(57)【要約】マスク固有の特性による影響を抑え、マーク位置の計測精度の向上を図る。マスクマークＲＭ１を観察系の観察視野内に位置決めするとともに、マスクマークＲＭ１の照明ビームに対する特性に基づいて、複数の基準マークＦＭａ、ＦＭｂのうちのいずれかを選択的に観察視野内に位置決めし、その観察結果に基づいて、マスクマークＲＭ１と基準マークＷＦＭ１との相対的な位置情報を求める。
2002049083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスク上に形成されたマスクマークと、基板を載置する基板ステージに設けられた基準部材上に形成された基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置関係を検出する位置計測方法であって、
前記基準マークは、前記照明ビームに対する特性が互いに異なる複数の基準マークを含み、
前記マスクマークを前記観察系の観察視野内に位置決めする第１工程と、
前記マスクマークの前記照明ビームに対する特性に基づいて、前記複数の基準マークのうちのいずれかを選択的に前記観察視野内に位置決めする第２工程と、
前記第１、第２工程によりそれぞれ位置決めされた前記各マークに対して前記照明ビームを照射し、前記観察系で観察した結果に基づいて、前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置情報を求める第３工程と、を有することを特徴とする位置計測方法。
【請求項２】
前記複数の基準マークは、ガラスで形成された下地領域上にクロムでマークパターンが形成された第１基準マークと、クロムで形成された下地領域上にガラスでマークパターンが形成された第２基準マークと、を含むことを特徴とする請求の範囲１に記載の位置計測方法。
【請求項３】
前記第２工程では、前記マスクマークの反射率が所定の反射率以上の場合には前記第１基準マークを選択的に前記観察視野内に位置決めし、前記マスクマークの反射率が前記所定の反射率よりも小さい場合には前記第２基準マークを選択的に前記観察視野内に位置決めすることを特徴とする請求の範囲２に記載の位置計測方法。
【請求項４】
マスクステージ上に載置されているマスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置関係を検出する位置計測方法であって、
前記マスクステージ上の第１マークを、前記観察系の観察視野内に位置決めする第１工程と、
前記マスクステージに対して前記基板ステージ側に配置され、且つ前記観察系により前記第１マークと共に観察される領域を、前記第１マークの前記照明ビームに対する特性に基づいて選択的に前記観察視野内に位置決めする第２工程と、
前記第１工程及び前記第２工程後に、前記照明ビームを用いて前記第１マークを前記観察系を介して検出して、前記第１マークに対する前記観察系の焦点状態を検出する第３工程と、を有することを特徴とする位置計測方法。
【請求項５】
前記基準マークは、前記照明ビームに対する特性が互いに異なる複数の基準マークを備え、
前記第２工程において前記観察視野内に位置決めされる領域は、前記複数の基準マークのうちのいずれか１つの基準マークであることを特徴とする請求の範囲４に記載の位置計測方法。
【請求項６】
前記複数の基準マークは、ガラスで形成された下地領域上にクロムでマークパターンが形成された第１基準マークと、クロムで形成された下地領域上にガラスでマークパターンが形成された第２基準マークと、を含むことを特徴とする請求の範囲５に記載の位置計測方法。
【請求項７】
前記第１マークは、前記マスクマークであることを特徴とする請求の範囲５に記載の位置計測方法。
【請求項８】
前記第２工程において前記観察視野内に位置決めされる領域は、前記基板ステージが載置される定盤であることを特徴とする請求の範囲４に記載の位置計測方法。
【請求項９】
前記基板ステージ上に載置される前記基板の交換動作を実行する際に、前記第１マークに対する前記観察系の焦点状態の検出動作を行うことを特徴とする請求の範囲８に記載の位置計測方法。
【請求項１０】
前記第１マークは、前記マスクマークであることを特徴とする請求の範囲９に記載の位置計測方法。
【請求項１１】
前記第１マークは、前記マスクステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークであることを特徴とする請求の範囲９に記載の位置計測方法。
【請求項１２】
前記特性は、前記照明ビームに対する反射率特性を含むことを特徴とする請求の範囲１に記載の位置計測方法。
【請求項１３】
前記特性は、前記照明ビームに対する反射率特性を含むことを特徴とする請求の範囲４に記載の位置計測方法。
【請求項１４】
マスクステージ上に載置されているマスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置関係を検出する位置計測方法であって、
前記基板ステージ上に載置されている基板を他の基板に交換する第１工程と、
前記第１工程における前記基板の交換動作を行っている間に、前記照明ビームを用いて前記マスクステージ上の第１マークを前記観察系を介して検出して、前記第１マークに対する前記観察系の焦点状態を検出する第２工程と、を有することを特徴とする位置計測方法。
【請求項１５】
前記第１工程は、前記マスクステージ上に載置されているマスクを他のマスクに交換するマスク交換動作を伴わずに行われ、
前記第２工程は、前記基板の交換動作が所定回行われる度に実行されることを特徴とする請求の範囲１４に記載の位置計測方法。
【請求項１６】
前記第２工程における前記第１マークの検出の際には、前記観察視野内に、前記基板ステージが載置される定盤を位置決めすることを特徴とする請求の範囲１４に記載の位置計測方法。
【請求項１７】
前記第１マークは、前記マスクマークと、前記マスクステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求の範囲１に記載の位置計測方法。
【請求項１８】
前記第１マークは、前記マスクマークと、前記マスクステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求の範囲４に記載の位置計測方法。
【請求項１９】
前記第１マークは、前記マスクマークと、前記マスクステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求の範囲１４に記載の位置計測方法。
【請求項２０】
マスクステージ上に載置されているマスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている第１基準部材上に形成された第１基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記第１基準マークとの相対的な位置関係を検出する位置計測方法であって、
前記第１基準マークに前記照明ビームを照射し、前記観察系で観察した結果に基づいて、前記第１基準マークに対する前記観察系の焦点状態を検出する第１工程と、
前記マスクステージ上に設けられている第２基準部材上に形成された第２基準マークに前記照明ビームを照明し、前記観察系で観察した結果に基づいて、前記第２基準マークに対する前記観察系の焦点状態を検出する第２工程と、
前記基板ステージ上に載置されている基板を他の基板に交換する第３工程と、
前記第３工程における前記基板の交換動作を行っている間に、前記照明ビームを用いて前記第２基準マークを前記観察系を介して検出して、前記第２基準マークに対する前記観察系の焦点状態を検出する第４工程と、
前記第１、第２、第４工程にてそれぞれ検出された前記焦点状態に基づいて、前記観察系の焦点状態を調節する第５工程と、を有することを特徴とする位置計測方法。
【請求項２１】
前記第１工程の検出結果に基づいて前記観察系を前記第１基準マークに対して焦点調節した後に、前記第２工程を行うことを特徴とする請求の範囲２０に記載の位置計測方法。
【請求項２２】
前記第１工程で検出された前記焦点状態と、前記第２工程で検出された前記焦点状態との間の関係を求める第６工程を更に有し、
前記第５工程では、前記第６工程で求められた前記関係と、前記第４工程で検出された前記焦点状態とに基づいて、前記観察系の焦点状態を調節することを特徴とする請求の範囲２１に記載の位置計測方法。
【請求項２３】
請求の範囲１乃至２２のうちのいずれか一項に記載の位置計測方法を用いて計測された前記相対的な位置関係に基づいて、前記基板を露光位置に位置決めし、
前記位置決めされた基板上に、前記マスク上のパターンを転写することを特徴とする露光方法。
【請求項２４】
請求の範囲２３に記載の露光方法を用いて、前記マスク上に形成されたデバイスパターンを前記基板上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項２５】
マスク上に形成されたマスクマークと、基板を載置する基板ステージ上に設けられた基準部材上に形成された基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板上に、前記マスク上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、
前記基準マークは、前記照明ビームに対する特性が互いに異なる複数の基準マークを含み、
前記マスクマークを前記観察系の観察視野内に位置決めする第１駆動系と、
前記マスクマークの前記照明ビームに対する特性に基づいて、前記複数の基準マークのうちのいずれかを選択的に前記観察視野内に位置決めする第２駆動系と、
前記第１、第２駆動系によりそれぞれ位置決めされた前記各マークに対して前記照明ビームを照射し、前記観察系で観察した結果に基づいて、前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置情報を求める算出部と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２６】
マスクステージ上に載置されているマスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板上に、前記マスク上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、
前記基準マークは、前記照明ビームに対する特性が互いに異なる複数の基準マークを含み、
前記マスクマークを、前記観察系の観察視野内に位置決めする第１駆動系と、
前記マスクマークの前記照明ビームに対する特性に基づいて、前記複数の基準マークのうちのいずれかを選択的に前記観察視野内に位置決めする第２駆動系と、
前記第１、第２駆動系による位置決め後に、前記照明ビームを用いて前記マスクマークを前記観察系を介して検出して、前記マスクマークに対する前記観察系の焦点状態を検出する焦点検出系と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２７】
前記特性は、前記照明ビームに対する反射率特性を含むことを特徴とする請求の範囲２５に記載の露光装置。
【請求項２８】
前記特性は、前記照明ビームに対する反射率特性を含むことを特徴とする請求の範囲２６に記載の露光装置。
【請求項２９】
マスクステージ上に載置されているマスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板上に、前記マスク上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、
前記基板ステージ上に載置されている基板を他の基板に交換する基板交換装置と、
前記基板交換装置による前記基板の交換動作を行っている間に、前記照明ビームを用いて前記マスクステージ上の第１マークを前記観察系を介して検出して、前記第１マークに対する前記観察系の焦点状態を検出する焦点検出系と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項３０】
前記焦点検出系で前記第１マークを検出する際には、前記観察視野内に、前記基板ステージが載置される定盤を位置決めすることを特徴とする請求の範囲２９に記載の露光装置。
【請求項３１】
前記第１マークは、前記マスクマークと、前記マスクステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求の範囲２９に記載の露光装置。
【請求項３２】
前記第１マークは、前記マスクマークと、前記マスクステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求の範囲３０に記載の露光装置。
【請求項３３】
マスクステージ上に載置されているマスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている第１基準部材上に形成された第１基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記第１基準マークとの相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板上に、前記マスク上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、
前記照明ビームを用いて所定のマークを前記観察系を介して検出して、前記所定のマークに対する前記観察系の焦点状態を検出する焦点検出系と、
前記焦点検出系を用いて検出した、前記観察系の、前記第１基準マークに対する焦点状態と、前記マスクステージ上に設けられている第２基準部材上に形成された第２基準マークに対する焦点状態との関係を求め、それを記憶する記憶部と、
前記基板ステージ上に載置されている基板を他の基板に交換する基板交換装置と、
前記記憶部に記憶されている関係と、前記基板交換装置による前記基板の交換動作を行っている間に前記焦点検出系を用いて検出した、前記第２基準マークに対する前記観察系の焦点状態とを用いて、前記観察系の焦点状態を調節する焦点調節系と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項３４】
マスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板上に、前記マスク上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、
前記基準部材には、前記照明ビームに対する反射率が互いに異なる複数の基準マークが形成されていることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、マスク上に形成されたマークと、基板を載置する基板ステージ上に形成されたマークとの相対的な位置関係を検出する位置計測方法に関し、特に、半導体素子や液晶表示素子などのデバイスの製造工程で使用される露光方法及び露光装置に用いられるものに関する。
本出願は、日本国特許出願２０００−３７５７９８号を基礎としており、その内容を本明細書に組み込む。
背景技術
半導体素子、液晶表示素子等の電子デバイスの製造工程では、プロセス処理を行いながら、基板（ウエハやガラスプレートなど）上に多数層の回路パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成する。そのため、露光装置で２層目以降の回路パターンを基板上に露光する際には、マスク（又はレチクル）のパターンと基板上に既に形成されているパターンとの位置合わせ（アライメント）を高精度に行なう必要がある。
このため、基板上には位置合せ用のマークが形成されており、この位置合わせ用マークを露光装置の観察系（アライメントセンサ）で位置計測することで基板上の回路パターンの位置を正確に求めることができる。この場合において、マスクと基板上の回路パターンとの位置関係を直接検出し、マスクを介して基板上の位置合わせ用マークを観察する方法もあるが、一般的には、基板上の位置合わせ用マークの位置のみをアライメントセンサで計測し、マスクの位置は別途計測しておき、両者の正確な位置情報に基づいて両者の相対的な位置関係を調整することにより重ね合わせ露光を行なう方法が採用されている。
マスクの位置を計測する位置計測方法としては、マスク上に形成されたマスクマークから発生したビームを観察系を介して観察し、その観察結果に基づいて行うのが一般的である。
ところで、近年、集積回路の高密度集積化、すなわち回路パターンの微細化に伴い、マスク技術に対する要求が高まっており、様々な特性を有するマスクが用いられるようになっている。
そのため、マスクによっては、マスクマークから発生するビームの強度が弱くなり、マスクマークの像を十分なコントラストで観察できない場合がある。例えば、高反射レチクルと呼ばれるレチクル（マスク）は、一般的な照明ビームに対するマスクマークの反射率が高く、比較的高いコントラストでマスクマークが観察されるのに対し、低反射レチクルあるいはハーフトーンレチクルと呼ばれるレチクル（マスク）は、上記照明ビームに対するマスクマークの反射率が低いために、マスクマークからの反射ビームを用いてマスクマークを観察しようとしても、その反射ビームの強度が弱く、低いコントラストでマスクマークが観察される傾向にある。
観察されるマスクマークのコントラストが低い場合、マーク位置の計測精度の低下を招く恐れがある。さらに、そのマスクマークに対して観察系の焦点状態を調節する際にも誤差が生じやすい。
発明の開示
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたものであり、マスク固有の特性による影響を抑え、マーク位置の計測精度の向上を図ることができる位置計測方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、露光精度を向上させることができる露光方法及びその装置、並びに、形成されるパターンの精度を向上させることができるデバイスの製造方法を提供することにある。
本発明の第一実施態様における位置計測方法は、マスク（Ｒ）上に形成されたマスクマーク（ＲＭ１）と、基板（Ｗ）を載置する基板ステージ（ＷＳＴ）に設けられた基準部材（ＷＦＢ）上に形成された基準マーク（ＷＦＭ１）とを照明ビーム（ＩＬ）で照明し、前記両マーク（ＲＭ１、ＷＦＭ１）から発生したビームを観察系（２２Ａ）を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマーク（ＲＭ１）と前記基準マーク（ＷＦＭ１）との相対的な位置関係を検出する位置計測方法であって、前記基準マーク（ＷＦＭ１）は、前記照明ビーム（ＩＬ）に対する特性が互いに異なる複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）を含み、前記マスクマーク（ＲＭ１）を前記観察系（２２Ａ）の観察視野内に位置決めする第１工程と、前記マスクマーク（ＲＭ１）の前記照明ビーム（ＩＬ）に対する特性に基づいて、前記複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）のうちのいずれかを選択的に前記観察視野内に位置決めする第２工程と、前記第１、第２工程によりそれぞれ位置決めされた前記各マーク（ＲＭ１、ＦＭａまたはＦＭｂ）に対して前記照明ビーム（ＩＬ）を照射し、前記観察系（２２Ａ）で観察した結果に基づいて、前記マスクマーク（ＲＭ１）と前記基準マーク（ＷＦＭ１）との相対的な位置情報を求める第３工程と、を有することを特徴とする。
この位置計測方法によれば、マスク（Ｒ）上のマスクマーク（ＲＭ１）と、基板ステージ（ＷＳＴ）上の基準マーク（ＷＦＭ１）とが、観察系（２２Ａ）の観察視野内に位置決めされ、両マーク（ＲＭ１、ＷＦＭ１）の相対的な位置関係が計測される。このとき、基板ステージ（ＷＳＴ）上の基準マーク（ＷＦＭ１）は、照明ビーム（ＩＬ）に対する特性が互いに異なる複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）からなり、そのいずれかが照明ビーム（ＩＬ）に対するマスクマーク（ＲＭ１）の特性に基づいて上記観察視野内に位置決めされる。そのため、マスクマーク（ＲＭ１）のコントラストが高まるように、観察視野内に位置決めする基準マーク（ＷＦＭ１）を複数（ＦＭａ、ＦＭｂ）の中から選択することにより、マスク固有の特性による影響が抑制され、より高いコントラストでマスクマーク（ＲＭ１）が観察される。したがって、上記相対位置関係を精度よく検出することができる。
この場合において、本発明の第二実施態様におけるように、前記複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）は、ガラスで形成された下地領域上にクロムでマークパターン（ＭＰａ）が形成された第１基準マーク（ＦＭａ）と、クロムで形成された下地領域上にガラスでマークパターン（ＭＰｂ）が形成された第２基準マーク（ＦＭｂ）と、を含むようにしてもよい。これにより、第１基準マーク（ＦＭａ）では、ガラスで形成された下地領域から弱い強度のビームが発生し、クロムで形成されたマークパターン（ＭＰａ）から強いビームが発生する。また、第２基準マーク（ＦＭｂ）では、クロムで形成された下地領域から強いビームが発生し、ガラスで形成されたマークパターン（ＭＰｂ）から弱いビームが発生する。
この場合において、本発明の第三実施態様におけるように、前記第２工程では、前記マスクマーク（ＲＭ１）の反射率が所定の反射率以上の場合には前記第１基準マーク（ＦＭａ）を選択的に前記観察視野内に位置決めし、前記マスクマーク（ＲＭ１）の反射率が前記所定の反射率よりも小さい場合には前記第２基準マーク（ＦＭｂ）を選択的に前記観察視野内に位置決めするとよい。これにより、マスクマーク（ＲＭ１）の反射率が所定の反射率以上の場合には、マスクマーク（ＲＭ１）から強いビームが発生するとともに、第１基準マーク（ＦＭａ）の下地領域から弱いビームが発生するので、高いコントラストでマスクマーク（ＲＭ１）が観察される。一方、マスクマーク（ＲＭ１）の反射率が所定の反射率よりも小さい場合には、マスクマーク（ＲＭ１）から発生するビームは弱いものの、第２基準マーク（ＦＭｂ）の下地領域から強いビームが発生するため、高いコントラストでマスクマーク（ＲＭ１）が観察される。
また、本発明の第四実施態様における位置計測方法は、マスクステージ（ＲＳＴ）上に載置されているマスク（Ｒ）上に形成されたマスクマーク（ＲＭ１）と、基板ステージ（ＷＳＴ）上に設けられている基準部材（ＷＦＢ）上に形成された基準マーク（ＷＦＭ１）とを照明ビーム（ＩＬ）で照明し、前記両マーク（ＲＭ１、ＷＦＭ１）から発生したビームを観察系（２２Ａ）を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマーク（ＲＭ１）と前記基準マーク（ＷＦＭ１）との相対的な位置関係を検出する位置計測方法であって、前記マスクステージ（ＲＳＴ）上の第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）を、前記観察系（２２Ａ）の観察視野内に位置決めする第１工程と、前記マスクステージ（ＲＳＴ）に対して前記基板ステージ（ＷＳＴ）側に配置され、且つ前記観察系（２２Ａ）により前記第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）と共に観察される領域を、前記第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）の前記照明ビーム（ＩＬ）に対する特性に基づいて選択的に前記観察視野内に位置決めする第２工程と、前記第１工程及び前記第２工程後に、前記照明ビーム（ＩＬ）を用いて前記第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）を前記観察系（２２Ａ）を介して検出して、前記第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）に対する前記観察系（２２Ａ）の焦点状態を検出する第３工程と、を有することを特徴とする。
この位置計測方法によれば、マスクステージ（ＲＳＴ）上の第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）と、基板ステージ（ＷＳＴ）上の基準マーク（ＷＦＭ１）とが、観察系（２２Ａ）の観察視野内に位置決めされた後、第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）が検出されて、その第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態が検出される。このとき、観察系（２２Ａ）により第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）と共に観察される基板ステージ（ＷＳＴ）側の領域は、第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）の照明ビーム（ＩＬ）に対する特性に基づいて選択的に観察視野内に位置決めされる。そのため、第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）のコントラストが高まるように、観察視野内に位置決めされる基板ステージ側の領域を選択することにより、マスク固有の特性による影響が抑制され、より高いコントラストで第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）が観察される。したがって、第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態を正確に検出することが可能となる。
この場合において、本発明の第五実施態様におけるように、前記基準マーク（ＷＦＭ１）は、前記照明ビーム（ＩＬ）に対する特性が互いに異なる複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）を備え、前記第２工程において前記観察視野内に位置決めされる領域は、前記複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）のうちのいずれか１つの基準マークであってもよい。この場合、第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）のコントラストが高まるように、照明ビーム（ＩＬ）に対する第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）の特性に基づいて、観察視野内に位置決めする基準マーク（ＷＦＭ１）を複数（ＷＦＭ１、ＷＦＭ２）の中から選択することにより、高いコントラストで第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）が観察される。
この場合において、本発明の第六実施態様におけるように、前記複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）は、ガラスで形成された下地領域上にクロムでマークパターン（ＭＰ１）が形成された第１基準マーク（ＷＦＭ１）と、クロムで形成された下地領域上にガラスでマークパターン（ＭＰｂ）が形成された第２基準マーク（ＷＦＭ２）と、を含むようにしてもよい。この場合、第二実施態様における発明と同様に、第１基準マーク（ＦＭａ）では、ガラスで形成された下地領域から弱い強度のビームが発生し、クロムで形成されたマークパターン（ＭＰａ）から強いビームが発生する。また、第２基準マーク（ＦＭｂ）では、クロムで形成された下地領域から強いビームが発生し、ガラスで形成されたマークパターン（ＭＰｂ）から弱いビームが発生する。
また、本発明の第四または第五実施態様における位置計測方法において、第七実施態様における発明のように、前記第１マークは、前記マスクマーク（ＲＭ１）であることにより、高いコントラストでマスクマーク（ＲＭ１）が観察されて、マスクマーク（ＲＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態が正確に検出される。
また、第四実施態様における位置計測方法において、第八実施態様における発明のように、前記第２工程において前記観察視野内に位置決めされる領域は、前記基板ステージ（ＷＳＴ）が載置される定盤（ＢＳ）であってもよい。これにより、基板（Ｗ）の交換中に、第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態を検出することが可能となる。
また、第八実施態様における位置計測方法において、第九実施態様における発明のように、前記基板ステージ（ＷＳＴ）上に載置される前記基板（Ｗ）の交換動作を実行する際に、前記第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）に対する前記観察系（２２Ａ）の焦点状態の検出動作を行ってもよい。この場合、基板（Ｗ）の交換動作中に、上述した焦点状態の検出動作を行うことにより、スループットの向上を図ることが可能となる。
この場合において、第十実施態様における発明のように、前記第１マークは、前記マスクマーク（ＲＭ１）であることにより、観察視野内にマスクマーク（ＲＭ１）と、定盤（ＢＳ）上の一部領域とが位置決めされ、そのときのマスクマーク（ＲＭ１）の検出結果に基づいて、マスクマーク（ＲＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態が検出される。
また、第九実施態様における位置計測方法において、第十一実施態様における発明のように、前記第１マークは、前記マスクステージ（ＲＳＴ）上に設けられている基準部材（ＲＦＢ）上に形成された基準マーク（ＲＦＭ１）であることにより、観察視野内に基準マーク（ＲＦＭ１）と、定盤（ＢＳ）とが位置決めされ、そのときの基準マーク（ＲＦＭ１）の検出結果に基づいて、基準マーク（ＲＦＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態が検出される。
また、本発明の第一乃至第十一実施態様のうちのいずれか一つにおける位置計測方法において、第十二実施態様における発明のように、前記特性は、前記照明ビーム（ＩＬ）に対する反射率特性を含むとよい。
また、本発明の第十四実施態様における発明は、マスクステージ（ＲＳＴ）上に載置されているマスク（Ｒ）上に形成されたマスクマーク（ＲＭ１）と、基板ステージ（ＷＳＴ）上に設けられている基準部材（ＷＦＢ）上に形成された基準マーク（ＷＦＭ１）とを照明ビーム（ＩＬ）で照明し、前記両マーク（ＲＭ１、ＷＦＭ１）から発生したビームを観察系（２２Ａ）を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマーク（ＲＭ１）と前記基準マーク（ＷＦＭ１）との相対的な位置関係を検出する位置計測方法であって、前記基板ステージ（ＷＳＴ）上に載置されている基板（Ｗ）を他の基板に交換する第１工程と、前記第１工程における前記基板（Ｗ）の交換動作を行っている間に、前記照明ビーム（ＩＬ）を用いて前記マスクステージ（ＲＳＴ）上の第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）を前記観察系（２２Ａ）を介して検出して、前記第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）に対する前記観察系（２２Ａ）の焦点状態を検出する第２工程と、を有することを特徴とする。
この位置計測方法によれば、基板ステージ（ＷＳＴ）上に載置されている基板（Ｗ）を他の基板に交換する間に、第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態の検出することにより、スループットの向上を図ることができる。
この場合において、第十五実施態様における発明のように、前記第１工程は、前記マスクステージ（ＲＳＴ）上に載置されているマスク（Ｒ）を他のマスクに交換するマスク交換動作を伴わずに行われ、前記第２工程は、前記基板（Ｗ）の交換動作が所定回行われる度に実行されるとよい。
また、第十四または第十五実施態様における位置計測方法において、第十六実施態様における発明のように、前記第２工程における前記第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）の検出の際には、前記観察視野内に、前記基板ステージ（ＷＳＴ）が載置される定盤（ＢＳ）を位置決めしてもよい。この場合、観察視野内に第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）と、定盤（ＢＳ）とが位置決めされ、そのときの第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）の検出結果に基づいて、第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態が検出される。
また、第一乃至第十六実施態様のうちのいずれか一つにおける位置計測方法において、第十七実施態様における発明のように、前記第１マークは、前記マスクマーク（ＲＭ１）と、前記マスクステージ（ＲＳＴ）上に設けられている基準部材（ＲＦＢ）上に形成された基準マーク（ＲＦＭ１）とのうちのいずれか一方であってもよい。
また、本発明の第二十実施態様における発明は、マスクステージ（ＲＳＴ）上に載置されているマスク（Ｒ）上に形成されたマスクマーク（ＲＭ１）と、基板ステージ（ＷＳＴ）上に設けられている第１基準部材（ＷＦＢ）上に形成された第１基準マーク（ＷＦＭ１）とを照明ビーム（ＩＬ）で照明し、前記両マーク（ＲＭ１、ＷＦＭ１）から発生したビームを観察系（２２Ａ）を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマーク（ＲＭ１）と前記第１基準マーク（ＷＦＭ１）との相対的な位置関係を検出する位置計測方法であって、前記第１基準マーク（ＷＦＭ１）に前記照明ビーム（ＩＬ）を照射し、前記観察系（２２Ａ）で観察した結果に基づいて、前記第１基準マーク（ＷＦＭ１）に対する前記観察系（２２Ａ）の焦点状態を検出する第１工程と、前記マスクステージ（ＲＳＴ）上に設けられている第２基準部材（ＲＦＢ）上に形成された第２基準マーク（ＲＦＭ１）に前記照明ビーム（ＩＬ）を照明し、前記観察系（２２Ａ）で観察した結果に基づいて、前記第２基準マーク（ＲＦＭ１）に対する前記観察系（２２Ａ）の焦点状態を検出する第２工程と、前記基板ステージ（ＷＳＴ）上に載置されている基板（Ｗ）を他の基板に交換する第３工程と、前記第３工程における前記基板（Ｗ）の交換動作を行っている間に、前記照明ビーム（ＩＬ）を用いて前記第２基準マーク（ＲＦＭ１）を前記観察系（２２Ａ）を介して検出して、前記第２基準マーク（ＲＦＭ１）に対する前記観察系（２２Ａ）の焦点状態を検出する第４工程と、前記第１、第２、第４工程にてそれぞれ検出された前記焦点状態に基づいて、前記観察系（２２Ａ）の焦点状態を調節する第５工程と、を有することを特徴とする。
この位置計測方法によれば、まず、基板ステージ（ＷＳＴ）上の第１基準マーク（ＷＦＭ１）に対して観察系（２２Ａ）の焦点状態を検出する。ここで、マスク（Ｒ）におけるマスクマーク（ＲＭ１）が形成される面と、基板ステージ（ＷＳＴ）上の第１基準マーク（ＷＦＭ１）が形成される面とは共役関係に配置されることから、上述した第１基準マーク（ＷＦＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態の検出は、マスクマーク（ＲＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態の検出に相当する。
次に、マスクステージ（ＲＳＴ）上の第２基準マーク（ＲＦＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態を検出する。これにより、第１基準マーク（ＷＦＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態と、第２基準マーク（ＲＦＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態との関係を求めることが可能となる。
したがって、その後、第２基準マーク（ＲＦＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態を検出することにより、上述した各焦点状態の検出結果に基づいて、その時点におけるマスクマーク（ＲＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態を算出することができることになる。
この場合、焦点状態の算出にあたって、マスクマーク（ＲＭ１）を観察する必要がないことから、マスク（Ｒ）固有の特性による計測精度の低下が回避され、精度よく観察系（２２Ａ）の焦点状態を調節することが可能となる。また、基板（Ｗ）の交換動作を行っている間に、観察系（２２Ａ）の焦点状態の検出を行うことから、スループットの低下が抑制される。
この場合において、第二十一実施態様における発明のように、前記第１工程の検出結果に基づいて前記観察系（２２Ａ）を前記第１基準マーク（ＷＦＭ１）に対して焦点調節した後に、前記第２工程を行うことにより、第１基準マーク（ＷＦＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態と、第２基準マーク（ＲＦＭ１）に対する観察系（２２Ａ）の焦点状態との関係を容易に求めることができる。
また、第二十または第二十一実施態様における位置計測方法において、第二十二実施態様における発明のように、前記第１工程で検出された前記焦点状態と、前記第２工程で検出された前記焦点状態との間の関係を求める第６工程を更に有し、前記第５工程では、前記第６工程で求められた前記関係と、前記第４工程で検出された前記焦点状態とに基づいて、前記観察系（２２Ａ）の焦点状態を調節するとよい。
また、第二十三実施態様における発明は、露光方法であって、第一乃至第二十二実施態様のうちのいずれか一つに記載の位置計測方法を用いて計測された前記相対的な位置関係に基づいて、前記基板（Ｗ）を露光位置に位置決めし、前記位置決めされた基板（Ｗ）上に、前記マスク（Ｒ）上のパターンを転写することを特徴とする。
この露光方法によれば、上記相対的な位置関係が精度よく検出されることから、その位置関係に基づいて基板（Ｗ）を精度よく位置決めし、露光精度の向上を図ることが可能となる。
また、第二十四実施態様における発明は、デバイス製造方法であって、第二十三実施態様における露光方法を用いて、前記マスク（Ｒ）上に形成されたデバイスパターンを前記基板（Ｗ）上に転写する工程を含むことを特徴とする。
このデバイス製造方法によれば、露光精度の向上により、形成されるパターンの精度の向上を図ることが可能となる。
また、第二十五実施態様における発明は、マスク（Ｒ）上に形成されたマスクマーク（ＲＭ１）と、基板（Ｗ）を載置する基板ステージ（ＷＳＴ）上に設けられた基準部材（ＷＦＢ）上に形成された基準マーク（ＷＦＭ１）とを照明ビーム（ＩＬ）で照明し、前記両マーク（ＲＭ１、ＷＦＭ１）から発生したビームを観察系（２２Ａ）を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマーク（ＲＭ１）と前記基準マーク（ＷＦＭ１）との相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板（Ｗ）上に、前記マスク（Ｒ）上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、前記基準マーク（ＷＦＭ１）は、前記照明ビーム（ＩＬ）に対する特性が互いに異なる複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）を含み、前記マスクマーク（ＲＭ１）を前記観察系（２２Ａ）の観察視野内に位置決めする第１駆動系（２６Ａ）と、前記マスクマーク（ＲＭ１）の前記照明ビーム（ＩＬ）対する特性に基づいて、前記複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）のうちのいずれかを選択的に前記観察視野内に位置決めする第２駆動系（２５）と、前記第１、第２駆動系（２６Ａ、２５）によりそれぞれ位置決めされた前記各マーク（ＲＭ１、ＦＭａまたはＦＭｂ）に対して前記照明ビーム（ＩＬ）を照射し、前記観察系（２２Ａ）で観察した結果に基づいて、前記マスクマーク（ＲＭ１）と前記基準マーク（ＷＦＭ１）との相対的な位置情報を求める算出部（１３）と、を有することを特徴とする。
この露光装置により、第一実施態様における位置計測方法を実施することができる。
また、第二十六実施態様における発明は、マスクステージ（ＲＳＴ）上に載置されているマスク（Ｒ）上に形成されたマスクマーク（ＲＭ１）と、基板ステージ（ＷＳＴ）上に設けられている基準部材（ＷＦＢ）上に形成された基準マーク（ＷＦＭ１）とを照明ビーム（ＩＬ）で照明し、前記両マーク（ＲＭ１、ＷＦＭ１）から発生したビームを観察系（２２Ａ）を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマーク（ＲＭ１）と前記基準マーク（ＷＦＭ１）との相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板（Ｗ）上に、前記マスク（Ｒ）上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、前記基準マーク（ＷＦＭ１）は、前記照明ビーム（ＩＬ）に対する特性が互いに異なる複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）を含み、前記マスクマーク（ＲＭ１）を、前記観察系（２２Ａ）の観察視野内に位置決めする第１駆動系（２６Ａ）と、前記マスクマーク（ＲＭ１）の前記照明ビーム（ＩＬ）に対する特性に基づいて、前記複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）のうちのいずれかを選択的に前記観察視野内に位置決めする第２駆動系（２５）と、前記第１、第２駆動系（２６Ａ、２５）による位置決め後に、前記照明ビーム（ＩＬ）を用いて前記マスクマーク（ＲＭ１）を前記観察系（２２Ａ）を介して検出して、前記マスクマーク（ＲＭ１）に対する前記観察系（２２Ａ）の焦点状態を検出する焦点検出系（７０）と、を有することを特徴とする。
この露光装置により、第五実施態様における位置計測方法を実施することができる。
また、第二十九実施態様における発明は、マスクステージ（ＲＳＴ）上に載置されているマスク（Ｒ）上に形成されたマスクマーク（ＲＭ１）と、基板ステージ（ＷＳＴ）上に設けられている基準部材（ＷＦＢ）上に形成された基準マーク（ＷＦＭ１）とを照明ビーム（ＩＬ）で照明し、前記両マーク（ＲＭ１、ＷＦＭ１）から発生したビームを観察系（２２Ａ）を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマーク（ＲＭ１）と前記基準マーク（ＷＦＭ１）との相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板（Ｗ）上に、前記マスク（Ｒ）上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、前記基板ステージ（ＷＳＴ）上に載置されている基板（Ｗ）を他の基板に交換する基板交換装置と、前記基板交換装置による前記基板（Ｗ）の交換動作を行っている間に、前記照明ビーム（ＩＬ）を用いて前記マスクステージ（ＲＳＴ）上の第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）を前記観察系（２２Ａ）を介して検出して、前記第１マーク（ＲＭ１またはＲＦＭ１）に対する前記観察系（２２Ａ）の焦点状態を検出する焦点検出系（７０）と、を有することを特徴とする。
この露光装置により、第十四実施態様における位置計測方法を実施することができる。
また、第三十三実施態様における発明は、マスクステージ（ＲＳＴ）上に載置されているマスク（Ｒ）上に形成されたマスクマーク（ＲＭ１）と、基板ステージ（ＷＳＴ）上に設けられている第１基準部材（ＷＦＢ）上に形成された第１基準マーク（ＷＦＭ１）とを照明ビーム（ＩＬ）で照明し、前記両マーク（ＲＭ１、ＷＦＭ１）から発生したビームを観察系（２２Ａ）を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマーク（ＲＭ１）と前記第１基準マーク（ＷＦＭ１）との相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板（Ｗ）上に、前記マスク（Ｒ）上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、前記照明ビーム（ＩＬ）を用いて所定のマークを前記観察系（２２Ａ）を介して検出して、前記所定のマークに対する前記観察系（２２Ａ）の焦点状態を検出する焦点検出系（７０）と、前記焦点検出系（７０）を用いて検出した、前記観察系（２２Ａ）の、前記第１基準マーク（ＷＦＭ１）に対する焦点状態と、前記マスクステージ（ＲＳＴ）上に設けられている第２基準部材（ＲＦＢ）上に形成された第２基準マーク（ＲＦＭ１）に対する焦点状態との関係を求め、それを記憶する記憶部（１３）と、前記基板ステージ（ＷＳＴ）上に載置されている基板（Ｗ）を他の基板に交換する基板交換装置と、前記記憶部（１３）に記憶されている関係と、前記基板交換装置による前記基板（Ｗ）の交換動作を行っている間に前記焦点検出系（７０）を用いて検出した、前記第２基準マーク（ＲＦＭ１）に対する前記観察系（２２Ａ）の焦点状態とを用いて、前記観察系（２２Ａ）の焦点状態を調節する焦点調節系（５５）と、を有することを特徴とする。
この露光装置により、第二十実施態様における位置計測方法を実施することができる。
また、第三十四実施態様における発明は、マスク（Ｒ）上に形成されたマスクマーク（ＲＭ１）と、基板ステージ（ＷＳＴ）上に設けられている基準部材（ＷＦＢ）上に形成された基準マーク（ＷＦＭ１）とを照明ビーム（ＩＬ）で照明し、前記両マーク（ＲＭ１、ＷＦＭ１）から発生したビームを観察系（２２Ａ）を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマーク（ＲＭ１）と前記基準マーク（ＷＦＭ１）との相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板（Ｗ）上に、前記マスク（Ｒ）上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、前記基準部材（ＷＦＢ）には、前記照明ビーム（ＩＬ）に対する反射率が互いに異なる複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）が形成されていることを特徴とする。
この露光装置によれば、照明ビーム（ＩＬ）に対する反射率が互いに異なる複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）が形成された基準部材（ＷＦＢ）を備えるので、照明ビーム（ＩＬ）に対するマスクマーク（ＲＭ１）の特性に基づいて、その複数の基準マーク（ＦＭａ、ＦＭｂ）のうちのいずれかを上記観察視野内に位置決めすることにより、マスク（Ｒ）固有の特性による影響を抑え、より高いコントラストでマスクマーク（ＲＭ１）を観察し、上記相対位置関係を精度よく検出することが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図２は、本実施例に好ましく用いられる半導体デバイス製造用の縮小投影型露光装置１０の構成を概略的に示している。この投影露光装置１０は、マスクとしてのレチクルＲ上に形成されたパターンをステップアンドスキャン方式（スリット状のパターンを投影中に、マスクと感光基板とを互いに逆方向に同期移動させることにより、マスクパターンを基板上に投影露光する方式）により投影光学系ＰＬを介して感光基板としてのウエハＷのショット領域に投影する縮小投影型の走査露光装置（スキャン露光装置）である。
この投影露光装置１０は、光源１２を含む照明系１１、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持する基板ステージとしてのウエハステージＷＳＴ、一対の観察手段としてのレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂ、ウエハアライメントセンサ２７、メインフォーカス検出系（６０ａ，６０ｂ）及び制御系等を備えている。
照明系１１は、例えばエキシマレーザから成る光源１２、ビーム整形用レンズ及びオプチカルインテグレータ（フライアイレンズ）等を含む照度均一化光学系１６、照明系開口絞り板（レボルバ）１８、リレー光学系２０、不図示のレチクルブラインド、折り曲げミラー３７及び不図示のコンデンサレンズ系等を含む。ここで、この照明系１１の構成各部についてその作用とともに説明すると、光源１２から射出された照明ビームＩＬ（エキシマレーザ光（ＫｒＦ、ＡｒＦ）等）は、照度均一化光学系１６によって光束の一様化、スペックルの低減化等が行われる。ここで、光源１２のレーザパルスの発光は後述する主制御装置１３によって制御されるようになっている。なお、光源１２として、超高圧水銀ランプを用いても良く、この場合には、ｇ線、ｉ線等の紫外域の輝線が照明ビームとして用いられるとともに、不図示のシャッタの開閉が主制御装置１３によって制御されることになる。
照度均一化光学系１６の出口部分には、円板状部材から成る照明系開口絞り板１８が配置されている、この照明系開口絞り板１８には、ほぼ等角度間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための開口絞り、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り（いずれも図示省略）等が配置されている。この照明系開口絞り板１８は、主制御装置１３により制御されるモータ等の駆動系２４により回転駆動されるようになっており、これによりいずれかの開口絞りが照明ビームＩＬの光路上に選択的に設定される。
照明系開口絞り板１８の後方の照明ビームＩＬの光路上には、不図示のブラインドを介在させてリレー光学系２０が設置されている。ブラインドの設置面はレチクルＲと共役関係にある。リレー光学系２０後方の照明ビームＩＬの光路上には、このリレー光学系２０を通過した照明ビームＩＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラー３７が配置され、このミラー３７後方の照明ビームＩＬの光路上には不図示のコンデンサレンズが配置されている。このため、リレー光学系２０を通過する際に、照明ビームＩＬは、不図示のブラインドでレチクルＲの照明領域が規定（制限）された後、ミラー３７で垂直下方に折り曲げられて不図示のコンデンサレンズを介してレチクルＲの上記照明領域内のパターン領域ＰＡを均一な照度で照明する。
レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴ上に載置され、不図示のバキュームチャック等を介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、水平面（ＸＹ平面）内で２次元移動可能に構成されており、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴに載置された後、レチクルＲのパターン領域ＰＡの中心点が光軸ＡＸと一致するように位置決めが行なわれる。こうしたレチクルステージＲＳＴの位置決め動作は、主制御装置１３によって不図示の駆動系が制御されることにより行われる。また、レチクルＲの初期設定のためのレチクルアライメントについては、後に詳述する。なお、レチクルＲは図示しないレチクル交換装置により適宜交換されて使用される。
ここで、図３に、レチクルアライメント等に用いられるレチクルＲ上のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の構成例を示す。レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２は、レチクルＲの下方に配される面におけるパターン領域の外側に設けられており、例えばパターンジェネレータやＥＢ露光装置といった装置により、設計データを基にしてレチクルＲの母材であるガラス板上に転写され、クロムからなる遮光部として所定の形状に形成されている。
図２に戻り、投影光学系ＰＬは、両側テレセントリックな光学配置になるように配置された共通のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する複数枚のレンズエレメントから構成されている。また、この投影光学系ＰＬとしては、投影倍率が例えば１／４又は１／５のものが使用されている。このため、上述したように、照明ビームＩＬによりレチクルＲ上の照明領域が照明されると、そのレチクルＲのパターン面に形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって表面にレジスト（感光材）が塗布されたウエハＷ上に縮小投影され、ウエハＷ上の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。但し、図２では、説明の都合上、ウエハＷ上にレチクルパターン像が結像する露光時の状態以外の場合が示されている。
ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方に配設された定盤（ステージ定盤ＢＳ）上に載置されている。このウエハステージＷＳＴは、実際には水平面（ＸＹ面）内を２次元移動可能なＸＹステージと、このＸＹステージ上に搭載され光軸方向（Ｚ方向）に微動可能なＺステージ等から構成されるが、図２ではこれらが代表的にウエハステージＷＳＴとして示されている。以下の説明中では、このウエハステージＷＳＴは、駆動系２５によってステージ定盤ＢＳの上面に沿ってＸＹ２次元方向に駆動されるとともに微小範囲（例えば１００μｍ程度）内で光軸ＡＸ方向にも駆動されるようになっているものとする。なお、ステージ定盤ＢＳの表面は、平坦に加工されており、且つ低反射率の物質（黒クロム等）により一様にめっき加工が施されている。
また、このウエハステージＷＳＴ上にウエハホルダ５２を介してウエハＷが真空吸着等によって固定されている。ウエハステージＷＳＴの２次元的な位置は、このウエハステージＷＳＴ上に固定された移動鏡５３を介してレーザ干渉計５６によって所定の分解能（例えば１ｎｍ程度）の分解能で常時検出され、このレーザ干渉計５６の出力が主制御装置１３に与えられている。そして、主制御装置１３によって駆動系２５が制御され、このような閉ループの制御系により、例えば、ウエハステージＷＳＴはウエハＷ上の１つのショット領域に対するレチクルＲのパターンの転写露光（スキャン露光）が終了すると、次のショットに対する露光開始位置までステッピングされる。また、すべてのショット位置に対する露光が終了すると、ウエハＷは不図示のウエハ交換装置によって他のウエハＷに交換される。なお、ウエハ交換装置は、ウエハステージＷＳＴから外れた位置に配置され、ウエハＷの受け渡しを行うウエハローダ等のウエハ搬送系を備えて構成されている。
また、ウエハＷ面のＺ方向の位置は、メインフォーカス検出系により測定される。メインフォーカス検出系としては、投影光学系ＰＬの結像面に向けてピンホールまたはスリットの像を形成するための結像光束もしくは平行光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射光学系６０ａと、その結像光束もしくは平行光束のウエハＷ表面（又は後述する基準板ＷＦＢ表面）での反射光束を受光する受光光学系６０ｂとから成る斜入射光式の焦点検出系が用いられており、受光光学系６０ｂからの信号が主制御装置１３に供給されている。そして、主制御装置１３では受光光学系６０ｂからの信号に基づき、常に投影光学系ＰＬの最良結像面にウエハＷの面が来るように駆動系２５を介してウエハＷのＺ位置を制御する。
また、ウエハステージＷＳＴ上には、後述するレチクルアライメント及びベースライン計測のためのウエハ基準マーク（ウエハフィデューシャルマーク）ＷＦＭ１，ＷＦＭ２，及びＷＦＭ３等の各種の基準マークが形成された基準板ＷＦＢが設けられている。この基準板ＷＦＢの表面位置（Ｚ方向の位置）はウエハＷの表面位置とほぼ同一とされている。
ここで、基準板ＷＦＢ上に形成されたウエハ基準マークＷＦＭ１の構成例を図４に示す。ウエハ基準マークＷＦＭ１は、上述した照明ビームＩＬに対する反射率特性が互いに異なる複数（ここでは２つ）のマークを含んでいる。具体的には、ガラスで形成された下地領域上にクロムでマークパターンＭＰａが形成された第１基準マークＦＭａと、クロムで形成された下地領域上にガラスでマークパターンＭＰｂが形成された第２基準マークＦＭｂとからなる。マークパターンＭＰａとマークパターンＭＰｂとは、上述したように材質は異なるものの、互いに同一形状に形成され、所定の方向（例えばＹ方向）に所定の距離を互いに離間して基準板ＷＦＢ上に配置されている。後述するレチクルアライメント及びベースラインの計測では、これらの複数の基準マークＦＭａ，ＦＭｂのうちのいずれかが選択的にレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの観察視野内に位置決めされて観察される。また、他のウエハ基準マークＷＦＭ２及びＷＦＭ３についてもこれと同様の構成となっており、それらに含まれるマークパターンＭＰａとマークパターンＭＰｂとの相対的な位置関係（離間方向や離間距離）は、ウエハ基準マークＷＦＭ１に含まれるものと同じである。なお、本実施例では、ウエハ基準マークＷＦＭ１〜ＷＦＭ３が形成された基準板ＷＦＢをウエハステージＷＳＴ上に設けているが、この基準板ＷＦＢは、ステージ定盤上ＢＳであれば他の位置（例えばウエハホルダ５２上や移動鏡５３上等）にあってもよい。
図２に戻り、ウエハアライメントセンサ２７としては、ここでは、検出基準となる指標を備え、その指標を基準としてウエハＷ上のウエハアライメントマーク又は基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭの位置を検出する例えば特開平４−６５６０３号公報等で公知の画像処理方式の結像式センサが用いられている。このウエハアライメントセンサ２７の検出値も主制御装置１３に供給されるようになっている。なお、ウエハアライメントセンサとして、例えば特開平１０−１４１９１５号公報等で公知のレーザスキャン式センサや、レーザ干渉式センサ等の他の方式のものを用いても構わない。
一方のレチクルアライメント顕微鏡２２Ａは、プリズム２８Ａ、半透鏡３０Ａ及び観察系３２Ａを備えている。このレチクルアライメント顕微鏡２２Ａは、ケースにより一体化され、駆動系２６Ａによって図２の矢印Ａ、Ａ’方向に移動自在に構成されている。主制御装置１３では、後述するレチクルアライメントやベースライン計測を行なう際には、当該レチクルアライメント顕微鏡２２Ａを駆動系２６Ａを介して矢印Ａ方向に駆動して図２に示される位置に位置決めし、レチクルアライメントやベースライン計測が終了すると、露光の際に邪魔にならないように、駆動系２６Ａを介して矢印Ａ’方向に駆動して所定の退避位置に退避させる。
また、他方のレチクルアライメント顕微鏡２２Ｂは、同様に、プリズム２８Ｂ、半透鏡３０Ｂ及び観察光学系３２Ｂを備え、ケースにより一体化され、駆動系２６Ｂによって図２の矢印Ｂ、Ｂ’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顕微鏡２２Ｂも、同様に、主制御装置１３により、後述するレチクルアライメントやベースライン計測を行なう際に、図２に示される位置に位置決めされ、レチクルアライメントやベースライン計測が終了すると、所定の退避位置に退避されるようになっている。なお、本実施例では、ミラー３７、プリズム２８を介して、レチクルアライメント顕微鏡２２で検出用照明として使用する露光光（照明ビームＩＬ）を導いているが、本発明はこれに限らず、例えば照明ビームをミラー等で分岐させた後、光ファイバを用いてレチクルアライメント顕微鏡２２内に導き、後述する結像光学系４０、半透鏡３０を介してレチクルＲ上に照射するように構成しても良い。このように構成すれば、プリズム２８は不要となり、また駆動系２６は顕微鏡２２全体を退避位置へ移動するのではなく、半透鏡３０Ａ（３０Ｂ）のみを図２中の矢印Ｃ’（Ｄ’）の方向に駆動して所定の退避位置へ退避させるだけで済むようになる。
ここで、一方のレチクルアライメント顕微鏡２２Ａの構成、作用等について、図５に基づいて詳細に説明する。図５には、図２の投影光学系ＰＬ、基準板ＷＦＢ、及びレチクルアライメント顕微鏡２２Ａが拡大して示されている。この図２に示されるように、プリズム２８Ａは、照明ビームＩＬをレチクルＲ上のレチクルマークＲＭ１上に導くためのものである。これは、レチクルマークはパターン領域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、照明系の負荷、照度の無駄を無くすため、通常照明領域より照明ビームＩＬの一部の光束（以下、この光束を便宜上「ＩＬ１」と呼ぶものとする）を導くようにしたものである。
この光束ＩＬ１の光路上に、半透鏡３０Ａが配置されており、プリズム２８Ａにより導かれた光束ＩＬ１は半透鏡３０Ａ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を介して基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭ１を照明する。レチクルマークＲＭ１、ウエハ基準マークＷＦＭ１からの反射光は、半透鏡３０Ａでそれぞれ反射され、それらの反射光束は、観察系３２Ａに入射する。
観察系３２Ａは、結像光学系４０、半透鏡５１、レンズ４９、瞳分割プリズム５０、及びＣＣＤセンサ４２を含んで構成されている。
このうち、結像光学系４０、半透鏡５１及びＣＣＤセンサ４２によって、レチクルマークＲＭ１、ウエハ基準マークＷＦＭ１の像を検出する検出光学系が構成される。すなわち、上述したように、半透鏡３０Ａでそれぞれ反射されたレチクルマークＲＭ１、ウエハ基準マークＷＦＭ１部分からの反射光束は、半透鏡５１を透過して結像光学系４０の最良結像面（焦点位置）にそれぞれ結像される。この場合、レチクルパターン面と基準板ＷＦＢ面とは元々共役関係に設定されているので、レチクルパターン面とＣＣＤセンサ４２の受光面とが共役であるものとすれば、ＣＣＤセンサ４２の受光面にマークＲＭ１、ＷＦＭ１の像が最良の結像状態でそれぞれ結像し、ＣＣＤセンサ４２によってマークＲＭ１、ＷＦＭ１が光電検出される。従って、主制御装置１３（図２参照）では、このＣＣＤセンサ４２の出力（レチクルアライメント顕微鏡２２Ａの出力）に基づいてマークＲＭ１、ＷＦＭ１の像の相対位置を検出する。
結像光学系４０としては、ここでは、焦点距離を可変とできる光学系、すなわち所謂内焦式の光学系が用いられている。また、半透鏡５１を介してレチクルマークＲＭの像をＣＣＤセンサ４８上に再結像させるレンズ４９、このレンズ４９とＣＣＤセンサ４８との間の瞳面に設けられた瞳分割プリズム５０、ＣＣＤセンサ４８等によって、結像光学系４０の焦点ずれを検出する焦点ずれ検出手段としての焦点検出系７０が構成されている。この焦点検出系７０は、露光用照明ビームＩＬを焦点位置の検出用の検出光束として使用するものである。この焦点検出系７０では、レチクルマークＲＭからの反射光束は、瞳分割プリズム５０で二分割された後、ＣＣＤセンサ４８の受光面に結像する。このとき、結像光学系４０の焦点位置がずれると、分割された２光束のＣＣＤセンサ４８上での結像位置の間隔が変化する。主制御装置１３では、この間隔の変化に基づいて主制御装置１３で焦点ずれを検出する。従って、主制御装置１３では、このＣＣＤセンサ４８の出力に基づいて結像光学系４０の焦点ずれを測定し、駆動系５４を介して結像光学系４０内部の不図示のレンズ群を駆動することでその結像光学系４０の焦点をレチクルパターン面とＣＣＤセンサ４２の受光面に合せることができることができるようになっている。この場合、主制御装置１３では、ＣＣＤセンサ４８上での結像位置の間隔が常に一定になるように、結像光学系４０内部のレンズ群を駆動することにより、ＣＣＤセンサ４２に焦点位置を一致させる。つまり、焦点検出系７０、主制御装置１３、及び駆動系５４等により、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点状態を調節する焦点調節系５５が構成される。
他方のレチクルアライメント顕微鏡２２Ｂを構成するプリズム２８Ｂ、半透過鏡３０Ｂ及び観察光学系３２Ｂも上記レチクルアライメント顕微鏡２２Ａと同様の構成及び機能を備えており、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭ２、ウエハ基準マークＷＭ２の相対位置ずれを、結像光学系の焦点ずれのない状態で検出する。
制御系は、図２中、主制御装置１３によって主に構成される。主制御装置１３は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はミニコンピュータ）によって構成され、露光動作が的確に行われるように、レチクルＲとウエハＷの位置合わせ、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を統括して制御する。また、主制御装置１３は、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点位置の調整を上述の如くして行なう他、装置全体を統括制御する。
次に、上述のようにして構成される本実施形態の露光装置１０による重ね合わせ露光時の動作について、特にベースライン計測に伴う動作について図６のフローチャート等を参照して説明する。
前提として、レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが載置され、ウエハＷ上にはそれまでの工程で、既にパターンが形成されており、このパターンとともに不図示のウエハアライメントマークも形成されているものとする。
まず、主制御装置１３では、予め定められた設計値に基づいて、駆動系２６Ａ、２６Ｂを介して、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂを移動させ、その観察視野内にレチクルＲ上のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２を位置決めする（ステップ１００）。
また、主制御装置１３では、予め定められた設計値に基づいて、基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２の中心点が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置するように、レーザ干渉計５６の出力をモニタしつつウエハステージＷＳＴを移動させる。このとき、主制御装置１３では、照明ビームＩＬ（光束ＩＬ１）に対するレチクルＲの反射率特性に基づいて、駆動系２５を介して、各ウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２に含まれる複数の基準マークＦＭａ，ＦＭｂ（図４参照）のうちのいずれかを選択的にレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの観察視野内に位置決めする（ステップ１０１）。
具体的には、例えば高反射レチクル（例えば、マークの反射率が３０パーセント程度）など、レチクルステージＲＳＴに載置されているレチクルＲ上のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の反射率が所定の反射率以上の場合には、駆動系２５はウエハステージＷＳＴを移動させて、複数の基準マークＦＭａ，ＦＭｂのうちの第１基準マークＦＭａをその観察視野内に選択的に位置決めする。また逆に、例えば低反射レチクル（例えば、マークの反射率が５〜１０％程度）やハーフトーンレチクル（例えば、マークの反射率が５〜１０％程度）など、レチクルステージＲＳＴに載置されているレチクルＲのレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の反射率が所定の反射率よりも小さい場合には、駆動系２５は、第２基準マークＦＭｂをその観察視野内に選択的に位置決めする。なお、選択基準となる反射率は、レチクルマークとウエハ基準マークとを同時に観察したときに、レチクルマークのコントラストが高くなるように設定される。また、反射率特性など、レチクル固有の特性に関する情報は、各レチクルごとに対応づけて主制御装置１３に予め記憶されている。上記レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂが位置決めされた状態が図２、図５に示されている。
そして、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂを用いて、照明ビームＩＬをレチクルＲ上に導くとともに、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２及び基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２を同時に観察する。このとき、図１に示すように、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭ１、ＲＭ２の反射率が高く、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの観察視野内に第１基準マークＦＭａが配される場合には、反射ビームとして、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２から比較的強いビームが発生するとともに、第１基準マークＦＭａにおけるガラスの下地領域からは比較的強度の弱いビームが発生する。そのため、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２から発生したビームは明るく観察され、ウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２の下地領域から発生したビームはレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２よりも暗く観察される。これにより、高いコントラストでレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２が観察される。また逆に、図１に示すように、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の反射率が低く、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの観察視野内に第２基準マークＦＭｂが配される場合には、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２から発生する反射ビームの強度は比較的弱いものの、第２基準マークＦＭｂにおけるクロムの下地領域から比較的強いビームが発生する。そのため、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２から発生したビームは暗く観察され、ウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２の下地領域から発生したビームはレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２よりも明るく観察される。つまり、この場合においても、高いコントラストでレチクルマークＲＭ、ＲＭ２が観察される。
続いて、主制御装置１３では、上述した焦点調節系５５によりレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２に対するレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点状態の調節を行うとともに、メインフォーカス検出系（６０ａ，６０ｂ）によりウエハステージＷＳＴ上のウエハ基準マークＷＭ３に対する投影光学系ＰＬの焦点状態を調節する（ステップ１０２）。
次に、主制御装置１３では、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２とウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２とを同時に観察した結果に基づいて、両マークＲＭ１、ＷＦＭ１の相対的な位置関係、及び両マークＲＭ２、ＷＦＭ２の相対的な位置関係を計測する（ステップ１０３）。なお、レチクルＲの初期設定として、この相対的位置関係の計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬに対するレチクルＲの位置決め、すなわちレチクルアライメントを行うことができる。
また、主制御装置１３では、この相対位置計測と同時に、ウエハアライメントセンサ２７を用いて基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭ３を観察し、ウエハ基準マークＷＦＭ３とウエハアライメントセンサ２７の指標との相対位置関係を計測する。基準板ＷＦＢ上のウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３は、予め定められた設計上の位置関係に正確に従った位置にそれぞれ形成されているため、設計上の配置情報と以上の動作により求められた相対位置関係とから、主制御装置１３では基準板ＷＦＢを介してレチクルＲのパターンの投影位置とウエハアライメントセンサ２７の指標との相対距離（所謂ベースライン量）を算出することができる（ベースライン計測、ステップ１０４）。
その後、主制御装置１３では、ウエハＷ上の複数ショット領域に付設されたウエハアライメントマークの位置をウエハアライメントセンサ２７を用いて順次計測し、いわゆるＥＧＡ（エンハンストグローバルアライメント）の手法により、ウエハＷ上の全てのショット配列データを求め、この配列データに従って、ウエハＷ上のショット領域を順次投影光学系ＰＬの真下（露光位置）に順次位置決めしつつ、光源１２のレーザ発光を制御して、いわゆるステップアンドリピート方式で露光を行なう（ステップ１０５）。なお、ＥＧＡ等については、特開昭６１−４４４２９号公報等で公知であるから、ここでは詳細な説明は省略する。
このように、本実施例によれば、照明ビームＩＬ（光束ＩＬ１）に対するレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の反射率特性に基づいて、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２と同時に観察されるウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２として、反射率が互いに異なる複数の基準マークＦＭａ，ＦＭｂの中から選択することにより、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２から発生するビームの強度が弱い場合など、種々のレチクルＲに対応して、高いコントラストでレチクルマークＲＭ１、ＲＭ２を観察することができる。したがって、レチクルＲ固有の特性による影響を抑え、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２とウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２との相対的な位置関係を精度よく計測し、ウエハＷを露光位置に正確に位置決めすることができる。
なお、先の図１に示したように、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの観察視野内に配置するマークを、基準マークＦＭａとした場合と、基準マークＦＭｂとした場合とでは、観察されるレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の明暗が反転するために、その撮像信号の処理方法が変化するが、主制御装置１３では、複数の基準マークＦＭａ，ＦＭｂのいずれかを選択した結果に基づいて信号処理することによりこれに対応する。また、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の反射率特性に基づいて、複数の基準マークＦＭａ，ＦＭｂのうちのいずれかを選択する方法として、レチクルＲの特性を検出する検出装置を設け、その検出装置による特性の検出結果に基づいて、上記選択を行うようにしてもよく、あるいは、複数の基準マークＦＭａ，ＦＭｂのそれぞれに対してレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２ＢによるレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の検出を行い、そのときのレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２のコントラストを比較して上記選択を行うようにしてもよい。また、複数の基準マークＦＭａ，ＦＭｂの形状やその数は、図４に示したものに限らない。
ところで、主制御装置１３では、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２とウエハ基準マークＷＦＭとの相対位置関係の計測を行う際、上述した焦点調節系５５により、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２に対して、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂを構成する結像光学系４０の焦点状態の調節（以後、ＲＡ−ＡＦと称する）を行う（図６に示すステップ１０２）。上述したように、本実施例では、レチクル固有の特性によらず、種々のレチクルＲに対応して、高いコントラストでレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２を観察可能であることから、このＲＡ−ＡＦにおいても、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点状態を正確に検出し、精度よく焦点の調整を実施することができる。なお、このＲＡ−ＡＦ動作は、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２に対する焦点状態を調節するものであることから、次に説明するように、ウエハステージＷＳＴ上の基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２は必ずしも観察しなくてよい。
図７に示すフローチャートは、ウエハステージＷＳＴ上の基準マークＷＦ１，ＷＦ２の代わりに、ウエハステージＷＳＴが載置されるステージ定盤ＢＳの表面をレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの観察領域内に位置決めする、ＲＡ−ＡＦ動作の手順の一例を示している。
すなわち、図７に示すフローチャートにおいて、主制御装置１３では、駆動系２６Ａ，２６Ｂを介して、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂを移動させ、その観察視野内にレチクルＲ上のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２を位置決めするとともに（ステップ１５０）、駆動系２５を介して、投影光学系ＰＬ下方でステージ定盤ＢＳの表面が露出するようにウエハステージＷＳＴを移動させる（ステップ１５１）。そして、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂを用いて、照明ビームＩＬをレチクルＲに照射して、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２と、ステージ定盤ＢＳの表面とを同時に観察する。ステージ定盤ＢＳの表面は、通常、黒クロム等のめっき処理が施されており、照明ビームＩＬに対する反射率は極めて低い。そのため、図８に示すように、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２から発生したビームはステージ定盤ＢＳの表面よりも明るく観察される。続いて、主制御装置１３では、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの観察視野内にレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２とステージ定盤ＢＳの表面とを位置決めした状態で、焦点調節系５５によりレチクルマークＲＭに対するレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点状態の調節を行う（ステップ１５２）。
ここで、焦点調節系５５によるＲＡ−ＡＦ動作は、前述したメインフォーカス検出系（６０ａ，６０ｂ）の焦点調節動作に比べて時間を費やす。そのため、上述したように、ウエハステージＷＳＴ上のウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２の代わりに、ステージ定盤ＢＳの表面をレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの観察領域内に位置決めすることにより、ウエハステージＷＳＴに載置されるウエハＷの交換動作を実行する間に、ＲＡ−ＡＦ動作を行い、スループットの低下を抑制することができる。なお、ウエハステージＷＳＴ上のウエハ基準マークＷＭ３に対する投影光学系ＰＬの焦点状態の調節は、ウエハＷの交換動作後、メインフォーカス検出系（６０ａ，６０ｂ）により実施することができる。
また、このＲＡ−ＡＦ動作は、例えば、レチクルＲの初期設定のためのレチクルアライメント時（レチクル交換時）、及び、ベースライン計測時において行われる。初期設定において調節したレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点状態を、ベースライン計測時において再度調節するのは、次の理由からである。すなわち、上述したように、露光時に邪魔にならないようにレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂを退避させるため、その移動により、例えば半透鏡３０Ａ，３０Ｂの位置や角度にずれが生じてレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点状態が変動する恐れがあるためである。したがって、ＲＡ−ＡＦ動作は、任意のタイミングで実施される。すなわち、ウエハＷを１枚交換する度にＲＡ−ＡＦを行ってもよく、所定枚数交換する度にＲＡ−ＡＦを行ってもよい。
また、図７に示したＲＡ−ＡＦ動作では、ウエハＷの交換動作中に実施することが可能であるため、スループットの向上を図れるという利点がある。しかしながら、レチクルＲによっては、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２からのビームの強度が弱く、焦点状態の検出精度の低下を招く可能性がある。そこで、次に説明するように、ＲＡ−ＡＦ動作において、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２を観察しないようにしてもよい。
図９に示すフローチャートは、レチクル上のレチクルマークの代わりに、レチクルステージ上に設けられている基準板上に形成されたレチクル用の基準マーク（レチクルフィデューシャルマーク）を観察して、ＲＡ−ＡＦを行う場合の手順の一例を示している。
ここで、図１０に、レチクルステージＲＳＴに設けられたレチクル用の基準板ＲＦＢの様子を示す。基準板ＲＦＢは、例えば高反射レチクルに用いられるものと同じ材質の透明な部材からなり、レチクルステージＲＳＴ上でレチクルＲから離間した位置に固定されている。基準板ＲＦＢにおいて、レチクル用の基準マーク（レチクル基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２）が形成される面は、レチクルＲのパターン面とほぼ同一面とされる。また、レチクル基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２は、母材であるガラス板上にクロムからなる遮光部として形成され、その形状はレチクルＲに形成されている先の図３に示したレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２と同一形状とされている。なお、基準板ＲＦＢの材質は、前述した照明ビームＩＬに対するレチクル基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２の反射率が高くなるように選定されている。
図９のフローチャートに戻り、主制御装置１３では、まず、駆動系２５を介してウエハステージＷＳＴを移動させ、ウエハステージＷＳＴ上のウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２をレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの観察視野内に位置決めし、ウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２に照明ビームＩＬを照射する。そして、焦点検出系７０により、レチクルＲを介して、ウエハステージＷＳＴ上のウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２に対してレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点ずれ（Ｆ１）を検出する（ステップ１６０）。ここで、前述したように、レチクルＲにおけるレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２が形成される面（レチクルパターン面）と、ウエハステージＷＳＴ上のウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２，ＷＦ３が形成される基準板ＷＦＢ面とは元々共役関係に設定されている。そのため、ウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２に対するレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点ずれの検出は、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２に対するレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点ずれの検出に相当する。
続いて、主制御装置１３では、上述した焦点ずれの検出結果に基づいて、焦点調節系５５により、ウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２に対して、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点状態を調節する（ステップ１６１）。このとき、上述したように、ウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２に対するレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点ずれの検出は、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２に対するレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点ずれの検出に相当することから、レチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点状態が、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２に対して調整されることになる。
このように、レチクルＲを介して、ウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２を観察することにより、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２に対してレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点状態を調節することができる。しかしながら、前述したように、焦点調節系５５によるＲＡ−ＡＦ動作は、比較的時間を費やすために、スループット低減の観点から、このステップ１６０及びステップ１６１は、ロット先頭のウエハを扱う場合に限定し、他のロット途中のウエハを扱う場合には、上述したステージ定盤ＢＳの表面観察を利用したＲＡ−ＡＦ動作を実施するのが好ましい。
そこで、主制御装置１３では、次に説明するように、ロット先頭のウエハを扱う場合に焦点調節した状態を、レチクル基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２を基準として記憶しておき、他のウエハを扱う場合には、レチクル基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２に対して焦点状態を検出することで、ウエハ交換動作中に、ＲＡ−ＡＦ動作を実施してもよい。
すなわち、主制御装置１３では、ステップ１６１においてウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２に対してレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点状態を調節した状態のまま、不図示の駆動系を介して、レチクルステージＲＳＴを移動させ、レチクルステージＲＳＴ上に設けられている基準板ＲＦＢ上に形成されたレチクル基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２をレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの観察視野内に位置決めする。そして、レチクル基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２に照明ビームＩＬを照射し、焦点検出系７０により、レチクルステージＲＳＴ上のレチクル基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２に対してレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点ずれ（Ｆ２）を検出する（ステップ１６２）。また、主制御装置１３では、ステップ１６０で検出された、ウエハ基準マークＷＦＭ１，ＷＦＭ２に対するレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点ずれ（Ｆ１）と、ステップ１６２で検出されたレチクル基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２に対するレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点ずれ（Ｆ２）との差分（Ｆ３＝Ｆ１−Ｆ２）を求め、その差分を焦点ずれのオフセット量として主制御装置１３内の記憶部に記憶する（ステップ１６３）。
次に、主制御装置１３では、不図示のウエハ交換装置により、ウエハステージＷＳＴ上に載置されているウエハＷを他のウエハＷに交換している間（ステップ１６４）に、再び、不図示の駆動系を介して、レチクルステージＲＳＴを移動させ、レチクル基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２をレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの観察視野内に位置決めし、レチクル基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２に対してレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点ずれ（Ｆ４）を検出する（ステップ１６５）。
そして、主制御装置１３では、このレチクル基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２に対するレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点ずれ（Ｆ４）に、ステップ１６３で記憶されたオフセット量（Ｆ３）を加えることにより、現時点における、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２に対するレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点ずれ（Ｆ４＋Ｆ３）を算出し、その算出結果に基づいて、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２に対するレチクルアライメント観察系２２Ａ，２２Ｂの焦点状態を調節する（ステップ１６６）。
このように、図９のフローチャートに示したＲＡ−ＡＦ動作では、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２を観察することがない。そのため、レチクルＲ固有の特性による計測精度の低下が回避され、精度よくＲＡ−ＡＦ動作を実施することができる。なお、図９のフローチャートでは、ステップ１６３において焦点ずれのオフセット量を予め算出して記憶しているが、図１１のフローチャートに示すように、このオフセット量の算出動作を省略して、ウエハ交換中にレチクル基準マークＲＦＭ１，ＲＦＭ２に対するレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点ずれ（Ｆ４）を算出した後に、その時点のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２に対するレチクルアライメント顕微鏡２２Ａ，２２Ｂの焦点ずれ（Ｆ４＋Ｆ１−Ｆ２）を算出し、上記焦点状態の調節を行う（ステップ１７５）ようにしてもよい。また、図９あるいは図１１のフローチャートに示した手順と、先に示した図７のフローチャートに示した手順とを組み合わせてＲＡ−ＡＦ動作を行ってもよい。
なお、上述した実施例において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。本発明は、以下のような変更をも含むものとする。
例えば、上記実施例では、露光用の照明ビームをレチクルアライメント用の照明ビームに用いているが、レチクルアライメント用の照明ビームのための光源を新たに設けるようにしてもよい。この場合、その新たな照明ビームに対するレチクルマークの反射率特性に基づいて、レチクルアライメント顕微鏡の観察視野内に配置されるウエハステージ上の領域を定めるようにするとよい。
また、本発明に係る位置計測方法は、露光が正確に行われたかどうかを評価するための位置ずれ計測や、パターン像が描画されているフォトマスクの描画精度の計測にも適用できる。
また、ウエハやレチクル、基準板などに形成されるマークの数や配置位置、及び形状は任意に定めてよい。特にウエハマークは各ショット領域に少なくとも１つ設ければよいし、あるいはショット領域毎にウエハマークを設けずにウエハ上の複数点にそれぞれウエハマークを形成しておくだけでもよい。また、基板上のマークは１次元マーク及び２次元マークのいずれでもよい。
また、本発明が適用される露光装置は、露光用照明ビームに対してマスク（レチクル）と基板（ウエハ）とをそれぞれ相対移動する走査露光方式（例えば、ステップ・アンド・スキャン方式など）に限られるものではなく、マスクと基板とをほぼ静止させた状態でマスクのパターンを基板上に転写する静止露光方式、例えばステップ・アンド・リピート方式などでもよい。さらに、基板上で周辺部が重なる複数のショット領域にそれぞれパターンを転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置などに対しても本発明を適用することができる。また、投影光学系ＰＬは縮小系、等倍系、及び拡大系のいずれでもよいし、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれでもよい。さらに、投影光学系を用いない、例えばプロキシミティ方式の露光装置などに対しても本発明を適用できる。
また、本発明が適用される露光装置は、露光用照明光としてｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ２、レーザ光、及びＡｒ２、レーザ光などの紫外光だけでなく、例えばＥＵＶ光、Ｘ線、あるいは電子線やイオンビームなどの荷電粒子線などを用いてもよい。さらに、露光用光源は水銀ランプやエキシマレーザだけでなく、ＹＡＧレーザ又は半導体レーザなどの高調波発生装置、ＳＯＲ、レーザプラズマ光源、電子銃などでもよい。
また、本発明が適用される露光装置は、半導体デバイス製造用に限られるものではなく、液晶表示素子、ディスプレイ装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、及びＤＮＡチップなどのマイクロデバイス（電子デバイス）製造用、露光装置で用いられるフォトマスクやレチクルの製造用などでもよい。
また、本発明は露光装置だけでなく、デバイス製造工程で使用される他の製造装置（検査装置などを含む）に対しても適用することができる。
また、上述したウエハステージやレチクルステージにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。さらに、ステージの駆動系として平面モータを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（定盤、ベース）に設ければよい。
また、ウエハステージの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
また、レチクルステージの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およ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。
また、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行う工程、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作する工程、シリコン材料からウエハを製造する工程、前述した露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理工程、デバイス組み立て工程（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査工程等を経て製造される。
産業上の利用可能性
第一実施態様から第二十二実施態様における位置計測方法によれば、照明ビームに対するマスクマークの特性に基づいて、基板ステージ側に形成された複数の基準マークのうちのいずれかをマスクマークと同じ観察視野内に選択的に位置決めすることにより、観察されるマスクマークのコントラスト低下が抑制される。したがって、マスク固有の特性に対する依存性を抑え、計測精度の向上を図ることができる。
また、第二十三実施態様における露光方法及び第二十五実施態様から第三十四実施態様における露光装置によれば、精度よく計測された位置情報に基づいて、基板を露光位置に位置決めすることにより、露光精度を向上させることができる。
また、第二十四実施態様におけるデバイス製造方法によれば、露光精度の向上により、形成されるパターンの精度が向上したデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明に係る位置計測方法を示す図である。
図２は本発明に係る露光装置の概略構成を示す図である。
図３はレチクルマークを示す平面図である。
図４はウエハ基準マークを示す平面図である。
図５は図２の主要部を拡大して示す図である。
図６は露光装置の動作の手順を示すフローチャート図である。
図７はレチクルアライメントにおける焦点調節動作の手順をの一例を示すフローチャート図である。
図８はステージ定盤を下地として、レチクルマークを観察した様子を示す図である。
図９はレチクルアライメントにおける焦点調節動作の手順の他の例を示すフローチャート図である。
図１０は基準板が設けられたレチクルステージの様子を示す図である。
図１１はレチクルアライメントにおける焦点調節動作の手順の他の例を示すフローチャート図である。
【図１】
2002049083.tif 000003
【図２】
2002049083.tif 000004
【図３】
2002049083.tif 000005
【図４】
2002049083.tif 000006
【図５】
2002049083.tif 000007
【図６】
2002049083.tif 000008
【図７】
2002049083.tif 000009
【図８】
2002049083.tif 000010
【図９】
2002049083.tif 000011
【図１０】
2002049083.tif 000012
【図１１】
2002049083.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成14年7月8日(2002.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
削除
【請求項２】
削除
【請求項３】
削除
【請求項４】
マスクステージ上に載置されているマスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置関係を検出する位置計測方法であって、
前記マスクステージ上の第１マークを、前記観察系の観察視野内に位置決めする第１工程と、
前記マスクステージに対して前記基板ステージ側に配置され、且つ前記観察系により前記第１マークと共に観察される領域を、前記第１マークの前記照明ビームに対する特性に基づいて選択的に前記観察視野内に位置決めする第２工程と、
前記第１工程及び前記第２工程後に、前記照明ビームを用いて前記第１マークを前記観察系を介して検出して、前記第１マークに対する前記観察系の焦点状態を検出する第３工程と、を有することを特徴とする位置計測方法。
【請求項５】
前記基準マークは、前記照明ビームに対する特性が互いに異なる複数の基準マークを備え、
前記第２工程において前記観察視野内に位置決めされる領域は、前記複数の基準マークのうちのいずれか１つの基準マークであることを特徴とする請求の範囲４に記載の位置計測方法。
【請求項６】
前記複数の基準マークは、ガラスで形成された下地領域上にクロムでマークパターンが形成された第１基準マークと、クロムで形成された下地領域上にガラスでマークパターンが形成された第２基準マークと、を含むことを特徴とする請求の範囲５に記載の位置計測方法。
【請求項７】
前記第１マークは、前記マスクマークであることを特徴とする請求の範囲５に記載の位置計測方法。
【請求項８】
前記第２工程において前記観察視野内に位置決めされる領域は、前記基板ステージが載置される定盤であることを特徴とする請求の範囲４に記載の位置計測方法。
【請求項９】
前記基板ステージ上に載置される前記基板の交換動作を実行する際に、前記第１マークに対する前記観察系の焦点状態の検出動作を行うことを特徴とする請求の範囲８に記載の位置計測方法。
【請求項１０】
前記第１マークは、前記マスクマークであることを特徴とする請求の範囲９に記載の位置計測方法。
【請求項１１】
前記第１マークは、前記マスクステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークであることを特徴とする請求の範囲９に記載の位置計測方法。
【請求項１２】
前記特性は、前記照明ビームに対する反射率特性を含むことを特徴とする請求の範囲１に記載の位置計測方法。
【請求項１３】
前記特性は、前記照明ビームに対する反射率特性を含むことを特徴とする請求の範囲４に記載の位置計測方法。
【請求項１４】
マスクステージ上に載置されているマスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置関係を検出する位置計測方法であって、
前記基板ステージ上に載置されている基板を他の基板に交換する第１工程と、
前記第１工程における前記基板の交換動作を行っている間に、前記照明ビームを用いて前記マスクステージ上の第１マークを前記観察系を介して検出して、前記第１マークに対する前記観察系の焦点状態を検出する第２工程と、を有することを特徴とする位置計測方法。
【請求項１５】
前記第１工程は、前記マスクステージ上に載置されているマスクを他のマスクに交換するマスク交換動作を伴わずに行われ、
前記第２工程は、前記基板の交換動作が所定回行われる度に実行されることを特徴とする請求の範囲１４に記載の位置計測方法。
【請求項１６】
前記第２工程における前記第４マークの検出の際には、前記観察視野内に、前記基板ステージが載置される定盤を位置決めすることを特徴とする請求の範囲１４に記載の位置計測方法。
【請求項１７】
前記第１マークは、前記マスクマークと、前記マスクステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求の範囲１に記載の位置計測方法。
【請求項１８】
前記第１マークは、前記マスクマークと、前記マスクステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求の範囲４に記載の位置計測方法。
【請求項１９】
前記第１マークは、前記マスクマークと、前記マスクステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求の範囲１４に記載の位置計測方法。
【請求項２０】
マスクステージ上に載置されているマスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている第１基準部材上に形成された第１基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記第１基準マークとの相対的な位置関係を検出する位置計測方法であって、
前記第１基準マークに前記照明ビームを照射し、前記観察系で観察した結果に基づいて、前記第１基準マークに対する前記観察系の焦点状態を検出する第１工程と、
前記マスクステージ上に設けられている第２基準部材上に形成された第２基準マークに前記照明ビームを照明し、前記観察系で観察した結果に基づいて、前記第２基準マークに対する前記観察系の焦点状態を検出する第２工程と、
前記基板ステージ上に載置されている基板を他の基板に交換する第３工程と、
前記第３工程における前記基板の交換動作を行っている間に、前記照明ビームを用いて前記第２基準マークを前記観察系を介して検出して、前記第２基準マークに対する前記観察系の焦点状態を検出する第４工程と、
前記第１、第２、第４工程にてそれぞれ検出された前記焦点状態に基づいて、前記観察系の焦点状態を調節する第５工程と、を有することを特徴とする位置計測方法。
【請求項２１】
前記第１工程の検出結果に基づいて前記観察系を前記第１基準マークに対して焦点調節した後に、前記第２工程を行うことを特徴とする請求の範囲２０に記載の位置計測方法。
【請求項２２】
前記第１工程で検出された前記焦点状態と、前記第２工程で検出された前記焦点状態との間の関係を求める第６工程を更に有し、
前記第５工程では、前記第６工程で求められた前記関係と、前記第４工程で検出された前記焦点状態とに基づいて、前記観察系の焦点状態を調節することを特徴とする請求の範囲２１に記載の位置計測方法。
【請求項２３】
請求の範囲１乃至２２のうちのいずれか一項に記載の位置計測方法を用いて計測された前記相対的な位置関係に基づいて、前記基板を露光位置に位置決めし、
前記位置決めされた基板上に、前記マスク上のパターンを転写することを特徴とする露光方法。
【請求項２４】
請求の範囲２３に記載の露光方法を用いて、前記マスク上に形成されたデバイスパターンを前記基板上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項２５】
削除
【請求項２６】
マスクステージ上に載置されているマスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板上に、前記マスク上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、
前記基準マークは、前記照明ビームに対する特性が互いに異なる複数の基準マークを含み、
前記マスクマークを、前記観察系の観察視野内に位置決めする第１駆動系と、
前記マスクマークの前記照明ビームに対する特性に基づいて、前記複数の基準マークのうちのいずれかを選択的に前記観察視野内に位置決めする第２駆動系と、
前記第１、第２駆動系による位置決め後に、前記照明ビームを用いて前記マスクマークを前記観察系を介して検出して、前記マスクマークに対する前記観察系の焦点状態を検出する焦点検出系と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２７】
前記特性は、前記照明ビームに対する反射率特性を含むことを特徴とする請求の範囲２５に記載の露光装置。
【請求項２８】
前記特性は、前記照明ビームに対する反射率特性を含むことを特徴とする請求の範囲２６に記載の露光装置。
【請求項２９】
マスクステージ上に載置されているマスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板上に、前記マスク上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、
前記基板ステージ上に載置されている基板を他の基板に交換する基板交換装置と、
前記基板交換装置による前記基板の交換動作を行っている間に、前記照明ビームを用いて前記マスクステージ上の第１マークを前記観察系を介して検出して、前記第１マークに対する前記観察系の焦点状態を検出する焦点検出系と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項３０】
前記焦点検出系で前記第１マークを検出する際には、前記観察視野内に、前記基板ステージが載置される定盤を位置決めすることを特徴とする請求の範囲２９に記載の露光装置。
【請求項３１】
前記第１マークは、前記マスクマークと、前記マスクステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求の範囲２９に記載の露光装置。
【請求項３２】
前記第１マークは、前記マスクマークと、前記マスクステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求の範囲３０に記載の露光装置。
【請求項３３】
マスクステージ上に載置されているマスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている第１基準部材上に形成された第１基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記第１基準マークとの相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板上に、前記マスク上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、
前記照明ビームを用いて所定のマークを前記観察系を介して検出して、前記所定のマークに対する前記観察系の焦点状態を検出する焦点検出系と、
前記焦点検出系を用いて検出した、前記観察系の、前記第１基準マークに対する焦点状態と、前記マスクステージ上に設けられている第２基準部材上に形成された第２基準マークに対する焦点状態との関係を求め、それを記憶する記憶部と、
前記基板ステージ上に載置されている基板を他の基板に交換する基板交換装置と、
前記記憶部に記憶されている関係と、前記基板交換装置による前記基板の交換動作を行っている間に前記焦点検出系を用いて検出した、前記第２基準マークに対する前記観察系の焦点状態とを用いて、前記観察系の焦点状態を調節する焦点調節系と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項３４】
マスク上に形成されたマスクマークと、基板ステージ上に設けられている基準部材上に形成された基準マークとを照明ビームで照明し、前記両マークから発生したビームを観察系を用いて観察し、その観察結果に基づいて前記マスクマークと前記基準マークとの相対的な位置関係を検出し、その相対位置関係に基づいて位置決めされた基板上に、前記マスク上に形成されたパターンを転写する露光装置であって、
前記基準部材には、前記照明ビームに対する反射率が互いに異なる複数の基準マークが形成されていることを特徴とする露光装置。
【国際調査報告】
2002049083.tif 000014
2002049083.tif 000015