JP2004247368A - 計測方法及び露光方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】マーク検出系の特性を、短時間でかつ精度良く計測する。
【解決手段】アライメント検出系ＡＳの特性を計測するのに先立ち、ウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから一旦離間させた後、ウエハステージ上に戻す（ステップ１３２，１３４）。次いで、ウエハホルダの向きが所定の方向に設定されている０°の状態と、第１の状態からウエハホルダの向きが１８０°回転した１８０°の状態とで、ウエハホルダ上の少なくとも１つのマークをそれぞれ検出する（ステップ１３６，１４２）。そして、この検出結果に基づいて、アライメント検出系の特性を算出する（ステップ１４４）。従って、ウエハホルダの熱応力の影響、すなわちその熱応力に起因する歪の影響を受けることなく、ＴＩＳなどのアライメント検出系の特性を、短時間でかつ精度良く計測することが可能となる。
【選択図】 図６
【解決手段】アライメント検出系ＡＳの特性を計測するのに先立ち、ウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから一旦離間させた後、ウエハステージ上に戻す（ステップ１３２，１３４）。次いで、ウエハホルダの向きが所定の方向に設定されている０°の状態と、第１の状態からウエハホルダの向きが１８０°回転した１８０°の状態とで、ウエハホルダ上の少なくとも１つのマークをそれぞれ検出する（ステップ１３６，１４２）。そして、この検出結果に基づいて、アライメント検出系の特性を算出する（ステップ１４４）。従って、ウエハホルダの熱応力の影響、すなわちその熱応力に起因する歪の影響を受けることなく、ＴＩＳなどのアライメント検出系の特性を、短時間でかつ精度良く計測することが可能となる。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計測方法及び露光方法に係り、更に詳しくは、マーク形成部材が着脱自在に固定される可動体上に存在するマークを光学的に検出するマーク検出系の特性を計測する計測方法、及びこの計測方法を利用した露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、「ウエハ」と総称する）上に転写する露光装置、例えばステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、このステッパに改良を加えたステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）等の逐次移動型の投影露光装置が主として用いられている。
【０００３】
半導体素子等は、ウエハ上に複数層のパターンを重ね合せて形成されるため、ステッパ等の露光装置では、ウエハ上に既に形成されたパターンと、レチクルに形成されたパターンとの重ね合せを高精度に行う必要がある。このため、ウエハ上のパターンが形成されたショット領域の位置を正確に計測する必要があり、この方法として、ウエハ上の各ショット領域に付設されたアライメントマークの位置をアライメント検出系を用いて計測することがなされている。この場合、アライメントマークの位置を正確に計測するためには、アライメント検出系を構成する光学系に収差等が無い方が望ましい。このような収差等があると、アライメントマークの位置計測誤差が発生するためである。
【０００４】
しかし、光学系の収差が全く無い（収差ゼロの）アライメント検出系を製造することは実際問題として不可能であるから、通常は、アライメント検出系の検出ずれを測定し、その測定結果を用いてアライメント結果（測定値）を補正することが行われている。
【０００５】
一般に、アライメント検出系の光学収差のうちで、アライメント計測（アライメント検出系を用いたマーク位置計測）において問題になるのは、コマ収差である。コマ収差とは、レンズにおける光束が透過する位置とレンズ中心との位置関係に応じて、レンズを透過した結像光束の結像位置が横にずれるという現象である。従って、光学系にコマ収差があると、検出するマークの線幅、ピッチが広く、回折光の角度が小さい場合には、マークの位置検出ずれは殆ど無視できるレベルとなるが、検出するマークの線幅及びピッチが狭く、回折光の角度が大きい場合には、マークの位置検出ずれは、無視できないレベルとなる。すなわち、光学系にコマ収差があると、同一位置にあるラインパターンであっても、線幅が異なると異なる位置に結像されるため、結果的に検出ずれが生じてしまう。
【０００６】
アライメント検出系に起因する検出ずれ（上記の光学系のコマ収差に起因する検出ずれが殆どの部分を占めるが、検出対象であるマークのプロセスに起因する検出ずれ分等も含む）、すなわちＴＩＳ（Ｔｏｏｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｈｉｆｔ）を求める方法として、ウエハの方向０°の場合と１８０°の場合の両方の状態で、アライメント検出系によりマーク計測を行って、この計測結果に基づいてＴＩＳを求める方法が知られている。前述の如く、光学系にコマ収差があるとパターン線幅に応じて結像位置が異なるため、ＴＩＳ計測では、太い線幅のマークを基準として、細い線幅のマーク位置を計測することで評価が行われる。
【０００７】
ここで、従来のＴＩＳ計測方法について簡単に説明する。なお、実際のＴＩＳ計測では、２次元面方向の位置計測が行われるが、ここでは、説明を簡単にするため、１次元の計測を採り上げて説明する。
【０００８】
表面に線幅の広い基準マークと線幅の狭いアライメントマークとが形成された計測専用のウエハ（以下、便宜上「工具ウエハ」という）を用意する。そして、この工具ウエハをウエハホルダ上に載置する。ここでは、説明を簡単にするため、この載置された状態で、工具用ウエハ上の基準マークとアライメントマークとは、ウエハホルダが載置されたウエハステージの移動を規定する直交座標系上の所定の一軸（例えばＸ軸）に平行な軸に沿って並んでいるものとする。そして、アライメントマークと基準マークとのＸ座標をアライメント検出系及び上記直交座標系を規定する干渉計を用いてそれぞれ計測し、この計測結果から両マークの距離Ｘ０を求める。ここで、工具ウエハの中心点（α，β）を原点とする上記の直交座標系とそれぞれ平行な直交座標系であるウエハ座標系上における基準マークのＸ座標をＲＭ、アライメントマークのＸ座標をＡＭとする。両マークの距離をＸとすると、Ｘ＝ＡＭ−ＲＭである（これが真値である）。
【０００９】
上述したように、線幅の広い基準マークの計測結果に含まれるＴＩＳは零とみなせるので、上記の実測値Ｘ０は、アライメントマークのＸ座標の計測値をＡＭ（０）、基準マークの計測値をＲＭ（０）として、次式（１）のように表される。
【００１０】
【００１１】
次に、ウエハをウエハホルダ上から回収し、ウエハの中心（前述のウエハ座標系の原点）を中心として１８０°回転した後、再びウエハホルダ上に載置し、上記と同様にアライメントマーク及び基準マークの位置を計測し、両者の距離Ｘ１８０を求める。この場合、実測値Ｘ１８０は、アライメントマークのＸ座標の計測値をＡＭ（１８０）、基準マークの計測値をＲＭ（１８０）として、次式（２）のように表される。
【００１２】
【００１３】
上記式（１）、（２）より、アライメント検出系のＴＩＳを求めると、次式（３）のようになる。
【００１４】
ＴＩＳ＝（Ｘ０−Ｘ１８０）／２ ……（３）
【００１５】
以上のようにして求められたＴＩＳは、実際に露光される（実プロセスの）ウエハ上に形成されたアライメントマークの計測値に対する補正値として用いられている。
【００１６】
しかし、上述したアライメント検出系のＴＩＳ計測方法では、前述の工具ウエハが必須であるとともに、この工具ウエハに形成されたアライメントマークに対するアライメント検出系のＴＩＳしか計測できなかった。
【００１７】
かかる不都合を改善するものとして、ウエハホルダ上に基準マークが形成されるとともに、そのウエハホルダがウエハステージに対して１８０°回転可能とされたステージ装置及びそれを用いたＴＩＳ計測方法も最近になって提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００２−５０５６０号公報
【特許文献２】
特開２００３−７６０２号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１及び２に開示される技術によると、ウエハをウエハホルダ上に保持したまま、１８０°回転してＴＩＳ計測を行うことができるので、汎用性が向上するとともに、計測処理の簡略化、スループットの向上などの利点がある。
【００２０】
しかしながら、その後の研究により、例えば、ウエハの連続露光処理を行うに際し、上記特許文献１及び２に記載のＴＩＳ計測方法を用いて、所定枚数のウエハ毎にＴＩＳ計測を実施した場合、最初のウエハの露光開始前のＴＩＳ計測結果と、ある程度の枚数を処理した後のＴＩＳ計測結果とでは、両者間に、ＴＩＳ計測の計測誤差の許容範囲を大きく超える誤差が生じることが判明した。
【００２１】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、ＴＩＳなどのマーク検出系の特性を、短時間でかつ精度良く計測することができる計測方法を提供することにある。
【００２２】
また、本発明の第２の目的は、精度良くパターンを感応物体上に転写することが可能な露光方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
発明者は、前述と同様に、例えば、ウエハの連続露光処理を行うに際し、特許文献１及び２に記載のＴＩＳ計測方法を用いて、所定枚数のウエハ毎にＴＩＳ計測を行った結果を更に詳細に分析した結果、最初のウエハの露光開始前のＴＩＳ計測結果と、第１回目の所定枚数のウエハの露光後のＴＩＳ計測結果との差がかなり大きいことを確認した。この結果から、ウエハの露光がＴＩＳ計測の誤差要因となっているとの推測の下、種々の実験を行い、検討した結果、ウエハホルダの熱変形がＴＩＳ計測結果の大きな誤差要因であるとの結論を得た。
【００２４】
本発明は、上記のような発明者の得た新規知見に基づいてなされたもので、以下のような手法を採用する。
【００２５】
すなわち、請求項１に記載の発明は、マーク形成部材が着脱自在に固定される可動体上に存在するマークを光学的に検出するマーク検出系の特性を計測する計測方法であって、前記マーク形成部材を前記可動体から一旦離間させた後、前記可動体上に戻す第１工程と；前記第１工程の処理の後、前記マーク形成部材の向きが所定の方向に設定されている第１の状態と、前記第１の状態から前記マーク形成部材の向きが１８０°回転した第２の状態とで、前記マーク形成部材上の少なくとも１つのマークをそれぞれ検出する第２工程と；前記第２工程の検出結果に基づいて、前記マーク検出系の特性を算出する第３工程と；を含む計測方法である。
【００２６】
これによれば、マーク検出系の特性を計測するのに先立ち、マーク形成部材を可動体から一旦離間させた後、可動体上に戻す（第１工程）。すなわち、マーク形成部材を可動体から一旦離間させることにより、例えばマーク形成部材及び可動体に蓄積された熱及び両者の熱膨張係数、温度の相違により、両者に熱応力が発生していた状態であっても、その熱応力状態が解除され、マーク形成部材はその温度に応じて自由変形（伸縮）する。
【００２７】
次いで、マーク形成部材の向きが所定の方向に設定されている第１の状態と、第１の状態からマーク形成部材の向きが１８０°回転した第２の状態とで、マーク形成部材上の少なくとも１つのマークをそれぞれ検出する（第２工程）。この場合、第１の状態から第２の状態への状態遷移は、例えば前述の特許文献１に開示される構成、すなわち可動体（ステージ）上にマーク形成部材（基板ホルダ）が搭載され、このマーク形成部材が、駆動装置により、２次元面に直交する所定の回転軸の回りにほぼ１８０°回転可能な構成を用いれば、僅かな時間で実行することができる。この場合、第１の状態でのマークの検出時と第２の状態でのマークの検出時との間では、前述のマーク形成部材の温度の変化を殆ど無視できる。従って、第１の状態、第２の状態でのマークの検出結果、例えば所定の基準点に対するマークの位置情報には、温度の差によるマークの検出誤差は殆ど含まれていないと考えて差し支えない。
【００２８】
そして、第２工程の検出結果、すなわち第１の状態、第２の状態でのマークの検出結果、例えば所定の基準点に対するマークの位置情報に基づいて、マーク検出系の特性を算出する（第３工程）。従って、本発明によれば、マーク形成部材の熱応力、従ってその熱応力に起因する歪の影響を受けることなく、ＴＩＳなどのマーク検出系の特性を、短時間でかつ精度良く計測することが可能となる。
【００２９】
この場合において、請求項２に記載の計測方法の如く、マーク形成部材は、少なくとも１つの基準マークが形成された保持部材と、該保持部材に保持され、少なくとも１つの特定マークが形成された物体とを含み、前記第２工程は、前記第１の状態で前記マーク形成部材上に存在する第１対象マークを前記マーク検出系を用いて検出し、該検出結果を用いて第１の位置情報を得る工程と；前記マーク形成部材を、前記可動体に対して、前記物体の載置面にほぼ直交する所定の軸回りに１８０°回転させる工程と；前記回転後の前記第２の状態で前記マーク形成部材上に存在する第２対象マークを前記マーク検出系を用いて検出し、該検出結果を用いて第２の位置情報を得る工程と；を含む場合に、前記第３工程では、前記第１の位置情報と第２の位置情報とを用いて前記マーク検出系の特性を算出することとすることができる。
【００３０】
ここで、基準マークとは、マーク検出系の特性の計測の際の基準となるマークであって、検出誤差の生じにくいマークを意味し、特定マークとは、光学収差などの影響により検出誤差を生じやすいマークを意味する。
【００３１】
この場合、例えば前述の特許文献１及び２に開示される構成を採用すると、保持部材（ホルダ）の回転は保持部材上に物体（基板）を保持したまま行われるので、回転の前後における物体の中心位置ずれ等が生じるおそれもない。
【００３２】
この場合において、請求項３に記載の計測方法の如く、前記第１及び第２対象マークはそれぞれ前記物体上に形成された少なくとも１つの特定マークを含むこととすることができる。
【００３３】
この場合において、例えば前記第１対象マークには、前記物体上に形成された特定マークと前記保持部材上に形成された基準マークとが、各１つ含まれ、前記第１、第２の位置情報は、前記特定マークと前記基準マークとの相対位置情報であることとしても良いし、あるいは前記第１、第２対象マークには、前記保持部材上に形成された複数の基準マークがそれぞれ含まれ、前記第１、第２の位置情報は、前記第１、第２の状態でそれぞれ検出した前記複数の基準マークの位置情報のうちの任意の複数の位置情報をそれぞれ統計処理して得られる前記第１、第２の状態における前記保持部材の位置と前記少なくとも１つの特定マークとの相対位置情報であることとしても良い。
【００３４】
この他、前記第１、第２対象マークには、前記物体上に形成された複数の特定マークがそれぞれ含まれ、前記第１、第２の位置情報は、前記第１、第２の状態でそれぞれ検出した前記複数の特定マークの位置情報のうちの任意の複数の位置情報をそれぞれ統計処理して得られる前記第１、第２の状態における前記物体の位置に関する情報であることとしても良い。この場合、前記物体の位置に関する情報は、前記複数の特定マークの位置の平均値に基づいて得られることとしても良い。これらの場合において、前記統計処理の結果として得られる前記物体の位置に関する情報は、前記可動体の移動を規定する直交座標系上の座標軸方向のオフセットであることとすることができる。
【００３５】
上記請求項２及び３に記載の各計測方法において、請求項４に記載の計測方法の如く、前記可動体は、前記物体の加工処理に用いられることとすることができる。
【００３６】
請求項５に記載の発明は、マーク形成部材が固定される可動体上に存在するマークを光学的に検出するマーク検出系の特性を計測する計測方法において、前記マーク形成部材を前記可動体から離間させた後に、前記可動体上に戻された前記マーク形成部材上の少なくとも１つのマークを前記マーク検出系で検出し、該検出結果に基づいて前記マーク検出系の特性を求めることを特徴とする計測方法である。
【００３７】
これによれば、マーク形成部材を可動体から離間させた後に、可動体上に戻されたマーク形成部材上の少なくとも１つのマークをマーク検出系で検出し、該検出結果に基づいてマーク検出系の特性を求めるので、請求項１に記載の発明と同様に、マーク形成部材の熱応力に起因する歪の影響を受けることなく、マーク検出系の特性を、精度良く計測することが可能となる
【００３８】
ところで、最近になってウエハ上に塗布されるレジストの膜厚に応じて、ウエハ上のマークの検出結果に基づいて得られるマーク検出系の特性（ＴＩＳなど）が変化することが判明している。かかる点に着目してなされたのが、次の請求項６の計測方法である。
【００３９】
請求項６に記載の発明は、可動体上に搭載された保持部材上に存在するマークを光学的に検出するマーク検出系の特性を計測する計測方法であって、前記保持部材上に保持された物体に塗布された感光剤の膜厚を計測する第１工程と；前記第１工程で計測された前記感光剤の膜厚と、前記マーク検出系の特性と前記感光剤の膜厚との既知の関係と、に基づいて前記特性を算出する第２工程と；を含む計測方法である。
【００４０】
この発明は、マーク検出系の特性と物体上に塗布される感光剤の膜厚との関係を実験又はシミュレーションなどにより、予め求めておくことが前提である。
【００４１】
これによれば、保持部材上に保持された物体に塗布された感光剤の膜厚を計測する（第１工程）。次いで、その計測された感光剤の膜厚と、予め求めておいたマーク検出系の特性と感光剤の膜厚との関係と、に基づいてその感光剤の膜厚に応じたマーク検出系の特性を算出する。すなわち、この発明によると、予め上記の関係（例えばテーブルデータ、あるいは関係式など）を求めておくことにより、マーク検出系の特性を求めるに際しては、物体上に塗布された感光剤の膜厚を計測するのみで、短時間にマーク検出系の特性を精度良く算出することができる。
【００４２】
請求項７に記載の発明は、感応物体をエネルギビームにより露光して前記感応物体上に所定のパターンを形成する露光方法であって、請求項１〜６のいずれか一項に記載の計測方法により前記マーク検出系の特性を計測する工程と；前記マーク検出系を用いて前記感応物体上の複数の特定マークの位置情報を検出する工程と；検出された前記複数の位置合わせマークの位置情報と前記計測された前記マーク検出系の特性とを考慮して、露光の際の前記感応物体の位置を制御する工程と；を含む露光方法である。
【００４３】
これによれば、請求項１〜６のいずれか一項に記載の計測方法によりマーク検出系の特性が、短時間にかつ精度良く計測される。また、マーク検出系を用いて感応物体上の複数の位置合わせマークの位置情報が検出される。そして、検出された複数の位置合わせマークの位置情報と計測されたマーク検出系の特性とを考慮して、露光の際の感応物体の位置が制御される。この結果、計測されたマーク検出系の特性に起因する感応物体の位置検出誤差を補正するように、露光の際の感応物体の位置が制御されるので、感応物体の露光を高精度に行うことが可能になる。
【００４４】
この場合において、請求項８に記載の露光方法の如く、前記マーク検出系の特性を計測する工程の処理は、所定数の感応物体毎に行われることとすることができる。
【００４５】
この場合において、請求項９に記載の露光方法の如く、前記マーク検出系の特性を計測する工程は、ロットの先頭の感応物体毎に行われることとすることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図７（Ｂ）に基づいて説明する。
【００４７】
図１には、第１の実施形態に係る露光装置１００の概略構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。この露光装置１００は、照明系１０、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、感応物体としてのウエハＷが搭載されるステージ装置５０、及び装置全体を統括制御する主制御装置２０等を備えている。
【００４８】
前記照明系１０は、光源、及び照明光学系を含み、その内部に配置された視野絞り（マスキングブレード又はレチクルブラインドとも呼ばれる）で規定される矩形又は円弧状の照明領域にエネルギビームとしての照明光ＩＬを照射し、回路パターンが形成されたレチクルＲを均一な照度で照明する。照明系１０と同様の照明系は、例えば特開平６−３４９７０１号公報などに開示されている。ここで、照明光ＩＬとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの遠紫外光、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、あるいはＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光などが用いられる。照明光ＩＬとして、超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）を用いることも可能である。
【００４９】
前記レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが、例えば真空吸着又は静電吸着などにより固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ及びボイスコイルモータ等を含む不図示のレチクルステージ駆動部によって、照明系１０の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）を含む）であるとともに、所定の走査方向（ここではＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００５０】
レチクルステージＲＳＴのＸＹ面内の位置（θｚ回転を含む）は、その一部に形成され、あるいは設けられた反射面にレーザビームを照射するレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。
【００５１】
レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報は主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、レチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいて不図示のレチクルステージ駆動部を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。
【００５２】
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとしては、例えば両側テレセントリックで所定の縮小倍率（例えば１／５又は１／４）を有する屈折光学系が使用されている。このため、照明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲが照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領域内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（部分倒立像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域に共役な照明光ＩＬの照射領域（露光領域）に形成される。
【００５３】
前記ステージ装置５０は、可動体としてのウエハステージＷＳＴ、該ウエハステージＷＳＴを駆動するウエハ駆動部２４等を備えている。前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方で不図示のベースの上方に配置され、リニアモータ等を含むウエハ駆動部２４によって、ＸＹ面内（θｚ回転を含む）で自在に駆動される。また、ウエハステージＷＳＴは、ウエハ駆動部２４を構成するアクチュエータによって、Ｚ軸方向、及びＸＹ面に対する傾斜方向（Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向））へ微小駆動される。
【００５４】
前記ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は、ウエハステージＷＳＴの上面に設けられた移動鏡１７を介して、位置検出系としてのウエハレーザ干渉計システム１８によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ここで、実際には、ウエハステージＷＳＴ上には、例えば図４（Ａ）に示されるように、走査方向（Ｙ軸方向）に直交する反射面を有するＹ移動鏡１７Ｙと非走査方向（Ｘ軸方向）に直交する反射面を有するＸ移動鏡１７Ｘとが設けられ、これに対応してウエハレーザ干渉計システム１８もＹ移動鏡に垂直に干渉計ビームを照射するＹ干渉計と、Ｘ移動鏡に垂直に干渉計ビームを照射するＸ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１７、ウエハレーザ干渉計システム１８として示されている。すなわち、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴの移動位置を規定する静止座標系（直交座標系）が、ウエハレーザ干渉計システム１８のＹ干渉計及びＸ干渉計の測長軸によって規定されている。以下においては、この静止座標系を「ステージ座標系」とも呼ぶ。
【００５５】
ウエハレーザ干渉計システム１８のＹ干渉計及びＸ干渉計は、ともに測長軸を複数有する多軸干渉計であり、これらの干渉計によって、ウエハステージＷＳＴの回転（ヨーイング（Ｚ軸回りの回転であるθｚ回転）、ピッチング（Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転）、ローリング（Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転））も計測されている。多軸干渉計は、４５°傾いてウエハステージＷＳＴに設置される反射面を介して、投影光学系ＰＬが載置される架台（不図示）に設置される反射面にレーザビームを照射し、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ軸方向）に関する相対位置情報を検出するようにしても良い。なお、例えばウエハステージＷＳＴの側面（端面）を鏡面加工して反射面を形成し、この反射面を移動鏡１７の代わりに用いても良い。
【００５６】
ウエハステージＷＳＴのステージ座標系上における位置情報（又は速度情報）は主制御装置２０に供給される。主制御装置２０では、ウエハステージＷＳＴの上記位置情報（又は速度情報）に基づき、ウエハ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴを制御する。
【００５７】
ウエハステージＷＳＴ上に保持装置としてのウエハホルダ２５が設けられ、該ウエハホルダ２５上にウエハＷが吸着保持されている。
【００５８】
ウエハホルダ２５は、該ウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴとともに一部破砕して示す図２、及び図４（Ａ）等を総合すると分かるように、円板状の形状を有し、その上面の中央部には、円形の凹部２５ａが形成され、この凹部２５ａには、所定高さのピン６４が所定間隔で配設されている。これらのピン６４と機械的に干渉しない位置には、不図示の吸引孔が多数設けられており、これらの吸引孔を介して不図示のバキュームポンプの真空吸引力により、ウエハＷがウエハホルダ２５上に吸着保持されるようになっている。
【００５９】
また、ウエハステージＷＳＴには、図２に示されるように、ウエハホルダ２５の下半部が嵌合可能な丸穴７２が形成されている。ウエハホルダ２５は、この丸穴７２にその下半部が嵌合した状態で、不図示の真空吸引機構による真空吸引力により、ウエハステージＷＳＴに固定されるようになっている。
【００６０】
前記ウエハステージＷＳＴの底部には、前記丸穴７２の内部の底面の中心部に相当する位置に、上下動・回転機構７４が設けられている。この上下動・回転機構７４は、不図示のモータ等を含み、一端がウエハホルダ２５の底面に固定された駆動軸７５を上下動及びほぼ１８０°回転させる機構である。この上下動・回転機構７４は、図１のウエハ駆動部２４の一部を構成するもので、図１の主制御装置２０によって制御される。
【００６１】
また、丸穴７２の内部の底面上には、ウエハ駆動部２４を構成する駆動機構により駆動される３本の上下動ピン（センタアップ）７８が設けられている。これらの上下動ピン７８は、ウエハホルダ２５がウエハステージＷＳＴ上に吸着固定された状態では、それぞれの先端部が、それぞれの上下動ピン７８に対向するウエハホルダ２５の所定位置にそれぞれ形成された不図示の丸孔をそれぞれ介してウエハホルダ２５の上面側に出没可能になっている。従って、ウエハ交換時には、３本の上下動ピン７８によってウエハＷを３点で支持し、あるいは上下動させたりすることができるようになっている。
【００６２】
ウエハホルダ２５の上面には、図４（Ａ）に示されるように、ウエハＷの周囲の部分に所定の位置関係、具体的には正方形の各頂点の位置に、４つの計測用基準板２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄが配設されている。これらの計測用基準板２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの上面は、ウエハホルダ２５上に載置されるウエハＷの表面と同じ高さとなるように設定されている。
【００６３】
これらの計測用基準板２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの上面には、基準マークＦＭ１，ＦＭ２，ＦＭ３，ＦＭ４がそれぞれ形成されている。これらの基準マークＦＭ１〜ＦＭ４は、図３の拡大平面図に示されるように、Ｘ軸方向を周期方向とする例えば６μｍＬ／Ｓマークから成るＸマーク２６Ｘと、Ｙ軸方向を周期方向とする例えば６μｍＬ／Ｓマークから成るＹマーク２６Ｙと、Ｘ軸方向を周期方向とする例えば０．２μｍＬ／Ｓマークから成るセグメント（全幅６μｍ）が、例えば６μｍのピッチでＸ軸方向に配列されたセグメントマーク２７Ｘと、Ｙ軸方向を周期方向とする例えば０．２μｍＬ／Ｓマークから成るセグメント（全幅６μｍ）が、例えば６μｍのピッチでＹ軸方向に配列されたセグメントマーク２７Ｙと、を備えている。なお、Ｘ、Ｙマーク（２６Ｘ，２６Ｙ）及びセグメントマーク（２７Ｘ，２７Ｙ）は計測用基準板上に少なくとも一方が形成されていれば良く、線幅が６μｍと広いＸ、Ｙマーク（２６Ｘ，２６Ｙ）の形成が困難な場合には、線幅の狭いセグメントマーク（２７Ｘ，２７Ｙ）のみを形成することとしても良い。
【００６４】
なお、計測用基準板２１Ａ〜２１Ｄ上の基準マークＦＭ１〜ＦＭ４は、後述するアライメント検出系ＡＳの特性の一種であるＴＩＳの計測の基準となるものであるから、後述するアライメント検出系ＡＳの光学収差等によって計測結果が変動しないよう、収差の影響を受け難い形状（ピッチ、段差、組成等）とされている。
【００６５】
また、図２に示されるように、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷ近傍には、基準マーク板４０が固定されている。この基準マーク板４０の表面は、ウエハホルダ２５がウエハステージＷＳＴに吸着固定された状態で、前述の計測用基準板２１Ａ〜２１Ｄの表面と同じ高さになるように設定され、この表面には図４（Ａ）に示されるように所定の位置関係で、一対の第１基準マークＭＫ１，ＭＫ３と、第２基準マークＭＫ２とが形成されている。このうち、第１基準マークＭＫ１，ＭＫ３は、不図示の一対のレチクルアライメント系により、計測されるマークであり、第２基準マークＭＫ２は、次に説明するアライメント検出系ＡＳによって計測されるマークである。これらのマークとしては、レチクルアライメント系、アライメント検出系ＡＳの収差の影響を受け難いマークが用いられている。
【００６６】
投影光学系ＰＬの側面には、オフアクシス方式のマーク検出系としてのアライメント検出系ＡＳが設けられている。このアライメント検出系ＡＳとしては、例えば特開２０００−７７２９５号公報などに開示されているようなＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｉｍａｇｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系が用いられている。このアライメント検出系ＡＳは、所定の波長幅を有する照明光（例えば白色光）をウエハに照射し、ウエハ上の位置合わせマークとしてのアライメントマークの像と、対物レンズ等によってウエハと共役な面内に配置された指標板上の指標マークの像とを、撮像素子（ＣＣＤカメラ等）の受光面上に結像して検出するものである。アライメント検出系ＡＳは検出対象のマーク（ウエハＷ上の位置合わせマークとしてのアライメントマーク、基準マーク板４０上の第２基準マークＭＫ２、及び前述の計測用基準板２１Ａ〜２１Ｄ上の基準マークＦＭ１〜ＦＭ４）の撮像結果を、主制御装置２０へ向けて出力する。
【００６７】
さらに、本実施形態の露光装置１００では、ウエハＷのＺ方向位置は、図示は省略されているが、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示される多点焦点位置検出系から成るフォーカスセンサによって計測されるようになっており、このフォーカスセンサの出力が主制御装置２０に供給され、主制御装置２０ではウエハステージＷＳＴを制御していわゆるフォーカス・レベリング制御を行うようになっている。なお、フォーカスセンサの検出点（結像光束の照射点）は、前述した露光領域の内部のみであっても良いし、露光領域の内部及びその走査方向の両側にあっても良い。また、結像光束は、ピンホール像、スリット像に限らず、ある程度面積を持った所定形状（例えば平行四辺形など）の像を形成しても良い。
【００６８】
主制御装置２０は、マイクロコンピュータ又はワークステーションを含んで構成され、装置の構成各部を統括して制御する。
【００６９】
次に、上述のようにして構成された本実施形態の露光装置１００により、複数ロット（１ロットは例えば２５枚）のウエハＷに対して第２層目（セカンドレイヤ）以降の層の露光処理を行う際の動作について、主制御装置２０の処理アルゴリズムを簡略化して示す図５のフローチャートに沿って、かつ適宜他の図面を用いて説明する。
【００７０】
前提として、ウエハステージＷＳＴ（ウエハホルダ２５）上には前層の露光工程で露光が行われた最後のウエハが載置されているものとする。不図示のレチクルローダによって、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲがロードされると、図５のフローチャートの処理が開始される。
【００７１】
まず、ステップ１０２において、基準マーク板４０が投影光学系ＰＬのほぼ真下に位置するように、ウエハ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴを移動し、レチクルＲ上の少なくとも一対のレチクルアライメントマークとこれらのマークに対応する一対の第１基準マークＭＫ１，ＭＫ３との相対位置を不図示の一対のレチクルアライメント系を用いて検出し、その検出結果に基づいて所定の演算を行って、レチクル干渉計１６の測長軸で規定されるレチクル座標系と前述のステージ座標系との対応関係を求める。すなわち、レチクルアライメントを実行する。
【００７２】
次のステップ１０４では、アライメント検出系ＡＳのベースラインを計測する。具体的には、基準マーク板４０が投影光学系ＰＬのほぼ真下に位置する前述の位置からベースラインの設計値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを移動し、基準マーク板４０上の第２基準マークＭＫ２をアライメント検出系ＡＳで検出する。そして、このとき得られるアライメント検出系ＡＳの検出中心と第２基準マークＭＫ２との相対位置の情報及び先に計測した第１基準マークＭＫ１，ＭＫ３と対応するレチクルアライメントマークの相対位置の情報と、それぞれの計測時のウエハレーザ干渉計システム１８の計測値とに基づいて、ベースライン（レチクルパターンの投影位置とアライメント検出系ＡＳの検出中心（指標中心）との相対位置の情報）を計測する。
【００７３】
次のステップ１０６で、ロット内のウエハの番号を示すカウンタｎを１に初期化する（ｎ←１）。
【００７４】
次のステップ１０８では、ウエハ交換を行う。具体的には、不図示のウエハ・アンローダとセンタアップ７８とを用いて、通常と同様の手順でウエハホルダ２５上に保持されているウエハをアンロードするとともに、不図示のウエハ・ローダとセンタアップ７８とを用いて、ウエハホルダ２５上にロット内の第ｎ枚目（ここでは、第１枚目、すなわちロット先頭）のウエハＷを、ウエハホルダ２５上にロードする。これにより、ウエハホルダ２５上にウエハＷが真空吸着により保持されることとなる。
【００７５】
ここで、ウエハＷ上には、図４（Ａ）に示されるように、複数のショット領域がマトリクス状に配列され、各ショット領域には前層までの露光及び現像等によりそれぞれチップパターンが形成されている。また、各ショット領域には、アライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４を用いて代表的に示されるように、位置合わせマークとしてのアライメントマークが付随して設けられている。なお、アライメントマークは、実際には、隣接ショット間のストリートライン上に設けられるが、ここでは、説明の便宜上、ショットの内部の位置に設けた場合が示されている。
【００７６】
また、このとき、ウエハＷは、不図示のプリアライメント装置により、中心出しと回転位置合わせが行われている。また、このウエハロードの際のウエハステージＷＳＴのヨーイングも前述したウエハレーザ干渉計システム１８によって管理されている。従って、ウエハＷは、ウエハ中心から見たノッチ（Ｖ字状の切り欠き）の方向がステージ座標系上の−Ｙ方向とほぼ一致する方向（以下、「０°の方向」という）でウエハホルダ２５上にロードされている。
【００７７】
ウエハ交換の終了後、次のステップ１１０に進み、カウンタｎの値が１であるか否かを判断することにより、その時点のウエハホルダ２５上にロードされているウエハＷが、ロット先頭のウエハであるか否かを判断する。この場合、カウンタｎの値は１であるから、ここでの判断は肯定され、ステップ１１２のアライメント検出系ＡＳのＴＩＳ（（Ｔｏｏｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｈｉｆｔ：アライメント検出系ＡＳの特性の一種）を計測するサブルーチンに移行する。ここで、ＴＩＳとは、アライメント検出系ＡＳを用いて光学系のコマ収差の影響を受ける、アライメントマークなどのマークを検出した際のアライメント検出系ＡＳの光学系の収差、主としてコマ収差（及びウエハＷ上のレジスト膜厚）に起因する検出ずれであり、アライメント検出系ＡＳの特性の一種である。
【００７８】
このサブルーチン１１２では、まず、図６のステップ１３２でウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから離間する。具体的には、不図示の真空吸引機構による真空吸引力を解除するとともに、上下動・回転機構７４を制御して、ウエハＷを吸着保持しているウエハホルダ２５を、例えば図２に示される位置まで上昇駆動する。これにより、前層の露光時に露光対象のウエハに対する照明光ＩＬの照射に起因してウエハホルダ２５とウエハステージＷＳＴとの間に発生していた熱応力が解除されると同時に、ウエハホルダ２５がその温度に応じて自由変形（伸縮）する。
【００７９】
次のステップ１３４では、上下動・回転機構７４を制御して、ウエハＷを吸着保持しているウエハホルダ２５を、ほぼ１８０°回転後、元の高さまで下降させてウエハステージＷＳＴ上に戻す。このときのウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ及びウエハホルダ２５）の状態が、図４（Ａ）に示されており、ここでのウエハＷとウエハホルダ２５の状態を以下の説明においては、「第１の状態」と呼ぶものとする。
【００８０】
次のステップ１３６では、次に説明する第１の状態でのマーク計測を実行する。
【００８１】
＜第１の状態でのマーク計測＞
まず、ウエハＷに形成されたアライメントマークＡＭｎ（ｎ＝１，２，３，４）の位置座標ＡＭｎ（１）（ＡＭ１（１），ＡＭ２（１），ＡＭ３（１），ＡＭ４（１））と、ウエハホルダ２５に設けられた基準マークＦＭｎの位置座標ＦＭｎ（１）（ＦＭ１（１），ＦＭ２（１），ＦＭ３（１），ＦＭ４（１））を計測する。
【００８２】
具体的には、ウエハステージＷＳＴのＸＹ２次元方向の移動を制御して基準マーク、アライメントマークをアライメント検出系ＡＳの真下に順次位置決めする。そして、位置決めの都度、そのときのアライメント検出系ＡＳの計測値、すなわちその検出中心（指標中心）に対する検出対象のマークの位置の情報と、そのときのウエハレーザ干渉計システム１８の計測値とを、メモリ内に順次格納する。
【００８３】
ここで、上記の各マークの計測順序としては、図７（Ａ）に示されるようにウエハＷ上のアライメントマークＡＭｎをＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３、ＡＭ４の順に計測し、その後ウエハホルダ２５上の基準マークＦＭｎをＦＭ１、ＦＭ２、ＦＭ３、ＦＭ４の順に計測するようにしても良いし、あるいは、計測時間及びウエハステージＷＳＴの駆動距離を短縮するため、図７（Ｂ）に示されるように、アライメントマークＡＭｎと基準マークＦＭｎとを、ＡＭ１、ＦＭ２、ＡＭ２、ＦＭ３、ＡＭ３、ＦＭ４、ＡＭ４、ＦＭ１の順で、交互に計測するようにしても良い。
【００８４】
この場合、実際に測定されたアライメントマークの計測値にはアライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳが含まれている。一方、基準マークの計測値に含まれるアライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳはゼロとみなせる。
【００８５】
次に、上述の計測により得られた、各計測結果と先に計測したベースライン量とに基づいて、ウエハＷに形成されたアライメントマークＡＭｎ（ｎ＝１，２，３，４）のステージ座標系上における位置座標ＡＭｎ（１）（ＡＭ１（１），ＡＭ２（１），ＡＭ３（１），ＡＭ４（１））と、ウエハホルダ２５に設けられた基準マークＦＭｎのステージ座標系上における位置座標ＦＭｎ（１）（ＦＭ１（１），ＦＭ２（１），ＦＭ３（１），ＦＭ４（１））とを算出する。
【００８６】
次に、次式（４）の演算を行って、ウエハＷの向きが１８０°の方向に設定された第１の状態におけるウエハホルダ２５の中心位置Ｈ１８０を求める。
【００８７】
Ｈ１８０＝（ＦＭ１（１）＋ＦＭ２（１）＋ＦＭ３（１）＋ＦＭ４（１））／４……（４）
勿論、このＨ１８０は実際には、２次元の座標値である。
【００８８】
次に、第１の状態におけるウエハＷ上の代表点（便宜上Ｐ点とも呼ぶ）の位置座標Ｗ１８０を、次式（５）に基づいて算出する。
【００８９】
Ｗ１８０＝（ＡＭ１（１）＋ＡＭ２（１）＋ＡＭ３（１）＋ＡＭ４（１））／４……（５）
勿論、このＷ１８０は実際には、２次元の座標値である。
【００９０】
次いで、第１の状態における、ホルダ中心位置とウエハ上の代表点ＰとのＸ軸方向の距離Ｌ１８０ｘ，Ｙ軸方向の距離Ｌ１８０ｙを、次式（６）、（７）にそれぞれ基づいて算出し、それらの算出結果をメモリに記憶する。
【００９１】
Ｌ１８０ｘ＝Ｗ１８０ｘ−Ｈ１８０ｘ ……（６）
Ｌ１８０ｙ＝Ｗ１８０ｙ−Ｈ１８０ｙ ……（７）
【００９２】
以上のようにして、第１の状態におけるマーク計測が終了すると、ステップ１３８に進み、前述のステップ１３２と同様に、上下動・回転機構７４を制御し、ウエハＷを吸着保持したウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから離間させる。
【００９３】
次いで、上下動・回転機構７４を介してウエハホルダ２５を１８０°回転後、元の高さまで下降させて、ウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴ上に戻す。この１８０°回転後におけるウエハＷ及びウエハホルダ２５の状態が図４（Ｂ）に示されており、以下においては、この状態を「第２の状態」と呼ぶものとする。この第２の状態では、ウエハＷは、ノッチの方向がウエハ中心から見て−Ｙ方向に一致する０°の方向を向いている。
【００９４】
この場合においても、実際に測定されたアライメントマークの計測値にはアライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳが含まれている。一方、基準マークの計測値に含まれるアライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳはゼロとみなせる。
【００９５】
次のステップ１４２では、次に説明する第２の状態でのマーク計測を実行する。
【００９６】
＜第２の状態でのマーク計測＞
まず、前述した第１の状態の場合と同様にして、アライメントマークＡＭｎ（ｎ＝１，２，３，４）の位置座標ＡＭｎ（２）（ＡＭ１（２），ＡＭ２（２），ＡＭ３（２），ＡＭ４（２））と、ウエハホルダ２５に設けられた基準マークＦＭｎの位置座標ＦＭｎ（２）（ＦＭ１（２），ＦＭ２（２），ＦＭ３（２），ＦＭ４（２））とを計測する。
【００９７】
次に、次式（８）の演算を行って、ウエハＷの向きが０°の方向に設定された第２の状態におけるウエハホルダ２５の中心位置Ｈ０を求める。
【００９８】
Ｈ０＝（ＦＭ１（２）＋ＦＭ２（２）＋ＦＭ３（２）＋ＦＭ４（２））／４……（８）
勿論、このＨ０は実際には、２次元の座標値である。
【００９９】
次に、第２の状態におけるウエハ上の代表点Ｐの位置座標Ｗ０を、次式（９）に基づいて算出する。
【０１００】
Ｗ０＝（ＡＭ１（２）＋ＡＭ２（２）＋ＡＭ３（２）＋ＡＭ４（２））／４……（９）
勿論、このＷ０は実際には、２次元の座標値である。
【０１０１】
次いで、第２の状態におけるホルダ中心位置とウエハ上の代表点ＰとのＸ軸方向の距離Ｌ０ｘ，Ｙ軸方向の距離Ｌ０ｙを、次式（１０）、（１１）にそれぞれ基づいて算出し、それらの算出結果をメモリに記憶する。
【０１０２】
Ｌ０ｘ＝Ｈ０ｘ−Ｗ０ｘ ……（１０）
Ｌ０ｙ＝Ｈ０ｙ−Ｗ０ｙ ……（１１）
このようにして、第２の状態でのマーク計測が終了すると、ステップ１４４では、次のようにしてアライメント検出系ＡＳのＴＩＳを算出する。
【０１０３】
＜ＴＩＳの算出方法＞
前述した第１の状態における、Ｘ軸方向の距離Ｌ１８０ｘ，Ｙ軸方向の距離Ｌ１８０ｙは、それぞれ次式（６）’，（７）’のように表すこともできる。
【０１０４】
ここで、Ｗｘは、ウエハホルダの中心を原点とし、かつステージ座標系（Ｘ，Ｙ）に平行な座標軸を有するホルダ座標系上における上記のウエハ上の代表点ＰのＸ座標値（真の値）である。また、ＴＩＳｘは、アライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳのＸ成分である。
【０１０５】
ここで、Ｗｙは、上記のホルダ座標系上におけるウエハ上の代表点のＹ座標値（真の値）である。また、ＴＩＳｙは、アライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳのＹ成分である。
【０１０６】
また、「第１の状態」から「第２の状態」へと移る際には、ウエハホルダ２５とウエハＷの位置関係が一定に保たれた状態で、ウエハホルダ２５の回転軸の中心（ウエハホルダの中心にほぼ一致）を中心としてウエハＷを保持したウエハホルダ２５が１８０°回転され、かつアライメント検出系ＡＳは同一の姿勢を維持している。従って、ホルダ中心位置とウエハ上の代表点ＰとのＸ軸方向の距離Ｌ０ｘ，Ｙ軸方向の距離Ｌ０ｙは、それぞれ次式（１０）’，（１１）’のように表すことができる。
【０１０７】
【０１０８】
上記の式（６）’と式（１０）’、及び式（７）’と式（１１）’より、次のようなＴＩＳｘ，ＴＩＳｙの算出式が得られる。
【０１０９】
ＴＩＳｘ＝（Ｌ１８０ｘ−Ｌ０ｘ）／２ ……（１２）
ＴＩＳｙ＝（Ｌ１８０ｙ−Ｌ０ｙ）／２ ……（１３）
【０１１０】
従って、ステップ１４４では、上式（１２）、（１３）に基づいてアライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳのＸ成分、Ｙ成分を算出することとしている。
【０１１１】
以上により、サブルーチン１１２の処理を終了し、メインルーチンのステップ１１３にリターンする。
【０１１２】
ステップ１１３では、第２の状態で計測されたアライメントマークの位置座標、ＡＭｎ（２）（ＡＭ１（２）、ＡＭ２（２）、ＡＭ３（２）、ＡＭ４（２））から上で求めたＴＩＳを差し引き、真のアライメントマークの位置ＡＭｎ（０）を求める。すなわち、次式（１４）に基づいて、アライメントマークの位置計測結果にＴＩＳ補正を行った後、ステップ１１６に移行する。
【０１１３】
ＡＭｎ（０）＝ＡＭｎ（２）−ＴＩＳ …（１４）
ステップ１１６では、ＴＩＳ補正後のアライメントマークの位置を基に、例えば特開昭６１−４４４２９号公報等に詳細に開示される最小二乗法を用いた統計演算（ＥＧＡ演算）により、ウエハＷ上のショット領域の配列座標を算出する。すなわち、このようにしてＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式のウエハアライメントを行う。
【０１１４】
次のステップ１１８では、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で、上記のウエハアライメントの結果を用いて、ウエハステージＷＳＴの位置を制御しつつ、ステップ・アンド・スキャン方式で露光を行って、ウエハＷ上の各ショット領域に対してレチクルＲのパターンをそれぞれ転写する。この場合、アライメント結果として、アライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳを補正したアライメントマークの位置情報が用いられ、これに応じて求められたショット領域の配列座標、すなわち各ショット領域のステージ座標系上の位置座標及びこれと所定の位置関係にある各ショット領域の露光のための加速開始位置が算出されているので、この算出結果に基づいてウエハステージＷＳＴを移動すれば、結果的にＴＩＳを補正するように、ウエハステージＷＳＴ（ウエハホルダ２５）の位置制御が行われることとなる。
【０１１５】
そして、露光が終了すると、ステップ１２０に進んでカウンタｎの値がＮ（Ｎは、１ロットのウエハの枚数であり、Ｎは例えば２５又は５０などである）であるか否かを判断することにより、１ロットのウエハＷに対する露光が終了したか否かを判断する。ここでは、ｎ＝１であるから、ここでの判断は否定され、ステップ１２２に進んで、カウンタｎをインクリメント（ｎ←ｎ＋１）した後、ステップ１０８に戻る。この場合、ステップ１２２では、カウンタｎの値が２に設定される。
【０１１６】
ステップ１０８では、ウエハホルダ２５上にあるロット内の（ｎ−１）枚目のウエハ（ここではロット先頭のウエハＷ）とロット内のｎ枚目のウエハ（ここではロット内の２枚目のウエハ）との交換を前述した手順で行う。
【０１１７】
次のステップ１１０では、前述した如く、その時点のウエハホルダ２５上にロードされているウエハＷが、ロット先頭のウエハであるか否かを判断するが、ここではｎ＝２であるため、ここでの判断は否定されてステップ１１４に移行する。
【０１１８】
ステップ１１４では、アライメント計測を実行する。具体的には、予め選択された特定の複数（例えば８個又は１０個）のショット領域（アライメントショット領域、又はサンプルショット領域と呼ばれる）に付設されたアライメントマーク（サンプルマーク）の位置座標を、前述と同様の手順でアライメント検出系ＡＳを用いて検出した後、ステップ１１５に進む。
【０１１９】
ステップ１１５では、その検出したアライメントマークの位置座標からメモリ内に記憶されているＴＩＳの値（すなわち、ステップ１１２で算出されたＴＩＳのＸ成分、Ｙ成分の値）を差し引き、アライメントマーク位置の計測結果にＴＩＳ補正を行った後、ステップ１１６に移行する。
【０１２０】
ステップ１１６では、ＴＩＳ補正後のアライメントマークの位置を基に、前述のＥＧＡ演算により、ロット内の第ｎ枚目（この場合、第２枚目）のウエハ上のショット領域の配列座標を算出し、ステップ１１８に進んで、そのショット領域の配列座標（ウエハアライメントの結果）を用いて、ウエハステージＷＳＴの位置を制御しつつ、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行い、ロット内の第ｎ枚目（この場合、第２枚目）のウエハ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンを転写する。
【０１２１】
そして、露光が終了すると、ステップ１２０に進んで１ロットのウエハＷに対する露光が終了したか否かを判断するが、この場合、ｎ＝２であるから、ここでの判断は否定され、ステップ１２２に移行し、以後、ステップ１２０における判断が肯定されるまで、ステップ１０８→１１０→１１４→１１５→１１６→１１８→１２０→１２２のループの処理（判断を含む）が繰り返し実行される。これにより、ロット内の第３枚目〜第Ｎ枚目のウエハに対してレチクルパターンが転写されることとなる。
【０１２２】
そして、ロット内の第Ｎ枚目のウエハ（ロット最終のウエハ）に対する露光が終了してステップ１２０の判断が肯定されると、ステップ１２４に進んで、露光終了の条件を満足しているか否かを判断する。ここで、この露光終了の条件を満足しているか否かの判断は、種々のものが考えられる。例えば予定のロット数を予め設定しておいて、その予定のロット数の露光が終了したか否かを判断することにより行っても良いし、あるいは、オペレータあるいは上位装置からの終了指令が入力されているか否かを判断することにより行っても良い。
【０１２３】
いずれにしても、露光終了の条件を満足していない場合には、ステップ１０４に戻り、前述したベースライン計測（ベースラインチェックとも呼ばれる）を実行する。
【０１２４】
次のステップ１０６で、ロット内のウエハの番号を示すカウンタｎを１に初期化（ｎ←１）した後、ステップ１０８以下の処理（判断を含む）をステップ１２０における判断が肯定されるまで繰り返す。これにより、第２番目のロット内の全てのウエハに対する露光が実行され、ステップ１２４に移行する。
【０１２５】
ステップ１２４では、露光終了条件の満足が判断され、この判断が否定されると、ステップ１０４に戻り、以後、ステップ１２４における判断が繰り返され、第３番目以降のロットに対する処理が行われる。そして、例えば予定のロット数の露光が終了するなどして、ステップ１２４における判断が肯定されると、本ルーチンの一連の処理を終了する。
【０１２６】
これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、ウエハホルダ２５、及び該ウエハホルダ２５に吸着保持されたウエハＷが、マーク形成部材を構成している。
【０１２７】
以上詳細に説明したように、本第１の実施形態の露光装置１００によると、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳの計測（ステップ１３６〜１４４）の処理に先立ち、ウエハＷを吸着保持したウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから一旦離間させた後、ウエハステージＷＳＴ上に戻す（ステップ１３２、１３４）。すなわち、前層（又は前ロット）の露光の際に、ウエハに対する照明光ＩＬの照射によりウエハホルダ２５及びウエハステージＷＳＴに蓄積された熱及び両者の熱膨張係数、温度の相違により、両者に熱応力が発生している場合があるが、ウエハＷを吸着保持したウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから一旦離間させることにより、上述の熱応力状態が解除され、ウエハホルダ２５はその温度に応じて自由変形（伸縮）する。
【０１２８】
次いで、ウエハホルダ２５及びこれに保持されたウエハＷの向きが、所定の方向、すなわちウエハＷのノッチが中心に対して＋Ｙ方向に設定されている前述の第１の状態と、第１の状態からウエハホルダ２５及びこれに保持されたウエハＷの向きが１８０°回転した第２の状態とで、前述の基準マークＦＭ１〜ＦＭ４、アライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４をアライメント検出系ＡＳを用いてそれぞれ検出する（ステップ１３６、１４２）。
【０１２９】
この場合において、ウエハＷを保持するウエハホルダ２５を、一旦持ち上げた後、１８０°回転した後、ウエハステージＷＳＴ上に戻すことにより、前述の第１の状態から第２の状態への状態遷移が行われる（ステップ１３８、１４０）ので、僅かな時間で実行することができる。この場合、第１の状態でのマークの検出時と第２の状態でのマークの検出時との間では、ウエハホルダ２５及びこれに保持されたウエハＷの温度の変化を殆ど無視できる。従って、第１の状態、第２の状態でのマークの検出結果、すなわちステージ座標系上における基準マークＦＭｎ、ＡＭｎ（ｎ＝１〜４）の位置情報には、第１の状態と第２の状態との間のウエハＷ、ウエハホルダ２５の温度の差によるマークの検出誤差は殆ど含まれていないと考えて差し支えない。
【０１３０】
そして、第１の状態、第２の状態でのマークの検出結果に基づいて、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳを算出する（ステップ１４４）。従って、本実施形態によると、ウエハホルダ２５及びこれに保持されたウエハＷの熱応力、従ってその熱応力に起因する歪の影響を受けることなく、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳを、短時間でかつ精度良く計測することが可能となる。この場合、実プロセスのウエハに対するアライメント検出系ＡＳのＴＩＳを、短時間でかつ精度良く計測することができる。
【０１３１】
また、本実施形態では、前述の如く、ウエハホルダ２５の向きが所定の方向に設定されている「第１の状態」から「第２の状態」へ移るだけで計測が可能となるので、ウエハを取り外し、１８０°回転した後、再度ウエハホルダに搭載するという工程が不要となるとともに、その回転の前後のウエハの位置ずれ等も防止することができる。
【０１３２】
また、本実施形態の露光装置１００によると、サブルーチン１１２で、前述のようにしてアライメント検出系ＡＳのＴＩＳが、短時間にかつ精度良く計測される。また、そのＴＩＳの計測の過程、又はＴＩＳ計測とは別に（ステップ１１４）、アライメント検出系ＡＳを用いてウエハＷ上の複数のアライメントマークの位置情報が検出される。
【０１３３】
そして、その検出された複数のアライメントマークの位置情報から計測されたアライメント検出系ＡＳのＴＩＳが差し引かれて、ＴＩＳ補正後のアライメントマークの真の位置情報が求められ（ステップ１１３又は１１５）、この位置情報に基づいて露光の際のウエハの位置が制御される。この結果、計測されたＴＩＳに起因するウエハＷの位置検出誤差を補正するように、露光の際のウエハＷの位置が制御されるので、レチクルＲとウエハ上の各ショット領域との重ね合わせ精度を向上した状態でウエハの露光を行うことが可能となる。
【０１３４】
なお、上記実施形態では、ロット内の第２枚目以降のウエハについては、上述したアライメント検出系のＴＩＳ計測を省略し、ＥＧＡ方式のウエハアライメントを行うものとしたが、これは、同一ロット内のウエハについては、同一プロセスを経て同一のアライメントマークが形成されているので、ロット先頭のウエハを計測して求めたＴＩＳの値をそのまま用いて、アライメント計測結果にＴＩＳ補正を行っても十分高精度なＴＩＳ補正が可能だからである。しかし、これに限らず、ウエハ毎にＴＩＳ計測を行うこととしても良いし、所定枚数のウエハ毎に、ＴＩＳ計測を行うこととしても良い。勿論、ステップ１２０におけるＮを任意の値（１以上２５より小さい値）に設定することにより、設定した枚数のウエハの露光毎にアライメント検出系のＴＩＳ計測を行うこととしても良い。
【０１３５】
なお、上記実施形態では、ウエハホルダ上に計測用基準板（基準マーク）を４つ設け、これら４つの基準マークを全て位置計測の対象とし、これに対応してウエハＷ上のアライメントマークの内から４つのアライメントマークを選択し、これらのアライメントマークの位置計測を行い、４つの基準マークの位置の平均、４つのアライメントマークの位置の平均を、位置情報として、それぞれ用い、これらの位置情報に基づいてアライメント検出系ＡＳのＴＩＳを算出する場合について説明した。しかしながら、本発明がこれに限定されないことは勿論である。
【０１３６】
すなわち、マーク検出系（アライメント検出系ＡＳ）のＴＩＳの算出のための位置情報を求めるための基準マークの位置情報の数、アライメントマークの位置情報の数は、特に限定されるものではなく、基準マークとアライメントマークとの位置関係が求められれば良い。従って、基準マーク、アライメントマークはともに１つであっても良く、あるいは一方のみが１つであっても良い。
【０１３７】
また、上記実施形態では、複数の基準マークＦＭｎ、複数のアライメントマークＡＭｎの位置をそれぞれ計測し、それぞれの計測結果を平均化する場合について説明したが、この統計処理として、最小二乗法を用いても良い。
【０１３８】
すなわち、上述したＥＧＡ方式によるウエハアライメントでは、例えば次式（１５）で示されるような（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，Ｏｘ，Ｏｙ）の合計６つの未知パラメータ（誤差パラメータ）を含むウエハ上のショット配列座標を示すモデル式を仮定する。式（１５）において、Ｆｘｎ，Ｆｙｎは、ウエハＷ上のショット領域のステージ座標系上における位置決め目標位置のＸ座標，Ｙ座標である。また、Ｄｘｎ，Ｄｙｎは、ショット領域の設計上のＸ座標，Ｙ座標である。
【０１３９】
【数１】
【０１４０】
そして、上記のアライメントマークの計測により得られた配列座標の情報（実測値）と上記モデル式で定まる計算上の配列座標との平均的な偏差が最小となるように、上記６つのパラメータを決定する。そして、決定されたパラメータを上記モデル式に代入することにより、各ショット領域の配列座標を演算により求める。ここで、６つのパラメータの中には、ショット配列のステージ座標系に対するＸ方向、Ｙ方向へのオフセットＯｘ，Ｏｙが含まれている。そこで、主制御装置２０では、上記実施形態と同様にしてアライメントマークの位置計測を行い、この計測結果を用いてオフセットＯｘ，Ｏｙを第１の状態、第２の状態のそれぞれで求める。
【０１４１】
また、ウエハホルダ２５上の基準マークＦＭ１〜ＦＭ４の配列座標のステージ座標系からのＸ方向、Ｙ方向のオフセットＨＯｘ，ＨＯｙを未知パラメータとして含むモデル式を、ＥＧＡ方式のウエハアライメントと同様に仮定する。そして、基準マークＦＭ１〜ＦＭ４についての位置計測結果から得られる位置情報と、上記モデル式で定まる計算値との偏差が最小となるように、最小自乗法を用いてＸ方向、Ｙ方向のオフセットＨＯｘ，ＨＯｙを決定する。主制御装置２０では、上記実施形態と同様にして基準マークの位置計測を行い、この計測結果を用いてオフセットＨＯｘ，ＨＯｙの算出を第１の状態、第２の状態のそれぞれで行う。
【０１４２】
そして、主制御装置２０では、それぞれのオフセット同士の差ΔＯＦＦ１８０ｘ、ΔＯＦＦ０ｘ、ΔＯＦＦ１８０ｙ、ΔＯＦＦ０ｙを、次式（１６）〜（１９）に基づいて算出し、メモリ内に記憶する。
【０１４３】
ΔＯＦＦ１８０ｘ＝Ｏ１８０ｘ−ＨＯ１８０ｘ ……（１６）
ΔＯＦＦ０ｘ＝ＨＯ０ｘ−Ｏ０ｘ ……（１７）
ΔＯＦＦ１８０ｙ＝Ｏ１８０ｙ−ＨＯ１８０ｙ ……（１８）
ΔＯＦＦ０ｙ＝ＨＯ０ｙ−Ｏ０ｙ ……（１９）
【０１４４】
ここで、ウエハ、ウエハホルダのＸ方向に関する真のオフセット値をＯｘ，ＨＯｘとすると、式（１６）、（１７）は、次のように表される。
【０１４５】
【０１４６】
同様に、ウエハ、ウエハホルダのＹ方向に関する真のオフセット値をＯｙ，ＨＯｙとすると、式（１８）、（１９）は、次のように表される。
【０１４７】
【０１４８】
式（１６）’と式（１７）’より、ＴＩＳのＸ方向成分は、
ＴＩＳｘ＝（ΔＯＦＦ１８０ｘ−ΔＯＦＦ０ｘ）／２……（２０）
となる。また、式（１８）’と式（１９）’より、ＴＩＳのＹ方向成分は、
ＴＩＳｙ＝（ΔＯＦＦ１８０ｙ−ΔＯＦＦ０ｙ）／２……（２１）
となる。
【０１４９】
そこで、主制御装置２０では、式（２０）、（２１）に基づいて、ＴＩＳｘ、ＴＩＳｙを算出し、これらの算出結果を用いて、第２の状態で得られたウエハのオフセットを補正した値を新たなＯｘ、Ｏｙとする。
【０１５０】
そして、主制御装置２０では、新たなＯｘ、Ｏｙを含む全てのパラメータが決定された式（１５）のモデル式を用いて、ウエハＷ上のショット領域の配列座標を算出する。そして、この配列座標に従って、主制御装置２０によって、ウエハステージＷＳＴ（ウエハホルダ２５）の位置が制御されつつ、前述した実施形態と同様にステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われる。この露光の際に、結果的にアライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳを補正するように、ウエハステージＷＳＴ（ウエハホルダ２５）の位置制御が行われることとなる。
【０１５１】
なお、ウエハのアライメントの方式としては、上述したＥＧＡ方式に限らず、ダイ・バイ・ダイ方式を採用しても良く、この場合においても、計測されるそれぞれのショット座標を、上記のようにして予め求めたＴＩＳを用いて補正することとすれば良い。
【０１５２】
また、ウエハホルダにおける基準マークの配置の方法としては、上記実施形態に示した、ウエハホルダ上に基準マークの形成された計測用基準板を固定する方法に限らず、ウエハホルダに基準マークを直接形成する方法を採ることもできる。この場合には、ホルダ中央部に凹部を設け、ウエハ表面と、ウエハホルダ表面が同一高さとされることが望ましい。
【０１５３】
なお、上記実施形態では、ウエハＷがノッチが０°の方向を向く状態で、ウエハホルダ２５上に搬入されるため、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳの計測開始に先立って、ウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから離間させるとともに、１８０°回転後にウエハステージＷＳＴ上に戻すものとしたが、ウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから離間させた後、ウエハホルダ２５を回転させることなくウエハステージＷＳＴ上に戻しても良い。この場合であっても、前述のウエハホルダ２５とウエハステージＷＳＴとの間の熱応力状態は解除される。この場合、ステップ１３６で、ウエハのノッチが０°の方向を向いた状態でマーク計測を行い、ステップ１３８の処理を経た後、ステップ１４２でウエハのノッチが１８０°の方向を向いた状態でマーク計測を行うこととすれば良い。この場合、ロット先頭のウエハについては、その後、ノッチが１８０°の方向を向いた状態で、前述の実施形態と同様の手順の処理を実行しても良いし、再度、ノッチが０°方向を向く状態にウエハホルダ２５を１８０°回転し、ステップ１３６で計測したアライメントマークの位置情報にＴＩＳ補正を加えて、その補正後の位置情報を用いて、前述の処理を実行するようにしても良い。
【０１５４】
また、上記実施形態では、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳ計測の開始前のみならず、第１の状態から第２の状態へ移る際にも、ウエハホルダ２５を一旦持ち上げた後回転するものとしたが、これは上記実施形態のウエハホルダ及びウエハステージＷＳＴを用いて前述の手順でアライメント検出系ＡＳのＴＩＳ計測を行った場合に、その後の処理を含めたスループットを考慮した結果の動作に過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、ウエハホルダ２５の向きが所定の向きに向いている第１の状態と、その第１の状態から１８０°回転した第２の状態とで、ウエハホルダ２５（あるいはこれに吸着保持されるウエハ）上に存在するマークの位置検出を行って、その検出結果に基づいてアライメント検出系ＡＳの何らかの特性を算出する場合に、本発明は好適に適用でき、計測の開始前にウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴ上から一旦離間させるだけで足りる。かかる場合であっても、第１の状態と第２の状態との間で、計測開始前に発生していた、ウエハステージＷＳＴとウエハホルダ２５との間の熱応力、あるいはそれに起因する歪がウエハホルダ２５（あるいはこれに吸着保持されるウエハ）上に存在するマークの位置検出誤差を引き起こす場合があり、このような場合にも、計測開始前に前述の熱応力を一旦解除することにより、それに起因する前述の位置検出誤差を低減できるからである。
【０１５５】
更に、例えば国際公開ＷＯ９９／４０６１３号などに開示されている、ウエハ上に線幅及びデューティ比が異なる第１マークと第２マークとを近接配置し、ウエハホルダ又はウエハを回転させることなく、各マークの像の間隔の計測値と設定値との誤差（ＴＩＳ）を求め、該誤差が小さくなるように検出光学系（又は照明系）を調整するという調整方法においても、ＴＩＳ計測の直前にウエハホルダを一旦離間させることとしても良い。この場合においても上記実施形態と全く同様の効果を得ることができる。
【０１５６】
また、上記実施形態ではレチクルアライメント及びベースライン計測（ステップ１０２，１０４）を行ってから、ウエハステージＷＳＴ上のウエハをアンロードするものとしたが、ウエハをアンロードしてからレチクルアライメントなどを行うようにしても良い。
【０１５７】
なお、上記実施形態では、本発明の計測方法がウエハＷの露光を行う露光装置で用いられる場合について説明したが、本発明の計測方法は、可動体（上記実施形態ではウエハステージ）が、ウエハなどの物体の加工処理に用いられるものであれば同様に用いることができる。すなわち、可動体上の保持部材に保持された物体上のマークをマーク検出系で検出し、その検出結果に基づいて物体を加工位置に移動するものであれば、上記実施形態と同様に、その加工精度の向上が期待できる。このような装置としては、レーザリペア装置等のレーザ加工装置などが挙げられる。
【０１５８】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を図８に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の部分については、同一の符号を用いるとともにその説明を簡略にし、若しくは省略するものとする。
【０１５９】
本第２の実施形態においては、前提として、ウエハ上に塗布される感光剤（レジスト）の膜厚（厚さ）とアライメント検出系ＡＳのＴＩＳとの関係を、例えば実験やシミュレーションなどにより予め求めておき、この関係を主制御装置２０内のメモリにテーブルデータ、あるいは関係式などの形式で記憶しておくこととしている。
【０１６０】
なお、上記のテーブルデータ、関係式などは、以下に説明するレジスト厚測定装置６０（図６参照）によりレジスト膜厚を測定するとともに、上記第１の実施形態と同様の原理により、アライメント検出系ＡＳを用いてＴＩＳを計測することで作成することが可能である。
【０１６１】
図８には、本第２の実施形態で用いられるレジスト厚測定装置６０の構成が示されている。このレジスト厚測定装置６０は、露光前のウエハのウエハホルダ２５への搬入経路のいずれかのポイント又はウエハホルダ２５の移動領域内のいずれかのポイントに設置される。
【０１６２】
図８に示されるように、レジスト厚測定装置６０は、ランプ等の光源５１、該光源５１から射出された照明光が入射する波長選択フィルタ板５３、照明光の光路後方に順次設けられたレンズ５６、ハーフプリズム５７、対物レンズ５８、及び２次元ＣＣＤよりなる撮像素子５９等を備えている。
【０１６３】
前記波長選択フィルタ板５３は駆動装置５４により回転可能とされている。波長選択フィルタ板５３には複数種類のフィルタが設けられ、駆動装置５４により回転駆動されることにより、ウエハＷ上に塗布されたレジスト４１に対して非感光性の特定の単一波長の計測光を選択するように所定のフィルタが照明光の光路上に配置される。駆動装置５４の動作は主制御装置２０の指示の下、計測制御装置５５により制御される。
【０１６４】
前記撮像素子５９は、例えば２次元ＣＣＤより構成され、その撮像面は、対物レンズ５８に関してウエハＷ表面の光学的フーリエ変換面となっている。
【０１６５】
このように構成されるレジスト厚計測装置５９では、光源５１から射出された照明光は、楕円鏡５２で反射されて波長選択フィルタ板５３に入射し、波長選択フィルタ板５３によってウエハＷ上に塗布されたレジスト４１に対して非感光性の特定の単一波長の計測光ＬＲが選択される。そして、波長選択フィルタ板５３を通過した計測光ＬＲは、レンズ５６で平行光束に変換されてハーフプリズム５７に入射し、ハーフプリズム５７で反射された計測光ＬＲが対物レンズ５８を介してウエハＷ上の厚さｄのレジスト４１内にスポット像を形成する。一定の開口数の対物レンズ５８によって照射された計測光ＬＲは、レジスト４１の表面とウエハＷの表面とで反射し、その戻り光ＬＲ’は、対物レンズ５８及びハーフプリズム５７を経て撮像素子５９の撮像面に入射する。撮像素子５９の撮像面には戻り光ＬＲ’による干渉縞が形成される。撮像素子５９の撮像信号は主制御装置２０に供給され、主制御装置２０ではその撮像信号を処理して得られる干渉縞の情報よりレジスト４１の膜厚ｄを算出する。
【０１６６】
本第２の実施形態の露光装置では、基本的には、前述した第１の実施形態と同一の処理アルゴリズムに従って、複数ロットのウエハに対する露光処理が実行される。但し、ロット先頭のウエハに対しては、ステップ１１３におけるアライメント検出系ＡＳのＴＩＳ計測処理に代えて、ＥＧＡ方式のウエハアライメント開始前のいずれかの時点で、レジスト厚測定装置６０を用いてウエハＷ上のレジストの膜厚を測定する処理が行われ、このレジスト膜厚と前述したテーブルデータ（又は関係式）とに基づいてその膜厚に対応するＴＩＳの値が算出される点が相違する。
【０１６７】
ロット先頭のウエハに対する他の処理、及びロット内の２枚目以降のウエハに対する処理は、前述した第１の実施形態と同様である。
【０１６８】
以上説明したように、本第２の実施形態によると、予め上記の関係（例えばテーブルデータ、あるいは関係式など）を求めておくことにより、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳを求めるに際しては、ウエハＷ上に塗布されたレジストの膜厚を計測するのみで、短時間にアライメント検出系ＡＳのＴＩＳを精度良く算出することができる。
【０１６９】
また、本第２の実施形態に係る露光装置によると、ＥＧＡ方式のウエハアライメントに先立って、前述のようにしてアライメント検出系ＡＳのＴＩＳが、短時間にかつ精度良く計測され、ウエハアライメント計測の際には、アライメント検出系ＡＳを用いてウエハＷ上の複数のアライメントマークの位置情報が検出される。
【０１７０】
そして、その検出された複数のアライメントマークの位置情報から計測されたアライメント検出系ＡＳのＴＩＳが差し引かれて、ＴＩＳ補正後のアライメントマークの真の位置情報が求められ、この位置情報に基づいて露光の際のウエハの位置が制御される。この結果、計測されたＴＩＳに起因するウエハＷの位置検出誤差を補正するように、露光の際のウエハＷの位置が制御されるので、レチクルＲとウエハ上の各ショット領域との重ね合わせ精度を向上した状態でウエハの露光を行うことが可能となる。
【０１７１】
また、本第２の実施形態においても、ロット先頭のウエハのみをレジスト膜厚の測定対象としているが、これは、レジストの膜厚がロット毎に異なるという経験的事実に基づいてこのようにしたものである。但し、これに限らず、ウエハ毎、あるいは所定枚数おきのウエハについてレジスト膜厚の測定を行っても良いことは勿論である。
【０１７２】
さらに、本第２の実施形態では、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳ計測に本発明（請求項６）の計測方法が適用された場合について説明したが、保持部材上に保持された物体に塗布された感光剤の膜厚と所定の関係にあるマーク検出系の特性であれば、ＴＩＳに限らず、その他の特性であっても、本発明（請求項６）の計測方法は適用可能である。
【０１７３】
なお、本第２の実施形態では、レジスト厚測定装置６０を露光装置１００内に設けても良いし、あるいは露光装置１００の外部に設けても良い。また、本第２の実施形態では、レジスト厚測定装置６０を用いてレジストの膜厚を実測するものとしたが、予めウエハステージＷＳＴにローディングされるウエハ上のレジストの膜厚に関する情報がわかっているときは、膜厚計測を行うことなくその情報を露光装置１００に入力するだけで良く、上記測定装置６０を特別に設けなくても良い。このとき、例えばウエハにレジストを塗布するレジスト塗布装置（コータ）で設定されるレジストの膜厚（目標値など）を直接、あるいは上位装置などを介して露光装置１００に入力するだけでも良い。すなわち、レジストの膜厚は実測値に限られるものではなく上記の設定値などでも構わない。
【０１７４】
また、上記各実施形態ではアライメント検出系ＡＳが指標板を備えるものとしたが、必ずしも指標板を設けなくても良く、その構成は上記実施形態に限定されるものではない。
【０１７５】
なお、上記各実施形態では、１つのウエハステージと１つのオフアクシスアライメント検出系ＡＳとを有する露光装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られず、例えば特開平１０−１６３０９８号などで開示されるようなツインウエハステージタイプで２つのアライメント検出系（ＦＩＡ）を有する露光装置に対しても適用可能であり、各ＦＩＡのＴＩＳをそれぞれ計測することもできる。
【０１７６】
なお、上記各実施形態では、照明光ＩＬとしてＫｒＦエキシマレーザ光などの遠紫外光、Ｆ２レーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等の真空紫外域光、あるいは超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）などを用いるものとしたが、これに限らずＡｒ２レーザ光（波長１２６ｎｍ）などの他の真空紫外光を用いても良い。また、例えば、真空紫外光として上記各光源から出力されるレーザ光に限らず、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（Ｅｒ）（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）の両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
【０１７７】
更に、照明光ＩＬとして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を用いる露光装置、投影光学系を用いない、例えばプロキシミティー方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナー、及び例えば国際公開ＷＯ９９／４９５０４号などに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用しても良い。
【０１７８】
なお、上記各実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されないことは勿論である。すなわちステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置にも本発明は好適に適用できる。
【０１７９】
なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより、上記各実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【０１８０】
なお、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子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ウエハ上に転写する露光装置、及び撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、有機ＥＬ、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、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウ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。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。
【０１８１】
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置を用いて前述の方法によりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、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、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。
【０１８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の計測方法によれば、ＴＩＳなどのマーク検出系の特性を、短時間でかつ精度良く計測することができるという効果がある。
【０１８３】
また、本発明の露光方法によれば、精度良くパターンを感応物体上に転写することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１のウエハステージをウエハホルダとともに一部破断して示す図である。
【図３】計測用基準板上に形成された基準マークを示す拡大図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、第１の実施形態に係る露光装置における、アライメント検出系のＴＩＳの算出方法を説明するための図である。
【図５】第１の実施形態の露光装置で、複数ロットのウエハＷに対して第２層目以降の層の露光処理を行う際の主制御装置の処理アルゴリズムを簡略化して示すフローチャートである。
【図６】図５のサブルーチン１１３の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、アライメントマークと基準マークの計測の順番の例を具体的に示す図である。
【図８】第２の実施形態の露光装置で用いられるレジスト厚計測装置を示す図である。
【符号の説明】
２５…ウエハホルダ（保持部材、マーク形成部材）、ＷＳＴ…ウエハステージ（可動体）、ＡＳ…アライメント検出系（マーク検出系）、Ｗ…ウエハ（感応物体、マーク形成部材）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、計測方法及び露光方法に係り、更に詳しくは、マーク形成部材が着脱自在に固定される可動体上に存在するマークを光学的に検出するマーク検出系の特性を計測する計測方法、及びこの計測方法を利用した露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、「ウエハ」と総称する）上に転写する露光装置、例えばステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、このステッパに改良を加えたステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）等の逐次移動型の投影露光装置が主として用いられている。
【０００３】
半導体素子等は、ウエハ上に複数層のパターンを重ね合せて形成されるため、ステッパ等の露光装置では、ウエハ上に既に形成されたパターンと、レチクルに形成されたパターンとの重ね合せを高精度に行う必要がある。このため、ウエハ上のパターンが形成されたショット領域の位置を正確に計測する必要があり、この方法として、ウエハ上の各ショット領域に付設されたアライメントマークの位置をアライメント検出系を用いて計測することがなされている。この場合、アライメントマークの位置を正確に計測するためには、アライメント検出系を構成する光学系に収差等が無い方が望ましい。このような収差等があると、アライメントマークの位置計測誤差が発生するためである。
【０００４】
しかし、光学系の収差が全く無い（収差ゼロの）アライメント検出系を製造することは実際問題として不可能であるから、通常は、アライメント検出系の検出ずれを測定し、その測定結果を用いてアライメント結果（測定値）を補正することが行われている。
【０００５】
一般に、アライメント検出系の光学収差のうちで、アライメント計測（アライメント検出系を用いたマーク位置計測）において問題になるのは、コマ収差である。コマ収差とは、レンズにおける光束が透過する位置とレンズ中心との位置関係に応じて、レンズを透過した結像光束の結像位置が横にずれるという現象である。従って、光学系にコマ収差があると、検出するマークの線幅、ピッチが広く、回折光の角度が小さい場合には、マークの位置検出ずれは殆ど無視できるレベルとなるが、検出するマークの線幅及びピッチが狭く、回折光の角度が大きい場合には、マークの位置検出ずれは、無視できないレベルとなる。すなわち、光学系にコマ収差があると、同一位置にあるラインパターンであっても、線幅が異なると異なる位置に結像されるため、結果的に検出ずれが生じてしまう。
【０００６】
アライメント検出系に起因する検出ずれ（上記の光学系のコマ収差に起因する検出ずれが殆どの部分を占めるが、検出対象であるマークのプロセスに起因する検出ずれ分等も含む）、すなわちＴＩＳ（Ｔｏｏｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｈｉｆｔ）を求める方法として、ウエハの方向０°の場合と１８０°の場合の両方の状態で、アライメント検出系によりマーク計測を行って、この計測結果に基づいてＴＩＳを求める方法が知られている。前述の如く、光学系にコマ収差があるとパターン線幅に応じて結像位置が異なるため、ＴＩＳ計測では、太い線幅のマークを基準として、細い線幅のマーク位置を計測することで評価が行われる。
【０００７】
ここで、従来のＴＩＳ計測方法について簡単に説明する。なお、実際のＴＩＳ計測では、２次元面方向の位置計測が行われるが、ここでは、説明を簡単にするため、１次元の計測を採り上げて説明する。
【０００８】
表面に線幅の広い基準マークと線幅の狭いアライメントマークとが形成された計測専用のウエハ（以下、便宜上「工具ウエハ」という）を用意する。そして、この工具ウエハをウエハホルダ上に載置する。ここでは、説明を簡単にするため、この載置された状態で、工具用ウエハ上の基準マークとアライメントマークとは、ウエハホルダが載置されたウエハステージの移動を規定する直交座標系上の所定の一軸（例えばＸ軸）に平行な軸に沿って並んでいるものとする。そして、アライメントマークと基準マークとのＸ座標をアライメント検出系及び上記直交座標系を規定する干渉計を用いてそれぞれ計測し、この計測結果から両マークの距離Ｘ０を求める。ここで、工具ウエハの中心点（α，β）を原点とする上記の直交座標系とそれぞれ平行な直交座標系であるウエハ座標系上における基準マークのＸ座標をＲＭ、アライメントマークのＸ座標をＡＭとする。両マークの距離をＸとすると、Ｘ＝ＡＭ−ＲＭである（これが真値である）。
【０００９】
上述したように、線幅の広い基準マークの計測結果に含まれるＴＩＳは零とみなせるので、上記の実測値Ｘ０は、アライメントマークのＸ座標の計測値をＡＭ（０）、基準マークの計測値をＲＭ（０）として、次式（１）のように表される。
【００１０】
次に、ウエハをウエハホルダ上から回収し、ウエハの中心（前述のウエハ座標系の原点）を中心として１８０°回転した後、再びウエハホルダ上に載置し、上記と同様にアライメントマーク及び基準マークの位置を計測し、両者の距離Ｘ１８０を求める。この場合、実測値Ｘ１８０は、アライメントマークのＸ座標の計測値をＡＭ（１８０）、基準マークの計測値をＲＭ（１８０）として、次式（２）のように表される。
【００１２】
上記式（１）、（２）より、アライメント検出系のＴＩＳを求めると、次式（３）のようになる。
【００１４】
ＴＩＳ＝（Ｘ０−Ｘ１８０）／２ ……（３）
【００１５】
以上のようにして求められたＴＩＳは、実際に露光される（実プロセスの）ウエハ上に形成されたアライメントマークの計測値に対する補正値として用いられている。
【００１６】
しかし、上述したアライメント検出系のＴＩＳ計測方法では、前述の工具ウエハが必須であるとともに、この工具ウエハに形成されたアライメントマークに対するアライメント検出系のＴＩＳしか計測できなかった。
【００１７】
かかる不都合を改善するものとして、ウエハホルダ上に基準マークが形成されるとともに、そのウエハホルダがウエハステージに対して１８０°回転可能とされたステージ装置及びそれを用いたＴＩＳ計測方法も最近になって提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００２−５０５６０号公報
【特許文献２】
特開２００３−７６０２号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１及び２に開示される技術によると、ウエハをウエハホルダ上に保持したまま、１８０°回転してＴＩＳ計測を行うことができるので、汎用性が向上するとともに、計測処理の簡略化、スループットの向上などの利点がある。
【００２０】
しかしながら、その後の研究により、例えば、ウエハの連続露光処理を行うに際し、上記特許文献１及び２に記載のＴＩＳ計測方法を用いて、所定枚数のウエハ毎にＴＩＳ計測を実施した場合、最初のウエハの露光開始前のＴＩＳ計測結果と、ある程度の枚数を処理した後のＴＩＳ計測結果とでは、両者間に、ＴＩＳ計測の計測誤差の許容範囲を大きく超える誤差が生じることが判明した。
【００２１】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、ＴＩＳなどのマーク検出系の特性を、短時間でかつ精度良く計測することができる計測方法を提供することにある。
【００２２】
また、本発明の第２の目的は、精度良くパターンを感応物体上に転写することが可能な露光方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
発明者は、前述と同様に、例えば、ウエハの連続露光処理を行うに際し、特許文献１及び２に記載のＴＩＳ計測方法を用いて、所定枚数のウエハ毎にＴＩＳ計測を行った結果を更に詳細に分析した結果、最初のウエハの露光開始前のＴＩＳ計測結果と、第１回目の所定枚数のウエハの露光後のＴＩＳ計測結果との差がかなり大きいことを確認した。この結果から、ウエハの露光がＴＩＳ計測の誤差要因となっているとの推測の下、種々の実験を行い、検討した結果、ウエハホルダの熱変形がＴＩＳ計測結果の大きな誤差要因であるとの結論を得た。
【００２４】
本発明は、上記のような発明者の得た新規知見に基づいてなされたもので、以下のような手法を採用する。
【００２５】
すなわち、請求項１に記載の発明は、マーク形成部材が着脱自在に固定される可動体上に存在するマークを光学的に検出するマーク検出系の特性を計測する計測方法であって、前記マーク形成部材を前記可動体から一旦離間させた後、前記可動体上に戻す第１工程と；前記第１工程の処理の後、前記マーク形成部材の向きが所定の方向に設定されている第１の状態と、前記第１の状態から前記マーク形成部材の向きが１８０°回転した第２の状態とで、前記マーク形成部材上の少なくとも１つのマークをそれぞれ検出する第２工程と；前記第２工程の検出結果に基づいて、前記マーク検出系の特性を算出する第３工程と；を含む計測方法である。
【００２６】
これによれば、マーク検出系の特性を計測するのに先立ち、マーク形成部材を可動体から一旦離間させた後、可動体上に戻す（第１工程）。すなわち、マーク形成部材を可動体から一旦離間させることにより、例えばマーク形成部材及び可動体に蓄積された熱及び両者の熱膨張係数、温度の相違により、両者に熱応力が発生していた状態であっても、その熱応力状態が解除され、マーク形成部材はその温度に応じて自由変形（伸縮）する。
【００２７】
次いで、マーク形成部材の向きが所定の方向に設定されている第１の状態と、第１の状態からマーク形成部材の向きが１８０°回転した第２の状態とで、マーク形成部材上の少なくとも１つのマークをそれぞれ検出する（第２工程）。この場合、第１の状態から第２の状態への状態遷移は、例えば前述の特許文献１に開示される構成、すなわち可動体（ステージ）上にマーク形成部材（基板ホルダ）が搭載され、このマーク形成部材が、駆動装置により、２次元面に直交する所定の回転軸の回りにほぼ１８０°回転可能な構成を用いれば、僅かな時間で実行することができる。この場合、第１の状態でのマークの検出時と第２の状態でのマークの検出時との間では、前述のマーク形成部材の温度の変化を殆ど無視できる。従って、第１の状態、第２の状態でのマークの検出結果、例えば所定の基準点に対するマークの位置情報には、温度の差によるマークの検出誤差は殆ど含まれていないと考えて差し支えない。
【００２８】
そして、第２工程の検出結果、すなわち第１の状態、第２の状態でのマークの検出結果、例えば所定の基準点に対するマークの位置情報に基づいて、マーク検出系の特性を算出する（第３工程）。従って、本発明によれば、マーク形成部材の熱応力、従ってその熱応力に起因する歪の影響を受けることなく、ＴＩＳなどのマーク検出系の特性を、短時間でかつ精度良く計測することが可能となる。
【００２９】
この場合において、請求項２に記載の計測方法の如く、マーク形成部材は、少なくとも１つの基準マークが形成された保持部材と、該保持部材に保持され、少なくとも１つの特定マークが形成された物体とを含み、前記第２工程は、前記第１の状態で前記マーク形成部材上に存在する第１対象マークを前記マーク検出系を用いて検出し、該検出結果を用いて第１の位置情報を得る工程と；前記マーク形成部材を、前記可動体に対して、前記物体の載置面にほぼ直交する所定の軸回りに１８０°回転させる工程と；前記回転後の前記第２の状態で前記マーク形成部材上に存在する第２対象マークを前記マーク検出系を用いて検出し、該検出結果を用いて第２の位置情報を得る工程と；を含む場合に、前記第３工程では、前記第１の位置情報と第２の位置情報とを用いて前記マーク検出系の特性を算出することとすることができる。
【００３０】
ここで、基準マークとは、マーク検出系の特性の計測の際の基準となるマークであって、検出誤差の生じにくいマークを意味し、特定マークとは、光学収差などの影響により検出誤差を生じやすいマークを意味する。
【００３１】
この場合、例えば前述の特許文献１及び２に開示される構成を採用すると、保持部材（ホルダ）の回転は保持部材上に物体（基板）を保持したまま行われるので、回転の前後における物体の中心位置ずれ等が生じるおそれもない。
【００３２】
この場合において、請求項３に記載の計測方法の如く、前記第１及び第２対象マークはそれぞれ前記物体上に形成された少なくとも１つの特定マークを含むこととすることができる。
【００３３】
この場合において、例えば前記第１対象マークには、前記物体上に形成された特定マークと前記保持部材上に形成された基準マークとが、各１つ含まれ、前記第１、第２の位置情報は、前記特定マークと前記基準マークとの相対位置情報であることとしても良いし、あるいは前記第１、第２対象マークには、前記保持部材上に形成された複数の基準マークがそれぞれ含まれ、前記第１、第２の位置情報は、前記第１、第２の状態でそれぞれ検出した前記複数の基準マークの位置情報のうちの任意の複数の位置情報をそれぞれ統計処理して得られる前記第１、第２の状態における前記保持部材の位置と前記少なくとも１つの特定マークとの相対位置情報であることとしても良い。
【００３４】
この他、前記第１、第２対象マークには、前記物体上に形成された複数の特定マークがそれぞれ含まれ、前記第１、第２の位置情報は、前記第１、第２の状態でそれぞれ検出した前記複数の特定マークの位置情報のうちの任意の複数の位置情報をそれぞれ統計処理して得られる前記第１、第２の状態における前記物体の位置に関する情報であることとしても良い。この場合、前記物体の位置に関する情報は、前記複数の特定マークの位置の平均値に基づいて得られることとしても良い。これらの場合において、前記統計処理の結果として得られる前記物体の位置に関する情報は、前記可動体の移動を規定する直交座標系上の座標軸方向のオフセットであることとすることができる。
【００３５】
上記請求項２及び３に記載の各計測方法において、請求項４に記載の計測方法の如く、前記可動体は、前記物体の加工処理に用いられることとすることができる。
【００３６】
請求項５に記載の発明は、マーク形成部材が固定される可動体上に存在するマークを光学的に検出するマーク検出系の特性を計測する計測方法において、前記マーク形成部材を前記可動体から離間させた後に、前記可動体上に戻された前記マーク形成部材上の少なくとも１つのマークを前記マーク検出系で検出し、該検出結果に基づいて前記マーク検出系の特性を求めることを特徴とする計測方法である。
【００３７】
これによれば、マーク形成部材を可動体から離間させた後に、可動体上に戻されたマーク形成部材上の少なくとも１つのマークをマーク検出系で検出し、該検出結果に基づいてマーク検出系の特性を求めるので、請求項１に記載の発明と同様に、マーク形成部材の熱応力に起因する歪の影響を受けることなく、マーク検出系の特性を、精度良く計測することが可能となる
【００３８】
ところで、最近になってウエハ上に塗布されるレジストの膜厚に応じて、ウエハ上のマークの検出結果に基づいて得られるマーク検出系の特性（ＴＩＳなど）が変化することが判明している。かかる点に着目してなされたのが、次の請求項６の計測方法である。
【００３９】
請求項６に記載の発明は、可動体上に搭載された保持部材上に存在するマークを光学的に検出するマーク検出系の特性を計測する計測方法であって、前記保持部材上に保持された物体に塗布された感光剤の膜厚を計測する第１工程と；前記第１工程で計測された前記感光剤の膜厚と、前記マーク検出系の特性と前記感光剤の膜厚との既知の関係と、に基づいて前記特性を算出する第２工程と；を含む計測方法である。
【００４０】
この発明は、マーク検出系の特性と物体上に塗布される感光剤の膜厚との関係を実験又はシミュレーションなどにより、予め求めておくことが前提である。
【００４１】
これによれば、保持部材上に保持された物体に塗布された感光剤の膜厚を計測する（第１工程）。次いで、その計測された感光剤の膜厚と、予め求めておいたマーク検出系の特性と感光剤の膜厚との関係と、に基づいてその感光剤の膜厚に応じたマーク検出系の特性を算出する。すなわち、この発明によると、予め上記の関係（例えばテーブルデータ、あるいは関係式など）を求めておくことにより、マーク検出系の特性を求めるに際しては、物体上に塗布された感光剤の膜厚を計測するのみで、短時間にマーク検出系の特性を精度良く算出することができる。
【００４２】
請求項７に記載の発明は、感応物体をエネルギビームにより露光して前記感応物体上に所定のパターンを形成する露光方法であって、請求項１〜６のいずれか一項に記載の計測方法により前記マーク検出系の特性を計測する工程と；前記マーク検出系を用いて前記感応物体上の複数の特定マークの位置情報を検出する工程と；検出された前記複数の位置合わせマークの位置情報と前記計測された前記マーク検出系の特性とを考慮して、露光の際の前記感応物体の位置を制御する工程と；を含む露光方法である。
【００４３】
これによれば、請求項１〜６のいずれか一項に記載の計測方法によりマーク検出系の特性が、短時間にかつ精度良く計測される。また、マーク検出系を用いて感応物体上の複数の位置合わせマークの位置情報が検出される。そして、検出された複数の位置合わせマークの位置情報と計測されたマーク検出系の特性とを考慮して、露光の際の感応物体の位置が制御される。この結果、計測されたマーク検出系の特性に起因する感応物体の位置検出誤差を補正するように、露光の際の感応物体の位置が制御されるので、感応物体の露光を高精度に行うことが可能になる。
【００４４】
この場合において、請求項８に記載の露光方法の如く、前記マーク検出系の特性を計測する工程の処理は、所定数の感応物体毎に行われることとすることができる。
【００４５】
この場合において、請求項９に記載の露光方法の如く、前記マーク検出系の特性を計測する工程は、ロットの先頭の感応物体毎に行われることとすることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図７（Ｂ）に基づいて説明する。
【００４７】
図１には、第１の実施形態に係る露光装置１００の概略構成が示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。この露光装置１００は、照明系１０、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、感応物体としてのウエハＷが搭載されるステージ装置５０、及び装置全体を統括制御する主制御装置２０等を備えている。
【００４８】
前記照明系１０は、光源、及び照明光学系を含み、その内部に配置された視野絞り（マスキングブレード又はレチクルブラインドとも呼ばれる）で規定される矩形又は円弧状の照明領域にエネルギビームとしての照明光ＩＬを照射し、回路パターンが形成されたレチクルＲを均一な照度で照明する。照明系１０と同様の照明系は、例えば特開平６−３４９７０１号公報などに開示されている。ここで、照明光ＩＬとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの遠紫外光、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、あるいはＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光などが用いられる。照明光ＩＬとして、超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）を用いることも可能である。
【００４９】
前記レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが、例えば真空吸着又は静電吸着などにより固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ及びボイスコイルモータ等を含む不図示のレチクルステージ駆動部によって、照明系１０の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）を含む）であるとともに、所定の走査方向（ここではＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００５０】
レチクルステージＲＳＴのＸＹ面内の位置（θｚ回転を含む）は、その一部に形成され、あるいは設けられた反射面にレーザビームを照射するレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。
【００５１】
レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報は主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、レチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいて不図示のレチクルステージ駆動部を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。
【００５２】
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとしては、例えば両側テレセントリックで所定の縮小倍率（例えば１／５又は１／４）を有する屈折光学系が使用されている。このため、照明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲが照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領域内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（部分倒立像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域に共役な照明光ＩＬの照射領域（露光領域）に形成される。
【００５３】
前記ステージ装置５０は、可動体としてのウエハステージＷＳＴ、該ウエハステージＷＳＴを駆動するウエハ駆動部２４等を備えている。前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方で不図示のベースの上方に配置され、リニアモータ等を含むウエハ駆動部２４によって、ＸＹ面内（θｚ回転を含む）で自在に駆動される。また、ウエハステージＷＳＴは、ウエハ駆動部２４を構成するアクチュエータによって、Ｚ軸方向、及びＸＹ面に対する傾斜方向（Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向））へ微小駆動される。
【００５４】
前記ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は、ウエハステージＷＳＴの上面に設けられた移動鏡１７を介して、位置検出系としてのウエハレーザ干渉計システム１８によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ここで、実際には、ウエハステージＷＳＴ上には、例えば図４（Ａ）に示されるように、走査方向（Ｙ軸方向）に直交する反射面を有するＹ移動鏡１７Ｙと非走査方向（Ｘ軸方向）に直交する反射面を有するＸ移動鏡１７Ｘとが設けられ、これに対応してウエハレーザ干渉計システム１８もＹ移動鏡に垂直に干渉計ビームを照射するＹ干渉計と、Ｘ移動鏡に垂直に干渉計ビームを照射するＸ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１７、ウエハレーザ干渉計システム１８として示されている。すなわち、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴの移動位置を規定する静止座標系（直交座標系）が、ウエハレーザ干渉計システム１８のＹ干渉計及びＸ干渉計の測長軸によって規定されている。以下においては、この静止座標系を「ステージ座標系」とも呼ぶ。
【００５５】
ウエハレーザ干渉計システム１８のＹ干渉計及びＸ干渉計は、ともに測長軸を複数有する多軸干渉計であり、これらの干渉計によって、ウエハステージＷＳＴの回転（ヨーイング（Ｚ軸回りの回転であるθｚ回転）、ピッチング（Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転）、ローリング（Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転））も計測されている。多軸干渉計は、４５°傾いてウエハステージＷＳＴに設置される反射面を介して、投影光学系ＰＬが載置される架台（不図示）に設置される反射面にレーザビームを照射し、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ軸方向）に関する相対位置情報を検出するようにしても良い。なお、例えばウエハステージＷＳＴの側面（端面）を鏡面加工して反射面を形成し、この反射面を移動鏡１７の代わりに用いても良い。
【００５６】
ウエハステージＷＳＴのステージ座標系上における位置情報（又は速度情報）は主制御装置２０に供給される。主制御装置２０では、ウエハステージＷＳＴの上記位置情報（又は速度情報）に基づき、ウエハ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴを制御する。
【００５７】
ウエハステージＷＳＴ上に保持装置としてのウエハホルダ２５が設けられ、該ウエハホルダ２５上にウエハＷが吸着保持されている。
【００５８】
ウエハホルダ２５は、該ウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴとともに一部破砕して示す図２、及び図４（Ａ）等を総合すると分かるように、円板状の形状を有し、その上面の中央部には、円形の凹部２５ａが形成され、この凹部２５ａには、所定高さのピン６４が所定間隔で配設されている。これらのピン６４と機械的に干渉しない位置には、不図示の吸引孔が多数設けられており、これらの吸引孔を介して不図示のバキュームポンプの真空吸引力により、ウエハＷがウエハホルダ２５上に吸着保持されるようになっている。
【００５９】
また、ウエハステージＷＳＴには、図２に示されるように、ウエハホルダ２５の下半部が嵌合可能な丸穴７２が形成されている。ウエハホルダ２５は、この丸穴７２にその下半部が嵌合した状態で、不図示の真空吸引機構による真空吸引力により、ウエハステージＷＳＴに固定されるようになっている。
【００６０】
前記ウエハステージＷＳＴの底部には、前記丸穴７２の内部の底面の中心部に相当する位置に、上下動・回転機構７４が設けられている。この上下動・回転機構７４は、不図示のモータ等を含み、一端がウエハホルダ２５の底面に固定された駆動軸７５を上下動及びほぼ１８０°回転させる機構である。この上下動・回転機構７４は、図１のウエハ駆動部２４の一部を構成するもので、図１の主制御装置２０によって制御される。
【００６１】
また、丸穴７２の内部の底面上には、ウエハ駆動部２４を構成する駆動機構により駆動される３本の上下動ピン（センタアップ）７８が設けられている。これらの上下動ピン７８は、ウエハホルダ２５がウエハステージＷＳＴ上に吸着固定された状態では、それぞれの先端部が、それぞれの上下動ピン７８に対向するウエハホルダ２５の所定位置にそれぞれ形成された不図示の丸孔をそれぞれ介してウエハホルダ２５の上面側に出没可能になっている。従って、ウエハ交換時には、３本の上下動ピン７８によってウエハＷを３点で支持し、あるいは上下動させたりすることができるようになっている。
【００６２】
ウエハホルダ２５の上面には、図４（Ａ）に示されるように、ウエハＷの周囲の部分に所定の位置関係、具体的には正方形の各頂点の位置に、４つの計測用基準板２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄが配設されている。これらの計測用基準板２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの上面は、ウエハホルダ２５上に載置されるウエハＷの表面と同じ高さとなるように設定されている。
【００６３】
これらの計測用基準板２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの上面には、基準マークＦＭ１，ＦＭ２，ＦＭ３，ＦＭ４がそれぞれ形成されている。これらの基準マークＦＭ１〜ＦＭ４は、図３の拡大平面図に示されるように、Ｘ軸方向を周期方向とする例えば６μｍＬ／Ｓマークから成るＸマーク２６Ｘと、Ｙ軸方向を周期方向とする例えば６μｍＬ／Ｓマークから成るＹマーク２６Ｙと、Ｘ軸方向を周期方向とする例えば０．２μｍＬ／Ｓマークから成るセグメント（全幅６μｍ）が、例えば６μｍのピッチでＸ軸方向に配列されたセグメントマーク２７Ｘと、Ｙ軸方向を周期方向とする例えば０．２μｍＬ／Ｓマークから成るセグメント（全幅６μｍ）が、例えば６μｍのピッチでＹ軸方向に配列されたセグメントマーク２７Ｙと、を備えている。なお、Ｘ、Ｙマーク（２６Ｘ，２６Ｙ）及びセグメントマーク（２７Ｘ，２７Ｙ）は計測用基準板上に少なくとも一方が形成されていれば良く、線幅が６μｍと広いＸ、Ｙマーク（２６Ｘ，２６Ｙ）の形成が困難な場合には、線幅の狭いセグメントマーク（２７Ｘ，２７Ｙ）のみを形成することとしても良い。
【００６４】
なお、計測用基準板２１Ａ〜２１Ｄ上の基準マークＦＭ１〜ＦＭ４は、後述するアライメント検出系ＡＳの特性の一種であるＴＩＳの計測の基準となるものであるから、後述するアライメント検出系ＡＳの光学収差等によって計測結果が変動しないよう、収差の影響を受け難い形状（ピッチ、段差、組成等）とされている。
【００６５】
また、図２に示されるように、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷ近傍には、基準マーク板４０が固定されている。この基準マーク板４０の表面は、ウエハホルダ２５がウエハステージＷＳＴに吸着固定された状態で、前述の計測用基準板２１Ａ〜２１Ｄの表面と同じ高さになるように設定され、この表面には図４（Ａ）に示されるように所定の位置関係で、一対の第１基準マークＭＫ１，ＭＫ３と、第２基準マークＭＫ２とが形成されている。このうち、第１基準マークＭＫ１，ＭＫ３は、不図示の一対のレチクルアライメント系により、計測されるマークであり、第２基準マークＭＫ２は、次に説明するアライメント検出系ＡＳによって計測されるマークである。これらのマークとしては、レチクルアライメント系、アライメント検出系ＡＳの収差の影響を受け難いマークが用いられている。
【００６６】
投影光学系ＰＬの側面には、オフアクシス方式のマーク検出系としてのアライメント検出系ＡＳが設けられている。このアライメント検出系ＡＳとしては、例えば特開２０００−７７２９５号公報などに開示されているようなＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｉｍａｇｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系が用いられている。このアライメント検出系ＡＳは、所定の波長幅を有する照明光（例えば白色光）をウエハに照射し、ウエハ上の位置合わせマークとしてのアライメントマークの像と、対物レンズ等によってウエハと共役な面内に配置された指標板上の指標マークの像とを、撮像素子（ＣＣＤカメラ等）の受光面上に結像して検出するものである。アライメント検出系ＡＳは検出対象のマーク（ウエハＷ上の位置合わせマークとしてのアライメントマーク、基準マーク板４０上の第２基準マークＭＫ２、及び前述の計測用基準板２１Ａ〜２１Ｄ上の基準マークＦＭ１〜ＦＭ４）の撮像結果を、主制御装置２０へ向けて出力する。
【００６７】
さらに、本実施形態の露光装置１００では、ウエハＷのＺ方向位置は、図示は省略されているが、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示される多点焦点位置検出系から成るフォーカスセンサによって計測されるようになっており、このフォーカスセンサの出力が主制御装置２０に供給され、主制御装置２０ではウエハステージＷＳＴを制御していわゆるフォーカス・レベリング制御を行うようになっている。なお、フォーカスセンサの検出点（結像光束の照射点）は、前述した露光領域の内部のみであっても良いし、露光領域の内部及びその走査方向の両側にあっても良い。また、結像光束は、ピンホール像、スリット像に限らず、ある程度面積を持った所定形状（例えば平行四辺形など）の像を形成しても良い。
【００６８】
主制御装置２０は、マイクロコンピュータ又はワークステーションを含んで構成され、装置の構成各部を統括して制御する。
【００６９】
次に、上述のようにして構成された本実施形態の露光装置１００により、複数ロット（１ロットは例えば２５枚）のウエハＷに対して第２層目（セカンドレイヤ）以降の層の露光処理を行う際の動作について、主制御装置２０の処理アルゴリズムを簡略化して示す図５のフローチャートに沿って、かつ適宜他の図面を用いて説明する。
【００７０】
前提として、ウエハステージＷＳＴ（ウエハホルダ２５）上には前層の露光工程で露光が行われた最後のウエハが載置されているものとする。不図示のレチクルローダによって、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲがロードされると、図５のフローチャートの処理が開始される。
【００７１】
まず、ステップ１０２において、基準マーク板４０が投影光学系ＰＬのほぼ真下に位置するように、ウエハ駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴを移動し、レチクルＲ上の少なくとも一対のレチクルアライメントマークとこれらのマークに対応する一対の第１基準マークＭＫ１，ＭＫ３との相対位置を不図示の一対のレチクルアライメント系を用いて検出し、その検出結果に基づいて所定の演算を行って、レチクル干渉計１６の測長軸で規定されるレチクル座標系と前述のステージ座標系との対応関係を求める。すなわち、レチクルアライメントを実行する。
【００７２】
次のステップ１０４では、アライメント検出系ＡＳのベースラインを計測する。具体的には、基準マーク板４０が投影光学系ＰＬのほぼ真下に位置する前述の位置からベースラインの設計値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを移動し、基準マーク板４０上の第２基準マークＭＫ２をアライメント検出系ＡＳで検出する。そして、このとき得られるアライメント検出系ＡＳの検出中心と第２基準マークＭＫ２との相対位置の情報及び先に計測した第１基準マークＭＫ１，ＭＫ３と対応するレチクルアライメントマークの相対位置の情報と、それぞれの計測時のウエハレーザ干渉計システム１８の計測値とに基づいて、ベースライン（レチクルパターンの投影位置とアライメント検出系ＡＳの検出中心（指標中心）との相対位置の情報）を計測する。
【００７３】
次のステップ１０６で、ロット内のウエハの番号を示すカウンタｎを１に初期化する（ｎ←１）。
【００７４】
次のステップ１０８では、ウエハ交換を行う。具体的には、不図示のウエハ・アンローダとセンタアップ７８とを用いて、通常と同様の手順でウエハホルダ２５上に保持されているウエハをアンロードするとともに、不図示のウエハ・ローダとセンタアップ７８とを用いて、ウエハホルダ２５上にロット内の第ｎ枚目（ここでは、第１枚目、すなわちロット先頭）のウエハＷを、ウエハホルダ２５上にロードする。これにより、ウエハホルダ２５上にウエハＷが真空吸着により保持されることとなる。
【００７５】
ここで、ウエハＷ上には、図４（Ａ）に示されるように、複数のショット領域がマトリクス状に配列され、各ショット領域には前層までの露光及び現像等によりそれぞれチップパターンが形成されている。また、各ショット領域には、アライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４を用いて代表的に示されるように、位置合わせマークとしてのアライメントマークが付随して設けられている。なお、アライメントマークは、実際には、隣接ショット間のストリートライン上に設けられるが、ここでは、説明の便宜上、ショットの内部の位置に設けた場合が示されている。
【００７６】
また、このとき、ウエハＷは、不図示のプリアライメント装置により、中心出しと回転位置合わせが行われている。また、このウエハロードの際のウエハステージＷＳＴのヨーイングも前述したウエハレーザ干渉計システム１８によって管理されている。従って、ウエハＷは、ウエハ中心から見たノッチ（Ｖ字状の切り欠き）の方向がステージ座標系上の−Ｙ方向とほぼ一致する方向（以下、「０°の方向」という）でウエハホルダ２５上にロードされている。
【００７７】
ウエハ交換の終了後、次のステップ１１０に進み、カウンタｎの値が１であるか否かを判断することにより、その時点のウエハホルダ２５上にロードされているウエハＷが、ロット先頭のウエハであるか否かを判断する。この場合、カウンタｎの値は１であるから、ここでの判断は肯定され、ステップ１１２のアライメント検出系ＡＳのＴＩＳ（（Ｔｏｏｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｈｉｆｔ：アライメント検出系ＡＳの特性の一種）を計測するサブルーチンに移行する。ここで、ＴＩＳとは、アライメント検出系ＡＳを用いて光学系のコマ収差の影響を受ける、アライメントマークなどのマークを検出した際のアライメント検出系ＡＳの光学系の収差、主としてコマ収差（及びウエハＷ上のレジスト膜厚）に起因する検出ずれであり、アライメント検出系ＡＳの特性の一種である。
【００７８】
このサブルーチン１１２では、まず、図６のステップ１３２でウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから離間する。具体的には、不図示の真空吸引機構による真空吸引力を解除するとともに、上下動・回転機構７４を制御して、ウエハＷを吸着保持しているウエハホルダ２５を、例えば図２に示される位置まで上昇駆動する。これにより、前層の露光時に露光対象のウエハに対する照明光ＩＬの照射に起因してウエハホルダ２５とウエハステージＷＳＴとの間に発生していた熱応力が解除されると同時に、ウエハホルダ２５がその温度に応じて自由変形（伸縮）する。
【００７９】
次のステップ１３４では、上下動・回転機構７４を制御して、ウエハＷを吸着保持しているウエハホルダ２５を、ほぼ１８０°回転後、元の高さまで下降させてウエハステージＷＳＴ上に戻す。このときのウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ及びウエハホルダ２５）の状態が、図４（Ａ）に示されており、ここでのウエハＷとウエハホルダ２５の状態を以下の説明においては、「第１の状態」と呼ぶものとする。
【００８０】
次のステップ１３６では、次に説明する第１の状態でのマーク計測を実行する。
【００８１】
＜第１の状態でのマーク計測＞
まず、ウエハＷに形成されたアライメントマークＡＭｎ（ｎ＝１，２，３，４）の位置座標ＡＭｎ（１）（ＡＭ１（１），ＡＭ２（１），ＡＭ３（１），ＡＭ４（１））と、ウエハホルダ２５に設けられた基準マークＦＭｎの位置座標ＦＭｎ（１）（ＦＭ１（１），ＦＭ２（１），ＦＭ３（１），ＦＭ４（１））を計測する。
【００８２】
具体的には、ウエハステージＷＳＴのＸＹ２次元方向の移動を制御して基準マーク、アライメントマークをアライメント検出系ＡＳの真下に順次位置決めする。そして、位置決めの都度、そのときのアライメント検出系ＡＳの計測値、すなわちその検出中心（指標中心）に対する検出対象のマークの位置の情報と、そのときのウエハレーザ干渉計システム１８の計測値とを、メモリ内に順次格納する。
【００８３】
ここで、上記の各マークの計測順序としては、図７（Ａ）に示されるようにウエハＷ上のアライメントマークＡＭｎをＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３、ＡＭ４の順に計測し、その後ウエハホルダ２５上の基準マークＦＭｎをＦＭ１、ＦＭ２、ＦＭ３、ＦＭ４の順に計測するようにしても良いし、あるいは、計測時間及びウエハステージＷＳＴの駆動距離を短縮するため、図７（Ｂ）に示されるように、アライメントマークＡＭｎと基準マークＦＭｎとを、ＡＭ１、ＦＭ２、ＡＭ２、ＦＭ３、ＡＭ３、ＦＭ４、ＡＭ４、ＦＭ１の順で、交互に計測するようにしても良い。
【００８４】
この場合、実際に測定されたアライメントマークの計測値にはアライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳが含まれている。一方、基準マークの計測値に含まれるアライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳはゼロとみなせる。
【００８５】
次に、上述の計測により得られた、各計測結果と先に計測したベースライン量とに基づいて、ウエハＷに形成されたアライメントマークＡＭｎ（ｎ＝１，２，３，４）のステージ座標系上における位置座標ＡＭｎ（１）（ＡＭ１（１），ＡＭ２（１），ＡＭ３（１），ＡＭ４（１））と、ウエハホルダ２５に設けられた基準マークＦＭｎのステージ座標系上における位置座標ＦＭｎ（１）（ＦＭ１（１），ＦＭ２（１），ＦＭ３（１），ＦＭ４（１））とを算出する。
【００８６】
次に、次式（４）の演算を行って、ウエハＷの向きが１８０°の方向に設定された第１の状態におけるウエハホルダ２５の中心位置Ｈ１８０を求める。
【００８７】
Ｈ１８０＝（ＦＭ１（１）＋ＦＭ２（１）＋ＦＭ３（１）＋ＦＭ４（１））／４……（４）
勿論、このＨ１８０は実際には、２次元の座標値である。
【００８８】
次に、第１の状態におけるウエハＷ上の代表点（便宜上Ｐ点とも呼ぶ）の位置座標Ｗ１８０を、次式（５）に基づいて算出する。
【００８９】
Ｗ１８０＝（ＡＭ１（１）＋ＡＭ２（１）＋ＡＭ３（１）＋ＡＭ４（１））／４……（５）
勿論、このＷ１８０は実際には、２次元の座標値である。
【００９０】
次いで、第１の状態における、ホルダ中心位置とウエハ上の代表点ＰとのＸ軸方向の距離Ｌ１８０ｘ，Ｙ軸方向の距離Ｌ１８０ｙを、次式（６）、（７）にそれぞれ基づいて算出し、それらの算出結果をメモリに記憶する。
【００９１】
Ｌ１８０ｘ＝Ｗ１８０ｘ−Ｈ１８０ｘ ……（６）
Ｌ１８０ｙ＝Ｗ１８０ｙ−Ｈ１８０ｙ ……（７）
【００９２】
以上のようにして、第１の状態におけるマーク計測が終了すると、ステップ１３８に進み、前述のステップ１３２と同様に、上下動・回転機構７４を制御し、ウエハＷを吸着保持したウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから離間させる。
【００９３】
次いで、上下動・回転機構７４を介してウエハホルダ２５を１８０°回転後、元の高さまで下降させて、ウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴ上に戻す。この１８０°回転後におけるウエハＷ及びウエハホルダ２５の状態が図４（Ｂ）に示されており、以下においては、この状態を「第２の状態」と呼ぶものとする。この第２の状態では、ウエハＷは、ノッチの方向がウエハ中心から見て−Ｙ方向に一致する０°の方向を向いている。
【００９４】
この場合においても、実際に測定されたアライメントマークの計測値にはアライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳが含まれている。一方、基準マークの計測値に含まれるアライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳはゼロとみなせる。
【００９５】
次のステップ１４２では、次に説明する第２の状態でのマーク計測を実行する。
【００９６】
＜第２の状態でのマーク計測＞
まず、前述した第１の状態の場合と同様にして、アライメントマークＡＭｎ（ｎ＝１，２，３，４）の位置座標ＡＭｎ（２）（ＡＭ１（２），ＡＭ２（２），ＡＭ３（２），ＡＭ４（２））と、ウエハホルダ２５に設けられた基準マークＦＭｎの位置座標ＦＭｎ（２）（ＦＭ１（２），ＦＭ２（２），ＦＭ３（２），ＦＭ４（２））とを計測する。
【００９７】
次に、次式（８）の演算を行って、ウエハＷの向きが０°の方向に設定された第２の状態におけるウエハホルダ２５の中心位置Ｈ０を求める。
【００９８】
Ｈ０＝（ＦＭ１（２）＋ＦＭ２（２）＋ＦＭ３（２）＋ＦＭ４（２））／４……（８）
勿論、このＨ０は実際には、２次元の座標値である。
【００９９】
次に、第２の状態におけるウエハ上の代表点Ｐの位置座標Ｗ０を、次式（９）に基づいて算出する。
【０１００】
Ｗ０＝（ＡＭ１（２）＋ＡＭ２（２）＋ＡＭ３（２）＋ＡＭ４（２））／４……（９）
勿論、このＷ０は実際には、２次元の座標値である。
【０１０１】
次いで、第２の状態におけるホルダ中心位置とウエハ上の代表点ＰとのＸ軸方向の距離Ｌ０ｘ，Ｙ軸方向の距離Ｌ０ｙを、次式（１０）、（１１）にそれぞれ基づいて算出し、それらの算出結果をメモリに記憶する。
【０１０２】
Ｌ０ｘ＝Ｈ０ｘ−Ｗ０ｘ ……（１０）
Ｌ０ｙ＝Ｈ０ｙ−Ｗ０ｙ ……（１１）
このようにして、第２の状態でのマーク計測が終了すると、ステップ１４４では、次のようにしてアライメント検出系ＡＳのＴＩＳを算出する。
【０１０３】
＜ＴＩＳの算出方法＞
前述した第１の状態における、Ｘ軸方向の距離Ｌ１８０ｘ，Ｙ軸方向の距離Ｌ１８０ｙは、それぞれ次式（６）’，（７）’のように表すこともできる。
【０１０４】
【０１０５】
【０１０６】
また、「第１の状態」から「第２の状態」へと移る際には、ウエハホルダ２５とウエハＷの位置関係が一定に保たれた状態で、ウエハホルダ２５の回転軸の中心（ウエハホルダの中心にほぼ一致）を中心としてウエハＷを保持したウエハホルダ２５が１８０°回転され、かつアライメント検出系ＡＳは同一の姿勢を維持している。従って、ホルダ中心位置とウエハ上の代表点ＰとのＸ軸方向の距離Ｌ０ｘ，Ｙ軸方向の距離Ｌ０ｙは、それぞれ次式（１０）’，（１１）’のように表すことができる。
【０１０７】
上記の式（６）’と式（１０）’、及び式（７）’と式（１１）’より、次のようなＴＩＳｘ，ＴＩＳｙの算出式が得られる。
【０１０９】
ＴＩＳｘ＝（Ｌ１８０ｘ−Ｌ０ｘ）／２ ……（１２）
ＴＩＳｙ＝（Ｌ１８０ｙ−Ｌ０ｙ）／２ ……（１３）
【０１１０】
従って、ステップ１４４では、上式（１２）、（１３）に基づいてアライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳのＸ成分、Ｙ成分を算出することとしている。
【０１１１】
以上により、サブルーチン１１２の処理を終了し、メインルーチンのステップ１１３にリターンする。
【０１１２】
ステップ１１３では、第２の状態で計測されたアライメントマークの位置座標、ＡＭｎ（２）（ＡＭ１（２）、ＡＭ２（２）、ＡＭ３（２）、ＡＭ４（２））から上で求めたＴＩＳを差し引き、真のアライメントマークの位置ＡＭｎ（０）を求める。すなわち、次式（１４）に基づいて、アライメントマークの位置計測結果にＴＩＳ補正を行った後、ステップ１１６に移行する。
【０１１３】
ＡＭｎ（０）＝ＡＭｎ（２）−ＴＩＳ …（１４）
ステップ１１６では、ＴＩＳ補正後のアライメントマークの位置を基に、例えば特開昭６１−４４４２９号公報等に詳細に開示される最小二乗法を用いた統計演算（ＥＧＡ演算）により、ウエハＷ上のショット領域の配列座標を算出する。すなわち、このようにしてＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式のウエハアライメントを行う。
【０１１４】
次のステップ１１８では、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で、上記のウエハアライメントの結果を用いて、ウエハステージＷＳＴの位置を制御しつつ、ステップ・アンド・スキャン方式で露光を行って、ウエハＷ上の各ショット領域に対してレチクルＲのパターンをそれぞれ転写する。この場合、アライメント結果として、アライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳを補正したアライメントマークの位置情報が用いられ、これに応じて求められたショット領域の配列座標、すなわち各ショット領域のステージ座標系上の位置座標及びこれと所定の位置関係にある各ショット領域の露光のための加速開始位置が算出されているので、この算出結果に基づいてウエハステージＷＳＴを移動すれば、結果的にＴＩＳを補正するように、ウエハステージＷＳＴ（ウエハホルダ２５）の位置制御が行われることとなる。
【０１１５】
そして、露光が終了すると、ステップ１２０に進んでカウンタｎの値がＮ（Ｎは、１ロットのウエハの枚数であり、Ｎは例えば２５又は５０などである）であるか否かを判断することにより、１ロットのウエハＷに対する露光が終了したか否かを判断する。ここでは、ｎ＝１であるから、ここでの判断は否定され、ステップ１２２に進んで、カウンタｎをインクリメント（ｎ←ｎ＋１）した後、ステップ１０８に戻る。この場合、ステップ１２２では、カウンタｎの値が２に設定される。
【０１１６】
ステップ１０８では、ウエハホルダ２５上にあるロット内の（ｎ−１）枚目のウエハ（ここではロット先頭のウエハＷ）とロット内のｎ枚目のウエハ（ここではロット内の２枚目のウエハ）との交換を前述した手順で行う。
【０１１７】
次のステップ１１０では、前述した如く、その時点のウエハホルダ２５上にロードされているウエハＷが、ロット先頭のウエハであるか否かを判断するが、ここではｎ＝２であるため、ここでの判断は否定されてステップ１１４に移行する。
【０１１８】
ステップ１１４では、アライメント計測を実行する。具体的には、予め選択された特定の複数（例えば８個又は１０個）のショット領域（アライメントショット領域、又はサンプルショット領域と呼ばれる）に付設されたアライメントマーク（サンプルマーク）の位置座標を、前述と同様の手順でアライメント検出系ＡＳを用いて検出した後、ステップ１１５に進む。
【０１１９】
ステップ１１５では、その検出したアライメントマークの位置座標からメモリ内に記憶されているＴＩＳの値（すなわち、ステップ１１２で算出されたＴＩＳのＸ成分、Ｙ成分の値）を差し引き、アライメントマーク位置の計測結果にＴＩＳ補正を行った後、ステップ１１６に移行する。
【０１２０】
ステップ１１６では、ＴＩＳ補正後のアライメントマークの位置を基に、前述のＥＧＡ演算により、ロット内の第ｎ枚目（この場合、第２枚目）のウエハ上のショット領域の配列座標を算出し、ステップ１１８に進んで、そのショット領域の配列座標（ウエハアライメントの結果）を用いて、ウエハステージＷＳＴの位置を制御しつつ、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行い、ロット内の第ｎ枚目（この場合、第２枚目）のウエハ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンを転写する。
【０１２１】
そして、露光が終了すると、ステップ１２０に進んで１ロットのウエハＷに対する露光が終了したか否かを判断するが、この場合、ｎ＝２であるから、ここでの判断は否定され、ステップ１２２に移行し、以後、ステップ１２０における判断が肯定されるまで、ステップ１０８→１１０→１１４→１１５→１１６→１１８→１２０→１２２のループの処理（判断を含む）が繰り返し実行される。これにより、ロット内の第３枚目〜第Ｎ枚目のウエハに対してレチクルパターンが転写されることとなる。
【０１２２】
そして、ロット内の第Ｎ枚目のウエハ（ロット最終のウエハ）に対する露光が終了してステップ１２０の判断が肯定されると、ステップ１２４に進んで、露光終了の条件を満足しているか否かを判断する。ここで、この露光終了の条件を満足しているか否かの判断は、種々のものが考えられる。例えば予定のロット数を予め設定しておいて、その予定のロット数の露光が終了したか否かを判断することにより行っても良いし、あるいは、オペレータあるいは上位装置からの終了指令が入力されているか否かを判断することにより行っても良い。
【０１２３】
いずれにしても、露光終了の条件を満足していない場合には、ステップ１０４に戻り、前述したベースライン計測（ベースラインチェックとも呼ばれる）を実行する。
【０１２４】
次のステップ１０６で、ロット内のウエハの番号を示すカウンタｎを１に初期化（ｎ←１）した後、ステップ１０８以下の処理（判断を含む）をステップ１２０における判断が肯定されるまで繰り返す。これにより、第２番目のロット内の全てのウエハに対する露光が実行され、ステップ１２４に移行する。
【０１２５】
ステップ１２４では、露光終了条件の満足が判断され、この判断が否定されると、ステップ１０４に戻り、以後、ステップ１２４における判断が繰り返され、第３番目以降のロットに対する処理が行われる。そして、例えば予定のロット数の露光が終了するなどして、ステップ１２４における判断が肯定されると、本ルーチンの一連の処理を終了する。
【０１２６】
これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、ウエハホルダ２５、及び該ウエハホルダ２５に吸着保持されたウエハＷが、マーク形成部材を構成している。
【０１２７】
以上詳細に説明したように、本第１の実施形態の露光装置１００によると、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳの計測（ステップ１３６〜１４４）の処理に先立ち、ウエハＷを吸着保持したウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから一旦離間させた後、ウエハステージＷＳＴ上に戻す（ステップ１３２、１３４）。すなわち、前層（又は前ロット）の露光の際に、ウエハに対する照明光ＩＬの照射によりウエハホルダ２５及びウエハステージＷＳＴに蓄積された熱及び両者の熱膨張係数、温度の相違により、両者に熱応力が発生している場合があるが、ウエハＷを吸着保持したウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから一旦離間させることにより、上述の熱応力状態が解除され、ウエハホルダ２５はその温度に応じて自由変形（伸縮）する。
【０１２８】
次いで、ウエハホルダ２５及びこれに保持されたウエハＷの向きが、所定の方向、すなわちウエハＷのノッチが中心に対して＋Ｙ方向に設定されている前述の第１の状態と、第１の状態からウエハホルダ２５及びこれに保持されたウエハＷの向きが１８０°回転した第２の状態とで、前述の基準マークＦＭ１〜ＦＭ４、アライメントマークＡＭ１〜ＡＭ４をアライメント検出系ＡＳを用いてそれぞれ検出する（ステップ１３６、１４２）。
【０１２９】
この場合において、ウエハＷを保持するウエハホルダ２５を、一旦持ち上げた後、１８０°回転した後、ウエハステージＷＳＴ上に戻すことにより、前述の第１の状態から第２の状態への状態遷移が行われる（ステップ１３８、１４０）ので、僅かな時間で実行することができる。この場合、第１の状態でのマークの検出時と第２の状態でのマークの検出時との間では、ウエハホルダ２５及びこれに保持されたウエハＷの温度の変化を殆ど無視できる。従って、第１の状態、第２の状態でのマークの検出結果、すなわちステージ座標系上における基準マークＦＭｎ、ＡＭｎ（ｎ＝１〜４）の位置情報には、第１の状態と第２の状態との間のウエハＷ、ウエハホルダ２５の温度の差によるマークの検出誤差は殆ど含まれていないと考えて差し支えない。
【０１３０】
そして、第１の状態、第２の状態でのマークの検出結果に基づいて、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳを算出する（ステップ１４４）。従って、本実施形態によると、ウエハホルダ２５及びこれに保持されたウエハＷの熱応力、従ってその熱応力に起因する歪の影響を受けることなく、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳを、短時間でかつ精度良く計測することが可能となる。この場合、実プロセスのウエハに対するアライメント検出系ＡＳのＴＩＳを、短時間でかつ精度良く計測することができる。
【０１３１】
また、本実施形態では、前述の如く、ウエハホルダ２５の向きが所定の方向に設定されている「第１の状態」から「第２の状態」へ移るだけで計測が可能となるので、ウエハを取り外し、１８０°回転した後、再度ウエハホルダに搭載するという工程が不要となるとともに、その回転の前後のウエハの位置ずれ等も防止することができる。
【０１３２】
また、本実施形態の露光装置１００によると、サブルーチン１１２で、前述のようにしてアライメント検出系ＡＳのＴＩＳが、短時間にかつ精度良く計測される。また、そのＴＩＳの計測の過程、又はＴＩＳ計測とは別に（ステップ１１４）、アライメント検出系ＡＳを用いてウエハＷ上の複数のアライメントマークの位置情報が検出される。
【０１３３】
そして、その検出された複数のアライメントマークの位置情報から計測されたアライメント検出系ＡＳのＴＩＳが差し引かれて、ＴＩＳ補正後のアライメントマークの真の位置情報が求められ（ステップ１１３又は１１５）、この位置情報に基づいて露光の際のウエハの位置が制御される。この結果、計測されたＴＩＳに起因するウエハＷの位置検出誤差を補正するように、露光の際のウエハＷの位置が制御されるので、レチクルＲとウエハ上の各ショット領域との重ね合わせ精度を向上した状態でウエハの露光を行うことが可能となる。
【０１３４】
なお、上記実施形態では、ロット内の第２枚目以降のウエハについては、上述したアライメント検出系のＴＩＳ計測を省略し、ＥＧＡ方式のウエハアライメントを行うものとしたが、これは、同一ロット内のウエハについては、同一プロセスを経て同一のアライメントマークが形成されているので、ロット先頭のウエハを計測して求めたＴＩＳの値をそのまま用いて、アライメント計測結果にＴＩＳ補正を行っても十分高精度なＴＩＳ補正が可能だからである。しかし、これに限らず、ウエハ毎にＴＩＳ計測を行うこととしても良いし、所定枚数のウエハ毎に、ＴＩＳ計測を行うこととしても良い。勿論、ステップ１２０におけるＮを任意の値（１以上２５より小さい値）に設定することにより、設定した枚数のウエハの露光毎にアライメント検出系のＴＩＳ計測を行うこととしても良い。
【０１３５】
なお、上記実施形態では、ウエハホルダ上に計測用基準板（基準マーク）を４つ設け、これら４つの基準マークを全て位置計測の対象とし、これに対応してウエハＷ上のアライメントマークの内から４つのアライメントマークを選択し、これらのアライメントマークの位置計測を行い、４つの基準マークの位置の平均、４つのアライメントマークの位置の平均を、位置情報として、それぞれ用い、これらの位置情報に基づいてアライメント検出系ＡＳのＴＩＳを算出する場合について説明した。しかしながら、本発明がこれに限定されないことは勿論である。
【０１３６】
すなわち、マーク検出系（アライメント検出系ＡＳ）のＴＩＳの算出のための位置情報を求めるための基準マークの位置情報の数、アライメントマークの位置情報の数は、特に限定されるものではなく、基準マークとアライメントマークとの位置関係が求められれば良い。従って、基準マーク、アライメントマークはともに１つであっても良く、あるいは一方のみが１つであっても良い。
【０１３７】
また、上記実施形態では、複数の基準マークＦＭｎ、複数のアライメントマークＡＭｎの位置をそれぞれ計測し、それぞれの計測結果を平均化する場合について説明したが、この統計処理として、最小二乗法を用いても良い。
【０１３８】
すなわち、上述したＥＧＡ方式によるウエハアライメントでは、例えば次式（１５）で示されるような（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，Ｏｘ，Ｏｙ）の合計６つの未知パラメータ（誤差パラメータ）を含むウエハ上のショット配列座標を示すモデル式を仮定する。式（１５）において、Ｆｘｎ，Ｆｙｎは、ウエハＷ上のショット領域のステージ座標系上における位置決め目標位置のＸ座標，Ｙ座標である。また、Ｄｘｎ，Ｄｙｎは、ショット領域の設計上のＸ座標，Ｙ座標である。
【０１３９】
【数１】
そして、上記のアライメントマークの計測により得られた配列座標の情報（実測値）と上記モデル式で定まる計算上の配列座標との平均的な偏差が最小となるように、上記６つのパラメータを決定する。そして、決定されたパラメータを上記モデル式に代入することにより、各ショット領域の配列座標を演算により求める。ここで、６つのパラメータの中には、ショット配列のステージ座標系に対するＸ方向、Ｙ方向へのオフセットＯｘ，Ｏｙが含まれている。そこで、主制御装置２０では、上記実施形態と同様にしてアライメントマークの位置計測を行い、この計測結果を用いてオフセットＯｘ，Ｏｙを第１の状態、第２の状態のそれぞれで求める。
【０１４１】
また、ウエハホルダ２５上の基準マークＦＭ１〜ＦＭ４の配列座標のステージ座標系からのＸ方向、Ｙ方向のオフセットＨＯｘ，ＨＯｙを未知パラメータとして含むモデル式を、ＥＧＡ方式のウエハアライメントと同様に仮定する。そして、基準マークＦＭ１〜ＦＭ４についての位置計測結果から得られる位置情報と、上記モデル式で定まる計算値との偏差が最小となるように、最小自乗法を用いてＸ方向、Ｙ方向のオフセットＨＯｘ，ＨＯｙを決定する。主制御装置２０では、上記実施形態と同様にして基準マークの位置計測を行い、この計測結果を用いてオフセットＨＯｘ，ＨＯｙの算出を第１の状態、第２の状態のそれぞれで行う。
【０１４２】
そして、主制御装置２０では、それぞれのオフセット同士の差ΔＯＦＦ１８０ｘ、ΔＯＦＦ０ｘ、ΔＯＦＦ１８０ｙ、ΔＯＦＦ０ｙを、次式（１６）〜（１９）に基づいて算出し、メモリ内に記憶する。
【０１４３】
ΔＯＦＦ１８０ｘ＝Ｏ１８０ｘ−ＨＯ１８０ｘ ……（１６）
ΔＯＦＦ０ｘ＝ＨＯ０ｘ−Ｏ０ｘ ……（１７）
ΔＯＦＦ１８０ｙ＝Ｏ１８０ｙ−ＨＯ１８０ｙ ……（１８）
ΔＯＦＦ０ｙ＝ＨＯ０ｙ−Ｏ０ｙ ……（１９）
【０１４４】
ここで、ウエハ、ウエハホルダのＸ方向に関する真のオフセット値をＯｘ，ＨＯｘとすると、式（１６）、（１７）は、次のように表される。
【０１４５】
同様に、ウエハ、ウエハホルダのＹ方向に関する真のオフセット値をＯｙ，ＨＯｙとすると、式（１８）、（１９）は、次のように表される。
【０１４７】
式（１６）’と式（１７）’より、ＴＩＳのＸ方向成分は、
ＴＩＳｘ＝（ΔＯＦＦ１８０ｘ−ΔＯＦＦ０ｘ）／２……（２０）
となる。また、式（１８）’と式（１９）’より、ＴＩＳのＹ方向成分は、
ＴＩＳｙ＝（ΔＯＦＦ１８０ｙ−ΔＯＦＦ０ｙ）／２……（２１）
となる。
【０１４９】
そこで、主制御装置２０では、式（２０）、（２１）に基づいて、ＴＩＳｘ、ＴＩＳｙを算出し、これらの算出結果を用いて、第２の状態で得られたウエハのオフセットを補正した値を新たなＯｘ、Ｏｙとする。
【０１５０】
そして、主制御装置２０では、新たなＯｘ、Ｏｙを含む全てのパラメータが決定された式（１５）のモデル式を用いて、ウエハＷ上のショット領域の配列座標を算出する。そして、この配列座標に従って、主制御装置２０によって、ウエハステージＷＳＴ（ウエハホルダ２５）の位置が制御されつつ、前述した実施形態と同様にステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われる。この露光の際に、結果的にアライメント検出系ＡＳ（及びレジスト膜厚）に起因するＴＩＳを補正するように、ウエハステージＷＳＴ（ウエハホルダ２５）の位置制御が行われることとなる。
【０１５１】
なお、ウエハのアライメントの方式としては、上述したＥＧＡ方式に限らず、ダイ・バイ・ダイ方式を採用しても良く、この場合においても、計測されるそれぞれのショット座標を、上記のようにして予め求めたＴＩＳを用いて補正することとすれば良い。
【０１５２】
また、ウエハホルダにおける基準マークの配置の方法としては、上記実施形態に示した、ウエハホルダ上に基準マークの形成された計測用基準板を固定する方法に限らず、ウエハホルダに基準マークを直接形成する方法を採ることもできる。この場合には、ホルダ中央部に凹部を設け、ウエハ表面と、ウエハホルダ表面が同一高さとされることが望ましい。
【０１５３】
なお、上記実施形態では、ウエハＷがノッチが０°の方向を向く状態で、ウエハホルダ２５上に搬入されるため、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳの計測開始に先立って、ウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから離間させるとともに、１８０°回転後にウエハステージＷＳＴ上に戻すものとしたが、ウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴから離間させた後、ウエハホルダ２５を回転させることなくウエハステージＷＳＴ上に戻しても良い。この場合であっても、前述のウエハホルダ２５とウエハステージＷＳＴとの間の熱応力状態は解除される。この場合、ステップ１３６で、ウエハのノッチが０°の方向を向いた状態でマーク計測を行い、ステップ１３８の処理を経た後、ステップ１４２でウエハのノッチが１８０°の方向を向いた状態でマーク計測を行うこととすれば良い。この場合、ロット先頭のウエハについては、その後、ノッチが１８０°の方向を向いた状態で、前述の実施形態と同様の手順の処理を実行しても良いし、再度、ノッチが０°方向を向く状態にウエハホルダ２５を１８０°回転し、ステップ１３６で計測したアライメントマークの位置情報にＴＩＳ補正を加えて、その補正後の位置情報を用いて、前述の処理を実行するようにしても良い。
【０１５４】
また、上記実施形態では、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳ計測の開始前のみならず、第１の状態から第２の状態へ移る際にも、ウエハホルダ２５を一旦持ち上げた後回転するものとしたが、これは上記実施形態のウエハホルダ及びウエハステージＷＳＴを用いて前述の手順でアライメント検出系ＡＳのＴＩＳ計測を行った場合に、その後の処理を含めたスループットを考慮した結果の動作に過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、ウエハホルダ２５の向きが所定の向きに向いている第１の状態と、その第１の状態から１８０°回転した第２の状態とで、ウエハホルダ２５（あるいはこれに吸着保持されるウエハ）上に存在するマークの位置検出を行って、その検出結果に基づいてアライメント検出系ＡＳの何らかの特性を算出する場合に、本発明は好適に適用でき、計測の開始前にウエハホルダ２５をウエハステージＷＳＴ上から一旦離間させるだけで足りる。かかる場合であっても、第１の状態と第２の状態との間で、計測開始前に発生していた、ウエハステージＷＳＴとウエハホルダ２５との間の熱応力、あるいはそれに起因する歪がウエハホルダ２５（あるいはこれに吸着保持されるウエハ）上に存在するマークの位置検出誤差を引き起こす場合があり、このような場合にも、計測開始前に前述の熱応力を一旦解除することにより、それに起因する前述の位置検出誤差を低減できるからである。
【０１５５】
更に、例えば国際公開ＷＯ９９／４０６１３号などに開示されている、ウエハ上に線幅及びデューティ比が異なる第１マークと第２マークとを近接配置し、ウエハホルダ又はウエハを回転させることなく、各マークの像の間隔の計測値と設定値との誤差（ＴＩＳ）を求め、該誤差が小さくなるように検出光学系（又は照明系）を調整するという調整方法においても、ＴＩＳ計測の直前にウエハホルダを一旦離間させることとしても良い。この場合においても上記実施形態と全く同様の効果を得ることができる。
【０１５６】
また、上記実施形態ではレチクルアライメント及びベースライン計測（ステップ１０２，１０４）を行ってから、ウエハステージＷＳＴ上のウエハをアンロードするものとしたが、ウエハをアンロードしてからレチクルアライメントなどを行うようにしても良い。
【０１５７】
なお、上記実施形態では、本発明の計測方法がウエハＷの露光を行う露光装置で用いられる場合について説明したが、本発明の計測方法は、可動体（上記実施形態ではウエハステージ）が、ウエハなどの物体の加工処理に用いられるものであれば同様に用いることができる。すなわち、可動体上の保持部材に保持された物体上のマークをマーク検出系で検出し、その検出結果に基づいて物体を加工位置に移動するものであれば、上記実施形態と同様に、その加工精度の向上が期待できる。このような装置としては、レーザリペア装置等のレーザ加工装置などが挙げられる。
【０１５８】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を図８に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の部分については、同一の符号を用いるとともにその説明を簡略にし、若しくは省略するものとする。
【０１５９】
本第２の実施形態においては、前提として、ウエハ上に塗布される感光剤（レジスト）の膜厚（厚さ）とアライメント検出系ＡＳのＴＩＳとの関係を、例えば実験やシミュレーションなどにより予め求めておき、この関係を主制御装置２０内のメモリにテーブルデータ、あるいは関係式などの形式で記憶しておくこととしている。
【０１６０】
なお、上記のテーブルデータ、関係式などは、以下に説明するレジスト厚測定装置６０（図６参照）によりレジスト膜厚を測定するとともに、上記第１の実施形態と同様の原理により、アライメント検出系ＡＳを用いてＴＩＳを計測することで作成することが可能である。
【０１６１】
図８には、本第２の実施形態で用いられるレジスト厚測定装置６０の構成が示されている。このレジスト厚測定装置６０は、露光前のウエハのウエハホルダ２５への搬入経路のいずれかのポイント又はウエハホルダ２５の移動領域内のいずれかのポイントに設置される。
【０１６２】
図８に示されるように、レジスト厚測定装置６０は、ランプ等の光源５１、該光源５１から射出された照明光が入射する波長選択フィルタ板５３、照明光の光路後方に順次設けられたレンズ５６、ハーフプリズム５７、対物レンズ５８、及び２次元ＣＣＤよりなる撮像素子５９等を備えている。
【０１６３】
前記波長選択フィルタ板５３は駆動装置５４により回転可能とされている。波長選択フィルタ板５３には複数種類のフィルタが設けられ、駆動装置５４により回転駆動されることにより、ウエハＷ上に塗布されたレジスト４１に対して非感光性の特定の単一波長の計測光を選択するように所定のフィルタが照明光の光路上に配置される。駆動装置５４の動作は主制御装置２０の指示の下、計測制御装置５５により制御される。
【０１６４】
前記撮像素子５９は、例えば２次元ＣＣＤより構成され、その撮像面は、対物レンズ５８に関してウエハＷ表面の光学的フーリエ変換面となっている。
【０１６５】
このように構成されるレジスト厚計測装置５９では、光源５１から射出された照明光は、楕円鏡５２で反射されて波長選択フィルタ板５３に入射し、波長選択フィルタ板５３によってウエハＷ上に塗布されたレジスト４１に対して非感光性の特定の単一波長の計測光ＬＲが選択される。そして、波長選択フィルタ板５３を通過した計測光ＬＲは、レンズ５６で平行光束に変換されてハーフプリズム５７に入射し、ハーフプリズム５７で反射された計測光ＬＲが対物レンズ５８を介してウエハＷ上の厚さｄのレジスト４１内にスポット像を形成する。一定の開口数の対物レンズ５８によって照射された計測光ＬＲは、レジスト４１の表面とウエハＷの表面とで反射し、その戻り光ＬＲ’は、対物レンズ５８及びハーフプリズム５７を経て撮像素子５９の撮像面に入射する。撮像素子５９の撮像面には戻り光ＬＲ’による干渉縞が形成される。撮像素子５９の撮像信号は主制御装置２０に供給され、主制御装置２０ではその撮像信号を処理して得られる干渉縞の情報よりレジスト４１の膜厚ｄを算出する。
【０１６６】
本第２の実施形態の露光装置では、基本的には、前述した第１の実施形態と同一の処理アルゴリズムに従って、複数ロットのウエハに対する露光処理が実行される。但し、ロット先頭のウエハに対しては、ステップ１１３におけるアライメント検出系ＡＳのＴＩＳ計測処理に代えて、ＥＧＡ方式のウエハアライメント開始前のいずれかの時点で、レジスト厚測定装置６０を用いてウエハＷ上のレジストの膜厚を測定する処理が行われ、このレジスト膜厚と前述したテーブルデータ（又は関係式）とに基づいてその膜厚に対応するＴＩＳの値が算出される点が相違する。
【０１６７】
ロット先頭のウエハに対する他の処理、及びロット内の２枚目以降のウエハに対する処理は、前述した第１の実施形態と同様である。
【０１６８】
以上説明したように、本第２の実施形態によると、予め上記の関係（例えばテーブルデータ、あるいは関係式など）を求めておくことにより、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳを求めるに際しては、ウエハＷ上に塗布されたレジストの膜厚を計測するのみで、短時間にアライメント検出系ＡＳのＴＩＳを精度良く算出することができる。
【０１６９】
また、本第２の実施形態に係る露光装置によると、ＥＧＡ方式のウエハアライメントに先立って、前述のようにしてアライメント検出系ＡＳのＴＩＳが、短時間にかつ精度良く計測され、ウエハアライメント計測の際には、アライメント検出系ＡＳを用いてウエハＷ上の複数のアライメントマークの位置情報が検出される。
【０１７０】
そして、その検出された複数のアライメントマークの位置情報から計測されたアライメント検出系ＡＳのＴＩＳが差し引かれて、ＴＩＳ補正後のアライメントマークの真の位置情報が求められ、この位置情報に基づいて露光の際のウエハの位置が制御される。この結果、計測されたＴＩＳに起因するウエハＷの位置検出誤差を補正するように、露光の際のウエハＷの位置が制御されるので、レチクルＲとウエハ上の各ショット領域との重ね合わせ精度を向上した状態でウエハの露光を行うことが可能となる。
【０１７１】
また、本第２の実施形態においても、ロット先頭のウエハのみをレジスト膜厚の測定対象としているが、これは、レジストの膜厚がロット毎に異なるという経験的事実に基づいてこのようにしたものである。但し、これに限らず、ウエハ毎、あるいは所定枚数おきのウエハについてレジスト膜厚の測定を行っても良いことは勿論である。
【０１７２】
さらに、本第２の実施形態では、アライメント検出系ＡＳのＴＩＳ計測に本発明（請求項６）の計測方法が適用された場合について説明したが、保持部材上に保持された物体に塗布された感光剤の膜厚と所定の関係にあるマーク検出系の特性であれば、ＴＩＳに限らず、その他の特性であっても、本発明（請求項６）の計測方法は適用可能である。
【０１７３】
なお、本第２の実施形態では、レジスト厚測定装置６０を露光装置１００内に設けても良いし、あるいは露光装置１００の外部に設けても良い。また、本第２の実施形態では、レジスト厚測定装置６０を用いてレジストの膜厚を実測するものとしたが、予めウエハステージＷＳＴにローディングされるウエハ上のレジストの膜厚に関する情報がわかっているときは、膜厚計測を行うことなくその情報を露光装置１００に入力するだけで良く、上記測定装置６０を特別に設けなくても良い。このとき、例えばウエハにレジストを塗布するレジスト塗布装置（コータ）で設定されるレジストの膜厚（目標値など）を直接、あるいは上位装置などを介して露光装置１００に入力するだけでも良い。すなわち、レジストの膜厚は実測値に限られるものではなく上記の設定値などでも構わない。
【０１７４】
また、上記各実施形態ではアライメント検出系ＡＳが指標板を備えるものとしたが、必ずしも指標板を設けなくても良く、その構成は上記実施形態に限定されるものではない。
【０１７５】
なお、上記各実施形態では、１つのウエハステージと１つのオフアクシスアライメント検出系ＡＳとを有する露光装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られず、例えば特開平１０−１６３０９８号などで開示されるようなツインウエハステージタイプで２つのアライメント検出系（ＦＩＡ）を有する露光装置に対しても適用可能であり、各ＦＩＡのＴＩＳをそれぞれ計測することもできる。
【０１７６】
なお、上記各実施形態では、照明光ＩＬとしてＫｒＦエキシマレーザ光などの遠紫外光、Ｆ２レーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等の真空紫外域光、あるいは超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）などを用いるものとしたが、これに限らずＡｒ２レーザ光（波長１２６ｎｍ）などの他の真空紫外光を用いても良い。また、例えば、真空紫外光として上記各光源から出力されるレーザ光に限らず、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（Ｅｒ）（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）の両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
【０１７７】
更に、照明光ＩＬとして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を用いる露光装置、投影光学系を用いない、例えばプロキシミティー方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナー、及び例えば国際公開ＷＯ９９／４９５０４号などに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用しても良い。
【０１７８】
なお、上記各実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されないことは勿論である。すなわちステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置にも本発明は好適に適用できる。
【０１７９】
なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより、上記各実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【０１８０】
なお、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子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ウエハ上に転写する露光装置、及び撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、有機ＥＬ、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、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウ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。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。
【０１８１】
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置を用いて前述の方法によりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、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、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。
【０１８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の計測方法によれば、ＴＩＳなどのマーク検出系の特性を、短時間でかつ精度良く計測することができるという効果がある。
【０１８３】
また、本発明の露光方法によれば、精度良くパターンを感応物体上に転写することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１のウエハステージをウエハホルダとともに一部破断して示す図である。
【図３】計測用基準板上に形成された基準マークを示す拡大図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、第１の実施形態に係る露光装置における、アライメント検出系のＴＩＳの算出方法を説明するための図である。
【図５】第１の実施形態の露光装置で、複数ロットのウエハＷに対して第２層目以降の層の露光処理を行う際の主制御装置の処理アルゴリズムを簡略化して示すフローチャートである。
【図６】図５のサブルーチン１１３の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、アライメントマークと基準マークの計測の順番の例を具体的に示す図である。
【図８】第２の実施形態の露光装置で用いられるレジスト厚計測装置を示す図である。
【符号の説明】
２５…ウエハホルダ（保持部材、マーク形成部材）、ＷＳＴ…ウエハステージ（可動体）、ＡＳ…アライメント検出系（マーク検出系）、Ｗ…ウエハ（感応物体、マーク形成部材）。
Claims (9)
- マーク形成部材が着脱自在に固定される可動体上に存在するマークを光学的に検出するマーク検出系の特性を計測する計測方法であって、
前記マーク形成部材を前記可動体から一旦離間させた後、前記可動体上に戻す第１工程と；
前記第１工程の処理の後、前記マーク形成部材の向きが所定の方向に設定されている第１の状態と、前記第１の状態から前記マーク形成部材の向きが１８０°回転した第２の状態とで、前記マーク形成部材上の少なくとも１つのマークをそれぞれ検出する第２工程と；
前記第２工程の検出結果に基づいて、前記マーク検出系の特性を算出する第３工程と；を含む計測方法。 - 前記マーク形成部材は、少なくとも１つの基準マークが形成された保持部材と、該保持部材に保持され、少なくとも１つの特定マークが形成された物体とを含み、
前記第２工程は、
前記第１の状態で前記マーク形成部材上に存在する第１対象マークを前記マーク検出系を用いて検出し、該検出結果を用いて第１の位置情報を得る工程と；
前記マーク形成部材を、前記可動体に対して、前記物体の載置面にほぼ直交する所定の軸回りに１８０°回転させる工程と；
前記回転後の前記第２の状態で前記マーク形成部材上に存在する第２対象マークを前記マーク検出系を用いて検出し、該検出結果を用いて第２の位置情報を得る工程と；を含み、
前記第３工程では、前記第１の位置情報と第２の位置情報とを用いて前記マーク検出系の特性を算出することを特徴とする請求項１に記載の計測方法。 - 前記第１及び第２対象マークはそれぞれ前記物体上に形成された少なくとも１つの特定マークを含むことを特徴とする請求項２に記載の計測方法。
- 前記可動体は、前記物体の加工処理に用いられることを特徴とする請求項２又は３に記載の計測方法。
- マーク形成部材が固定される可動体上に存在するマークを光学的に検出するマーク検出系の特性を計測する計測方法において、
前記マーク形成部材を前記可動体から離間させた後に、前記可動体上に戻された前記マーク形成部材上の少なくとも１つのマークを前記マーク検出系で検出し、該検出結果に基づいて前記マーク検出系の特性を求めることを特徴とする計測方法。 - 可動体上に搭載された保持部材上に存在するマークを光学的に検出するマーク検出系の特性を計測する計測方法であって、
前記保持部材上に保持された物体に塗布された感光剤の膜厚を計測する第１工程と；
前記第１工程で計測された前記感光剤の膜厚と、前記マーク検出系の特性と前記感光剤の膜厚との既知の関係と、に基づいて前記特性を算出する第２工程と；を含む計測方法。 - 感応物体をエネルギビームにより露光して前記感応物体上に所定のパターンを形成する露光方法であって、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の計測方法により前記マーク検出系の特性を計測する工程と；
前記マーク検出系を用いて前記感応物体上の複数の位置合わせマークの位置情報を検出する工程と；
検出された前記複数の位置合わせマークの位置情報と前記計測された前記マーク検出系の特性とを考慮して、露光の際の前記感応物体の位置を制御する工程と；を含む露光方法。 - 前記マーク検出系の特性を計測する工程の処理は、所定数の感応物体毎に行われることを特徴とする請求項７に記載の露光方法。
- 前記検出誤差を計測する工程は、ロットの先頭の感応物体毎に行われることを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
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|---|---|---|---|---|
| JP2012238912A (ja) * | 2006-02-17 | 2012-12-06 | Nikon Corp | 調整方法、基板処理方法、基板処理装置、露光装置、測定検査装置、測定検査システム、処理装置、コンピュータ・システム、プログラム及び情報記録媒体 |
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2003
- 2003-02-12 JP JP2003033113A patent/JP2004247368A/ja active Pending
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