JP2020052430A - 計測装置及び計測方法、並びに露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動するウエハに設けられた格子マークの位置情報を精度良く且つ短時間で計測する。【解決手段】計測装置は、所定の方向（例えばＹ軸方向）に移動するウエハＷに対向する対物レンズ６２と、ウエハＷに設けられた格子マークＧＭに対して、対物レンズを介して計測光（Ｌ１、Ｌ２）を照射する照射系７０と、計測光（Ｌ１、Ｌ２）に基づく格子マークＧＭからの回折光（±Ｌ３、±Ｌ４）を、対物レンズ６２を介して受光するビーム受光系８０と、を有し、照射系は、計測光を所定の方向（例えばＹ軸方向）に動かしつつ、前記所定の方向に移動する格子マークＧＭに前記計測光を照射する。【選択図】図３

Description

本発明は、計測装置及び計測方法、並びに露光装置に係り、更に詳しくは、物体に設けられた格子マークの位置情報を光学的に計測する計測装置及び計測方法、並びに前記計測装置を有する露光装置に関する。

従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが用いられている。

この種の露光装置では、例えばウエハ又はガラスプレート（以下、「ウエハ」と総称する）上に複数層のパターンが重ね合せて形成されることから、ウエハ上に既に形成されたパターンと、マスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）が有するパターンとを最適な相対位置関係にするための操作（いわゆるアライメント）が行われている。また、この種のアライメントで用いられるアライメントセンサとしては、ウエハに設けられた格子マークに対して計測光を走査する（ウエハＷの移動に追従させる）ことにより該格子マークの検出を迅速に行うことが可能なものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、重ね合わせ精度を向上させるためにも、格子マークの位置計測は、数多く行うことが望ましく、具体的には、ウエハ上に設定された全ショット領域の格子マークの位置計測を正確且つ高速に行うことが望ましい。

米国特許第８，５９３，６４６号明細書

第１の態様によれば、第１の方向に移動する物体に対向する対物レンズと、前記第１の方向に移動する物体に設けられた格子マークに対して、前記対物レンズを介して計測光を照射する照射系と、前記計測光に基づく前記格子マークからの回折光を、前記対物レンズを介して受光するビーム受光系と、を有し、前記照射系は、前記計測光を前記第１の方向に動かしつつ、前記第１の方向に移動する前記格子マークに前記計測光を照射する計測装置が、提供される。

第２の態様によれば、露光装置であって、前記ビーム受光系により受光される前記回折光に基づいて前記格子マークの位置情報を求める演算系を有する第１の態様に係る計測装置と、前記演算系によって求められた前記位置情報に基づいて前記物体の位置を制御する位置制御装置と、前記物体にエネルギビームを照射して、前記物体に所定のパターンを形成するパターン形成装置と、を有する露光装置が、提供される。

第３の態様によれば、物体に設けられた格子マークの位置情報を計測する計測方法であって、第１の方向に前記物体を移動させることと、前記第１の方向に移動する前記物体の前記格子マークに対して計測光を対物レンズを介して照射することと、前記計測光に基づく前記格子マークからの回折光を、前記対物レンズを介してビーム受光系で受光することと、を含み、前記照射することは、前記計測光を前記第１の方向に動かしつつ、前記第１の方向に移動する前記格子マークに前記計測光を照射することを含む、計測方法が、提供される。

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（ａ）〜図２（ｃ）は、ウエハ上に形成された格子マークの一例（その１〜その３）を示す図である。 図１の露光装置が備えるアライメント系の構成を示す図である。 図３のアライメント系が備える読み出し用回折格子の平面図である。 図５（ａ）は、図３のアライメント系が備える検出系の出力に基づいて生成される波形の一例を示す図、図５（ｂ）は、図５（ａ）の波形の横軸を調整した波形、図５（ｃ）は、ウエハ上の格子マークの位置の求め方の概念図である。 露光装置の制御系を示すブロック図である。 図１の露光装置を用いた露光動作を説明するためのフローチャートである。 図８（ａ）〜図８（ｃ）は、アライメント計測動作及びフォーカスマッピング動作を説明するための図（その１〜その３）である。 アライメント計測動作を説明するためのフローチャートである。 アライメント計測動作時におけるウエハステージとアライメント系の計測光との相対位置関係を説明するための図である。 図３のアライメント系が備える可動ミラーの駆動信号の一例を示す図である。 図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、第２の実施形態に係る露光装置におけるアライメント計測動作を説明するための図（その１〜その４）である。 第２の実施形態における露光動作を説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態におけるアライメント計測動作を説明するためのフローチャートである。 図１５（ａ）は、変形例に係るアライメント系から格子マークに入射する計測光及び回折光を示す図、図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）は、対物レンズの瞳面上における計測光及び回折光の位置を示す図（その１及びその２）である。 アライメント系の検出系の変形例を示す図である。

《第１の実施形態》
以下、第１の実施形態について、図１〜図１１に基づいて説明する。

図１には、第１の実施形態に係る露光装置１０の構成が概略的に示されている。露光装置１０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。後述するように本実施形態では、投影光学系１６ｂが設けられており、以下においては、この投影光学系１６ｂの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルＲとウエハＷとが相対走査される方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

露光装置１０は、照明系１２、レチクルステージ１４、投影ユニット１６、ウエハステージ２２を含むウエハステージ装置２０、多点焦点位置計測系４０、アライメント系５０、及びこれらの制御系等を備えている。図１においては、ウエハステージ２２上に、ウエハＷが載置されている。

照明系１２は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源と、オプティカルインテグレータを有する照度均一化光学系、及びレチクルブラインド（いずれも不図示）を有する照明光学系とを含む。照明系１２は、レチクルブラインド（マスキングシステム）で設定（制限）されたレチクルＲ上のＸ軸方向に長いスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。照明光ＩＬとしては、例えばＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。

レチクルステージ１４上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクル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１４は、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系３２（図１では不図示、図６参照）によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定の走査速度で駆動可能となっている。レチクルステージ１４のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転量情報を含む）は、例えば干渉計システム（あるいはエンコーダシステム）を含むレチクルステージ位置計測系３４によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時計測される。レチクルステージ位置計測系３４の計測値は、主制御装置３０（図１では不図示、図６参照）に送られる。主制御装置３０は、レチクルステージ位置計測系３４の計測値に基づいてレチクルステージ１４のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動系３２を制御することで、レチクルステージ１４の位置（及び速度）を制御する。また、図１では不図示であるが、露光装置１０は、レチクルＲ上に形成されたレチクルアライメントマークの検出を行うためのレチクルアライメント系１８（図６参照）を備えている。レチクルアライメント系１８としては、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書、米国特許公開第２００２／００４１３７７号明細書等に開示される構成のアライメント系を用いることができる。

投影ユニット１６は、レチクルステージ１４の図１における下方に配置されている。投影ユニット１６は、鏡筒１６ａと、鏡筒１６ａ内に格納された投影光学系１６ｂと、を含む。投影光学系１６ｂとしては、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数の光学素子（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系１６ｂは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４、１／５又は１／８など）を有する。このため、照明系１２によってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系１６ｂの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系１６ｂ（投影ユニット１６）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、投影光学系１６ｂの第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡに形成される。そして、レチクルステージ１４とウエハステージ２２との同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系１２、レチクルＲ及び投影光学系１６ｂによってウエハＷ上にパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。

ウエハステージ装置２０は、ベース盤２８の上方に配置されたウエハステージ２２を備えている。ウエハステージ２２は、ステージ本体２４と、該ステージ本体２４上に搭載されたウエハテーブル２６とを含む。ステージ本体２４は、その底面に固定された不図示の非接触軸受、例えばエアベアリングにより、数μｍ程度のクリアランス（隙間、ギャップ）を介して、ベース盤２８上に支持されている。ステージ本体２４は、例えばリニアモータ（あるいは平面モータ）を含むウエハステージ駆動系３６（図１では不図示、図６参照）によって、ベース盤２８に対して水平面内３自由度（Ｘ、Ｙ、θｚ）方向に駆動可能に構成されている。ウエハステージ駆動系３６は、ウエハテーブル２６をステージ本体２４に対して６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）に微小駆動する微小駆動系を含む。ウエハテーブル２６の６自由度方向の位置情報は、例えば干渉計システム（あるいはエンコーダシステム）を含むウエハステージ位置計測系３８によって例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時計測される。ウエハステージ位置計測系３８の計測値は、主制御装置３０（図１では不図示、図６参照）に送られる。主制御装置３０は、ウエハステージ位置計測系３８の計測値に基づいてウエハテーブル２６の６自由度方向の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてウエハステージ駆動系３６を制御することで、ウエハテーブル２６の位置（及び速度）を制御する。主制御装置３０は、ウエハステージ位置計測系３８の計測値に基づいて、ステージ本体２４のＸＹ平面内の位置をも制御する。

ここで、ウエハＷ上の各ショット領域には、アライメント系５０による検出対象として、図２（ａ）に示されるような格子マークＧＭが少なくとも１つ形成されている。なお、格子マークＧＭは、実際には、各ショット領域のスクライブライン内に形成されている。

格子マークＧＭは、第１格子マークＧＭａと第２格子マークＧＭｂとを含む。第１格子マークＧＭａは、ＸＹ平面内でＸ軸に対して４５°の角度を成す方向（以下、便宜上、α方向と称する）に延びる格子線が、ＸＹ平面内でα方向に直交する方向（以下、便宜上、β方向と称する）に所定間隔（所定ピッチ）で形成された、β方向を周期方向とする反射型の回折格子から成る。第２格子マークＧＭｂは、β方向に延びる格子線がα方向に所定間隔（所定ピッチ）で形成された、α方向を周期方向とする反射型の回折格子から成る。第１格子マークＧＭａと第２格子マークＧＭｂとは、Ｙ軸方向の位置が同じとなるように、Ｘ軸方向に連続して（隣接して）配置されている。なお、図２（ａ）では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。その他の図における回折格子も同様である。なお、第１格子マークＧＭａのピッチと第２格子マークＧＭｂのピッチは同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。また、図２においては、第１格子マークＧＭａと第２格子マークＧＭｂとが接しているが、接していなくても良い。

図１に戻り、多点焦点位置計測系４０は、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示されるものと同様の構成のウエハＷのＺ軸方向の位置情報を計測する斜入射方式の位置計測装置である。多点焦点位置計測系４０は、投影ユニット１６の−Ｙ側に配置されたアライメント系５０のさらに−Ｙ側に配置されている。多点焦点位置計測系４０の出力は、後述するオートフォーカス制御に用いられることから、以下、多点焦点位置計測系４０をＡＦ系４０と称する。

ＡＦ系４０は、複数の検出ビームをウエハＷ表面に対して照射する照射系と、該複数の検出ビームのウエハＷ表面からの反射光を受光する受光系（いずれも不図示）を備えている。ＡＦ系４０の複数の検出点（検出ビームの照射点）は、図示は省略されているが、被検面上でＸ軸方向に沿って所定間隔で配置される。本実施形態では、例えば１行Ｍ列（Ｍは検出点の総数）又は２行Ｎ列（Ｎは検出点の総数の１／２）のマトリックス状に配置される。受光系の出力は、主制御装置３０（図６参照）に供給される。主制御装置３０は、受光系の出力に基づいて上記複数の検出点におけるウエハＷ表面のＺ軸方向の位置情報（面位置情報）を求める。本実施形態において、ＡＦ系４０による面位置情報の検出領域（複数の検出点の配置領域）は、図８（ａ）〜図８（ｃ）においてＡＦ系４０と同じ符号を付して示されるように、Ｘ軸方向に延びる帯状の領域に設定されている。また、ＡＦ系４０による検出領域のＸ軸方向の長さは、少なくともウエハＷ上に設定された１つのショット領域のＸ軸方向の長さと同等に設定されている。

主制御装置３０は、露光動作に先だって、ＡＦ系４０の検出領域に対してウエハＷをＹ軸及び／又はＸ軸方向に適宜移動させ、そのときのＡＦ系４０の出力に基づいてウエハＷの面位置情報を求める。主制御装置３０は、上記面位置情報の取得をウエハＷ上に設定された全てのショット領域に対して行い、その結果をウエハテーブル２６の位置情報と関連付けて、フォーカスマッピング情報として記憶する。

アライメント系５０は、図３に示されるように、対物レンズ６２を含む対物光学系６０、照射系７０、及び受光系８０を備えている。

照射系７０は、複数の計測光Ｌ１、Ｌ２を出射する光源７２、計測光Ｌ１、Ｌ２の光路上に配置された可動ミラー７４、可動ミラー７４により反射された計測光Ｌ１、Ｌ２の一部をウエハＷに向けて反射し、残りを透過させるハーフミラー（ビームスプリッタ）７６、ハーフミラー７６を透過（通過）した計測光Ｌ１、Ｌ２の光路上に配置されたビーム位置検出センサ７８などを備えている。

光源７２は、ウエハＷ（図１参照）に塗布されたレジストを感光させないブロードバンドな波長の一対の計測光Ｌ１、Ｌ２を−Ｚ方向に出射する。なお、図３において、計測光Ｌ２の光路は、計測光Ｌ１の光路に対して紙面奥側に重なっている。本第１の実施形態において、計測光Ｌ１、Ｌ２としては、例えば白色光が用いられている。

可動ミラー７４としては、本実施形態では、例えば公知のガルバノミラーが用いられている。可動ミラー７４は、計測光Ｌ１、Ｌ２を反射するための反射面がＸ軸に平行な軸線回りに回動（回転）可能となっている。可動ミラー７４の回動角度は、主制御装置３０（図３では不図示、図６参照）により制御される。可動ミラー７４の角度制御については、さらに後述する。なお、計測光Ｌ１、Ｌ２の反射角を制御できれば、ガルバノミラー以外の光学部材（例えばプリズムなど）を用いても良い。

ハーフミラー７６は、可動ミラー７４とは異なり、位置（反射面の角度）が固定されている。可動ミラー７４の反射面で反射された計測光Ｌ１、Ｌ２の一部は、ハーフミラー７６により光路が−Ｚ方向に折り曲げられた後、対物レンズ６２の中央部を透過（通過）してウエハＷ上に形成された格子マークＧＭにほぼ垂直に入射する。なお、図３においては、可動ミラー７４がＺ軸に対して４５°の角度で傾斜しており、可動ミラー７４からの計測光Ｌ１，Ｌ２の一部は、ハーフミラー７６でＺ軸と平行な方向に反射される。また、図３においては、光源７２と対物レンズ６２の間の、計測光Ｌ１、Ｌ２の光路上には、可動ミラー７４とハーフミラー７６のみが配置されているが、可動ミラー７４がＺ軸に対して４５°以外の角度で傾斜している場合にも、対物レンズ６２から射出される計測光Ｌ１，Ｌ２がウエハＷ上に形成された格子マークＧＭにほぼ垂直に入射するように、照射系７０が構成される。この場合、光源７２と対物レンズ６２の間の、計測光Ｌ１、Ｌ２の光路上に、可動ミラー７４，ハーフミラー７６とは異なる、他の少なくとも１つの光学部材が配置されていても良い。ハーフミラー７６を通過（透過）した計測光Ｌ１、Ｌ２は、レンズ７７を介してビーム位置検出センサ７８に入射する。ビーム位置検出センサ７８は、例えばＰＤ（Photo Detector）アレイ、あるいはＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの光電変換素子を有しており、その結像面は、ウエハＷ表面と共役な面上に配置されている。

ここで、図２（ａ）に示されるように、光源７２から出射された計測光Ｌ１、Ｌ２のうち、計測光Ｌ１は、第１格子マークＧＭａ上に照射され、計測光Ｌ２は、第２格子マークＧＭｂ上に照射されるように、計測光Ｌ１、Ｌ２の間隔が設定されている。そして、アライメント系５０では、可動ミラー７４の反射面の角度が変更されると、可動ミラー７４の反射面の角度に応じて格子マークＧＭａ、ＧＭｂ（ウエハＷ）上における計測光Ｌ１、Ｌ２それぞれの入射（照射）位置が、スキャン方向（Ｙ軸方向）に変化する（図２（ａ）中の白矢印参照）。また、計測光Ｌ１、Ｌ２の格子マークＧＭ上の位置変化と連動して、ビーム位置検出センサ７８（図３参照）上における計測光Ｌ１、Ｌ２の入射位置も変化する。ビーム位置検出センサ７８の出力は、主制御装置３０（図２（ａ）では不図示、図６参照）に供給される。主制御装置３０は、ビーム位置検出センサ７８の出力に基づいて、ウエハＷ上における計測光Ｌ１、Ｌ２の照射位置情報を求めることができる。

ここで、アライメント系５０は、図１に示されるように、上述したＡＦ系４０よりも＋Ｙ側に配置されていることから、アライメント系５０の検出領域（検出点）は、図８（ａ）〜図８（ｃ）においてアライメント系５０と同じ符号を付して示されるように、ＡＦ系４０の検出領域に対して＋Ｙ側に配置される。ただし、これに限らず、これらの検出領域は、Ｙ軸方向に関して重複していても良い。

対物光学系６０は、対物レンズ６２、検出器側レンズ６４、及び格子板６６を備えている。アライメント系５０では、対物光学系６０の直下に格子マークＧＭが位置した状態で、第１格子マークＧＭａ（図２（ａ）参照）に計測光Ｌ１が照射されると、第１格子マークＧＭａから発生した計測光Ｌ１に基づく複数の（白色光に含まれる複数波長の光に応じた複数の）±１次回折光±Ｌ３が対物レンズ６２に入射する。同様に、第２格子マークＧＭｂ（図２（ａ）参照）に計測光Ｌ２が照射されると、第２格子マークＧＭｂから発生した計測光Ｌ２に基づく複数の±１次回折光±Ｌ４が対物レンズ６２に入射する。±１次回折光±Ｌ３、±Ｌ４は、それぞれ対物レンズ６２により光路が曲げられ、対物レンズ６２の上方に配置された検出器側レンズ６４に入射する。検出器側レンズ６４は、±１次回折光±Ｌ３、±Ｌ４それぞれを、該検出器側レンズ６４の上方に配置された格子板６６上に集光させる。

格子板６６には、図４に示されるように、Ｙ軸方向に延びる読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂが形成されている。読み出し用回折格子Ｇａは、格子マークＧＭａ（図２（ａ）参照）に対応する、β方向を周期方向とする透過型の回折格子である。読み出し用回折格子Ｇｂは、格子マークＧＭｂ（図２（ａ）参照）に対応する、α方向を周期方向とする透過型の回折格子である。なお本実施形態においては、読み出し用回折格子Ｇａのピッチは、格子マークＧＭａのピッチと実質的に同じとなるように設定されている。また、読み出し用回折格子Ｇｂのピッチは、格子マークＧＭｂのピッチと実質的に同じとなるように設定されている。

受光系８０は、検出器８４、及び後述するように計測光Ｌ１、Ｌ２に基づく回折光（±Ｌ３、±Ｌ４）同士の干渉により、格子板６６（読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂ）上に結像される像（干渉縞）に対応する光を検出器８４に導く光学系８６などを備えている。

読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂ上に結像した像（干渉縞）に対応する光は、光学系８６が有するミラー８６ａを介して検出器８４に導かれる。本実施形態のアライメント系５０では、計測光Ｌ１、Ｌ２として白色光が用いられることに対応して、光学系８６は、分光プリズム８６ｂを有している。格子板６６からの光は、分光プリズム８６ｂを介して、例えば青、緑、及び赤の各色に分光される。検出器８４は、上記各色に対応して独立に設けられたフォトディテクタＰＤ１〜ＰＤ３を有している。検出器８４が有するフォトディテクタＰＤ１〜ＰＤ３それぞれの出力は、主制御装置３０（図３では不図示。図６参照）に供給される。

フォトディテクタＰＤ１〜ＰＤ３それぞれの出力からは、一例として、図５（ａ）に示されるような波形の信号（干渉信号）が得られる。主制御装置３０（図６参照）は、上記信号の位相から、格子マークＧＭａ、ＧＭｂそれぞれの位置を演算により求める。すなわち、本実施形態の露光装置１０（図１参照）では、アライメント系５０と主制御装置３０（それぞれ図６参照）とにより、ウエハＷに形成された格子マークＧＭの位置情報を求めるためのアライメント装置が構成されている。

主制御装置３０（図６参照）は、アライメント系５０を用いて格子マークＧＭの位置計測を行う際、図３中の両矢印で示されるように格子マークＧＭ（すなわちウエハＷ）をアライメント系５０に対してＹ軸方向に駆動しつつ、可動ミラー７４を制御することにより、計測光Ｌ１、Ｌ２を、格子マークＧＭに追従させてＹ軸方向に走査する（図２（ａ）参照）。これにより、格子マークＧＭと格子板６６とがＹ軸方向に相対移動するので、計測光Ｌ１に基づく回折光同士の干渉、及び計測光Ｌ２に基づく回折光同士の干渉により、格子板６６が有する読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂ上にそれぞれ干渉縞が結像する（形成される）。格子板６６上に結像した干渉縞は、前述したように検出器８４によって検出される。検出器８４の出力は、主制御装置３０に供給される。なお、図５（ａ）に示される波形は、格子マークＧＭａ、ＧＭｂと読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂ（図４参照）との相対移動に基づいて生成されるものであり、格子マークＧＭａ、ＧＭｂ上に照射される計測光Ｌ１、Ｌ２の位置とは無関係に生成される。従って、格子マークＧＭａ、ＧＭｂ（すなわちウエハステージ２２）の移動と計測光Ｌ１、Ｌ２の走査とは、必ずしも完全に同期（速度が厳密に一致）していなくても良い。

ここで、本実施形態では、格子マークＧＭをＹ軸方向に移動させつつ、該格子マークＧＭに追従するように計測ビームの照射点をＹ軸方向に移動させることから、以下に説明する手法で格子マークＧＭのウエハＷ上での位置の絶対値を求める。なお、従来のごときアライメント系５０から照射される計測ビームの照射点のＸＹ平面内の位置が固定である場合においては、アライメント系の出力（図５（ａ）と同様の波形）の中心に基づいて格子マークＧＭの位置の絶対値を求めることが可能である。

主制御装置３０は、図５（ａ）に示される波形（以下、第１の波形と称する）とは別に、図５（ｂ）に示されるような波形（以下、第２の波形と称する）を生成する。第１の波形及び第２の波形で示される信号は、計測ビームと読み出し用の回折格子Ｇａ、Ｇｂと格子マークＧＭとの畳込みによって発生する信号である。ここで、第１の波形の横軸がウエハテーブル２６のＹ座標値であるのに対し、第２の波形の横軸は、アライメント系５０のビーム位置検出センサ７８とウエハステージ位置計測系３８の出力とに基づいて求められる、計測ビームのＹ位置とウエハテーブル２６のＹ座標値との差である。すなわち、第１の波形及び第２の波形は、共に計測ビームが１つの格子マークＧＭをスキャン方向に横切る際に出力されるものであり、横軸の取り方が互いに異なるものである。このうち第１の波形は、格子マークＧＭで発生する所定次数の回折光、例えば±１次回折光同士の干渉によって読み出し用の回折格子Ｇａ及びＧｂ上に結像される干渉縞によって得られる周期信号を示しており、強度が一定となる所定の期間（図５（ａ）中の網掛けされた範囲）は計測ビーム全体が格子マークＧＭ内に位置する（すなわち計測ビームの一部が格子マークＧＭの端部にかかっていない）ことを示すものである。

一方、第２の波形は、計測ビームのビーム位置からウエハステージの位置を減じることにより、格子マークＧＭに関するある程度の位置とその形状を示しているものである。具体的には、この第２の波形の包絡線が計測ビームとウエハ上の格子マークＧＭとの重なりを示しており、この包絡線の始点から終点までが格子マークＧＭの概略位置と形状を示すこととなる。なお、第２の波形の包絡線のうち始点と終点との中間点が、格子マークＧＭの中央を示すことになる。

主制御装置３０は、第２の波形の中心位置から格子マークの凡その位置（ラフ位置）を演算により求める。該演算としては、例えば第２の波形の信号強度が上昇するエッジ部分を用いて、スライス法などの公知の手法により求めることができる。

次に、主制御装置３０は、第１の波形（位相）から、例えば高速フーリエ変換などの公知の手法によりマーク位置を求める。このとき、主制御装置３０は、計測ビームが完全に格子マークＧＭ内にあるデータ（図５（ａ）における網掛けされた範囲内のデータ）のみを用いる。

図５（ｃ）は、格子マークＧＭの絶対値の計算方法の概念図である。図５（ｃ）において、縦軸方向に短い複数の線（短線）は、第１の波形から想定される格子マークＧＭの位置を意味し、この複数の短線の各々が図５（ａ）における第１の波形のピークに対応する。なお、図５（ｃ）では、後述の長線に近い６本の短線が代表的に記載されているが、実際はこれより多くの短線が現れる。また、図５（ｃ）において、縦軸方向に１本の長い線（長線）は、第２の波形から求められた格子マークＧＭのラフ位置（例えば上述した格子マークＧＭの中央の位置）を意味し、この長線（格子マークのラフ位置）に対して最も近い短線（マーク位置の候補）が、ウエハＷ上の格子マークＧＭの絶対値（格子マークＧＭの中央に関する絶対位置）となる。

なお、本実施形態ではアライメント系５０が計測ビームをＹ軸方向に走査することから、上記の手法により、格子マークＧＭのＹ軸方向に関する絶対値を求めることができるが、Ｘ軸方向に関する絶対値を求めるためには、例えばウエハＷ（格子マークＧＭ）とアライメント系５０とをＸ軸方向に相対移動させると良い（後述の第２の実施形態においても同様）。

具体的には、計測ビームと格子マークＧＭとを相対的に蛇行（Ｘ軸及びＹ軸と交差する方向（例えばＸ軸とＹ軸に対して＋４５°及び−４５°の角度となる方向）への移動を行うこと）させてＸ軸方向に計測ビームを走査して格子マークＧＭのエッジ部分を検出する。あるいは、１回だけＹ軸方向と同様に格子マークＧＭのエッジ部分を検出できるようにＸ軸方向に計測ビームと格子マークＧＭとを相対的に移動させると良い。なお、計測ビームと格子マークＧＭとを相対的に蛇行させてＸ軸方向に計測ビームを走査して格子マークＧＭのエッジ部分を検出する動作は、例えば後述する第１のショット領域に形成されてアライメント系５０が最初に計測する格子マークＧＭ（１ｓｔ格子マーク）を対象として行っても良い。あるいは、１回だけＸ軸方向に計測ビームを走査して格子マークＧＭのエッジ部分を検出する動作について、例えば後述する第１のショット領域に形成されてアライメント系５０が最初に計測する格子マークＧＭ（１ｓｔ格子マーク）を対象として行っても良い。なお、一対の格子マークＧＭａ、ＧＭｂの周期方向を直交させずに僅かにずらしても良い。

次に、図１の露光装置１０を用いた露光動作について、図７に示されるフローチャートを用いて説明する。以下説明する露光動作は、主制御装置３０（図６参照）の管理の元に行われる。

主制御装置３０は、ステップＳ１０で露光対象のウエハＷをウエハステージ２２（それぞれ図１参照）上にローディングする。このとき、ウエハステージ２２は、ベース盤２８（図１参照）上における所定のローディングポジションに位置決めされている。

ウエハローディングが終了すると、主制御装置３０は、次のステップＳ１２において、ＡＦ系４０、及びアライメント系５０の１回目のキャリブレーション（較正）を行う。本実施形態において、１回目のキャリブレーションは、図８（ａ）に示されるように、ウエハステージ２２が有する第１計測マーク（フィデューシャルマーク）ＷＦＭ１を用いて行われる。本実施形態のウエハステージ２２において、ウエハＷは、ウエハテーブル２６（図１参照）の上面中央に配置されたウエハホルダ（不図示）に保持され、第１計測マークＷＦＭ１はウエハテーブル２６の上面におけるウエハホルダの外側の領域であって、＋Ｙ側且つ−Ｘ側の位置に配置されている。また、ウエハテーブル２６の上面におけるウエハホルダの外側の領域であって、−Ｙ側且つ＋Ｘ側の位置には、後述する２回目のキャリブレーションを行う際に用いられる第２計測マークＷＦＭが配置されている。

第１及び第２計測マークＷＦＭ１、ＷＦＭ２上には、ＡＦ系４０のキャリブレーションを行うための基準面、及びアライメント系５０のキャリブレーションを行うための基準マークがそれぞれ形成されている（それぞれ不図示）。第１及び第２計測マークＷＦＭ１、ＷＦＭ２の構成は、配置が異なる点を除き実質的に同じである。

主制御装置３０は、１回目のキャリブレーション動作のために、ウエハステージ２２を駆動して、第１計測マークＷＦＭ１がＡＦ系４０、及びアライメント系５０の直下に位置するように位置決めする。なお、上記ローディングポジションにウエハステージ２２を位置させた状態で、ＡＦ系４０、及びアライメント系５０の直下に第１計測マークＷＦＭ１が位置するようにローディングポジションを設定しても良い。

本ステップＳ１２におけるキャリブレーション動作において、主制御装置３０は、第１計測マークＷＦＭ１上の基準面を用いてＡＦ系４０のキャリブレーションを行うとともに、アライメント系５０に第１計測マークＷＦＭ１上の基準マークを計測させる。そして、主制御装置３０は、アライメント系５０の出力とウエハステージ位置計測系３８の出力とに基づいてアライメント系５０（の検出中心）のＸＹ平面内の位置情報を求める。アライメント系５０のキャリブレーションを行うための基準マークは、ウエハＷ上に形成されている格子マークＧＭ（図２（ａ）参照）と実質的に同じである。

１回目のキャリブレーションが終了すると、主制御装置３０は、次のステップＳ１４において、アライメント計測、及び面位置計測を開始する。このため、主制御装置３０は、ウエハステージ２２を駆動して、第１のショット領域がＡＦ系４０、及びアライメント系５０の直下に位置するように位置決めする。ここで、第１のショット領域とは、検出対象の全ショット領域のうち、最初にアライメント計測、及び面位置計測が行われるショット領域を意味し、本実施形態においては、例えば最も−Ｘ側に配列された複数のショット領域のうちの、最も＋Ｙ側のショット領域である。

ここで、本実施形態では、ＡＦ系４０の検出領域がアライメント系５０の検出領域に対して−Ｙ側に配置されていることから、ショット領域内に形成された格子マークＧＭよりも先に該ショット領域の面位置情報が求められる。そして、主制御装置３０は、上記面位置情報と、予めレイヤ毎に求められたオフセット値とに基づいてウエハテーブル２６のＺ軸方向の位置及び姿勢（θｘ方向及びθｚ方向の傾斜）を制御することにより、アライメント系５０の対物光学系６０を検出対象の格子マークＧＭに合焦させる。本実施形態において、上記オフセット値は、アライメント系５０の信号強度（干渉縞のコントラスト）が最大となるようにウエハテーブル２６の位置及び姿勢を調整したときに得られるＡＦ系４０の計測値を意味する。このように、本実施形態では、アライメント系５０による格子マークＧＭの検出の直前に得られたウエハＷの面位置情報を用いて、ほぼリアルタイムでウエハテーブル２６の位置及び姿勢の制御が行われる。なお、格子マークＧＭの位置計測と並行して、位置計測対象の格子マークＧＭからの光を受光し、ウエハＷの面位置を検出しなくても特に不都合はない。

次に、ステップＳ１４で行われるアライメント動作を図９のフローチャートに基づいて説明する。

主制御装置３０は、ステップＳ３０において、第１ショット領域内に形成された格子マークＧＭ（図２（ａ）参照）をアライメント系５０（図１参照）を用いて計測する。なお、第１ショット領域内に形成された格子マークＧＭを「第１マーク」とも称する。ここで、上記ステップＳ１０のウエハローディング時にウエハＷがウエハステージ２２上における所定の設計上の位置に正しく載置されていない場合（回転ずれがある場合を含む）には、アライメント系５０が格子マークＧＭを検出できない。

そこで、主制御装置３０は、第１ショット領域内の格子マークＧＭを検出できなかった場合（ステップＳ３２でＮｏ判定）には、ステップＳ３４に進み、ウエハＷのサーチアライメント動作を行う。サーチアライメント動作は、例えばウエハＷの外周縁部に形成された切り欠き、あるいはウエハＷ上に形成されたサーチマーク（いずれも不図示）を用いて行われ、主制御装置３０は、該サーチアライメント動作の結果に基づいてウエハステージ２２の位置（θｚ方向の回転を含む）を制御してステップＳ３０に戻る。第１ショット領域内の格子マークＧＭを検出できた場合には、ステップＳ３６に進む。

なお、上記ステップＳ３２において、ウエハＷ上の第１ショット領域内の格子マークＧＭを検出できなかった場合（ステップＳ３２でＮｏ判定）、当該ウエハＷをリジェクトしても良い。この場合、主制御装置３０は、ウエハステージ２２を所定のアンローディングポジション（ローディングポジションと共通であっても良い）に駆動し、ウエハＷをウエハステージ２２から取り外すとともに、ステップＳ１０に戻り、該ウエハステージ２２上に別のウエハを載置する。

なお、ステップＳ３０の前に、例えばアライメント系５０を用いてウエハＷ上の所定（例えば任意の数カ所）のショット領域内の格子マークＧＭまたは上記サーチマークの位置をラフに（ステップＳ１４のアライメント計測に比して粗い精度で）計測しておいても良い（「事前計測ステップ」と称する）。この事前の処理により、ウエハステージ２２にローディングされたウエハＷの位置情報を、より精度良く把握することが可能となり、上記ステップＳ３２においてウエハＷ上の第１ショット領域内の格子マークＧＭが検出されない事態を抑制することができる。なお、この事前計測ステップにおける格子マークＧＭまたはサーチマークも、上述した「第１マーク」に含まれることとしても良い。

ステップＳ３６において、主制御装置３０は、アライメント系５０の出力に基づいて、上述した手法（図５（ａ）〜図５（ｃ）参照）を用いて格子マークＧＭの位置の絶対値を求める。主制御装置３０は、該格子マークＧＭの位置情報と、上記キャリブレーション動作（ステップＳ１２参照）で求めたアライメント系５０の位置情報とに基づいて、アライメント系５０から照射される計測ビームのＸ軸方向に関する中心と、格子マークＧＭのＸ軸方向に関する中心とのずれ量を求める。

ここで、計測ビームのＸ軸方向に関する中心と、格子マークＧＭのＸ軸方向に関する中心との「ずれ量」は、格子マークＧＭにおける−Ｙ方向の端部での「ずれ量」として求めることが好ましいが、格子マークＧＭのＹ軸方向における任意の位置において求めても良い。例えば格子マークＧＭのＹ軸方向における中央付近での「ずれ量」として求めても良い。また、計測ビームのＸ軸方向に関する中心と、格子マークＧＭのＸ軸方向に関する中心との「ずれ量」は、格子マークＧＭにおける＋Ｙ方向の端部（すなわち計測ビームが格子マークＧＭに差し掛かる始点）からの軌跡が考慮されても良い。

次いで、主制御装置３０は、ステップＳ３６で求めた結果（ずれ量）が所定の許容値よりも大きいか否かをステップＳ３８で判定する。この判定により、ずれ量が許容値以上（ステップＳ３８でＮｏ判定）であれば、ステップＳ４０に進む。これに対し、ずれ量が許容値未満（ステップＳ３８でＹｅｓ判定）であれば、ステップＳ４２に進む。

ステップＳ４２において、主制御装置３０は、上記ステップＳ３６で求めたずれ量に応じて、図１０に示されるように、ウエハステージ２２とアライメント系５０から照射される計測ビームのウエハＷ上の照射点とを、Ｘ軸方向に相対移動させることにより、計測ビームの格子マークＧＭ上での照射点の位置を補正しつつ、２番目の検出対象の格子マークＧＭの位置計測を行う。なお、２番目以降の検出対象の複数の格子マークＧＭのうちの少なくとも１つが本実施形態では「第２マーク」に対応する。なお、図１０における格子マークＧＭは、実際は上述した図２（ａ）に示される格子マークＧＭが用いられるが、Ｘ軸とＹ軸とに直交する図１０で示される格子マークＧＭを用いても良い。

このウエハステージ２２のＸ位置を補正する制御は、アライメント系５０から出射される計測ビームが、２番目以降の検出対象の格子マークＧＭの中心とを一致させるようにするために行うものであることから、以下トラッキング制御と称する。ここで、２番目の検出対象の格子マークＧＭは、第１ショット領域内に形成されていても良いし、他のショット領域内に形成されていても良い。また、主制御装置３０は、上記ステップＳ３６で求めたずれ量に応じて、２番目以降の検出対象の格子マークＧＭの中心位置を推定しても良い。

なお、図１０では、ウエハＷに対して計測ビームが、−Ｘ方向及び−Ｙ方向、続いて＋Ｘ方向及び−Ｙ方向に移動することで計測ビームがウエハＷに対して蛇行するように走査することが描かれているが、本実施形態では、実際にはウエハステージ２２が計測ビーム（アライメント系５０）に対して＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に微小移動しつつ、＋Ｙ方向に移動する。なお、ウエハステージ２２が計測ビーム（アライメント系５０）に対してＸ軸方向に相対移動すれば良いので、アライメント系５０をＸ軸方向に移動可能に構成し、Ｙ軸方向に移動するウエハＷに対して、計測ビームが＋Ｘ方向、又は−Ｘ方向に微小駆動しても良いし、ウエハＷと計測ビーム（アライメント系５０）の双方を適宜＋Ｘ方向、又は−Ｘ方向に微小駆動しても良い。

ウエハステージ２２を＋Ｙ方向に駆動することによって第１列目（最も−Ｘ側の列）に含まれる複数のショット領域に形成された格子マークＧＭの位置計測が終了すると、主制御装置３０は、図８（ｂ）に矢印で示されるように、ウエハステージ２２をアライメント系５０に対して−Ｘ方向に１ショット領域分移動させるとともに、ウエハステージ２２を−Ｙ方向に移動させる（Ｙ軸方向に関して移動方向を反転させる）ことによって、第２列目のに含まれる複数のショット領域それぞれに形成された格子マークＧＭ（図２（ａ）参照）の位置計測を行う、以下、ウエハステージ２２の−Ｘ方向の移動と、＋Ｙ又は−Ｙ方向への移動とを適宜切り換えることにより、全ての検出対象の格子マークＧＭの位置計測を行う。なお、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向への移動回数は、ウエハ上に設定されたショット領域の数及び配置に応じて適宜変更が可能である。

ここで、検出結果の平均化（いわゆる移動平均）により装置の振動の影響を低減することができることから、格子マークの検出時間は、より長いことが好ましい。これに対し、本実施形態では、ウエハＷをアライメント系５０（より詳細にはアライメント系５０が有する読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂ（図４参照））に対して相対移動させながら格子マークＧＭの検出を行うことから、検出時間を長く確保することが困難になる。そこで、ウエハステージ２２をＹ軸方向に駆動してひとつの列に含まれる複数の格子マークの位置計測を行う際、主制御装置３０は、ウエハステージ２２の速度を以下のように制御する。

主制御装置３０は、第１ショット領域内の格子マークＧＭ（上記位置ずれ量を求めるための格子マークＧＭ）の計測速度（ウエハステージ２２の移動速度、及び計測ビームの走査速度）を、以降の格子マークＧＭの計測速度に比べて遅くする。例えば、主制御装置３０は、第１ショット領域内の格子マークＧＭ（第１マークに相当）を計測後にウエハステージ２２の移動速度を増加させる制御を行う。より具体的には、ウエハステージ２２を第１の速度で移動させつつ第１ショット領域内の格子マークＧＭを計測した後、＋Ｙ側から順番に配列された検出対象の格子マークＧＭ（第２マークに相当）の計測速度を、徐々に早くする。なお、ウエハステージ２２を第１の速度で移動させつつ第１ショット領域内の格子マークＧＭ（第１マーク）を計測した後、ウエハステージ２２の移動速度を第２の速度まで増加させて、以降の格子マークＧＭ（第２マーク）を計測しても良い。これにより、上記位置ずれ量を求めるための格子マークＧＭの検出時間を長く確保することができ、上記位置ずれ量をより正確に求めることができると同時に、ウエハステージ２２が動く距離を短縮することができるため計測時間を短縮することができる。なお、これに限らず、例えば第１列目のショット領域に含まれる検出対象の格子マークＧＭの位置計測を行う際の計測速度を、第２列目以降の格子マークＧＭの位置計測を行う際の計測速度に比べて遅くしても良い。

また、各列内に配列された複数の格子マークＧＭの位置計測時に、計測順が最後の格子マークＧＭ（あるいは最後の格子マークＧＭを含むいくつかの格子マークＧＭ）の計測速度を、それ以前の格子マークＧＭの計測速度に比べて遅くしても良い。本実施形態では、上述したように、格子マークＧＭの位置計測時にウエハステージ２２の＋Ｙ方向への移動と−Ｙ方向への移動とを切り換えることから、該切替時に必ずウエハステージ２２をＹ軸方向に関して減速させる必要がある。これに併せて、各列における計測順が最後の格子マークＧＭの計測速度を遅くすることで、該格子マークＧＭの計測精度を向上させることができると同時に、ウエハステージ２２が動く距離を短縮することができるため計測時間を短縮することができる。

主制御装置３０は、最終列（本実施形態では、最も＋Ｘ側の列）に含まれる最終ショット領域（列の数が奇数である場合には、最も−Ｙ側のショット領域、列の数が偶数である場合には、最も＋Ｙ側のショット領域）に形成された格子マークＧＭの位置計測が終了すると（ステップＳ４４でＹｅｓ判定）、図７のステップＳ１６に進み、２回目のキャリブレーションを行う。２回目のキャリブレーションでは、主制御装置３０は、ウエハステージ２２を適宜駆動して、図８（ｃ）に示されるように、第２計測マークＷＦＭ２をＡＦ系４０、及びアライメント系５０の直下に位置させる。この後、第２計測マークＷＦＭ２を用いて多点焦点位置計測系４０、及びアライメント系５０の２回目のキャリブレーションを行う。

なお、上記説明では、ステップＳ３６（図９参照）で第１ショット領域の格子マークＧＭ（すなわち１点の格子マークＧＭ）を用いてずれ量を求め、その結果に基づいて適宜ウエハステージ２２のＸ位置を補正した（ステップＳ４２、及び図１０参照）が、これに限らず、第１ショット領域を含む複数のショット領域の格子マークＧＭ（あるいは第１ショット領域内の複数の格子マークＧＭ）の位置を計測し、その結果に基づいてウエハステージ２２のＸ位置を補正しても良い。この場合、例えば格子マークを複数点計測し、その結果に基づいて演算によりウエハステージ２２の移動軌跡を関数（例えば１次関数）として求めると良い。

また、第１ショット領域の位置は適宜変更が可能であり、必ずしも最も−Ｘ側且つ＋Ｙ側のショット領域（第１計測マークＷＦＭ１の近傍のショット領域）である必要はなく、例えばよりウエハＷの内側のショット領域の格子マークを用いても良い。また、例えば第１ショット領域内の格子マークＧＭの周囲の（例えば所定の半径ｒ内に含まれる）複数の格子マークを用いて演算により、ウエハステージ２２の移動軌跡を関数（例えば１次関数）として求めても良い。

ここで、上述したウエハＷ上の格子マークＧＭの位置計測を行う際、主制御装置３０は、ウエハステージ２２の＋Ｙ又は−Ｙ方向への駆動と連動して複数回（１つの列に含まれる検出対象マークの数に応じて）アライメント系５０の可動ミラー７４を往復させる。このとき、主制御装置３０は、図１１に示されるように、可動ミラー７４の駆動波形が鋸派状となるように制御する。具体的には、図１１において、ｔ_１〜ｔ_２間、ｔ_５〜ｔ_６間では、計測ビームを走査するために可動ミラー７４を駆動し、ｔ_３〜ｔ_４間、ｔ_７〜ｔ_８間では、可動ミラー７４を初期位置に戻すために駆動する。このように、計測ビームを格子マークＧＭに同期してＹ軸方向に追従させる際の可動ミラー７４の速度に比べて、可動ミラー７４を戻す際の可動ミラー７４の速度を速くする。これにより、検出対象の格子マークＧＭ間の間隔が狭い場合にも対応できる。

２回目のキャリブレーションが終了すると、主制御装置３０は、ステップＳ１８に進み、ステップＳ１４で取得したＡＦ系４０の出力に基づいて各ショット領域の面位置の分布情報を求めるともに、アライメント系５０の計測結果に基づいて各ショット領域の配列座標を、例えばエンハンスド・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）などの手法により演算により求める。主制御装置３０は、上記面位置情報、及びＥＧＡ演算の結果に従ってウエハステージ２２を駆動しつつ、各ショット領域に対してステップ・アンド・スキャン方式の露光動作を行う。このステップ・アンド・スキャン方式の露光動作は、従来から行われているものと同様であるので、その詳細な説明は省略するものとする。

以上説明した、本第１の実施形態に係る露光装置１０によれば、最初の格子マークＧＭに対するアライメント系５０の計測ビームの照射位置のずれに応じて、以降の格子マークＧＭの計測の際にウエハステージ２２の位置を補正するので、検出対象の格子マークＧＭの位置情報を確実に求めることができる。

また、本実施形態に係るアライメント系５０は、ウエハＷ（ウエハステージ２２）をＹ軸方向に移動させつつ、計測光Ｌ１、Ｌ２を格子マークＧＭ（それぞれ図３参照）に対してＹ軸方向に走査するので、該格子マークＧＭの位置計測動作を、例えばウエハステージ２２上にウエハＷをロードした後に行われる、ウエハステージ２２の露光開始位置への移動動作と並行して行うことができる。この場合、ウエハステージ２２の移動経路上に予めアライメント系５０を配置しておくと良い。これにより、アライメント計測時間を短縮し、全体的なスループットを向上することができる。

また、本実施形態に係るアライメント系５０は、スキャン方向に移動するウエハＷ（格子マークＧＭ）に追従するように計測光を走査するので、長時間の計測が可能となる。このため、いわゆる出力の移動平均を取ることが可能なので、装置の振動の影響を低減できる。また、仮にアライメント系の受光系として画像センサ（例えばＣＣＤなど）を用いてラインアンドスペース状のマークを検出する場合、スキャン方向に移動するウエハＷに追従させて計測光を走査すると、スキャン方向に完全に平行なライン以外の像は、検出できない（像が潰れる）。これに対し、本実施形態では、格子マークＧＭからの回折光を干渉させることにより該格子マークＧＭの位置計測を行うので、確実にマーク検出を行うことができる。

また、本実施形態に係るアライメント系５０は、検出器８４として、白色光である計測光Ｌ１，Ｌ２に対応して、例えば３つのフォトディテクタＰＤ１〜ＰＤ３（それぞれ青色光、緑、赤用）を有している。このため、例えばウエハアライメントに先立ってウエハＷ上に形成された重ね合わせマーク（不図示）を白色光を用いて検出し、干渉縞のコントラストが最も高くなる光の色を予め求めておくことにより、上記例えば３つのフォトディテクタＰＤ１〜ＰＤ３のうちの何れの出力をウエハアライメントに用いるのが最適かを決定することができる。

《第２の実施形態》
次に第２の実施形態に係る露光装置について説明する。本第２の実施形態の露光装置は、前述の第１の実施形態に係る露光装置１０とは、ウエハステージ上の計測マークの位置が異なるのみなので、以下相違点に付いてのみ説明し、第１の実施形態と同じ構成、及び機能を有する要素については、第１の実施形態と同一の符号を用いるととともに、その説明を省略する。

前述の第１の実施形態では、図８（ａ）などに示されるように、ウエハステージ２２に、例えば２つの計測マークＷＦＭ１、ＷＦＭ２が配置されていたのに対し、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）に示されるように、本第２の実施形態に係るウエハステージ１２２では、不図示のウエハホルダ（図１２（ａ）〜図１２（ｄ）ではウエハＷと重なっている）の＋Ｙ側に１つの計測マークが配置されている。以下、本第２の実施形態における露光動作について図１３に示されるフローチャートを用いて説明する。

主制御装置３０は、ステップＳ５０でウエハステージ１２２上にウエハＷをロードする（図１２（ａ）参照）。上記第１の実施形態では、ウエハＷのロードの直後にキャリブレーション動作が行われたのに対し、本第２の実施形態では、ウエハＷのロード後、ステップＳ５２に進み、ウエハステージ２２をＸＹ平面内で適宜駆動して、検出対象の全ての格子マークＧＭの位置計測を行う。

本第２の実施形態における格子マークＧＭの位置計測動作においても、第１の実施形態と同様のトラッキング処理が行われる。すなわち、図１３のステップＳ５２の具体例を示す図１４のフローチャートに示されるように、ステップＳ７０で第１ショットの格子マークＧＭ（第１マークに相当）の位置計測が行われ、その結果、格子マークＧＭの検出ができなかった場合（ステップＳ７２でＮｏ判定）には、ステップＳ７４に進んでサーチアライメント動作を行い、ステップＳ７０に戻って第１ショットの格子マークＧＭの位置計測をやり直す。これに対し、第１ショットの格子マークＧＭの位置計測を行うことができた場合（ステップＳ７２でＹｅｓ判定）には、ステップＳ７６に進み、計測ビームの格子マークＧＭ上における位置ずれ量を求める。また、ステップＳ７６で求めた位置ずれ量が許容値未満（ステップＳ７８でＹｅｓ判定）であれば、図１３のステップＳ５４に進む。これに対し、位置ずれ量が許容値以上であった場合（ステップＳ７８でＮｏ判定）には、ステップＳ８０に進み、第１ショットの格子マークＧＭの位置計測をやり直す。

図１３に戻り、ステップＳ５４では、第１の実施形態と同様、図１０に示されるように、計測ビームとウエハＷとをＸ軸方向（上記位置ずれを打ち消す方向）に相対移動させるとともに、ウエハＷをＹ軸方向に駆動する。アライメント系５０（図３参照）は、ウエハＷのＹ軸方向への移動に追従するように計測ビームをウエハＷ上に照射しつつ、検出対象の格子マークＧＭの位置計測を行う。また、ＡＦ系４０を用いたウエハＷの面位置計測（フォーカスマッピング動作）も並行して行う。

次のステップ５６において、主制御装置３０は、上記格子マークＧＭの位置計測動作と並行してウエハステージ位置計測系３８の出力に基づいて、アライメント系５０の検出領域と計測マークＷＦＭとのＸＹ平面内の位置が一致したか否かを判断する。この結果、アライメント系５０の検出領域と計測マークＷＦＭとのＸＹ平面内の位置が一致すると、ステップＳ５８に進み、格子マークＧＭの位置計測動作、及びフォーカスマッピング動作を中断した後、次のステップＳ６０において、ＡＦ系４０、及びアライメント系５０のキャリブレーション動作を行う。

そして、キャリブレーション動作が終了するとステップＳ６２に進み、主制御装置３０は、格子マークＧＭの位置計測動作、及びフォーカスマッピング動作を再開する。そして、最終ショットの格子マークＧＭの位置計測が終了すると（ステップＳ６４でＹｅｓ判定）、ステップＳ６６においてステップ・アンド・スキャン方式の露光動作を開始する。以上説明した本第２の実施形態でも、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記第１及び第２の実施形態に係るトラッキング制御を含むウエハステージ２２、及びその制御方法は、適宜変更が可能である。例えば、上記第１及び第２の実施形態では、第１ショット領域の格子マークＧＭが検出できない場合（ステップＳ３２、Ｓ７２でＮｏ判定）には、サーチアライメントが行われたが、これに限らず、ウエハローディングの後（ステップＳ１０とステップＳ１４との間のいずれかの期間、あるいはステップＳ５０とステップＳ５４との間のいずれかの期間）にサーチアライメントを必ず実行しても良い。また、上記第１及び第２の実施形態において、上述した事前計測ステップを必ず実行することとしても良い。

また、上記第１及び第２の実施形態では、図２（ａ）に示されるように、格子マークＧＭａ、ＧＭｂそれぞれに対応する計測光Ｌ１、Ｌ２が照射されたが、これに限らず、例えば図２（ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向に延びる（幅広な）単一の計測光Ｌ１を格子マークＧＭａ、ＧＭｂに照射しても良い。

また、上記第１及び第２の実施形態では、図２（ａ）に示されるように、格子マークＧＭａ、ＧＭｂがＸ軸方向に沿って配列されたが、これに限らず、例えば図２（ｃ）に示されるように、格子マークＧＭａ、ＧＭｂがＹ軸方向に沿って配列されても良い。この場合、単一の計測光Ｌ１を格子マークＧＭａ、ＧＭｂの順番（あるいはその逆）に走査することにより、格子マークＧＭのＸＹ平面内の位置を求めることができる。

また、上記第１及び第２の実施形態において、アライメント系５０から出射した計測光Ｌ１、Ｌ２は、格子マークＧＭに対して垂直に入射する構成であったが、これに限らず、格子マークＧＭに対して所定の角度を成して（すなわち斜めに）入射しても良い。例えば図１５（ａ）に示されるように、格子ピッチｐの格子マークＧＭに対して入射角θ_１で波長λの計測光Ｌを入射させた場合、格子マークＧＭからは回折格θ_２の回折光Ｌ’が発生する。ここで、λ／ｐ＝ｓｉｎ（θ_１）＋ｓｉｎ（θ_２）が成り立つことから、図１５（ａ）に示される斜入射方式とすることにより、開口数ＮＡが同じ光学系であっても、計測光Ｌを格子マークＧＭに垂直に入射させる場合に比べ、より細かいピッチの格子マークＧＭの位置計測を行うことができる。

ここで、上記第１及び第２実施形態では、格子マークＧＭからの一対の回折光を干渉させることにより格子マークＧＭの位置計測を行うことから、図１５（ａ）に示される斜射入射方式を用いる場合にも、図１５（ｂ）に示されるように、格子マークＧＭ（図１５（ａ）参照）の直交２軸方向の位置計測を行うために、合計で４方向から計測光Ｌを格子マークＧＭに照射する。ここで、図１５（ｂ）は、対物レンズ６２の瞳面での像（光の方向）を示す図である。上述したように、本実施形態の格子マークＧＭ（図２（ａ）参照）は、Ｘ軸及びＹ軸に、例えば４５°の方向を成すα又はβ方向を周期方向とするため、計測光Ｌの入射方向、及び回折光Ｌ’の出射方向も同様に、α又はβ方向となる。なお、計測対象の格子マークの周期方向は、Ｘ軸及びＹ軸に平行な方向であっても良く、この場合には、図１５（ｃ）に示されるように、計測光ＬをＸ軸及びＹ軸に平行な方向に入射させる。この場合、回折光Ｌ’Ｘ軸及びＹ軸に平行な方向に出射する。

また、上記第１の実施形態のアライメント系５０の受光系８０は、分光プリズム８６ｂにより、白色光を分光したが、これに限らず、図１６に示される検出系３８０のように、複数の分光フィルタ３８６を用いて白色光を、各色（例えば、青、緑、黄、赤、赤外光）に対応して配置されたフォトディテクタＰＤ１〜ＰＤ５に向けて分光しても良い。

また、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの紫外光、あるいはＦ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光として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（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）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。また、照明光ＩＬの波長は、１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良く、例えば、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を用いるＥＵＶ露光装置にも上記実施形態を適用することができる。その他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、上記実施形態は適用できる。

また、上記各実施形態の露光装置における投影光学系は、縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系１６ｂ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。また、上記第１の実施形態と第２の実施形態とでそれぞれ詳述した構成を、任意に組み合わせて実施しても良い。

また、上記各実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。

また、露光装置としては、例えば米国特許第８，００４，６５０号明細書に開示されるような、投影光学系と露光対象物体（例えばウエハ）との間に液体（例えば純水）を満たした状態で露光動作を行う、いわゆる液浸露光装置にも上記各実施形態は適用することができる。

また、例えば米国特許出願公開第２０１０／００６６９９２号明細書に開示されるような、ウエハステージを２つ備えた露光装置にも、上記各実施形態は適用することができる。

また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号に開示されているように、干渉縞をウエハＷ上に形成することによって、ウエハＷ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも上記各実施形態を適用することができる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも上記各実施形態は適用することができる。

また、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも上記各実施形態を適用することができる。

また、上記各実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。

また、露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、又は有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシンあるいはＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。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、あるいは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上記各実施形態を適用できる。

半導体素子などの電子デバイスは、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、前述した実施形態に係る露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、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。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

なお、これまでの記載で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

以上説明したように、本発明の計測装置及び計測方法は、所定方向に移動する物体に設けられた格子マークの位置情報を計測するのに適している。また、本発明の露光装置は、物体を露光するのに適している。

１０…露光装置、１４…レチクルステージ、２０…ウエハステージ装置、３０…主制御装置、４０…ＡＦ系、５０…アライメントセンサ、ＧＭ…格子マーク、Ｗ…ウエハ。

Claims (17)

1. 第１の方向に移動する物体に対向する対物レンズと、
   前記第１の方向に移動する物体に設けられた格子マークに対して、前記対物レンズを介して計測光を照射する照射系と、
   前記計測光に基づく前記格子マークからの回折光を、前記対物レンズを介して受光するビーム受光系と、を有し、
   前記照射系は、前記計測光を前記第１の方向に動かしつつ、前記第１の方向に移動する前記格子マークに前記計測光を照射する計測装置。
2. 前記第１の方向に動かされる前記計測光は、前記対物レンズの中央部を透過して前記格子マークに照射される請求項１に記載の計測装置。
3. 前記対物レンズの前記中央部を透過した前記計測光は、前記第１の方向に交差する第２の方向から前記格子マークに照射される請求項２に記載の計測装置。
4. 前記計測光に基づく前記格子マークからの前記回折光は、前記対物レンズの周辺部によって前記ビーム受光系に向けて曲げられる請求項１〜３のいずれか一項に記載の計測装置。
5. 前記第１の方向に動かされる前記計測光は、前記対物レンズの一方側から前記対物レンズに入射して他方側に向けて透過し、前記格子マークからの前記回折光は前記対物レンズの他方側から前記対物レンズに入射する請求項１〜４のいずれか一項に記載の計測装置。
6. 前記計測装置は、さらに、前記計測光の移動速度を制御する制御系を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の計測装置。
7. 前記制御系は、さらに、移動する前記物体の移動速度を制御する請求項６に記載の計測装置。
8. 前記計測装置は、さらに、前記ビーム受光系により受光される前記回折光に基づいて前記格子マークの位置情報を求める演算系を有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の計測装置。
9. 露光装置であって、
   請求項８に記載の計測装置と、
   前記演算系によって求められた前記位置情報に基づいて前記物体の位置を制御する位置制御装置と、
   前記物体にエネルギビームを照射して、前記物体に所定のパターンを形成するパターン形成装置と、
   を有する露光装置。
10. 物体に設けられた格子マークの位置情報を計測する計測方法であって、
    第１の方向に前記物体を移動させることと、
    前記第１の方向に移動する前記物体の前記格子マークに対して計測光を対物レンズを介して照射することと、
    前記計測光に基づく前記格子マークからの回折光を、前記対物レンズを介してビーム受光系で受光することと、を含み、
    前記照射することは、前記計測光を前記第１の方向に動かしつつ、前記第１の方向に移動する前記格子マークに前記計測光を照射することを含む、計測方法。
11. 前記第１の方向に動かされる前記計測光は、前記対物レンズの中央部を透過して前記格子マークに照射される請求項１０に記載の計測方法。
12. 前記対物レンズの前記中央部を透過した前記計測光は、前記第１の方向に交差する第２の方向から前記格子マークに照射される請求項１１に記載の計測方法。
13. 前記計測光に基づく前記格子マークからの前記回折光は、前記対物レンズの周辺部によって前記ビーム受光系に向けて曲げられる請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の計測方法。
14. 前記第１の方向に走査される前記計測光は、前記対物レンズの一方側から前記対物レンズに入射して他方側に向けて透過し、前記格子マークからの前記回折光は前記対物レンズの他方側から前記対物レンズに入射する請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の計測方法。
15. さらに、前記計測光の移動速度を制御すること、を含む請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の計測方法。
16. さらに、前記物体の移動速度を制御すること、を含む請求項１５に記載の計測方法。
17. さらに、前記ビーム受光系により受光される前記回折光に基づいて前記格子マークの位置情報を求めること、を含む請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の計測方法。

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