JP2006332171A - 位置計測方法、この位置計測方法を実施する位置計測装置、この位置計測方法を使用するデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度のフォーカス計測とアライメント計測を行うことが可能な位置計測方法を提供すること。
【解決手段】回路パターンデータ等に基づいて、ＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内にアライメントマークを位置させた状態（第１の位置関係）でスリット像ＳＩをウエハＷ上に投影させたとき、このスリット像ＳＩの投影位置にフォーカス計測に支障をきたす回路パターンが存在するか否かをチェックし、存在する場合には、第１の位置関係から、ＸＹステージ１７をＸＹ平面内で移動させて、所定方向に所定量ずれた位置関係である第２の位置関係にし、フォーカス計測に支障をきたす回路パターンが存在しないようにする。この状態でフォーカス計測を行い、合焦操作をし、この合焦状態を維持しつつウエハステージＷＳＴをＸＹ平面内で移動させてアライメントマークが計測視野ＶＦ内に位置する第１の位置関係に戻してＦＩＡ計測を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウエハ上の区画領域である、各ショット領域近傍にそれぞれ形成されたアライメントマークの位置計測（アライメント計測）において、これら全てのアライメント計測を同一のフォーカス状態で実施することにより、計測精度の向上を図った、位置計測方法、この位置計測方法を実施する位置計測装置、この位置計測方法を使用するデバイス製造方法に関する。

半導体デバイスや液晶表示デバイスを、リソグラフィ技術を用いて製造する際には、パターンが形成されたマスクとしてのレチクルに露光用照明光（露光光）を照射し、このパターンの像を、投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が塗布された半導体ウエハやガラステンプレート等の感光性基板上に投影露光する露光装置が使用されている。

このような露光装置では、一般に複数の異なったレチクル上に描かれた回路パターンをウエハ上に順次重ねて露光するため、露光に先立ち、レチクルのウエハステージ座標系に対する位置関係を精度良く求めてレチクルとウエハ（ウエハの各ショット領域内の回路パターン）とのアライメント（位置合わせ）を正確に行う必要がある。このアライメントを行うため、例えば露光装置に装着されているアライメントセンサによりウエハ上に形成されているアライメントマークの位置を検出しており、これによりウエハ上の各ショット領域の正確な位置を検出している。

このアライメントセンサの一つとして、例えば、ウエハ上に形成されたアライメントマークにハロゲンランプなどを光源とする波長帯域幅の長いブロードバンド光（感光剤が感光しない帯域の光）を照射する一方、該アライメントマークからの反射光をＣＣＤカメラで撮像し、その画像信号に画像処理を施してアライメントマークの位置を計測する、ウエハアライメントセンサの一種である、ＦＩＡ(Field Image Alignment)センサが知られている。

このＦＩＡセンサでアライメントマークを撮像する際には、予めＣＣＤカメラの撮像面（光電検出素子の受光面）上にアライメントマークの反射光の像が結像するように、フォーカス計測、合焦動作を行う必要がある。このフォーカス計測、合焦動作は、ＦＩＡセンサに内蔵されているアライメント・オート・フォーカス・センサ（ＡＬＧ−ＡＦセンサ：ＡＦセンサ）により光電検出素子の受光面の位置とウエハ表面からの反射光の結像位置との間のフォーカス方向におけるズレ（変位）量を計測し、このズレ量が零になるようにウエハステージをＺ方向（高さ方向：フォーカス方向）に移動させて行う。

上述したＡＦセンサでは、ウエハの表面と共役な位置に配置されたスリットの像（フォーカス計測光）をウエハ表面のアライメントマークの近傍位置に投影する一方、同じくウエハの表面と共役な位置に配置された光電検出素子（例えばＣＣＤカメラ）の撮像面上にスリットの反射像を結像させて、ＣＣＤカメラの出力に信号処理を施し、像の位置を計測してズレ量の計測を行う。

ところで、ＦＩＡセンサによるウエハアライメントにおいて、統計的手法を利用した、エンハンスト・グローバル・アライメント(Enhanced Global Alignment:ＥＧＡ)では、ウエハ上の各ショット領域の近傍に形成されたアライメントマークのうち、所定の複数のショット領域のアライメントマークを選択し、選択したこれらアライメントマークの位置を順次計測してウエハの残存回転誤差、ウエハの線形伸縮、ウエハのオフセットなどを求めウエハの全てのショット領域を位置決めするが（特許文献１，２参照）、この場合、計測対象となる全てのアライメントマークを、同じフォーカス状態で計測しないとアライメントマーク位置の計測結果に誤差が生じる可能性がある。一般にアライメントマーク周辺の高さ分布はウエハ内のいずれのショット領域においても略同じであることが期待されているが、実際にはばらつきがある。また、アライメントマークがＦＩＡセンサの計測視野に入るまでの二次元平面（ＸＹ平面）内におけるウエハステージ移動経路はショット領域毎に異なる。したがって、アライメントマーク間でＦＩＡセンサの計測条件が一定になるようにアライメントマークがＦＩＡセンサの計測（検出）視野内に入った状態でＡＦセンサによりウエハ上に投影されたＡＦスリット像の計測、調整（フォーカス計測、合焦動作）を行うことが望ましい。すなわち、アライメントマーク毎に、アライメントマークがＦＩＡセンサの計測視野内に入るようにウエハステージをＸＹ方向に移動させた後、アライメント計測を行う直前にフォーカス計測及び合焦動作を行うことが望ましい。

特開昭６１−４４４２９号公報 特開昭６２−８４５１６号公報

ところで、ウエハ上のスリット像（フォーカス計測光）の投影位置に既に露光転写された回路パターン（下地パターン）等が存在している場合（下地パターン上に重ねてスリット像を投影する場合）にあっては、ＡＦセンサのＣＣＤカメラ上に結像される像がこの下地パターン等によって影響を受けて変形するおそれがある。このような像の変形は正確な位置計測に悪影響を与えるばかりか、変形の程度によっては信号処理自体に失敗することもある。

そこで、ＦＩＡセンサの計測視野内にアライメントマークが位置する状態であって、ウエハ上のスリット像の投影位置に既に下地パターンが存在する場合にあっては、ウエハステージをＸＹ方向に移動させてＡＦスリットの投影位置に下地パターン等が存在しない場所（下地パターン等を避けた場所）を探し、この場所でフォーカス計測を行い、この計測結果に基づいてウエハステージをフォーカス方向に移動調整した後、このフォーカス調整状態を維持しつつウエハステージをＸＹ方向に移動させＦＩＡセンサの計測視野内にアライメントマークが位置する元の位置に戻して、ＦＩＡセンサによりアライメント計測を行う必要がある。

しかし、フォーカス計測時に下地パターン等を避ける、このような操作を行うことは、全てのアライメントマーク計測を同一のフォーカス状態で行うという要請に反することになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、フォーカス計測を行う位置とアライメント計測を行う位置との相対関係を全てのアライメント計測において同一にすることにより、全てのアライメントマーク計測を同一のフォーカス状態で行うという要請を満たし、高精度のフォーカス計測とそれに続く高精度のアライメント計測を行うことが可能な位置計測方法と、この位置計測方法を実施する位置計測装置及び位置計測方法を利用したデバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する、本発明の位置計測方法は、二次元平面内を移動可能な物体（例えば基板としてのウエハ）上に形成された複数のマーク（例えばアライメントマーク）の、該二次元平面内における位置情報のそれぞれを、所定の計測視野（例えば光電検出素子としてのＣＣＤカメラの計測視野ＶＦ）を介して光電検出された該各マークに対応するマーク信号に基づいて計測する位置計測方法であって、前記物体を前記二次元平面内で移動させることにより、前記複数のマークのうちの計測すべきマークが前記計測視野内に存在する第１の位置関係（例えば図１０を参照）と、該マークと該計測視野とが前記第１の位置関係から所定量だけ所定方向にずれた位置関係である第２の位置関係（例えば図１１を参照）と、をそれぞれ設定可能であり、前記物体が前記第２の位置関係に設定されている時に、前記物体に対してフォーカス計測光（例えばスリット像ＳＩ：図１０，１１等を参照）を投射して、前記二次元平面と直交するフォーカス方向における前記物体のフォーカス状態を計測し、該フォーカス状態の計測結果に基づいて前記物体のフォーカス位置を調整する第１工程（例えば図１のステップＳ１０８を参照）と、前記第１工程後に、前記第１工程で調整されたフォーカス状態を維持しつつ、前記第１の位置関係となるように前記物体を前記二次元平面内で移動させる第２工程（例えば図１のステップＳ１０９を参照）と、前記第２工程後に、前記第１の位置関係に設定された前記物体上に形成された前記マークの、前記二次元平面内での位置情報を計測する第３工程（例えば図１のステップＳ１１０を参照）と、を有し、前記複数のマークのうちの前記位置情報を計測すべきマークの全てに対して、前記第１工程から前記第３工程までの動作を順次行って、前記位置情報を計測することを特徴とする（請求項１）。

請求項１に記載の位置計測方法において、前記第１工程を行う前に、前記物体を前記二次元平面内で移動させて前記第１の位置関係に設定した上で、前記物体に対して前記フォーカス計測光を投射して前記二次元平面と直交するフォーカス方向における前記物体のフォーカス状態を計測する事前計測工程（例えば図３のステップＳ２０１，Ｓ２０２を参照）と、前記事前計測工程で得られた前記フォーカス状態の計測結果に基づいて、前記フォーカス計測光が投射される前記物体上の領域が、該フォーカス状態の計測に適切な領域であるか否かを識別する識別工程（例えば図３のステップＳ２０３を参照）と、を有し、前記識別工程によって前記領域が適切な領域で無いと識別されると、前記第１工程から前記第３工程を行うシーケンス（例えば図３のステップＳ２１０、Ｓ２１２、Ｓ２１３、Ｓ２１４を参照）によって前記マークの前記二次元平面内の位置情報の計測を行うようにしてもよい（請求項２）。

請求項２に記載の位置計測方法において、前記第１工程で設定される前記第２の位置関係としては、複数の位置関係を設定可能であり、前記第１工程において、前記フォーカス計測光が投射される前記物体上の領域が、前記フォーカス状態の計測に適切な領域であると識別されるまで、前記位置関係の変更動作と前記フォーカス状態の計測動作とを繰り返す（例えば図３のステップＳ２１０，Ｓ２１１を参照）ようにしてもよい（請求項３）。

請求項１に記載の位置計測方法において、前記物体が前記第１の位置関係に設定されている時に、前記物体に対してフォーカス計測光を投射して、前記二次元平面と直交するフォーカス方向における前記物体のフォーカス状態を計測し、該フォーカス状態の計測結果に基づいて前記物体のフォーカス方向の位置を調整するフォーカス調整工程（例えば図５のステップＳ３０３を参照）と、前記フォーカス調整工程後に、前記第１の位置関係に設定されている前記物体上に形成された前記マークの、前記二次元平面内の位置情報を計測する位置計測工程（例えば図５のステップＳ３０４を参照）と、を有し、前記計測すべきマーク毎に、前記フォーカス調整工程と前記位置計測工程とを順次行っていた場合において、前記フォーカス状態の計測結果に異常が生じた場合（例えば図５のステップＳ３０２でＹＥＳの判断を参照）には、前記第１工程から前記第３工程を行うシーケンス（例えば図５のステップＳ３０７乃至Ｓ３１５を参照）によって前記マークの前記二次元平面内の位置情報の計測を行うようにしてもよい（請求項４）。

請求項４に記載の位置計測方法において、前記フォーカス状態の計測結果に異常が生じた場合には、前記複数のマークのうちの前記位置情報を計測すべきマークの全てに対して、前記第１工程から前記第３工程までの動作を順次行って、前記位置情報を計測し直すようにしてもよい（例えば図５のステップＳ３１２を参照：請求項５）。

また、上記目的を達成する、本発明の別の位置計測方法は、二次元平面内を移動可能な物体（例えば基板としてのウエハ）上に形成された複数のマーク（例えばアライメントマーク）の、該二次元平面内における位置情報のそれぞれを、所定の計測視野（例えば光電検出素子としてのＣＣＤカメラの計測視野）を介して光電検出された該各マークに対応するマーク信号に基づいて計測する位置計測方法であって、前記位置情報の計測を行う前に、前記物体に対してフォーカス計測光（例えばスリット像ＳＩ）を投射して、前記二次元平面と直交するフォーカス方向における前記物体のフォーカス状態を計測し（例えば図３のステップＳ２０２を参照）、前記フォーカス状態の計測結果に基づいて、前記計測結果に異常が生じているか否かを判別し（例えば図３のステップＳ２０３を参照）、前記判別結果に基づいて、前記フォーカス状態の検出手法が互いに異なる第１計測シーケンス（例えば図３のステップＳ２１０、Ｓ２１１、Ｓ２１２、Ｓ２１３、Ｓ２１４を参照）、第２計測シーケンス（例えば図４のステップＳ２０４、Ｓ２０５、Ｓ２０６を参照）のうちの何れか一方の計測シーケンスを選択実行することを特徴とする（請求項６）。

請求項６に記載の位置計測方法において、前記物体を前記二次元平面内で移動させることにより、前記複数のマークのうちの計測すべきマークが前記計測視野内に存在する第１の位置関係（例えば図１１を参照）と、該マークと該計測視野とが前記第１の位置関係から所定量だけ所定方向にずれた位置関係である第２の位置関係（例えば図１２を参照）とをそれぞれ設定可能であり、前記第１計測シーケンスは、前記物体が前記第２の位置関係に設定されている時に、前記物体のフォーカス状態を計測し、該フォーカス状態の計測結果に基づいて前記物体のフォーカス位置を調整する第１工程（例えば図３のステップＳ２１０、Ｓ２１１、Ｓ２１２を参照）と、前記第１工程後に、前記第１工程で調整されたフォーカス状態を維持しつつ、前記第１の位置関係となるように前記物体を前記二次元平面内で移動させる第２工程（例えば図３のステップＳ２１３を参照）と、前記第２工程後に、前記第１の位置関係に設定された前記物体上に形成された前記マークの、前記二次元平面内での位置情報を計測する第３工程（例えば図３のステップＳ２１４を参照）と、を有し、前記第２計測シーケンスは、前記物体が前記第１の位置関係に設定されている時に、前記物体のフォーカス状態を計測し、該フォーカス状態の計測結果に基づいて前記物体のフォーカス方向の位置を調整する第４工程（例えば図３のステップＳ２０１、Ｓ２０２と図４のステップＳ２０４を参照）と、前記第４工程後に、前記第１の位置関係に設定されている前記物体上に形成された前記マークの、前記二次元平面内の位置情報を計測する第５工程（例えば図４のステップＳ２０５を参照）と、を含み、前記計測結果に異常が生じていると判別された場合（例えば図４のステップＳ２０９を参照）には、前記第１計測シーケンスが選択実行されるようにしてもよい（請求項７）。

また、上記目的を達成する、本発明のデバイス製造方法は、デバイスパターンが形成されているマスクと、該デバイスパターンが転写される複数の区画領域を備えた基板とを用意する工程と、請求項１乃至７の何れかに記載の位置計測方法を用いて計測された位置情報に基づいて、前記マスクのパターン像の投影位置と前記基板上の前記複数の区画領域の各々とを順次位置合わせする工程と、前記位置合わせされた前記各区画領域上に、前記デバイスパターンを順次転写する工程と、を含むことを特徴とする（例えば図１３を参照）。

また、上記目的を達成する、本発明の位置計測装置は、二次元平面内を移動可能な物体上に形成された複数のマークの、該二次元平面内における位置情報のそれぞれを、所定の計測視野を介して光電検出された該各マークに対応するマーク信号に基づいて計測する位置計測装置であって、前記位置情報の計測を行う前に、前記物体に対してフォーカス計測光を投射して、前記二次元平面と直交するフォーカス方向における前記物体のフォーカス状態を計測する計測系（例えばＡＦセンサ６０を参照）と、前記フォーカス状態の計測結果に基づいて、前記計測結果に異常が生じているか否かを判別する判別手段（例えば主制御系５０を参照）と、前記判別結果に基づいて、前記フォーカス状態の検出手法が互いに異なる第１、第２計測シーケンスのうちの何れか一方の計測シーケンスを選択実行する制御手段（例えば主制御系５０を参照）と、を有することを特徴とする（請求項９）。

本発明の位置計測方法によれば、位置情報を計測すべきマークが計測視野内に存在する第１の位置関係と、該マークと該計測視野とが第１の位置関係から所定量だけ所定方向にずれた位置関係である第２の位置関係とにそれぞれ設定可能で、物体が第２の位置関係に設定されている時に二次元平面と直交するフォーカス方向における物体のフォーカス状態を計測し、該フォーカス状態の計測結果に基づいて物体のフォーカス位置を調整し、この後調整されたフォーカス状態を維持しつつ、第１の位置関係となるように物体を二次元平面内で移動させ、次いで第１の位置関係に設定された物体上に形成されたマークの、二次元平面内での位置情報を計測するようにしており、位置情報を計測すべきマークの全てに対して、これら動作を順次行って、マークの位置情報を計測するようにしてあるので、すなわち、フォーカス計測を行う位置とアライメント計測を行う位置との相対位置関係を全てのアライメント計測において同一にするようにしてあるので、全てのアライメントマーク計測を同一のフォーカス状態で行うことが可能となり、高精度のフォーカス計測とそれに続く高精度のアライメント計測を行うことが出来る。

また、本発明の別の位置計測方法によれば、マークの位置情報の計測を行う前に、物体に対してフォーカス計測光を投射して、二次元平面と直交するフォーカス方向における物体のフォーカス状態を計測し、フォーカス状態の計測結果に異常が生じているか否かを判別し、この判別結果に基づいて、フォーカス状態の検出手法が互いに異なる第１計測シーケンスと第２計測シーケンスのうちの何れか一方の計測シーケンスを選択実行するようにしてあるので、スループット性を低下させることなく、全てのアライメントマーク計測を同一のフォーカス状態で行うことが可能となり、高精度のフォーカス計測とそれに続く高精度のアライメント計測を行うことが出来る。

また、本発明のデバイス製造方法によれば、請求項１乃至７の何れかに記載の位置計測方法を用いて計測された位置情報に基づいて、マスクのパターン像の投影位置と基板上の複数の区画領域の各々とを順次位置合わせするようにしてあるので、高精度の位置合わせが行え、歩留まり向上させることが可能である。

また、本発明の位置計測装置によれば、位置情報の計測を行う前に、物体に対してフォーカス計測光を投射して、二次元平面と直交するフォーカス方向における物体のフォーカス状態を計測する計測系と、フォーカス状態の計測結果に基づいて、計測結果に異常が生じているか否かを判別する判別手段と、判別結果に基づいて、フォーカス状態の検出手法が互いに異なる第１、第２計測シーケンスのうちの何れか一方の計測シーケンスを選択実行する制御手段と、を備えてなるので、スループット性を低下させることなく、全てのアライメントマーク計測を同一のフォーカス状態で行うことが可能となり、高精度のフォーカス計測とそれに続く高精度のアライメント計測を行うことが出来る。

以下、本発明の位置計測方法、該位置計測方法を実施する位置計測装置、該位置計測方法を使用するデバイス製造方法について図１乃至図１３を参照して説明する。

まず、本発明の位置計測装置（ＦＩＡセンサ３０，ＡＦセンサ６０等）を備える露光装置１０について図６を参照して説明する。

本実施形態においては、露光装置１０は、走査型露光装置で、照明系１１と、マスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハＷが搭載されるウエハステージＷＳＴ、アライメント系ＡＳ及び装置全体を統括制御する主制御系５０を有する。図６中、Ｘ軸及びＺ軸は紙面に並行に設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。

照明系１１は、例えば特開平１０−１１２４３３号公報、特開平６−３４９７０１号公報等に開示されるように、光源、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ又はロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）等を含む照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド及びダイクロックミラー等（いずれも不図示）を有する。この照明系１１は、回路パターン等が描かれたレチクルＲ上のレチクルブラインドで規定されたスリット状の照明領域部分を照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。

照明光ＩＬとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光、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）等が使用される。

レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えば磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータからなるレチクルステージ駆動部１２により、レチクルＲの位置決めのため、照明系１１の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致）に垂直なＸＹ平面内で微小駆動可能であると共に、所定の走査方向（例えばＹ軸方向）に設定された走査速度で駆動可能になっている。さらに本実施形態の磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータは、Ｘ軸駆動コイル、Ｙ軸駆動コイルに加え、Ｚ軸駆動コイルを備えており、レチクルステージＲＳＴをＺ軸方向にも微小駆動可能になっている。

レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計（以下、レチクル干渉計という）１３により、移動鏡１４を介して例えば０．５ｎｍ〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１３からのレチクルステージＲＳＴの位置情報は、主制御系５０の位置演算部５１、ステージ制御系５２を介して制御部５３に供給される。位置演算部５１ではレチクル干渉計１３からの位置情報に基づいてレチクルステージＲＳＴのステージ移動面内での位置を求め、これを制御部５３に送る。ステージ制御系５１では、制御部５３からの指示に応じ、レチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動部１２を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。

レチクルＲの上方には、図示しないが、一対のレチクルアライメント系が配置されている。この一対のレチクルアライメント系は、照明光ＩＬと同じ波長の照明光にて計測対象のマークを照明するための落射照明系と、その計測対象のマークの像を撮像するためのアライメント顕微鏡等をそれぞれ備えて構成される。アライメント顕微鏡は結像光学系と撮像素子とを備え、アライメント顕微鏡による撮像信号は主制御系５０に供給される。レチクルＲからの計測光をレチクルアライメント系に導くための不図示のミラーが移動自在に配置されていて、露光シーケンスが開始されると、主制御系５０からの指令により不図示の駆動装置によりミラーはそれぞれレチクルアライメント系と一体的に照明光ＩＬの光路外に退避させられる。

投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向に沿っている。投影光学系ＰＬとしては、例えば両側テレセントリックな縮小系が用いられる。投影光学系ＰＬの投影倍率は例えば１／４、１／５あるいは１／６等である。照明系１１からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域が照明されると、このレチクルＲを通過した照明光により投影光学系ＰＬを介して照明領域内のレチクルＲ上の回路パターンの縮小像が表面にフォトレジストを塗布したウエハＷ上に形成される。

ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方で不図示のベース上に配置される。このウエハステージＷＳＴ上にウエハホルダ１６が載置され、このウエハホルダ１６上にウエハＷが例えば真空吸着等により固定される。

ウエハホルダ１６は、不図示の駆動部により投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交する面に対し任意の方向に傾斜可能で且つ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）にも微動可能な構成になっている。また、ウエハホルダ２０は光軸ＡＸ回りの微小回転動作も可能になっている。

ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの光軸に垂直な面内でウエハＷを２次元的に位置決めするＸＹステージ１７、投影光学系ＰＬの光軸に平行な方向（Ｚ軸方向）にウエハＷを位置決めするＺステージ１８、及びウエハＷを微小回転させる不図示のステージにより構成される。

ウエハステージＷＳＴは走査方向（例えばＹ軸方向）の移動のみならず、ウエハＷの複数のショット領域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させることができるように走査方向の直交する非走査方向（例えばＸ軸方向）にも移動可能、すなわちＸＹ平面内において移動可能に構成されており、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光する動作と、次のショット領域の露光のための加速開始位置まで移動する動作を繰り返すステップ・アンド・スキャン動作を行う。ウエハステージＷＳＴは例えばリニアモータ等を含むウエハステージ駆動部２０によりＸＹ２次元方向に駆動される。

ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は、その上面に設けられた移動鏡系（走査方向であるＹ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡と、非走査方向であるＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ反射鏡とを備える）２１を介してウエハ干渉計系（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干渉計とを備える）２２によって例えば０．５ｎｍ〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。

ウエハステージＷＳＴの移動位置を定めるための静止座標系（直交座標系又はステージ座標系）はウエハ干渉計２１のＹ干渉計及びＸ干渉計の測長軸によって決まる。

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、位置演算部５１、ステージ制御系５２を介して制御部５３に供給される。位置演算部５３ではウエハ干渉計２３からの位置情報に基づいてウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を演算処理して求め、この演算結果を制御部５３に送る。ステージ制御系５２では制御部５３の指示に応じ、ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）に基づいてウエハステージ駆動部２０を介してウエハステージＷＳＴを制御する。

また、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの近傍には、不図示の基準マーク板が配置されている。この基準マーク板の表面は、ウエハＷの表面と同じ高さに設定され、この表面には後述するウエハアライメント系のベースライン計測用の基準マーク、レチクルアライメント用の基準マーク及びその他の基準マークが形成される。

投影光学系ＰＬの側面には、オフアクシス方式のウエハアライメント系が設けられる。このウエハアライメント系としては、ＦＩＡ(Field Image Alignment)センサ３０が使用される。このＦＩＡセンサ３０では、ブロードバンド光を発生するハロゲンランプ等の光源３１からの照明光ＩＬが、コリメータレンズ３２によって平行光に変換され、ハーフプリズム３３で反射された後、さらにミラー３４で反射されて対物レンズ３５に至り、該対物レンズ３５により集光されて、ウエハＷ上のアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２（図６、図９等を参照）を照明する。照明光ＩＬがアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２を照明すると、このアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２からの反射光が対物レンズ３５を介してミラー３４に入射し、該ミラー３４よって反射されて、ハーフプリズム３３を透過してレンズ３６を介してミラー３７に入射する。ミラー３７に入射した反射光は、その光軸が折り曲げられて、Ｚ軸方向へ進み、レンズ系３８によって指標板３９上に結像される。この指標板３９には、アライメントマークＡＭ１、ＡＭ２の位置情報を計測する際の基準となる指標マーク（図示せず）が形成されており、この指標マークは不図示の赤外光源（ＬＥＤ）からの赤外光により照明される。指標板３９は対物レンズ３５とレンズ系３８によってウエハＷと光学的に共役関係に配置される。ウエハＷのアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２の反射光像と指標マークの像は、リレーレンズ系４０，４１，４２及びハーフプリズム４３を介して、光電検出素子であるＣＣＤカメラ４４，４５及び不図示の指標用カメラ（ＣＣＤカメラ）の撮像面にそれぞれ結像される。すなわち、リレーレンズ系４０からの光は、その一部がハーフプリズム４３で反射されてリレーレンズ系４１を介してアライメントマークＡＭ１を撮像するＸ軸計測用ＣＣＤカメラであるＣＣＤカメラ４４の撮像面に導かれ、また他の部分がハーフプリズム４３を通過してリレーレンズ系４２を介してアライメントマークＡＭ２を撮像するＹ軸計測用ＣＣＤカメラであるＣＣＤカメラ４５の撮像面に導かれる。

ＣＣＤカメラ４４，４５及び指標用カメラは撮像面に結像した光学像を電気信号に変換（光電変換）し、これを画像信号（マーク信号）として主制御系５０の位置演算部５１に送る（出力する）。

位置演算部５１では、ＣＣＤカメラ４４，４５から出力されたマーク信号に種々の信号処理を施してアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２の位置情報を演算して求め、これらアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２の位置情報を制御部５３に出力する。以上の、照明光ＩＬでウエハＷ上のアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２を照明してからアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２の位置情報を算出するまでの動作を「ＦＩＡ計測」と称す。ステージ制御系５２では、制御部５３からの指令に基づいて駆動系２０を介してウエハステージＷＳＴを駆動する。主制御系５０では、上述したレチクルアライメント系とウエハアライメント系からの位置情報に基づいて、レチクルＲとウエハＷの各ショット領域との位置合わせ（アライメント）を行う。この後、露光光ＥＬをレチクルＲに照射してレチクルＲに形成された回路パターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の各ショット領域上に順次転写して露光処理が行われる。

上述したＦＩＡセンサ３０には、瞳分割方式のＡＬＧ−ＡＦセンサ（以下ＡＦセンサと記す）６０が内蔵されており、このＡＦセンサ６０によりアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２の計測前に、ＣＣＤカメラ４３，４４の撮像面（受光面）の位置と、ウエハＷの表面位置との間の、フォーカス方向におけるズレ量を計測（フォーカス計測を実行）する。

ＡＦセンサ６０によるズレ量の計測信号（フォーカス計測信号）は主制御系５０の位置演算部５１、ステージ制御系５２を介して制御部５３に送られる。制御部５２では、ＡＦセンサ６０からの計測信号に基づいて駆動系２１を介してウエハステージＷＳＴ（Ｚステージ１８）をＺ方向に移動させて、ＦＩＡセンサ３０の合焦操作を行う。

ＡＦセンサ６０は、フォーカス計測光としてのスリット像ＳＩ（図９等を参照）を異なる２方向からウエハＷ上に斜入射投影させて、それらのスリット像ＳＩを１つのＣＣＤカメラ６１（ＡＦセンサ６０）で受光するように構成したものである。

本実施形態では、ＡＦセンサ６０は、独立した２つの送光系６３と２つの受光系６２とを備え、２つの方向から各スリット像ＳＩをウエハＷの一点に照射する一方、該一点から２つの方向に分岐した反射光を受光しているが、２つの光軸は瞳の位置で結合されている。このように２つの送光系６３と２つの受光系６２を備え、２つの方向から光を一点に照射し、該一点から２つの方向に反射光を分岐しているのは、ＡＦセンサ６０の位置が仮に移動した場合であっても、スリット像を採取してズレ量を正確に計測することができるからである。

次に、送光系（照明系）６３と受光系６２の内容について図７、図８を参照して説明する。

ＦＩＡ３０の光源３１から分岐した一部の照明光ＩＬが、図７に示すように、送光部６３の光ファイバからなるライトガイド６４ａ、６４ｂを介して２つに分割され、この分割された照明光ＩＬが、それぞれ照明コンデンサレンズ６５ａ、６５ｂを介してマルチスリット６６ａ、６６ｂを通ってスリット光となり、この２つのスリット光が、さらに送光レンズ６７ａ、６７ｂ、プリズム６８ａ、６８ｂ、６９ａ、６９ｂ及びスリット合成レンズ７０を介して２方向からウエハＷの表面の適宜箇所に重ねて照明され、ウエハＷの表面の適宜箇所に２つのスリット像ＳＩ（図９を参照）が重ねて投影される。

図９はウエハＷの表面に投影されたスリット像ＳＩを示している。このスリット像ＳＩは、ショット領域ＳＨ間のストリートラインＳＬ上に形成されている位置計測用パターンＡＭ１、ＡＭ２の近傍に投影される。スリット像ＳＩを位置計測用パターンＡＭ１、ＡＭ２の近傍に投影するのは、ＦＩＡセンサ３０（ＣＣＤカメラ４４，４５）の計測視野ＶＦ内に位置計測用パターンＡＭ１、ＡＭ２が入った状態でフォーカス計測、合焦動作を行うためであり、これによりＦＩＡセンサ３０が合焦した状態（ピントが合った状態）で位置計測用パターンＡＭ１、ＡＭ２を計測することができるからである。

ウエハＷ上に重ね合わせて投影された２つのスリット像ＳＩの反射光は、図８に示すように、２つに分割されてそれぞれスリット合成レンズ７０、プリズム６９ａ、６９ｂ、６８ａ、６８ｂ、送光レンズ６７ａ、６７ｂと送光の光路と同じ光路を通り、さらに受光系６２のプリズム７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂにより光路が屈曲されて、ＣＣＤカメラ６１の受光面上に撮像され、光電変換されて撮像信号（計測信号）となる。この撮像信号は上述の如くＣＣＤカメラ６１から位置演算部５１、ステージ制御系５２を介して制御部５３に送られ、位置演算部５１で２つのスリット像の間隔からズレ量を零にする、Ｚステージ１８の移動量（光軸方向の移動量）が演算され、この演算結果が制御部５３に送られる。ステージ制御系５２では制御部５３からの指令に基づいて駆動系５０を制御し、Ｚステージ１８をフォーカス方向（Ｚ方向）に駆動して合焦操作を行う。

ウエハＷ上に投影されるスリット像ＳＩは、図９に示すように、ウエハＷのショット領域ＳＨ間のストリートラインＳＬに対し、又は該ストリートラインＳＬに沿って（並行に）形成されたアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２に対して、例えば３０度（６０度）の角度で傾斜している。

図１０に示すように、計測視野ＶＦ内にアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２が位置する第１の位置関係において、アライメントマークＡＭ１、ＡＭ２の近傍にスリット像ＳＩを投影させたとき、このスリット像ＳＩの大部分がウエハＷに既に転写されたパターンＰに重なる場合、ウエハＷ上のパターンＰが既に転写されている箇所が他の箇所に比して反射率が大きく異なることから、この箇所から反射したスリット像ＳＩを光電検出して得られた信号は図１２（ａ）に示すように変形が大きく、計測誤差を誘発するおそれが大きい。

そこで、計測視野ＶＦ内にアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２が位置する、上述した第１の位置関係から、ウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ１７）をＸＹ平面内で移動させて、図１１に示すように、計測視野ＶＦとアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２が所定方向に所定量ずれた位置関係である第２の位置関係（計測視野ＶＦからアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２が外れた位置関係）にすると、スリット像ＳＩはパターンＰから外れて重ならない箇所に投影されるようになる。このような場合、この箇所から反射したスリット像ＳＩを光電検出して得られた信号は図１２（ｂ）に示すように何ら変形せず、この信号波形に基づいて高精度なフォーカス計測が可能となる。

上述した第２の位置関係にＸＹステージ１７を移動させる、移動量（ステップ量）は、大きいほど移動にかかる時間が長くなり（スループット性が低下し）、また観察するウエハＷ表面の高さが変化してフォーカス精度が低下するおそれがあるので、なるべく小さい方が望ましい。すなわち、ＸＹ方向への移動にかかる時間及びウエハＷの表面高さの違いによる誤差の発生を最小限に抑えるためには、ステップ量を可及的に小さくすることが望ましい。スリット像ＳＩは、図９、図１０等に示すように、ウエハＷ上の広い面積を平均的に計測するために非計測方向（図９参照）に長い形状にしてある。したがって、最小のステップ量でスリット像ＳＩが全く異なる位置に投影するようにするには、スリット像ＳＩの短辺方向（計測方向）にスリット像ＳＩの全体の幅の分だけ移動させるようにすればよい（図１１参照）。さらに、後述するように、アライメントマークＡＭ１又はＡＭ２がＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内の中心にどこまで接近したらフォーカス計測を行うかの閾値を加えるようにしてもよい。ＡＦセンサ６０は、上述したように、斜め入射方式のフォーカスセンサでもあるので、デフォーカスによりスリット像ＳＩのウエハＷ上の投影位置も変化していく（図８参照）。そこで、デフォーカス時の投影位置の変化量もステップ量に加算してもよい。この変化量は、後述する予測されるデフォーカス量に斜入射による光軸の傾きを乗じることで算出することができる。ステップ量は自動計算してもよいし、あるいはオペレータが算出して入力するようにしてもよい。

次に、上述した位置計測装置（ＦＩＡセンサ３０、ＡＦセンサ６０）を使用した、本発明の位置計測方法の第１の実施態様について図１、図２を参照して説明する。

本第１実施態様では、回路パターンデータ等に基づいて、ＦＩＡセンサ３０（ＣＣＤカメラ４４，４５）の計測視野ＶＦ内にアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２を位置させた状態（第１の位置関係）でスリット像ＳＩをウエハＷ上のアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２の近傍箇所に投影させたとき、このスリット像ＳＩの投影位置にフォーカス計測に支障をきたす回路パターンが存在するか否かをチェックするようにしている。

存在する場合（例えば図１０に示す場合）には、上述した第１の位置関係から、ウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ１７）をＸＹ平面内で移動させて、計測視野ＶＦとアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２が所定方向に所定量ずれた位置関係である、上述した第２の位置関係（例えば図１１に示す状態）にして、スリット像ＳＩの投影位置にフォーカス計測に支障をきたす回路パターンが存在しないようにし、この状態でフォーカス計測を行い、次いでこのフォーカス計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴ（Ｚステージ１８）をフォーカス方向（Ｚ軸方向）に移動調整して、ＦＩＡセンサ３０の合焦操作をし、この合焦状態を維持しつつウエハステージＷＳＴをＸＹ平面内で移動させてアライメントマークＡＭ２が計測視野ＶＦ内に位置する第１の位置関係に戻してアライメント計測を行う。

スリット像ＳＩの投影位置にフォーカス計測に支障をきたす回路パターンが存在しない場合には、第１の位置関係でフォーカス計測、合焦操作を行った後、アライメント計測を行う。

すなわち、本第１実施態様では、回路パターンデータ等に基づいて、フォーカス計測に支障をきたす回路パターンが存在するか否かを事前にチェックし、存在する場合には、これを避けるように、全てのアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２において、一旦第１の位置関係から第２の位置関係にし、次いで第１の位置関係に戻す操作を行う。存在しない場合には全てのアライメントマークＡＭ１，ＡＭ２において、第１の位置関係でフォーカス計測、合焦操作を行い、続いてアライメント計測を行うようにしている。

換言すると、アライメントマークＡＭ１，ＡＭ２の全てにおいて、フォーカス計測に支障をきたす回路パターンが存在してこれを避けなければならない場合には、全て避けるようにして、フォーカス計測を行う位置とアライメント計測を行う位置の相対関係を同一にすることで、全てのアライメント計測を同一のフォーカス状態で計測するという要請を満たすようにしている。

図１、図２を参照して、これを具体的説明すると、先ず、ステップＳ１００において、ウエハＷを図示しないウエハローダによりウエハステージＷＳＴ上のウエハホルダ１６にロードする。

ステップＳ１０１において、回路パターンデータ等に基づいて、第１の位置関係（好ましくは計測視野ＶＦの中心にアライメントマークＡＭが配置される状態）で、スリット像ＳＩの投影位置にフォーカス計測に支障きたす回路パターン、例えば既に露光転写した下地パターンＰが存在するか否かのチェックをする。

ステップＳ１０２において、支障きたす回路パターンが存在しないと判断された場合にはステップＳ１０３に移行し、存在すると判断された場合（例えば図１０に示すような下地パターンＰが存在する場合）にはステップＳ１０８に移行する。

ステップＳ１０３において、ウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ１７）を移動して、ＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内にアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２が位置する第１の位置関係にし、次いでステップＳ１０４において、第１の位置関係の下でフォーカス計測を行い、この計測結果に基づいて合焦操作を行い、ステップＳ１０５において、アライメントマークＡＭ１又はＡＭ２を撮像してアライメント計測を実行する。

ステップＳ１０６において、全てのアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２についてアライメント計測が終了したか否かが判断され、終了した場合（ＹＥＳの場合）にはアライメント計測を終了する。図示しないが、このアライメント計測の結果に基づいてウエハステージＷＳＴを移動して位置合わせ（ウエハアライメント）を行い、続いてレチクルＲの回路パターンをウエハＷの各ショット領域に順次露光転写する露光操作を行う。終了しない場合（アライメント計測を続行するＮＯの場合）には、ステップＳ１０７において、ＸＹステージ１７を移動してＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内に新たなアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２を位置させ（第１の位置関係にし）、ステップＳ１０４に戻り、ステップＳ１０４からステップＳ１０５、次いでステップＳ１０６を繰り返す。

一方、ステップＳ１０８においては、フォーカス計測光としてのスリット像ＳＩの投影位置が下地パターンＰ上に位置しないように（重ならないように）、ウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ１７）を一定距離移動させて、計測視野ＶＦとアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２が所定方向に所定量ずれた位置関係である第２の位置関係（例えば図１１に示す状態）にし、この状態でスリット像ＳＩをウエハＷに投影し、フォーカス計測を行い、このフォーカス計測結果に基づいて、ＦＩＡセンサ３０の合焦操作を行う。

ステップＳ１０９において、上述した合焦状態を維持しつつ、ＸＹステージ１７を移動操作して、ＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内にアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２が位置する第１の位置関係に戻す。

ステップＳ１１０において、ＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内にアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２が位置する第１の位置関係でアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２を撮像してＦＩＡ計測を実行する。

ステップＳ１１１において、全てのアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２についてＦＩＡ計測が終了したか否かが判断され、終了した場合（ＹＥＳの場合）には、上述した如くＦＩＡ計測を終了し、このＦＩＡ計測の結果に基づいてウエハアライメントを実行し、露光転写を実行する。終了しない場合（次に計測すべきマークに対するＦＩＡ計測を続行する場合、ステップＳ１１１の判断がＮＯの場合）には、ステップＳ１１２に移行する。

ステップＳ１１２において、次に計測すべきアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２に関して上述した第２の位置関係となるようにＸＹステージ１７を駆動してウエハＷの位置制御を行い、次いでステップＳ１０８に戻り、全てのアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２についてＦＩＡ計測が完了するまで上述した操作を繰り返す。

本第１実施態様では、上述したように、ステップＳ１０２において、フォーカス計測のためのスリット像ＳＩの投影位置に支障きたす回路パターン（下地パターンＰ）が存在すると判断された場合には、第１計測シーケンスとしての上述したステップＳ１０８，Ｓ１０９，Ｓ１１０，Ｓ１１１，Ｓ１１２を実行し、全てのアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２において、ＦＩＡ計測前のフォーカス計測で支障をきたす回路パターンを避けるようにすることで（フォーカス計測を行う第２の位置関係とＦＩＡ計測を行う第１の位置関係の相対関係を同一にすることで）、全てのＦＩＡ計測を同一のフォーカス状態で計測するという要請を満たすようにしている。また、支障きたす回路パターンが存在しない場合には、第２計測シーケンスとしての上述したステップＳ１０３乃至Ｓ１０７を実行する。

図３、図４は本発明の位置計測方法の第２の実施態様を示している。

上述した図１、図２の第１の実施態様では回路パターンデータ等によりフォーカス計測に支障をきたす下地パターンＰの位置が事前に分かっている場合を示したが、本第２実施態様では、このようなフォーカス計測に支障をきたす下地パターンＰの位置が事前に不明の場合を扱っており、まず上述した第１の位置関係又はアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２の近傍でフォーカス計測を実行して、スリット像ＳＩが投射されるウエハＷ上の領域がフォーカス計測に適切な領域であるか否かを識別する。換言すると、このフォーカス計測結果に異常があるか否かを判定する。そして、異常がある場合（フォーカス計測に適切でない領域の場合）に、上述した第２の位置関係にして再度フォーカス計測を実行し、このフォーカス計測結果の異常の有無を判定し、フォーカス計測結果に異常が生じ無くなるまで上述した第２の位置関係を種々変更する。このようにしてフォーカス計測を繰り返し、異常が存在しないフォーカス計測結果に基づいてＺステージ１８を駆動制御してＦＩＡ３０の合焦操作を行い、この合焦状態を維持しつつＸＹステージ１７を移動して、ＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内にアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２が位置する第１の位置関係に戻してＦＩＡ計測を行うようにしている。ロット内のウエハＷの全てで同一の動作となるように、上述した判定はロット先頭のウエハＷ（例えばウエハＷが２５枚で１ロットとした場合にあっては最初の１枚目のウエハＷ）のみで行うことが望ましい。

図３、図４を参照して、これを具体的説明すると、先ず、ステップＳ２００において、ロット先頭のウエハＷを図示しないウエハローダによりウエハステージＷＳＴ上のウエハホルダ１６にロードする。

ステップＳ２０１において、ＸＹステージ１７を移動し、ＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内にアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２が位置する第１の位置関係に設定する操作を開始する。

ステップＳ２０２において、第１の位置関係になったとき又はアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２の近傍でフォーカス計測を実行する。アライメントマークＡＭ１又はＡＭ２の近傍の具体的な量は、例えば、Ｚ方向については、アライメントマークＡＭ１又はＡＭ２間の移動で発生すると予測されるデフォーカス量程度で、これはウエハホルダ１６やウエハＷの平坦度から決めることが出来、典型的な値は５μｍ程度である。また、ＸＹ方向については、アライメントマークＡＭ１又はＡＭ２がＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内に入ってからこの計測視野ＶＦの中心にどの程度まで接近したらフォーカス計測を行うかの閾値程度にすればよく、例えば１μｍ程度である。

ステップＳ２０３において、フォーカス計測結果の異常の有無を判断する。異常が無い場合にはステップＳ２０４に移行し、異常が有る場合にはステップＳ２１０に移行する。フォーカス計測結果を異常と判定する基準として、例えば、計測エラーの発生の有無があり、計測エラーが発生した場合、フォーカス計測結果に異常有りと判定する。この計測エラーには、例えば下地パターンＰの存在によりＣＣＤカメラ６１により光電変換した計測信号波形（例えば図１２（Ａ）参照）が崩れてしまい、計測信号波形から位置計測が行えない場合が含まれる。また、別のフォーカス計測結果の異常の判定基準として、例えば、フォーカス方向（Ｚ軸方向）において複数の位置で計測を行い、この計測結果とウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置の変化との関係（例えば縦軸上にＺ方向におけるウエハステージＷＳＴの位置をプロットし、横軸上にＣＣＤカメラ６１の出力をプロットして描かれるグラフ）が、下地パターンＰが存在しない箇所において、同じようにして求めた、ＣＣＤカメラ６１の出力とウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置の変化との関係と一致するか否かがあり、一致しない場合にフォーカス計測結果に異常有りと判定する。この判定は、上述したように瞳分割方式のＡＦセンサ６０では、２つのスリット像ＳＩがＣＣＤカメラ６１の撮像面上に結像され、両者の間隔の変化がＺ方向の変位と比例するので、この比例係数に問題が無いか否かを確認することにより行う。具体的には、上述したアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２間の移動で予測されるデフォーカス量に比例係数の変化分を乗じたものが、ＡＦセンサ６０に要求される精度を超える場合に異常と判定する。例えば、予測されるデフォーカス量が５μｍで、ＡＦセンサ６０の要求精度が０．１μｍの場合にあっては、０．１／５＝２％であるから、比例係数が２％変化したら異常と判定する。

ステップＳ２０４においては、ステップＳ２０３でフォーカス計測結果に異常がないと判定されているので、このフォーカス計測結果に基づいてＦＩＡセンサ３０の合焦操作を行い、ステップＳ２０５において、ＦＩＡ計測を実行し、ステップＳ２０６において、ＦＩＡ計測が完了したか否かを判断し、完了した場合にはＦＩＡ計測を終了し、完了していない場合にはステップＳ２０７に移行する。ステップＳ２０７においては、ＸＹステージ１７を移動して、ＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内にこれから計測しようとする新たなアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２が位置する第１の位置関係に設定する操作を開始する。そして、ステップＳ２０８において、上述したように第１の位置関係又は新たなアライメントマークの近傍でフォーカス計測を実行する。この後、ステップＳ２０９において、上述したのと同じ方法でフォーカス計測結果に異常が有るか否かの判定を行い、異常がない場合にはステップＳ２０４に戻り、上述した操作を繰り返す。異常が有る場合には、ステップＳ２１０に移行する。

ステップ２１０においては、ステップＳ２０３、Ｓ２０９でフォーカス計測結果に異常有りと判定されているので、ウエハＷ上の異なる領域で再度フォーカス計測を行う。すなわち、ＸＹステージ１８を一定距離移動して、上述した第２の位置関係に設定して再度フォーカス計測を実行する。

ステップＳ２１１において、上述したのと同じ方法でフォーカス計測結果に異常が有るか否かの判定を行い、異常がある場合にはステップＳ２０９に戻り、ＸＹステージ１８を別の方向に一定距離移動して別の第２の位置関係に設定し、再度フォーカス計測を実行し、再度ステップＳ２１１でフォーカス計測結果の異常の有無を判定する。フォーカス計測結果に異常が無くなるまで（フォーカス計測に適切な領域を探し出すまで）これらステップＳ２１０，Ｓ２１１を繰り返す。

ステップＳ２１１において、フォーカス計測結果に異常なしと判定された場合には、ステップＳ２１２に移行し、ステップＳ２１２において、このフォーカス計測結果に基づいてＦＩＡセンサ３０の合焦操作を行う。次いで、ステップＳ２１３において、この合焦状態を維持しつつ。ＸＹステージ１７を移動してＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内にアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２が位置する第１の位置関係に戻す。次いで、ステップＳ２１４において、ＦＩＡ計測を実行し、ステップＳ２１５において、計測すべき全てのマークに対するＦＩＡ計測が完了したか否かが判断され、完了した場合にはＦＩＡ計測を終了する。

完了しない場合には、ステップＳ２１６に移行し、ＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内にこれから計測しようとする新たなアライメントマークＡＭ１又はＡＭ２が位置する第１の位置関係に設定するが、ここではフォーカス計測を実行せず、この第１の位置関係からＸＹステージ１７を一定距離移動して上述した第２の位置関係に設定してからフォーカス計測を実行する。そして、ステップＳ２１１に戻り、このステップＳ２１１から上述したようにステップＳ２１０に戻るか、或いはステップＳ２１２，Ｓ２１３，Ｓ２１４，Ｓ２１５を繰り返す。

本第２実施形態でも、上述したように、フォーカス計測結果に異常ありと判定された場合、第１計測シーケンスである上述したステップＳ２１０乃至Ｓ２１６を実行して、フォーカス計測を行う位置とＦＩＡ計測を行う位置の相対関係を同一にすることで、全てのＦＩＡ計測を同一のフォーカス状態で計測するという要請を満たすようにしている。異常がないと判定された場合、第２計測シーケンスである上述したステップＳ２０４乃至Ｓ２０９を実行する。この第２計測シーケンスにおいて、フォーカス計測結果に異常が有ると判断された場合（上述したステップＳ２０９でＹＥＳの場合）、上述したようにステップＳ２１０に移行して第１計測シーケンスを選択実行する。

図５は、本発明の位置計測方法の第３の実施態様を示している。以下に、本図５の各ステップの動作について説明する。

ステップＳ３００において、ＸＹステージ１７を駆動し、ウエハＷ内の最初のＥＧＡマークをＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内に位置させる。すなわち、マークとＦＩＡ視野を第１の位置関係に設定する。ステップＳ３０１において、第１の位置関係でフォーカス計測を実行する。ステップＳ３０６から来た場合は二番目以降のＥＧＡマークが対象となる。ステップＳ３０２において、第１の位置関係でのフォーカス計測に異常が発生したかどうかで分岐する。

ステップＳ３０３において、第１の位置関係で正常にフォーカス計測ができた場合、続けて合焦動作を行う。ステップＳ３０４において、合焦動作後、ＦＩＡセンサ３０によるマーク位置計測を実行する。ステップＳ３０５において、ＥＧＡでの計測対象となる全てのマークを計測したかどうかで分岐する。ステップＳＳ３０６において、まだＥＧＡ計測対象マークが残っている場合、ＸＹステージ１７を駆動し、次の対象マークをＦＩＡ視野に対して第１の位置関係に設定する。

ステップＳ３０７において、第１の位置関係でフォーカス計測に異常が生じた場合、ＸＹステージ１７を駆動し、第２の位置関係に設定する。なお、ステップＳ３１０から来た場合、第１の位置関係とＸＹ方向のオフセットは初期状態から変更されている。ステップＳ３０８において、第２の位置関係でフォーカス計測を実行する。ステップＳ３０９において、第２の位置関係でのフォーカス計測に異常が発生したかどうかで分岐する。ステップＳ３１０において、フォーカス計測に異常が生じた場合、ＡＬＧ−ＡＦスリット光が照射されているウエハＷ上の領域に計測の妨げとなる下地パターンが存在すると考えられるので、照射領域をずらすために、第１の位置関係に対するＸＹ方向のオフセット量を更新し、ステップＳ３０７に進む。

ステップＳ３１１において、フォーカス計測が正常に終了した場合、スリット光が照射されている領域には計測の妨げとなるような下地パターンが存在しなかったと考えられるので、現在のＸＹ方向のオフセット量を記憶してステップＳ３１２に進む。ステップＳ３１２において、二番目以降のＥＧＡマークまで計測が進んでいる場合でも、全マークを同一のフォーカス条件でＦＩＡ計測をするために、最初のＥＧＡマークまで戻って再計測を行う。先ずは第一ＥＧＡマークをＦＩＡセンサ３０に対して第２の位置関係に設定する。この際、ステップＳ３１１で記憶したＸＹオフセット量を用いる。ステップＳ３１３において、フォーカス計測及び合焦動作を実行する。ステップＳ３１４において、合焦状態を保ったままＸＹステージ１７を駆動し、第１の位置関係に設定する。すなわち、マークをＦＩＡ視野中心に位置させる。

ステップ３１５において、ＸＹ全ての方向についてＦＩＡ計測に適した状態が得られたので、ＦＩＡセンサ３０によるマーク位置計測を実行する。ステップＳ３１６において、ＥＧＡでの計測対象となる全マークを計測し終わっているかどうかで分岐する。ステップＳ３１７において、まだＥＧＡ計測対象マークが残っている場合、ＸＹステージ１７を駆動し、次の対象マークをＦＩＡ視野に対して第２の位置関係に設定する。この際、ステップＳ３１１で記憶したＸＹオフセット量を用いる。

本第３実施態様においては、ＥＧＡ計測が正常に進行した場合にはステップＳ３０１乃至Ｓ３０６のループが実行される。いずれかのマークでフォーカス計測に異常が発生した場合にはステップＳ３０７乃至Ｓ３１２の下地探索処理が実行される。良好な下地領域が発見されたら、ステップＳ３１３乃至Ｓ３１７のループに進み、ＥＧＡが先頭のマークから再実行される。

ところで、ステップＳ３１３においては、すでに良好な下地が見つかっているので、フォーカス計測が正常に終了したかのチェックを省略したが、ここでもステップＳ３０２，Ｓ３０９と同様の確認を行い、異常が発生した場合、ステップＳ３１０，Ｓ３０７に進むようにしてもよい。すなわち、ＸＹオフセット量を更新しながらフォーカス計測に適した下地領域を探索する。ただし、ステップＳ３０７乃至Ｓ３１３のループから脱出できなくなる可能性があるため、このループを繰り返す回数に上限を設けておき、これを超えた場合は回復不可能なエラーとして処理を中断するのが望ましい。

本第３実施態様では、アライメントマーク周辺の下地パターンがどのマークに対しても同様であるとして説明をおこなってきたが、ショット内に配置された複数のアライメントマークを計測する場合には、マークによって周辺のパターンが変わることになる。例えば、アライメントマークが一次元マークであった場合、Ｘ計測用のマークの周辺とＹ計測用のマークの周辺では様子が異なる。あるいは、ショット内の複数のマークを計測してショット変形を計測するショット内多点ＥＧＡを行う場合も同様である。こうした場合、周辺のパターンが同じマーク、すなわちショット内での配置が同じマークごとにアライメントマークをグループ分けして、各グループごとに、前記の第１の位置関係に対するＸＹオフセット量を独立に管理することもできる。

図１３は本発明のデバイス製造方法の実施態様を示している。この実施態様では、図１乃至図５に示す何れかの位置計測方法によりフォーカス計測を実行してＦＩＡセンサ３０の合焦動作を行ってから、ＦＩＡセンサ３０によりウエハアライメントを行ってウエハＷ上の各ショット領域の位置決めし、この位置決めされた各ショット領域にデバイスパターンを露光転写するので、高精度の露光が行え、製品の歩留まりを向上させることが可能となる。

ステップＳ４００では電子デバイスの回路設計等のデバイスの機能・性能設計を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。ステップＳ４０１では設計した回路パターンを形成したレチクルＲを製作する。ステップＳ４０２ではシリコン等の材料を用いてウエハ（シリコン基板）Ｗを製造する。

ステップＳ４０３では、ステップＳ４０１で製作したレチクルＲとステップＳ４０２で製造したウエハＷを使用し、リソグラフィ技術等によりウエハＷ上に回路等を形成する、ウエハ処理を行う。このウエハ処理では、ウエハＷ上の各ショット領域の位置決めを行う前に、ＦＩＡセンサ３０の合焦動作を行うが、これは本発明の位置計測方法の実施態様（図１乃至図５）に示す何れかの方法によるフォーカス計測によって実行される。次いで、ウエハアライメントなどを行い、ウエハＷ上の各ショット領域を位置決めし、レチクルＲに形成された回路パターンを位置決めされた各ショット領域に順次露光転写する。露光が終了したら、ウエハＷをウエハステージＷＳＴからアンロードし、現像、エッチング、洗浄工程などの処理を繰り返して、ウエハＷ上に回路などを形成する。

ステップＳ４０４ではデバイス組立を行う。このデバイス組立では、回路などが形成されたウエハＷをダイシングして個々のチップに分割し、各チップをリードフレームやパッケージに装着して電極を接続するボンディングを行い、樹脂封止等のパッケージング処理を行う。

ステップＳ４０５では検査を行う。この検査では組み立てたデバイスの動作確認テストや耐久性テストなどを行い、合格品を出荷する。

以上、本発明の実施態様について図面１乃至図１３を参照して説明したが、本発明はこれら実施態様に示すものに限定されるものではない。

例えば、図３、図４に示す実施態様において、前記フォーカス方向における前記マークのＸＹ平面内における近傍位置は、ＸＹステージ１７の移動に伴い、アライメントマークＡＭ１又はＡＭ２がＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦ内に入ってからフォーカス計測を開始して、アライメントマークＡＭ１又はＡＭ２がＦＩＡセンサ３０の計測視野ＶＦの中心に位置するアライメント計測位置に到達した時点でフォーカス計測が終了するように設定してもよい。

本発明の位置計測方法の第１実施態様を示すフローチャートである。 図１に示す本発明の位置計測方法の第１実施態様の別の部分を示すフローチャートである。 本発明の位置計測方法の第２実施態様を示すフローチャートである。 図３に示す本発明の位置計測方法の第２実施態様の別の部分を示すフローチャートである。 本発明の位置計測方法の第３実施態様を示すフローチャートである。 本発明の位置計測装置を備えた露光装置の概略構成図である。 図６の本発明の位置計測装置中のＡＦセンサの送光系部分を示す概略構成図である。 図６の本発明の位置計測装置中のＡＦセンサの受光系部分を示す概略構成図である。 図７に示すＡＦセンサの送光系からウエハ上に投影されるスリット像とアライメントマークとの位置関係を説明する説明図である。 図９に示すＡＦセンサの送光系からウエハ上に下地パターンに重なってスリット像が投影される状態を説明する説明図である。 図９に示すＡＦセンサの送光系からウエハ上に下地パターンを避けてスリット像が投影される状態を説明する説明図である。 図１２(a)は図１０に示すように下地パターンに重なってスリット像が投影されたときのＡＦセンサの信号出力波形を示す図であり、図１２（ｂ）は図１１に示すように下地パターンを避けてスリット像が投影されたときのＡＦセンサの信号出力波形を示す図である。 本発明のデバイス製造方法の実施態様を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 露光装置
１７ ＸＹステージ
１８ Ｚステージ
３０ ＦＩＡセンサ
４３ ＣＣＤカメラ（光電検出素子）
４４ ＣＣＤカメラ（光電検出素子）
５０ 主制御系
５１ 位置演算部
５２ ステージ制御系
５３ 制御部
６０ ＡＦセンサ
６１ ＣＣＤカメラ（光電検出素子）
６２ 受光系
６３ 送光系
ＳＩ スリット像
ＶＦ 計測視野
ＡＭ１ アライメントマーク
ＡＭ２ アライメントマーク
Ｒ レチクル
Ｗ ウエハ

Claims (9)

1. 二次元平面内を移動可能な物体上に形成された複数のマークの、該二次元平面内における位置情報のそれぞれを、所定の計測視野を介して光電検出された該各マークに対応するマーク信号に基づいて計測する位置計測方法であって、
   前記物体を前記二次元平面内で移動させることにより、前記複数のマークのうちの計測すべきマークが前記計測視野内に存在する第１の位置関係と、該マークと該計測視野とが前記第１の位置関係から所定量だけ所定方向にずれた位置関係である第２の位置関係と、をそれぞれ設定可能であり、
   前記物体が前記第２の位置関係に設定されている時に、前記物体に対してフォーカス計測光を投射して、前記二次元平面と直交するフォーカス方向における前記物体のフォーカス状態を計測し、該フォーカス状態の計測結果に基づいて前記物体のフォーカス位置を調整する第１工程と、
   前記第１工程後に、該第１工程で調整されたフォーカス状態を維持しつつ、前記第１の位置関係となるように前記物体を前記二次元平面内で移動させる第２工程と、
   前記第２工程後に、前記第１の位置関係に設定された前記物体上に形成された前記マークの、前記二次元平面内の位置情報を計測する第３工程と、を有し、
   前記複数のマークのうちの前記位置情報を計測すべきマークの全てに対して、前記第１工程から前記第３工程までの動作を順次行って、前記位置情報を計測することを特徴とする位置計測方法。
2. 前記第１工程を行う前に、前記物体を前記二次元平面内で移動させて前記第１の位置関係に設定した上で、前記物体に対して前記フォーカス計測光を投射して前記二次元平面と直交するフォーカス方向における前記物体のフォーカス状態を計測する事前計測工程と、
   前記事前計測工程で得られた前記フォーカス状態の計測結果に基づいて、前記フォーカス計測光が投射される前記物体上の領域が、該フォーカス状態の計測に適切な領域であるか否かを識別する識別工程と、を有し、
   前記識別工程によって前記領域が適切な領域で無いと識別されると、前記第１工程から前記第３工程を行うシーケンスによって前記マークの前記二次元平面内の位置情報の計測を行うことを特徴とする請求項１に記載の位置計測方法。
3. 前記第１工程で設定される前記第２の位置関係としては、複数の位置関係を設定可能であり、前記第１工程において、前記フォーカス計測光が投射される前記物体上の領域が、前記フォーカス状態の計測に適切な領域であると識別されるまで、前記位置関係の変更動作と前記フォーカス状態の計測動作とを繰り返すことを特徴とする請求項２に記載の位置計測方法。
4. 前記物体が前記第１の位置関係に設定されている時に、前記物体に対してフォーカス計測光を投射して、前記二次元平面と直交するフォーカス方向における前記物体のフォーカス状態を計測し、該フォーカス状態の計測結果に基づいて前記物体のフォーカス方向の位置を調整するフォーカス調整工程と、
   前記フォーカス調整工程後に、前記第１の位置関係に設定されている前記物体上に形成された前記マークの、前記二次元平面内の位置情報を計測する位置計測工程と、を有し、
   前記計測すべきマーク毎に、前記フォーカス調整工程と前記位置計測工程とを順次行っていた場合において、前記フォーカス状態の計測結果に異常が生じた場合には、前記第１工程から前記第３工程を行うシーケンスによって前記マークの前記二次元平面内の位置情報の計測を行うことを特徴とする請求項１に位置計測方法。
5. 前記フォーカス状態の計測結果に異常が生じた場合には、前記複数のマークのうちの前記位置情報を計測すべきマークの全てに対して、前記第１工程から前記第３工程までの動作を順次行って、前記位置情報を計測し直すことを特徴とする請求項４に記載の位置計測方法。
6. 二次元平面内を移動可能な物体上に形成された複数のマークの、該二次元平面内における位置情報のそれぞれを、所定の計測視野を介して光電検出された該各マークに対応するマーク信号に基づいて計測する位置計測方法であって、
   前記位置情報の計測を行う前に、前記物体に対してフォーカス計測光を投射して、前記二次元平面と直交するフォーカス方向における前記物体のフォーカス状態を計測し、
   前記フォーカス状態の計測結果に基づいて、前記計測結果に異常が生じているか否かを判別し、
   前記判別結果に基づいて、前記フォーカス状態の検出手法が互いに異なる第１、第２計測シーケンスのうちの何れか一方の計測シーケンスを選択実行することを特徴とする位置計測方法。
7. 前記物体を前記二次元平面内で移動させることにより、前記複数のマークのうちの計測すべきマークが前記計測視野内に存在する第１の位置関係と、該マークと該計測視野とが前記第１の位置関係から所定量だけ所定方向にずれた位置関係である第２の位置関係と、をそれぞれ設定可能であり、
   前記第１計測シーケンスは、
   前記物体が前記第２の位置関係に設定されている時に、前記物体のフォーカス状態を計測し、該フォーカス状態の計測結果に基づいて前記物体のフォーカス位置を調整する第１工程と、
   前記第１工程後に、該第１工程で調整されたフォーカス状態を維持しつつ、前記第１の位置関係となるように前記物体を前記二次元平面内で移動させる第２工程と、
   前記第２工程後に、前記第１の位置関係に設定された前記物体上に形成された前記マークの、前記二次元平面内での位置情報を計測する第３工程と、を有し、
   前記第２計測シーケンスは、
   前記物体が前記第１の位置関係に設定されている時に、前記物体のフォーカス状態を計測し、該フォーカス状態の計測結果に基づいて前記物体のフォーカス方向の位置を調整する第４工程と、
   前記第４工程後に、前記第１の位置関係に設定された前記物体上に形成された前記マークの、前記二次元平面内の位置情報を計測する第５工程と、を含み、
   前記計測結果に異常が生じていると判別された場合には、前記第１計測シーケンスが選択実行されることを特徴とする請求項６に記載の位置計測方法。
8. デバイスパターンが形成されているマスクと、該デバイスパターンが転写されるべき複数の区画領域を備えた基板を用意する工程と、
   請求項１乃至７の何れかに記載の位置計測方法を用いて計測された位置情報に基づいて、前記マスクのパターン像の投影位置と前記基板上の前記複数の区画領域の各々とを順次位置合わせする工程と、
   前記位置合わせされた前記各区画領域上に、前記デバイスパターンを順次転写する工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
9. 二次元平面内を移動可能な物体上に形成された複数のマークの、該二次元平面内における位置情報のそれぞれを、所定の計測視野を介して光電検出された該各マークに対応するマーク信号に基づいて計測する位置計測装置であって、
   前記位置情報の計測を行う前に、前記物体に対してフォーカス計測光を投射して、前記二次元平面と直交するフォーカス方向における前記物体のフォーカス状態を計測する計測系と、
   前記フォーカス状態の計測結果に基づいて、前記計測結果に異常が生じているか否かを判別する判別手段と、
   前記判別結果に基づいて、前記フォーカス状態の検出手法が互いに異なる第１、第２計測シーケンスのうちの何れか一方の計測シーケンスを選択実行せしめる制御手段と、を有することを特徴とする位置計測装置。

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