(57)【要約】【課題】物体に設けられた複数のマークをより短時間に高精度に検出する。【解決手段】ウエハマークの位置を検出するマーク検出方法であって、複数のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４の検出領域に対してウエハＷを移動中に、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４とウエハＷの表面とのデフォーカス量を計測し、この計測結果に基づいてウエハＷの面位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御し、ウエハマークＷＭＣ１，ＷＭＡ１，ＷＭＤ１がアライメント系ＡＬ２２，ＡＬ１，ＡＬ２３の検出領域内に達したときに、ウエハＷを静止させて、アライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３で対応するウエハマークＷＭＣ１，ＷＭＤ１の位置を検出する。【選択図】図７
2012195377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の表面に設けられた複数のマークの位置情報を検出するマーク検出方法において、
複数のマーク検出系の複数の検出領域と前記物体とを相対移動することと、
前記物体の相対移動中に、前記複数のマーク検出系と前記物体の表面との第１のデフォーカス量を計測し、該計測結果に基づいて前記物体の面位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御することと、
前記複数のマークが前記複数の検出領域内に達したときに、前記検出領域と前記物体とを相対的に静止させて、前記複数のマーク検出系のうち少なくとも２個の第１組のマーク検出系で対応する１組のマークの位置情報を検出することと、
を含むことを特徴とするマーク検出方法。
【請求項２】
前記検出領域と前記物体とを相対的に静止させたときに、
前記複数のマーク検出系と前記物体の表面との第２のデフォーカス量を計測することと、
前記第２のデフォーカス量に基づいて前記第１組のマーク検出系と前記物体との合焦を行うように、前記物体の面位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御することと、
を含む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】
前記複数のマーク検出系は少なくとも３個で、前記第１組のマーク検出系は２個であり、
前記第１組のマーク検出系で対応する前記１組のマークの位置情報を検出した後、
他の第２組のマーク検出系に対して前記物体の表面が合焦されるように前記物体の面位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御して、前記第２組のマーク検出系で対応する１組のマークの位置情報を検出すること、
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】
前記複数のマーク検出系は５個で、前記第２組のマーク検出系は２個であり、
前記第２組のマーク検出系で対応する前記１組のマークの位置情報を検出した後、
他の一つのマーク検出系に対して前記物体の表面が合焦されるように前記物体の面位置を制御して、前記他の一つマーク検出系で対応するマークの位置情報を検出すること、
を含む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】
前記複数のマーク検出系の前記検出領域はほぼ一列に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のマーク検出方法。
【請求項６】
前記物体の表面に設けられた前記マークは、
第１方向に配列された複数の第１ライン部と、
前記第１方向に直交する第２方向に、前記第１ライン部よりも少ない数で配列されるとともに、前記第１ライン部よりも長い複数の第２ライン部とを有する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】
露光光でパターンを介して物体を露光する露光方法において、
請求項１〜６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表面の複数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８】
物体の表面に設けられた複数のマークの位置情報を検出するマーク検出装置において、
それぞれ前記マークの位置情報を検出するとともに前記物体の表面に対するデフォーカス量を計測可能な複数のマーク検出系と、
前記複数のマーク検出系の検出領域と前記物体とを相対移動する移動機構と、
前記物体の面位置及び傾斜角を制御可能な面位置制御装置と、
前記マーク検出系、前記移動機構、及び前記面位置制御装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記移動機構による前記物体の相対移動中に、前記複数のマーク検出系によって計測される第１のデフォーカス量に基づいて、記面位置制御装置を駆動して前記物体の面位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御し、
前記複数のマークが前記複数の検出領域内に達したときに、前記検出領域と前記物体とを相対的に静止させて、前記複数のマーク検出系のうち少なくとも２個の第１組のマーク検出系で対応する１組のマークの位置情報を検出させることを特徴とするマーク検出装置。
【請求項９】
前記制御装置は、
前記検出領域と前記物体とを相対的に静止させたときに、
前記複数のマーク検出系に前記物体の表面との第２のデフォーカス量を計測させ、
前記第２のデフォーカス量に基づいて前記第１組のマーク検出系と前記物体との合焦を行うように、前記面位置制御装置を駆動して前記物体の面位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項８に記載のマーク検出装置。
【請求項１０】
前記複数のマーク検出系は少なくとも３個で、前記第１組のマーク検出系は２個であり、
前記制御装置は、
前記第１組のマーク検出系で対応する前記１組のマークの位置情報を検出させた後、
他の第２組のマーク検出系に対して前記物体の表面が合焦されるように前記ステージを駆動して前記物体の面位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御して、前記第２組のマーク検出系で対応する１組のマークの位置情報を検出させることを特徴とする請求項８又は９に記載のマーク検出装置。
【請求項１１】
前記複数のマーク検出系は５個で、前記第２組のマーク検出系は２個であり、
前記制御装置は、
前記第２組のマーク検出系で対応する前記１組のマークの位置情報を検出させた後、
他の一つのマーク検出系に対して前記物体の表面が合焦されるように前記面位置制御装置を駆動して前記物体の面位置を制御して、前記他の一つマーク検出系で対応するマークの位置情報を検出させることを特徴とする請求項１０に記載のマーク検出装置。
【請求項１２】
前記複数のマーク検出系の前記検出領域はほぼ一列に配置されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項１３】
露光光でパターンを介して物体を露光する露光装置において、
請求項８〜１２のいずれか一項に記載のマーク検出装置を備え、
前記マーク検出装置の前記複数のマーク検出系の検出結果に基づいて前記移動機構を駆動して前記物体と前記パターンとの位置合わせを行うことを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
請求項７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。
【請求項１５】
請求項１３に記載の露光装置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、３眼以上の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、複数軸のアライメント系の被検マーク（被検面）に対するデフォーカス量が互いに異なっている場合には、それらのアライメント系に対して同時に被検マークを合焦させることが困難である。そこで、複数軸のアライメント系の検出領域に被検マークが入った状態で、各アライメント系のデフォーカス量を計測し、この計測結果に基づいて、例えば２軸ずつのアライメント系または１軸のアライメント系で順次合焦及び被検マークの検出を行っていた。
【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、複数軸のアライメント系の検出領域内に被検マークが入ってからそれぞれデフォーカス量を計測し、この計測結果に基づいて各アライメント系に対する被検マークの合焦を行っていたため、各アライメント系に対して被検マークを合焦させるまでの時間が長いという問題があった。
【０００６】
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より短時間に高精度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、物体の表面に設けられた複数の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。このマーク検出方法は、複数のマーク検出系の複数の検出領域とその物体とを相対移動することと、その物体の相対移動中に、その複数のマーク検出系とその物体の表面との第１のデフォーカス量を計測し、該計測結果に基づいてその物体の面位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御することと、その複数のマークがその複数の検出領域内に達したときに、その検出領域とその物体とを相対的に静止させて、その複数のマーク検出系のうち少なくとも２個の第１組のマーク検出系で対応する１組のマークの位置情報を検出することと、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表面の複数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、物体の表面に設けられた複数のマークの位置情報を検出するマーク検出装置が提供される。このマーク検出装置は、それぞれそのマークの位置情報を検出するとともにその物体の表面に対するデフォーカス量を計測可能な複数のマーク検出系と、その複数のマーク検出系の検出領域とその物体とを相対移動する移動機構と、その物体の面位置及び傾斜角を制御可能な面位置制御装置と、そのマーク検出系、その移動機構、及びその面位置制御装置を制御する制御装置と、を備え、その制御装置は、その移動機構によるその物体の相対移動中に、その複数のマーク検出系によって計測される第１のデフォーカス量に基づいて、その面位置制御装置を駆動してその物体の面位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御し、その複数のマークがその複数の検出領域内に達したときに、その検出領域とその物体とを相対的に静止させて、その複数のマーク検出系のうち少なくとも２個の第１組のマーク検出系で対応する１組のマークの位置情報を検出させるものである。
【０００９】
また、第４の態様によれば、露光光でパターンを介して物体を露光する露光装置が提供される。この露光装置は、本発明のマーク検出装置を備え、そのマーク検出装置のその複数のマーク検出系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ものである。
また、第５の態様によれば、本発明の露光方法又は露光装置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】
【００１０】
本発明によれば、その物体の相対移動中に、その複数のマーク検出系とその物体の表面との第１のデフォーカス量を計測し、この計測結果に基づいて例えばその複数のマーク検出系のうちの第１組のマーク検出系に合焦されるようにその物体の面位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御することができる。この後、その検出領域とその物体とを相対的に静止させて、その第１組のマーク検出系で対応する１組のマークの位置情報を検出するときにはほぼ合焦が行われている。従って、その複数のマーク検出系に対する合焦を短時間に行うことができ、物体に設けられた複数のマークをより短時間に高精度に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】セカンダリアライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４を駆動した状態を示す図である。
【図４】（Ａ）は５眼のＡＦ系を備えたアライメント系の概略構成を示す図、（Ｂ）は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】（Ａ）はファーストアライメントショットの計測を行う状態を示す図、（Ｂ）はサード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７】（Ａ）は５眼のアライメント系でデフォーカス量を計測している状態を示す図、（Ｂ）は内側の２眼のアライメント系に合焦している状態を示す図である。
【図８】（Ａ）は外側の２眼のアライメント系に合焦している状態を示す図、（Ｂ）は内側の２眼のアライメント系に合焦している状態を示す図である。
【図９】プライマリアライメント系ＡＬ１に合焦している状態を示す図である。
【図１０】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１１】（Ａ）はウエハのショット配列の一部を示す平面図、（Ｂ）は図１１（Ａ）のウエハマークを示す拡大図、（Ｃ）はウエハマークの検出方法の説明図である。
【図１２】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】
【００１２】
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。
【００１３】
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から射出された照明光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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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はそれぞれＹ方向に所定ピッチの回折格子であり、スケール３９Ｘ１，３９Ｘ２はそれぞれ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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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ＡＬ１が配置されている。不図示のメインフレームに支持されるプライマリアライメント系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ＡＬ２１，ＡＬ２２、及び２眼のセカンダリアライメント系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。
【００２６】
各セカンダリアライメント系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、各セカンダリアライメント系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）を介してセカンダリアライメント系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。
【００２７】
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ブロードバンドな検出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。
【００２８】
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、プライマリアライメント系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。実際には、例えば第２対物レンズ系５ｃとビームスプリッタ５ｂとの間に、不図示の光源からのアライメント光ＡＬを被検マークに導くビームスプリッタ（不図示）が備えられている。また、撮像素子５ｄの撮像面と共役な被検面上の視野が、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出領域ＡＬＦ１である。
【００２９】
セカンダリアライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４も、基本的な構成はプライマリアライメント系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。また、セカンダリアライメント系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（図７（Ａ）参照）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。
【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、プライマリアライメント系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、それぞれセカンダリアライメント系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。
【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、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）が設けられている。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６（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１０のフローチャートを参照して説明する。
先ず図１０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。
【００４４】
ウエハのショット配列は、一例として図６（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で計測するものとする。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つのファーストアライメントショット、２列の５つのセカンド及びサードアライメントショット及び３つのフォース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、ショット領域内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間のストリートライン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を介してセカンダリアライメント系ＡＬ２１〜ＡＬ２４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３に示すように、ＣＤバー４６の複数の基準マークＭ１，Ｍ２１〜Ｍ２４（図４参照）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、図４（Ａ）に示すように、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。
【００４６】
また、本実施形態では、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４のベストフォーカス位置は一直線上にはなく、さらに、３眼のアライメント系のベストフォーカス位置が一直線上にあることもないとする。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から供給された既知の基準マークＭ１，Ｍ２１〜Ｍ２４の配列座標から、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心に対するセカンダリアライメント系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、未露光のウエハ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プライマリアライメント系ＡＬ１の検出領域に移動し、プライマリアライメント系ＡＬ１でその基準マークの位置ずれ量を検出する。この位置ずれ量及びその基準マークの位置情報から、ＥＧＡ演算部１３４はプライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインを求める。なお、本実施形態では、レチクルＲのレチクルマークの像の検出が後で行われるため、その検出後にそのベースラインが補正される。
【００４８】
次のステップ３１０で、例えばアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２，ＡＬ２４でウエハＷの複数のサーチアライメントマーク（不図示）を検出することによって、ウエハＷのおおまかなショット配列の算出（サーチアライメント）が行われる。次のステップ３１２において、ウエハステージＷＳＴのＸＹステージ９３ＸＹの駆動によりウエハＷの＋Ｙ方向への移動が開始される。この後、ウエハＷの移動中に、ステップ３１４において、図７（Ａ）に示すように、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４のＡＦ系６Ａ〜６Ｅによって、ウエハＷ（又はプレート２８）の表面のベストフォーカス位置からのデフォーカス量δＦ１，δＦ２１〜δＦ２４を計測し、計測結果を主制御装置２０に供給する。この計測はウエハＷの移動中に行われるため、デフォーカス量のラフ計測とも呼ぶ。
【００４９】
ウエハＷの移動中の次のステップ３１６において、主制御装置２０は、この段階では内側の２つのセカンダリアライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３のデフォーカス量δＦ２２，δＦ２３を用いて、ウエハＷの表面が２つのセカンダリアライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３のベストフォーカス位置に合致するように、ウエハステージＷＳＴのＺステージ９３Ｚを駆動して、ウエハＷの傾斜角及びＺ位置（線形成分）を補正する。次のステップ３１８で、サーチアライメントの結果を用いて、複数のファーストアライメントショットのウエハマークがアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２，ＡＬ２３の検出領域に入ったかどうかを判定する。複数のウエハマークが対応する検出領域に入っていない場合には、ステップ３１４及び３１６が繰り返される。ステップ３１８で複数のウエハマークが対応する検出領域に入ったときには、ステップ３２０に移行して、図６（Ａ）に示すようにウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）を停止させる。
【００５０】
このようにウエハＷが停止した状態では、ステップ３１６のウエハＷの線形成分の補正動作によって、図７（Ｂ）に示すように、ウエハＷの表面は内側の２眼のセカンダリアライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３のベストフォーカス位置にほぼ合致している。次のステップ３２２において、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４のＡＦ系６Ａ〜６Ｅによって焦点検出光ＦＬを照射して、ウエハＷの表面のベストフォーカス位置からの残存しているデフォーカス量を計測し、計測結果を主制御装置２０に供給する。この計測はウエハＷの停止中に行われるため、デフォーカス量のファイン計測とも呼ぶ。次のステップ３２２において、主制御装置２０は、そのファイン計測の結果を用いてウエハステージＷＳＴのＺステージ９３Ｚを駆動して、ウエハＷの表面を２眼のセカンダリアライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３のベストフォーカス位置に合焦させる。この際に、デフォーカス量のラフ計測によって、ウエハＷの表面はほぼセカンダリアライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３のベストフォーカス位置に合焦していたため、ステップ３２２のデフォーカス量のファイン計測及びステップ３２４の合焦は極めて短時間に行われる。従って、アライメント時間が短縮される。
【００５１】
そのように合焦した状態で、主制御装置２０の制御のもとで、図７（Ｂ）に示すように、２眼のセカンダリアライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３は、アライメント光ＡＬを照射して、ウエハＷの表面の対応するウエハマークＷＭＣ１，ＷＭＤ１の位置ずれ量を検出する。検出結果はＥＧＡ演算部１３４に供給される（以下同様）。次のステップ３２６において、同一列（ここではファーストアライメントショット）中で計測されていないウエハマークが一つかどうかを判定する。この段階では、計測されていないのは中央のウエハマークＷＭＡ１だけであるため、動作はステップ３２８に移行して、ウエハステージＷＳＴ（Ｚステージ９３Ｚ）をＺ方向に駆動してウエハＷの表面をプライマリアライメント系ＡＬ１のベストフォーカス位置Ａ１に合焦させる。そして、プライマリアライメント系ＡＬ１によってウエハマークＷＭＡ１の位置ずれ量を検出する。次のステップ３３０で、計測対象のウエハマーク（アライメントショット）が残ってい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３１２に戻り、ウエハＷの＋Ｙ方向への移動が開始され、デフォーカスのラフ計測（ステップ３１４）、この段階では外側の２眼のセカンダリアライメント系ＡＬ２１，ＡＬ２４に対するウエハＷの合焦（ステップ３１６）が行われる。
【００５２】
そして、セカンドアライメントショットのウエハマークがアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４の検出領域内に入ったときに、ウエハＷが停止され（ステップ３２０）、デフォーカス量のファイン計測が行われる（ステップ３２２）。次のステップ３２４では、図８（Ａ）に示すように、主制御装置２０は、そのファイン計測の結果を用いて、ウエハＷの表面を外側の２眼のセカンダリアライメント系ＡＬ２１，ＡＬ２４のベストフォーカス位置に合焦させて、２眼のセカンダリアライメント系ＡＬ２１，ＡＬ２４に対応するウエハマークＷＭＢ２，ＷＭＥ２の位置ずれ量を検出させる。
【００５３】
次のステップ３２６において、同一列（ここではセカンドアライメントショット）中で計測されていないウエハマークは３つであるため、動作はステップ３２４に戻る。そして、主制御装置２０は、上述のファイン計測の結果を用いて、ウエハＷの表面を内側の２眼のセカンダリアライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３のベストフォーカス位置に合焦させて、図８（Ｂ）に示すように、２眼のセカンダリアライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３に対応するウエハマークＷＭＣ２，ＷＭＤ２の位置ずれ量を検出させる。次のステップ３２６において、計測されていないのは中央のウエハマークＷＭＡ２だけである。そのため動作はステップ３２８に移行し、図９に示すように、ウエハＷの表面をプライマリアライメント系ＡＬ１のベストフォーカス位置に合焦させ、プライマリアライメント系ＡＬ１によってウエハマークＷＭＡ２の位置ずれ量を検出させる。
【００５４】
同様にして、ステップ３１２〜３２８を繰り返すことで、図６（Ｂ）に示すように、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４によってサードアライメントショットの５つのウエハマークの位置ずれ量が検出される。一例としてこの途中で、レチクルＲのレチクルマークの空間像を空間像計測装置４５で計測することで、プライマリアライメント系ＡＬ１のベースラインが補正される。さらに、ステップ３１２〜３２８を繰り返すことで、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２，ＡＬ２３によってフォースアライメントショットの３つのウエハマークの位置ずれ量が検出される。その後、計測対象のウエハマークがなくなってから、動作はステップ３３０からステップ３３２に移行して、ＥＧＡ演算部１３４は、全部のアライメントショットＡＳのウエハマークの座標から例えばＥＧＡ方式でウエハＷの全部のショット領域の配列座標を算出する。さらに、アライメントと並行して、多点ＡＦ系（９０ａ，９０ｂ）によってウエハＷの表面のＺ位置の分布が計測されている。その配列座標及びＺ位置の分布を用いて、次のステップ３３４でウエハＷの各ショット領域に対してレチクルＲのパターンの像が走査露光される。次のステップ３３６で次のウエハに対する露光が同様に行われる。
【００５５】
このように、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴをＹ方向に移動させ、その移動経路上における４箇所にウエハステージＷＳＴを位置決めすることにより、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２１〜ＡＬ２４を用いて合計１６箇所のアライメントショットＡＳにおけるウエハマークの位置情報を検出できる。この際に、ウエハステージＷＳＴをＸ方向に移動させる必要が無いため、単一のアライメント系を用いてウエハステージをＸ方向、Ｙ方向に駆動して順次ウエハマークを検出する場合などに比べて、格段に短時間に多数のウエハマークの位置情報を得ることができる。従って、短時間にアライメントを行うことができる。
【００５６】
上述のように本実施形態のウエハアライメント装置８０は、ウエハＷの表面に設けられたウエハマークＷＭＡ２〜ＷＭＥ２等の位置ずれ量を検出するとともにウエハＷの表面に対するデフォーカス量を計測可能な５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４と、これらのアライメント系の検出領域ＡＬＦ１，ＡＬＦ２１〜ＡＬＦ２４に対してウエハＷをＹ方向に移動するＸＹステージ９３ＸＹ（移動機構）と、ウエハＷのＺ位置（面位置）並びにθｘ方向及びθｙ方向の傾斜角を制御可能なＺステージ９３Ｚ（面位置制御装置）と、主制御装置２０と、を備えている。そして、主制御装置２０は、ＸＹステージ９３ＸＹによるウエハＷの移動中に（ステップ３１２）、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４によって計測されるデフォーカス量に基づいて、Ｚステージ９３Ｚを駆動してウエハＷのＺ位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御し（ステップ３１４，３１６）、ウエハマークＷＭＡ２等が検出領域ＡＬＦ１，ＡＬＦ２１〜ＡＬＦ２４内に達したときに、ウエハＷを静止させて、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４のうち１組のセカンダリアライメント系ＡＬ２１，ＡＬ２４で対応する１組のウエハマークＷＭＢ２，ＷＭＥ２の位置情報を検出させている（ステップ３２４）。
【００５７】
本実施形態によれば、ウエハＷの移動中に、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４とウエハＷの表面とのデフォーカス量が計測され、この計測結果に基づいて例えばセカンダリアライメント系ＡＬ２１，ＡＬ２４に合焦されるようにウエハＷのＺ位置及び傾斜角の少なくとも一方が制御される。この後、ウエハＷを静止させて、セカンダリアライメント系ＡＬ２１，ＡＬ２４で対応するウエハマークＷＭＢ２，ＷＭＥ２の位置情報を検出するときにはほぼ合焦が行われている。従って、セカンダリアライメント系ＡＬ２１，ＡＬ２４に対する合焦を短時間に行うことができ、ウエハＷに設けられた複数のウエハマークをより短時間に高精度に検出できる。
【００５８】
また、本実施形態では、ウエハＷを静止させたときに、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４とウエハＷの表面とのデフォーカス量を計測し（ステップ３２２）、この計測結果に基づいてセカンダリアライメント系ＡＬ２１，ＡＬ２４に対するウエハＷの表面の合焦を行うように、ウエハＷのＺ位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御している（ステップ３２４の一部）。従って、被検マークをより高精度にセカンダリアライメント系ＡＬ２１，ＡＬ２４に合焦させることができる。なお、ステップ３１６における合焦動作で、ウエハＷの表面がセカンダリアライメント系ＡＬ２１，ＡＬ２４に対して許容範囲内の精度で合焦しているときには、ステップ３２２のデフォーカス量の計測及びステップ３２４の前半での合焦動作を省略してもよい。
【００５９】
また、本実施形態では、そのセカンダリアライメント系ＡＬ２１，ＡＬ２４によるマーク検出に続いて、セカンダリアライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３に対してウエハＷの表面が合焦されるようにウエハＷのＺ位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御し、セカンダリアライメント系ＡＬ２２，ＡＬ２３によって対応するウエハマークＷＭＣ２，ＷＭＤ２の位置情報を検出している（ステップ３２４）。その後、プライマリアライメント系ＡＬ１に対してウエハＷの表面が合焦されるようにウエハＷのＺ位置及び傾斜角の少なくとも一方を制御し、プライマリアライメント系ＡＬ１によって対応するウエハマークＷＭＡ２の位置情報を検出している（ステップ３２８）。従って、５眼のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４によるウエハマークの検出を効率的に行うことができる。
【００６０】
また、本実施形態の露光装置ＥＸは、照明光ＩＬでレチクルＲのパターンを介してウエハＷを露光する露光装置であって、ウエハアライメント装置８０を備え、ウエハアライメント装置８０のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４の検出結果に基づいてＸＹステージ９３ＸＹ（ウエハステージＷＳＴ）を駆動してウエハＷとレチクルＲのパターンとの位置合わせを行っている。
【００６１】
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３０８〜３３０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３３４とを含んでいる。
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。
【００６２】
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、偶数個（例えば４眼又は６眼等）のアライメント系が用いられている場合には、２眼のアライメント系ずつ対応する被検マークに対する合焦及び位置情報の検出を行うようにしてもよい。さらに、本実施形態では、２眼のアライメント系に対する合焦を行っているが、例えば３眼のアライメント系のベストフォーカス位置が一直線状に配置されている場合には、これらの３眼のアライメント系に対して一度に被検面の合焦を行って、同時に被検マークの位置情報を検出するようにしてもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４の検出領域に対してウエハステージＷＳＴによってウエハＷをＹ方向に移動（相対移動）している。しかしながら、例えばアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４の検出領域をＹ方向に移動する機構を設け、ウエハＷに対してアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２２〜ＡＬ２４の検出領域をＹ方向に移動してもよい。
【００６４】
また、上記の実施形態のウエハマークとして、図１１（Ｂ）に示すような２次元のウエハマーク２２を使用してもよい。
図１１（Ａ）はウエハの一部の複数のショット領域ＳＡを示す。図１１（Ａ）において、ショット領域ＳＡのＹ方向（及びＸ方向）の間のスクライブライン領域ＳＬＡの幅は５０μｍ以下で、例えば４０μｍと従来よりも狭く設定されている。従来の２次元のウエハマークをスクライブライン領域ＳＬＡに形成することは困難である。そこで、この変形例では、図１１（Ｂ）の拡大図で示すように、全体としてスクライブライン領域ＳＬＡの長手方向に沿って細長い格子状のウエハマーク２２を使用している。
【００６５】
ウエハマーク２２は、Ｘ方向（長手方向）に所定の線幅の凸部（凹部でもよい）よりなる多数のライン部２２Ｘを配列し、Ｙ方向（短手方向）に所定の線幅の凸部（凹部でもよい）よりなる複数のＸ方向に細長いライン部２２Ｙを配列したものである。ライン部２２Ｘの長さは４０μｍよりも僅かに短く、ライン部２２Ｙの長さは１００〜３００μｍ程度（例えば２００μｍ程度）である。ライン部２２Ｘは、中央のスペース部をＸ方向に挟むように１０〜２０個程度ずつが対称に設けられ、ライン部２２Ｙは、中央のスペース部をＹ方向に挟むように数個（例えば３個）程度ずつが対称に設けられている。
【００６６】
ウエハマーク２２の位置情報を画像処理方式のアライメント系で検出する場合、一例としてウエハマーク２２の像を図１１（Ｃ）の像２２Ｐとして、図１１（Ｂ）のＸ方向、Ｙ方向に対応する方向を図１１（Ｃ）のＸ方向、Ｙ方向とする。図１１（Ｃ）には、スクライブライン領域ＳＬＡの像ＳＬＡＰも示されている。一例として、撮像素子の受光面内で、全部のライン部２２Ｘの像２２ＸＰをＸ方向に含む積算領域２４Ｘ内で、撮像信号をＹ方向に積算することによって、Ｘ軸の積算信号ＳＸを求め、積算信号ＳＸを所定の閾値でスライスし、そのＸ方向の中央の位置をウエハマークの像２２ＰのＸ方向の位置Ｘｉとする。一方、全部のライン部２２Ｙの像２２ＹＰをＹ方向に含む積算領域２４Ｙ内で、撮像信号をＸ方向に積算することによって、Ｙ軸の積算信号ＳＹを求め、積算信号ＳＹを所定の閾値でスライスし、そのＹ方向の中央の位置をウエハマークの像２２ＰのＹ方向の位置Ｙｉとする。そして、例えばその撮像素子の中心画素とその位置Ｘｉ，Ｙｉとの位置ずれ量に、アライメント系の倍率の逆数を乗ずることによって、ウエハマーク２２の中心のＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量を求めることができる。
【００６７】
このように細長い格子型のウエハマーク２２を用いることによって、ショット領域間のスクライブライン領域ＳＬＡの幅が狭くなっても、そのスクライブライン領域ＳＬＡに２次元のウエハマークを容易に配置できる。さらに、そのウエハマークの像２２Ｐの撮像信号をＹ方向及びＸ方向に積算することによって、像２２Ｐの位置、ひいてはウエハマーク２２の位置ずれ量を高精度に求めることができる。
【００６８】
また、上記の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１２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（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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】
【００７２】
ＡＬ１…プライマリアライメント系、ＡＬ２１〜ＡＬ２４…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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