JP4736707B2 - 露光装置及びデバイス製造方法、並びに観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を介して基板を露光する露光装置、及びデバイス製造方法、並びに観察装置に関するものである。

フォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置において、下記特許文献に開示されているような、露光光の光路を液体で満たし、その液体を介して基板上にパターン像を投影して基板を露光する液浸型露光装置が案出されている。
国際公開第９９／４９５０４号パンフレット

露光装置においては、基板とパターン像との位置合わせを位置合わせ用のマークを用いて行う場合があるが、液浸法を適用した場合にも基板とパターン像との位置合わせを効率良く精確に行うことが求められる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、液浸法を適用した場合にも、基板とパターン像との位置合わせを効率良く精確に行うことができる露光装置、及びその露光装置を用いるデバイス製造方法、並びに観察装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。

本発明の第１の態様に従えば、液体（ＬＱ）を介して基板（Ｐ）上にパターン像を投影して基板（Ｐ）を露光する露光装置において、その計測結果が基板（Ｐ）とパターン像との位置合わせに供されるマーク（ＡＭ、ＦＭ１）を検出する第１検出系（ＡＬＧ）と、マーク（ＡＭ、ＦＭ１）のうち液体（ＬＱ）で濡れている第１部分（ＰＡ１）を特定するために第１検出系（ＡＬＧ）の検出結果を解析する解析装置（６）と、解析装置（６）の解析結果に応じて所定の処理を行った後、第１検出系（ＡＬＧ）の検出結果を用いて、基板（Ｐ）とパターン像とを位置合わせする制御装置（７）と、を備えた露光装置（ＥＸ）が提供される。

本発明の第１の態様によれば、液浸法を適用した場合にも、基板とパターン像との位置合わせを効率良く精確に行うことができる。

本発明の第２の態様に従えば、上記態様の露光装置（ＥＸ）を用いるデバイス製造方法が提供される。

本発明の第２の態様によれば、基板とパターン像との位置合わせを効率良く精確に行うことができる露光装置を用いてデバイスを製造することができる。

本発明の第３の態様に従えば、基板（Ｐ）上に形成された被観察領域を液体（ＬＱ）を介して観察する観察系を備えた観察装置であって、基板（Ｐ）上の被観察領域を観察系の観察視野内に位置決めするために、基板（Ｐ）上に形成された位置決め用パターンを液体（ＬＱ）を介さずに検出する検出手段と、パターンのうち液体（ＬＱ）で濡れている第１部分（ＰＡ１）を特定するために検出手段の検出結果を解析する解析装置（６）と、解析装置（６）の解析結果に応じて所定の処理を行った後に、検出手段の検出結果を用いて、基板（Ｐ）と観察視野との相対的な位置合わせを行う制御装置（７）と、を有する観察装置が提供される。

本発明の第３の態様によれば、観察装置における位置決め精度を向上することができる。

本発明によれば、基板とパターン像との位置合わせを効率良く精確に行うことができ、基板を精度良く露光することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。

図１は本実施形態に係る露光装置ＥＸを示す概略構成図である。図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを保持して移動可能なマスクステージ３と、基板Ｐを保持する基板ホルダ４Ｈを有し、基板ホルダ４Ｈに基板Ｐを保持して移動可能な基板ステージ４と、露光処理に関する計測を行う計測器を搭載し、基板ステージ４とは独立して移動可能な計測ステージ５と、各ステージの位置情報を計測するレーザ干渉システム６と、マスクステージ３に保持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターン像を基板Ｐ上に投影する投影光学系ＰＬと、露光装置ＥＸ全体の動作を制御する制御装置７とを備えている。制御装置７には、露光処理に関する各種情報を記憶した記憶装置８が接続されている。なお、ここでいう基板は半導体ウエハ等の基材上に感光材（フォトレジスト）を塗布したものを含み、マスクは基板上に縮小投影されるデバイスパターンを形成されたレチクルを含む。なお、本実施形態においては、マスクとして透過型のマスクを用いるが、反射型のマスクを用いてもよい。

本実施形態では、露光装置ＥＸとしてマスクＭと基板Ｐとを所定の走査方向に同期移動しつつマスクＭのパターン像を基板Ｐ上に投影して基板Ｐを露光する走査型露光装置（所謂スキャニングステッパ）を使用する場合を例にして説明する。以下の説明において、水平面内においてマスクＭと基板Ｐとの同期移動方向（走査方向）をＹ軸方向、水平面内においてＹ軸方向と直交する方向をＸ軸方向（非走査方向）、Ｘ軸及びＹ軸方向に垂直で投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

本実施形態の露光装置ＥＸは、液浸法を適用した液浸型露光装置であって、投影光学系ＰＬの複数の光学素子のうち、投影光学系ＰＬの像面に最も近い最終光学素子ＦＬと基板Ｐとの間の露光光ＥＬの光路Ｋを液体ＬＱで満たす液浸システム１を備えている。本実施形態においては、液体ＬＱとして、水（純水）を用いる。露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬと露光光ＥＬの光路Ｋに満たされた液体ＬＱとを介してマスクＭを通過した露光光ＥＬを基板Ｐ上に照射することによって、マスクＭのパターン像を基板Ｐ上に投影して、基板Ｐを露光する。

液浸システム１は、露光光ＥＬの光路Ｋに対して液体ＬＱを供給するための供給口１２と液体ＬＱを回収するための回収口２２とを有するノズル部材７０を備えている。ノズル部材７０は、露光光ＥＬの光路Ｋを囲むように環状に設けられており、供給口１２は、ノズル部材７０のうち、露光光ＥＬの光路Ｋを向く内側面に設けられ、回収口２２は、ノズル部材７０のうち、基板Ｐの表面Ｐｓと対向する下面７０Ａに設けられている。制御装置７は、液浸システム１を制御して、供給口１２を用いた液体供給動作と回収口２２を用いた液体回収動作とを並行して行うことで、投影光学系ＰＬの最終光学素子ＦＬの下面ＦＡと基板Ｐの表面Ｐａとの間の露光光ＥＬの光路Ｋを液体ＬＱで満たすように、基板Ｐ上に液浸領域ＬＲを形成する。最終光学素子ＦＬの下面ＦＡ及びノズル部材７０の下面７０Ａは、基板Ｐ上に液体ＬＱの液浸領域ＬＲを形成するために、基板Ｐの表面Ｐｓとの間で液体ＬＱを保持する。本実施形態の露光装置ＥＸは、液体ＬＱの液浸領域ＬＲを基板Ｐ上の一部の領域に局所的に形成する局所液浸方式を採用している。液浸領域ＬＲは、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲを覆うように形成される。

照明系ＩＬは、マスクＭ上の所定の照明領域ＩＡを均一な照度分布の露光光ＥＬで照明するものである。照明系ＩＬから射出される露光光ＥＬとしては、例えば水銀ランプから射出される輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。本実施形態においてはＡｒＦエキシマレーザ光が用いられる。

マスクステージ３は、マスクステージ駆動装置３Ｄの駆動により、マスクＭを保持した状態で、Ｘ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向に移動可能である。マスクステージ３（ひいてはマスクＭ）の位置情報は、レーザ干渉システム６のレーザ干渉計６Ｍによって計測される。レーザ干渉計６Ｍは、マスクステージ３上に設けられた移動鏡の反射面３Ｋと協働してマスクステージ３の位置情報を計測する。制御装置７は、レーザ干渉システム６の計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置３Ｄを駆動し、マスクステージ３に保持されているマスクＭの位置制御を行う。

投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターン像を所定の投影倍率で基板Ｐに投影するものであって、複数の光学素子を有しており、それら光学素子は鏡筒ＰＫで保持されている。本実施形態の投影光学系ＰＬは、その投影倍率が例えば１／４、１／５、１／８等の縮小系である。なお、投影光学系ＰＬは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。なお、本実施形態の投影光学系ＰＬは、最終光学素子ＦＬの像面側の光路Ｋを液体ＬＱで満たしているが、国際公開第２００４／０１９１２８号パンフレットに開示されているように、最終光学素子ＦＬの物体面側の光路も液体で満たす投影光学系を採用することもできる。

基板ステージ４は、基板Ｐを保持する基板ホルダ４Ｈを有しており、基板ステージ駆動装置４Ｄの駆動により、基板ホルダ４Ｈに基板Ｐを保持した状態で、ベース部材ＢＰ上で、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６自由度の方向に移動可能である。基板ホルダ４Ｈは、基板ステージ４上に設けられた凹部４Ｒに配置されており、凹部４Ｒの周囲の上面４Ｆは、基板ホルダ４Ｈに保持された基板Ｐの表面Ｐａとほぼ同じ高さ（面一）になるようなほぼ平坦面となっている。基板ステージ４（ひいては基板Ｐ）の位置情報は、レーザ干渉システム６のレーザ干渉計６Ｐによって計測される。レーザ干渉計６Ｐは、基板ステージ４の側面に設けられた移動鏡の反射面４Ｋと協働して基板ステージ４の位置情報を計測する。制御装置７は、レーザ干渉システム６の計測結果及び基板Ｐの面位置情報を検出する不図示のフォーカス・レベリング検出系の検出結果に基づいて、基板ステージ駆動装置４Ｄを駆動し、基板ステージ４に保持されている基板Ｐの位置制御を行う。

計測ステージ５は、計測ステージ駆動装置５Ｄの駆動により、計測器を搭載した状態で、ベース部材ＢＰ上で、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６自由度の方向に移動可能である。計測ステージ５の上面５Ｆは、ほぼ平坦面となっている。計測ステージ５の位置情報は、レーザ干渉システム６のレーザ干渉計６Ｐによって計測される。レーザ干渉計６Ｐは、計測ステージ５の側面に設けられた移動鏡の反射面５Ｋと協働して計測ステージ５の位置情報を計測する。制御装置７は、レーザ干渉システム６の計測結果に基づいて、計測ステージ駆動装置５Ｄを駆動し、計測ステージ５の位置制御を行う。なお、基板Ｐを保持する基板ステージ４と、計測器を搭載した計測ステージ５とを備えた露光装置については、例えば特開平１１−１３５４００号公報、特開２０００−１６４５０４号公報等に開示されている。

また、露光装置ＥＸは、基板ＰとマスクＭのパターン像とを位置合わせするためのマークを検出する第１検出系ＡＬＧと、第１検出系ＡＬＧの検出結果を解析する解析装置６とを備えている。第１検出系ＡＬＧの検出結果は解析装置６及び制御装置７の少なくとも一方に出力される。また、解析装置６と制御装置７とは接続されており、解析装置６の解析結果は制御装置７に出力される。

第１検出系ＡＬＧは、基板Ｐと投影光学系ＰＬによるパターン像とを位置合わせするために、基板Ｐ上に設けられたアライメントマークＡＭ、及び計測ステージ５上に設けられた第１基準マークＦＭ１を検出する。第１検出系ＡＬＧは、オフアクシス方式のアライメント系であって、投影光学系ＰＬの先端近傍に設けられており、図１においては、投影光学系ＰＬの＋Ｙ側に配置されている。本実施形態の第１検出系（アライメント系）ＡＬＧでは、例えば特開平４−６５６０３号公報に開示されているような、基板Ｐ上の感光材を感光させないブロードバンドな検出光束を検出対象マーク（アライメントマークＡＭ、第１基準マークＦＭ１等）に照射し、その検出対象マークからの反射光により受光面に結像された検出対象マークの像と指標（アライメント系ＡＬＧ内に設けられた指標板上の指標マーク（テンプレート））の像とを撮像素子（ＣＣＤ等）を用いて撮像し、それらの撮像信号を画像処理することでマークの位置を計測するＦＩＡ（Field Image Alignment）方式が採用されている。

また、露光装置ＥＸは、計測ステージ５上に設けられた第２基準マークＦＭ２を投影光学系ＰＬを介して検出する第２検出系ＲＡを備えている。第２検出系ＲＡは、基板Ｐと投影光学系ＰＬによるパターン像とを位置合わせするために、計測ステージ５上の第２基準マークＦＭ２を投影光学系ＰＬを介して検出する。第２検出系ＲＡ（ＲＡａ、ＲＡｂ）は、露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）方式のアライメント系であって、マスクステージ３の近傍に設けられており、図１においては、一対の第２検出系（アライメント系）ＲＡａ、ＲＡｂがＸ軸方向に所定距離隔てて配置されている。第２検出系（アライメント系）ＲＡａ、ＲＡｂは、マスクステージ３の上方に配置されており、第２検出系ＲＡａ、ＲＡｂは、マスクＭ上の一対のアライメントマークと、それらアライメントマークに対応するように計測ステージ５上に設けられた第２基準マークＦＭ２の投影光学系ＰＬを介した共役像とを同時に観察する。本実施形態の第２検出系（レチクルアライメント系）ＲＡでは、例えば特開平７−１７６４６８号公報に開示されているような、マークに対して光を照射し、ＣＣＤカメラ等で撮像したマークの画像データを画像処理してマーク位置を検出するＶＲＡ（Visual Reticle Alignment）方式が採用されている。第２検出系ＲＡの検出結果は制御装置７に出力される。

図２は露光装置ＥＸを含むデバイス製造システムの概略を示す模式図である。製造システムＳＹＳは、基板Ｐの露光処理を行う露光装置ＥＸ、アライメントマークＡＭに関する基準信号（テンプレート）を取得するために用いられるインライン事前検出系ＡＬＧ１及びオフライン事前検出系ＡＬＧ２、露光工程の管理を行う露光工程管理コントローラＥＣ、及び事前検出系等から出力される各種データの解析等を行うデータ処理装置ＤＡ等を備えており、これらは工場内生産管理ホストシステムＭＣによって管理される。上述の各機器、装置は工場内に設けられ、通信ライン、ＬＡＮ等のネットワークを含む通信装置ＣＯＭを介して互いに接続されている。事前検出系ＡＬＧ１、ＡＬＧ２は、第１検出系ＡＬＧとほぼ同等の構成を有する。インライン事前検出系ＡＬＧ１は、コータ・デベロッパ装置等のトラックＴＲ内に設けられており、露光装置ＥＸに搬送される前の基板Ｐ上のアライメントマークＡＭを検出可能である。

図３は基板ステージ４及び計測ステージ５の動作の一例を説明するための模式図である。図３に示すように、基板ステージ４及び計測ステージ５は、投影光学系ＰＬの像面側で移動可能であり、制御装置７は、投影光学系ＰＬの直下の位置を含む所定領域内で、基板ステージ４の上面４Ｆと計測ステージ５の上面５Ｆとを接近又は接触させた状態で、基板ステージ４と計測ステージ５とをＸＹ方向に一緒に移動することにより、液浸システム１によって形成された液浸領域ＬＲを、基板ステージ４の上面４Ｆと計測ステージ５の上面５Ｆとの間で移動することができる。

図４は基板ステージ４及び計測ステージ５の平面図である。図４に示すように、基板Ｐ上には、露光対象領域である複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２１がマトリクス状に設定されているとともに、各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２１のそれぞれに対応するように複数のアライメントマークＡＭが設けられている。第１検出系ＡＬＧは、基板Ｐ上のアライメントマークＡＭを、液浸領域ＬＲの液体ＬＱを介さずに検出する。基板Ｐのショット領域Ｓ１〜Ｓ２１のそれぞれを露光するとき、制御装置７は、図４中、例えば矢印ｙ１で示すように、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ及びそれを覆う液浸領域ＬＲと基板Ｐとを相対的に移動しつつ、液浸領域ＬＲの液体ＬＱを介して基板Ｐ上に露光光ＥＬを照射する。制御装置７は、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ（露光光ＥＬ）が基板Ｐに対して矢印ｙ１に沿って移動するように、基板ステージ４の動作を制御する。

計測ステージ５の上面５Ｆの所定位置には、計測器（計測部材）として、複数の基準マークが形成された基準板５０が設けられている。基準板５０の上面５０Ａには、第１基準マークＦＭ１と第２基準マークＦＭ２とが所定の位置関係で形成されている。第１検出系ＡＬＧは、基準板５０上の第１基準マークＦＭ１を、液浸領域ＬＲの液体ＬＱを介さずに検出し、第２検出系ＲＡは、基準板５０上の第２基準マークＦＭ２を、投影光学系ＰＬ及び液浸領域ＬＲの液体ＬＱを介して検出する。本実施形態においては、第１基準マークＦＭ１は１つ設けられており、第２基準マークＦＭ２は６つ設けられている。

図５は第１基準マークＦＭ１及び第２基準マークＦＭ２の一例を示す図である。図５（Ａ）に示すように、第１基準マークＦＭ１は、Ｙ軸方向を長手方向とするラインパターンをＸ軸方向に複数並べたＸマークＦＭｘと、Ｘ軸方向を長手方向とするラインパターンをＹ軸方向に複数並べたＹマークＦＭｙとを備えている。図５（Ｂ）に示すように、第２基準マークＦＭ２は、Ｃｒ（クロム）等の金属で形成された遮光領域に対して十字形状の開口（スリット）を形成したものである。また、本実施形態において、基板Ｐ上に形成されているアライメントマークＡＭは、図５（Ａ）に示したような第１基準マークＦＭ１とほぼ同等の構成を有する。

図６は第１検出系ＡＬＧの撮像素子に撮像された指標マークＴＬｙ、ＴＲｙ及びアライメントマークＡＭのＹマークＦＭｙを示す図である。図６（Ａ）に示すように、撮像素子の撮像領域には、指標マークＴＬｙ、ＴＲｙと、アライメントマークＡＭのＹマークＦＭｙとが同時に撮像される。撮像素子の水平走査線ＳＬは、指標マークＴＬｙ、ＴＲｙのラインパターンと直交するＹ軸方向に定められる。図６（Ｂ）は、水平走査線ＳＬに沿って得られる検出信号Ｓの一例を示す図である。ＹマークＦＭｙ、及び指標マークＴＬｙ、ＴＲｙを水平走査線ＳＬに沿って光電検出することにより、図６（Ｂ）に示すような信号波形が得られる。解析装置６は、所定のアルゴリズムを用いて、アライメントマークＡＭのＹマークＦＭｙを光電検出して得られる信号波形（ピーク値Ｋｍ）の例えば撮像素子の受光面上での水平走査線ＳＬに沿った方向（Ｙ軸方向）の位置、及びＹマークＦＭｙのＹ軸方向の中心位置Ｊｙを求めることができる。同様に、解析装置６は、所定のアルゴリズムを用いて、指標マークＴＬｙ、ＴＲｙを光電検出して得られる信号波形（ピーク値Ｋｔ）のＹ軸方向の位置、及び指標マークＴＬｙ、ＴＲｙ間のＹ軸方向の中心位置Ｃｙを求めることができる。これにより、解析装置６は、指標マークＴＬｙ、ＴＲｙ間の中心位置（検出基準位置）Ｃｙに対するアライメントマークＡＭのＹマークＦＭｙの中心位置Ｊｙのずれ量（偏差）Δｙを求めることができる。同様に、解析装置６は、第１検出系ＡＬＧの検出結果に基づいて、アライメントマークＡＭのＸマークＦＭｘの撮像素子の受光面上でのＸ軸方向の中心位置、及び指標マーク間のＸ軸方向の中心位置を求め、その指標マーク間の中心位置（検出基準位置）に対するアライメントマークＡＭのＸマークＦＭｘの中心位置のずれ量（偏差）Δｘを求めることができる。また、第１検出系ＡＬＧは、アライメントマークＡＭの検出動作と同様の動作で第１基準マークＦＭ１を検出することができる。

次に、露光装置ＥＸの基本的な動作について、特に第１検出系ＡＬＧの検出基準位置とパターン像の投影位置との位置関係を求める動作について、図７のフローチャート図を参照しながら説明する。

まず、制御装置７は、最終光学素子ＦＬと基板ステージ４及び計測ステージ５の少なくとも一方とを対向させた状態で、液浸システム１を制御して、露光光ＥＬの光路Ｋを液体ＬＱで満たす。そして、制御装置７は、計測ステージ５をＸＹ方向に移動し、第１検出系ＡＬＧの検出領域に、計測ステージ５上の第１基準マークＦＭ１を配置する。そして、制御装置７は、レーザ干渉システム６を用いて、計測ステージ５の位置情報を計測しつつ、第１検出系ＡＬＧを用いて、計測ステージ５上の第１基準マークＦＭ１を、液体ＬＱを介さずに検出する（ステップＳＡ１）。これにより、制御装置７は、レーザ干渉システム６によって規定される座標系内での第１基準マークＦＭ１の位置情報を求めることができる。また、第１検出系ＡＬＧは、レーザ干渉システム６によって規定される座標系内に検出基準位置を有しており、制御装置７は、第１検出系ＡＬＧの検出基準位置と第１基準マークＦＭ１との位置関係を求めることができる。

次に制御装置７は、計測ステージ５をＸＹ方向に移動し、第２検出系ＲＡの検出領域に、計測ステージ５上の第２基準マークＦＭ２を配置する。そして、制御装置７は、レーザ干渉システム６を用いて、計測ステージ５の位置情報を計測しつつ、第２検出系ＲＡを用いて、計測ステージ５上の第２基準マークＦＭ２を、投影光学系ＰＬと液体ＬＱとを介して検出する（ステップＳＡ２）。具体的には、制御装置７は、投影光学系ＰＬと第２基準マークＦＭ２が設けられている基準板５０との間を液体ＬＱで満たした状態で、基準板５０上の第２基準マークＦＭ２と、それに対応するマスクＭ上のアライメントマークとを検出し、第２基準マークＦＭ２とそれに対応するマスクＭ上のアライメントマークとの位置関係を検出する。これにより、制御装置７は、レーザ干渉システム６によって規定される座標系内での第２基準マークＦＭ２の位置情報を求めることができる。また、マスクＭ上のパターンとアライメントマークとは所定の位置関係で形成されているため、制御装置７は、パターン像の投影位置と第２基準マークＦＭ２との位置関係を求めることができる。

基準板５０上の第１基準マークＦＭ１と第２基準マークＦＭ２とは所定の位置関係で形成されており、第１基準マークＦＭ１と第２基準マークＦＭ２との位置関係は既知である。制御装置７は、ステップＳＡ１で求めた、第１検出系ＡＬＧの検出基準位置と第１基準マークＦＭ１との位置関係と、ステップＳＡ２で求めた、パターン像の投影位置と第２基準マークＦＭ２との位置関係と、既知である第１基準マークＦＭ１と第２基準マークＦＭ２との位置関係とに基づいて、レーザ干渉システム６によって規定される座標系内での第１検出系ＡＬＧの検出基準位置とマスクＭのパターン像の投影位置との位置関係（ベースライン情報）を導出することができる（ステップＳＡ３）。なお、第２検出系ＲＡによる第２基準マークＦＭ２の検出の後、第１検出系ＡＬＧによる第１基準マークＦＭ１の検出を行ってもよいし、第１検出系ＡＬＧによる第１基準マークＦＭ１の検出と第２検出系ＲＡによる第２基準マークＦＭ２の検出とを同時に行うようにしてもよい。

計測ステージ５を用いた計測が終了した後、制御装置７は、基板ステージ４上の基板Ｐに対するアライメント処理を開始する。制御装置７は、基板ステージ４をＸＹ方向に移動し、第１検出系ＡＬＧの検出領域に、基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２１に付随して設けられている複数のアライメントマークＡＭを順次配置する。そして、制御装置７は、レーザ干渉システム６を用いて、基板ステージ４の位置情報を計測しつつ、第１検出系ＡＬＧを用いて、基板Ｐ上の複数のアライメントマークＡＭを、液体ＬＱを介さずに順次検出する（ステップＳＡ４）。これにより、制御装置７は、レーザ干渉システム６によって規定される座標系内での基板Ｐ上のアライメントマークＡＭの位置情報を求めることができる。また、制御装置７は、第１検出系ＡＬＧの検出基準位置とアライメントマークＡＭとの位置関係を求めることができる。

次に、制御装置７は、ステップＳＡ４で求めた、基板Ｐ上の各アライメントマークＡＭの位置情報に基づいて、第１検出系ＡＬＧの検出基準位置に対する、基板Ｐ上の複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２１のそれぞれの位置情報を演算処理によって求める（ステップＳＡ５）。基板Ｐ上の複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２１のそれぞれの位置情報を演算処理によって求める際には、例えば特開昭６１−４４４２９号公報に開示されているような、所謂ＥＧＡ（エンハンスド・グローバル・アライメント）方式を用いて求めることができる。これにより、制御装置７は、第１検出系ＡＬＧによって、基板Ｐ上のアライメントマークＡＭの検出を行い、基板Ｐ上に設けられた複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２１それぞれの位置座標（配列座標）を決定することができる。また、制御装置７は、レーザ干渉システム６の出力から、第１検出系ＡＬＧの検出基準位置に対して、基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２１がどこに位置しているのかを知ることができる。

制御装置７は、ステップＳＡ５で求めた、レーザ干渉システム６によって規定される座標系内での第１検出系ＡＬＧの検出基準位置と基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２１との位置関係（検出基準位置に対するショット領域の配列情報）、及びステップＳＡ３で求めた、レーザ干渉システム６によって規定される座標系内での第１検出系ＡＬＧの検出基準位置とマスクＭのパターン像の投影位置との位置関係に基づいて、レーザ干渉システム６によって規定される座標系内での基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２１とマスクＭのパターン投影位置との関係を導出する（ステップＳＡ６）。

そして、制御装置７は、ステップＳＡ６で求めた、基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２１とマスクＭのパターン像の投影位置との位置関係に基づいて、基板ステージ４上の基板Ｐの位置を制御し、基板Ｐ上の複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２１を順次露光する（ステップＳＡ７）。

図３を参照して説明したように、本実施形態においては、制御装置７は、基板ステージ４の上面４Ｆと計測ステージ５の上面５Ｆとの間で液体ＬＱの液浸領域ＬＲを移動可能であり、計測ステージ５を用いた計測処理や基板ステージ４上の基板Ｐの露光処理を行うときには、液浸領域ＬＲを計測ステージ５上及び基板ステージ４上の少なくとも一方に形成する。また、本実施形態においては、基板ステージ４及び計測ステージ５のいずれか一方のステージが投影光学系ＰＬから離れたときには、他方のステージが投影光学系ＰＬと対向する位置に配置され、制御装置７は、液浸システム１を用いて、最終光学素子ＦＬの光射出側の露光光ＥＬの光路Ｋを液体ＬＱで満たし続けることができる。このように、最終光学素子ＦＬと液体ＬＱとは接触され続けるので、最終光学素子ＦＬの乾燥を抑制することができる。

次に、解析装置６によって第１検出系ＡＬＧの検出結果を解析（画像処理）するときのアルゴリズムについて説明する。以下の説明においては、簡単のため、図８（Ａ）の模式図に示すような、Ｘ軸方向を長手方向とするラインパターンＬＰ１〜ＬＰ３をＹ軸方向に複数（ここでは３本）並べて設けたＹマークＦＭｙを、アライメントマークＡＭとして説明する。したがって、図８（Ａ）のアライメントマークＡＭを第１検出系ＡＬＧで検出したときの検出信号Ｓは、図８（Ｂ）に示すような、３本のラインパターンＬＰ１〜ＬＰ３に応じた３つのピーク値Ｋｍをそれぞれ有する信号波形（以下、ピーク波形、と適宜称する）が得られる。

本実施形態では、解析装置６は、相関法によるパターンマッチング（テンプレートマッチング）により、第１検出系ＡＬＧでアライメントマークＡＭを検出したときの検出結果を解析する。具体的には、解析装置６は、理想状態のアライメントマークＡＭを検出したときの基準信号Ｔと、アライメントマークＡＭを第１検出系ＡＬＧで検出したときの検出信号Ｓとの相関値を求め、その相関値と予め定められた所定値（許容値）とを比較し、その比較結果に基づいて、アライメントマークＡＭの位置を求める。

記憶装置８には、理想状態のアライメントマークＡＭを検出したときの基準信号Ｔとして、図８（Ｃ）に示すような、所定の位置に基準位置を設けたテンプレートに関する情報が記憶されている。解析装置６には、このテンプレートが基準信号Ｔとして登録される。図８（Ｃ）に示す基準信号（テンプレート）Ｔは、アライメントマークＡＭの検出信号Ｓと相関関係にある。すなわち、３つのピーク波形を有する検出信号Ｓに対応するように、基準信号（テンプレート）Ｔも３つのピーク波形を有している。解析装置６は、この基準信号Ｔであるテンプレートと、アライメントマークＡＭを第１検出系ＡＬＧで検出したときの検出信号Ｓとの相関値を求める。

ところで、上述のように、第１検出系ＡＬＧを用いて基板Ｐ上の複数のアライメントマークＡＭを順次検出するために、第１検出系ＡＬＧの検出領域に対して基板ＰをＸＹ方向に移動するとき、投影光学系ＰＬの像面側に形成されている液浸領域ＬＲが基板Ｐに接触する可能性がある。液浸領域ＬＲの液体ＬＱが基板Ｐに接触することにより、図９の模式図に示すように、基板Ｐ上のアライメントマークＡＭが濡れる可能性がある。第１検出系ＡＬＧは、濡れていない状態のアライメントマークＡＭを良好に検出できるように最適化されているため、アライメントマークＡＭが濡れていると、例えば検出精度が劣化したり、それに伴って基板Ｐのショット領域とパターン像の投影位置との位置合わせ精度が劣化する可能性がある。そこで、本実施形態においては、制御装置７は、アライメントマークＡＭのうち、液体ＬＱで濡れている部分を特定するために第１検出系ＡＬＧの検出結果を解析装置６を用いて解析し、その解析結果に応じて所定の処理を行った後、第１検出系ＡＬＧの検出結果を用いて、基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２１とパターン像との位置合わせを行う。以下の説明においては、アライメントマークＡＭのうち、液体ＬＱで濡れている部分を適宜、第１部分ＰＡ１、と称し、液体ＬＱで濡れていない部分を適宜、第２部分ＰＡ２、と称する。

上述のように、記憶装置８には、理想状態、すなわち液体ＬＱで濡れていない状態のアライメントマークＡＭに関する情報が、基準信号（テンプレート）Ｔとして予め記憶されている。解析装置６は、その記憶装置８の記憶情報、すなわち図８（Ｃ）に示したような３つのピーク波形を有する基準信号（テンプレート）Ｔと、第１検出系ＡＬＧの検出結果とに基づいて、アライメントマークＡＭのうち、液体ＬＱで濡れている第１部分ＰＡ１を特定する。具体的には、解析装置６は、液体ＬＱで濡れていない状態のアライメントマークＡＭを検出したときの基準信号Ｔと、アライメントマークＡＭを第１検出系ＡＬＧで検出したときの検出信号Ｓとの相関値を求め、その相関値と予め定められた所定値（許容値）とを比較し、その比較結果に基づいて、アライメントマークＡＭのうち、液体ＬＱで濡れている第１部分ＰＡ１を特定する。本実施形態では、アライメントマークＡＭの第１部分ＰＡ１を特定するために、まず、基準信号Ｔと検出信号Ｓとの位置合わせを行い、次いで、第１部分ＰＡ１を特定するために基準信号Ｔと検出信号Ｓとの一致の度合い（以下、一致度、と称する）を求める。

例えば図１０（Ａ）に示すように、３本のラインパターンＬＰ１〜ＬＰ３のうち、最も＋Ｙ側に存在するラインパターンＬＰ１が濡れている（ラインパターンＬＰ１上に第１部分ＰＡ１が存在している）アライメントマークＡＭを第１検出系ＡＬＧで検出したときの検出信号Ｓが、図１０（Ｂ）に示すような信号波形を有するものとする。すなわち、検出信号Ｓにおいて、ラインパターンＬＰ２、ＬＰ３に対応するピーク波形は良好に得られるものの、ラインパターンＬＰ１に対応するピーク波形は良好に得られないものとする。このような検出信号Ｓに対して、図１１（Ａ）の模式図に示すような位置関係に基準信号Ｔがある場合、これら検出信号Ｓと基準信号Ｔとを位置合わせするために、制御装置７は、第１検出系ＡＬＧの検出領域とアライメントマークＡＭを含む基板Ｐの表面とを相対的に移動しつつ、例えば第１検出系ＡＬＧの検出領域に対して基板Ｐを保持した基板ステージ４をＸＹ方向に所定ピッチで動かしつつ、解析装置６を用いて第１相関値を求め、その第１相関値が許容値以上になるように、第１検出系ＡＬＧの検出領域とアライメントマークＡＭとの位置関係を決定する。これにより、制御装置７は、図１１（Ｂ）の模式図に示すように、基準信号Ｔと検出信号Ｓとの位置合わせを行うことができる。次いで、図１１（Ｃ）の模式図に示すように、解析装置６は、基準信号Ｔと検出信号Ｓとを用いて第２相関値を求め、その第２相関値に基づいて、基準信号Ｔと検出信号Ｓとの一致度を求め、第１部分ＰＡ１を特定する。図１１（Ｃ）に示す例では、最も＋Ｙ側のラインパターンＬＰ１に対応する検出信号Ｓと基準信号Ｔとの相関値が低くなるため、３本のラインパターンＬＰ１〜ＬＰ３のうち、最も＋Ｙ側のラインパターンＬＰ１上に、液体ＬＱで濡れている第１部分ＰＡ１が存在すると判断することができる。

第１相関値を求めるために、第１検出系ＡＬＧの検出領域（ひいては基準信号Ｔ）と、基板Ｐ上のアライメントマークＡＭ（ひいては検出信号Ｓ）とを位置合わせする際、制御装置７は、検出対象マークとは別の、検出が正常に行われた他のマークの位置情報を用いて、第１検出系ＡＬＧの検出領域（基準信号Ｔ）とアライメントマークＡＭ（検出信号Ｓ）との大まかな位置合わせを行った後、第１検出系ＡＬＧの検出領域に対して基板Ｐを保持した基板ステージ４をＸＹ方向に所定ピッチで動かすことにより、第１検出系ＡＬＧの検出領域（ひいては基準信号Ｔ）と、基板Ｐ上のアライメントマークＡＭ（ひいては検出信号Ｓ）とを効率良く位置合わせすることができる。ここで、第１検出系ＡＬＧによる検出が正常に行われたアライメントマークＡＭとは、３本のラインパターンＬＰ１〜ＬＰ３のうち、全てのラインパターンＬＰ１〜ＬＰ３のそれぞれに対応する検出信号Ｓのピーク波形が良好に得られたものを言う。以下の説明においては、検出が正常に行われた他のマークの位置情報を用いて、基準信号Ｔと検出信号Ｓとの大まかな位置合わせを行う動作を適宜、チェック領域の絞り込み動作、と称する。

例えば、図１２に示すように、アライメントマークＡＭが基板Ｐ上に複数設けられている場合において、基板Ｐ上の複数のアライメントマークＡＭのうち第１のアライメントマークＡＭ１の検出信号Ｓと基準信号Ｔとを位置合わせする際、第１のアライメントマークＡＭ１とは別の第１検出系ＡＬＧによる検出が正常に行われた第２のアライメントマークＡＭ２の位置情報を用いて、基準信号Ｔと第１のアライメントマークＡＭ１の検出信号とを位置合わせすることができる。第１検出系ＡＬＧによる検出が正常に行われた第２のアライメントマークＡＭ２と液体ＬＱで濡れている可能性のある第１のアライメントマークＡＭ１との位置関係は、例えば設計値上、予め求めることができる。そこで、検出が正常に行われた第２のアライメントマークＡＭ２から液体ＬＱで濡れている可能性のある第１のアライメントマークＡＭ１の位置を求め、その後、必要に応じて第１相関値を求めた後、第２相関値を求め、適宜、ＸＹのオフセット、スケーリング、ローテーション、直交度等を補正することで、液体ＬＱで濡れた可能性のある第１のアライメントマークＡＭ１の位置（基準位置、中心位置）を求めることができる。

また、複数の基板Ｐが順次露光され、複数の基板ＰのそれぞれにアライメントマークＡＭが設けられている場合において、図１３に示すような、複数の基板Ｐのうち第１の基板Ｐ１上の第３のアライメントマークＡＭ３の検出信号Ｓと基準信号Ｔとを位置合わせする際、第１の基板Ｐ１とは別の第２の基板Ｐ２のうち第１検出系ＡＬＧによる検出が正常に行われ且つ第１の基板Ｐ１上において第３のアライメントマークＡＭ３が設けられている位置と対応する位置に設けられた第４のアライメントマークＡＭ４の位置情報を用いて、基準信号Ｔと第３のアライメントマークＡＭ３の検出信号Ｓとを位置合わせすることができる。なお、この場合、第１の基板Ｐ１上のアライメントマークＡＭ３を検出するときの検出条件と、第２の基板Ｐ２上のアライメントマークＡＭ４を検出するときの検出条件とは同じであることが望ましい。

このように、第１検出系ＡＬＧによる検出が正常に行われたアライメントマークを用いて、検出対象マークのチェック領域の絞り込み動作を行うことにより、基準信号Ｔと検出信号Ｓとの位置合わせ（第１相関値の導出）を短時間で行うことができる。なお、図１２を参照して説明した方法と図１３を参照して説明した方法とを組み合わせることも可能である。

また、本実施形態においては、解析装置６は、第１検出系ＡＬＧの検出領域に配置される前に、最終光学素子ＦＬの下面ＦＡ及びノズル部材７０の下面７０Ａの下方を通過したアライメントマークＡＭ（液体ＬＱで濡れている可能性のあるアライメントマークＡＭ）の解析を行う。例えば、図１４の模式図に示すような基板Ｐ上の複数の位置のそれぞれに設けられた第５〜第７のアライメントマークＡＭ５〜ＡＭ７を第１検出系ＡＬＧを用いて順次検出する場合について考える。液浸領域ＬＲの大きさ、第１検出系ＡＬＧ、及び各アライメントマークＡＭ５〜ＡＭ７の位置関係等により、図１４（Ａ）に示すように、第５のアライメントマークＡＭ５を第１検出ＡＬＧで検出しているときには、第６のアライメントマークＡＭ６は、液浸領域ＬＲの液体ＬＱに接触しないが、第７のアライメントマークＡＭ７は、第１検出系ＡＬＧの検出領域に配置される前に、最終光学素子ＦＬの下面ＦＡ及びノズル部材７０の下面７０Ａの下方を通過し、液浸領域ＬＲの液体ＬＱに接触する。次に、制御装置７は、図１４（Ｂ）に示すように、第６のアライメントマークＡＭ６を第１検出系ＡＬＧで検出するために、基板ステージ４を移動し、第６のアライメントマークＡＭ６を第１検出系ＡＬＧの検出領域に配置する。第１の検出系ＡＬＧの検出領域に第６のアライメントマークＡＭ６を配置するときの基板ステージ４の移動方向（移動軌跡）は、第６のアライメントマークＡＭ６が最終光学素子ＦＬの下面ＦＡ及びノズル部材７０の下面７０Ａの下方を通過することなく、すなわち液浸領域ＬＲの液体ＬＱに接触することなく、第１検出系ＡＬＧの検出領域に配置されるように設定されている。したがって、第６のアライメントマークＡＭ６は、第１検出系ＡＬＧの検出領域に配置される前において、液体ＬＱで濡れている可能性が無い（少ない）マークである。次に、制御装置７は、図１４（Ｃ）に示すように、第７のアライメントマークＡＭ７を第１検出系ＡＬＧで検出するために、基板ステージ４を移動し、第７のアライメントマークＡＭ７を第１検出系ＡＬＧの検出領域に配置する。第１検出系ＡＬＧと第７のアライメントマークＡＭ７との間には液体ＬＱは満たされないが、図１４（Ａ）に示したように、第７のアライメントマークＡＭ７は、第１検出系ＡＬＧの検出領域に配置される前に、最終光学素子ＦＬの下面ＦＡ及びノズル部材７０の下面７０Ａの下方を通過したマークであり、第１検出系ＡＬＧの検出領域に配置される前に、液体ＬＱで濡れている可能性のあるマークである。

本実施形態においては、解析装置６は、図１４の第７のアライメントマークＡＭ７のような、第１検出系ＡＬＧの検出領域に配置される前に、最終光学素子ＦＬの下面ＦＡ及びノズル部材７０の下面７０Ａの下方を通過したアライメントマークＡＭの解析を行う。これにより、液体ＬＱで濡れている可能性の無い（少ない）アライメントマークＡＭについては、解析を実行しないので、作業効率を向上することができる。

なお上述の実施形態では、図１５（Ａ）に示すような３つのラインパターンＬＰ１〜ＬＰ３の検出信号Ｓのピーク波形に対応する３つのピーク波形を含むテンプレートＴを用いているが、図１５（Ｂ）〜図１５（Ｄ）に示すような、第１部分ＰＡ１を特定するための２つのピーク波形を含むテンプレートＴを３種類用意し、これら２つのピーク波形を含むテンプレートＴと検出信号Ｓとの相関値（第２相関値）に基づいて、第１部分ＰＡ１を特定してもよい。また、図１６（Ｂ）〜図１６（Ｄ）に示すように、各ラインパターンＬＰ１〜ＬＰ３のピーク波形に対応する検出信号Ｓのピーク波形に対応する１つのピーク波形を含むテンプレートＴを３種類用意し、これら１つのピーク波形を含む各テンプレートＴと検出信号Ｓとの相関値（第２相関値）に基づいて、第１部分ＰＡ１を特定してもよい。

更に、３つのピーク波形を含むテンプレート、２つのピーク波形を含むテンプレート、１つのピーク波形を含むテンプレート、の２つ以上を使用して、濡れているラインマーク部分を特定してもよい。

そして、本実施形態においては、解析装置６の解析結果に基づいて、アライメントマークＡＭのうち、液体ＬＱで濡れている第１部分ＰＡ１が存在すると判断された場合には、制御装置７は、以下の＜処理１＞〜＜処理４＞の少なくとも１つを行う。

＜処理１＞制御装置７は、アライメントマークＡＭのうち液体ＬＱで濡れている第１部分ＰＡ１を用いずに、液体ＬＱで濡れていない第２部分ＰＡ２を用いて、基板Ｐとパターン像とを位置合わせする。制御装置７は、第２部分ＰＡ２から得られた波形（ピーク波形）を用いて、アライメントマークＡＭの位置情報を求め、基板Ｐのショット領域とパターン像の投影位置との位置合わせを行う。また、第２部分ＰＡ２を用いてアライメントマークＡＭの位置情報を求めるとき、制御装置７は、アライメントマークＡＭのうち、予め指定された指定部分が濡れているかどうかを判断する。例えば、図１７の模式図に示すように、３つのラインパターンＬＰ１〜ＬＰ３のうち、最も＋Ｙ側のラインパターンＬＰ１が指定部分として指定されている場合において、指定部分であるラインパターンＬＰ１が濡れている（ラインパターンＬＰ１上に第１部分ＰＡ１が存在する）と判断したとき、制御装置７は、液体ＬＱで濡れていない第２部分ＰＡ２であって指定部分以外の非指定部分であるラインパターンＬＰ２、ＬＰ３に基づく第１検出系ＡＬＧの検出結果を用いて、アライメントマークＡＭの位置情報を求める。すなわち、アライメントマークＡＭのうち、事前に所定の部分を指定し、その指定部分が濡れていると判断したとき、制御装置７は、第１検出系ＡＬＧの指定部分以外の非指定部分に基づく検出結果を用いて、アライメントマークＡＭの位置情報を取得し、基板Ｐとパターン像との位置合わせを行うことができる。ここで、指定部分は、ラインマーク１本単位で複数指定、又は、ラインマーク複数本単位で複数指定してもよく、濡れていないラインマークに基づく検出結果を用いてアライメントマークＡＭの位置情報を取得する。

図１８の模式図に示すように、３つのラインパターンＬＰ１〜ＬＰ３のうち、最も＋Ｙ側のラインパターンＬＰ１、及び最も−Ｙ側のラインパターンＬＰ３が指定部分として指定され、中央のラインパターンＬＰ２が非指定部分である場合において、非指定部分であるラインパターンＬＰ２が濡れている（ラインパターンＬＰ２上に第１部分ＰＡ１が存在する）と判断したとき、制御装置７は、そのアライメントマークＡＭ（３本のラインパターンＬＰ１〜ＬＰ３）を用いた基板Ｐとパターン像との位置合わせを行わないことができる。

＜処理２＞解析装置６は、所定の解析条件に基づいて第１検出系ＡＬＧの検出結果を解析するが、制御装置７は、解析装置６を用いて、第１検出系ＡＬＧの第２部分ＰＡ２のみに基づく検出結果を解析する際、第２部分ＰＡ２に応じた解析条件に変更して、第１検出系ＡＬＧの検出結果を解析する。すなわち、第１部分ＰＡ１に基づく信号波形をデータとして採用しないでテンプレートマッチングを行う際、使用するテンプレートを変更する等の処置を適宜行う。

＜処理３＞制御装置７は、解析装置６の解析結果に応じて、第１検出系ＡＬＧによる検出条件を変更した後、変更された検出条件に基づいて、第１検出系ＡＬＧによる検出動作を再度実行する。照明条件やフォーカス条件など、第１検出系ＡＬＧによる検出条件を変更することで、例えば第２相関値が許容値以上となるような検出信号を得ることができる可能性がある。そこで、制御装置７は、解析装置６の解析結果に応じて、第１検出系ＡＬＧによる検出条件を変更した後、その変更された検出条件に基づいて、第１検出系ＡＬＧによる検出動作を再度実行する。

＜処理４＞濡れ状態が許容状態である第１部分ＰＡ１を有するアライメントマークＡＭが複数ある場合、その濡れ状態が許容状態であるアライメントマークＡＭをランク付けし、基板Ｐとパターン像との位置合わせに用いる。例えば、第１部分ＰＡ１を有するアライメントマークＡＭが基板Ｐ上に複数ある場合において、それら第１部分ＰＡ１を用いずに、第２部分ＰＡ２を用いて、アライメントマークＡＭの位置情報を検出できたとする。そのような第１部分ＰＡ１を有するアライメントマークＡＭが基板Ｐ上に複数ある場合、濡れ状態、すなわち基準信号との第２相関値は、アライメントマーク毎に互いに異なる可能性がある。そのような場合には、複数のアライメントマークＡＭのうち、第２相関値が高いものから順に、基板Ｐとパターン像とを位置合わせするときに使用するようにする。

次に、上述の構成を有する露光装置ＥＸを用いて基板Ｐを露光する方法について、特に第１検出系ＡＬＧを用いて基板Ｐ上のアライメントマークＡＭを検出するシーケンスについて、図１９のフローチャート図を参照しながら説明する。

まず、事前検出系ＡＬＧ１（又はＡＬＧ２）により、液体ＬＱで濡れていない状態のアライメントマークＡＭに関する情報が取得される（ステップＳＢ１）。事前検出系ＡＬＧ１は、基板Ｐの露光を行う前に、基準信号（テンプレート）Ｔに関する情報を取得するために、基板Ｐ上の所定のアライメントマークＡＭを、液体ＬＱを介さずに検出する。また、事前検出系ＡＬＧ１は、複数の検出条件の下で、アライメントマークＡＭを検出する。これにより、複数の検出条件の下での基準信号（テンプレート）Ｔに関する情報が取得される。基準信号（テンプレート）Ｔに関する情報は、記憶装置８に記憶される。なお、液体ＬＱで濡れていない状態のアライメントマークＡＭに関する情報（基準信号Ｔに関する情報）を、第１検出系ＡＬＧを用いて取得するようにしてもよい。

次に、制御装置７は、図７のステップＳＡ４で説明したように、基板ステージ４をＸＹ方向に移動しつつ、第１検出系ＡＬＧを用いて、基板Ｐ上の複数のアライメントマークＡＭを順次検出する（ステップＳＢ２）。第１検出系ＡＬＧによって検出されるアライメントマークＡＭには、液体ＬＱで濡れている可能性のあるマーク及び濡れた可能性の無いマークのそれぞれが含まれる。ここで、液浸領域ＬＲに対する基板ステージ４の動きは予め分かっているので、制御装置７は、液体ＬＱで濡れた可能性の無いアライメントマークＡＭ（例えば図１４の第５、第６のアライメントマークＡＭ５、ＡＭ６）、及び液体ＬＱで濡れた可能性のあるアライメントマークＡＭ（例えば図１４の第７のアライメントマークＡＭ７）のそれぞれを特定することができる。

次に、制御装置７は、第１検出系ＡＬＧによる検出が正常に行われたアライメントマークの検出結果を用いて、液体ＬＱで濡れた可能性のあるアライメントマーク（例えば図１４の第７アライメントマークＡＭ７）を解析するためのチェック領域の絞り込み動作を行うか否かを判断する（ステップＳＢ３）。ステップＳＢ３において、チェック領域の絞り込み動作を行うと判断された場合、図１２、図１３を参照して説明したように、チェック領域の絞り込み動作を行う（ステップＳＢ４）。制御装置７は、第１検出系ＡＬＧの検出領域と液体ＬＱで濡れた可能性のあるアライメントマークＡＭを含む基板Ｐの表面とを相対的に所定ピッチで移動しつつ、第１相関値を求める（ステップＳＢ５）。なお、ステップＳＢ３において、チェック領域の絞り込み動作を行わないと判断された場合にも、ステップＳＢ５が実行される。

制御装置７は、ステップＳＢ５で求めた第１相関値が許容値以上になるように第１検出系ＡＬＧの検出領域とアライメントマークＡＭとの位置関係を決定し、基準信号Ｔと検出信号Ｓとを位置合わせする（ステップＳＢ６）。そして、制御装置７は、解析装置６を用いて、基準信号Ｔと検出信号Ｓとの第２相関値を求める（ステップＳＢ７）。

次に、解析装置６は、検出対象マーク上に液体ＬＱで濡れている第１部分ＰＡ１が有るか否かを判別する（ステップＳＢ８）。すなわち、解析装置６は、第２相関値が、予め定められている許容値以上か否かを判断する。ステップＳＢ８において、第２相関値が許容値以上であると判断した場合、すなわち、第１部分ＰＡ１が無い、あるいは第１部分ＰＡ１の濡れ状態が許容状態であると判断した場合、通常のシーケンスでアライメントマークＡＭを検出する（ステップＳＢ１４）。すなわち、３本のラインパターンＬＰ１〜ＬＰ３に基づく信号波形（ピーク波形）を用いてアライメントマークＡＭを検出し、そのアライメントマークＡＭの位置情報を求める。ステップＳＢ８において、第２相関値が許容値以下であると判断した場合、制御装置７は、その検出したアライメントマークＡＭとは別のアライメントマークＡＭを選択するか否かを判断する（ステップＳＢ９）。

ステップＳＢ９において、別のアライメントマークＡＭを用いると判断した場合、制御装置７は、基板Ｐ上の複数のアライメントマークＡＭの中から、別のアライメントマークＡＭを選択する（ステップＳＢ１１）。そして、制御装置７は、その選択した別のアライメントマークＡＭを第１検出系ＡＬＧを用いて検出する（ステップＳＢ２）。

ステップＳＢ９において、別のアライメントマークＡＭを用いないと判断した場合、制御装置７は、第１検出系ＡＬＧを用いてアライメントマークＡＭを検出するときの検出条件を変更するか否かを判別する（ステップＳＢ１０）。ステップＳＢ１０において、検出条件を変更すると判断した場合、制御装置７は、解析装置６の解析結果に応じて、第１検出系ＡＬＧによる検出条件を変更した後、その変更された検出条件に基づいて、第１検出系ＡＬＧによる検出動作を再度実行する（ステップＳＢ１２）。

ステップＳＢ１０において、検出条件を変更しないと判断した場合、制御装置７は、アライメントマークＡＭのうち、液体ＬＱで濡れている第１部分ＰＡ１を用いずに、液体ＬＱで濡れていない第２部分ＰＡ２を用いて、アライメントマークＡＭの検出を行う。具体的には、制御装置７は、アライメントマークＡＭのうち予め指定された指定部分が濡れているか否かを判別する（ステップＳＢ１３）。ステップＳＢ１３において、指定部分以外の非指定部分が濡れていると判断したとき、そのアライメントマークＡＭを用いた位置合わせ動作を行わず、例えばその基板Ｐをリジェクトする（ステップＳＢ１５）。あるいは、別のアライメントマークＡＭを選択し（ステップＳＢ１１）、その選択したアライメントマークＡＭの検出を実行する。

ステップＳＢ１３において、アライメントマークＡＭのうち、予め指定された指定部分が濡れていると判断したとき、制御装置７は、第１検出系ＡＬＧの指定部分以外の非指定部分に基づく検出結果を用いて、アライメントマークＡＭの位置情報を取得する（ステップＳＢ１６）。このとき、アライメントマークＡＭのうち、液体ＬＱで濡れていない非指定部分（すなわい第２部分ＰＡ２）のみについて、解析装置６は第１検出系ＡＬＧの検出結果を解析することになるため、制御装置７は、解析装置６を用いて第１検出系ＡＬＧの第２部分ＰＡ２（非指定部分）のみに基づく検出結果を解析する際、第２部分ＰＡ２に応じた解析条件に変更する。そして、アライメントマークＡＭの位置情報を取得する（ステップＳＢ１６）。

以上説明したように、第１検出系ＡＬＧの検出結果を解析することによって、アライメントマークＡＭのうち液体ＬＱで濡れている第１部分ＰＡ１を特定することで、例えば第１部分ＰＡ１以外の第２部分ＰＡ２を用いて、基板Ｐとパターン像とを位置合わせすることができる。このように、濡れた可能性のあるアライメントマークＡＭでも、そのアライメントマークＡＭを第１検出系ＡＬＧで検出し、その検出結果を解析することによって、そのアライメントマークＡＭが、基板Ｐとパターン像との位置合わせに使用できるか否かをチェックすることができる。そして、その結果に基づいて、その第１部分ＰＡ１を有するアライメントマークＡＭを、位置合わせに使用することができ、位置合わせを効率良く精確に行うことができる。また、液浸領域ＬＲの液体ＬＱに触れた後のアライメントマークＡＭを、基板Ｐとパターン像との位置合わせに用いることができ、例えば、第１検出系ＡＬＧの検出領域に対して基板Ｐを保持した基板ステージ４をＸＹ方向に移動しつつ、基板Ｐ上の複数のアライメントマークＡＭを検出する際、基板ステージ４の動きの自由度を向上することができ、液浸領域ＬＲの液体ＬＱに触れた後のアライメントマークＡＭを再度検出することも可能となる。

なお、上述の実施形態では、以下の（１）〜（６）の方法のうち、少なくとも１つの相関方法を用いて、テンプレート（基準信号）と検出信号との相関値を導出する。なお、以下の（１）〜（６）の方法は、１次元の波形信号、及び２次元の画像信号に適用可能である。

（１）差分二乗和相関法：Ｎ数のデータを有する１次元の波形信号の場合には（１）式を用い、Ｎ×Ｍ数のデータを有する２次元の画像信号の場合には（２）式を用いる。なお、Ｃ_Ｖ０は相関値であり、Ｗは重み付け係数で、重み付けしない場合には、Ｗ＝１である。

（２）差分二乗和相関法：１次元の波形信号の場合には（３）式を用い、２次元の画像信号の場合には（４）式を用いる。

（３）共分散相関法：１次元の波形信号の場合には（５）式を用い、２次元の画像信号の場合には（６）式を用いる。

（４）エッジ相関法：１次元の波形信号の場合には（７）式を用い、２次元の画像信号の場合には（８）式を用いる。

（５）正規化相関法：１次元の波形信号の場合には（９）式〜（１２）式を用い、２次元の画像信号の場合には（１３）式〜（１６）式を用いる。

（６）エッジ正規化相関法：１次元の波形信号の場合には（１７）式〜（２０）式を用い、２次元の画像信号の場合には（２１）式〜（２４）式を用いる。

なお、上述の実施形態の液体ＬＱは水であるが、水以外の液体であってもよい、また、液体ＬＱとしては、屈折率が１．６〜１．８程度のものを使用してもよい。

なお、上記各実施形態の基板Ｐとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。

また、上記液濡れ（水濡れ）が、既述の基準板５０に形成されている基準マークにも生じた場合には、上述した基板上の水濡れマークに対する対処と同様な手法で対処すればよい。

露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。

また、露光装置ＥＸとしては、第１パターンと基板Ｐとをほぼ静止した状態で第１パターンの縮小像を投影光学系（例えば１／８縮小倍率で反射素子を含まない屈折型投影光学系）を用いて基板Ｐ上に一括露光する方式の露光装置にも適用できる。この場合、更にその後に、第２パターンと基板Ｐとをほぼ静止した状態で第２パターンの縮小像をその投影光学系を用いて、第１パターンと部分的に重ねて基板Ｐ上に一括露光するスティッチ方式の一括露光装置にも適用できる。また、スティッチ方式の露光装置としては、基板Ｐ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写し、基板Ｐを順次移動させるステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。

また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報、特表２０００−５０５９５８号公報などに開示されているような複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

露光装置ＥＸの種類としては、基板Ｐに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。

また、本発明は、液浸法を用いて基板を観察・測定する検査装置、測定装置のアライメント方法としても利用できる。例えば、セダー油などの液体を介して、基板上に形成されたパターン（被観察領域）を観察して、その線幅を計測したり或いはその欠陥の有無を検査したりする装置（観察装置）においても、本発明を適用することができる。すなわち、このような観察装置においても、基板上のパターン（被観察領域）の観察を行う前に、基板上に形成されている位置決め用のマークや位置決め用のパターンを計測することで、被観察領域と観察系の観察視野との間における相対的な位置合わせのための位置決め用の情報を求めることが一般的である。この位置決め情報を得る際に、位置決め用のマークやパターンの検出の際には、液体を介さずに行われるものであるとすると、その検出の際に、上記実施形態と同様の手法によりマークの水濡れ部分を特定して、以降、上述と同様の処理を行うことにより、観察装置における位置決め（アライメント精度）を向上させることが可能となる。

なお、上述の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を用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報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を用いてもよい。

また、国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞を基板Ｐ上に形成することによって、基板Ｐ上にライン・アンド・スペースパターンを露光する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。

以上のように、本願実施形態の露光装置ＥＸは、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図２０に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に露光する露光処理ステップ２０４、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）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。 露光装置を含むデバイス製造システムの概略を示す模式図である。 基板ステージ及び計測ステージの動作の一例を説明するための模式図である。 基板ステージ及び計測ステージを上方から見た平面図である。 基準マークの一例を示す図である。 第１検出系の撮像素子に撮像された指標マーク及びアライメントマークを説明するための図である。 露光装置の基本的な動作を説明するためのフローチャート図である。 アライメントマークと検出信号と基準信号との関係を説明するための模式図である。 アライメントマークが液体で濡れている状態を説明するための模式図である。 液体で濡れているアライメントマークに基づく検出信号の一例を説明するための図である。 基準信号と検出信号との相関値を求める動作を模式的に示した図である。 検出が正常に行われた他のアライメントマークを用いてアライメントマークの検出信号と基準信号とを位置合わせする動作を説明するための図である。 検出が正常に行われた他のアライメントマークを用いてアライメントマークの検出信号と基準信号とを位置合わせする動作を説明するための図である。 基板上の複数のアライメントマークと液浸領域との位置関係を説明するための模式図である。 基準信号の一例を説明するための図である。 基準信号の一例を説明するための図である。 指定部分が濡れている状態を説明するための模式図である。 非指定部分が濡れている状態を説明するための模式図である。 第１検出系用いて基板上のアライメントマークを検出するシーケンスを説明するためのフローチャート図である。 マイクロデバイスの製造工程の一例を説明するためのフローチャート図である。

符号の説明

１…液浸システム、４…基板ステージ、４Ｄ…基板ステージ駆動装置、４Ｆ…上面、５…計測ステージ、５Ｄ…計測ステージ駆動装置、５Ｆ…上面、６…解析装置、７…制御装置、８…記憶装置、７０…ノズル部材、７０Ａ…下面、ＡＬＧ…第１検出系、ＡＭ…アライメントマーク、ＥＸ…露光装置、ＦＡ…下面、ＦＬ…最終光学素子、ＦＭ１…第１基準マーク、ＦＭ２…第２基準マーク、ＬＰ１〜ＬＰ３…ラインパターン、ＬＱ…液体、ＬＲ…液浸領域、Ｐ…基板、Ｐａ…表面、ＰＡ１…第１部分、ＰＡ２…第２部分、ＰＬ…投影光学系、ＲＡ…第２検出系、Ｓ…検出信号、Ｔ…基準信号

Claims (16)

1. 液体を介して基板上にパターン像を投影して前記基板を露光する露光装置において、
   その計測結果が前記基板と前記パターン像との位置合わせに供されるマークを検出する第１検出系と、
   前記マークのうち液体で濡れている第１部分を特定するために前記第１検出系の検出結果を解析する解析装置と、
   前記解析装置の解析結果に応じて所定の処理を行った後、前記第１検出系の検出結果を用いて、前記基板と前記パターン像とを位置合わせする制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記マークのうち前記第１部分を用いずに、液体で濡れていない第２部分を用いて、前記基板と前記パターン像とを位置合わせする露光装置。
2. 前記マークを含む第１面上に液体の液浸領域を形成するために前記第１面との間で液体を保持する第２面と、
   前記第２面及び前記第１検出系に対して前記マークを含む前記第１面を移動可能な駆動装置とを備え、
   前記第１検出系は、前記液浸領域の液体を介さずに前記第１面上の前記マークを検出し、前記解析装置は、前記第１検出系の検出領域に配置される前に前記第２面の下方を通過した前記マークの解析を行う請求項１記載の露光装置。
3. 前記マークは、複数並んで設けられたラインパターンを含み、
   前記第１部分は、前記ラインパターンの一部分を含む請求項１又は２記載の露光装置。
4. 液体で濡れていない状態の前記マークに関する情報を予め記憶した記憶装置を備え、
   前記解析装置は、前記記憶装置の記憶情報と、前記第１検出系の検出結果とに基づいて、前記第１部分を特定する請求項１〜３のいずれか一項記載の露光装置。
5. 前記解析装置は、所定の解析条件に基づいて前記第１検出系の検出結果を解析し、
   前記制御装置は、前記解析装置を用いて、前記第１検出系の前記第２部分のみに基づく検出結果を解析する際、前記第２部分に応じた解析条件に変更する請求項１〜４のいずれか一項記載の露光装置。
6. 前記制御装置は、前記マークのうち予め指定された指定部分が濡れていると判断したとき、前記第１検出系の前記指定部分以外の非指定部分に基づく検出結果を用いて前記基板と前記パターン像とを位置合わせし、
   前記非指定部分が濡れていると判断したとき、前記マークを用いた前記基板と前記パターン像との位置合わせを行わない請求項１〜５のいずれか一項記載の露光装置。
7. 前記制御装置は、前記解析装置の解析結果に応じて、前記第１検出系による検出条件を変更した後、該変更された検出条件に基づいて、前記第１検出系による検出動作を再度実行する請求項１〜６のいずれか一項記載の露光装置。
8. 前記解析装置は、液体で濡れていない状態の前記マークを検出したときの基準信号と、前記マークを前記第１検出系で検出したときの検出信号との相関値を求め、
   前記相関値と予め定められた所定値とを比較し、該比較結果に基づいて、前記第１部分を特定する請求項１〜７のいずれか一項記載の露光装置。
9. 前記基準信号は、所定の位置に基準位置を設けたテンプレートを含み、
   前記相関値は、前記基準信号と前記検出信号とを位置合わせするときの第１相関値、及び前記第１部分を特定するときの第２相関値を含み、
   前記基準信号と前記検出信号とを位置合わせする際、前記第１検出系の検出領域と前記マークを含む第１面とを相対的に移動しつつ前記第１相関値を求め、前記第１相関値が許容値以上になるように前記第１検出系の検出領域と前記マークとの位置関係を決定し、前記基準信号と前記検出信号とを位置合わせした後、
   前記基準信号と前記検出信号とを用いて前記第２相関値を求め、前記第２相関値に基づいて、前記第１部分を特定する請求項８記載の露光装置。
10. 前記マークは前記基板上に複数設けられ、
    前記基準信号と前記基板上の複数のマークのうち第１マークの検出信号とを位置合わせする際、前記第１マークとは別の前記第１検出系による検出が正常に行われた第２マークの位置情報を用いて、前記基準信号と前記第１マークの検出信号とを位置合わせする請求項８又は９記載の露光装置。
11. 複数の基板が順次露光され、前記複数の基板のそれぞれに前記マークが設けられ、
    前記基準信号と前記複数の基板のうち第１基板上の第３マークの検出信号とを位置合わせする際、前記第１基板とは別の第２基板のうち前記第１検出系による検出が正常に行われ且つ前記第１基板上において前記第３マークが設けられている位置と対応する位置に設けられた第４マークの位置情報を用いて、前記基準信号と前記第３マークの検出信号とを位置合わせする請求項８又は９記載の露光装置。
12. 前記基板上にパターン像を投影する投影光学系と、
    前記投影光学系の像面側で移動可能なステージとを備え、
    前記第１検出系は、前記ステージ上に設けられた基準マークを検出する請求項１〜１１のいずれか一項記載の露光装置。
13. 前記ステージ上に設けられた基準マークを前記投影光学系を介して検出する第２検出系を備え、
    前記制御装置は、前記第１検出系を用いて前記基準マークの位置情報を液体を介さずに検出するとともに、前記第２検出系を用いて前記基準マークの位置情報を前記投影光学系と液体とを介して検出して、前記第１検出系の検出基準位置と前記パターン像の投影位置との位置関係を求める請求項１２記載の露光装置。
14. 前記制御装置は、前記第１検出系を用いて検出した前記基板上のアライメントマークの位置情報、及び前記第１検出系の前記検出基準位置と前記パターン像の投影位置との位置関係に基づいて、前記基板と前記パターン像とを位置合わせして、前記基板を露光する請求項１３記載の露光装置。
15. 請求項１〜請求項１４のいずれか一項記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。
16. 基板上に形成された被観察領域を液体を介して観察する観察系を備えた観察装置であって、
    前記基板上の被観察領域を前記観察系の観察視野内に位置決めするために、前記基板上に形成された位置決め用パターンを前記液体を介さずに検出する検出手段と、
    前記パターンのうち液体で濡れている第１部分を特定するために前記検出手段の検出結果を解析する解析装置と、
    前記解析装置の解析結果に応じて所定の処理を行った後に、前記検出手段の検出結果を用いて、前記基板と前記観察視野との相対的な位置合わせを行う制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、前記マークのうち前記第１部分を用いずに、液体で濡れていない第２部分を用いて、前記位置合わせする観察装置。

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