロードする。次のステップ３４２において、ウエハＷを＋Ｙ方向に移動して、図８（Ａ）に示すように、３眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２，ＡＬ２３を用いてウエハＷの第１アライメントショットのウエハマークＷＭＡ１，ＷＭＣ１，ＷＭＤ１の位置を検出する。さらに、ウエハＷを＋Ｙ方向に移動して、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４を用いてウエハＷの第２アライメントショットのウエハマークＷＭＡ２〜ＷＭＥ２（図８（Ｄ）参照）の位置を検出する。
【００６１】
次のステップ３４４において、ステップ３４２で副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４を介して検出したウエハマークＷＭＢ２，ＷＭＣ１，ＷＭＤ１，ＷＭＥ２の位置を主アライメント系ＡＬ１を用いて検出する。なお、ステップ３４２の途中で、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２，ＡＬ２３を用いてウエハマークＷＭＡ１，ＷＭＣ１，ＷＭＤ１の位置を検出した直後に、主アライメント系ＡＬ１によってウエハマークＷＭＣ１，ＷＭＤ１の位置を検出してもよい。次のステップ３４６において、ＥＧＡ演算部１３４は、ステップ３４４で主アライメント系ＡＬ１を用いて求めたウエハマークＷＭＢ２，ＷＭＣ１，ＷＭＤ１，ＷＭＥ２の座標から、ステップ３４２で副アライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３を用いて求めた座標を差し引いて、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４のプロセス誤差のベクトルＰＥＶ１，ＰＥＶ２，ＰＥＶ３，ＰＥＶ６（図１２（Ａ）参照）を求める。このプロセス誤差は、次のアライメント時の補正値として記憶される。
【００６２】
次のステップ３４８で、ウエハＷを＋Ｙ方向に移動しながら、図９（Ｄ）及び図１０（Ａ）に示すように、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４を用いて、ウエハＷの第３及び第４アライメントショットの８個のウエハマークの位置を検出する。この際に、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４を用いて求めたウエハマークの位置を、ステップ３４６で求めたプロセス誤差のベクトルを用いて補正する。次のステップ３５０において、ＥＧＡ演算部１３４では、１６個のウエハマークの座標を例えばＥＧＡ方式で処理してウエハＷの各ショット領域の配列座標を求める。次のステップ３５２で、ウエハＷの走査露光が行われ、次のステップ３５４で、ロット内の２枚目以降のウエハに対するアライメント及び露光が行われる。
【００６３】
このアライメントに際しては、例えば図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、ウエハＷを５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４の検出領域に対して＋Ｙ方向に移動しながら、順次第１〜第４アライメントショットのウエハマークの位置が検出される。そして、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４を介して検出されたウエハマークの位置は、それぞれステップ３４６で求めたプロセス誤差のベクトルを用いて補正される。これによって、高いアライメント精度を確保した上で、かつ効率的にアライメントが行われる。
【００６４】
次に、ステップ３５６でファインモードが選択されたときには、次のステップ３５８において、量産用の１ロットの未露光のウエハ（ウエハＷとする）をウエハステージＷＳＴにロードする。次のステップ３６０において、ウエハＷを＋Ｙ方向に移動しながら、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４を用いてウエハＷの計測対象の１６個のウエハマークの位置を検出する。次のステップ３６２において、ステップ３６０において副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４で検出した全部のウエハマークＷＭＣ１〜ＷＭＤ４の位置を主アライメント系ＡＬ１を用いて検出する。なお、ウエハＷを順次＋Ｙ方向に移動することと、ウエハＷをＸ方向に移動することとを組み合わせて、ステップ３６０とステップ３６２とを並行して行ってもよい。次のステップ３６４において、ＥＧＡ演算部１３４は、ステップ３６２で主アライメント系ＡＬ１を用いて求めたウエハマークＷＭＣ１〜ＷＭＤ４の座標から、ステップ３６０で副アライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３を用いて求めた座標を差し引いて、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４及びウエハマークＷＭＣ１〜ＷＭＤ４に関する１２個のプロセス誤差のベクトルＰＥＶ１〜ＰＥＶ１２（図１２（Ｂ）参照）を求める。このプロセス誤差は、次のアライメント時の補正値として記憶される。
【００６５】
次のステップ３６６において、ＥＧＡ演算部１３４では、１６個のウエハマークの座標を処理して例えばＥＧＡ方式でウエハＷの各ショット領域の配列座標を求める。次のステップ３６８で、ウエハＷの走査露光が行われ、次のステップ３７０で、ロット内の２枚目以降のウエハに対するアライメント及び露光が行われる。このアライメントに際しては、例えば図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、ウエハＷを５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４の検出領域に対して＋Ｙ方向に移動しながら、順次第１〜第４アライメントショットのウエハマークの位置が検出される。そして、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４で検出された全部のウエハマークの位置は、ステップ３６４で求めたプロセス誤差のベクトルを用いて補正される。これによって、ウエハ内のプロセス誤差のばらつきが大きい場合にも、高いアライメント精度を確保した上で、比較的効率的にアライメントを行うことができる。
【００６６】
次に、ステップ３７２で１眼アライメントモードが選択されたときには、次のステップ３７４において、量産用の１ロットの先頭のウエハＷをウエハステージＷＳＴにロードする。次のステップ３７６において、ウエハＷを＋Ｙ方向、＋Ｘ方向に移動しながら、１眼の主アライメント系ＡＬ１を用いてウエハＷの計測対象の１６個のウエハマークの位置を検出する。次のステップ３７８において、ＥＧＡ演算部１３４では、１６個のウエハマークの座標を処理して例えばＥＧＡ方式でウエハＷの各ショット領域の配列座標を求める。次のステップ３８０で、ウエハＷの走査露光が行われ、次のステップ３８２で、ロット内の２枚目以降のウエハに対するアライメント及び露光が行われる。このアライメントに際しては、ウエハの計測対象の全部のウエハマークが主アライメント系ＡＬ１によって検出される。これによって、ウエハ間のプロセス誤差のばらつきが大きい場合にも、高いアライメント精度を確保できる。
【００６７】
上述のように本実施形態の露光装置ＥＸのウエハアライメント装置８０を用いるアライメント方法は、ウエハＷのウエハマークの位置を検出するマーク検出方法でもある。このマーク検出方法は、検出領域が固定された主アライメント系ＡＬ１及び検出領域がＸ方向に可変の副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４を用いて、評価用の１ロットのウエハに設けられた複数のウエハマークＷＭＡ１〜ＷＭＤ４の位置を検出するステップ３１０と、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４で検出したウエハマークＷＭＣ１〜ＷＭＤ４の位置を主アライメント系ＡＬ１でも検出し、この検出結果と副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４の検出結果との差分よりなるプロセス誤差のベクトルＰＥＶ１〜ＰＥＶ１２を求めるステップ３１４と、そのプロセス誤差のベクトルに応じて、次の量産用の１ロットのウエハに設けられた複数のウエハマークの位置を検出する際の検出モードであるアライメントモードを、ノーマルモード、ファインモードを含む複数のモードから選択するステップ３３０〜３３４と、を含んでいる。
【００６８】
また、そのノーマルモードにおいては、量産用の１ロットの先頭のウエハのウエハマークの位置をアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４を用いて検出するステップ３４２と、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４で最初に検出したウエハマークＷＭＢ２，ＷＭＣ１，ＷＭＤ１，ＷＭＥ２の位置を主アライメント系ＡＬ１でも検出するステップ３４４と、この検出結果とステップ３４２の検出結果との差分よりなるプロセス誤差のベクトルを副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４の検出結果の補正値とするステップ３４６とが実行される。一方、そのファインモードにおいては、量産用の１ロットの先頭のウエハのウエハマークの位置をアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４を用いて検出するステップ３６０と、副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４で検出した全部のウエハマークＷＭＣ１〜ＷＭＤ４の位置を主アライメント系ＡＬ１でも検出するステップ３６２と、この検出結果とステップ３６０の検出結果との差分よりなるプロセス誤差のベクトルを副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４で対応するウエハマークの位置を検出したときの補正値とするステップ３６４と、が実行される。
【００６９】
本実施形態によれば、評価用の１ロットのウエハに設けられたウエハマークの主アライメント系ＡＬ１及び副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４による検出結果の差分によって、次の量産用の１ロットのウエハのウエハマークを検出する際のアライメントモードが選択される。そのノーマルモードを選択するときには、先頭のウエハに関して副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４で最初に検出したウエハマークを主アライメント系ＡＬ１でも検出して補正値を求め、そのファインモードを選択するときには、先頭のウエハに関して副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４で検出した全部のウエハマークを主アライメント系ＡＬ１でも検出して補正値を求めるため、複数のウエハマークの位置情報を必要とされる検出精度に応じて効率的に検出できる。
【００７０】
なお、本実施形態では、式（２）のアライメント誤差ΔＡＥから重ね合わせ誤差を予測し、この重ね合わせ誤差に基づいてノーマルモード、ファインモード、及び１眼アライメントモードから次の露光時に使用されるアライメントモードを選択している。なお、そのアライメント誤差ΔＡＥ中のウエハ内誤差ΔＡＥ１が所定の許容値以下のときにノーマルモードを選択してもよい。そして、ウエハ内誤差ΔＡＥ１が所定の許容値より大きいときに、ウエハ間誤差ΔＡＥ２が所定の許容値以下のときにファインモードを選択してもよい。この場合には、ウエハ間誤差ΔＡＥ２が所定の許容値以下より大きいときに１眼アライメントモードを選択してもよい。
【００７１】
また、露光装置ＥＸによる露光方法は、ウエハアライメント装置８０を用いたアライメント方法を用いてウエハＷの表面の複数のウエハマークの位置情報を検出するステップ３３８〜３５０，３５６〜３６６と、この検出結果に基づいて、ウエハＷとレチクルＲのパターンとの位置合わせを行いながらウエハＷを走査露光するステップ３５２，３６８とを含んでいる。
【００７２】
これらの露光装置ＥＸ及び露光方法によれば、多数のウエハマークの位置情報を必要な精度に応じて効率的に検出できるため、露光工程のスループットを向上できる。
なお、本実施形態では、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４が用いられている。しかしながら、アライメント系の個数、及び副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４の個数は任意である。
【００７３】
また、本実施形態のウエハのアライメントショットは１６個であるが、ウエハのアライメントショット（計測対象のウエハマーク）の個数及び配列は任意である。
次に、本発明の実施形態の他の例につき説明する。本実施形態でも図１の露光装置ＥＸを使用する。さらに、本実施形態では、図４（Ａ）のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４において、被検マークを照明するアライメント光ＡＬの光学条件を被検マークに応じて最適化するものとする。その光学条件としては、一例としてアライメント光ＡＬの波長（波長域）、照明系開口絞りの形状（照明条件）、及びベストフォーカス位置に対する被検面のデフォーカス量を考慮する。以下、その光学条件を最適化して設定する方法の一例につき、図１４のフローチャートを参照して説明する。この光学条件の設定は、主制御装置２０の制御のもとで、例えば図６のステップ３０８の主アライメント系ＡＬ１のベースラインの検出後に、主アライメント系ＡＬ１を用いて実行される。
【００７４】
先ず、図１４のステップ４０２において、例えば評価用の１ロットの先頭のウエハがウエハステージＷＳＴにロードされる。次のステップ４０４において、ウエハステージＷＳＴを駆動して、ウエハの一つのウエハマークを図４（Ａ）の主アライメント系ＡＬ１の検出領域ＡＬＦ１内に移動する。そのウエハマークのうちのＸ軸のマークを図１５（Ａ）に拡大して示すマークＷＭＡとする。次のステップ４０６において、波長選択用フィルタ５ｆを第１のフィルタに設定してアライメント光ＡＬの波長を第１の波長域（例えば白色光）に設定する。次のステップ４０８において、照明系開口絞り５ｇを第１の開口絞り、例えば通常の大きい円形の開口絞りに設定する。次のステップ４１０において、ウエハの表面を主アライメント系ＡＬ１のベストフォーカス位置から所定量だけ−Ｚ方向にデフォーカスした下限に設定する。デフォーカス量は次第にプラスになるように設定される。これらの光学条件を第ｊ番目（ｊは１からＪまでの整数：Ｊは２以上の整数）の光学条件と呼ぶ。この段階ではｊ＝１である。
【００７５】
次のステップ４１２において、主アライメント系ＡＬ１でウエハマークの像を撮像し、アライメント制御部１３２で撮像信号ＳＸ，ＳＹを取り込む。この撮像信号ＳＸ，ＳＹの取り込みは実際にはウエハの複数のウエハマークに関して行われる。以下では、図１５（Ａ）のＸ軸のマークに対応する図１５（Ｂ）、（Ｃ）の撮像信号ＳＸを評価対象とする。Ｙ軸のマークに対応する撮像信号も同様に評価される。図１５（Ｂ）、（Ｃ）の横軸は、ウエハマークのＸ方向に対応する撮像素子の受光面上の位置である。
【００７６】
次のステップ４１４において、アライメント制御部１３２では、図１５（Ａ）の撮像信号ＳＸに関して計測再現性指標ＦＩＡ１ｊを計算する。一例として、撮像信号ＳＸの最大値と最小値との差分である振幅ＡＭＰと、その振幅ＡＭＰの中央の直流成分ＤＣとを用いて次のコントラストＣｏを計算する。
Ｃｏ＝ＡＭＰ／ＤＣ  …（３Ａ）
さらに、撮像信号ＳＸ中のエッジ部の中央で傾き（＝信号の変化分／Ｘ方向の変位）ＳＬＸ１，〜ＳＬＸ４を計算し、これらの傾きの絶対値中の最大値をＳＬｍａｘとする。ここで、所定の係数α，βを用いて、次の計測再現性σｓ，σｂを計算する。
【００７７】
σｓ＝１／｛α（Ｃｏ・ＳＬｍａｘ）1/2｝  …（３Ｂ）
σｂ＝１／（β・ＳＬｍａｘ）            …（３Ｃ）
アライメント制御部１３２は、これらの計測再現性σｓ，σｂを用いて次のように計測再現性指標ＦＩＡ１ｊを計算して記憶する。
ＦＩＡ１ｊ＝（σｓ2＋σｂ2）1/2           …（３Ｄ）
この計測再現性指標ＦＩＡ１ｊは実際には複数のウエハマークに関する平均値である。計測再現性指標ＦＩＡ１ｊは、重ね合わせ精度及び重ね合わせ精度の安定性（副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４のプロセス誤差）の両方に影響を与える。
【００７８】
次のステップ４１６において、アライメント制御部１３２では、図１５（Ｂ）の撮像信号ＳＸに関して非対称指標ＦＩＡ２ｊを計算する。そのため、一例として、実線の波形Ｃ１１で示す撮像信号ＳＸのＸ方向の中央の位置Ｐ１Ｘを求める。さらに、撮像信号ＳＸを１８０度回転した点線の波形Ｃ１２で示す撮像信号のＸ方向の中央の位置Ｐ２Ｘを求める。この際に、実線の波形Ｃ１１と点線の波形Ｃ１２とは、例えば中央のピーク部の位置が同じになるようにＸ方向の相対位置が調整されている。このとき、アライメント制御部１３２は、次式から非対称指標ＦＩＡ２ｊを計算して記憶する。
【００７９】
ＦＩＡ２ｊ＝Ｐ１Ｘ−Ｐ２Ｘ  …（４）
この非対称指標ＦＩＡ２ｊも実際には複数のウエハマークに関する平均値である。この非対称指標ＦＩＡ２ｊは、重ね合わせ精度に影響する。
次のステップ４１８において、アライメント制御部１３２では、図１５（Ｂ）の撮像信号ＳＸのばらつきの指標ＦＩＡ３ｊを計算する。一例として、撮像信号ＳＸをＸ方向に微分して、図１６（Ａ）〜（Ｃ）に示す微分信号ＤＳＸを求める。さらに、図１６（Ａ）に示す実線の波形Ｃ１及び別のウエハマークに関する点線の波形Ｃ２等で表される微分信号ＤＳＸにおいて、両側の傾斜部が所定の閾値を横切るときの位置の幅からライン部の線幅ＬＷ１，ＬＷ２等のばらつき（標準偏差、以下同様）σＬＷｊを求める。また、図１６（Ｂ）に示す実線の波形Ｃ１及び別のウエハマークに関する点線の波形Ｃ３，Ｃ４等で表される微分信号ＤＳＸにおいて、その信号の最大値ＴＩのばらつきσＴＩｊ、及びその信号の最小値ＢＩ１，ＢＩ２のばらつきσＢＩｊを求める。
【００８０】
また、図１６（Ｃ）に示す実線の波形Ｃ１及び別のウエハマークに関する点線の波形Ｃ５等で表される微分信号ＤＳＸにおいて、両側の傾斜部の傾き（ウエハマークの段差に対応している）の絶対値ＫＸ１〜ＫＸ４のばらつきσＫＸｊを求める。そして、アライメント制御部１３２では、線幅のばらつきσＬＷｊ、微分信号の最大値及び最小値のばらつきσＴＩｊ，σＢＩｊ、並びに段差のばらつきσＫＸｊから、撮像信号ＳＸのばらつきの指標ＦＩＡ３ｊを求める。一例として、ばらつきσＫＸｊ、ばらつきσＴＩｊ，σＢＩｊ、及びばらつきσＫＸｊ毎にそれぞれこれらに比例する値を付与し、これらの値を加算することによって指標ＦＩＡ３ｊを求めることができる。この指標ＦＩＡ３ｊは、重ね合わせ精度の安定性（副アライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４のプロセス誤差）に影響を与える。
【００８１】
次のステップ４２０において、主アライメント系ＡＬ１の光学条件を切り替えるかどうかを判定する。光学条件を切り替える場合にはステップ４０６に戻り、アライメント光ＡＬの波長を第２の波長（例えば赤色光）に設定する。この場合には、次のステップ４０８、４１０では、条件を変えることなく、これらの光学条件を第２番目（ｊ＝２）の光学条件と呼ぶ。以下、これ以降のステップ４０６〜４１０では、アライメント光ＡＬの波長域（波長）、照明系開口絞りの形状、及びデフォーカス量の少なくとも一つの項目が互いに異なる全体としてＪ個の光学条件が設定される。
【００８２】
そして、ステップ４１２で、ｊ番目の光学条件のもとで主アライメント系ＡＬ１によりウエハマークの像の撮像信号を取り込み、ステップ４１４〜４１８において、そのｊ番目の光学条件のもとでの撮像信号の計測再現性指標ＦＩＡ１ｊ、非対称指標ＦＩＡ２ｊ、及びばらつきの指標ＦＩＡ３ｊを計算する。そして、全部の光学条件に関して指標ＦＩＡ１ｊ，ＦＩＡ２ｊ，ＦＩＡ３ｊの計算が完了したときに、動作はステップ４２０からステップ４２２に移行する。
【００８３】
ステップ４２２において、アライメント制御部１３２は、上記の３つの指標ＦＩＡ１ｊ，ＦＩＡ２ｊ，ＦＩＡ３ｊから最適なｊ１番目（ｊ１＝１〜Ｊ）の光学条件を選択する。一例として、３つの指標ＦＩＡ１ｊ，ＦＩＡ２ｊ，ＦＩＡ３ｊがそれぞれ所定の許容値よりも小さくなるときの光学条件、即ち３つの指標ＦＩＡ１ｊ，ＦＩＡ２ｊ，ＦＩＡ３ｊが平均的に良好であるときの光学条件が選択される。なお、その条件を満たす最適な光学条件が複数個ある場合には、例えばその内の計測再現性指標ＦＩＡ１ｊの値がより小さい光学条件を選択してもよい。
【００８４】
次のステップ４２４では、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４の光学条件を共通にステップ４２２で選択された最適な光学条件に設定する。次に、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４によってウエハの複数のウエハマークの位置を検出し（ステップ４２６）、その位置に基づいてウエハの各ショット領域の配列座標を計算し（ステップ４２８）、この配列座標に基づいてウエハの走査露光が行われる（ステップ４３０）。その後、ステップ４３２で次のウエハに関するアライメント及び露光が行われる。この際のアライメントでは、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４の光学条件はステップ４２２で選択された光学条件に設定されている。
【００８５】
このように本実施形態によれば、主アライメント系ＡＬ１の光学条件を種々に切り替えながら、それぞれ計測再現性指標ＦＩＡ１ｊ、非対称指標ＦＩＡ２ｊ、及びばらつきの指標ＦＩＡ３ｊを計算し、これらの指標に基づいて最適な光学条件を選択している。従って、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４で個々のウエハマークを検出する際の撮像信号のコントラストを高めることができるとともに、ウエハ内の複数のウエハマークを検出する際の撮像信号のばらつきを小さくすることができる。従って、ウエハ内の複数のウエハマークの位置を全体として高精度に検出することができ、アライメント精度、ひいては重ね合わせ精度を高めることができる。
【００８６】
なお、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４の光学条件としては、アライメント光ＡＬの波長（波長域）、照明系開口絞りの形状（照明条件）、及びベストフォーカス位置に対する被検面のデフォーカス量の少なくとも一つを考慮してもよい。さらに、その光学条件として別の任意の条件を考慮してもよい。
また、撮像信号の評価指標としては、計測再現性指標ＦＩＡ１ｊ、非対称指標ＦＩＡ２ｊ、及びばらつきの指標ＦＩＡ３ｊのうちの少なくとも一つを用いるだけでもよい。さらに、評価指標としては、他の任意の指標を使用できる。
【００８７】
また、上記の各実施形態の露光装置（又は露光方法）を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１７に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置ＥＸ（又は露光方法）によりレチクルのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【００８８】
言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置又は露光方法を用いて基板（物体）を露光することと、その露光された基板を現像することと、を含んでいる。この際に、複数のアライメント系を用いて必要な重ね合わせ精度等に応じて効率的に基板のアライメント（ウエハマークの検出）を行うことができるため、デバイスを高いスループットで量産することができる。
【００８９】
なお、上記の実施形態において、上述の走査露光型の露光装置（スキャナ）の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパー等）も使用できる。さらに、液浸型露光装置以外の、ドライ露光型の露光装置も同様に使用することができる。
また、上記の実施形態は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイ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スウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、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、半導体素子などの電子デバイス（マイクロデバイス）だけでなく、光露光装置及びＥＵＶ露光装置などで使用される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。
【００９０】
このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【符号の説明】
【００９１】
ＡＬ１…主アライメント系（プライマリアライメント系）、ＡＬ２１〜ＡＬ２４…副アライメント系（セカンダリアライメント系）、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＭＡ１，ＷＭＣ１，ＷＭＤ１，ＷＭＡ２〜ＷＭＥ２…ウエハマーク、６Ａ〜６Ｅ…アライメント系のＡＦ系、２０…主制御装置、８０…ウエハアライメント装置、９３ＸＹ…ＸＹステージ、９３Ｚ…Ｚステージ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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