JP2007142313A - 計測工具及び調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】物体ステージの回転による姿勢変化に影響されること無く、投影光学系の設計に影響を与えること無く、マーク位置情報の検出を行う。
【解決手段】計測工具２２は、マスクステージ上に搭載されたときに投影光学系に対向する光透過部４８が形成された本体５２と、本体の内部に配置され、光透過部を介して入射した光が経由する光学系（２４，３０，３８，４４）とを含む。計測工具２２をマスクステージ上に搭載し、照明光ＩＬで照射されたマークからの光が光透過部を介して本体内に入射可能な位置にマスクステージを移動する。これによりその入射した光が光学系を経由して本体５２外に設けられたディテクタ８２で受光される。マスクステージを移動させることで、計測工具の光透過部４８を、投影光学系の光軸（ＡＸ）上に位置させた状態で、マークの位置を計測する。
【選択図】図４

Description

本発明は、計測工具及び調整方法に係り、特にマスクステージ上のマスクに形成されたパターンを物体ステージ上の物体に投影光学系を介して転写する露光装置で用いられる計測工具、該計測工具を用いて、物体ステージ上に存在するマークを投影光学系を介して計測した結果を考慮して、露光装置のパラメータを調整する調整方法に関する。

例えば半導体素子（集積回路等）は、ウエハ上に１０層以上の回路パターン（レチクルパターン）を重ね合わせて形成されるため、半導体素子の製造に用いられる投影露光装置では、露光に際して、前層までの露光でウエハ上に既に形成されている露光対象のショット領域とレチクルパターンの投影位置（露光位置）とを正確に重ね合わせることが重要である。

そこで、近年の投影露光装置では、第２層以降の露光の際には、露光に先立って、各ショット領域に前層までの露光の際に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情報を検出し、このマークの位置情報に基づいて各ショット領域と露光位置との位置関係を調整して、重ね合わせ露光を行うことがなされている。

しかるに、ウエハ上のアライメントマークの位置情報の検出は、色収差に起因する位置検出誤差の発生を回避する観点から、投影光学系から離間した位置に検出視野を有するオフアクシス方式のアライメント系により行われるのが、一般的である。この方式のアライメント系を用いたマークの位置情報の検出は、アッベ誤差などを考慮して、アライメント系の検出視野の中心を通る測長軸を有する干渉計の計測値によって規定される座標系（アライメント座標系）を基準として行われる。

一方、露光に際してのウエハの位置合わせは、アッベ誤差を考慮して、投影光学系の光軸を通る測長軸を有する干渉計の計測値によって規定される座標系（露光座標系）を基準として行われる。

従って、高精度な重ね合わせ露光を実現するためには、アライメント座標系と露光座標系とは、それらの原点同士を重ね合わせたときに、お互いに高精度に一致することが望ましいが、実際には、各干渉計を構成する多数の光学系の個々の製造誤差、設置状態、変形などにより、座標系間のずれは不可避である。そこで、実際には、両座標系間の関係を調整している。かかる調整は、従来、投影光学系を介してウエハステージ上の一対の基準マークとこれに対応するレチクルＲ上の一対のレチクルマークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたＶＲＡ（Video Reticle Alignment）方式のセンサ（例えば特許文献１参照）を用いて、計測用のウエハ上のマークの位置を計測することで行っていた。

上記両座標系は、ウエハが載置されるテーブル（又はステージ）を回転させてもマーク位置が一定に保たれるように調整される必要がある。しかし、ＶＲＡ方式のセンサは、投影光学系の中心に対して例えばＸ軸方向に離れた位置にそれぞれ設置されているため、テーブル（又はステージ）のＹ軸回り及びＺ軸回りの回転などの姿勢変化によってウエハ上のマークがデフォーカスする、又は視野から外れてしまうことがあり、このような場合に、両座標系間の調整が困難になることがあった。

特開平７−１７６４６８号公報

上記のテーブル（又はステージ）のＹ軸回り及びＺ軸回りの回転などの姿勢変化によってウエハ上のマークが視野から外れるという不都合を解決するためには、投影光学系と光学系を共有し、かつ視野中心が一致するウエハアライメントセンサを用意すれば良い。しかし、投影光学系は、露光のために最適化された設計となっているため、内部にセンサ用の光学系を組み込むことは実際問題として困難である。

本発明は、上記の事情の下でなされたもので、第１の観点からすると、マスクステージ上のマスクに形成されたパターンを物体ステージ上の物体に投影光学系を介して転写する露光装置で用いられる計測工具であって、前記マスクステージ上に搭載可能な形状を有し、搭載されたときに前記投影光学系に対向する一方の面の所定の位置に光透過部が形成された本体と；前記本体の内部に配置され、前記光透過部を介して入射した光が経由する光学系と；を含む計測工具である。

これによれば、計測工具（本体）をマスクステージ上に搭載し、物体ステージ上に存在するマークからの光が光透過部を介して本体内に入射可能な位置にマスクステージを移動する。これによりその入射した光が光学系を経由して本体内又は本体外に設けられた受光素子（ディテクタ）で受光される。本体を移動させて、投影光学系の光軸上に光透過部を位置させることで、その光透過部を介して、投影光学系の光軸上に位置させたマークの位置を計測することが可能となる。

従って、投影光学系と視野中心が一致するマーク検出系を得ることができ、物体ステージの回転による姿勢変化によって影響を殆ど受けることなく、かつ投影光学系の設計に影響を与えること無く、マーク位置情報の検出を行うことが可能になる。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の計測工具を用いて、前記物体ステージ上に存在するマークを前記投影光学系を介して計測する工程と；その計測結果を考慮して、露光装置のパラメータを調整する工程と；を含む調整方法である。

これによれば、本発明の計測工具を用いて、物体ステージ上に存在するマークを投影光学系を介して計測することで、物体ステージの回転による姿勢変化の影響を受けることなく、物体ステージ上に存在するマークの位置情報を確実に計測することができ、この計測結果を考慮して、露光装置のパラメータ（例えば、前述の両座標系間の調整のための補正式の係数など）を良好に調整することが可能となる。従って、この調整後のパラメータに基づいて所定の処理を行うことで、高精度な露光が可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。図１には、本発明に係る調整方法が適用される一実施形態の露光装置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（いわゆるスキャナ）である。

この露光装置１００は、光源及び照明光学系を含み、照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲを照明する照明系１０、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴ、前記レチクルステージＲＳＴ及び前記投影ユニットＰＵなどが搭載されたボディＢＤ及びこれらの制御系等を備えている。

前記照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号公報）などに開示されるように、光源、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含んで構成されている。この照明系１０では、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域を照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。

前記レチクルステージＲＳＴは、レチクルベース３６上に、その底面に設けられた不図示のエアベアリングによって例えば数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持されている。このレチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが、例えば真空吸着（又は静電吸着）され、保持されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系１２により、後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で２次元的に（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）に）微少駆動可能であるとともに、レチクルベース３６上を所定の走査方向（ここでは、図１における紙面直交方向である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。

レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置は、レチクルベース３６に取り付けられた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、移動鏡１５を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。この場合、投影ユニットＰＵを構成する鏡筒４０の側面に固定された固定鏡１４を基準として位置計測が行われる。ここで、実際には、レチクルステージＲＳＴ上にはＹ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡とＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられ、これらの移動鏡に対応してレチクルＹ干渉計とレチクルＸ干渉計とが設けられ、更に、これに対応して、Ｘ軸方向位置計測用の固定鏡と、Ｙ軸方向位置計測用の固定鏡が設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１５、レチクル干渉計１６、固定鏡１４として示されている。ここで、レチクルＹ干渉計とレチクルＸ干渉計の一方、例えばレチクルＹ干渉計は、光軸を２軸有する２軸干渉計であり、このレチクルＹ干渉計の計測値に基づきレチクルステージＲＳＴのＹ位置に加え、θｚ方向の回転も計測できる。

レチクル干渉計１６の計測値は、ステージ制御装置１９及びこれを介して主制御装置２０に送られている。ステージ制御装置１９では、主制御装置２０からの指示に応じ、レチクル干渉計１６の計測値に基づいてレチクルステージ駆動系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、投影光学系ＰＬを介して後述する基準マーク板ＦＭ上の一対の第１基準マークとこれに対応するレチクルＲ上の一対のレチクルマークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から成る一対のレチクルアライメント系１３Ａ，１３ＢがＸ軸方向に所定距離隔てて設けられている。レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂとしては、例えば特開平７−１７６４６８号公報（対応する米国特許第５，６４６，４１３号）などに開示されるものと同様のＶＲＡ方式のセンサが用いられている。レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを基準として、Ｘ軸方向の一側と他側にそれぞれ配置され、図１に示される第１位置（図４中に仮想線（二点鎖線）で示される）と、第１位置からさらに光軸ＡＸから離れる方向へ所定距離移動した第２位置（図４中に実線で示される）との間で、それぞれ往復移動可能に構成されている（図４中の両矢印参照）。

レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂがそれぞれ第１位置にある状態では、レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂは、光軸ＡＸを基準として図１における左右対称な配置となり、レチクルＲ上のパターン領域のＸ軸方向の一側と他側にそれぞれ配置された一対のレチクルアライメントマークと、これに対応する、ウエハＷ上又は後述する基準マーク板上のマークとを投影光学系ＰＬを介して同時に検出可能となる。例えば、一対のレチクルアライメントマークがともに、レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂそれぞれの検出中心で観測された場合には、レチクルＲ（パターン領域）の投影中心が、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置しているとみなすことができる。また、ウエハＷや後述する基準マーク板上の一対のマークが同時に、レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂの検出中心で観測された場合には、一対のマークの中点が、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに位置しているとみなすことができる。

レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂそれぞれの上方には、図１に示されるように、一対の受光ユニット１１Ａ，１１Ｂが配置されている。これらの受光ユニット１１Ａ，１１Ｂの具体的な配置、構成などについては、後に詳述する。

前記投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方でボディＢＤの一部に保持されている。このボディＢＤは、クリーンルームの床面Ｆ上に設置されたフレームキャスタＦＣ上に設けられた第１コラム（メインフレーム）３２と、この第１コラム３２の上に固定された第２コラム３４とを備えている。

前記フレームキャスタＦＣは、床面Ｆ上に水平に置かれたベースプレートＢＳと、該ベースプレートＢＳ上に固定された複数本、例えば３本（又は４本）の脚部３９（ただし、図１における紙面奥側の脚部は図示省略）とを備えている。

前記第１コラム３２は、上記フレームキャスタＦＣを構成する複数本、例えば３本（又は４本）の脚部３９それぞれの上端に個別に固定された複数、例えば３つの第１防振機構５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ（但し、図１では紙面奥側の第１防振機構５６Ｃは図示省略、図７参照）によって、ほぼ水平に支持されている。

前記第１コラム３２は、鏡筒定盤とも呼ばれ、そのほぼ中央部に不図示の円形開口が形成されている。この円形開口内に、投影ユニットＰＵ（フランジＦＬＧが設けられた鏡筒４０と、該鏡筒４０に保持された複数の光学素子から成る投影光学系ＰＬとによって構成されている）が、上方から挿入され、フランジ部を介して第１コラム３２に支持示されている。

前記第１コラム３２の上面には、投影ユニットＰＵを取り囲む位置に、複数本、例えば３本の脚４１（但し、図１における紙面奥側の脚は図示省略）の一端（下端）が固定されている。これら複数本の脚４１によってレチクルベース３６が水平に支持されている。すなわち、レチクルベース３６とこれを支持する３本の脚４１とによって第２コラム３４が構成されている。レチクルベース３６には、その中央部に照明光ＩＬの通路となる開口３６ａが形成されている。

前記ウエハステージＷＳＴは、投影ユニットＰＵの下方に水平に配置されたステージベース（ステージ定盤）７１の上面に、その底面に設けられた複数のエアベアリングを介して浮上支持されている。

前記ステージベース７１は、前述のベースプレートＢＳ上に設置されたメンテプレートと呼ばれる平板ＭＰ上の複数箇所（例えば３箇所）にそれぞれ配置された、複数（例えば３つ）の支持部材７３と、該各支持部材７３の上面にそれぞれ固定された複数（ここでは３つ）の第２防振機構６６Ａ〜６６Ｃ（但し、図１では紙面奥側の第２防振機構６６Ｃは図示省略、図７参照）とによってほぼ水平に支持されている。

前記ステージベース７１の＋Ｚ側の面（上面）は、その平坦度が非常に高くなるように加工されており、ウエハステージＷＳＴのガイド面とされている。

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、リニアモータ（あるいは平面モータ）などのアクチュエータを含むＸＹ駆動系３１（図１では不図示、図７参照）によって上記ガイド面に沿ってＸＹ面内で駆動されるＸＹステージ２８と、該ＸＹステージ２８上にＺ・チルト駆動系２９（図７参照）を介して搭載され、該Ｚ・チルト駆動系２９によってＺ軸方向、θｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向）、θｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向）の３自由度方向に微小駆動されるウエハテーブルＷＴとを含む。ウエハテーブルＷＴの上面に、ウエハホルダＷＨを介してウエハＷが真空吸着（又は静電吸着）等により固定されている。

前記Ｚ・チルト駆動系２９は、例えば、ＸＹステージ２８上でウエハテーブルＷＴを３点で支持する３つのアクチュエータ（例えば、ボイスコイルモータ又は電磁石）と、各アクチュエータによるウエハテーブルＷＴの支持点のＺ軸方向の駆動量を個別に計測する３つのリニアエンコーダとを含んで構成されている。なお、Ｚ・チルト駆動系２９は実際には、ＸＹステージ２８上に存在するが、本明細書では、一部の箇所で図示及び説明の便宜上から図１のウエハステージ駆動系２７の一部であるかのような説明を行っている（図７等参照）。

前記ウエハテーブルＷＴ上には、基準マーク板ＦＭが、その表面がウエハＷとほぼ同一高さとなる状態で設けられている。この基準マーク板ＦＭの表面には、少なくとも一対のレチクルアライメント用の第１基準マークと、これらの第１基準マークに対して既知の位置関係にある、アライメント系ＡＬＧのベースライン計測用の第２基準マークなどが形成されている。

ウエハテーブルＷＴ（ウエハステージＷＳＴ）のＸＹ面内の位置情報は、ウエハテーブルＷＴの上部に固定された移動鏡１７に測長ビームを照射するウエハ干渉計システム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。このウエハ干渉計システム１８は、第１コラム３２に吊り下げ状態で固定され、投影ユニットＰＵを構成する鏡筒４０の側面に固定された固定鏡５７の反射面を基準とする移動鏡１７の反射面の位置情報をウエハステージＷＳＴの位置情報として計測する。

ここで、ウエハテーブルＷＴ上には、実際には、図２に示されるように、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１７Ｙ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移動鏡１７Ｘとが設けられ、これに対応して固定鏡及びレーザ干渉計も、Ｘ軸方向位置計測用とＹ軸方向位置計測用のものがそれぞれ設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１７、固定鏡５７、ウエハ干渉計システム１８として図示されている。なお、例えば、ウエハテーブルＷＴの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡１７Ｘ、１７Ｙの反射面に相当）を形成しても良い。

前記ウエハ干渉計システム１８は、図２に示されるように、Ｙ軸干渉計ユニット１８Ｙと、２つのＸ軸干渉計ユニット１８Ｘ₁、１８Ｘ₂とを含んで構成されている。

Ｙ軸干渉計ユニット１８Ｙからは、図２に示されるように、平面視で（＋Ｚ側から見て）投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通るＹ軸に平行な参照ビーム（投影光学系ＰＬの+Ｙ側の側面に固定されている固定鏡に照射されている）の光軸ＷＹＥに対して対称な配置のＹ軸方向の光軸ＷＹＬ、ＷＹＲ（光軸の間隔をＤＸとする）をそれぞれ有する一対の測長ビーム（測定光）がＹ移動鏡１７Ｙにそれぞれ照射されている。本実施形態では、Ｙ軸干渉計ユニット１８Ｙの光軸ＷＹＬ、ＷＹＲの計測値の平均値に基づいて、ウエハテーブルＷＴのＹ軸方向位置が主制御装置２０によって算出される。Ｙ軸干渉計ユニット１８Ｙの光軸ＷＹＬ、ＷＹＲの計測値は、光軸ＷＹＬ、ＷＹＲをそれぞれ有する測長ビームと光軸ＷＹＥを有する参照ビームとの光路長差、すなわち各測長ビームの照射点における移動鏡１７Ｙ表面の投影光学系ＰＬに対するＹ軸方向の相対変位に相当する。光軸ＷＹＬ，ＷＹＲの少なくとも一方は、実際にはＺ軸方向に配置が異なる計測軸を２軸を有し、この２軸の計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴのθｘ回転（ピッチング）が主制御装置２０によって算出される。また、光軸ＷＹＬとＷＹＲの計測値の差からθｚ（ヨーイング成分）が主制御装置２０によって算出される。

前記Ｘ軸干渉計ユニット１８Ｘ₁からは、図２に示されるように、後述するオフアクシス・アライメント系ＡＬＧの検出中心ＡＬＧＸを通るＸ軸方向の光軸ＷＸＦを有する測長ビーム（測定光）がＸ移動鏡１７Ｘに照射されている。Ｘ軸干渉計ユニット１８Ｘ₁の光軸ＷＸＦの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴのＸ軸方向の位置情報が、主制御装置２０によって算出される。ここで、Ｘ軸干渉計ユニット１８Ｘ₁の光軸ＷＸＦの計測値は、光軸ＷＸＦを有する測長ビームと対応する参照ビーム（アライメント系ＡＬＧの検出中心ＡＬＧＸを通るＸ軸方向の光軸に沿ってアライメント系ＡＬＧの−Ｘ側の面に固定される固定鏡に照射されている）との光路長差、すなわち測長ビームが照射される位置における移動鏡１７Ｘ表面のアライメント系ＡＬＧに対するＸ軸方向の相対変位に相当する。光軸ＷＸＦは、実際にはＺ軸方向に配置が異なる計測軸を２軸を有し、この２軸の計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴのθｙ回転（ローリング）が主制御装置２０によって算出される。

一方、前記Ｘ軸干渉計ユニット１８Ｘ₂からは、図２に示されるように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通るＸ軸方向の光軸ＷＸＢを有する測長ビーム（測定光）がＸ移動鏡１７Ｘに照射されている。なお、光軸ＷＸＢと光軸ＷＸＦとの間隔をＤＹとする（図２参照）。Ｘ軸干渉計ユニット１８Ｘ₂の光軸ＷＸＢの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴのＸ軸方向位置が主制御装置２０によって算出される。Ｘ軸干渉計ユニット１８Ｘ₂の光軸ＷＸＢの計測値は、光軸ＷＸＢを有する測長ビームと対応する参照ビーム（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通るＸ軸方向の光軸に沿って投影ユニットＰＵの−Ｘ側の面に固定される固定鏡に照射されている）との光路長差、すなわち測長ビームが照射される位置における移動鏡１７Ｘ表面の投影光学系ＰＬに対するＸ軸方向の相対変位に相当する。光軸ＷＸＢは、実際にはＺ軸方向に配置が異なる計測軸を２軸を有し、この２軸の計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴのθｙ回転（ローリング）が主制御装置２０によって算出される。

主制御装置２０は、アライメント系ＡＬＧを用いてウエハＷ上のアライメントマーク（ウエハマーク）又は基準マーク板ＦＭ上の第２基準マークの位置情報を検出する際には、Ｘ軸干渉計ユニット１８Ｘ₁の計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴのＸ位置情報、ローリング情報を算出するが、露光時などには、Ｘ軸干渉計ユニット１８Ｘ₂の計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴのＸ位置情報、ローリング情報を算出する。これにより、露光時、ウエハアライメント時のいずれにおいても、いわゆるアッベ誤差なく、ウエハテーブルＷＴのＸ位置情報、ローリング情報を計測することが可能である。

上述のように、ウエハ干渉計システム１８は、３つの干渉計ユニット１８Ｙ、１８Ｘ₁、１８Ｘ₂を含み、Ｚ軸方向を除く５自由度方向に関するウエハテーブルＷＴの位置情報を計測する１つのシステムとして観念することもできるが、以下では、アライメント系ＡＬＧによるアライメントマークを検出する際に有効となるＸ軸干渉計ユニット１８Ｘ₁とＹ軸干渉計ユニット１８Ｙとを含んで構成される計測システム（第１計測装置）と、露光時に有効となるＸ軸干渉計ユニット１８Ｘ₂とＹ軸干渉計ユニット１８Ｙとを含んで構成される計測システム（第２計測装置）との２つの計測装置を含んで構成されるシステムとして説明する。また、第１計測装置の計測値で規定される座標系を「アライメント座標系」ともいい、第２計測装置の計測値で規定される座標系を「露光座標系」ともいう。

ウエハステージＷＳＴの５自由度方向の位置情報（又は速度情報）は、ステージ制御装置１９及びこれを介して主制御装置２０に送られ、ステージ制御装置１９では、主制御装置２０からの指示に応じて、ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）に基づいて、ＸＹ駆動系３１を介してウエハステージＷＳＴのＸＹ面内の位置を制御する。

図１に戻り、第１コラム３２の下面には、照射系４２ａ及び受光系４２ｂを含む、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応米国 特許第５，４４８，３３２号）等に開示されるものと同様の斜入射方式の多点焦点位置検出系（以下、適宜「多点ＡＦ系」とも呼ぶ）が設けられている。多点ＡＦ系（４２ａ，４２ｂ）からの焦点ずれ信号（デフォーカス信号）は、ステージ制御装置１９及びこれを介して主制御装置２０に供給されている。

ステージ制御装置１９は、走査露光時などに、主制御装置２０からの指示に応じ、焦点ずれ信号（デフォーカス信号）に基づいてウエハＷ表面のＺ位置、θｘ方向の回転，θｙ方向の回転を算出し、その算出結果にもとづいて、ウエハテーブルＷＴに対する３つの支持点のそれぞれをＺ軸方向に駆動する各アクチュエータの駆動量を算出し、ウエハテーブルＷＴのＺ軸方向への移動、及び２次元方向の傾斜（すなわち、θｘ，θｙ方向の回転）（ウエハＷのフォーカス・レベリング動作）を制御する。

さらに、第１コラム３２の投影ユニットＰＵの−Ｙ側には、オフアクシス・アライメント系ＡＬＧが設けられている。このアライメント系ＡＬＧとしては、例えば、画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系のセンサが用いられている。このアライメント系ＡＬＧは、図２に示される検出中心ＡＬＧＸ（指標中心）を基準とする検出視野内のマークの位置情報を主制御装置２０に供給する。主制御装置２０は、この供給された情報と、ウエハ干渉計システム１８の計測値とに基づいて、検出対象のマーク、具体的には前述した基準マーク板ＦＭ上の第２基準マーク又はウエハＷ上のアライメントマークのアライメント座標系（Ｘ軸干渉計ユニット１８Ｘ₁の光軸と、Ｙ軸干渉計ユニット１８Ｙの光軸とによって規定される座標系）上における位置情報を計測する。

さらに、第１コラム３２には、３つのＺ干渉計ユニット１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ（但し、図１ではＺ干渉計ユニット１０２Ａの奥側のＺ干渉計ユニット１０２Ｃは不図示、図７参照）が設けられている。

Ｚ干渉計ユニット１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃのそれぞれは、ステージベース７１のＸ軸方向の一側と他側の上面にそれぞれ固定された不図示のコーナキューブ型ミラー（例えばレトロリフレクタに、測長ビームを照射し、その反射光を受光することで、それぞれの内部の参照鏡を基準としてコーナキューブ型ミラー、すなわちステージベース７１のＺ軸方向の位置（Ｚ干渉計ユニット１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃとステージベース７１との相対位置）を、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出する。

Ｚ干渉計ユニット１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃの計測値は、ステージ制御装置１９及びこれを介して主制御装置２０に供給される。ステージ制御装置１９及び主制御装置２０は、Ｚ干渉計ユニット１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃの計測値に基づいて、第１コラム３２の下面（又は上面）を基準として、ステージベース７１上面のＺ軸方向、θｘ方向、θｙ方向に関する位置情報を計測する。

図３には、本実施形態に係る計測工具２２の平面図が受光ユニット１１Ａ，１１Ｂ等とともに示されている。また、図４には、計測工具２２の縦断面図が、受光ユニット１１Ａ，１１Ｂ及びレチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂ等とともに示されている。

計測工具２２は、図３及び図４を総合するとわかるように、全体的には、レチクルＲと同様の形状を有しており、レチクルＲを搬送する不図示のレチクル搬送系によって、レチクルステージＲＳＴ上に搬入（ロード）することが可能である。

この計測工具２２は、一例としてレチクルＲと同様の矩形板状（外形が正方形状）のガラス基板から成る本体５２を有し、該本体５２の表面及び裏面には、クロム等の長方形状の遮光膜５４Ａ、５４Ｂが形成されている（図４等参照）。表面側の遮光膜５４Ａは、図３に示されるように、Ｙ軸方向に長い長方形領域と、該長方形領域のＹ軸方向中央部＋Ｘ端、−Ｘ端からそれぞれ外側に延設された一対の延設領域とを含む形状を有している。この遮光膜５４Ａの一対の延設領域には、遮光膜５４Ａの中心（本体５２の中心にほぼ一致）に対して左右対称の配置で、一対の開口部５８が形成されている。また、一対の延設領域には、別の一対の開口部５９が形成されている（図４参照）。

裏面側の遮光膜５４Ｂは、上記の開口部５９が形成されていない点を除き、遮光膜５４Ａと同様に形成されている。但し、この遮光膜５４Ｂの開口部５８の内部には、十字マークから成る位置検出用のマークＲＭ１，ＲＭ２がそれぞれ形成されている（図３参照）。これらのマークＲＭ１，ＲＭ２は、前述したレチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂがともに前述の第１位置にあり、図３の位置に計測工具２２が位置決めされたときに、レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂによって同時に観察が可能な配置となっている。

また、計測工具２２の中央部には、本体５２の中心の近傍に本体５２を、上下に貫通するほぼ正方形の透孔（貫通状態の開口）４８、５０が、それぞれ形成されている。一方の透孔４８の中心を通るＹ軸に平行な直線と、他方の透孔５０の中心を通るＸ軸に平行な直線との交点が本体５２の中心にほぼ一致している。

本体５２の図３におけるＹ軸方向中央部近傍には、図４に示されるように、本体５２の＋Ｘ側の端面から前述の透孔４８に達する断面矩形の穴６０が形成され、この穴６０の内部に、ハーフミラー２４、スリット板２６、レンズ系３０，３８及びミラー４４を含む光学系が配置されている。ハーフミラー２４及びミラー４４は、ともにＸＹ面及びＹＺ面に対して４５°で斜設されている。また、ミラー４４は、図４における左斜め上側にその反射面を向けている。この光学系は、実際には、図５に示されるように、予め光学系ユニット４６として構成され、この光学系ユニット４６が、矢印Ｃで示されるように、穴６０の内部に挿入されることで、本体５２に組みつけられている。また、本体５２の透孔４８の下方には、レンズ６２が固定されている。このレンズ６２と投影光学系ＰＬとから成る光学系を介して、ウエハＷ表面とスリット板２６とは、光学的に共役な関係になっている。スリット板２６には、Ｚ軸方向の中央部にＹ軸方向に細長いスリット２６ａ（図５参照）が形成されている。

また、不図示ではあるが、本体５２の図３におけるＹ軸方向中央部近傍には、−Ｘ側の端面から透孔５０に達する断面矩形の穴が形成されている。この穴の内部に、図６に平面図にて示されるような、ハーフミラー６４、スリット板６８、ミラー７０、レンズ系７２，７４及びミラー７６を含む光学系ユニット７８が挿入され、組みつけられている。ハーフミラー６４は、ＸＹ面及びＸＺ面に対して４５°で斜設され、ミラー７０は、その反射面が−Ｙ側を向き、ＹＺ面及びＸＺ面に対して４５°で斜設されている。また、ミラー７６は、その反射面が＋Ｚ側を向き、ＸＹ面及びＹＺ面に対して４５°で斜設されている。また、組み付け状態では、ハーフミラー６４が、上方から見て透孔５０の内部に位置し、また、ミラー７６が、上方から見て遮光膜５４Ａに形成された−Ｘ側の開口部５９の内部に位置する。また、本体５２の透孔５０の下方には、投影光学系ＰＬとともにウエハＷ表面とスリット板６８とを、光学的に共役な関係にする不図示のレンズが固定されている。スリット板６８には、Ｚ軸方向の中央部にＸ軸方向に細長いスリットが形成されている。このスリットを以下では、適宜スリット６８ａと記述する（図１１参照）。

また、図４に示されるように、受光ユニット１１Ｂは、ミラー８０、レンズ系８１及び受光素子（例えばフォトマルプライヤチューブ（ＰＭＴ）など）８２を含む。ミラー８０は、前述のミラー４４と同様に、ＸＹ面及びＹＺ面に対して４５°で斜設され、その反射面が図４における右斜め下方向を向いている。ミラー８０は、計測工具２２が図３の位置にあるときには、図４に示されるように、ミラー４４の上方に位置する。図４の状態では、レンズ系３０、３８、ミラー４４、８０及びレンズ系８１を含む光学系を介して、スリット板２６と受光素子８２とは光学的に共役な関係になっている（但し、上記ＰＭＴを使う場合には、光量検知をするのみなのでこの共役関係を必ずしも満たしている必要はない）。

同様に、受光ユニット１１Ａは、ミラー８３、レンズ系８４及び受光素子（例えばフォトマルプライヤチューブ（ＰＭＴ）など）８５を含む。ミラー８３は、計測工具２２が図３の位置にあるときには、前述のミラー７６の上方（＋Ｚ側）に位置する。図４の状態では、ミラー７０、レンズ系７２、７４、ミラー７６、８３及びレンズ系８４を含む光学系を介して、スリット板６８と受光素子８５とは光学的に共役な関係になっている（但し、上記ＰＭＴを使う場合には、光量検知をするのみなのでこの共役関係を必ずしも満たしている必要はない）。

図７には、本実施形態の露光装置１００における、制御系の主要な構成がブロック図にて示されている。この図７中、主制御装置２０及びステージ制御装置１９を中心として、制御系が構成されている。

主制御装置２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含んで構成され、装置全体を統括して制御する。また、ステージ制御装置１９は、マイクロコンピュータから成り、主制御装置２０の指示の下、レチクル干渉計１６、ウエハ干渉計システム１８から得られる両ステージＲＳＴ、ＷＳＴの位置の計測結果などに基づいて、レチクルステージ駆動系１２、ウエハステージ駆動系２７、第１防振機構５６Ａ〜５６Ｃ及び第２防振機構６６Ａ〜６６Ｃ等を制御する。

上述のように構成された露光装置１００では、以下のようにして、既に回路パターンが転写された複数のショット領域を有するウエハＷに対し、重ね合わせ露光が行われる。

まず、主制御装置２０は、ステージ制御装置１９に指示を与え、アライメント系ＡＬＧの検出視野内に、ウエハＷ上の幾つかのショット領域に付設されたアライメントマークが位置するように、ウエハステージＷＳＴを移動させる。そして、主制御装置２０は、アライメントマークのアライメント座標系での位置情報をアライメント系ＡＬＧの検出結果及び第１計測装置（干渉計ユニット１８Ｘ₁，１８Ｙ）の計測結果より求め、それらの位置情報に基づいて、アライメント座標系におけるウエハＷ上のショット領域の配列モデルを統計的手法を用いて推定する。次に、主制御装置２０は、ステージ制御装置１９に指示を与えて、推定された配列情報に基づいて、露光座標系の下で、投影光学系ＰＬによりウエハＷ上の各ショット領域に対する重ね合わせ露光が可能な位置（露光位置）に、ウエハテーブルＷＴを移動させるとともに、重ね合わせ露光を行う。

ところで、第１計測装置（干渉計ユニット１８Ｘ₁，１８Ｙ）の計測値から得られるウエハテーブルＷＴの位置情報（すなわちアライメント座標系におけるウエハテーブルＷＴの位置情報）は、ウエハテーブルＷＴの基準位置（例えばウエハ中心）を原点としたときのアライメント系ＡＬＧの検出中心との相対位置座標を示すものである。また、第２計測装置（干渉計ユニット１８Ｘ₂，１８Ｙ）の計測値から得られるウエハテーブルＷＴの位置情報（すなわち露光座標系におけるウエハテーブルＷＴの位置情報）は、ウエハテーブルＷＴの同じ基準位置（例えばウエハ中心）を原点としたときの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの相対位置座標を示すものである。また、アライメント座標系におけるアライメントマークの位置情報に基づいて、露光座標系の下で正確に位置合わせを行うためには、アライメント座標系の下で推定されたウエハＷのショット領域の配列情報が、露光座標系でほぼ完全に再現される必要がある。すなわち、アライメント座標系の原点と、露光座標系の原点とを一致させた場合に、両座標系がほぼ正確に重なり合うことが前提である。

上記２つの座標系は、前述のように、それぞれの座標軸を測長軸とする干渉計の計測値によって規定されるものであり、露光装置の組み立て工程では、アライメント座標系と露光座標系との間のずれが最小となるように、ウエハ干渉計システム１８の各干渉計の内部の光学系の設置状態（第１コラム３２からの吊り下げ固定の状態）などの調整が行われる。しかしながら、このような調整を行っても、両座標系の間には、多少のずれが残存する。そこで、本実施形態では、実際の重ね合わせ露光に先立って、両座標系の間のずれの調整を行う。

次に、本実施形態に係る露光装置１００におけるパラメータの調整方法について、一例として、上記のアライメント座標系と露光座標系との間のずれを補正する、干渉計補正式の調整を採り上げて説明する。

本実施形態に係る調整方法では、図１０に示される基準ウエハＷ_Tを用いる。この基準ウエハＷ_Tには、複数のショット領域ＳＡ_i（ｉ＝１〜ｉ_max）がマトリックス状に形成されており、各ショット領域ＳＡ_iの中心近傍には、２次元マークＣＭ_iが形成されている。より正確には、２次元マークＣＭ_iは、Ｌ字状のマークであり、Ｌ字を構成する一方の辺の中心線と他方の辺の中心線との交点が、ショット領域ＳＡ_iの中心にほぼ正確に一致している。

図８及び図９には、本実施形態に係る調整方法を行う際の主制御装置２０の処理手順を示すフローチャートが示されている。なお、前提条件として、処理開始に先立って、ウエハ干渉計システム１８のリセット（原点復帰）がすでに行われているものとする。また、アライメント座標系と、露光座標系とのオフセット成分等は、予め求められているものとする。

まず、ステップ７０１において、計測工具２２を、不図示のレチクルローダ（レチクル搬送系）を用いて、レチクルステージＲＳＴ上にロードするとともに、基準ウエハＷ_Tを、不図示のウエハローダを用いて、ウエハステージＷＳＴにロードする。なお、計測工具２２をロードするに先立って、計測工具２２のプリアライメントが行われており、図３に示されるように、レチクルと同様に正方形の外形を持つ計測工具２２内の内部の長方形の遮光膜５４の長手方向がＹ軸方向に平行となる状態で、レチクルステージＲＳＴに吸着保持されるものとする。また、基準ウエハＷ_Tをロードするに先立って、基準ウエハＷ_Tのプリアライメントが行われており、図１０に示されるように、同一行のショット領域の配列方向がＸ軸方向に平行となり、同一列のショット領域列方向がＹ軸方向に平行となる状態で、ウエハホルダＷＨ上に吸着保持されるものとする。ここで、基準ウエハＷ_Tが、閾値以上のオフセット成分又は回転成分を有している場合には、基準ウエハＷ_Tのロードのリトライを行うようにしても良い。

次のステップ７０３では、ショット領域ＳＡ_iを識別するためのショット番号を示すカウンタのカウント値ｉを１に初期化する（ｉ←１）。

次のステップ７０５では、ウエハテーブルＷＴのＺ軸方向の位置、θｘ方向、θｙ方向、θｚ方向に関する姿勢を、基準の位置及び姿勢としたままで（Ｚ位置を原点位置、ピッチング量、ローリング量、ヨーイング量を０としたままで）、ショット領域ＳＡ_i（ここではＳＡ₁）の２次元マークＣＭ_iの設計上位置座標に基づいて、２次元マークＣＭ_iがアライメント系ＡＬＧの検出中心に位置するように、ウエハステージＷＳＴを位置決めする。この場合、ウエハテーブルＷＴ（ウエハＷ）の位置は、第１計測装置（干渉計ユニット１８Ｘ₁，１８Ｙ）によって計測されている。すなわち、ウエハテーブルＷＴ（ウエハＷ）の位置は、アライメント座標系上で管理されている。

次のステップ７０７では、この状態におけるアライメント座標系での２次元マークＣＭ_iの位置情報（ショット領域ＳＡ_iの中心の位置情報）をアライメント系ＡＬＧの検出結果及び第１計測装置（干渉計ユニット１８Ｘ₁，１８Ｙ）の計測結果を用いて算出する。

次のステップ７０９では、ウエハテーブルＷＴの位置及び姿勢を所定範囲内で所定ピッチずらす。具体的には、ウエハテーブルＷＴをＺ軸方向に微小な所定ピッチだけずらすか、θｘ、θｙ、θｚ方向のいずれか１つの回転方向に微小な所定角度だけ回転させる。なお、Ｚ位置の移動は、ステージ制御装置１９の制御の下、Ｚ・チルト駆動系２９を介して行われ、θｘ、θｙ、θｚの回転は、ステージ制御装置１９の制御の下、Ｚ・チルト駆動系２９又はＸＹ駆動系３１を介して、アライメント系ＡＬＧの検出中心軸ＡＬＧＸ又は該検出中心軸と垂直に交差する軸を回転中心として行われる。

次のステップ７１１では、この状態におけるアライメント座標系での２次元マークＣＭ_iの位置情報（ショット領域ＳＡ_iの中心の位置情報）をアライメント系ＡＬＧの検出結果及び第１計測装置（干渉計ユニット１８Ｘ₁，１８Ｙ）の計測結果を用いて検出する。

次のステップ７１３では、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚすべての方向に関して、ウエハテーブルＷＴを、所定範囲内で所定間隔移動させたときの２次元マークＣＭ_iの位置情報の検出が完了したか否かを判断する。ここでは、まだ、所定ピッチを１回だけずらしただけなので、このステップ７１３における判断は否定され、ステップ７０９に戻る。

以降、ステップ７１３において判断が肯定されるまで、ステップ７０９〜ステップ７１３の処理が繰り返され、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚすべての方向に関する、所定範囲内での所定ピッチ間隔での２次元マークＣＭ_iの位置情報（ショット領域ＳＡ_i（ＳＡ₁）の中心の位置情報）が検出される。ステップ７１３において判断が肯定されると、ステップ７１５に進み、カウント値ｉがｉ_max達したか否かを判断する。この場合、ｉ＝１であるから、ここでの判断は否定され、ステップ７１７に進んでカウント値ｉを１だけインクリメントした後（ｉ←ｉ＋１）、ステップ７０５に戻る。

以降、ステップ７１５における判断が肯定されるまで、ステップ７０５〜ステップ７１７のループの処理（判断を含む）が繰り返され、ショット領域（計測対象となるサンプルショット領域）ＳＡ_i（ｉ＝１〜ｉ_max）の２次元マークＣＭ_iのアライメント座標系上の位置情報（ショット領域ＳＡ_iの中心の位置情報）が検出される。ステップ７１５における判断が肯定されると、ステップ７１９に進む。ステップ７１９では、上記ステップ７０７及びステップ７１１で検出された各２次元マークＣＭ_iの位置情報に基づいて、最小二乗法を用いて、次式で示されるショット領域ＳＡ_iの配列モデルの係数Ｃｘ_i1〜i6、Ｃｙ_i1〜i6を求める。

ここで、Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’，θｘ’，θｙ’，θｚ’は、ショット領域ＳＡ_iのショット中心の設計上の位置座標（ショット中心の座標）であり、Ｘ，Ｙは、アライメント座標系でのそのショット領域ＳＡ_iのショット中心の配列モデルでの位置座標（ショット中心の座標）である。上記式（１）に示されるように、この配列モデルは、ショット領域ＳＡ_iの設計上の位置座標Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’，θｘ’，θｙ’，θｚ’を説明変数とし、実際の位置座標Ｘ，Ｙを目的変数とした線形多項式である。

本実施形態では、上記式（１）に示される、アライメント座標系での基準ウエハＷ_Tのショット領域ＳＡ_iの配列モデルを、アライメント座標系と、基準となる理想的なステージの座標系との違いを表す線形多項式として扱う。

上記式（１）に示される線形多項式の最高次数などは、予め、ウエハ干渉計システム１８によるウエハテーブルＷＴの６自由度方向の計測状態をモデル化したモデルを用いたシミュレーションにより求められているものとする。このステップ７１９の処理の終了後は、図９のステップ８０１に進む。

ステップ８０１では、投影光学系ＰＬの光軸上に計測工具２２の本体５２の中心が一致し、かつ計測工具２２の回転誤差がほぼ零となるように、レチクルステージＲＳＴを位置決めする。具体的には、前述の第１の位置にある、レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂによって、ウエハテーブルＷＴに設けられた基準板ＦＭの一対の第１基準マーク（不図示）と、計測工具２２の一対のマークＲＭ１、ＲＭ２とが検出されるように、レーザ干渉計１６、第２計測装置の計測値にそれぞれ基づいてレチクルステージＲＳＴ、ＸＹステージ２８を移動する。そして、レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂの検出結果に基づいてレチクルステージＲＳＴのＸＹ面内の位置（回転を含む）を調整する。

次のステップ８０２では、ウエハステージＷＳＴを投影光学系ＰＬの下方の露光位置に移動させる。この際、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴ）のＸ軸方向の位置制御に関しては、適切なタイミングで、Ｘ軸ウエハ干渉計ユニット１８Ｘ₁の計測値からＸ軸干渉計ユニット１８Ｘ₂の計測値を用いるように制御系を切り替える。これにより、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴ）は、露光座標系の下で位置制御されるようになる。また、レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂを第２位置に退避させる。次のステップ８０３では、カウント値ｉを１に初期化する（ｉ←１）。

次のステップ８０５では、ウエハテーブルＷＴのＺ軸方向の位置を原点位置、θｘ方向、θｙ方向、θｚ方向に関する姿勢を、基準の姿勢（ピッチング量、ローリング量、ヨーイング量を０）としたままで、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ近傍に、ショット領域ＳＡ_i（ここではＳＡ₁）のショット中心が位置するように、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴ）を位置決めする。

次のステップ８０７では、この状態での２次元マークＣＭ_iの露光座標系上の位置情報を、計測工具２２及び受光ユニット１１Ａ，１１Ｂを用いて検出する。具体的には、照明系１０からの照明光ＩＬで計測工具２２を照明し、透孔４８、５０をそれぞれ通過した照明光ＩＬを投影光学系ＰＬを介して基準ウエハＷ_T上の２次元マークＣＭ_iの近傍に照射する。これにより、基準ウエハＷ_Tからの反射回折光が透孔４８、５０、計測工具２２内部の光学系、及び受光ユニット１１Ａ，１１Ｂ内部のレンズ系等を介して受光素子８２、８５で受光される。この状態で、ウエハステージＷＳＴを図１１中に矢印Ｆで示される方向（＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向に関してともに４５°を成す方向）に所定速度で走査して、２次元マークＣＭ_iからの光を逐次スリット２６ａ、６８ａ及びレンズ系等を介して受光素子８２、８５でそれぞれ受光することで、マークＣＭの像強度分布を検出する。

すなわち、上記のウエハステージＷＳＴの矢印Ｆ方向の走査は、図１１に模式的に示されるように、マークＣＭの像（空間像）ＣＭ’に対してスリット２６ａ、６８ａを矢印Ｇ方向に走査するのと等価であり、スリット２６ａ、６８ａを介してスリットスキャン方式で２次元マークＣＭ_iの空間像ＣＭ’の計測が行われる。

従って、受光素子８２、８５からそれぞれ出力される２次元マークＣＭ_iの一方の辺、他方の辺に対応する空間像強度信号、すなわち受光ユニット１１Ａ、１１Ｂの検出結果と、第２計測装置（干渉計ユニット１８Ｘ₂，１８Ｙ）の計測結果とに基づいて、露光座標系上での２次元マークＣＭ_iの位置情報（ショット領域ＳＡ_i（ＳＡ₁）の中心の位置情報）を検出する。

次のステップ８０９では、ウエハテーブルＷＴの位置及び姿勢を所定範囲内で所定ピッチずらす。具体的には、ウエハテーブルＷＴをＺ軸方向に微小な所定ピッチだけずらすか、θｘ、θｙ、θｚ方向のいずれか１つの回転方向に微小な所定角度だけ回転させる。この場合、θｘ、θｙ、θｚの回転は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ又は該光軸ＡＸと垂直に交差する軸を回転軸として行われる。

なお、レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂ（ＶＲＡ（Video Reticle Alignment）方式のセンサ）で基準ウエハ上の一対のマークを検出する場合には、ウエハテーブルＷＴをθｙ方向に回転させた場合に、レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂの一方では、マークがデフォーカスする場合があるが、本実施形態では、ショット領域Ｓ_iの中心にある２次元マークＣＭ_iを、計測工具２２及び受光ユニット１１Ａ，１１Ｂを用いて検出するので、ウエハテーブルＷＴをθｙ方向に回転させても２次元マークＣＭ_iがデフォーカスするおそれはない。

次のステップ８１１では、この状態での露光座標系における２次元マークＣＭの位置情報を、レチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂの検出結果及び第２計測装置（ウエハ干渉計ユニット１８Ｘ₂，１８Ｙ）の計測結果を用いて検出する。

次のステップ８１３では、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚすべての方向に関して、所定範囲内で所定間隔移動させたときの２次元マークＣＭ_iの位置情報の検出が完了したか否かを判断する。ここでは、まだ、所定ピッチを１回だけずらしただけなので、ここでの判断は否定され、ステップ８０９に戻る。

以降、ステップ８１３において判断が肯定されるまで、ステップ８０９〜ステップ８１３の処理（判断を含む）を繰り返し、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚすべての方向に関する、所定範囲内での所定ピッチ間隔での２次元マークＣＭ_iの位置情報（ショット領域ＳＡ_i（ＳＡ₁）の中心の位置情報）が検出される。ステップ８１３において判断が肯定されると、ステップ８１５に進み、カウント値ｉがｉ_maxを超えたか否かを判断する。この場合、ｉ＝１であるから、ここでの判断は否定され、ステップ８１７に進んでカウント値ｉを１インクリメントした後、ステップ８０５に戻る。

以降、ステップ８１５における判断が肯定されるまで、ステップ８０５〜ステップ８１７のループの処理（判断を含む）が繰り返され、ショット領域（計測対象となるサンプルショット領域）ＳＡ_i（ｉ＝１〜ｉ_max）の２次元マークＣＭ_iの露光座標系上の位置情報（ショット領域ＳＡ_iの中心の位置情報）が検出される。ステップ８１５における判断が肯定されると、ステップ８１９に進む。ステップ８１９では、上記ステップ８０７、８１１で検出された２次元マークＣＭ_iの位置情報（ショット領域ＳＡ_iの中心の位置情報）に基づいて、回帰分析により、具体的には最小二乗法により、次式で示されるショット領域の配列モデルの係数を求める。

ここで、Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’，θｘ’，θｙ’，θｚ’は、ショット領域ＳＡ_iの設計上の位置座標（ショット中心の座標）であり、Ｘ，Ｙは、露光座標系でのそのショット領域ＳＡ_iの配列モデルでの位置座標（ショット中心の座標）である。上記式（２）に示されるように、この配列モデルは、ショット領域の設計上の位置座標Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’，θｘ’，θｙ’，θｚ’を説明変数とし、実際の位置座標Ｘ，Ｙを目的変数とした線形多項式である。

本実施形態では、上記式（２）に示される、露光座標系での基準ウエハＷ_Tのショット領域ＳＡ_iの配列モデルを、露光座標系と、基準となる理想的なステージの座標系との違いを表す線形多項式として扱う。

なお、上記式（２）に示される線形多項式の最高次数などは、上記式（１）に示される線形多項式の最高次数と同じとなるように、前述のシミュレーションなどにより予め設定されている。

次のステップ８２１では、上記ステップ７１９で推定されたアライメント座標系でのショット配列モデルと、上記ステップ８１９で推定された露光座標系でのショット配列モデルとに基づいて、干渉計の計測値の補正関数を設定する。本実施形態では、上記式（１）で示されるショット配列モデルの線形多項式をアライメント座標系でのウエハテーブルＷＴの位置座標の補正に用いる線形多項式としてステージ制御装置１９に設定し、上記式（２）で示されるショット配列モデルの線形多項式を露光座標系でのウエハテーブルＷＴの位置座標の補正に用いる線形多項式としてステージ制御装置１９に設定する。

以上のような線形多項式による補正を行うことにより、補正後のアライメント座標系と、露光座標系は、ほぼ一致するようになる。すなわち、基準ウエハＷ_Tを介して両座標系の相対的なずれが調整されたこととなる。

図９に戻り、ステップ８２３では、基準ウエハＷ_T及び計測工具２２をアンロードした後、本ルーチンの一連の処理を終了する。

アライメント時には、上記式（１）の線形多項式によって補正されたアライメント座標系におけるウエハテーブルＷＴの位置情報の検出が行われ、露光時には、上記式（２）の線形多項式によって補正された露光座標系の下での位置合わせ及び露光が行われる。すなわち、アライメント座標系の原点と、露光座標系の原点とを一致させた場合に、両座標系がほぼ正確に重なり合うようになっているので、重ね合わせ精度の良好な露光が実現される。

以上説明したように、本実施形態に係る計測工具２２によると、該計測工具２２をレチクルステージＲＳＴ上に搭載し、照明光ＩＬで計測工具２２が照明されると、透孔４８、５０を介して照明光ＩＬが基準ウエハＷ_T上に照射される。そして、照明光ＩＬで照射された基準ウエハＷ_T上の２次元マークＣＭ_iからの反射回折光が透孔４８、５０を介して本体５２内に入射可能な位置にレチクルステージＲＳＴを移動する。これによりその入射した反射回折光が光学系を経由して本体５２外に設けられた受光素子（ディテクタ）８２、８５で受光される。そして、この状態で、ウエハステージＷＳＴを前述の矢印Ｆ方向に走査することで、透孔４８、５０を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ近傍上に位置させて、２次元マークＣＭ_iの空間像を、スリットスキャン方式で検出し、その検出結果とその検出時の干渉計ユニット１８Ｙ、１８Ｘ₂の計測結果とに基づいて、マークＣＭの位置を計測することが可能となる。従って、投影光学系ＰＬの設計に影響を与えずに、投影光学系ＰＬと視野中心が一致するマーク検出系を得ることができ、ウエハテーブルＷＴの回転による姿勢変化によってウエハテーブルＷＴに搭載された基準ウエハＷ_T上の２次元マークＣＭ_iがデフォーカスしたり、視野から外れ、マーク位置情報の検出が困難になるということがない。

また、計測工具２２は、全体形状が、通常のレチクルと同様の形状を有しているので、その搬送のための専用の工具を用意せずとも、レチクルＲをレチクルステージＲＳＴに搭載するレチクル搬送系によって露光装置に搭載することが可能である。

また、計測工具２２は、レチクルと同様に位置検出用マークＲＭ１，ＲＭ２が形成されているので、それらのマークＲＭ１，ＲＭ２をレチクルアライメント系１３Ａ，１３Ｂで検出し、その検出結果に基づいて、レチクルステージＲＳＴを駆動して計測工具２２を所定の位置に位置決めするだけで、受光ユニット１１Ａ，１１Ｂに対する計測工具２２の位置合わせを容易に実行できる。

また、計測工具２２は、光学素子のみを備えているので、電気配線等が不要であり、その計測工具２２部分の構成を簡単にすることができる。

また、計測工具２２及び受光ユニット１１Ａ，１１Ｂによって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ付近に検出視野を有するマーク検出系が構成されており、そのマーク検出系により、アライメント検出系ＡＬＧと同じ２次元マークＣＭ_iを検出するので、検出対象のマークの相違に起因する検出誤差をなくすことができる。

また、上記のマーク検出系（２２、１１Ａ，１１Ｂ）は、照明光として露光用の照明光ＩＬを用いるので、任意のウエハの観察が可能である。

また、上記実施形態では、基準ウエハＷ_T上の２次元マークＣＭ_iの検出に際し、計測工具２２に対してウエハステージＷＳＴを前述の矢印Ｆ方向に相対移動することで、２次元マークＣＭ_iのＸ位置及びＹ位置の同時計測が可能であり、これによって、２次元マークＣＭ_iのＸ位置及びＹ位置を別々に計測する場合に比べて計測時間を短縮することができる。

また、本実施形態によると、前述した干渉計補正式の調整を行うに際し、アライメント座標系上における２次元マークＣＭ_i（ショット領域Ｓ_i）の位置情報を検出した後、第２計測装置でウエハテーブルＷＴの位置を計測しながら計測工具２２を用い、上述のようにして、ウエハテーブルＷＴの回転による姿勢変化に影響を受けることなく、ウエハテーブルＷＴに搭載された基準ウエハＷ_T上のマークを検出することができる。従って、その第２計測装置の計測結果と計測工具２２を用いた計測結果とに基づいて、露光座標系上における２次元マークＣＭ_i（ショット領域Ｓ_i）の位置情報を確実に計測することができる。そして、アライメント座標系上における２次元マークＣＭ_i（ショット領域Ｓ_i）の位置情報の検出結果と、露光座標系上における２次元マークＣＭ_i（ショット領域Ｓ_i）の位置情報の検出結果とに基づいて、所定の演算処理を行うことで、各座標系の補正式の調整を高精度に行う。従って、この調整後のパラメータに基づいて所定の処理を行うことで、高精度な露光が可能となる。

なお、上記実施形態では、マークＣＭの検出を露光光である照明光ＩＬを用いた落射照明により行う関係から、計測工具２２に上下に貫通する透孔４８，５０が形成された場合について説明したが、例えば２次元マークＣＭ_iとして、発光マークを用いる場合には、その発光マークを下方から照明光ＩＬ又はこれとほぼ同一波長の光により照明する方式を採用できるので、計測工具２２には、投影光学系ＰＬに対向する側の面にのみ光透過部が形成されていれば良い。この場合、その発光マークからの光が光透過部を介して計測工具の本体内に入射可能な位置にレチクルステージＲＳＴを移動することで、その入射した光が光学系を経由して本体内又は本体外に設けられたディテクタで受光される。従って、上記実施形態と同様にして、その発光マークの位置情報を検出することができる。

また、上記実施形態では、計測工具２２とは別に、受光素子を有する受光ユニット１１Ａ，１１Ｂを備えた場合について説明したが、これに限らず、本体５２内に光学系及び受光素子の両者が配置されていても良い。

また、上記実施形態では、２次元マークＣＭ_iの検出に際し、受光ユニット１１Ａ，１１Ｂと計測工具２２との位置関係を所望の位置関係に維持するため、ウエハステージＷＳＴを走査するものとしたが、かかる位置関係が維持できる構成を採用するのであれば、計測工具（レチクルステージＲＳＴ）、又はウエハステージＷＳＴ及び計測工具（レチクルステージＲＳＴ）を走査することとしても良い。

また、上記実施形態では、計測工具２２には、位置検出用のマークＲＭ１，ＲＭ２が形成された場合について説明したが、位置検出用のマークは、複数組形成しても良い。また、計測工具２２にマークＲＭ１，ＲＭ２のようなマークに加え、ウエハステージＷＳＴ上に設けられた空間像計測器で検出が可能な別のマークを少なくとも１つ形成しても良い。

また、上記実施形態では、アライメント系ＡＬＧと前述のマーク検出系とで、同一の２次元マークＣＭ_iを検出するものとしたが、これに限らず、アライメント系ＡＬＧにより検出されるマークとは別に、前述のマーク検出系により検出されるマークを設けても良いことは勿論である。また、マークＣＭ_iは、複数のパターン（ラインパターンなど）の集合体として形成しても良い。その場合に各ラインパターンの間隔は、等間隔でも不等間隔でも良い（不等間隔であれば、紛らわしいマークの誤検出を防止できる）。

なお、上記実施形態では、スリットスキャン方式の空間像計測器から成るマーク検出系を、計測工具２２を含んで構成するものとしたが、これに限らず、前述のアライメント系１３Ａ，１３ＢのようなＶＲＡ系のような結像式のセンサから成るマーク検出系を、計測工具を含んで構成することとしても良いし、あるいは計測工具の本体内に像を撮像するカメラを設置しても良い。かかる場合には、上記実施形態のような２系統の光学系を用意することなく、２次元マークＣＭ_iのＸＹ２次元方向の位置を検出することが可能となる。

また、上記実施形態では、計測工具２２の内部に２系統の光学系を配置し、２次元マークＣＭ_iのＸ軸方向の位置情報、Ｙ軸方向の位置情報を、それぞれ計測する計測軸が２軸のマーク検出系を構成するものとしたが、これに限らず、計測工具の内部により多くの系統の光学系を配置しても良い。上記実施形態のようなスキャン型の露光装置であればレチクルステージをスキャン方向に大きく移動させられるので、計測工具の複数のＹ位置に光学系を搭載しておき、レチクルステージ位置によってどの光学系を使うかを選択するようにしても良い。また、マークからの光の空中伝送を行うＸ位置を揃えておけば、計測工具内の異なる光学系に対して、外部の受光ユニットとして、同一の受光ユニットを用いることができる。

また、上記実施形態では、計測工具２２は、レチクルとほぼ同形状であるとしたが、これに限らず、計測工具は、レチクル搬送系によりレチクルステージ上に搭載が可能であれば、その外形は特に問わない。なお、計測工具は、特殊な冶具などを用いることなく、レチクルステージ上に固定できることが望ましい。また、計測工具は、アライメントが可能なパターンが配置されていれば、その材質も特に問わない。

なお、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴが、ＸＹ面内で移動するＸＹステージ２８と、該ＸＹステージ２８上にＺ・チルト駆動系２９を介して搭載されたＺ、θｘ、θｙ方向に移動可能なウエハテーブルＷＴとを含んで構成されるものとしたが、これに限らず物体ステージは６自由度方向に移動可能な単一のステージであっても良い。

なお、上記実施形態では、基準ウエハＷ_Tを介して、アライメント座標系と露光座標系との相対的なずれを調整したが、ウエハテーブルＷＴ上又はウエハホルダＷＨ上に基準ウエハＷ_Tのショット領域ＳＡ_iのマークに相当するマークを設け、そのマークの位置情報を検出することにより、アライメント座標系と、露光座標系とを調整するようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、基準ウエハＷ_T上の全てのショット領域ＳＡ_iの位置情報に基づいて、最小二乗法を用いて上記式（１）、式（２）の線形多項式の係数を求めたが、統計的に見て、妥当な配列モデルを算出できるのであれば、全てのショット領域ＳＡ_iについて位置情報を検出する必要はない。すなわち、全てのショット領域ＳＡ_iのうち、幾つかのショット領域ＳＡ_iをサンプルショット領域として抽出し、抽出されたサンプルショット領域の位置情報だけを検出するようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、計測工具２２を用いて、ウエハステージＷＳＴ上に存在する２次元マークＣＭ_iを投影光学系ＰＬを介して計測し、その計測結果を考慮して、露光装置のパラメータとして、干渉計補正式（の各係数）を調整し、その調整後の干渉計補正式を用いてアライメント座標系と露光座標系との相対的なずれを調整したが、本発明はこれには限られない。

また、上記式（１）、式（２）は、各座標軸の補正後の位置座標を目的変数とする線形多項式であったが、これに限らず、各座標軸の位置座標の補正量を目的変数とする線形多項式を採用するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、アライメント座標系と露光座標系とで、Ｙ軸方向に平行な測長軸を有するＹ軸干渉計ユニットを共通のものとしたが、これには限られない。すなわちアライメント座標系と露光座標系とで、Ｙ軸干渉計ユニットを別のもの（例えば、Ｙ軸干渉計ユニット１８Ｙとは別に−Ｙ側に設置されている干渉計ユニット）としても構わない。

また、上記実施形態では、本発明がスキャナに適用された場合について説明したが、これに限らず、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパ）などの静止露光型の露光装置にも本発明の調整方法は適用が可能である。さらに、例えば特開平１０−１５４６５９号公報などに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満たされる液浸型露光装置、あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置なども、本発明を好適に適用できる。

また、上記実施形態の露光装置における投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。

なお、上記実施形態では、露光装置１００が、照明光ＩＬとしてＡｒＦエキシマレーザ光を用いる場合について説明したが、これに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）は勿論、超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（例えばｇ線、ｉ線など）や、波長が１７０ｎｍ以下の光、例えばＦ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ₂レーザ光（波長１４６ｎｍ）等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。

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。

半導体デバイスは、デバイスの製造、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Ｒを製作するステップ（マスク製作工程）、シリコン材料からウエハを製作するステップ（ウエハ製作工程）、上記実施形態の露光装置１００によりレチクルＲのパターンをウエハＷに転写し、ウエハＷ上に回路パターンを形成するステップ（ウエハ処理工程）、メモリリペアステップ、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。

本発明の計測工具は、マスクステージ上のマスクに形成されたパターンを物体ステージ上の物体に投影光学系を介して転写する露光装置に用いるのに適している。また、本発明の調整方法は、そのような露光装置のパラメータを調整するのに適している。

本発明の一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。 ウエハステージに関する座標系を規定する干渉計の測長軸の配置を示す平面図である。 計測工具の平面図を受光ユニット等とともに示す図である。 計測工具２２の縦断面図を、受光ユニット及びレチクルアライメント系等とともに示す図である。 計測工具のガラス基板に対して光学系ユニットが挿入されている状態を示す図である。 計測工具のガラス基板に組みつけられた−Ｘ側の光学系ユニットの構成を示す図である。 本発明の一実施形態の露光装置における、制御系の主要な構成を示すブロック図である。 一実施形態に係る調整方法を行う際の主制御装置２０の処理手順を示すフローチャート（その１）である。 一実施形態に係る調整方法を行う際の主制御装置２０の処理手順を示すフローチャート（その２）である。 基準ウエハの一例を示す図である。 計測工具を用いたマークの計測方法を説明するための図である。

符号の説明

２２…計測工具、２４…ハーフミラー、２６…スリット板、３０…レンズ系、３８…レンズ系、４４…ミラー、４６…光学系ユニット、４８…透孔、４８…透孔、５０…透孔、５２…ガラス基板、６８…スリット板、７０…ミラー、７２…レンズ系、７４…レンズ系、７６…ミラー、７８…光学系ユニット、８２……受光素子、８５…受光素子、１００…露光装置、ＲＳＴ…レチクルステージ、Ｒ…レチクル、ＷＳＴ…ウエハステージ、Ｗ…ウエハ、ＰＬ…投影光学系、ＲＭ１，ＲＭ２…アライメント用マーク、ＣＭ_n…マーク。

Claims (9)

1. マスクステージ上のマスクに形成されたパターンを物体ステージ上の物体に投影光学系を介して転写する露光装置で用いられる計測工具であって、
   前記マスクステージ上に搭載可能な形状を有し、搭載されたときに前記投影光学系に対向する一方の面の所定の位置に光透過部が形成された本体と；
   前記本体の内部に配置され、前記光透過部を介して入射した光が経由する光学系と；を含む計測工具。
2. 前記本体は、前記マスクステージに対してマスクを搬入するマスク搬送系によって搬送可能であることを特徴とする請求項１に記載の計測工具。
3. 前記所定の位置は、前記本体がマスクステージに搭載された際に、該マスクステージの位置を調整することで、前記投影光学系の光軸近傍を通過した光を前記光透過部を介して入射させることが可能な位置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の計測工具。
4. 前記本体の他方の面には前記光透過部に対向して別の光透過部が形成され、
   前記光学系は、前記２つの光透過部の間に配置され、前記他方の面側の光透過部から入射した光を前記一方の面側の光透過部に向けて透過させ、前記一方の面側の光透過部から入射した光を前記本体の内部に向けて反射する分岐光学素子と、該分岐光学素子で反射された前記光が入射する光学部材とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の計測工具。
5. 前記本体の内部には、前記光学系を経由した前記光を受光する光検出器が配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の計測工具。
6. 前記本体には、前記光学系を経由した前記光を外部の光検出器に送出するための送出部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の計測工具。
7. 前記本体には、該本体の位置検出用のマークが複数形成されていることを特徴とする請求項６に記載の計測工具。
8. 前記光学系は、前記本体がマスクステージに搭載された際に、前記物体ステージ上に存在するマークと光学的にほぼ共役となる位置に配置されたスリット板をさらに含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の計測工具。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の計測工具を用いて、前記物体ステージ上に存在するマークを前記投影光学系を介して計測する工程と；
   その計測結果を考慮して、露光装置のパラメータを調整する工程と；を含む調整方法。

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