JP2002190439A

JP2002190439A - 位置計測方法及びその装置、露光方法及びその装置、並びにデバイス製造方法

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Publication number: JP2002190439A
Application number: JP2000389010A
Authority: JP
Inventors: Naohito Kondo; 尚人近藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2002-07-05

Abstract

(57)【要約】【課題】マークに対する光学系の焦点状態をより正確
に調節し、マークの位置情報を精度よく計測することが
できる位置計測方法及びその装置を提供する。【解決手段】マークを光学系の視野内に位置決めする
間に、物体に対する光学系の焦点状態を検出する第１工
程と、この第１工程の検出結果に基づいて物体の表面に
対する光学系の焦点状態を調節する第２工程とを複数回
繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体上に形成され
たマークの位置に関する位置情報を計測する位置計測方
法及びその装置に係り、特に、半導体素子等のデバイス
を製造するための露光装置に用いられる位置計測方法及
びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子等のデバイス
の製造工程では、フォトマスク（あるいはレチクル）上
に形成されたパターンの像を感光材が塗布された基板
（ウエハやガラスプレートなど）上の所定のショット領
域に転写する露光装置が使用されている。露光装置で
は、例えば２層目以降のパターンの像を基板上に転写す
る際、既に回路パターンが形成された基板上のショット
領域とこれから露光するレチクルのパターンとを正確に
重ね合わせるための二次元方向の基板の位置決め（アラ
イメント）を行う。

【０００３】アライメントは、通常、基板上に形成され
たマークの位置に関する位置情報に基づいて行われる。
例えば、特開昭６１−４４４２９号公報に開示されてい
るＥＧＡ（エンハンスド・グローバル・アライメント）
法に代表されるグローバル・アライメントでは、一の感
光基板内の数ケのショット領域におけるマークを、アラ
イメント用の光学系を介してそれぞれ光電検出し、その
検出結果に基づいて各マークの二次元方向の位置をそれ
ぞれ計測する。そして、その位置計測の結果に基づい
て、統計的手法を用いて、所定の二次元座標軸上におけ
る一の基板内の全てのショット領域の配列座標を算出
し、その算出した配列座標に基づいて基板の位置決めを
行う。グローバル・アライメントは、ステージの二次元
方向の位置決め精度の高さとショット領域の配列座標の
線形性とが十分に保証されることを利用したアライメン
ト方法であり、計測点数が少ないために高スループット
化を図りやすいという利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したマ
ークの位置情報の計測に際しては、通常、マークに対す
るアライメント用の光学系の焦点状態の調節、いわゆる
アライメントＡＦが行われる。このアライメントＡＦ
は、本来、アライメント用の光学系の視野内に検出対象
のマークを配置し、そのマークに対する光学系の焦点状
態を実際に光電検出して行うのが好ましいが、近年、ス
ループットの向上を図ることを目的として、このアライ
メントＡＦを、光学系の視野内にマークを配置するため
の基板の移動中に行う場合がある。

【０００５】基板の移動中にアライメントＡＦを行う場
合、マークとは異なる箇所を光電検出して光学系の焦点
状態を検出する。そのため、その検出結果には誤差が含
まれることになる。通常、この検出誤差は、マークの二
次元方向の位置計測に対して許容される範囲内に収ま
る。しかしながら、近年、デバイスパターンの高精細化
や、スループット向上に伴う基板の移動スピードの高速
化などにより、上述した検出誤差が大きくなる傾向にあ
り、マークに対する光学系の焦点調節の精度が低下する
恐れがある。

【０００６】本発明は、上述する事情に鑑みてなされた
ものであり、マークに対する光学系の焦点状態をより正
確に調節し、マークの位置情報を精度よく計測すること
ができる位置計測方法及びその装置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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、所定の光学系（２５）の光
軸方向と直交する方向に物体（Ｗ）を移動させて、前記
物体（Ｗ）上に形成されたマーク（ＷＭ）を前記光学系
（２５）の視野内に位置決めし、前記光学系（２５）を
介して前記マーク（ＷＭ）の位置に関する位置情報を計
測する位置計測方法において、前記物体（Ｗ）に対する
前記光学系（２５）の焦点状態を検出する第１工程と、
前記第１工程の検出結果に基づいて前記物体（Ｗ）の表
面に対する前記光学系（２５）の焦点状態を調節する第
２工程とを有し、前記マーク（ＷＭ）を前記光学系（２
５）の視野内に位置決めする間に、前記第１工程と前記
第２工程とを複数回繰り返すことを特徴とする。この位
置計測方法では、物体（Ｗ）に対する光学系（２５）の
焦点状態を検出する工程と、その検出結果に基づいて物
体（Ｗ）の表面に対する光学系（２５）の焦点状態を調
節する工程とを複数回繰り返すことにより、より正確に
上記焦点状態が調節される。すなわち、焦点状態を検出
する２回目以降の工程では、事前に光学系（２５）の焦
点状態が調節されていることから、その前の回に比べて
検出誤差が小さくなる。そのため、その検出結果に基づ
いて、より正確に焦点状態を調節することが可能とな
る。

【０００８】この場合において、前記焦点状態が検出さ
れる前記物体（Ｗ）上の領域は、前記第１工程と前記第
２工程とを繰り返す毎に前記マーク（ＷＭ）に近づくよ
うにするとよい。この場合、上記両工程を繰り返す毎
に、焦点状態を検出する物体（Ｗ）上の領域がマーク
（ＷＭ）に近づく。そのため、マーク（ＷＭ）に近い位
置でウエハ（Ｗ）表面を検出することにより、光学系
（２５）の焦点状態を、マーク（ＷＭ）に対してより正
確に検出することが可能となる。

【０００９】また、請求項１または請求項２に記載の位
置計測方法において、請求項３に記載の発明のように、
前記物体（Ｗ）の表面に関する情報に基づいて、前記第
１工程と前記第２工程との繰り返し回数を定めてもよ
く、あるいは、請求項４に記載の発明のように、前記焦
点状態の検出結果に基づいて、前記第１工程と前記第２
工程との繰り返し回数を定めてもよい。この場合、上記
情報や上記検出結果に基づいて、上記工程の繰り返し回
数の下限を定めることにより、スループットの低下を抑
制しつつ、焦点状態の調節精度の向上を図ることが可能
となる。

【００１０】また、請求項１または請求項２に記載の位
置計測方法において、請求項５に記載の発明のように、
前記物体（Ｗ）とほぼ同一形状に形成される他の物体の
表面に関する情報を検出した結果に基づいて、前記第１
工程と前記第２工程との繰り返し回数を定めてもよく、
あるいは、前記物体（Ｗ）とほぼ同一形状に形成される
他の物体に対して前記焦点状態を検出した結果に基づい
て、前記第１工程と前記第２工程との繰り返し回数を定
めてもよい。この場合、他の物体に対する上記検出結果
に基づいて、上記工程の繰り返し回数を容易に定めるこ
とができる。

【００１１】また、請求項１乃至請求項６のうちのいず
れか一項に記載の位置計測方法において、請求項７に記
載の発明のように、前記物体（Ｗ）上には前記位置情報
を計測すべき前記マーク（ＷＭ）が複数形成されてお
り、前記複数のマーク（ＷＭ）のそれぞれに対して、前
記第１工程と前記第２工程との繰り返し回数を定めても
よい。この場合、物体（Ｗ）上の複数のマーク（ＷＭ）
のそれぞれに対して上記両工程の繰り返し回数を定める
ことにより、各マーク（ＷＭ）のそれぞれに対して確実
に光学系（２５）の焦点状態を調節することが可能とな
る。

【００１２】また、請求項１乃至請求項７のうちのいず
れか一項に記載の位置計測方法において、請求項８に記
載の発明のように、複数回の前記焦点状態の検出結果に
基づいて、前記焦点状態の調整に対する補正値を算出
し、該算出結果を用いて前記焦点状態を調整してもよ
い。この場合、上記補正値を用いることにより、焦点状
態をより正確に調節することが可能となる。

【００１３】また、請求項９に記載の発明は、露光方法
であって、前記物体は、マスク（Ｒ）上に形成されたパ
ターンが転写される基板（Ｗ）であり、請求項１乃至請
求項８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位置情報に基づいて、前記基板
（Ｗ）を露光位置に位置決めし、前記マスク（Ｒ）を照
明することにより、前記位置決めされた基板（Ｗ）上
に、前記パターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して転
写することを特徴とする。この露光方法によれば、上記
マーク（ＷＭ）の位置に関する位置情報が精度よく計測
されることから、その位置情報に基づいて基板（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。

【００１４】この場合において、請求項１１に記載の発
明のように、前記位置情報は、前記投影光学系（ＰＬ）
を介さずに計測されてもよい。

【００１５】また、請求項１１に記載の発明は、デバイ
ス製造方法であって、請求項９または請求項１０に記載
の露光方法を用いて、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。

【００１６】また、上記本発明の位置計測方法は、所定
の光学系（２５）の光軸方向と直交する方向に物体
（Ｗ）を移動させて、前記物体（Ｗ）上に形成されたマ
ーク（ＷＭ）を前記光学系（２５）の視野内に位置決め
する駆動系（３２）を有し、前記光学系（２５）を介し
て前記マーク（ＷＭ）の位置に関する位置情報を計測す
る位置計測装置において、前記物体（Ｗ）に対する前記
光学系（２５）の焦点状態を検出する焦点検出系（７
０）と、前記焦点検出系（７０）の検出結果に基づいて
前記物体（ＷＭ）の表面に対する前記光学系（２５）の
焦点状態を調節する焦点調節系（７１）とを有し、前記
駆動系（３２）により前記マーク（ＷＭ）を前記光学系
（２５）の視野内に位置決めする間に、前記焦点検出系
（７０）による前記焦点状態の検出と、前記焦点調節系
（７１）による前記焦点状態の調節とを複数回繰り返す
ことを特徴とする請求項１２に記載の位置計測装置によ
り実施することができる。

【００１７】また、上記本発明の露光方法は、前記物体
は、マスク上に形成されたパターンが転写される基板
（Ｗ）であり、請求項１２に記載の位置計測装置を用い
て計測された前記位置情報に基づいて、前記基板（Ｗ）
を露光位置に位置決めし、前記マスク（Ｒ）を照明する
ことにより、前記位置決めされた基板（Ｗ）上に、前記
パターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して転写するこ
とを特徴とする請求項１３に記載の露光装置により実施
することができる。

【００１８】この場合において、請求項１４に記載の発
明のように、前記位置計測装置は、前記投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介さずに前記位置情報を計測してもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】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１
０の構成を概略的に示している。この露光装置１０は、
マスクとしてのレチクルＲと基板としてのウエハＷとを
逆方向に同期移動させつつ、レチクルＲに形成された回
路パターンを、ウエハＷ上の各ショット領域に転写す
る、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装
置、いわゆるスキャニング・ステッパである。まず、こ
の露光装置１０の全体構成について以下説明する。

【００２０】この露光装置１０は、不図示の露光用光源
からのエネルギービーム（照明ビームＩＬ）によりレチ
クルＲを照明する照明系２１、レチクルＲを保持するレ
チクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出される照明
ビームＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウ
エハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、観察手段とし
てのレチクルアライメント系２４及びウエハアライメン
ト系２５、メインフォーカス検出系（２６ａ，２６
ｂ）、及び装置全体を統括的に制御する主制御ユニット
２７等を含んで構成されている。

【００２１】照明系２１は、例えばエキシマレーザから
成る光源、ビーム整形用レンズ及びオプチカルインテグ
レータ（フライアイレンズ）等を含む照度均一化光学
系、照明系開口絞り板（レボルバ）、リレー光学系、不
図示のレチクルブラインド、折り曲げミラー及び不図示
のコンデンサレンズ系等を含んで構成され、光源からの
照明ビームＩＬを、レチクルＲ上の所定の照明領域内に
均一な照度分布で照射する。

【００２２】投影光学系ＰＬは、両側テレセントリック
な光学配置になるように配置された共通の光軸ＡＸを有
する複数枚のレンズエレメントから構成されている。ま
た、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。ここで、投影光学系
ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向をＺ方向とし、光軸ＡＸに
垂直な平面内でレチクルＲと照明領域との相対走査の方
向（紙面に平行な方向）をＸ方向、これに直交する方向
をＹ方向、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な軸線を中
心とする回転方向をθ方向とする。

【００２３】レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴ上
に載置され、不図示のバキュームチャック等を介して吸
着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、水平面
（ＸＹ平面）内で２次元移動可能に構成されており、レ
チクルＲがレチクルステージＲＳＴに載置された後、レ
チクルＲのパターン領域ＰＡの中心点が光軸ＡＸと一致
するように位置決めが行なわれる。こうしたレチクルス
テージＲＳＴの位置決め動作は、主制御ユニット２７に
よって不図示の駆動装置が制御されることにより行われ
る。なお、レチクルＲは図示しないレチクル交換装置に
より適宜交換されて使用される。

【００２４】ウエハステージＷＳＴは、水平面（ＸＹ
面）内を２次元移動可能なＸＹステージ３０と、このＸ
Ｙステージ３０上に搭載され光軸方向（Ｚ方向）に微動
可能なＺステージ３１等から構成される。また、ウエハ
ステージＷＳＴは、駆動装置３２によってＸＹ２次元方
向に駆動されるとともに微小範囲（例えば１００μｍ程
度）内で光軸ＡＸ方向にも駆動される。このウエハステ
ージＷＳＴ上にウエハホルダ３３を介してウエハＷが真
空吸着等によって固定されている。ウエハステージＷＳ
Ｔ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３４を介してレーザ干渉計３５によっ
て所定の分解能（例えば１ｎｍ程度）の分解能で常時検
出され、このレーザ干渉計３５の出力が主制御ユニット
２７に与えられている。そして、主制御ユニット２７に
よって駆動装置３２が制御され、このような閉ループの
制御系により、例えば、ウエハステージＷＳＴはウエハ
Ｗ上の１つのショット領域に対するレチクルＲのパター
ンの転写露光（スキャン露光）が終了すると、次のショ
ットに対する露光開始位置までステッピングされる。ま
た、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。

【００２５】また、ウエハＷ表面のＺ方向の位置は、メ
インフォーカス検出系により測定される。メインフォー
カス検出系としては、投影光学系ＰＬの結像面に向けて
ピンホール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２６ａと、その結像光束もしくは平
行光束のウエハＷ表面（又は後述する基準板ＷＦＢ表
面）での反射光束を受光する受光光学系２６ｂとから成
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２６ｂからの信号が主制御ユニット２７に供給されて
いる。主制御ユニット２７では受光光学系２６ｂからの
信号に基づき、常に投影光学系ＰＬの最良結像面にウエ
ハＷの面が来るように駆動装置３２を介してウエハＷの
Ｚ位置を制御する。

【００２６】さらに、ウエハステージＷＳＴ上には、後
述するベースライン計測のためのウエハ基準マーク（ウ
エハフィデューシャルマーク）ＷＦＭが形成された基準
板ＷＦＢが設けられている。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。

【００２７】レチクルアライメント系２４としては、こ
こでは、レチクルＲ上に形成されたレチクルマークＲＭ
と、Ｚステージ３１上に設けられたウエハ基準マークＷ
ＦＭとを同時に検出する、いわゆるＴＴＲ方式（スルー
・ザ・レチクル方式）の光学系が用いられる。レチクル
Ｒは、レチクルアライメント系２４で計測されるレチク
ルマークＲＭの位置情報（Ｘ座標、Ｙ座標）に基づい
て、レチクルＲの中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと合
致するようにアライメントされる。なお、レチクルマー
クＲＭとレチクルＲの中心との距離は設計上予め定まっ
た値であり、この値を投影光学系ＰＬの投影倍率に基づ
いて演算処理することにより、投影光学系ＰＬの像面側
（ウエハ側）におけるレチクルマークＲＭの投影点と投
影光学系ＰＬの中心との距離が算出される。この距離
は、ウエハＷ上の各ショット領域を投影光学系ＰＬの視
野内に配するときの補正値として用いられる。

【００２８】ウエハアライメント系２５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上のウエハマークＷＭ又は基準板ＷＦＢ上の
ウエハ基準マークＷＦＭの位置を検出する画像処理方式
の結像式センサ、いわゆるＦＩＡ（Field Image Alignm
ent)方式のアライメント系が用いられている。また、こ
のアライメント系２５は、投影光学系ＰＬを介すること
なくウエハステージ上のマーク（基準マークＷＦＭやウ
エハＷ上のマーク）を計測する、いわゆるオフアクシス
アライメント系である。

【００２９】ここで、ウエハアライメント系２５の構
成、作用等について、図３に基づいて説明する。ウエハ
Ｗ上のフォトレジストに対して非感光性のブロードバン
ドな照明ビームが光ファイバ５１から射出され、この光
束がレンズ系５２を介してビームスプリッタ５３に入射
する。ビームスプリッタ５３によって反射された光束
は、レンズ５４、ビームスプリッタ５５、対物レンズ５
６、及びプリズムミラー５７を介して、ウエハＷ上の所
定領域（例えばウエハマークが形成された領域）を照明
する。ウエハＷの表面で反射した光束は、プリズムミラ
ー５７で反射され、対物レンズ５６、ビームスプリッタ
５５、レンズ５４を戻り、ビームスプリッタ５３を透過
した後、レンズ６０を介して、ビームスプリッタ６１に
入射する。ウエハマークが形成された領域を照明した場
合において、ビームスプリッタ６１を透過した光束はレ
ンズ系６２を介して指標板６３にウエハマークの像を結
像する。この像及び指標板６３上の指標マークからの光
束は、撮像用のレンズ系６４を介してＣＣＤカメラ６５
の撮像面にウエハマーク及び指標マークの像を結像す
る。なお、対物レンズ５６の最良結像面（焦点位置）に
ウエハＷの表面が合致した合焦状態において、指標板６
３は、対物レンズ５６〜レンズ系６２の結像系に関して
ウエハＷの表面と共役に配置され、さらに指標板６３と
ＣＣＤカメラ６５の撮像面とはレンズ系６４に関して互
いに共役に配置される。指標板６３は、透明板の上にク
ロム層等で指標マークを形成したものであり、ウエハマ
ークの像が形成される部分は透明部のままである。ま
た、指標マークは、ウエハＷ上のＸ方向と共役な方向の
位置基準となるＸ軸の指標マークと、Ｙ方向と共役な方
向の位置基準となるＹ軸の指標マークとから構成され
る。ＣＣＤカメラ６５により、ウエハマークと指標マー
クの像とを撮像し、その撮像信号を画像処理することに
より、そのウエハマークのＸ座標、及びＹ座標を求める
ことが可能となる。なお、実際には指標板６３を独立に
照明するための図示しない照明系を設けるとよい。

【００３０】また、先の図２において、ウエハアライメ
ント系２５の投影像面側（ウエハ側）における光軸ＡＸ
ａは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行に配される。し
たがって、ウエハアライメント系２５の視野領域（照明
領域）内にウエハステージＷＳＴ上のウエハ基準マーク
ＷＦＭを配置してその位置情報（Ｘ座標、Ｙ座標）を計
測するとともに、そのウエハ基準マークＷＦＭをレチク
ルアライメント系２４の視野内に配置してその位置情報
を計測することにより、ウエハアライメント系２５の光
軸ＡＸａと投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとの間の距離、い
わゆるベースライン量を算出することができる。このベ
ースライン量は、ウエハＷ上の各ショット領域を投影光
学系ＰＬの視野内に配するときの基準量となるものであ
る。すなわち、ウエハアライメント系２５によってウエ
ハマークＷＭのＸ座標及びＹ座標を計測し、この計測結
果にベースライン量を加算して得られる値に基づいて、
ウエハステージＷＳＴを駆動し、ウエハＷをＸ方向及び
Ｙ方向にステッピング移動させることにより、ウエハＷ
の各ショット領域の中心を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに
アライメントすることができる。

【００３１】また、ウエハアライメント系２５として
は、焦点距離を可変とできる光学系、すなわち所謂内焦
式の光学系が用いられている。すなわち、このウエハア
ライメント系２５には、ウエハＷの表面に対するウエハ
アライメント系２５の焦点状態（つまり上述した結像系
の焦点状態）を検出する焦点検出系７０、及び、この焦
点検出系７０の検出結果に基づいて、ウエハＷの表面に
対するウエハアライメント系２５の焦点状態を調節する
焦点調節系７１が設けられている。ここでは、焦点調節
系７１は、焦点検出系７０を含んでおり、特開平１０−
２２３５１７号公報に記載の合焦装置とほぼ同様の構成
となっている。なお、本実施例では、焦点状態の調節
を、この内焦式の光学系を駆動することにより行うもの
として説明するが、本発明はこれに限られるものではな
く、内焦式ではない焦点調節用光学系を用いても良い
し、あるいはウエハステージを上下（Ｚ方向）に駆動し
て焦点調節を行うようにしても良い。

【００３２】すなわち、上述したレンズ系５２に、開口
としてのスリットを有する視野絞り７５が配されてお
り、光ファイバ５１からの照明ビームＩＬにより照明さ
れたこの視野絞り７５のスリットの像は、被検面として
のウエハＷの表面に結像される。上述した焦点検出系７
０は、このウエハＷの表面に結像されたスリット像から
の反射光束を焦点位置の検出用の検出光束として使用す
る。具体的には、焦点検出系７０は、視野絞り７５のス
リット像からの検出光束を電荷に変換して出力する電荷
蓄積型の光電センサ７６、この光電センサ７６からの電
気信号に基づいて焦点ずれを演算する演算処理部７７、
ウエハＷの表面に形成されたスリット像を前述したビー
ムスプリッタ６１を介して光電センサ７６上に再結像さ
せるレンズ系７８、このレンズ系７８と光電センサ７６
との間の瞳面に設けられた瞳分割プリズム７９等、を含
んで構成されている。なお、レンズ系７８には、ウエハ
マークＷＭからの光束など、焦点検出に不要な光束を遮
蔽するとともに、ウエハＷの表面に結像された視野絞り
７５のスリット像からの反射光束を光電センサ７６に向
けて通過させる開口スリットを有する遮蔽板８０が配さ
れている。

【００３３】焦点検出系７０において、ウエハＷの表面
に形成されたスリット像からの反射光束は、瞳分割プリ
ズム７９で二分割された後、光電センサ７６の受光面に
結像する。光電センサ７６は、この光を電荷に変換して
蓄積し、その電気信号を演算処理部７７に転送する。こ
こで、光電センサ７６における電荷蓄積に要する時間は
ウエハＷの表面の反射率や光の波長によって異なる。そ
のため、主制御ユニット２７では、光電センサ７６から
の出力信号のレベルに基づいて、光電センサ７６の動作
速度を変化させる。

【００３４】図４は、光電センサ７６の電荷蓄積時間が
変化する様子を概念的に示している。主制御ユニット２
７では、焦点検出する段階（ｎ）になると、その前の段
階（ｎ−１）での光電センサ７６からの出力信号のレベ
ルに基づいて、現段階（ｎ）における光電センサ７６か
らの出力信号が予め記憶されている目標レベルに達する
ように、光電センサ７６の動作速度を変化させる。これ
により、この図４に示すように、光電センサ７６の電荷
蓄積時間がＴ（ｎ−１）からＴ（ｎ）に変化するととも
に、ウエハＷ上における光電センサ７６の検出距離も変
化する。なお、通常、ウエハＷの表面からの反射光が弱
いほど電荷蓄積に時間を要し、検出距離が長くなる。ま
た、ウエハＷの移動速度、すなわち上述したウエハステ
ージＷＳＴの移動速度が速くなると、それに伴ってウエ
ハＷ上における光電センサ７６の検出距離も長くなる。

【００３５】図５（Ａ）は、上述した瞳分割プリズム７
９（図３参照）でニ分割された２光束が、光電センサ７
６の受光面上に結像した様子を示している。ここでは、
ウエハの表面に対してウエハアライメント系２５（図３
参照）の焦点が一致した状態において、光電センサ７６
上での２光束の像の重心の幅がＨｂになるものとする。
これに対して、ウエハアライメント系２５の焦点位置が
ずれると、分割された２光束の光電センサ７６上での結
像位置の間隔が、ＨａやＨｃに変化する。そのため、図
５（Ｂ）に示すように、焦点位置における２光束の重心
幅（Ｈｂ）を基準とすることにより、実際に光電センサ
７６において検出される２光束の重心幅（Ｈａ、Ｈｃ）
に基づいて、ウエハアライメント系２５のＺ方向の焦点
ずれ、すなわちフォーカス量を計測することができる。

【００３６】図３に戻り、演算処理部７７では、上述し
たフォーカス量を算出すると、その結果を主制御ユニッ
ト２７に出力する。主制御ユニット２７では、その算出
結果に基づいて、不図示の駆動装置を介してウエハアラ
イメント系２５（結像系）に含まれるレンズを駆動する
ことによりウエハアライメント系２５の焦点をウエハＷ
の表面とＣＣＤカメラ６５の受光面とに合わせる。つま
り、光電センサ７６上での上述した２光束の結像位置の
間隔が常に一定になるように、ウエハアライメント系２
５に含まれるレンズを駆動することにより、ウエハＷの
表面に対してウエハアライメント系２５の焦点を合致さ
せる、いわゆるアライメントＡＦを行うことができる。
なお、焦点検出系７０、主制御ユニット２７、及び不図
示の駆動装置等により、ウエハアライメント系２５の焦
点状態を調節する焦点調節系７１が構成される。また、
この焦点調節系７１は、ここでは、マークを観察する観
察系（上述した結像系及びＣＣＤカメラ６５等からな
る）と同軸上に設けられているが、これに限らず別の光
軸上に設けるようにしてもよい。また、本発明の位置計
測装置は、この焦点検出系７０及び焦点調節系７１を含
むウエハアライメント系２５、駆動装置３２を含むウエ
ハステージＷＳＴ、及び主制御ユニット２７を含んで構
成される。

【００３７】主制御ユニット２７は、ＣＰＵ（中央演算
処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡ
Ｍ（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
御ユニット２７は、ウエハアライメント系２５の焦点位
置の調整を上述の如くして行なう他、装置全体を統括制
御する。

【００３８】次に、上述のように構成される本実施形態
の露光装置１０による重ね合わせ露光時の動作について
説明する。前提として、レチクルステージＲＳＴ上に
は、レチクルＲが載置され、ウエハＷ上にはそれまでの
工程で、既にパターンが形成されており、このパターン
とともにウエハマークＷＭも形成されているものとす
る。

【００３９】この露光装置１０では、主制御ユニット２
７の制御のもとで、ウエハＷ上の複数ショット領域に付
設されたウエハマークＷＭの位置をウエハアライメント
系２５を用いて順次計測し、いわゆるＥＧＡ（エンハン
ストグローバルアライメント）の手法により、ウエハＷ
上の全てのショット配列データを求め、この配列データ
に従って、ウエハＷ上のショット領域を順次投影光学系
ＰＬの真下（露光位置）に順次位置決めしつつ、光源か
らの露光ビームを制御して、いわゆるステップ・アンド
・スキャン方式で露光を行なう。

【００４０】図６に、ウエハＷのＸＹ座標系に沿って配
列された、レチクルＲのパターン像を転写すべきショッ
ト領域ＥＳ１〜ＥＳｎ（総じてショット領域ＥＳｉと称
する）を示す。この図６において、ショット領域ＥＳｉ
に隣接するスクライブラインの所定位置には、Ｘ方向の
アライメント用のウエハマーク、及びＹ方向のアライメ
ント用のウエハマークを含むウエハマークＷＭが形成さ
れている。Ｘ方向のアライメント用のウエハマークは例
えばＸ方向に所定ピッチで配列された複数本のパターン
からなり、同様に、Ｙ方向のアライメント用のウエハマ
ークは例えばＹ方向に所定ピッチで配列された複数本の
パターンからなる。また、各ウエハマークＷＭは、所定
のショット領域の中心に対して同じ位置関係になるよう
に、ここではＸ方向に伸びるスクライブライン内に配置
されている。

【００４１】上述したＥＧＡ法において、主制御ユニッ
ト２７（図２参照）では、全てのショット領域ＥＳｉの
うち、アライメントショット領域として選択される少な
くとも３つのショット領域（ここでは９つのアライメン
トショット領域ＳＡ１〜ＳＡ９）におけるウエハマーク
ＷＭをウエハアライメント系２５（図２参照）によって
検出し、その検出結果に基づいて各アライメントショッ
ト領域ＳＡ１〜ＳＡ９の座標位置を計測する。続いて、
ウエハＷ上でのショット領域ＥＳｉの配列を表すモデル
関数に対して、アライメントショット領域ごとにその求
めた座標位置と既知の座標位置（設計値など）とを代入
し、最小二乗法などの統計演算によってモデル関数のパ
ラメータを決定する。そして、ウエハＷ上のショット領
域ＥＳｉごとに既知の座標位置をモデル関数に代入する
ことにより、配列データとして全てのショット領域ＥＳ
ｉの座標位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を算出する。主制御ユ
ニット２７では、この算出した配列データと前述したウ
エハアライメント系２５のベースライン量とによって決
定される移動量に基づいて、駆動装置３２を介してウエ
ハステージＷＳＴ（図２参照）をＸ方向及びＹ方向に駆
動することにより、ウエハＷの各ショット領域ＥＳｉの
中心を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸにアライメントする。

【００４２】ここで、図１は、上述した各アライメント
ショット領域ＳＡ１〜ＳＡ９の座標位置を計測するため
に、各アライメントショット領域のウエハマークＷＭの
位置をウエハアライメント系２５によって計測する位置
計測動作のフローチャートを示している。このフローチ
ャートに示すように、本実施例では、ウエハマークＷＭ
の位置計測に際して、各ウエハマークＷＭをウエハアラ
イメント系２５の視野内に位置決めする間に、焦点検出
系７０による焦点状態（フォーカス量）の検出動作と焦
点調節系７１による焦点状態の調節動作とを少なくとも
２回繰り返す。すなわちアライメントＡＦ動作を少なく
とも２回繰り返す。以下、この図１のフローチャートに
沿って、ウエハマークＷＭの位置計測動作について説明
する。

【００４３】まず、ウエハアライメント系２５の視野内
へのウエハマークＷＭの位置決めは、ウエハステージＷ
ＳＴをＸＹ面内で２次元移動させることにより行う。そ
のため、ウエハマークＷＭの位置決め時、ウエハアライ
メント系２５の視野領域はウエハＷ上を相対移動してウ
エハマークＷＭに近づくことになる。主制御ユニット２
７では、ウエハアライメント系２５の視野領域がウエハ
マークＷＭに対して予め記憶されている所定の距離まで
近づくと、焦点検出系７０により、ウエハＷの表面に対
して、１回目の焦点状態の検出動作を行う（ステップ１
００）。そして、その検出結果に基づいて、焦点調節系
７１により、１回目の焦点状態の調節動作を行う（ステ
ップ１０１）。

【００４４】１回目の焦点検出時において、ウエハアラ
イメント系２５の視野領域は、光電センサ７６の動作速
度に応じた距離のウエハＷ上の区間を移動する。焦点検
出系７０は、その区間におけるウエハＷの表面を光電検
出してウエハアライメント系２５のフォーカス量（焦点
ずれ）を検出する。このとき、焦点検出系７０によって
光電検出するウエハＷ上の区間は、ウエハマークＷＭが
形成された箇所とは異なることから、上述したフォーカ
ス量の検出結果には誤差が含まれることになる。この検
出誤差は、主として、ウエハマークＷＭが形成された箇
所と光電検出する区間との間のウエハＷ表面の特性（表
面構造など）の違いにより生じる。例えば、ウエハＷの
表面構造によっては、回折光が生じやすく、上述した検
出誤差の発生要因となりやすい。

【００４５】ここで、焦点検出時における、先の図５に
示した光電センサ７６上での２光束の像の重心幅とフォ
ーカス量との関係を、図７に示す。この図７に示す実線
Ｌ１は、演算処理部に予め記憶されている上記関係を示
している。この関係は、例えば、露光装置の初期調整時
などにおいて、基準となる平面板（例えば基準板ＷＦＢ
上のウエハ基準マークＷＦＭ）を用いることにより計測
される。また、ウエハマークＷＭが形成された箇所とは
異なるウエハＷ表面を光電検出した場合、ウエハＷ表面
の特性の影響によって、例えば、上記関係が図７の点線
Ｌ２のように変化するものとする。この場合、焦点検出
系７０では、実際のフォーカス量がＺ１であるにも関わ
らず、記憶されている上記関係に基づいて、フォーカス
量をＺ１’として検出してしまう。すなわち、ウエハＷ
表面の特性の影響により、少なくとも｜Ｚ１−Ｚ１’｜
の検出誤差が生じる。したがって、検出されたフォーカ
ス量に基づいて上述したウエハアライメント系２５の焦
点状態を調節すると、少なくとも｜Ｚ１−Ｚ１’｜の
焦点ずれ（フォーカス誤差）が残る可能性がある。

【００４６】ところで、上述したウエハＷ表面の特性の
影響による検出誤差の発生量は、フォーカス量に比例す
る傾向がある。つまり、焦点検出系７０で検出されるフ
ォーカス量が大きいほど、換言するとその時点における
ウエハアライメント系２５の焦点ずれが大きいほど、上
記検出誤差は大きくなり、逆に、フォーカス量が小さけ
れば、上記検出誤差も小さい。例えば、図７に示すよう
に、前述したフォーカス量Ｚ１よりも小さいフォーカス
量Ｚ２での焦点検出においては、同じウエハＷ表面を検
出しても、検出誤差｜Ｚ２−Ｚ２’｜が小さくなる。

【００４７】そこで、主制御ユニット２７では、１回目
の焦点検出及び焦点調節（アライメントＡＦ）が終了す
ると、再度、この焦点検出及び焦点調節（アライメント
ＡＦ）を行う。すなわち、１回目の焦点調節が終了した
時点で、２回目の焦点状態（フォーカス量）の検出動作
（ステップ１０２）と、この検出結果に基づく２回目の
焦点状態の調節動作とを行う（ステップ１０３）。

【００４８】２回目の焦点検出においては、１回目のア
ライメントＡＦによってすでにウエハアライメント系２
５の焦点状態が一度調節されていることから、検出され
るフォーカス量が１回目に比べて小さい。そのため、上
述したウエハＷ表面の特性の影響による検出誤差も小さ
くなる。例えば、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、
１回目の焦点検出において検出されたフォーカス量Ｚ
１’に基づいて１回目の焦点調節した場合、ウエハマー
クＷＭが形成された箇所に対するウエハアライメント系
２５の焦点状態は、フォーカス誤差｜Ｚ１−Ｚ１’｜を
含む状態となる。２回目の焦点検出は、この調節後の状
態に対して行われるので、図８（Ｃ）に示すように、検
出誤差｜Ｚ２−Ｚ２’｜自体が小さくなる。したがっ
て、この２回目の検出結果に基づいて、２回目の焦点調
節を行うことにより、図８（Ｄ）に示すように、フォー
カス誤差を小さくすることができる。なお、この図８に
おいて、ウエハマークＷＭに対してウエハアライメント
系２５の焦点が合致した位置をＺ０で示している。

【００４９】また、２回目の焦点検出において、ウエハ
アライメント系２５の視野領域は、１回目よりもウエハ
マークＷＭに近いウエハＷ上の区間を移動する。つま
り、焦点検出系７０は、１回目よりもウエハマークＷＭ
に近い領域を光電検出することになる。通常、ウエハマ
ークＷＭに近い領域ほど、ウエハマークＷＭが形成され
た箇所とのＺ方向の高さの差が小さい。そのため、ウエ
ハマークＷＭにより近い位置でウエハＷ表面を光電検出
することにより、２回目の焦点検出において、ウエハア
ライメント系２５の焦点状態を、ウエハマークＷＭに対
してより正確に検出することが可能となる。

【００５０】このように、本実施例の位置計測動作で
は、アライメントＡＦ動作を２回繰り返すことにより、
ウエハ表面（正確にはウエハマークＷＭの近傍領域）に
対するウエハアライメント系２５の焦点状態がより正確
に調節される。したがって、ウエハアライメント系２５
によって、ウエハマークＷＭの位置を精度よく計測する
ことができる。これにより、露光時における二次元方向
のウエハＷの位置決め（アライメント）が精度よく行わ
れる。

【００５１】ところで、本実施例では、ウエハマークＷ
Ｍの位置計測動作におけるアライメントＡＦ動作の繰り
返し回数を２回としているが、繰り返し回数はこれに限
定されない。すなわち、上述したように、アライメント
ＡＦ動作を繰り返すごとに、ウエハアライメント系２５
の検出誤差が小さくなり、より正確な焦点調節が可能と
なることから、繰り返し回数を多くすれば、より調節精
度の向上を図ることが可能である。しかしながら、繰り
返し回数を多くすると、スループットの低下を招く恐れ
があるため、例えば、アライメントＡＦ動作の繰り返し
回数は、フォーカス誤差を許容される所定の許容範囲内
に収めるために必要な下限の回数とするとよい。

【００５２】ここで、このアライメントＡＦ動作の繰り
返し回数は、ウエハＷの表面に関する情報（例えば、レ
ジスト膜厚やレジストの種類、ウエハ表面の反射率、ウ
エハが施されたプロセスの種類（内容）等）に基づいて
決定してもよい。前述したように、焦点検出時における
検出誤差は、ウエハＷの表面構造など、主としてウエハ
Ｗの表面特性の違いにより生じる。したがって、例え
ば、上記検出誤差が生じやすい表面特性をウエハＷが有
している場合には、アライメントＡＦ動作の繰り返し回
数を多く（例えば４回）し、逆に、上記検出誤差が生じ
にくい場合には、上記繰り返し回数を少なく（例えば２
回）する。この場合、ウエハＷの表面に関する情報は、
主制御ユニット２７に予め記憶しておいたり、その情報
を上流側の装置などから受け取ったりして用いるとよ
い。あるいは、ウエハＷの表面に関する情報を位置計測
動作に先立って検出するようにしてもよい。ウエハＷの
表面に関する情報を検出する方法としては、例えば、Ｃ
ＣＤカメラ等の撮像素子によってウエハＷの表面を撮像
し、その撮像結果から焦点検出する区間のウエハＷ表面
の特性を検出するとよい。

【００５３】また、アライメントＡＦ動作の繰り返し回
数を、１回目（あるいは２回目以降でもよい）の焦点状
態（フォーカス量）の検出結果に基づいて決定するよう
にしてもよい。具体的には、例えば、１回目に検出され
たフォーカス量がある基準値よりも大きい場合には、上
記繰り返し回数を多くし、逆に、そのフォーカス量が基
準値よりも小さい場合には、上記繰り返し回数を少なく
する。これにより、無駄なアライメントＡＦ動作を省い
て、スループットの向上を図ることが可能となる。

【００５４】また、先の図６を用いて説明したように、
本実施例では、ウエハＷ上の複数のアライメントショッ
ト（サンプルショット）領域ＳＡ１〜ＳＡ９に対応する
それぞれのウエハマークＷＭに対して上記位置計測を行
う。この場合において、アライメントＡＦ動作の繰り返
し回数は、各ウエハマークＷＭごとに定めるとよい。例
えば、あるアライメントショット領域に対応するウエハ
マークＷＭを位置計測する際には、アライメントＡＦ動
作を２回繰り返し、これとは別のアライメントショット
領域に対応するウエハマークＷＭを位置計測する際に
は、アライメントＡＦ動作を４回繰り返すといったこと
を行う。このように、各ウエハマークＷＭごとに上記繰
り返し回数を定めることにより、各ウエハマークＷＭの
それぞれに対して確実に、且つ無駄なＡＦ動作を繰り返
すことなくウエハアライメント系２５の焦点状態を調節
することが可能となる。なお、各サンプルショット毎の
ＡＦ動作の繰り返し回数は、そのウエハ以前のウエハに
おけるＡＦ動作の繰り返し回数に基づいて決定すれば良
い。例えば、ロット先頭のウエハにおいて繰り返された
回数をそのまま、２枚目以降のウエハに適用してもよい
し、あるいは、ロット先頭から複数枚毎のウエハにおけ
る各サンプルショット毎のＡＦ回数を覚えておき、各サ
ンプルショット毎の平均ＡＦ回数を求め、その平均回数
を次ウエハ以降の各サンプルショットに適用しても良
い。

【００５５】また、前述したように、本実施例では、ウ
エハ上のすべてのショット位置に対する露光が終了する
と、不図示のウエハ交換装置によってウエハを交換す
る。同じ処理プロセスで流れる一つのロット内では、ウ
エハの表面特性は、各ウエハごとにほぼ同一であると考
えられる。そこで、ロット先頭のウエハなど、一つのウ
エハに対して決定された繰り返し回数を、他のウエハに
対して用いるようにしてもよい。具体的には、例えば、
まずロット先頭のウエハ上のウエハマークに対して、フ
ォーカス誤差が所定の基準値以下になるまでアライメン
トＡＦを複数回繰り返しつつ、上述した位置計測動作を
行い、そのときのアライメントＡＦの繰り返し回数を記
憶しておく。そして、次のウエハに対しては、記憶され
た回数でアライメントＡＦを繰り返しつつ、前のウエハ
と同じように位置計測動作を行う。なお、この場合にお
いて、上述したように、計測対象（サンプルショット）
のウエハマークのそれぞれに対して上記繰り返し回数を
定めて記憶しておくのが好ましい。

【００５６】また、先の図７を用いて説明したように、
上述した実施例では、予め記憶されている、光電センサ
上での２光束の像の重心幅とフォーカス量との関係を用
いてウエハアライメント系のフォーカス量を検出してい
る。前述したように、上記関係は、実際にはウエハの表
面特性によって変化することから、実際にウエハ表面に
対してウエハアライメント系の焦点状態（フォーカス
量）を複数回検出した結果に基づいて、記憶されている
上記関係を補正してもよい。すなわち、上記焦点検出と
上記焦点調節とを何回か繰り返すと、ある時点から焦点
状態の検出結果（フォーカス量）がほとんど変化しなく
なる。このとき、ウエハの表面に対してウエハアライメ
ント系の焦点が合致した状態（合焦状態）であると考え
られることから、この時点の状態を合焦状態として、そ
れまでに検出された２光束の像の重心幅とフォーカス量
との関係に基づいて、上記関係を補正することが可能と
なる。記憶されている上記関係を補正することにより、
少ない回数のアライメントＡＦ動作でも、正確にウエハ
アライメント系の焦点状態を調節できるようになる。な
お、この補正動作を、例えばロット先頭のウエハなど、
特定のウエハに対して行っておき、補正された上記関係
を用いて他のウエハに対してウエハマークの位置計測動
作を行うことにより、スループットの向上を図りつつ、
より正確にウエハアライメント系の焦点調節を行うこと
が可能となる。なお、この補正値は、ウエハの表面特性
によって変化することから、ウエハの表面特性に関する
情報を記憶しておいたり、他から受け取ることにより、
上記補正値を、ウエハ表面を実際に検出することなく算
出するようにしてもよい。

【００５７】また、焦点状態を検出するウエハ上の領域
は、ウエハマークが形成された箇所となるべく同じ表面
特性を有するのが好ましい。したがって、本実施例のよ
うに、チップ構造部に挟まれた比較的平滑な領域である
スクライブライン上にウエハマークが形成されている場
合、焦点状態を検出する領域も、このスクライブライン
上とすることにより、焦点検出時に発生する誤差を小さ
くすることが可能となる。ただし、焦点状態を検出する
領域のうちの少なくとも一部が、ショット領域（チップ
構造部）にかかる場合でも、上述したアライメントＡＦ
動作の繰り返しによって、焦点調節に対する精度向上を
図ることは可能である。特に、ウエハアライメント系の
視野領域にウエハマークを位置決めする際の、ウエハ
（ウエハステージ）の移動スピードが高速である場合、
ウエハ上における上記焦点の検出区間の距離が長くなる
ことから、その検出区間の少なくとも一部がショット領
域にかかるのは避けられない場合が多い。この場合、シ
ョット領域とスクライブラインとの間はＺ方向の高さ位
置に比較的差があるため、検出されるフォーカス量には
大きな誤差が含まれやすい。しかしながら、上述した実
施例のように、アライメントＡＦ動作を複数回繰り返す
ことにより、最初は大きな誤差があっても、最終的な焦
点検出を行う際には、事前にウエハ表面に対するウエハ
アライメント系の焦点状態が調節されているので、焦点
状態の検出時に発生する誤差は限定的なものとなる。

【００５８】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。

【００５９】例えば、上記実施例では、１回目の焦点調
節が終了した時点で、２回目の焦点状態（フォーカス
量）の検出動作を開始しているが、スループットの向上
を図るために、１回目の焦点状態の調節動作の途中で、
２回目の焦点状態の検出動作を開始するようにしてもよ
い。

【００６０】また、本発明の位置計測方法では、上述し
たように、アライメントＡＦを複数回繰り返す動作を、
ウエハアライメント系の視野領域内にウエハマークを位
置決めする間に行う。このウエハマークを位置決めする
間とは、ウエハが移動している状態に限らず、すでにウ
エハアライメント系の視野領域内にウエハマークが配置
され、ウエハ（ウエハステージ）が停止している状態も
含む。

【００６１】また、上記実施例では、ＥＧＡ法によりウ
エハをアライメントしているが、アライメント方法は、
ＥＧＡ法に限定されるものではない。

【００６２】また、上記実施例では、本発明をウエハマ
ークを検出するＦＩＡ方式のウエハアライメント系に適
用した例について説明しているが、アライメント用の光
学系系はこれに限るものではなく、ＬＳＡ方式やＬＩＡ
方式など、いかなる方式であってもよい。例えば、ウエ
ハアライメント系として、例えば特開平１０−１４１９
１５号公報等で公知のレーザスキャン式センサや、レー
ザ干渉式センサ等の他の方式のものを用いても構わな
い。また、ＦＩＡ方式のアライメント系でウエハマーク
から発生する光のうち０次光をカットして撮像素子で検
出したり、あるいはウエハマークから発生する光の一部
でその位相を変化させたりしてもよい。

【００６３】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。

【００６４】また、基板（ウエハやレチクルなど）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所定の複数点にそれぞれ
ウエハマークを形成しておくだけでもよい。また、基板
上のマークは１次元マーク及び２次元マークのいずれで
もよい。

【００６５】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。

【００６６】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Ａ
ｒ₂、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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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、ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる
場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのい
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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の位置計測
方法、及び位置計測装置によれば、マークを光学系の視
野内に位置決めする間に、物体に対する光学系の焦点状
態を検出する工程と、その検出結果に基づいてマークに
対する光学系の焦点状態を調節する工程とを複数回繰り
返すことにより、マークに対する光学系の焦点状態をよ
り正確に調節し、マークの位置情報を精度よく計測する
ことができる。また、本発明の露光方法、及び露光装置
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。さらに、本発明のデバイスの製
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】本発明に係る位置計測方法における位置計測
動作のフローチャートの一例を示す図である。

【図２】本発明に係る露光装置の全体構成例を示す図
である。

【図３】ウエハアライメント系の構成を示す図であ
る。

【図４】光電センサの電荷蓄積時間が変化する様子を
概念的に示す図である。

【図５】（Ａ）は光電センサの受光面上に２つの光束
が結像した様子を示す図、（Ｂ）は光電センサ上での２
つの光束の像の重心幅とフォーカス量との関係を示す図
である。

【図６】ウエハ上に配列されたショット領域の一例を
示す図である。

【図７】光電センサ上での２つの光束の像の重心幅と
フォーカス量との関係の一例を示す図である。

【図８】アライメントＡＦを２回繰り返す場合のフォ
ーカス誤差の変化を説明するための図である。

【符号の説明】

Ｒレチクル（マスク）Ｗウエハ（基板、物体）ＷＭウエハマーク１０露光装置２５ウエハアライメント系（光学系）２７主制御ユニット３２駆動装置（駆動系）７０焦点検出系７１焦点調節系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｆ 9/02 Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の光学系の光軸方向と直交する方向
に物体を移動させて、前記物体上に形成されたマークを
前記光学系の視野内に位置決めし、前記光学系を介して
前記マークの位置に関する位置情報を計測する位置計測
方法において、前記物体に対する前記光学系の焦点状態を検出する第１
工程と、前記第１工程の検出結果に基づいて前記物体の
表面に対する前記光学系の焦点状態を調節する第２工程
とを有し、前記マークを前記光学系の視野内に位置決めする間に、
前記第１工程と前記第２工程とを複数回繰り返すことを
特徴とする位置計測方法。
【請求項２】前記焦点状態が検出される前記物体上の
領域は、前記第１工程と前記第２工程とを繰り返す毎に
前記マークに近づくことを特徴とする請求項１に記載の
位置計測方法。
【請求項３】前記物体の表面に関する情報に基づい
て、前記第１工程と前記第２工程との繰り返し回数を定
めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
位置計測方法。
【請求項４】前記焦点状態の検出結果に基づいて、前
記第１工程と前記第２工程との繰り返し回数を定めるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置計
測方法。
【請求項５】前記物体とほぼ同一形状に形成される他
の物体の表面に関する情報を検出した結果に基づいて、
前記第１工程と前記第２工程との繰り返し回数を定める
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置
計測方法。
【請求項６】前記物体とほぼ同一形状に形成される他
の物体に対して前記焦点状態を検出した結果に基づい
て、前記第１工程と前記第２工程との繰り返し回数を定
めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
位置計測方法。
【請求項７】前記物体上には前記位置情報を計測すべ
き前記マークが複数形成されており、前記複数のマークのそれぞれに対して、前記第１工程と
前記第２工程との繰り返し回数を定めることを特徴とす
る請求項１乃至請求項６のうちのいずれか一項に記載の
位置計測方法。
【請求項８】複数回の前記焦点状態の検出結果に基づ
いて、前記焦点状態の調整に対する補正値を算出し、該
算出結果を用いて前記焦点状態を調整することを特徴と
する請求項１乃至請求項７のうちのいずれか一項に記載
の位置計測方法。
【請求項９】前記物体は、マスク上に形成されたパタ
ーンが転写される基板であり、請求項１乃至請求項８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位置情報に基づい
て、前記基板を露光位置に位置決めし、前記マスクを照明することにより、前記位置決めされた
基板上に、前記パターンの像を投影光学系を介して転写
することを特徴とする露光方法。
【請求項１０】前記位置情報は、前記投影光学系を介
さずに計測されることを特徴とする請求項９に記載の露
光方法。
【請求項１１】請求項９または請求項１０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１２】所定の光学系の光軸方向と直交する方
向に物体を移動させて、前記物体上に形成されたマーク
を前記光学系の視野内に位置決めする駆動系を有し、前
記光学系を介して前記マークの位置に関する位置情報を
計測する位置計測装置において、前記物体に対する前記光学系の焦点状態を検出する焦点
検出系と、前記焦点検出系の検出結果に基づいて前記物
体の表面に対する前記光学系の焦点状態を調節する焦点
調節系とを有し、前記駆動系により前記マークを前記光学系の視野内に位
置決めする間に、前記焦点検出系による前記焦点状態の
検出と、前記焦点調節系による前記焦点状態の調節とを
複数回繰り返すことを特徴とする位置計測装置。
【請求項１３】前記物体は、マスク上に形成されたパ
ターンが転写される基板であり、請求項１２に記載の位置計測装置を用いて計測された前
記位置情報に基づいて、前記基板を露光位置に位置決め
し、前記マスクを照明することにより、前記位置決めされた
基板上に、前記パターンの像を投影光学系を介して転写
することを特徴とする露光装置。
【請求項１４】前記位置計測装置は、前記投影光学系
を介さずに前記位置情報を計測することを特徴とする請
求項１３に記載の露光装置。