JP2023104683A - 検出装置、検出方法、露光装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに異なるマークを検出する複数の検出系を用いて、オーバーレイ精度の向上、且つ、高いスループットを達成するのに有利な技術を提供する。【解決手段】物体に設けられた複数のマークを検出する検出装置であって、前記物体を保持して回転可能なステージと、前記ステージに保持された前記物体に設けられた前記複数のマークのうち、互いに異なるマークを検出するように互いに離れて配置された複数の検出系と、前記ステージが第１回転角度で配置された第１状態において、前記複数のマークを前記複数の検出系のうちの１つ以上の検出系で検出して第１検出値を得る第１処理と、前記ステージが前記第１回転角度とは異なる第２回転角度で配置された第２状態において、前記複数のマークを前記複数の検出系のうちの２つ以上の検出系で検出して第２検出値を得る第２処理と、を行い、前記複数のマークのそれぞれについて、前記第１検出値と前記第２検出値との差分を求める処理部と、を有することを特徴とする検出装置を提供する。【選択図】図１１

Description

本発明は、検出装置、検出方法、露光装置及び物品の製造方法に関する。

近年、半導体素子などの製造に用いられる露光装置においては、更なる微細化とともに、原版と基板との重ね合わせ精度（オーバーレイ精度）の高精度化が求められている。オーバーレイ精度には、通常、解像度の１／５程度が必要とされているため、半導体素子の微細化が進むにつれて、オーバーレイ精度の向上がますます重要となる。

オーバーレイ精度を向上させるために、例えば、位置検出系が検出する基板上のマーク（アライメントマーク）の数を増加させる手法があるが、かかる手法では、マークの検出に要する時間（検出時間）が増加し、装置のスループットが低下してしまう。そこで、検出対象のマークの数の増加と検出時間の短縮とを両立させるために、複数の位置検出系を用いて、基板上の複数のマークを検出する技術が提案されている。なお、複数の位置検出系を用いながら高精度なマークの検出を実現するためには、各位置検出系の調整誤差を小さくする必要があり、基準となるマーク（基準マーク）を用いて各位置検出系のオフセットを算出する手法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０２１－９２３０号公報

しかしながら、基準マークに対して、複数の位置検出系のそれぞれのオフセットを求めたとしても、ステージに対する基板の置き誤差によって各位置検出系に対するステージの回転量が異なるため、その影響でマークの検出精度が低下する可能性がある。これは、１つの位置検出系（単眼）で基板上のマークを検出する際のステージの姿勢と、複数の位置検出系（複眼）で基板上のマークを検出する際のステージの姿勢とが異なることで生じる誤差に起因する。また、同じ複眼を用いる場合でも、ステージに対する基板の置き誤差によってステージの回転量が異なるため、その影響でマークの検出精度が低下することになる。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、互いに異なるマークを検出する複数の検出系を用いて、オーバーレイ精度の向上、且つ、高いスループットを達成するのに有利な技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての検出装置は、物体に設けられた複数のマークを検出する検出装置であって、前記物体を保持して回転可能なステージと、前記ステージに保持された前記物体に設けられた前記複数のマークのうち、互いに異なるマークを検出するように互いに離れて配置された複数の検出系と、前記ステージが第１回転角度で配置された第１状態において、前記複数のマークを前記複数の検出系のうちの１つ以上の検出系で検出して第１検出値を得る第１処理と、前記ステージが前記第１回転角度とは異なる第２回転角度で配置された第２状態において、前記複数のマークを前記複数の検出系のうちの２つ以上の検出系で検出して第２検出値を得る第２処理と、を行い、前記複数のマークのそれぞれについて、前記第１検出値と前記第２検出値との差分を求める処理部と、を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、互いに異なるマークを検出する複数の検出系を用いて、オーバーレイ精度の向上、且つ、高いスループットを達成するのに有利な技術を提供することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 ステージ基準プレートの詳細な構成を示す図である。 位置検出系の具体的な構成を示す概略図である。 基板アライメント検出系の構成を示す図である。 １つの位置検出系によるアライメントマークの検出を説明するための図である。 １つの位置検出系によるアライメントマークの検出を説明するための図である。 １つの位置検出系によるアライメントマークの検出を説明するための図である。 １つの位置検出系によるアライメントマークの検出を説明するための図である。 ２つの位置検出系によるアライメントマークの同時検出を説明するための図である。 ２つの位置検出系によるアライメントマークの同時検出を説明するための図である。 ２つの位置検出系によるアライメントマークの同時検出を説明するための図である。 ２つの位置検出系によるアライメントマークの同時検出を説明するための図である。 ２つの位置検出系によるアライメントマークの同時検出を説明するための図である。 本実実施形態における２つの位置検出系によるアライメントマーク１９の同時検出を説明するためのフローチャートである。 θＺ係数を詳細に説明するための図である。 θＺ係数を詳細に説明するための図である。 ベースプレートに対する位置検出系の取り付け誤差の一例を示す図である。 基板に設けられたアライメントマークの一例を示す図である。 ２つの位置検出系によるアライメントマークの同時検出を説明するための図である。 ２つの位置検出系によるアライメントマークの同時検出を説明するための図である。 ２つの位置検出系によるアライメントマークの同時検出を説明するための図である。 ２つの位置検出系によるアライメントマークの同時検出を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。更に、添付図面においては、同一もしくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、原版を介して基板を露光し、かかる基板にパターンを形成するリソグラフィ装置である。露光装置１００は、原版１（レチクル又はマスク）を保持する原版ステージ２と、基板３を保持する基板ステージ４と、原版ステージ２に保持された原版１を照明する照明光学系５とを有する。また、露光装置１００は、原版１のパターン（の像）を基板ステージ４に保持された基板３に投影する投影光学系６と、露光装置１００の全体の動作を統括的に制御する制御部１７とを有する。

露光装置１００は、本実施形態では、原版１と基板３とを走査方向に互いに同期走査しながら（即ち、ステップ・アンド・スキャン方式で）、原版１のパターンを基板３に転写する走査型露光装置（スキャナー）である。但し、露光装置１００は、原版１を固定して（即ち、ステップ・アンド・リピート方式で）、原版１のパターンを基板３に転写する露光装置（ステッパー）であってもよい。

以下では、図１に示すように、投影光学系６の光軸と一致する方向（光軸方向）をＺ方向、Ｚ方向に垂直な平面内で原版１及び基板３の走査方向をＹ方向、Ｚ方向及びＹ方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ方向とする。また、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り及びＺ軸周りのそれぞれの方向を、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向とする。

照明光学系５は、原版１、具体的には、原版上の所定の照明領域を、均一な照度分布の光（露光光）で照明する。露光光としては、例えば、超高圧水銀ランプのｇ線やｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ_２レーザなどが用いられる。また、より微細な半導体素子を製造するために、数ｎｍ～数百ｎｍの極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ光）を露光光として用いてもよい。

原版ステージ２は、原版１を保持し、投影光学系６の光軸に垂直な平面内、即ち、ＸＹ平面内で２次元移動可能に、且つ、θＺ方向に回転可能に構成されている。原版ステージ２は、リニアモータなどの駆動機構（不図示）によって駆動される。

原版ステージ２には、ミラー７が設けられている。また、ミラー７に対向する位置には、レーザ干渉計９が設けられている。原版ステージ２（に保持された原版１）の２次元方向の位置及び回転角はレーザ干渉計９によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１７に出力される。制御部１７は、レーザ干渉計９の計測結果に基づいて駆動機構を制御し、原版ステージ２に保持された原版１を位置決めする。

投影光学系６は、複数の光学素子を含み、原版１のパターンを所定の投影倍率βで基板３に投影する。投影光学系６は、本実施形態では、例えば、１／４又は１／５の投影倍率βを有する縮小光学系である。

基板ステージ４は、チャックを介して基板３を保持するＺステージと、Ｚステージを支持するＸＹステージと、ＸＹステージを支持するベースとを含む。基板ステージ４は、リニアモータなどを含む駆動機構１８によって駆動される。

基板ステージ４には、ミラー８が設けられている。
また、ミラー８に対向する位置には、基板ステージ４の位置を計測するためのレーザ干渉計１０及び１２が設けられている。基板ステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθＺ方向の位置はレーザ干渉計１０によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１７に出力される。また、基板ステージ４のＺ方向の位置、θＸ方向及びθＹ方向の位置はレーザ干渉計１２によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１７に出力される。制御部１７は、レーザ干渉計１０及び１２の計測結果に基づいて、駆動機構１８を制御することで、基板ステージ４に保持された基板３を位置決めする。

基板ステージ４には、基板ステージ４に保持された基板３の表面とほぼ同じ高さとなるように、ステージ基準プレート１１が設けられている。図２は、基板ステージ４に設けられたステージ基準プレート１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）の詳細な構成を示す図である。ステージ基準プレート１１は、基板ステージ４の１つのコーナーに設けられていてもよいし、基板ステージ４の複数のコーナーに設けられていてもよい。また、ステージ基準プレート１１は、基板ステージ４の辺に沿って設けられていてもよい。本実施形態では、図２に示すように、基板ステージ４に対して、３つのステージ基準プレート１１ａ、１１ｂ及び１１ｃが設けられている。

ステージ基準プレート１１には、図２に示すように、位置検出系４２が検出する位置検出系用の基準マーク３９と、原版アライメント検出系１３又は１４が検出する基準マーク３８が設けられている。ステージ基準プレート１１には、複数の基準マーク３８や複数の基準マーク３９が設けられていてもよい。また、基準マーク３８と基準マーク３９との位置関係（Ｘ方向及びＹ方向）は、所定の位置関係に設定されている（即ち、既知である）。なお、基準マーク３８と基準マーク３９とは、共通のマークであってもよい。

原版アライメント検出系１３は、原版ステージ２の近傍に設けられている。原版アライメント検出系１３は、原版ステージ２に保持された原版１に設けられた原版基準マーク（不図示）と、投影光学系６を介して基板ステージ上のステージ基準プレート１１に設けられた基準マーク３８とを検出する。原版アライメント検出系１３は、基板３を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、原版１に設けられた原版基準マークと、投影光学系６を介して基準マーク３８とを検出する。具体的には、原版アライメント検出系１３は、原版基準マーク及び基準マーク３８（反射型マーク）からの反射光を撮像素子（例えば、ＣＣＤカメラなどの光電変換素子）で検出する。かかる撮像素子からの検出信号に基づいて、原版１と基板３との位置合わせ（アライメント）が行われる。この際、原版１に設けられた原版基準マークとステージ基準プレート１１に設けられた基準マーク３８との位置及びフォーカスを合わせることで、原版１と基板３との相対的な位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。

原版アライメント検出系１４は、基板ステージ４に設けられている。原版アライメント検出系１４は、透過型検出系であって、基準マーク３８が透過型マークである場合に用いられる。原版アライメント検出系１４は、基板３を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、原版１に設けられた原版基準マークと、ステージ基準プレート１１に設けられた基準マーク３８とを検出する。具体的には、原版アライメント検出系１４は、原版基準マーク及び基準マーク３８を通過した透過光を光量センサで検出する。この際、基板ステージ４をＸ方向（又はＹ方向）及びＺ方向に移動させながら、原版アライメント検出系１４は、透過光の光量を検出する。これにより、原版１に設けられた原版基準マークとステージ基準プレート１１に設けられた基準マーク３８との位置及びフォーカスを合わせることができる。

このように、原版アライメント検出系１３、或いは、原版アライメント検出系１４のどちらの検出系を用いても、原版１と基板３との相対的な位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。

フォーカス検出系１５は、基板３の表面に光を斜入射で投光する投光系と、基板３の表面で反射した光を受光する受光系とを含む。フォーカス検出系１５は、基板３のＺ方向（高さ方向）の位置を検出し、かかる検出結果を制御部１７に出力する。制御部１７は、フォーカス検出系１５の検出結果に基づいて、駆動機構１８を制御することで、基板ステージ４に保持された基板３のＺ方向の位置及び傾斜角を調整する。

基板アライメント検出系１６は、後述するように、照明系と受光系とをそれぞれが含む複数の位置検出系４２で構成されている。照明系は、基板３に設けられたアライメントマーク１９やステージ基準プレート１１に設けられた基準マーク３９を光で照明する。受光系は、基板３に設けられたアライメントマーク１９やステージ基準プレート１１に設けられた基準マーク３９からの光（反射光）を受光する。基板アライメント検出系１６は、アライメントマーク１９や基準マーク３９を検出し、その結果を制御部１７に出力する。制御部１７は、基板アライメント検出系１６の検出結果に基づいて、基板ステージ４を駆動する駆動機構１８を制御し、基板ステージ４に保持された基板３のＸ方向及びＹ方向の位置を調整する。

基板アライメント検出系の構成は、一般的には、オフアクシスアライメント（ＯＡ）検出系と、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｌｅｎｓ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）検出系との２つに大別される。ＯＡ検出系は、投影光学系を介さずに、基板に設けられたアライメントマークを光学的に検出する。ＴＴＬ検出系は、投影光学系を介して、露光光の波長とは異なる波長の光（非露光光）を用いて基板に設けられたアライメントマークを検出する。基板アライメント検出系１６は、本実施形態では、ＯＡ検出系であるが、アライメントの検出方式を限定するものではない。例えば、基板アライメント検出系１６がＴＴＬ検出系である場合には、投影光学系６を介して、基板３に設けられたアライメントマーク１９を検出するが、基本的な構成は、ＯＡ検出系と同様である。

図３は、基板アライメント検出系１６、詳細には、基板アライメント検出系１６を構成する１つの位置検出系４２の具体的な構成を示す概略図である。位置検出系４２は、光源２０と、第１コンデンサ光学系２１と、波長フィルタ板２２と、第２コンデンサ光学系２３と、開口絞り板２４と、第１照明系２５と、第２照明系２６と、偏光ビームスプリッタ２７と、ＮＡ絞り２８と、を含む。また、位置検出系４２は、ＡＦプリズム２９と、λ／４板３０と、対物レンズ３１と、リレーレンズ３２と、第１結像系３３と、開口絞り３４と、第２結像系３５と、波長シフト差調整用光学部材３６と、光電変換素子３７と、を含む。

光源２０は、本実施形態では、可視光（例えば、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光）、青波長の光（例えば、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長の光（青波長光））及び赤外光（例えば、７００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長の光）を射出する。光源２０からの光は、第１コンデンサ光学系２１、波長フィルタ板２２及び第２コンデンサ光学系２３を通過して、位置検出系４２の瞳面（物体面に対する光学的なフーリエ変換面）に位置する開口絞り板２４に到達する。

波長フィルタ板２２には、光を通過させる波長帯が互いに異なる複数の波長フィルタが配置され、制御部１７の制御下において、複数の波長フィルタから１つの波長フィルタが選択されて位置検出系４２の光路に配置される。本実施形態では、波長フィルタ板２２には、赤外光を通過させる波長フィルタと、可視光を通過させる波長フィルタと、青波長光を通過させる波長フィルタとが配置されている。波長フィルタ板２２において、これらの波長フィルタを切り替えることによって、基板３に設けられたアライメントマーク１９を照明する光の波長帯を選択することができる。また、波長フィルタ板２２は、予め設けられた複数の波長フィルタの他に、新たな波長フィルタを追加することが可能な構成を有していてもよい。

開口絞り板２４には、照明σが互いに異なる複数の開口絞りが配置され、制御部１７の制御下において、位置検出系４２の光路に配置する開口絞りを切り替えることで、アライメントマーク１９を照明する光の照明σを変更することができる。また、開口絞り板２４は、予め設けられた複数の開口絞りの他に、新たな開口絞りを追加することが可能な構成を有していてもよい。

開口絞り板２４に到達した光は、第１照明系２５及び第２照明系２６を介して、偏光ビームスプリッタ２７に導かれる。偏光ビームスプリッタ２７に導かれた光のうち紙面に垂直なＳ偏光は、偏光ビームスプリッタ２７で反射され、ＮＡ絞り２８、ＡＦプリズム２９及びλ／４板３０を通過して円偏光に変換される。λ／４板３０を通過した光（照明光）は、対物レンズ３１を介して、基板３に設けられたアライメントマーク１９を照明する。ＮＡ絞り２８は、制御部１７の制御下において、絞り量を変えることでＮＡを変更することができる。

アライメントマーク１９からの反射光、回折光及び散乱光（検出光）は、対物レンズ３１及びλ／４板３０を通過して紙面に平行なＰ偏光に変換され、ＡＦプリズム２９及びＮＡ絞り２８を介して、偏光ビームスプリッタ２７を透過する。偏光ビームスプリッタ２７を透過した光は、リレーレンズ３２、第１結像系３３、開口絞り３４、第２結像系３５及び波長シフト差調整用光学部材３６を介して、光電変換素子３７（例えば、ＣＣＤイメージセンサなどの撮像素子）に到達する。光電変換素子３７は、アライメントマーク１９からの光を検出するが、かかる光の強度がある一定の閾値を超えるまで、蓄積時間を延ばすことが可能である。光電変換素子３７の蓄積時間は、制御部１７によって制御される。

露光装置１００において、基板アライメント検出系１６は、上述したように、図３に示す構成を、それぞれが有する複数の位置検出系４２で構成されている。換言すれば、基板アライメント検出系１６は、複数の位置検出系４２からなる位置検出系群を構成する。本実施形態では、基板アライメント検出系１６は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、互いに異なるアライメントマークを検出するように互いに離れて配置された３つの位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃを含む。位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃは、それぞれ、駆動部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃを介して、ベースプレート４０に保持されている。駆動部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃは、それぞれ、位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃを駆動して、ベースプレート４０に対する位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃの位置を変更する。換言すれば、駆動部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃは、ベースプレート４０における位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃの相対的な位置関係を変更する。

基板アライメント検出系１６は、複数の位置検出系４２で構成されているため、基板３に設けられた複数のアライメントマーク１９を同時に検出することが可能である。アライメントマーク１９は、通常、基板上のショット領域の配列（ショットレイアウト）に応じた繰り返し周期で基板３に設けられている。基板３に設けられたアライメントマーク１９の配列に関する情報は、露光装置１００が備える記憶部、例えば、制御部１７のメモリなどに格納（記憶）されている。

ここで、例えば、図４（ａ）を参照するに、制御部１７の制御下において、アライメントマーク１９の配列に関する情報、具体的には、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂの間隔情報に基づいて、駆動部４１ｃを介して、位置検出系４２ｃをＸ方向に駆動する。そして、図４（ｂ）に示すように、位置検出系４２ａの下にアライメントマーク１９ａを配置させ、位置検出系４２ｃの下にアライメントマーク１９ｂを配置させることで、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂを同時に検出することが可能となる。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）では、２つのアライメントマーク１９ａ及び１９ｂが基板３に設けられているが、更に多くのアライメントマーク１９が基板３に設けられていてもよい。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、基板３には、複数のアライメントマーク１９が設けられている。基板アライメント検出系１６は、複数のアライメントマーク１９を位置検出系４２のそれぞれで検出することで、基板３の倍率、シフト及び回転などの各成分を求めることができる。特に、近年では、高精度なアライメントを実現して、オーバーレイ精度を向上させるために、数多くのアライメントマーク１９を検出することが要求されている。

図５、図６、図７及び図８を参照して、１つの位置検出系４２（単眼）による基板上のアライメントマーク１９の検出について説明する。

図５及び図６は、基板ステージ４に対して基板３が置き誤差なく載置された状態（基板３が回転しないで置かれた状態）において、位置検出系４２ａがアライメントマーク１９ａ及び１９ｂを検出するシーケンスを示している。図５及び図６では、説明を簡易にするために、基板３に設けられているアライメントマーク１９の数を２つとしているが、３つ以上のアライメントマーク１９が基板３に設けられていてもよい。まず、図５に示すように、位置検出系４２ａの下に基板上の左側のアライメントマーク１９ａが位置するように基板ステージ４を駆動させ、位置検出系４２ａでアライメントマーク１９ａを検出する。次に、図６に示すように、位置検出系４２ａの下に基板上の右側のアライメントマーク１９ｂが位置するように基板ステージ４を矢印４３の方向（Ｘ方向）に駆動させ、位置検出系４２ａでアライメントマーク１９ｂを検出する。

図７及び図８は、基板ステージ４に対して基板３が置き誤差を有して載置された状態（基板３が回転して置かれた状態）において、位置検出系４２ａがアライメントマーク１９ａ及び１９ｂを検出するシーケンスを示している。まず、図７に示すように、位置検出系４２ａの下に基板上の左側のアライメントマーク１９ａが位置するように基板ステージ４を駆動し、位置検出系４２ａでアライメントマーク１９ａを検出する。次に、図８に示すように、位置検出系４２ａの下に基板上の右側のアライメントマーク１９ｂが位置するように基板ステージ４を矢印４３の方向（Ｘ方向）及び矢印４４の方向（Ｙ方向）に駆動し、位置検出系４２ａでアライメントマーク１９ｂを検出する。

図５乃至図８を参照するに、１つの位置検出系４２ａによる検出では、基板３が置き誤差を有しているか否かに関わらず、基板ステージ４のＸ方向及びＹ方向への駆動のみで、位置検出系４２ａの下にアライメントマーク１９ａ及び１９ｂを位置させることができる。従って、図５と図６とでは、或いは、図７と図８とでは、位置検出系４２ａに対する基板ステージ４が配置される回転角度が同じであるため、基板ステージ４のθＺ制御（回転駆動）に起因する誤差は生じないことがわかる。このように、単眼で複数のアライメントマークを検出する際には、基板ステージ４が同じ回転角度で配置された状態となるため、基板ステージ４のθＺ制御に起因する誤差を生じさせずに、アライメントマークを検出することができるというメリットがある。一方、各アライメントマークを検出する際に、基板ステージ４の駆動が必要となるため、アライメントマークの検出に時間を要し、スループットが低下するというデメリットもある。

以下では、２つの位置検出系４２（複眼（２眼））による基板上のアライメントマーク１９の同時検出について説明する。

図９は、基板ステージ４に対して基板３が置き誤差なく載置された状態（基板３が回転しないで置かれた状態）において、位置検出系４２ａ及び４２ｃが、それぞれ、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂを検出するシーケンスを示している。まず、位置検出系４２ａの下に基板上の左側のアライメントマーク１９ａが位置するように基板ステージ４を駆動する。次いで、位置検出系４２ｃの下に基板上の右側のアライメントマーク１９ｂが位置するように（アライメントマーク１９ｂの上に位置検出系４２ｃが位置するように）、駆動部４１ｃを介して、位置検出系４２ｃを駆動する。これにより、図９に示すように、位置検出系４２ａでアライメントマーク１９ａを、位置検出系４２ｃでアライメントマーク１９ｂを、同時に検出することが可能となる。従って、１つの位置検出系４２ａでアライメントマーク１９ａ及び１９ｂを検出する場合（図５及び図６）と比較して、基板ステージ４の矢印４３の方向への駆動が不要となるため、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂを短時間で検出することができる。なお、実際には、駆動部４１ｃによる位置検出系４２ｃの駆動は、基板３のショットレイアウトに応じて、位置検出系４２ａの下にアライメントマーク１９ａを位置させるための基板ステージ４の駆動を実施する前に実施される。換言すれば、アライメントマーク１９ａとアライメントマーク１９ｂとの間隔に基づいて、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｃとの間隔が予め調整されている。

図９では、基板ステージ４に対して基板３が置き誤差なく載置された理想的な状態を想定している。但し、実際には、図１０及び図１１に示すように、基板ステージ４に対して基板３が置き誤差を有して載置された状態（基板３が回転して置かれた状態）となることが多々ある。このため、容易には、複眼（例えば、位置検出系４２ａ及び４２ｃ）で各アライメントマーク（例えば、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂ）を同時に検出することができない。

図１０は、基板ステージ４に対して基板３が置き誤差を有して載置された状態（基板３が回転して置かれた状態）において、位置検出系４２ａ及び４２ｃが、それぞれ、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂを検出するシーケンスを示している。図１０では、アライメントマーク１９ａとアライメントマーク１９ｂとの間隔（設計値）と、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｃとの間隔とが一致するように、駆動部４１ｃを介して、位置検出系４２ｃが予め駆動されている。

まず、図１０に示すように、位置検出系４２ａの下に基板上の左側のアライメントマーク１９ａが位置するように基板ステージ４を駆動する。この際、基板ステージ４に対して基板３が回転しているため、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂの間隔に応じて位置検出系４２ｃを駆動するだけでは、位置検出系４２ｃの下に基板上の右側のアライメントマーク１９ｂを位置させることができない。従って、位置検出系４２ａでアライメントマーク１９ａを、位置検出系４２ｃでアライメントマーク１９ｂを、同時に検出することは不可能である。

そこで、図１１に示すように、図１０に示す状態から、基板ステージ４を矢印４５の方向（θＺ方向）に回転させる。これにより、位置検出系４２ａの下にアライメントマーク１９ａが位置した状態を維持しながら、位置検出系４２ｃの下にアライメントマーク１９ｂを位置させることができる。このように、位置検出系４２ａ及び４２ｃの下に、それぞれ、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂが位置する状態とすることで、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂを同時に検出することが可能となる。

上述したように、基板ステージ４に対して基板３が回転して置かれた際には、一般的には、基板ステージ４をθＺ方向に回転させて、位置検出系４２ａ及び４２ｃのそれぞれでアライメントマーク１９ａ及び１９ｂを同時に検出している。但し、基板ステージ４をθＺ方向に回転させた場合（図１１）と、基板ステージ４をθＺ方向に回転させていない場合（図５乃至図９）とでは、アライメントマーク１９の検出結果が完全に一致しないという問題が生じてしまう。

基板ステージ４の位置は、上述したように、レーザ干渉計１０及び１１の計測結果に基づいて制御される。ここで、基板ステージ４のＸ方向及びＹ方向への駆動補正（図５乃至図９）に対して、基板ステージ４のθＺ方向への駆動補正（図１１）は難しく、同じ精度で補正することができない。これは、基板ステージ上のミラー８に対してレーザ干渉計１０から光を照射し、ミラー８からの戻り光を検出することで、基板ステージ４の位置を制御しているが、Ｘ方向及びＹ方向の補正に対して、θＺ方向の補正は、誤差が増えてしまうからである。

具体的には、図５乃至図９に示すように、基板ステージ４のＸ方向及びＹ方向への駆動補正のみであれば、基板ステージ４の位置によらず、レーザ干渉計１０に対して、ミラー８からの戻り光が同じ位置に戻ってくるように、基板ステージ４を制御すればよい。この際に考えられる誤差としては、基板ステージ上のミラー８の形状やミラー８からレーザ干渉計１０までの空気揺らぎなどが挙げられる。

一方、図１１に示すように、基板ステージ４をθＺ方向に回転駆動させると、基板ステージ４上のミラー８に対してレーザ干渉計１０からの光が垂直に照射されないため、ミラー８からレーザ干渉計１０に戻る光は大きくシフトする（ずれる）ことになる。基板ステージ４のθＺ方向への回転をレーザ干渉計１０で正確に計測して、基板ステージ４の位置を補正できればよいが、実際には、計測誤差やＸ方向のチルトの影響などによって、基板ステージ４の位置を正確に補正できずに、アッベ誤差が生じる。

このように、基板ステージ４のＸ方向及びＹ方向への駆動補正（図５乃至図９）に対して、基板ステージ４のθＺ方向への駆動補正（図１１）では、アッベ誤差が生じるため、Ｘ方向及びＹ方向への駆動補正と同じ精度で補正することは不可能である。また、基板ステージ４の座標（位置）に依存するアッベ誤差があることもわかっており、基板３のショット領域に応じて、アッベ誤差が変動するという問題もある。

更に、基板ステージ４に対する基板３の載置（配置）状態は、例えば、図１０に示すように、位置検出系４２ａの下にアライメントマーク１９ａを位置させたとしても、１枚目の基板３と、２枚目以降の基板３とで異なることがある。２枚目以降の基板３を基板ステージ４に載置させた状態の一例を図１２に示す。図１２を参照するに、位置検出系４２ａの下にアライメントマーク１９ａを位置させると、図１０に示す状態（載置状態）とは異なる傾向の回転（傾き）で基板３が載置されていることがわかる。基板ステージ４に対して基板３が図１２に示す状態で載置された場合、位置検出系４２ａ及び４２ｃのそれぞれがアライメントマーク１９ａ及び１９ｂを同時に検出するためには、図１１に示す状態とは異なる角度で基板ステージ４を回転させる必要がある。

例えば、図１２に示すように、位置検出系４２ａの下に基板上の左側のアライメントマーク１９ａが位置するように基板ステージ４を駆動する。なお、位置検出系４２ｃは、アライメントマーク１９ａとアライメントマーク１９ｂとの間隔（設計値）と、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｃとの間隔とが一致するように、駆動部４１ｃを介して予め駆動されているものとする。この場合、基板ステージ４に対して基板３が回転しているため、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂの間隔に応じて位置検出系４２ｃを駆動するだけでは、位置検出系４２ｃの下に基板上の右側のアライメントマーク１９ｂを位置させることができない。そこで、基板ステージ４に対して基板３が図１２に示す状態で載置された場合には、図１３に示すように、基板ステージ４を矢印４６の方向（θＺ方向）に回転させる。このように、位置検出系４２ａ及び４２ｃの下に、それぞれ、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂが位置する状態とすることで、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂを同時に検出することが可能となる。

図１１及び図１３を参照するに、位置検出系４２ａ及び４２ｃのそれぞれでアライメントマーク１９ａ及び１９ｃを同時に検出するためには、基板ステージ４に対する基板３の載置状態に応じて、基板ステージ４の回転方向や回転量が異なることがわかる。基板ステージ４の回転方向や回転量が異なれば、レーザ干渉計１０及び１２による基板ステージ４の駆動補正の誤差の影響も受けるため、２つの位置検出系４２（複眼（２眼））による基板上のアライメントマーク１９の同時検出における誤差要因となる。

そこで、本実施形態では、基板ステージ４に対する基板３の置き誤差（シフトやθＺ）に関わらず、複数の位置検出系４２による基板上のアライメントマーク１９の同時検出を常に高精度に行うための技術を提供する。これにより、複数の位置検出系４２を用いながらも、基板ステージ４に対する基板３の置き誤差の影響を受けずに、オーバーレイ精度の向上、且つ、高いスループットを達成することが可能となる。

図１４を参照して、本実実施形態における２つの位置検出系４２によるアライメントマーク１９の同時検出（検出方法）について説明する。２つの位置検出系４２によるアライメントマーク１９の同時検出は、制御部１７が位置検出系４２（基板アライメント検出系１６）や基板ステージ４を統括的に制御することで行われる。従って、基板ステージ４、位置検出系４２及び制御部１７は、基板３に設けられたアライメントマーク１９を検出する検出装置として機能する。

Ｓ４７では、１枚目の基板３に設けられた複数のアライメントマーク１９を複数の位置検出系４２のうちの１つの位置検出系４２（単眼）で検出し、各アライメントマーク１９の検出値を得る処理（１枚目の基板に対する単眼アライメント）を行う。具体的には、図７及び図８に示すように、基板ステージ４に対して基板３が回転して置かれている際には、基板ステージ４をＸ方向及びＹ方向に駆動しながら、１つの位置検出系４２ａでアライメントマーク１９ａ及び１９ｂを検出する。ここでは、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂのうちの一方のアライメントマーク（例えば、アライメントマーク１９ａ）に対する検出値を検出値４９とする。

このように、Ｓ４７は、基板ステージ４が第１回転角度で配置された第１状態において、複数のアライメントマーク１９を複数の位置検出系４２のうちの１つ以上の検出系４２で検出して第１検出値を得る第１処理に相当する。ここで、第１状態では、基板ステージ４の基板３を保持する保持面に平行な面内（ＸＹ面内）で基板ステージ４が、所定の基準回転角度（例えば、θＺ方向においてＸ方向又はＹ方向に対して０度）である第１回転角度で配置された状態である。また、第１状態では、基板ステージ４上のミラー８に対してレーザ干渉計１０からの光が垂直に照射されるように基板ステージ４が配置されるとよい。

Ｓ４８では、１枚目の基板３に設けられた複数のアライメントマーク１９を複数の位置検出系４２のうちの２つの位置検出系４２（複眼）で検出し、各アライメントマーク１９の検出値を得る処理（１枚目の基板に対する複眼アライメント）を行う。具体的には、図１１に示すように、基板ステージ４に対して基板３が回転して置かれている際には、基板ステージ４をθＺ方向に回転させて、２つの位置検出系４２ａ及び４２ｃのそれぞれでアライメントマーク１９ａ及び１９ｂを同時検出する。ここでは、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂのうちの一方のアライメントマーク（例えば、アライメントマーク１９ａ）に対する検出値を検出値５０とする。また、基板ステージ４の回転角度をθ４５とする。

このように、Ｓ４８は、基板ステージ４が第１回転角度とは異なる第２回転角度で配置された第２状態において、複数のアライメントマーク１９を複数の位置検出系４２のうちの２つ以上の位置検出系４２で検出して第２検出値を得る第２処理に相当する。ここで、第２状態は、基板ステージ４の基板３を保持する保持面に平行な面内（ＸＹ面内）で基板ステージ４が第２回転角度で配置された状態である。また、第２状態では、複数の位置検出系４２のうちの２つ以上の位置検出系４２が、基板ステージ４に保持された基板３（第１物体）に設けられた複数のアライメントマーク１９を検出できるように基板ステージ４が配置される。また、第２状態では、基板ステージ４の回転方向及び回転量の少なくとも一方が、第１状態とは異なる。

Ｓ４７とＳ４８とでは、基板ステージ４に対して基板３が同じ状態で保持（載置）されているため、各アライメントマーク１９に対する検出値は、理想的には、同一の値となる。但し、実際には、基板ステージ４のθＺ方向への駆動補正の誤差の影響があるため、Ｓ４７とＳ４８とで、各アライメントマークに対する検出値が同一の値とはならない。ここで、制御部１７は、Ｓ４７で得られた検出値４９とＳ４８で得られた検出値５０との差分を検出値Δ５１として求める。このように、制御部１７は、第１検出値（検出値４９）と第２検出値（検出値５０）との差分を求める処理部として機能する。

Ｓ５２では、２枚目の基板３に設けられた複数のアライメントマーク１９を複数の位置検出系４２のうちの２つの位置検出系４２（複眼）で検出し、各アライメントマーク１９の検出値を得る処理（２枚目の基板に対する複眼アライメント）を行う。具体的には、図１３に示すように、基板ステージ４に対して基板３が回転して置かれている際には、基板ステージ４をθＺ方向に回転させて、２つの位置検出系４２ａ及び４２ｃのそれぞれでアライメントマーク１９ａ及び１９ｂを同時検出する。ここでは、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂのうちの一方のアライメントマーク（例えば、アライメントマーク１９ａ）に対する検出値を検出値５３とする。また、基板ステージ４の回転角度をθ４６とする。

なお、Ｓ４８とＳ５２とでは、基本的には、基板ステージ４に対して基板３が異なる状態（回転）で保持（載置）されることになるため、アライメントマーク１９ａ及び１９ｂの同時検出に必要となる基板ステージ４のθＺ方向の回転は異なる。換言すれば、Ｓ４８とＳ５２とでは、基板ステージ４の回転方向及び回転量の少なくとも一方が異なっている。ここで、Ｓ４８における基板ステージ４の回転角度θ４５とＳ５２における基板ステージ４の回転角度θ４６との回転差をθＺ差分Δ５４とする。

Ｓ８０では、Ｓ５２で得られた各アライメントマーク１９の検出値を補正して補正値ＴＶ５３を求める。Ｓ５２で得られたアライメントマーク１９ａに対する検出値５３には、Ｓ４７で得られたアライメントマーク１９ａに対して、基板ステージ４のθＺ方向への駆動補正の誤差の影響が含まれている。従って、Ｓ５２で得られたアライメントマーク１９ａに対する検出値５３から基板ステージ４のθＺ方向への駆動補正の誤差の影響を取り除いて（即ち、検出値５３を補正して）、補正値ＴＶ５３を求める必要がある。具体的には、検出値５３から、検出値Δ５１と、θＺ差分Δ５４とθＺ係数との積とを減算する（「検出値５３－検出値Δ５１－θＺ差分Δ５４×θＺ係数」）ことによって、補正値ＴＶ５３を求める。なお、θＺ係数は、基板ステージ４が配置される回転角度によって発生する誤差量、即ち、基板ステージ４が配置される回転角度とアライメントマーク１９の検出値に含まれる誤差量との関係を示す係数である。

このように、Ｓ８０は、２枚目以降の基板３に対して、基板ステージ４が第３回転角度で配置された第３状態において、複数のアライメントマーク１９を複数の位置検出系４２のうちの２つ以上の位置検出系４２で検出して第３検出値を得る第３処理に相当する。ここで、第３回転角度は、第２回転角度と異なる。また、第３状態は、基板ステージ４の基板３を保持する保持面に平行な面内（ＸＹ面内）で基板ステージ４が第３回転角度で配置された状態である。また、ここでは、第１処理（Ｓ４７）及び第２処理（Ｓ４７）を経ているため、第１検出値（検出値４９）と第２検出値（検出値５０）との差分が求められている。従って、１枚目の基板３（第１物体）の後に処理される２枚目以降の基板３（第２物体）に関しては、第１処理及び第２処理を行う必要はない。また、第３状態では、基板ステージ４の回転方向及び回転量の少なくとも一方が、第２状態とは異なる。また、第３状態では、複数の位置検出系４２のうちの２つ以上の位置検出系４２が、基板ステージ４に保持された２枚目以降の基板３（第２物体）に設けられた複数のアライメントマーク１９を検出できるように基板ステージ４が配置される。

図１５及び図１６を参照して、θＺ係数について詳細に説明する。まず、図１５に示すように、基板ステージ４がθＺ方向において所定の基準回転角度で配置された状態において、基板ステージ４に設けられたステージ基準プレート１１の基準マークＭＫを位置検出系４２ａ及び４２ｃのそれぞれで同時検出する。ここでは、１つの基準マークＭＫに対する検出値を検出値５６として、例えば、制御部１７の記憶部などに記憶する。次に、図１６に示すように、基板ステージ４がθＺ方向に基準角度とは異なる回転角度θ５８で配置された状態において、基板ステージ４に設けられたステージ基準プレート１１の基準マークＭＫを位置検出系４２ａ及び４２ｃのそれぞれで同時検出する。ここでは、図１５と同一の基準マークＭＫに対する検出値を検出値５７として、例えば、制御部１７の記憶部などに記憶する。

基板ステージ４をθＺ方向に回転角度θ５８で回転させたことに起因する検出値の差分は、検出値５７－検出値５６で表される。従って、基板ステージ４の回転状態によって発生する誤差量であるθＺ係数は、（検出値５７－検出値５６）／θ５８で求められる。このように、基板ステージ４の回転角度を変更しながら、基板ステージ４に設けられた基準マークＭＫを複数の位置検出系４２で検出して得られる検出値に基づいて、θＺ係数を予め取得する。

本実施形態では、説明を簡略化するために、図１５と図１６とで、同一の基準マークＭＫを検出することでθＺ係数を取得する例を示しているが、これに限定されるものではない。例えば、基板ステージ４をθＺ方向に大きく回転させ、異なる基準マークを検出することでθＺ係数を取得してもよい。ステージ基準プレート１１に設けられた基準マークの座標（位置）は既知である。従って、異なる基準マークを検出する場合には、検出値の差分から、それぞれの基準マークの座標の設計値の差を減算して、基板ステージ４の回転角度で割ることで、θＺ係数を取得することが可能である。基板ステージ４を大きく回転させて異なる基準マークを検出することで、検出再現性に対して検出値の差分が大きくなるため、より高い精度のθＺ係数を取得することが可能となる。

また、本実施形態では、説明を簡略化するために、基板ステージ４が異なる２つの回転角度で配置されるものとし、それぞれの回転角度で得られる検出値の差分から線形でθＺ係数を求めているが、これに限定されるものではない。例えば、基板ステージ４が配置される回転角度を３つ以上とし、基板ステージ４がそれぞれの回転角度で配置された状態で得られる検出値（の値）から近似式でθＺ係数を求めてもよい。

θＺ係数は、ステージ基準プレート１１（基準マーク）を用いて取得するため、基板３をアライメントや露光するよりも前の段階で一度取得すればよい。具体的には、装置の調整段階でθＺ係数を事前に取得すれば、装置の調整状態に変動がない限り、θＺ係数を改めて取得する必要はなく、継続して用いることが可能である。

また、本実施形態では、ステージ基準プレート１１に設けられた基準マークＭＫを検出して得られる検出値からθＺ係数を取得しているが、基板３に設けられたアライメントマーク１９を検出して得られる検出値からθＺ係数を取得してもよい。

本実施形態では、２つの位置検出系４２（複眼）によるアライメントマーク１９の同時検出について説明した。但し、実際には、図５乃至図９に示すように、基板ステージ４をθＺ方向に回転させずに、１つの位置検出系４２（単眼）でアライメントマーク１９を検出する場合もある。この際、アライメントマーク１９に対する検出値は、複眼や単眼に関わらず、同一の値であることが好ましい。複眼と単眼とで、アライメントマーク１９に対する検出値が異なる値になる場合、同一のショットレイアウトであっても、アライメントマーク１９の検出に用いる位置検出系４２の組み合わせによって、検出値の管理が必要となるため、管理が煩雑となる。本実施形態（図１４）では、複眼や単眼とで、アライメントマーク１９に対する検出値を一致させることができるため、基板ステージ４に対する基板３の置き誤差の影響を受けずに、アライメントマーク１９を検出することが可能である。従って、本実施形態によれば、アッベ誤差が抑制され、複眼や単眼に関わらず、アライメントマーク１９を高精度に検出することが可能となる。

ベースプレート４０に対して位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃを取り付ける際には、一般的に、取り付け誤差が生じる。このような取り付け誤差のうち、Ｘ方向に関する取り付け誤差は、駆動部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃによって、位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃをＸ方向に駆動して、それらの位置関係を調整することで低減することができる。一方、例えば、図１７に示すように、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｃとの間のＹ方向に関する取り付け誤差θ５９については、駆動部４１ａ及び４１ｃによる位置検出系４２ａ及び４２ｃの駆動では低減することができない。従って、理想的には、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｃとの間のＹ方向に関する取り付け誤差がないことが好ましい。但し、実際には、ショットレイアウトに応じて、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｃとの間隔の調整が必要となるため、位置検出系４２ａ及び４２ｃのＸ方向への駆動によって、Ｙ方向に関する取り付け誤差が変動してしまう。

本実施形態では、位置検出系４２ａ及び４２ｃのＸ方向の位置に応じたＹ方向に関する取り付け誤差（誤差量）を管理する必要がない。具体的には、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｃとの間のＹ方向に関する取り付け誤差θ５９を、基板ステージ４に対する基板３の置き誤差によって発生する誤差量（θＺ誤差）に加算することで対応が可能である。例えば、図１３では、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｃとの間にＹ方向に関する取り付け誤差がないことを前提として、基板ステージ４に対する基板３の置き誤差の影響を低減するために、基板ステージ４をθＺ方向に回転させている。ここで、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｃとの間に、図１７に示すように、Ｙ方向に関する取り付け誤差θ５９がある場合には、基板ステージ４をθＺ方向に回転角度θ４６＋θ５９で回転させればよい。このように、本実施形態によれば、位置検出系４２ａ及び４２ｃのＸ方向の位置に応じたＹ方向に関する取り付け誤差に関わらず、基板ステージ４のθＺ方向への回転で補正が可能である。

また、本実施形態では、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｃとの組み合わせ（複眼）を例に説明したが、例えば、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｂとの組み合わせ（複眼）にも適用可能である。図１７に示すように、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｂとの間のＹ方向に関する取り付け誤差をθ６０とする。また、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｂとの間にＹ方向に関する取り付け誤差がないことを前提として、基板ステージ４に対する基板３の置き誤差の影響を低減するために、基板ステージ４をθＺ方向に回転角度θ４６で回転させるものとする。この場合、基板ステージ４をθＺ方向に回転角度θ４６＋θ６０で回転させればよい。このように、本実施形態によれば、位置検出系４２ａ及び４２ｂのＸ方向の位置に応じたＹ方向に関する取り付け誤差に関わらず、基板ステージ４のθＺ方向への回転で補正が可能である。

図１７に示すように、ベースプレート４０に対する位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃのＹ方向に関する取り付け誤差によって、θＺ誤差がそれぞれ異なる。ショットレイアウトに応じて、位置検出系４２ａ及び４２ｂでアライメントマーク１９を同時検出する場合もあれば、位置検出系４２ｂ及び４２ｃでアライメントマーク１９を同時検出する場合もある。

例えば、図１８は、基板３に設けられたアライメントマーク１９を簡易的に示しており、Ｘ方向に４列、Ｙ方向に３行、合計で１２個のアライメントマーク１９が設けられているものとする。列Ｌ６２及びＬ６３のそれぞれのアライメントマーク１９を位置検出系４２ａ及び４２ｂで同時検出し、列Ｌ６４及びＬ６５のそれぞれのアライメントマーク１９を位置検出系４２ｂ及び４２ｃで同時検出する場合を考える。ここで、図１７に示すように、位置検出系４２ａと位置検出系４２ｂとの間のＹ方向に関する取り付け誤差をθ６０とし、位置検出系４２ｂと位置検出系４２ｃとの間のＹ方向に関する取り付け誤差をθ６１とする。この場合、列Ｌ６２及びＬ６３のそれぞれのアライメントマーク１９を位置検出系４２ａ及び４２ｂで同時検出する際には、図１９に示すように、基板３が回転角度θ６０で回転するように、基板ステージ４をθＺ方向に回転させる必要がある。また、列Ｌ６４及びＬ６５のそれぞれのアライメントマーク１９を位置検出系４２ｂ及び４２ｃで同時検出する際には、図２０に示すように、基板３が回転角度θ６１で回転するように、基板ステージ４をθＺ方向に回転させる必要がある。

このように、基板３に設けられた複数のアライメントマーク１９を検出する際には、図１９及び図２０に示すように、基板ステージ４を異なる回転角度で配置させることになる。従って、１つの基板３に設けられた複数のアライメントマーク１９を検出している間に、基板ステージ４が配置される回転角度（姿勢）が変わるため、異なるアッベ誤差が発生することになる。また、図１８を参照するに、行Ｌ６６、Ｌ６７及びＬ６８のそれぞれのアライメントマーク１９を検出する際にも、それらのＹ座標が異なるため、Ｙ方向の位置に依存して、θＺ方向に回転するアッベ誤差も発生する。これらに起因して、アッベ係数からの基板ステージ４の姿勢の補正では、アライメントマーク１９の高精度な検出を実現するのは困難である。一方、本実施形態（図１４）によれば、単眼アライメントを基準として、複眼アライメントでの検出値の差分を管理することで、位置検出系４２の取り付け誤差に関わらず、アライメントマーク１９の高精度な検出が可能となる。

このように、本実施形態では、１枚目の基板３に対して、単眼アライメント及び複眼アライメントを行い、それらの検出値の差分を求め、かかる差分を、２枚目以降の基板３に対する複眼アライメントの補正に用いている。また、基板ステージ４に対する２枚目以降の基板３の置き誤差は、基板ステージ４に対する１枚目の基板３の置き誤差と異なるため、本実施形態では、基板ステージ４が配置される回転角度に起因する誤差も補正する。これにより、基板ステージ４に対する基板３の置き誤差（シフトやθＺ）に関わらず、複数の位置検出系４２による基板上のアライメントマーク１９の同時検出を常に高精度に行うことが可能となる。従って、複数の位置検出系４２を用いながらも、基板ステージ４に対する基板３の置き誤差の影響を受けずに、オーバーレイ精度の向上、且つ、高いスループットを達成することができる。

なお、１枚目の基板３に対する、単眼アライメントで得られた検出値と複眼アライメントで得られた検出値との差分である検出値Δ５１は、２枚目以降の基板３に対して継続して用いることが可能であるが、適当なタイミングで更新してもよい。

例えば、露光装置１００では、通常、２５枚の基板を１つのロットとして、ロットの先頭の基板で装置のキャリブレーションを行う（ロット単位での管理を行う）。従って、検出値Δ５１を更新するタイミングとして、ロットを変更するタイミングが考えられる。換言すれば、基板３を処理する単位となるロットの変更に応じて、検出値Δ５１を更新するとよい。また、検出値Δ５１を更新するタイミングとしては、基板３に設けられた複数のマークのレイアウトを変更するタイミングや予め定められた時間（一定時間）が経過したタイミングなども考えられる。また、本実施形態では、１つのアライメントマークに対する単眼アライメントと複眼アライメントとの間の検出値の差分（検出値Δ５１）を取得するものとして説明したが、これに限定されるものではない。基板３の全体、即ち、複数のアライメントマークのそれぞれに対する単眼アライメントと複眼アライメントとの間の検出値の差分を取得してもよい。

また、本実施形態では、位置検出系４２ａ及び４２ｃ（の組み合わせ）で基板３に設けられた２つのアライメントマーク１９ａ及び１９ｂを同時検出する場合について説明したが、位置検出系の組み合わせを限定するものではない。例えば、位置検出系４２ａ及び４２ｂでアライメントマーク１９ａ及び１９ｂを同時検出してもよいし、位置検出系４２ｂ及び４２ｃでアライメントマーク１９ａ及び１９ｂを同時検出してもよい。また、位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃ（３眼）で基板３に設けられた３つのアライメントマーク１９を同時検出してもよい。

また、駆動部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃは、それぞれ、位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃをＸ方向のみに駆動するものとして説明したが、位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃをＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の全てに駆動してもよい。この場合、駆動部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃによる位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃの駆動では取り切れない成分を、基板ステージ４の駆動（回転）で補正すればよい。

また、本実施形態では、図１１及び図１３に示すように、基板ステージ４をθＺ方向に回転させることで、位置検出系４２ａ及び４２ｃのそれぞれがアライメントマーク１９ａ及び１９ｂを同時検出する場合を例に説明した。但し、複数の位置検出系４２のそれぞれが、個別に、アライメントマーク１９を視野（検出領域）の中心に追い込むことで、アライメントマーク１９を検出してもよい。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、ベースプレート４０に対する位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃのＺ方向に関する取り付け誤差への適用について説明する。ベースプレート４０に対する位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃのＺ方向に関する取り付け誤差は、駆動部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃによる位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃの駆動では低減することができない。このような場合、基板ステージ４の基板３を保持する保持面に平行な面内（ＸＹ面内）における１つの軸（Ｙ軸）を中心として基板ステージ４を回転させる。具体的には、基板ステージ４をθＹ方向に回転（チルト）させることで、位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃのＺ方向に関する取り付け誤差を補正する必要がある。従って、図１１に示すように、基板ステージ４をθＺ方向に回転させて２つの位置検出系４２でアライメントマーク１９を同時検出する際に、Ｚ方向に関する取り付け誤差がある場合には、基板ステージ４をθＹ方向にも回転させる必要がある。これにより、アッベ誤差が発生するため、従来の手法では、基板ステージ４のＸ方向及びＹ方向への駆動補正と同じ精度で補正することができない。

図２１に示すように、ベースプレート４０に対して位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃがＺ方向にずれて取り付けられ、それぞれのフォーカスがずれている場合を考える。この場合、位置検出系４２ａ及び４２ｂ（２眼）でアライメントマーク１９を同時検出するためには、基板ステージ４を矢印６９の方向（θＹ方向）に回転（チルト）させる必要がある。これにより、位置検出系４２ａ及び４２ｂのそれぞれのフォーカスを基板３の表面に一致させることができるため、アライメントマーク１９を同時検出することが可能となる。なお、位置検出系４２ｂ及び４２ｃ（２眼）でアライメントマーク１９を同時検出する場合には、図２２に示すように、基板ステージ４を矢印７０の方向（θＹ方向）に回転（チルト）させればよい。

このように、基板３に設けられた複数のアライメントマーク１９を位置検出系４２ａ、４２ｂ及び４２ｃを用いて同時検出する際には、基板ステージ４を、θＺ方向だけではなく、θＹ方向にも回転させる必要がある。

＜第３実施形態＞
本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、液晶表示素子、半導体素子、フラットパネルディスプレイ、ＭＥＭＳなどの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、上述した露光装置１００を用いて感光剤が塗布された基板を露光する工程と、露光された感光剤を現像する工程とを含む。また、現像された感光剤のパターンをマスクとして基板に対してエッチング工程やイオン注入工程などを行い、基板上に回路パターンが形成される。これらの露光、現像、エッチングなどの工程を繰り返して、基板上に複数の層からなる回路パターンを形成する。後工程で、回路パターンが形成された基板に対してダイシング（加工）を行い、チップのマウンティング、ボンディング、検査工程を行う。また、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、レジスト剥離など）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００：露光装置 ３：基板 ４：基板ステージ １６：基板アライメント検出系 ４２：位置検出系 １７：制御部

Claims (14)

1. 物体に設けられた複数のマークを検出する検出装置であって、
   前記物体を保持して回転可能なステージと、
   前記ステージに保持された前記物体に設けられた前記複数のマークのうち、互いに異なるマークを検出するように互いに離れて配置された複数の検出系と、
   前記ステージが第１回転角度で配置された第１状態において、前記複数のマークを前記複数の検出系のうちの１つ以上の検出系で検出して第１検出値を得る第１処理と、前記ステージが前記第１回転角度とは異なる第２回転角度で配置された第２状態において、前記複数のマークを前記複数の検出系のうちの２つ以上の検出系で検出して第２検出値を得る第２処理と、を行い、前記複数のマークのそれぞれについて、前記第１検出値と前記第２検出値との差分を求める処理部と、
   を有することを特徴とする検出装置。
2. 前記処理部は、
   第１物体に対して、前記第１処理及び前記第２処理を行うことで前記差分を求め、
   前記第１物体の後に処理される第２物体に対して、前記ステージが前記第２回転角度とは異なる第３回転角度で配置された第３状態において、前記第２物体に設けられた複数のマークを前記複数の検出系のうちの２つ以上の検出系で検出して第３検出値を得る第３処理を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記第２状態と前記第３状態とでは、前記ステージの回転方向及び回転量の少なくとも一方が異なっていることを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
4. 前記処理部は、前記差分と、前記第２回転角度と前記第３回転角度との回転差と、前記ステージの回転角度と前記マークの検出値に含まれる誤差量との関係を示す係数とを用いて、前記第３検出値を補正して補正値を求めることを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
5. 前記処理部は、前記第３検出値から、前記差分と、前記回転差と前記係数との積とを減算することで前記補正値を求めることを特徴とする請求項４に記載の検出装置。
6. 前記処理部は、前記ステージの回転角度を変更しながら、前記ステージに設けられた基準マークを前記複数の検出系で検出して得られる検出値に基づいて、前記係数を予め取得することを特徴とする請求項４又は５に記載の検出装置。
7. 前記処理部は、前記物体を処理する単位となるロットの変更に応じて、前記第１処理及び前記第２処理を行って前記差分を更新することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の検出装置。
8. 前記処理部は、前記物体に設けられた複数のマークのレイアウトの変更に応じて、前記第１処理及び前記第２処理を行って前記差分を更新することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の検出装置。
9. 前記処理部は、予め定められた時間の経過に応じて、前記第１処理及び前記第２処理を行って前記差分を更新することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の検出装置。
10. 前記第２状態は、前記ステージの前記物体を保持する保持面に平行な面内で前記ステージを回転させた状態であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の検出装置。
11. 前記第２状態は、前記ステージの前記物体を保持する保持面に平行な面内における１つの軸を中心として前記ステージを回転させた状態であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の検出装置。
12. 物体を保持して回転可能なステージと、前記ステージに保持された前記物体に設けられた複数のマークのうち、互いに異なるマークを検出するように互いに離れて配置された複数の検出系とを有する検出装置を用いて、前記複数のマークを検出する検出方法であって、
    前記ステージが第１回転角度で配置された第１状態において、前記複数のマークを前記複数の検出系のうちの１つ以上の検出系で検出して第１検出値を得る工程と、
    前記ステージが前記第１回転角度とは異なる第２回転角度で配置された第２状態において、前記複数のマークを前記複数の検出系のうちの２つ以上の検出系で検出して第２検出値を得る工程と、
    前記第１検出値と前記第２検出値との差分を求める工程と、
    を有することを特徴とする検出方法。
13. 基板を露光する露光装置であって、
    前記基板を物体として前記基板に設けられた複数のマークを検出する請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の検出装置を有することを特徴とする露光装置。
14. 請求項１３に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    露光した前記基板を現像する工程と、
    現像された前記基板から物品を製造する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。

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